En framg˚angsrik undervisning beror till stor del p˚a hur l¨arare anv¨ander sig av l¨aromedlena och dess inneh˚all. Detta unders¨oktes inte i denna rapport. D¨arf¨or skulle en analys av pedagogers hantering av utmaningarna i energiundervis-ning vara av intresse att analysera. I vilken omfattenergiundervis-ning l¨arare anv¨ander sig av l¨aromedlena, l¨arares anv¨andning av spr˚ak och metaforer, samt vilka typer av laborationer, uppgifter och annat material olika l¨arare implementerar i sin undervisning ¨ar alla exempel p˚a intressanta omr˚aden att studera och hur detta p˚averkar elevers l¨arare och f¨orst˚aelse av eneribegreppet.
I denna rapport redogjordes inte f¨or vilken av l¨aromedlena som ¨ar b¨ast l¨ampad f¨or undervisning av energi, utan enbart att unders¨oka och belysa de utmaningar som existerar i energiundervisning och i vilken utstr¨ackning dessa ˚aterspeglas i l¨arob¨ockerna. Av intresse skulle d¨arf¨or vara att m¨ata hur v¨al respektive l¨aromedel utvecklar elevers f¨orst˚aelse av energi.
De extramaterial i form av kompendium och digitala resurser som l¨aromedlena tillhandah˚aller b¨or ocks˚a unders¨okas n¨armre f¨or att ta reda p˚a om
energibegrep-pet hanteras annorlunda i dessa. F¨orhoppningen ¨ar att de g¨or det, eftersom de ¨ar utgivna vid senare tillf¨allen ¨an l¨aromedlena som analyserats i detta projekt. Re-sultatet av en s˚adan analys skulle kunna vara en viktig k¨annedom f¨or fysikl¨arare
¨
over hela landet.
5 Slutsats
Resultaten av detta projekt avsl¨ojar att forskningens p˚avisade utmaningar i form av problem och sv˚arigheter som existerar kring elevers l¨arande och f¨orst˚aelse av energi h¨ogst troligen f¨orst¨arks av inneh˚allet i svenska l¨aromedel i fysik. De pro-blem som existerar inom energiundervisning f¨orekommer frekvent i l¨aromedlena Heureka, Impuls samt Ergo, och elevers sv˚arigheter bem¨ots ofta inte p˚a ett motver-kande s¨att. Tillv¨agag˚angss¨att f¨or en framg˚angsrik energiundervisning f¨orekommer i betydligt mindre utstr¨ackning. En grundl¨aggande orsak till ovanst˚aende verkar vara f¨orfattarnas of¨orsiktiga men kanske medvetna anv¨andning av vardagligt spr˚ak, metaforer och andra f¨orvirrande formuleringar och/eller att f¨orfattarna ¨ar omedvetna om riskerna kring dessa. ¨Annu en anledning till att flertalet problem f¨orekommer upprepade g˚anger och att elevers sv˚arigheter potentiellt f¨orst¨arks av inneh˚allet ¨ar att m˚anga nyckelstrategier f¨or en framg˚angsrik energiundervisning helt eller delvis f¨orbises i l¨aromedlena. N˚agra exempel p˚a s˚adana strategier ¨ar anv¨andning av system, energiprincipens applicerbarhet och beskrivning, f¨orening av vardagligt spr˚ak med vetenskapligt spr˚ak, betoning av styrkor och svagheter med metaforer och analogier, samt tydlig ˚atskiljning mellan v¨arme och andra begrepp.
Vidare pekar resultaten mot att f¨ordelningen av olika uppgifter som l¨aromedlena erbjuder inom energi ¨ar n˚agot snedvriden, eftersom det generellt sett r˚ader stort fokus p˚a kalkyl, medan fokuset p˚a uppgifter av konceptuell karakt¨ar ¨ar betydligt mindre. Slutsatsen ¨ar s˚aledes att exempel och uppgifter i l¨aromedlena inte pr¨ovar eller utvecklar elevers kunskaper i energi i tillr¨ackligt stor utstr¨ackning.
Litteraturstudien i detta projekt visar att Heureka generellt sett inneh˚aller flest f¨orekomster av problematiska formuleringar och uppmuntran till sv˚arigheter.
Boken har ocks˚a j¨amf¨orelsevis st¨orst fokus p˚a formler och kalkyl i dess utbud av uppgifter. Av de tre l¨aromedlena erbjuder Impuls st¨orst andel laborativa ¨ovningar och konceptuella uppgifter inom omr˚adet, men bidrar ¨aven i relativt stor grad till olika utmaningar inom energi. Ergo st˚ar sig generellt sett f¨orh˚allandevis bra i dess hantering och beskrivning av energibegreppet, men antal f¨orekomster av problem och uppmuntran till sv˚arigheter ¨ar trots detta m˚anga och anm¨arkningsv¨arda.
Resultaten ger inget st¨od f¨or vilken av de tre l¨aromedlena som l¨ampar sig b¨ast i undervisning av energi, d˚a detta ¨aven till stor del beror p˚a hur l¨arare anv¨ander sig av materialet och dess inneh˚all.
Tack
Ett s¨arkilt tack ¨agnas till min inspirerande handledare Bor Gregorcic, som har v¨aglett och st¨ottat mig genom hela projektet. Jag vill ocks˚a tacka Jesper Haglund, som f¨orutom sina bidrag till forskning inom fysikdidaktik, vilka utg¨or en del av underlaget till denna rapport, ¨aven har givit mig v¨ardefull ˚aterkoppling p˚a rapporten. Avslutningsvis vill jag tacka alla som har bidragit med intressanta diskussioner och kommentarer till detta arbete.
Referenser
[1] David Hammer. “More than misconceptions: Multiple perspectives on student knowledge and reasoning, and an appropriate role for education research”. I: American journal of physics 64.10 (1996), s. 1316–1325.
[2] Michael C. Wittmann m. fl. “Applying the resources framework of teaching and learning to issues in middle school physics instruction on energy”. I:
American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 535–542. doi: 10.1119/1.
5110285.
[3] Cari F. Herrmann-Abell och George E. DeBoer. “Developing and Using Distractor-Driven Multiple-Choice Assessments Aligned to Ideas About Energy Forms, Transformation, Transfer, and Conservation”. I: Teaching and Learning of Energy in K – 12 Education. Utg. av Robert F. Chen m. fl.
Springer International Publishing, 2014, s. 103–133. isbn: 978-3-319-05017-1. doi: 10.1007/978-3-319-05017-1_7.
[4] Lei Wang, Weizhen Wang och Rui Wei. “What knowledge and ability should high school students have for understanding energy in chemical reactions?
An analysis of chemistry curriculum standards in seven countries and regions”. I: Teaching and learning of energy in K–12 education. Springer, 2014, s. 87–102.
[5] Arthur Eisenkraft m. fl. “Introduction: Why focus on energy instruction?”
I: Teaching and Learning of Energy in K–12 Education. Springer, 2014, s. 1–11.
[6] John W Jewett Jr. “Energy and the confused student III: Language”. I:
The physics teacher 46.3 (2008), s. 149–153.
[7] Nicos Papadouris och Constantinos P Constantinou. “Distinctive features and underlying rationale of a philosophically-informed approach for energy teaching”. I: Teaching and learning of energy in K–12 education. Springer, 2014, s. 207–221.
[8] Robert F Chen m. fl. “Mapping energy in the Boston public schools cur-riculum”. I: Teaching and Learning of Energy in K–12 Education. Springer, 2014, s. 135–152.
[9] Dawn Meredith och Nancy Ruzycki. Introduction to the energy theme issue.
2019.
[10] Ruth Chabay, Bruce Sherwood och Aaron Titus. “A unified, contemporary approach to teaching energy in introductory physics”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 504–509. doi: 10.1119/1.5109519.
[11] Josep Lluis Dom´enech m. fl. “Teaching of energy issues: A debate proposal for a global reorientation”. I: Science & Education 16.1 (2007), s. 43–64.
[12] “Introduction to the Energy Theme Issue”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 493–494. doi: 10.1119/1.5110871.
[13] John W Jewett Jr. “Energy and the confused student IV: a global approach to energy”. I: The Physics Teacher 46.4 (2008), s. 210–217.
[14] Andrea A DiSessa. “Toward an epistemology of physics”. I: Cognition and instruction 10.2-3 (1993), s. 105–225.
[15] David Hammer. “Misconceptions or p-prims: How may alternative per-spectives of cognitive structure influence instructional perceptions and intentions”. I: The journal of the learning sciences 5.2 (1996), s. 97–127.
[16] Reinders Duit. “Teaching and learning the physics energy concept”. I:
Teaching and learning of energy in K–12 education. Springer, 2014, s. 67–
85.
[17] FU Ermawati, S Anggrayni och L Isfara. “Misconception profile of students in senior high school iv Sidoarjo East Java in work and energy concepts and the causes evaluated using Four-Tier Diagnostic Test”. I: Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1387. 1. IOP Publishing. 2019, s. 012062.
[18] Rosalind Driver och Lynda Warrington. “Students’ Use of the Principle of Energy Conservation in Problem Situations.” I: Physics Education 20.4 (1985), s. 171–176.
[19] Robin Millar. “Towards a research-informed teaching sequence for energy”.
I: Teaching and learning of energy in K–12 education. Springer, 2014, s. 187–206.
[20] Angela Brook och Rosalind Driver. Aspects of secondary students’ un-derstanding of energy: Summary report. University of Leeds, Centre for Studies in Science och Mathematics Education . . ., 1984.
[21] Colin Kruger m. fl. “Surveys of English Primary Teachers’ Conceptions of Force, Energy, and Materials.” I: Science Education 76.4 (1992), s. 339–51.
[22] Ricardo Trumper. “A longitudinal study of physics students’ conceptions on energy in pre-service training for high school teachers”. I: Journal of Science Education and Technology 7.4 (1998), s. 311–318.
[23] Beverley Stead. “Energy. Learning in Science Project. Working Paper No.
17.” I: (1980).
[24] Efraim Fischbein, Ruth Stavy* och Hana Ma-Naim. “The psychological structure of naive impetus conceptions”. I: International Journal of Science Education 11.1 (1989), s. 71–81. doi: 10.1080/0950069890110107.
[25] Wolter H Kaper och Martin J Goedhart. “’Forms of energy’, an intermedi-ary language on the road to thermodynamics? Part II”. I: International Journal of Science Education 24.2 (2002), s. 119–137.
[26] Cari F Herrmann-Abell, George E DeBoer och CA Garden Grove. “Using content-aligned assessment to probe middle school students’ understanding of ideas about energy”. I: Proceedings of the Annual Conference of the National Association of Research in Science Teaching. 2009, s. 1–14.
[27] Mike Summers och Colin Kruger. “Long Term Impact of a New Approach to Teacher Education for Primary Science.” I: (1993).
[28] Monica Leggett. “Lessons that non-scientists can teach us about the concept of energy: a human-centred approach”. I: Physics Education 38.2 (2003), s. 130.
[29] Angela Brook. Aspects of secondary students’ understanding of heat. Centre for Studies in Science och Mathematics Education The University of Leeds, 1984.
[30] Elizabeth Engel Clough och Rosalind Driver. “Secondary Students’ Concep-tions of the Conduction of Heat: Bringing Together Scientific and Personal Views.” I: Physics Education 20.4 (1985), s. 176–82.
[31] Michael E Loverude, Christian H Kautz och Paula RL Heron. “Student understanding of the first law of thermodynamics: Relating work to the adiabatic compression of an ideal gas”. I: American journal of physics 70.2 (2002), s. 137–148.
[32] Nicos Papadouris, Constantinos P Constantinou och Theodora Kyratsi.
“Students’ use of the energy model to account for changes in physical systems”. I: Journal of Research in Science Teaching: The Official Journal of the National Association for Research in Science Teaching 45.4 (2008), s. 444–469.
[33] ME Loverude. “Student understanding of gravitational potential energy and the motion of bodies in a gravitational field”. I: AIP Conference Proceedings. Vol. 790. 1. American Institute of Physics. 2005, s. 77–80.
[34] DS Jubaedah m. fl. “Predict, Plan, Observe, Explain and Write (PPO-EW): A Strategy to Prevent Students’ Misconceptions On Work and Energy Topics”. I: Journal of Physics: Conference Series. Vol. 1204. 1.
IOP Publishing. 2019, s. 012066.
[35] Reinders Duit. “Understanding Energy as a Conserved Quantity–Remarks on the Article by RU Sexl”. I: European journal of science education 3.3 (1981), s. 291–301.
[36] M Louisa m. fl. “Teachers’ language and pupils’ ideas in science lessons:
can teachers avoid reinforcing wrong ideas?” I: International Journal of Science Education 11.4 (1989), s. 465–479.
[37] Robert F Chen m. fl. Teaching and learning of energy in K-12 education.
Springer, 2014.
[38] David T Brookes och Eugenia Etkina. ““Force,” ontology, and language”.
I: Physical Review Special Topics-Physics Education Research 5.1 (2009), s. 010110.
[39] Reinders Duit. “On the role of analogies and metaphors in learning science”.
I: Science education 75.6 (1991), s. 649–672.
[40] David Hedberg, Jesper Haglund och Fredrik Jeppsson. “Metaforer och analogier inom termodynamik i kemil¨arob¨ocker f¨or gymnasiet”. I: NorDiNa:
Nordic Studies in Science Education 11.1 (2015), s. 102–117.
[41] Rachael Lancor. “Using metaphor theory to examine conceptions of energy in biology, chemistry, and physics”. I: Science & Education 23.6 (2014), s. 1245–1267.
[42] Jesper Haglund. “Good use of a ‘bad’metaphor”. I: Science & Education 26.3 (2017), s. 205–214.
[43] Rachel E Scherr m. fl. “Representing energy. I. Representing a substance ontology for energy”. I: Physical Review Special Topics-Physics Education Research 8.2 (2012), s. 020114.
[44] Hee-Sun Lee och Ou Lydia Liu. “Assessing learning progression of energy concepts across middle school grades: The knowledge integration perspecti-ve”. I: Science Education 94.4 (2010), s. 665–688.
[45] Lane Seeley, Stamatis Vokos och Eugenia Etkina. “Examining physics teacher understanding of systems and the role it plays in supporting student energy reasoning”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 510–519.
doi: 10.1119/1.5110663.
[46] John W Jewett Jr. “Energy and the confused student II: Systems”. I: The Physics Teacher 46.2 (2008), s. 81–86.
[47] Cor Van Huis och Ed van den Berg. “Teaching energy: a systems approach”.
I: Physics Education 28.3 (1993), s. 146.
[48] Margot Vigeant, Michael Prince och Katharyn Nottis. “Repairing engi-neering students’ misconceptions about energy and thermodynamics”. I:
Teaching and learning of energy in K–12 education. Springer, 2014, s. 223–
236.
[49] Gerald James Holton och Stephen G Brush. Physics, the human adventure:
From Copernicus to Einstein and beyond. Rutgers University Press, 2001.
[50] Randall D Knight. Five easy lessons: Strategies for successful physics teaching. 2004.
[51] TGS Suryana m. fl. “Assessing multidimensional energy literacy of high school students: an analysis of rasch model”. I: Journal of Physics: Confe-rence Series. Vol. 1467. 1. IOP Publishing. 2020, s. 012034.
[52] Ruth A. Streveler m. fl. “Learning Conceptual Knowledge in the Enginee-ring Sciences: Overview and Future Research Directions”. I: Journal of Engineering Education 97.3 (2008), s. 279–294. doi: https://doi.org/
10.1002/j.2168-9830.2008.tb00979.x.
[53] Christopher F. Bauer och Julia Y. K. Chan. “Non-science majors learn about heat, temperature, and thermodynamics using the particulate nature of matter and guided-inquiry instruction”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 550–557. doi: 10.1119/1.5110500.
[54] NG Holmes m. fl. “Value added or misattributed? A multi-institution study on the educational benefit of labs for reinforcing physics content”. I:
Physical Review Physics Education Research 13.1 (2017), s. 010129.
[55] Paulo H. Acioli. “An example of computer modeling to teach energy conservation concepts”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 543–
549. doi: 10.1119/1.5110699.
[56] Nancy L. Donaldson m. fl. “Development of an interdisciplinary conceptual conservation of energy theme for use in undergraduate physics, chemistry, and biology courses”. I: American Journal of Physics 87.7 (2019), s. 527–
534. doi: 10.1119/1.5110710.
[57] Chandralekha Singh och David Rosengrant. “Students’ Conceptual Know-ledge of Energy and Momentum”. I: Physics Education Research Conference 2001. PER Conference. Rochester, New York, juli 2001.
[58] Energy and Momentum Conceptual Survey. url: https://www.physport.
org/assessments/assessment.cfm?A=EMCS (h¨amtad 2021-08-21).
[59] Douglas Huffman och Patricia Heller. “What does the force concept in-ventory actually measure?” I: The physics teacher 33.3 (1995), s. 138–
143.
[60] Rune Alphonce. Heureka: fysik. Kurs 1. Swedish. 1. uppl. Stockholm: Natur
& kultur, 2011. isbn: 9789127567276;9127567273;
[61] Lars Fraenkel, Daniel Gottfridsson och Ulf Jonasson. Impuls: 1 / Fysik. Swe-dish. 1. uppl., 2. tr. Malm¨o: Gleerups, 2011. isbn: 9140674150;9789140674159;
[62] G¨oran Kvist, Klas Nilson och Jan P˚alsg˚ard. Ergo Fysik: 1. Swedish. Femte upplagan. Stockholm: Liber, 2018. isbn: 9789147126224;9147126221;
[63] David T Brookes och Eugenia Etkina. “The importance of language in stu-dents’ reasoning about heat in thermodynamic processes”. I: International Journal of Science Education 37.5-6 (2015), s. 759–779.
[64] Heureka! Kurs 1. url: https://www.nok.se/titlar/laromedel- b3/
heureka-heureka-kurs-1/ (h¨amtad 2021-08-23).
[65] Impuls Fysik 1 och 2, elevwebb, individlicens 12 m˚an. url: https://
www.gleerups.se/gymnasium- vuxenutbildning/gymnasium- ochvuxenutbildning fysik / gymnasium och ochvuxenutbildning fysik -komplement/impuls- fysik- 1- och- 2- elevwebb- individlicens- 12-man-p40674166 (h¨amtad 2021-08-23).
[66] Ergo Fysik 1 Digital (elevlicens). url: https://www.liber.se/produkt/
ergo-fysik-1-digital-elevlicens-23689 (h¨amtad 2021-08-23).
Bilagor
Overs¨ ¨ attning av EMCS
Konceptuella prov kan fylla en viktig funktion i fysikundervisning, eftersom de effektivt kan avsl¨oja elevers bristande kunskaper och sv˚arigheter inom ¨amnet.
Som ett sidoprojekt av detta arbete ¨oversattes d¨arf¨or provet ”Energy and Mo-mentum Conceptual Survey” (EMCS) fr˚an engelska till svenska f¨or att m¨ojligg¨ora anv¨andning av detta konceptuella prov i energi och r¨orelsem¨angd ¨aven inom den svenska gymnasieskolan.
Uppgifterna, med tillh¨orande figurer, ¨oversattes varmsamt och med eftertanke f¨or att f¨orbli utformade i enlighet med dess ursprungliga avsikter. Det ¨ar viktigt att fr˚agorna f¨ormedlas p˚a samma s¨att ¨aven p˚a svenska f¨or att undvika missf¨orst˚and och f¨or att den konceptuella f¨orst˚aelsen ska pr¨ovas likv¨ardigt. Enstaka formule-ringar har dock vid behov anpassats efter den svenska fysikundervisningen f¨or
¨okad samst¨ammighet med det svenska spr˚aket och svenska l¨aromedel i fysik. Den f¨orsta ¨overs¨attningen av provet ¨oversattes tillbaka till engelska av en utomst˚aende person. Eventuella missf¨orst˚and eller avvikelser fr˚an originalet s˚ags ¨over och korrigerades d¨arefter f¨or att minimera risken f¨or feltolkning.
EMCS och andra konceptuella prov i fysik finns tillg¨angliga f¨or verifierade pedagoger via physport.org. Den svenska ¨overs¨attningen av EMCS, som ett resultat av detta arbete, erh˚alls h¨ar.