10 Analys och diskussion
10.1 Diskussion av resultat
Att elevers förståelse är begränsad kring vad ström är visar både vår undersökning och tidigare forskningsresultat (se Elevföreställningar i ellära, kap. 5). Björn Andersson har klart visat att elevers kunskap att ström är elektroner i rörelse är ytterst begränsad. Första enkätundersökningen visade att endast 5 % av de 77 tillfrågade svarade korrekt. Likt Björn Andersson visade även vår undersökning att eleverna fortfarande besitter en partikelmodell av ström. Att sedan uppfattningen av de olika partiklarnas uppgifter är mindre självklar kan ha flera förklaringar. En möjlighet skulle kunna vara att man diskuterar de olika partiklarna i de olika naturvetenskapliga ämnena och att eleverna helt enkelt blandar ihop dem med varandra. Vad uppgiften i enkät 1 också visade var att 49 % relaterade ström till vardagserfarenheter såsom en förutsättning för att en lampa lyser. Man kan i detta avseende inte säga att eleverna svarade felaktigt eftersom en lampa självklart inte kan lysa om det inte går ström. Men samtidigt visar också detta svar på att elevens naturvetenskapliga tänkande och förståelse inte är tillräckligt utvecklat.
Elevernas kunskap kring lampor och hur de ska kopplas till batterier för att de ska lysa visade sig vara relativt god. Tidigare forskningsresultat av Björn Andersson visar på att 80 % av 1115 tillfrågade elever på högstadiet hade en enpolig lampuppfattning. Vår enkät visade dock på att 53 % av 77 elever svarade korrekt, tvåpoligt. Skillnaden mellan årskurserna ansågs vara försumbar. Enkätundersökningen efter laborationen visar på en ökning upp till 69 %, vilket är en klar förbättring. Anledningen till denna förbättring skulle kunna tänkas vara att eleverna med hjälp av tankemodeller i stationslaboration 1 fick testa sig fram i hur de trodde att lampan skulle kopplas. Problematiken med denna stationslaboration, vilket säkert påverkade antalet korrekta svar, var att komponenterna var små och det kunde vara svårt att själv hålla ihop alla delar. Möjligheten finns att eleverna inte observerade tillräckligt hur de kopplade utan rörde sladdarna till de områden på lampan och batteriet som gjorde att lampan började lysa. Laborationen samt enkätundersökning visar på att eleverna inte alltid reflekterar kring vad de gör och varför saker sker. För att ytterligare förklara för eleverna varför de måste koppla som de gör skulle man kunna tänka sig att förstora en lampa i genomskärning för att visa dess två poler och hur strömmen flödar i komponenten.
Med den nionde uppgiften i enkät 1 (se Bilaga 1) om strömmen i kretsen ville vi framförallt undersöka om eleverna besatt en källa-förbrukarmodell. Denna modell har i en rad undersökningar, däribland av Björn Andersson (1989, 2002) och Shipstone (enl. Driver et al 1994) visat sig vara den modell inom ellära som eleverna använder sig av då de vill förklara hur strömmen flödar och förändras i en krets. Resultatet av vår undersökning visade att 43 % av eleverna ansåg att strömmen var olika stor före och efter lampan. Detta förvånade inte oss, då tidigare forskningsresultat visade på att så sannolikt skulle vara fallet. Vid intervjuer med elever innan laborationstillfället svarade eleverna att de trodde lampan förbrukade strömmen. Efter laboration fann vi att andel elever som ansåg att strömmen var olika stor före och efter lampan sjunkit till 27 %. Att det fortfarande var så pass många elever som svarade likt en felaktig tankemodell skulle kunna förklaras med att laboration inte varit tillräckligt utmanande. Det kan även bero på att eleverna inte var tillräckligt engagerade under
laborationstillfället eller att de inte litade på att den korrekta modellen stämde. Att skillnaden mellan årskurserna inte var signifikant förvånade dock eftersom eleverna i årskurs 7 två månad tidigare hade undervisats i ellära. Att eleverna inte hade bättre kunskaper i ellära skulle kunna bero på att de istället för att resonera ur ett fysikaliskt perspektiv i större utsträckning resonerar enligt ett mer vardagligt resonemang där någonting som är i vägen i kretsen, i vårt fall lampan, skulle påverka strömmens styrka. Likaså skulle man kunna förklara att 10 % av eleverna ansåg att strömmen var noll efter lampan. Att niornas svar inte var bättre trots mer fysikundervisning än sjuorna skulle kunna förklaras med att de nyligen hade diskuterat energi och energianvändning och på så sätt relaterade uppgiften till detta. Hur eleverna använder källa-förbrukarmodellen visade sig också i den trettonde uppgiften i enkät 1 om fyra strömmodeller (Cosgrove et. al. refererad i Andersson, 1989). Då vi producerade enkäterna hade vi en förhoppning om att denna uppgift skulle korrelera med uppgift nio, vilket den inte gjorde. Detta kan bero på frågornas utformning men även på att eleverna inte är konsekventa i sitt tänkande. 40 % av eleverna svarade korrekt på fråga 13 i första enkäten, det vill säga att strömmen var lika stor före och efter lampan. Detta ökade sedan till 60 % på enkät två. Denna ökning skulle kunna förklaras med samma argument som i uppgift nio. Vad man skulle kunna tänka sig krävs i denna situation är att ytterligare utmana elevernas föreställningar med en liknande laboration. Att endast utmana elevens föreställningar under en kort tid, exempelvis under vår stationslaboration, kan resultera i att eleven väljer att modifiera sin felaktiga tankemodell för att den ska passa med den nya informationen, detta istället för att överge den enligt naturvetenskapen otillräckliga tankemodellen helt. För att lösa denna problematik har vi en tanke om att man skulle kunna utföra liknande experiment som visade på samma resultat. På så sätt skulle elevens föreställning störas ytterligare till förmån för att en korrekt tankemodell konstrueras. Likaså visade undersökningen en signifikant skillnad mellan årskurserna. I årskurs 7 svarade 60 % av eleverna att de ansåg att strömmodell D var korrekt till skillnad från årskurs 9 där endast 20 % av eleverna trodde på en strömmodell D. Bland eleverna i årskurs 9 var strömmodell C det vanligaste svarsalternativet. Denna skillnad beror troligen på att sjuornas precis genomförda undervisning i ellära haft effekt.
Uppgift 10 och 12 i enkät 1 (se Bilaga 1) behandlade serie- och parallellkopplingar av lampor. Uppgifterna togs med för att visa på sekvenstänkande och källa-förbrukarmodell i elevernas tankesätt. Vi förstod att dessa kopplingar skulle bidra med en del förvirring om rätt och fel då det är lätt att missta sig med vad som händer. Andersson (1989) menar att det logiskt sett är lätt att tänka sig att strömmen förbrukas i lamporna eller delar upp sig i såväl serie- som parallellkopplingen. Vår undersökning visade att förståelsen kring seriekoppling av lampor var betydligt lättare att förstå än parallellkoppling, något som inte förvånade oss då forskningen pekat på att parallellkoppling är ett svårare begrepp (Tsai et. al., 2007). 51 % av eleverna ansåg att lamporna i en seriekoppling lyste lika starkt medan 39 % av eleverna svarade detsamma gällande lampor i parallellkoppling. Eleverna i störst utsträckning svarade att lampan närmast batteriet i den schematiska bilden, lampa A, i parallellkopplingen skulle lysa starkare än vad den andra lampan (B) skulle göra. Gällande seriekopplande lampor svarade sjuorna korrekt, 58 %, i större utsträckning än vad niorna gjorde, 41 %. Denna skillnad skulle man också kunna tänka sig bero på att sjuorna nyligen undervisats i ellära samt att niorna använder sig av föreställningen av att ström och energi är densamma och att energin och därmed strömmen omvandlas eller förbrukas i kretsen. Skillnaden mellan årskurserna gällande parallellkoppling var försumbar. Enkät 2 (se Bilaga 2) visade också på att laborationen hade inverkan på elevernas förståelse gällande serie- och parallellkoppling av lampor. 74 % av eleverna svarade korrekt på lampor i serie medan 63 % av elevernas svarade korrekt på lampor i parallellkopplingen, det vill säga en klar förbättring. Anledningen till att
det skedde en positiv förändring i denna uppgift kan bero på att laborationer med serie- och parallellkopplade lampor är tacksamma att använda för att häva föreställningar eftersom eleverna klart och tydligt kan se hur lamporna lyser.
Den föreställning som tycks vara mest omfattade och svårast att påverka är den om sambandet mellan ström och spänning. Flera forskare inom området, såsom Maichle (enl. Andersson, 1989) och von Rhöneck (enl. Andersson, 1989) har visat att elever förknippar eller förklarar ström som en orsak eller förutsättning för att det ska finnas en spänning. Den sista uppgiften i enkäten visar på elevernas kunskaper kring föreställningen om detta samband. Uppgiften var en flervalsfråga, vilket ställde till det lite i den statistiska analysen då eleverna kunde svara på flera olika sätt. Men vad uppgiften visade i enkät ett var att 60 % av eleverna svarade att det endast gick ström i den slutna kretsen. Efter laborationen svarade 88 % av eleverna korrekt. Vi anser trots detta att dessa värden inledningsvis var förvånansvärt låga då fler elever torde veta förutsättningen att för att det ska finnas en ström är att en krets är sluten till en spänningskälla. Då det kommer till i vilken figur som spänning fanns svarade endast 8 % av eleverna korrekt, vilket är ett lågt värde. Maichles (enl. Andersson , 1989) undersökning bland 400 elever i åldern 13-15 år visade ännu lägre värden på frågan om spänning kunde finnas utan att det existerade en ström. Endast 3,5 % av de tillfrågade svarade korrekt, vilket visar att eleverna i vår undersökning följde samma mönster i kunskap om sambandet mellan ström och spänning. Efter laborationen ökade andelen elever som svarat helt korrekt på frågorna om spänning till 12 %. Även denna andel elever var förvånansvärt låg och tyder än en gång på att förståelsen kring spänning är väldigt begränsad.
I uppgift elva i enkät 1 (se Bilaga 1) ställdes frågan om hur stor spänningen var över ett batteri respektive lampa i en sluten krets. 42 % av de tillfrågade eleverna svarade här att spänningen var olika över lampan och batteriet medan 46 % svarade att den var densamma. Skillnaden mellan före och efter laborationen var inte statistisk säkerställd, vilket innebär att det saknades en egentlig skillnad. Procentandelen som svarade felaktigt på uppgiften var väntad, då spänningen inte tycks vara ett begrepp som förklaras tillräckligt i undervisningen på högstadiet. Definitionen av spänning verkar vara för avancerad för att eleverna ska förstå. Undervisningen om spänning behövs för att eleverna skall se ett sammanhang i ellära och det är ett begrepp som eleverna borde få arbeta mer med. Det gäller att visa att det inte krävs ström för att spänning ska existera och att spänning inte är en orsak av ström. För att förenkla undervisningen om spänningen skulle man kunna använda sig av analogier.
Sammanfattningsvis har vår studie visat att eleverna i vår undersökning innehade liknande föreställningar som tidigare forskning konstaterat. Vår undersökning visade att de främsta modellerna eleverna använde för att förklara den elektriska kretsen var förbrukningsmodeller och jämförelser med energianvändning. Laborationen som genomfördes hade en positiv inverkan på elevernas kunskap, däribland att en krets måste vara sluten för att en ström ska uppstå samt seriekopplade lampor. Att skillnaden mellan enkäterna inte var så stor visar på att det krävs mer än bara en enstaka laboration för att bygga kunskap
10.2 Slutord
Vi har i denna uppsats visat att de elevföreställningar som tidigare forskning visat på fortfarande existerar bland elever på högstadiet och att skillnaden mellan årskurserna inte är så utbredd. Vi har även konstaterat att laborationer kan bidra till att öka elevers kunskaper i ellära och därför kan användas som en del i undervisning mot en mer naturvetenskaplig begreppsuppfattning. Denna uppsats har gett oss större insyn i laborationsundervisningen, vilket vi anser användbart i vårt kommande läraruppdrag. Slutligen anser vi att vi har besvarat våra frågeställningar och därmed har uppfyllt vårt syfte med uppsatsen.
11 Referenser
Andersson et. al. (2002) Elektriska kretsar. Projekt NORDLAB-SE Inst för pedagogik och didaktik, Göteborgs Universitet [Digital version] Hämtad 2010-03-08
http://www.ped.gu.se/personal/frank.bach/kurser/lfy200/Fy6.pdf
Andersson & Kärrqvist (1979).Elevperspektiv på elektriska kretsar..Göteborg; Göteborg: Inst. för pedagogik och ämnesdidaktik, Na-centrum, Göteborgs univ.
Andersson, Björn (1989). Elevperspektiv på elkretsar från grundskola till universitet: en
internationell översikt. Göteborg ; Göteborg: Inst. för pedagogik och ämnesdidaktik, Na-
centrum, Göteborgs univ.
Bell, Judith (2000). Introduktion till Forskningsmetodik (3uppl.). Lund: Studentlitteratur. Benson, Harris (1996). University physics. New York: J. Wiley
Bruner, Jerome (1960). The process of education. New York: Harvard university press
Bruner, Jerome (1974). Beyond the information given. Studies in the Psychology of knowing. London: W. W. Norton & Company
Dahmström, Karin (2005). Från datainsamling till rapport. (4:e upplagan) Lund: Studentlitteratur
Dimenäs & Haraldsson (1996) Undervisning i naturvetenskap. Lund: Studentlitteratur, Driver, Guesne & Tiberghien (1992). Children´s Ideas In Science. Philadelphia. Milton
Keynes Open Univ.
Driver, Squires, Rushworth & Wood-Robinson (1994) Making sense of secondary science :
research into children's ideas . London: Routledge
Dysthe, Olga (1996) Det flerstämmiga klassrummet Lund: Studentlitteratur Ejvegård, Rolf (2003) Vetenskaplig metod.(3 uppl.). Lund: Studentlitteratur.
Ekstig, Börje (1990). Undervisa i fysik: didaktik och metodik. Lund: Studentlitteratur. Evenshaug & Hallen (2001). Barn- och ungdomspsykologi (2, uppl). Lund Studentlitteratur Finkelstein, Noah (2005) Learning Physics in Context: A study of student learning about
electricity and magnetism. International Journal of Science Education Vol 27, No. 10, s.
1187–1209 [Digital version] Hämtad 2010-04-13
http://web.ebscohost.com.support.mah.se/ehost/pdfviewer/pdfviewer?vid=7&hid=108&s id=f6674549-ef22-49d1-8825-9ba565701aee%40sessionmgr111
Hart, Christina (2007) Models in Physics, Models for Physics Learning, and Why the
Distinction may Matter in the Case of Electric Circuits. Springer Science + Business
Media B.V. 2007 [Digital version] Hämtad 2010-09-24
http://www.springerlink.com.support.mah.se/content/q745647361475052/fulltext.pdf Hofstein & Lunetta (2002) The Laboratory in Science Education: Foundations for the Tenty-
First Century. 2003 Wiley Periodicals, Inc. [Digital version] Hämtad 2010-04-12 http://onlinelibrary.wiley.com.support.mah.se/doi/10.1002/sce.10106/pdf
Illeris, Knud (2007). Lärande (2, [rev och utök] uppl uppl.). Lund: Studentlitteratur.
Imsen, Gunn (2000). Elevens värld : introduktion till pedagogisk psykologi (3, [uppdaterade och utvidgade] uppl.). Lund: Studentlitteratur.
Johansson & Svedner (2006) Examensarbete i lärarutbildningen. (4 uppl.) Lund: Studentlitteratur
Lunetta, Vincent N. (1998). The School Science Laboratory: Historical Perspective and
Context for contemporary Teaching. Tobin K. and Fraser B. (Red.). International handbook of science education (2003). (Special paperback uppl.). Dordrecht: Kluwer Lärarnas handbok: läroplaner, skollag, yrkesetiska principer, FN:s barnkonvention. 8. rev.
uppl (2008). Lund : Studentlitteratur,
Newton, Douglas P. (2003). Undervisa för förståelse: vad det är och hur man gör det. Lund: Studentlitteratur.
Patel & Davidson (2003) Forskningsmetodikens grunder.(3 uppl.) Lund: Studentlitteratur Psillos & Niedderer (2002) Issues and Questions Regarding the Effectiveness of Labwork I: Psillos et al (2002) Teaching and learning in the science laboratory (2002). Dordrecht ;
Boston: Kluwer Academic Publishers. [Digital version] Hämtad 2010-03-01 http://www.springerlink.com.support.mah.se/content/g3v606/
Svenska akademien (2010) Svenska akademiens ordbok. Göteborgs universitet [Digital version] Hämtad 2010-10-05 http://g3.spraakdata.gu.se/saob/
Sewell, Audrey (2002). Constructivism and student misconceptions: Why every teacher needs
to know about them. Australian Science Teachers’ Journal, 48, s.24-28. [Digital version]
Hämtad 2010-07-12 http://web.ebscohost.com.support.mah.se/ehost/pdfviewer/pdfviewe r?vid=7&hid=8&sid=a9e0f6bf-8079-4b8d-8e27-5dac5e36f67a%40sessionmgr10
Sjøberg, Svein (2000). Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik. Lund: Studentlitteratur
Skolverket (2000a) Kursplan för fysik för grundskolan . [Digital version] Hämtad 2010-09-25 http://www.skolverket.se/sb/d/2386/a/16138/func/kursplan/id/3880/titleId/FY1010%20- %20Fysik
Skolverket (2000b) Kursplan för Naturorienterande ämnen för grundskolan. [Digital
version] Hämtad 2010-09-25 http://www.skolverket.se/sb/d/2386/a/16138/func/kursplan /id/3878/titleId/NO1010%20-%20Naturorienterande%20%E4mnen
Skolverket (2006c) Läroplanen för den obligatoriska skolverksamheten 94. Skolverket [Digital version] Hämtad 2010-09-28: http://www.skolverket.se/publikationer?id=1069 Tasker, Yvonne (2000) Att planera och genomföra intervjuer.
I: Bell, Judith (red) (2002) Introduktion till Forskningsmetodik. (3., [rev.] uppl). Lund: Studentlitteratur.
Thorén, Ingvar (1999). Att utvecklas i naturvetenskap. Solna: Ekelunds förlag AV Tsai, Chen, Chou and Lain (2007) Current as the Key Concept of Taiwanese Students’
Understandings of Electric Circuits. International Journal of Science Education Vol. 29,
No. 4, pp. 483–496 [Digital version] Hämtad 2010-04-13 http://web.ebscohost.com. support.mah.se/ehost/resultsadvanced?vid=6&hid=108&sid=f6674549-ef22-49d1- 8825-9ba565701aee%40sessionmgr111&bquery=((jn+%22International+Journal+of+ Science+Education%22)+AND+ft+y)+and+(Electric+circuit)&bdata=JmRiPWFmaCZ0 eXBlPTEmc2l0ZT1laG9zdC1saXZl
Tytler, Russell (2002) Teaching for understanding in science: Student conceptions research,
& changing views of learning.. Australian Science Teachers’ Journal, 48, s.14-21.
[Digital version] Hämtad den 2010-07-12 http://web.ebscohost.com.support.mah.se/ ehost/pdfviewer/pdfviewer?vid=12&hid=8&sid=a9e0f6bf-8079-4b8d-8e27-
5dac5e36f67a%40sessionmgr10
Welzel et al. (1998) Teachers' Objectives For Labwork. Research Tool And Cross Country Results. [WORKING PAPER 6 from the European project LABWORK IN
SCIENCEEDUCATION]. (Targeted Socio-Economic Research Programme. Project PL95-2005.) University of Bremen. [Digital version] Hämtad 2010-03-01
http://didaktik.physik.uni-bremen.de/niedderer/projects/labwork/index.html Wickman, Per Olof (2002) Vad kan man lära sig av laborationer.
I: Strömsdahl H (red) (2002): Kommunicera naturvetenskap i skolan – några forskningsresultat. Lund: Studentlitteratur
Bilaga 1 - Enkät 1.
Elevuppfattningar i ellära
2010-04-21Denna enkät är första delen av ett examensarbete i fysik vid Lunds universitet och Malmö högskola. Syftet är att undersöka vad Ni elever vet om ström och spänning. Enkäten kommer att utvärderas och följas upp med en laboration som Ni genomför. Därefter vill vi gärna att ni deltar i ytterligare en enkätundersökning för att vi ska kunna utvärdera hur laborationen utvecklat Era kunskaper. Er lärare kommer inte att få tillång till enkäterna så därför påverkar denna enkät inte Ert betyg.
Vänligen kryssa i det alternativ som du anser är rätt
1. Är du tjej eller kille? 1 tjej
2 kille
2. Vilken årskurs går du i? ________________
3. Vilket betyg har du i fysik?________________ 1 har ej fått betyg 4. Jag tycker att fysik är
a. 1 2 3 4 5
svårt lätt
b. 1 2 3 4 5
tråkigt roligt
5. Jag tycker laborerande är
a. 1 2 3 4 5
svårt lätt
b. 1 2 3 4 5
tråkigt roligt
6. Under laborationer lär jag mig
1 2 3 4 5
lite mycket
Nu kommer några frågor om ström och spänning. 7. Vad är elektrisk ström?
____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________
8. En lampa är kopplad till ett batteri. Batteriet är nytt och lampan är OK.
A B C Ingen lampa lyser
Fyll i vilken/vilka lampor som lyser Man får kryssa i flera alternativ
9. I en krets har vi kopplat ett batteri ( ) och en lampa ( ⊗ ), se figur. Vilket påstående stämmer?
10. I en krets har vi kopplat två likadana lampor. Vilket påstående passar?
11. I en krets har vi kopplar en lampa. Batteriet är nytt och är på 4.5V. Vilket påstående passar?
12. I en krets har vi parallellkopplat två likadana lampor. Vilket påstående passar?
13. Ett batteri är kopplat till en glödlampa så som bilderna visar. Vilken bild anser du bäst beskriver den elektriska strömmen? Ringa in ditt svar!
1
2
3
4
Det går ingen ström i tråden som är kopplad
till batteriets undersida. Strömmen går mot lampan i båda trådarna. Strömmens riktning är som på bilden. Men det går mindre ström i tråden som går tillbaka
till batteriet
Strömmens riktning är som på bilden. Strömmen är lika stor i
båda trådarna
14. Betrakta figurerna A, B, C! Batterierna är nya, och lamporna är OK! Läs varje mening nedan, och sätt ett kryss i rutan om meningen är sann. Man får kryssa i flera
alternativ
A B C vet ej
a. Det finns elektrisk ström i figur b. Det finns elektrisk spänning i figur
Tack för din medverkan!
1 Lampa A lyser, lampa B lyser inte 2 Lampa A lyser starkare än lampa B 3 Lampa B lyser starkare än lampa A 4 Lampa A och B lyser lika starkt
Bilaga 2 - Enkät 2.
Elevuppfattningar i ellära
2010-06-02Denna enkät är tredje delen av ett examensarbete i fysik vid Lunds universitet och Malmö högskola. Syftet är att undersöka vad Ni elever vet om ström och spänning. Enkäten kommer att utvärderas och jämföras med föregående enkät. Er lärare kommer inte att få tillång till enkäterna så därför påverkar denna enkät inte Ert betyg.
Vänligen kryssa i det alternativ som du anser är rätt 1. Är du tjej eller kille?
1 tjej 2 kille
2. Vilken årskurs går du i? ________________ 3. Vad tycker du om laborationen vi gjorde?
a. 1 2 3 4 5
svår lätt
b. 1 2 3 4 5
tråkig rolig
4. Hur mycket tycker du att du lärde dig under laborationen?
1 2 3 4 5
lite mycket
5. Kunde Sanna och Christin ha gjort något annorlunda under laborationen? I så fall, vad?
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
Nu kommer några frågor om ström och spänning. 6. Vad är elektrisk ström?
_____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________
7. En lampa är kopplad till ett batteri. Batteriet är nytt och lampan är OK.
A B C Ingen lampa lyser
Fyll i vilken/vilka lampor som lyser Man får kryssa i flera alternativ
8. I en krets har vi kopplat ett batteri ( ) och en lampa (⊗), se figur. Vilket påstående stämmer?
9. I en krets har vi kopplat två likadana lampor. Vilket påstående passar?
10. I en krets har vi kopplar en lampa. Batteriet är nytt och är på 4.5V. Vilket påstående passar?
11. I en krets har vi parallellkopplat två likadana lampor. Vilket påstående passar?
12. Ett batteri är kopplat till en glödlampa så som bilderna visar. Vilken bild anser du