Ny ph.d.: At sætte tal ind i en formel er ikke fysik

Når fysikstuderende skal lave beregninger på alt fra raketters bane til lydbølgers spredning, sker det gennem matematiske repræsentationer. Men selvom de studerende har fod på matematikken, er det langt fra givet, at de kan koble grafer og ligninger til virkeligheden, de beskriver. Og det giver begrænsninger, mener Muhammad Aswin Rangkuti, der netop har forsvaret sin ph.d. ved Institut for Naturfagenes Didaktik.  

“For det meste behandler studerende fysik som matematik, hvor en formel er et matematisk værktøj som de kan bruge.  Men de forstår ikke nødvendigvis det fysiske fænomen bag formlen,” siger han.  

“De kan muligvis tage en formel, sætte tallene ind og få et resultat. Men det betyder ikke noget i sig selv. Det er ikke fysik, det er matematik.” 

Hvis studerende ikke forstår de fysiske fænomener, de laver beregninger på, får de svært ved at finde mening med faget og relatere deres beregninger til den virkelige verden, mener Muhammad Aswin Rangkuti. 

“De studerende ser ikke ligningerne som meningsfulde, når de bare bliver værktøjer til at løse opgaver. Vi skal hjælpe dem til at få et andet syn på formlerne. Og til at se, hvad der ligger bag.” 

Se dybere end matematikken 

I sin forskning har Muhammad Aswin Rangkuti blandt andet undersøgt, hvordan man kan hjælpe studerende til at se dybere end matematikken, når det kommer til den såkaldte 1-D bølgeligning, der beskriver en bølges afhængighed af tid og sted.  

Ligningen beskriver alle bølgefænomener - fra bølger på havet til elektromagnetiske bølger - og er derfor meget anvendt i fysikken.  

“Jeg spurgte studerende, hvordan de ville forklare ligningen til deres medstuderende. Og ingen af dem var i stand til at gøre det. De kunne opremse den matematiske beskrivelse, men de ved ikke, hvorfor den ser ud som den gør,” siger Muhammad Aswin Rangkuti. 

Forskeren gav også de studerende en række funktioner og spurgte, om de opfylder bølgeligningen.  

“Det kan de studerende godt regne ud matematisk. Men når man spørger dem, hvilke funktioner rent faktisk repræsenterer bølger i en fysisk situation, så har de ingen ide.” 

Overraskende meningsfuldt 

På den baggrund udviklede Muhammad Aswin Rangkuti fire øvelser, der trinvist skulle gøre studerende i stand til at forstå meningen med 1-D bølgeligningen. Og effekten blev, at studerende ændrede hvordan de brugte ligningen.  

“Målet var at få studerende til at spørge hvorfor? Hvorfor ser formlen ud som den gør, og hvad fortæller det os? Og det skal være en del af din forståelse, hvis du vil have en dyb forståelse af fysik,” siger Muhammad Aswin Rangkuti. 

"Efter opgaverne sagde nogle studerende, at de aldrig havde forestillet sig, at de kunne udforske så meget fysisk mening fra kun én fysisk formel." 

Ikke alle studerende kom igennem vejledningerne med den samme erkendelse, men Muhammad Aswin Rangkuti håber stadig, at de vil se anderledes på andre fysiske ligninger i fremtiden. 

Problematisk, at fysik opfattes som særlig vanskelig 

Forskningen viser, at det er muligt at give studerende en dybere forståelse af de redskaber, de lærer. Og det bør være mere almindeligt i klasseværelserne at fokusere på disse aspekter af fysik, siger Muhammad Aswin Rangkuti. 

De studerende ser ikke ligningerne som meningsfulde, når de bare bliver værktøjer til at løse opgaver.

“Vi ser at studerende, taler om fysik at det er enormt svært. Folk taler om fysik som det sværeste emne, sammenlignet med biologi, kemi og matematik. Det er et problem, og det tror jeg handler om måden vi underviser fysik på,” siger han.  

På alle uddannelsestrin er der en tendens til at undervise matematik og fysik helt opdelt. Derfor har de studerende en tendens til at se fysikken og matematikken som to forskellige fag, selv om de er dybt forbundne.  

“Jeg vil gerne se matematiklærere og fysiklærere der i højere grad samarbejder for at integrere deres læring, og gøre begge fag mere meningsfulde for studerende. Hvis vi kan undervise i fysik bedre, så vil det ændre de studerendes syn på faget,” siger Muhammad Aswin Rangkuti.