ReleQuant Competence: Engaging researchers, teachers and teacher students in research-based development of learning resources in physics

I ReleKvant Kompetanse samarbeider fysikklærere og lektorstudenter med forskere og lektorutdannere om å utvikle digitale læringsressurser i kvantefysikk og generell relativitetsteori for fysikkfaget i videregående skole. Læringsressursene utvikles gjennom flere runder med utprøving i klasserom, med «design-based research» som metodisk ramme. Læringsressursen «Kvantefysikk» ble lansert høsten 2016 på Naturfagsenterets plattform www.viten.no etter i alt fire utprøvingsrunder på universitesskoler. Programmet «Generell relativitetsteori» ble lansert i januar 2018. Begge programmene er også oversatt til engelsk i løpet av 2018, og nynorske versjoner er i ferd med å komme på plass i løpet av 2019. Læringsressursene vektlegger bruk av muntlig og skriftlig språk i læringsprosessen og refleksjon over filosofiske spørsmål knyttet til moderne fysikk, og de inkluderer animasjoner, simuleringer, eksempler på teknologiske anvendelser av moderne fysikk, og korte videoer hvor fysikere beskriver sentrale begreper. ReleKvant Kompetanse samarbeider med Nasjonalt senter for naturfag i opplæringen (Naturfagsenteret), med Lektorprogrammet i realfag på UiO og med fysikklærere ved UiO sine universitetsskoler i Oslo og Akershus. Videre bidrar fysikere og fysikkdidaktikere fra UiO og NTNU og en læringsforsker fra UiO. To stipendiater har vært tilknyttet prosjektet, og flere masterstudenter har skrevet oppgaver basert på ReleKvant-data, både ved NTNU og ved UiO. ReleKvant Kompetanse kombinerer forskning på elevers fysikkforståelse, motivasjon og læringsprosesser med forskning på hvordan kompetanse skapes i samarbeidet mellom lektorstudenter, fysikklærere og forskere. Dataene som vi analyserer, omfatter bl.a. skriftlige og muntlige oppgavesvar og diskusjoner fra elever samt intervjudata av elever, lektorstudenter og lærere. Spørsmål vi har belyst gjennom publikasjoner er for eksempel: Hvilke spesielle utfordringer er involvert når man forsøker å undervise fysikk på nye og uvante måter? Hva trenger en god fysikklærer å kunne, og hvordan kan fysikklærerkompetanse best beskrives og utvikles gjennom utdanning og praksis? Hvordan fungerer metaforer og tankeeksperimenter i elevers læringsprosess i generell relativitetsteori? Hvordan kan smågruppe-diskusjoner støtte elevers læringsprosess i kvantefysikk, og hva er lærerens rolle i slike arbeidsformer? Prosjektet ReleKvant Kompetanse er i 2019 inne i avslutningsfasen: utviklings- og datainnsamlingsaktiviteten er over, mens noe dataanalyse, skriving og rapportering fra prosjektet fortsatt pågår. En rekke forskningsartikler kom ut i løpet av 2018 og 2019, og flere er under fagfellevurdering eller under ferdigstillelse og forventes publisert i 2019 eller 2020. En PhD-avhendling er levert i september 2019. I slutten av 2016 innledet vi et samarbeid med en forskergruppe i Australia, da en ReleKvant-gruppe bestående av forskere, lektorstudenter og en fysikklærer besøkte University of Western Australia og Gravity Discovery Center i Perth. Samarbeidet har bl.a. ført til en rekke konferansebidrag i 2017-2019 samt et internasjonalt seminar i Tyskland våren 2019. Begge stipendiatene i ReleKvant Kompetanse har vært på forskningsopphold i Australia i løpet av 2018 og 2019. En internasjonal fagbok om undervisning innen «Einsteinian Physics» er planlagt, med en fysiker fra Australia samt den ene stipendiaten fra ReleKvant Kompetanse som redaktører. Våre australske samarbeidspartnere fikk i 2019 en bevilgning fra det australske forskningsrådet (ARC) til prosjektet «International collaboration in teaching an learnig Einsteinian physics», med samarbeidspartnere fra hele verden inkludert ReleKvant Kompetanse-gruppa i Norge. Gjennom dette samarbeidet kommer prosjektet til å videreføres (med noe mindre omfang) i noen år framover, med mulighet for utdypende datainnsamling og felles publikasjoner. Læringsressursene på www.viten.no, samt forskningsresultater om elevers forståelse og læring og om lektorutdanning og fysikklærerkompetanse, presenteres og diskuteres i relevante fora både i Norge og internasjonalt, gjennom lektorutdanning, etterutdanningskurs, fysikklærerkonferanser, lærerutdanningskonferanser, forskerkonferanser, fagbøker og forskningsartikler.

1. Freely available, research-based learning resources in quantum physics and general relativity for upper secondary physics 2. Research results on student understanding and learning and teacher competence development 3. Dissemination to target groups: pre- and in-service physics teachers, teacher educators, cognitive scientists, educational authorities, science education and teacher education researchers 4. One PhD and six Master?s degree theses 5. Strengthened collaboration relations between physics education researchers, teacher educators, physicists, and practicing teachers in the involved institutions; international collaboration relations in ?Einsteinian physics? with Australia, Germany, Scotland, and other countries. 6. Increased professional competence for teaching quantum physics and general relativity among pre-and in-service teachers in Norway 7. Increased competence among physics education researchers and teachers concerning collaborating in design-based research

Although science education is declared as important by the Norwegian government, not much research has been conducted on teaching and learning science in secondary school or on science teachers' competence development. ReleQuant Competence is a research and development project where teachers and teacher students collaborate with researchers and teacher educators in developing web-based teaching modules and new teaching approaches in modern physics for upper secondary school. The project combines research on pupils' learning processes in modern physics with research on how the collaboration develops competence in the involved practitioner groups. Development of teaching modules draws on a sociocultural view of learning, emphasizing use of language, conceptual development, visualisations and philosophical reflections. Modules will be developed and tested using an educational design research methodology. Data will consist of written and oral pupil responses, classroom observations and focus group interviews. Our research will identify success criteria and challenges in a school-university collaboration that aims to generate research-based teaching innovations and foster schools as learning organizations. We will develop and research a model where physics teacher students are involved in research as part of their training, fostering their innovative skills and knowledge of how research can benefit education. This way, we aim to contribute to building a professional community of practice among teachers, teacher educators, researchers and students in physics education. The collaboration will be documented and researched using individual and focus group interviews as main data sources. Research-based innovations will contribute to competence in schools by implementation in science teacher education at the involved institutions and will be disseminated to a wider audience of teachers and teacher educators through conferences, journals and professional development courses.