Google Science Journal

Google

Digitale verktøy

Introduksjonen av digitale verktøy i skolen er ikke noe nytt fenomen, men der tidligere teknologiske hjelpemidler hadde en større grad av gjennomsiktighet hva angår deres mulige bruksområder, innehar dagens digitale verktøy utallige flere muligheter. Det hele kan fremstå som noe kaotisk i en verden der kompliserte datamaskiner og informasjonsteknologi regjerer på en nærmest uforståelig måte. Når det gjelder skolen i sammenheng med vår digitale tidsalder hevder Mishra & Koehler at utdanningssystemene verden over henger igjen hva angår adopsjon og bruk av digitale verktøy (2006, ss. 1017-1019). Et botemiddel for denne tregheten kan i følge dem være å ikke bare observere digitale verktøy ut i fra teknologien de innehar, men hvordan de brukes, i hvilke sammenhenger og hva slags konsekvenser dets bruk har. Dette er i motsetning til Mishra & Koehlers arbeid ikke en designstudie, men heller en slags guide til og analyse av Google Science Journal som verktøy i en matematisk skolesammenheng. Vi søker å forklare hva applikasjonen er, hvordan det fungerer og kan brukes, samt hvilke muligheter og begrensninger som ligger i verktøyets natur.

Hva er Science Journal?

Google Science Journal er en gratis app til Android og iOS og en helhetlig sky-basert tjeneste som benytter de innebygde sensorene i en smarttelefon. Dataene fra disse sensorene kan lagres, visualiseres, samt sendes til andre enheter gjennom Googles eget 'Disk'- system. Dette åpner for å gjøre en rekke ulike eksperimenter som innebærer observasjon og logging av data til utforsking og vitenskapelig bruk i skolen.

Datalogging og sensorinput

Bildet nedenfor er en oversikt over de ulike sensorene en vanlig mobiltelefon har i dag. Dataene tas opp i realtime og presenteres underveis som en graf. Når en er klar for å gjennomføre en observasjon trykker man på en rød "lukker"-knapp, hvorpå sensorloggingen registreres. I bakgrunnen registreres disse dataene som tabeller i et regneark som videre lagres i Google Disk.

Bildet under til venstre viser hvordan datainnhentingen i realtime ser ut. En nyttig funksjon appen har lagt til rette for er at man kan velge ut dataområdet man ønsker å fokusere på. Dersom man kun ønsker å undersøke dataene innenfor et gitt tidsintervall, kan man zoome inn og beskjære datamaterialet. Dataene innenfor det gitte tidsintervallet kan så undersøkes som grafen slik den er presentert på skjermen i appen, eller sendes til en annen enhet i form av data i et regneark.

Bruk av Science Journal i undervisningssammenheng

Som et eksempel på mulig bruk av applikasjonen har vi sluppet Sindres telefon i en liten seng av puter fra 5 meters høyde. I dette fallet har vi målt akselerasjonen telefonen har gått gjennom som vektroprduktet av akselerometert i x, y og z- aksene, minus gravitasjonskonstanten på ∼9,81m/s2. Disse dataene har så blitt hentet ut i et regneark, før disse datapunktene har blitt konvertert til Geogebra. Videre har disse punktene blitt utsatt for regresjonsanalyse før vi gjennom integrasjon har forsøkt å avgjøre den totale hastigheten mobilen har hatt gjennom fallet. Her ser vi altså integralet som vist i meter per millisekund, noe som gjør at vi med en dog relativt høy grad av usikkerhet kan fastslå at telefonen oppnådde en hastighet på 2,42 m/s, altså ∼8,712 km/t.

Akkurat dette tilfellet vil nok være noe avansert for elever i grunnskolen, men kompleksitetsgraden kan tilpasses etter klassetrinn. Et annet eksempel på en skisse av et undervisningsopplegg kan være å feste telefonen til en pendel eller ha den i lomma når en setter seg på en huske (eller 'disse' for trønderne blant oss). Oppgaven kan da dreie seg om å undersøke hvordan akselerasjonsgrafen over tid vil se ut. Vi har også tenkt oss ut at et opplegg kan dreie seg om å undersøke lufttrykket på samme tid hver dag over et tidsintervall på f.eks. En uke. Finnes det en sammenheng mellom vær, temperatur og lufttrykk? Dette kan videre ekstrapoleres til å modellere et slags værvarsel basert på lufttrykket rundt oss. Diskusjoner om lufttrykkets relevans som potensiell værvarsler kan da diskuteres, i tillegg til mengden av målinger relativt til modellens presisjon. Andre måledata kan også inkorporeres i dette opplegget, som f.eks. måling av lysstyrke i omgivelsene.

Analyse og vurdering av Science Journal som digitalt verktøy

Muligheter og begrensninger innenfor applikasjonens rammer

Muligheter

Google Science Journal tilrettelegger for muligheten til å benytte smarttelefonen som et verktøy for datalogging. Dette åpner for muligheten til å undersøke den fysiske verden rundt oss i form av naturlige fenomener som lys, lyd, tone, lufttrykk, magnetfelt og gravitasjon for å nevne noen. Dersom man skal si noe om appens tiltenkte bruksområde vil det være mest relevant å betrakte den i sammenheng med naturfagene. Når det er sagt, er essensen i applikasjonen fortsatt datalogging. Når disse dataene representeres som tabeller i regneark blir det naturlig å utforske disse gjennom graftegning, funksjons- og regresjonsanalyse, derivasjon, integrasjon og generelt modelleringsarbeid. Enkelte av disse punktene ligger såvidt over det matematiske kunnskapsnivået som er forventet av en grunnskoleelev, men i sin enkleste form kan betraktning av grafer og tabeller som observasjon av naturfenomener fungere som en overgang mellom fysikalsk vitenskap og matematikk som verktøy. Ved å undersøke fysiske sammenhenger som akselerasjon kan en eksempelvis ved integrasjon avsløre hastigheten og deretter avstanden objektet har beveget seg.
En stor fordel ved å benytte seg av digitale verktøy i forbindelse med matematikkundervisning er plethoraen av representasjonsformene av matematiske objekter en eksponeres for gjennom dets bruk (Sacristán, A. I., Calder, N., Rojano, T., Santos-Trigo, M., Friedlander, A., Meissner, H. Tabach, M., Moreno, L & Perrusquía, E., 2010, s. 187-188 ). Den dynamiske strukturen programvaren er bygget på gir elevene mulighet til å arbeide matematisk på en noe alternativ og samtidig utfordrende måte. Det faktum at Science Journal logger datapunktene som en graf i real-time samtidig som en kan hente de ut som tabeller, som videre kan utledes i ulike diagrammer. Dette utsetter elevene for både numeriske og visuelle representasjoner av det samme matematiske objektet som både funksjon, graf og tabell. Sacristan et al. påstår at en slik tilnærming gir elevene innsikt i og muligheter til visualisere og observere den matematiske prosessen som ikke er mulig uten digitale verktøy. I stedet for å analysere et matematisk problem fra et stillestående utgangspunkt, kan elevene betrakte prosessen mens den utvikles i real-time. Utvikling og generering av slikt datamateriale som Science Journal tilbyr kan også ifølge de samme artikkelforfatterne medvirke til en økt forståelse av og ikke minst styrket motivasjon for modelleringsarbeid (2010, 188-189).
I tillegg er det mulighet for at lærere kan produsere egne "Science Journal filer" som observasjonsnotater. Elevene kan her altså åpne filen for å så notere ned sine egne funn, gjøre relevante målinger, ta bilder og svare på eventuelle spørsmål læreren har lagt inn. Disse vil oppdateres i real-time på Google Classroom (som bl.a. brukes på grunnskolene i Trøndelag) eller på Google Disk. Dette gjør det enkelt for læreren å samle inn og kontrollere elevenes arbeid fortløpende.

Begrensninger

Det finnes en rekke begrensninger i applikasjonen som på en annen side også kan betraktes som en styrke. Det grafiske grensesnittet er på en side svært enkelt å manøvrere seg frem i, noe som gjør at tilgjengeligheten for elevenes del er svært høy, og terskelen for å prøve seg fram lav. Det enkle designet gir på den annen side få muligheter til å arbeide med datamaterialet i selve applikasjonen utover å se gjennomsnitts, maks- og minimums målingsverdier samt observere og klippe til dataområdet. Slik sett begrenses den matematiske handlingsrommet til den grad at en må ty til enda flere dynamiske matematikkprogrammer. Den virkelige styrken i programvaren ligger derfor i å hente ut data som dessverre bør videre behandles matematisk i andre typer software som Excel, R eller Geogebra.

I tillegg har vi gjort noen observasjoner ved selve dataloggingen som vi vil beskrive som svært merkelige. Som en kan betrakte ut i fra grafen ovenfor, så er ikke tidsintervallet mellom ulike sensormålinger lineært uniform. Ved å observere endringen mellom hvert målepunkt finner vi at tidsintervallet varier mellom en måling 1 og 73 millisekunder, noe som resulterer i den "hakkete" grafen vi ser. Stort sett varier disse intervallene mellom 50 og 60 millisekunder, noe som resulterer i en relativt jevn snittmåling per 53. millisekund. Vi har ikke noen god forklaring på hvorfor målingene opptrer på denne måten, men de er observert i alle typer sensormålinger utenom ved bruk av magnetometeret og lufttrykkmåleren.

Videre teoretisk analyse

Goldenberg (2000) hevder at det vil være essensielt å vurdere hvordan man benytter enhver form for teknologi. Teknologien bør tas i bruk slik at den har et tydelig mål med tanke på hva som skal være det tilsiktede læringsutbyttet. Dette perspektivet vil være relevant for hvordan man som lærer bruker Google Science Journal som en del av matematikkundervisningen og leder oss mot å betrakte appens ulike matematiske anvendelser.
Et eksempel på en en form for læringsutbytte kan være å etablere koblinger mellom ulike matematiske representasjoner, for eksempel mellom grafer og data i en tabell/regneark. Fokuset kan i denne sammenheng eksempelvis være temaer som stigningstall, gjennomsnitt, derivasjon, modellering, osv. I likhet med Sacristan et. al poengterer Duval (2006) viktigheten av å bruke ulike representasjoner. Duval hevder i denne sammenheng at en av matematikkens store didaktiske utfordringer er å utvikle elevers evne til å bevege seg mellom de ulike representasjonene. Argumentene for denne tankegangen er at for å forstå et matematisk tema, det være seg stigningstall, derivasjon eller gjennomsnitt, vil det være gunstig å kunne representere samme tema på ulike måter. Elever med denne kunnskapen vil være bedre rustet i møte med ukjente representasjoner, samt se koblinger mellom kjente og nye typer.
Et annet relevant perspektiv tas opp av den nederlandske forskeren Hans Freudenthal, slik det fremkommer gjennom Gravmeijer og Doormans artikkel (1999). Freudenthal er kjent som skaperen av RME (Realistic Mathematics Education). Noen viktige perspektiver ved denne filosofien er å se på matematikk som en aktivitet, med utgangspunkt i noe som oppleves som ekte eller relevant for elevene. Gjennom slike aktiviteter hevder Freudenthal at elevene får mulighet til "å gjenoppdage" matematiske temaer og på denne måten utvikler et større eierskap til læringen.
Det kan argumenteres for at Google Science Journal kan benyttes godt sammen med Freudenthal's læringssyn, både når det gjelder aktivitet og med tanke på hva som oppleves som ekte for elevene. I et undervisningsopplegg vil elevene ha mulighet til å hente inn data som er basert på deres umiddelbare fysiske omgivelser. Dataene vil på denne måten være relaterbare og tilnærmelige for elevene i den forstand av at de har gjort målingene selv. I tillegg kan både datainnhentingen og undersøkelsen av dataene ansees som en aktivitet der man blir presentert for en tydelig sammenheng mellom virkelighet og matematikk. Dataloggingen kan altså sies å være et forsøk på å matematisere virkeligheten, en verden som matematikken i aller høyeste grad er en del av.

Kilder og litteratur

• Duval, R. (2006). A Cognitive Analysis of Problems of Comprehension in a Learning of Mathematics, ss. 103-131. Educational Studies in Mathematics, Vol. 61, Springer Educational, New York, USA
• Mishra, P., Koehler, M.J. (2006), Technological Pedagogical Content Knowledge: A Framework for Teacher Knowledge. ss. 1017-1054. Teachers College Record, Vol. 108, Num. 6., New York, USA
• Sacristán, A. I., Calder, N., Rojano, T., Santos-Trigo, M., Friedlander, A., Meissner, H. Tabach, M., Moreno, L & Perrusquía, E. (2010). Chapter 9: The Influence and Shaping of Digital Technologies on the Learning- and Learning Trajectories- of Mathematical Concepts, ss. 179-226. Mathematics Education and Technology-Rethinking the Terrain. New ICMI Study Series, Vol. 13.
• Goldenberg, E. P (2000). Thinking (And talking) About Technology in Math Classroms. Issues in mathematics education. Education Development Center, Inc.