Science education for our common future: Education for sustainable development in science teacher education

Abstract

The aim of this thesis was to develop knowledge on how education for sustainable development (ESD) can be realised in the education of science teachers. The aim was pursued through three articles: one theoretical article addressing how secondary school chemistry education can be an arena for ESD and two empirical articles investigating the realisation of ESD in the science teacher education program at the Norwegian University of Life Sciences (NMBU). The science teacher education program at NMBU has the overall aim of educating teachers who can contribute to sustainable development, making the institution a valuable case to study. In the first article, a model of how ESD can be realised in chemistry education was developed. The model consists of five categories: chemical content knowledge, chemistry in context, the distinctiveness and methodological character of chemistry, ESD competencies and lived ESD. Through the model, we aimed to support chemistry teachers in their educational planning and the model visualises how ESD can be realised in chemistry education, even when sustainability is not specifically taught as content. In the second article, we investigated how ESD can be realised in science teacher education. The article reports from the case study at NMBU and provides an example of how ESD can be realised through a strengths approach where ESD is founded in the strengths among the teacher educators and existing teaching practices. The results indicate that an emphasis on sociocultural learning theory and experiential learning builds a thorough foundation for ESD. The sociocultural learning theories contributed to the social aspect of ESD through the university culture of the teacher education institution that mirrors the school culture of a sustainable school, with a particular focus on collaboration and the learning environment. Furthermore, through a focus on experiential learning, teaching approaches such as context-based teaching, outdoor education, phenomenon-based teaching and inquiry learning were included, enhancing the emphasis on pupil participation and science in context. However, the teaching has to be explicit in order to reach all student teachers. The third article explores the realisation of ESD in a residential field course arranged at the beginning of the academic year for the NMBU teacher education program. It, thus, provides a more in-depth exploration of one part of the teacher education program discussed in Article II. Through the residential field course, the student teachers gained experience in outdoor education, experience in spotting subject issues in nature and they gained inspiration and ideas from each other. The teaching included active learning approaches, such as inquiry learning and phenomenon-based teaching. Inquiry learning showed a potential of realising all categories of the ESD model, and particularly ESD competencies. Furthermore, phenomenon-based teaching contributed with connecting the sciences to an everyday context and allowing the learners to be affected by the environment. The residential field course also provided the student teachers with experience of stepping into something unknown, which is an important exercise in preparing for ESD, since ESD requires teachers who are willing to explore content knowledge without fixed answers and the inclusion of pupil-centred teaching approaches.

Målet med dette studiet har vært å utvikle kunnskap om hvordan utdanning for bærekraftig utvikling (UBU) kan realiseres i utdanning av lærere til naturfagene (naturfag, kjemi, biologi og fysikk). Dette har resultert i denne avhandlingen som inkluderer en teoretisk artikkel om hvordan kjemiundervisningen kan være en arena for UBU, samt to empiriske artikler som tar utgangspunkt i en undersøkelse av UBU-tilnærmingen ved naturfagslærerutdanningen på Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU). NMBU har satt som et overordnet mål for lærerutdanningsprogrammet at de ønsker å utdanne lærere som kan bidra til bærekraftig utvikling, noe som har gjort denne casen spesielt interessant. I avhandlingens første artikkel presenterer vi en modell for hvordan UBU kan realiseres i kjemiundervisning. Modellen består av fem kategorier: fagkunnskap, kontekstbasert kjemi, fagets egenart og metodologiske karakter, UBU-kompetanser og levd UBU. Gjennom modellen søker vi å støtte kjemilærere i undervisningsplanlegging rettet mot UBU, og vi eksemplifiserer hvordan UBU kan være en naturlig del av kjemiundervisningen, også når det faglige temaet ikke er knyttet til problemstillinger om bærekraftig utvikling. I den andre artikkelen undersøker vi hvordan UBU kan realiseres i utdanningen av naturfagslærere. Artikkelen bygger på studiet fra NMBU og gir et eksempel på hvordan UBU kan realiseres i et lærerutdanningsprogram ved å bygge på eksisterende undervisning og kompetansen som lærerutdannerne innehar. Funnene fra studien indikerer at sosiokulturell- og erfaringsbasert læringsteori utgjør et godt fundament for UBU. Den sosiokulturelle læringsteorien bidrar til det sosiale aspektet i UBU, gjennom en universitetskultur ved lærerutdanningsprogrammet som speiler en bærekraftig skolekultur med et hovedfokus på samarbeid og et godt læringsmiljø. Videre bidrar erfaringsbaserte undervisningsmetoder som kontekstbasert undervisning, uteundervisning, fenomenbasert undervisning og utforskende arbeidsmåter til et spesielt fokus på elevmedvirkning og undervisning som elevene kan oppfatte som relevant. Samtidig indikerer studien at undervisningen må være eksplisitt nok for at lærerstudentene skal kunne avdekke hensikten med undervisningen. I den tredje og siste artikkelen undersøker vi hvordan UBU er realisert på en ekskursjon i lærerutdanningsprogrammet ved NMBU. På denne måten bidrar artikkelen med en mer grundig utforskning av en av samlingene fra artikkel 2. Gjennom ekskursjonen fikk studentene erfaring i uteundervisning og i å oppdage undervisningsressurser i naturen. De fikk også inspirasjon og ideer fra hverandre ved å undervise hverandre i grupper, samt at mange opplevde å måtte utfordre seg selv knyttet til oppgavene som ble gitt. Gjennom øvelser på feltkurset fikk studentene erfare utforskende arbeidsmåter og fenomenbasert undervisning. Analysene viste at utforskende arbeidsmåter bidro til alle de fem kategoriene i UBU-modellen, og spesielt UBU-kompetanser. Videre bidro fenomenbasert undervisning til å knytte fagene til konteksten og til at studentene ble berørt av omgivelsene. Erfaringen studentene fikk av å utfordre seg selv kan anses som nyttig ettersom UBU krever lærere som både tør og er villige til å utforske usikker kunnskap og undervisningsmetoder der elevene er i førersetet.