Urskiljbara teman – Begreppsanvändning

Figur 8 - Översikt över de teman som uppkommit genom analys av elevenkät och -intervju.

Den övergripande kategorin för temana är begreppsanvändning inom området kemisk binding.

Tema 1: Användning av icke-förväntade men relevanta begrepp

Elever resonerar i enkät eller intervju med hjälp av begrepp som är relevanta för det kemiska området men som läraren inte förväntat sig ska uppkomma. Det kan vara begrepp som vid ett introducerande tillfälle förefaller för avancerade eller har behov av ytterligare förklaring. Ett utdrag ur elevenkäten satt i relation till intervjun exemplifierar denna aspekt. Detta exempel visar att eleven har förkunskaper om att begreppet elektronegativitet är relaterat till jonbindning, men lyckas inte riktigt placera in det på rätt ställe. För övrigt beskriver elektronegativitet en atoms förmåga att attrahera negativa laddningar, alltså besitter de atomer som gärna bildar negativa joner en hög elektronegativitet.

En elev svarar felaktigt “elektronegativitet”, på frågan om vilken kraft som ger upphov till jonbindning (se Bilaga 3) men medger sedan i intervju att “Nej, men jag är inte säker på det där med ädelgasstruktur, den där grejen, eller elektronegativitet. Jag kommer inte ihåg exakt.

“. Elektronegativitet är ett relevant begrepp för området, men används här i fel sammanhang.

Temat visar att eleverna har en viss grad av förkunskap som inte överensstämmer med vad som förväntats. Problemet är att eleverna inte verkar ha fått den repetition som krävts för att fullständigt kunna ackommodera begreppet till sin tidigare kunskap och sin vidare kunskapsutveckling.

Ett annat, kontrasterande perspektiv på temat är att elever besitter en nivå av förkunskap i den utsträckning att de oväntade begreppen faktiskt används korrekt i förhållande till sammanhanget. Nedan belyses detta med ett utdrag där en elev berättar hur animationerna i undersökningen påverkar förståelsen för jonbindning.

I: Mm, okej. På vilket sätt har de här animationerna hjälpt dig att förstå jonbindning?

Jojjo: Eh, ja. Att de är först två atomer, där den ena är mer elektronegativ än den andra vilket leder till att den snor lite elektroner, och det leder sen att de binder ihop sig eftersom de då har olika laddningar.

Jojjo beskriver att anledningen till elektronövergången är att det finns en skillnad i elektro-negativitet. Observera att begreppet elektronegativitet inte var en del av elevenkäten och därför inte ansågs vara ett aktuellt begrepp i samband med undersökningen av förkunskaper även om det är relevant för området.

Lärarens uppdrag

Det här temat visar på möjligheten för elever att använda relevanta begrepp som läraren inte förväntat sig. Det blir således tydligt att läraren har ett ansvar att ta hänsyn till elevers

31

förkunskaper samt skillnader i dessa utifrån elevers olikheter (Illeris, n.d.) vid urval och användning av animationer i undervisning. En konsekvens som uppenbarar sig genom den intervju som utförts, blir att elevers kunskaper inte utnyttjas till full potential. Risken blir att läraren får svårt att följa upp utvärderingen av elevers förståelse. Låt oss anta att en elev nämner elektronegativitet och att läraren inte är förberedd på det. Beroende på erfarenheten i yrket, kan det leda till att läraren antingen uppmuntrar eleven till att resonera mer kring begreppet, eller struntar i att eleven ens nämner det oförutsedda begreppet och går vidare enligt planeringen. Läraren måste uppmärksamma begreppet och bejaka att det är relevant samt bekräfta hur det är kopplat till kunskapsområdet. Här är det tydligt att läraren har ett ansvar att anpassa undervisning till elevernas förkunskaper för att gynna elevernas lärande (Blayney m.fl., 2015).

Den förståelse elever har för en representation av ett fenomen är kopplad till vad de lyckats ta till sig i en tidigare undervisningssituation. För att begrepp som elektronegativitet ska kunna kopplas ihop med representationen i fråga behöver eleverna ackommodera kunskapen (Piaget, 1926). De behöver anpassa sina tidigare kunskaper om fenomenet för att internalisera det som förmedlas genom representationen. För att lyckas ackommodera begreppen behöver eleverna få möjlighet att öva. Eleverna behöver se olika typer av representationer som illustrerar samma fenomen eller begrepp. Dessutom behöver de även öva på att tolka en given representation utifrån sin tidigare kunskap.

Tema 2: Användning av irrelevanta begrepp

Elever använder begrepp som förekommer inom aktuell kemikurs, men inte i aktuellt område.

Begreppen kan vara relaterade till liknande situationer som den aktuella, vilket kan vara en anledning till förvirring och missförstånd.

Exempelvis kan begreppet jonbindning förväxlas med begreppet kovalent bindning. Båda är bindningar som uppkommer för att uppfylla ädelgasstruktur hos de ingående ämnena. Den stora skillnaden är att jonbindning har en fullständig elektronövergång, medan kovalent bindning innebär att atomerna delar på elektronpar. Nedan visas två svar från olika elever relaterade till exemplet.

1. “Ja. Litium och väte. Litium har tre elektroner och väte har en. Litium lämnar ifrån sig sin valenselektron till väte, som blir vätes elektron. De delar, tror jag.”

2. “En jonbindning är en bindning där atomer delar elektroner för att uppnå ädelgasstruktur.”

Det första svaret kommer från en intervjusituation där en elev berättar om animationen i tre dimensioner och det andra är ett svar från en elevenkät där en annan elev ombads beskriva en jonbindning. Genom att göra misstag av denna typ får eleverna möjlighet att lära av sina misstag för att sedan kunna rätta till dem (Skinner, 1968). Temat kan visa exempel på utantillinlärning, något som bör undvikas i all undervisning, eftersom det ger utrymme för fler missförstånd (Tsaparlis m.fl., 2018).

Temat har även en annan inriktning i det faktum att elever blandar in begrepp från andra naturvetenskapliga områden. I exemplet nedan frågar intervjuaren eleven vad det är som illustreras när elektronen ändrar färg i 3D-animationen. Det tänkta syftet är att illustrera att elektronen har gjort en fullständig elektronövergång och därmed “tillhör” väteatomen i det här fallet.

I: Vad är det som illustreras när det lilla klotet ändrar färg? *visar på animationen*

Lou: Ändrar färg?

32

I: Ja, den är först silver och sen blir den orange.

Lou: Det är säkert med att elektronen ändrar ämnesomsättning för att bli en med vätet, tror jag. För att om litiumelektronen går över till väteelektronen måste den ändra sig för att bli med vätet, istället för att fortsätta vara med litiumet.

Eleven förmedlar sin hypotes om att elektronen ändrar ämnesomsättning för att passa in med vätet. Begreppet ämnesomsättning förekommer främst i biologikurser och eleven läser troligen både biologi och kemi vid tillfället för intervjun. Senare hakar eleven upp sig vid det faktum att elektronen ändrar färg och att det inte var helt klart varför den gjorde det. Elever försöker använda sina egna erfarenheter för att förklara de nya fenomenen (Eilks m.fl., 2012).

Detta kan vara en förklaring till att det ibland uppkommer begrepp från andra kemiska områden eller till och med andra naturvetenskapliga områden.

Lärarens uppdrag

För att undvika eller åtgärda missförstånd krävs en aktiv ansträngning från både elever och lärare. Enligt Vosniadou och Brewer (1992) samt Kelly (2017) behöver elever genomgå konceptuell förändring för att rätta till felaktiga uppfattningar. Animationer kan med fördel användas i denna process, men sättet som de används på behöver tänkas igenom. Det gäller att börja med enkla animationer som övergår till mer avancerade animationer när eleven är redo för det (Cole m.fl., 2019; Kelly, 2017; Patron m.fl., 2017). Detta kan ytterligare motiveras med att flertalet elever uttrycker att 2D-animationen ger en tydligare bild av det illustrerade fenomenet än vad 3D-animationen gör. En anledning till denna preferens är igenkänningsfaktorn som två olika elever presenterar i intervjusituation.

“Jag tror jag skulle säga att jag förstod 2D-animationen bättre. Och jag tror att det är för att vi mest har jobbat med 2D, både, eller... bilder och koncept egentligen, snarare än 3D [...]”

“Den var lättare liksom. Jag har liksom mer koll på den, och vi snackar mycket i kemi om det. Vi ritar liksom det. Vi brukar använda den mer. “

En annan anledning beskrivs av Robin.

I: Okej, tack. Det var väl det. Är det något du vill tillägga om den här animationen (3D)?

Robin: Nej, eller jo. Den är lite svårare att se. Det var enklare att se med de här cirklarna på den förra (syftar på animationen i 2D). Det var bara det.

Genom att tillsammans i helklass gå igenom de relevanta begrepp och teorier som en viss animation belyser, kan elever sedan skapa sig en mental bild av dessa begrepp och teorier i samband med animationen. Den mentala bild som skapas är viktig för att eleven ska kunna koppla olika representationer till de relevanta begreppen. På så sätt minskar bortfallet av begrepp när eleven utsätts för obekanta representationer. Det är även väsentligt att varje individ kan göra sig hörd för att minska risken för missförstånd, då dessa skapar problem i senare lärandesituationer. Återigen måste läraren anpassa undervisningen för att passa med elevernas förkunskaper (Blayney m.fl., 2015).

Tema 3: Avsaknad av begrepp

Eleverna saknar förmåga att beskriva jonbindning utifrån förväntade relevanta aspekter, det vill säga användningen av specifika begrepp för kemisk bindning uteblir. Detta märks tydligt både i elevenkäter och intervjuer. Temat kan till viss del relateras till föregående tema.

Skillnaden mellan dessa är att eleverna i Tema 3 inte förväxlar olika begrepp när de ger sina förklaringar, de ger istället förklaringar som är begreppsmässigt svaga eller bristande.

33

För att exemplifiera temat kan eleverna inte skriftligen beskriva att det är den elektrostatiska kraften som verkar vid en jonbindning. I intervjusituation kan eleverna inte heller på ett tillfredsställande sätt förklara vad det är som orsakar att två joner dras mot varandra, exempelvis genom att förklara att två motsatt laddade joner attraheras. I exemplet nedan försöker eleven förklara varför två joner binder sig till varandra. Största fokus ligger i elektronövergången och bildningen av ädelgasstruktur snarare än den faktiska attraktions-kraften.

Jordan: Jag ser Na ge över en elektron till Cl, då Na blir positiv och Cl blir negativ och så binder de sig tillsammans. Det är det jag ser.

I: Okej, så hur ser du det då? Varför binder de sig tillsammans?

Jordan: För att Na har en extra elektron i sitt yttersta skal och Cl behöver bara en till elektron i sitt yttersta skal. Så Na ger bort sitt skal så att Cl kan ta över det och då får båda ädelgasstruktur.

Avsaknaden av enstaka begrepp indikerar att eleven besitter förkunskaper, men att det finns brister i dessa. Enligt Kelly (2017) bör animationer i sådana fall användas i syfte att komplettera dessa kunskapsluckor. I just denna undersökning tyder den kontinuerliga avsaknaden av begreppen på att animationernas respektive design inte främjar ett kompletterande av kunskapsbrister. Ett annat sätt att se på detta är via kumulativt lärande (Illeris, n.d.) vilket betyder att animationen är det första steget in i ett nytt “kunskapsområde”

för eleven, där kunskapsområdet i detta fall skulle vara förklaringen till varför olika laddade joner dras mot varandra. I undersökningen var inte syftet att animationerna skulle användas som introduktion och därför var animationen inte framtagen för det syftet. Om animationen var det första eleven fick erfara av jonbindning, är det inte förvånande att eleven misslyckades i sina förklaringar.

I datamaterialet förekommer dessutom i enstaka fall avsaknad av begrepp specifikt i relation till animationerna, trots att eleven har använt dessa begrepp i enkätsvar. Exempelvis använder en elev den mycket relevanta termen ädelgasstruktur i svaret på frågan “Beskriv en jonbindning”, men detta kommer inte alls på tal i samband med animationerna, varken i 2D eller 3D-animationen. Detta kan tyda på en brist på erfarenhet gällande olika typer av representationer, alltså har eleven en brist i sin förmåga att metavisualisera. För att bemästra metavisualisering (Gilbert, 2008) behöver eleven ha förmågan att visualisera ett fenomen i samtliga tre dimensioner, 1D, 2D samt 3D, utan hjälp från en extern representation och även kunna översätta mellan dessa visualiseringar.

Lärarens uppdrag

För att assistera elever att fylla sina kunskapsluckor med hjälp av animationer behöver läraren använda animationer i rätt syfte och kontext. Läraren behöver ta hänsyn till målgrupp, undervisningsmiljö och introduktion av animationen (Schwartz m.fl., 2013). Det betyder att valet av animation måste anpassas till om den exempelvis ska användas i introducerande eller annat syfte. Animationen kan vid introduktion antingen vara enkel eller avancerad. Om valet faller på den enkla animationen är det ett bra tillfälle att låta eleverna tolka vad animationen illustrerar, vilket är en viktig aspekt för att skapa meningsfullhet inom kemin (Patron m.fl., 2017). Om istället en mer avancerad animation används, är ett möjligt syfte att väcka elevernas intresse (Cole m.fl., 2019). Då behöver visningen av animationen också kompletteras med exempelvis gruppdiskussion för att läraren ska uppfatta vilken förkunskap eleverna har vid tillfället. Diskussion ger samtidigt eleverna möjlighet att lära av varandra i en form av gemensam inlärning (Vygotskij, 1934).

34

Elevernas brist på kunskaper indikerar dessutom att det existerar en bakomliggande svårighet i att metavisualisera. För att elever ska uppvisa god förmåga i metavisualisering behöver de ha kunskaper om vilka begränsningar som finns i att representera fenomen i olika dimensioner och hur de översätter mellan dessa dimensioner (Schönborn & Anderson, 2006). Elever måste som tidigare nämnt kunna generera en mental bild av olika fenomen utan att ta hjälp av externa visualiseringar och även kunna använda ovanstående kunskaper i en problemlösningssituation (Gilbert, 2008). För att kunna uppnå dessa fyra kriterier måste läraren se till att eleverna får möjlighet att öva på dessa förmågor, eftersom ett av de mest effektiva sätten att lära är genom att vara aktiv (Skinner, 1968). Exempelvis kan läraren visa olika animationer (Schönborn &

Anderson, 2006) som har olika fördelar och nackdelar och be eleverna diskutera och peka ut vilka dessa är. Diskussionen kan fångas upp i helklass, där alla har möjlighet att ta del av olika perspektiv. När elever ser diverse animationer följer automatiskt en större erfarenhet av olika representationer, vilket ger möjlighet för eleverna att utveckla förmågan att skapa interna visualiseringar i olika dimensioner och även en förmåga att översätta mellan dessa dimensioner. Genom en ökad användning av animationer i undervisningen kan elever utveckla sina erfarenheter och reflekterande förmåga (Rogers, 2008). Den reflekterande förmågan kan vara till hjälp i andra situationer, exempelvis vid problemlösning.

När eleverna bemästrat dessa kriterier utvecklar de samtidigt sin visuella bildning (Mnguni, 2014; Schönborn & Anderson, 2006), vilket beskrivits tidigare i rapporten (se s. 16). Elever med låg visuell bildning kan ha svårt att lära sig från animationer (Schönborn & Anderson, 2006). Därför är det viktigt att elever med brister i kunskapsområdet får möjlighet att förstärka sin visuella bildning.

Tema 4: Specifika aspekter uppfattas i 2D men ej i 3D

Elever identifierar, urskiljer och använder specifika begrepp i samband med visning av 2D-animation, något som förekommer i betydligt lägre frekvens gällande 3D-animationen. Detta tema berör huvudsakligen begreppen ädelgasstruktur och elektronskal.

En kompletterande och relevant aspekt till detta tema är att eleverna uttryckligen föredrar animationen i 2D. Eleven beskriver att 2D-animationen ger en tydligare bild av det illustrerade fenomenet än vad 3D-animationen gör. En uttryckt anledning till denna preferens är igenkänningsfaktorn som nämns i lärarens uppdrag för Tema 2. Eleverna har en större vana av 2D och tycker därför att det känns lättare att förstå.

Vidare menar vissa elever att animationens tvådimensionella egenskap och de utritade skalen (cirklarna) således är anledningarna till att de förstår den bättre och därför enklare kan associera till begrepp som elektronskal och ädelgasstruktur. 2D-animationen är byggd på den traditionella modellen av Niels Bohr. Utifrån ett perspektiv på didaktisk forskning inom kemisk bindning leder dock enklare och traditionella modeller (exempelvis Bohrs atommodell) till att fenomenet översimplifieras och att viktiga aspekter faller bort (Bergqvist, 2017; Cole m.fl., 2019). Ytterligare forskning visar att elever måste få öva på olika representationer av kemisk bindning, det vill säga både en 2D och en 3D-modell i denna kontext, och inte endast begränsa sig till en modell (Patron m.fl., 2017). Detta fördjupar förståelsen, utvecklar elevers förmåga att kommunicera kemi och skapar en större meningsfullhet för kemiämnet.

I relation till detta betonar Kelly (2013) samtidigt vikten av en smidig övergång i komplexitet för det som ska visualiseras. En djupare förståelse främjas av att först visa en animation som överensstämmer med elevens bild av fenomenet, förutsatt att denna är korrekt, för att sedan introducera en ny och mer komplex visualisering. Ordningen på animationer är således också en viktig aspekt av temat, eftersom det visade sig vara en blandad uppfattning om betydelsen av vilken animation som visades först. Majoriteten av de intervjuade eleverna tyckte att

35

förståelsen gynnas av att se 2D-animationen före 3D-animationen. Ett argument ges av exemplet nedan.

I: Tycker du att du förstod mer av andra animationen efter att ha sett den första? Alltså att den första hjälper till att förstå den andra?

Taylor: Kanske, jag tror jag snarare skulle säga att de är lite olika saker. 2D har ju skalen och fyllda yttre skal och 3D animationen har ju mer 3D:n, att de åker runt, så jag skulle säga att det är lite samma saker men kanske att man skulle ha tagit med sig mer om man gått från 2D till 3D. Då hade den skalats upp en till dimension. Jag skulle säga att om man förstår 3D så tror jag att man redan kan 2D:n, men det är ju inte säkert att det är åt andra hållet.

Andra ansåg att ordningen inte spelar någon roll för förståelsen överhuvudtaget. Dessa tudelade åsikter om ordningens betydelse samt preferens för 2D-animationen kan förklaras genom Piagets (2014) teori om assimilering, vilket kan liknas vid en igenkänningsfaktor. När eleverna ser 2D-animationen assimileras innehållet till redan befintliga scheman vars struktur utgörs av vad de tidigare lärt sig och observerat under kemilektionerna. När de ser en representation av samma fenomen i 3D måste den nya modellen ackommoderas, det vill säga eleven måste omstrukturera och anpassa sina mentala scheman efter den nya informationen (Piaget, 1926). Således spelar ordningen en stor roll. Om eleven först ser en tvådimensionell animation kan assimilation och ackommodation lättare uppnås när en mer avancerad animation i 3D sedan introduceras. Uttrycket avancerad avser, i detta sammanhang, elevernas relativa vana vid tvådimensionella respektive tredimensionella representationer. Svårare blir det i motsatt riktning när man först ställs inför något som är relativt mer komplext och sedan minskar komplexiteten till den nivå man är van vid. Det hämmar en fördjupad förståelse (Cole m.fl., 2019; Kelly, 2013).

Resultatet kan vidare analyseras utifrån Gilberts (2008) och Mngunis (2014) teorier om hur eleven effektivt drar nytta av animationer. Enligt forskningen måste elever ha insikt i hur båda animationerna begränsas av den dimensionella aspekten samt kunna översätta mellan dimensioner med det kunskapsmässiga innehållet i fokus (Gilbert, 2008; Mnguni, 2014). Det blir tydligt att 3D-animationen begränsas till att inte beröra begrepp som ädelgasstruktur och elektronskal i lika stor utsträckning som 2D-animationen. Vid översättning mellan just det tvådimensionella till det tredimensionella perspektivet är ordningen således viktig för att bibehålla den önskade begreppsanvändningen.

Lärarens uppdrag

I relation till effektiviteten av animationer kan även animationens hastighet analyseras. För att animationen inte ska vara överväldigande behöver hastigheten för rörelser och förlopp begränsas till en nivå som passar elevernas förutsättningar. Om detta inte uppfylls riskerar eleverna att utsättas för kognitiv belastning (van Gog m.fl., 2010). Begreppet kognitiv belastning handlar om de problem som kan uppstå när arbetsminnet utsätts för mycket information på en begränsad tid, vilket kan leda till att lagring av information i långtidsminnet hämmas. Det handlar både om hur komplex den faktiska informationen är (inre kognitiv belastning) och hur omständligt innehållet presenteras (yttre kognitiv belastning). Den faktor som läraren eller animationens konstruktör kan påverka är den yttre belastningen. Läraren bör således välja eller om möjligt skapa animationer som främjar och underlättar en mental bearbetning.

Ytterligare en aspekt att addera till animationer är visuella signaler för att rikta elevens uppmärksamhet till de viktiga delarna (Arslan-Ari, 2018; van Gog m.fl., 2010). Detta är

36

speciellt viktigt för elever med låg grad av förkunskap (Arslan-Ari, 2018). En elev uttrycker

speciellt viktigt för elever med låg grad av förkunskap (Arslan-Ari, 2018). En elev uttrycker