Examensarbete
15 högskolepoäng, avancerad nivå
Övergången från gymnasie- till
högskolestudier i kemi
The transition from upper secondary education to higher
education in chemistry
Lotta Gustavsson
Lina Haskå
Kompletterande pedagogisk utbildning, 90 hp Ämneslärare gymnasieskolan
2017-01-13
Examinator: Helen Hasslöf Handledare: Jesper Sjöström
Förord
Vi vill tacka vår handledare Jesper för konstruktiva kommentarer på vårt arbete.
Vi vill också tacka alla lärare och studenter som ställt upp för att besvara frågor eller möjliggöra studiens genomförande på andra sätt.
Samtliga delar av studien planerades, genomfördes och diskuterades tillsammans av författarna. Vid intervjuerna var Lotta ansvarig för att ställa frågor medan Lina antecknade. Svaren i enkätundersökningen skrevs in på dator av Lotta, som också sammanställde fritextsvaren medan Lina var huvudansvarig för beräkningar och statistik.
Abstract
Kemi läses som ämne på de högskoleförberedande naturvetenskapliga och tekniska gymnasieprogrammen, men kemiundervisningen måste även förhålla sig till den aktuella läroplanen och ta hänsyn till andra syften än det högskoleförberedande. Med utgångs-punkt från detta var syftet med studien att undersöka hur studenter och lärare upplever studenternas förkunskaper i kemi i relation till högskolestudier. Arbetet innefattar dels enkätundersökningar, där studenter tillfrågades om upplevelse och värdering av sina förkunskaper vid introduktionen till högskolestudier, dels enskilda intervjuer med både högskole- och gymnasielärare. Svaren användes för att identifiera ämnesområden och förmågor som ansågs särskilt viktiga för studenter att få med sig som förkunskaper från gymnasiet inför högskolestarten. Därutöver undersöktes bakomliggande faktorer i gymnasieutbildningen, som lärarnas förhållningssätt till läroplan och läromedel samt deras kunskapssyn, vilka starkt påverkar förutsättningarna för elevernas tillägnande av kunskap. Resultaten visar att majoriteten av studenterna i undersökningen kände sig väl förberedda inför sina högskolestudier, men inom framförallt termodynamik önskades mer förkunskaper. En slutsats som kan dras av undersökningen är att det finns vissa möjligheter att underlätta övergången till universitetsstudier i kemi genom att som enskild lärare göra justeringar i innehållet i kemikurserna eller den tidsmässiga fördelningen mellan dem till förmån för de områden som nyblivna studenter upplever som särskilt problematiska.
Nyckelord: förkunskaper, gymnasium, inledande kemi, kemiundervisning, kunskapssyn, läroplan, stadieövergång, termodynamik, universitetsstudier
Innehåll
Inledning ... 1 Problemformulering ... 2 Syfte ... 2 Frågeställningar ... 2 Avgränsning ... 2Bakgrund och tidigare forskning ... 3
Stadieövergången från gymnasium till högskola ... 3
Faktorer som styr den högskoleförberedande gymnasieutbildningen i kemi ... 7
Metod ... 10
Val av metod ... 10
Etiska perspektiv ... 11
Urval ... 11
Frågor ... 12
Insamling och analys av data ... 14
Reliabilitet och validitet ... 16
Resultat och analys ... 17
Upplevda förkunskaper inför högskolestudier i kemi ... 17
Faktorer i kemiundervisningen på gymnasiet som kan ligga till grund för de upplevda förkunskaperna ... 23
Undervisningen i kemi för nya studenter på högskolan ... 26
Diskussion och slutsatser ... 27
Studenters förkunskaper inför högskolestudier i kemi ... 27
Gymnasieskolans förutsättningar för att grundlägga goda förkunskaper inför högskolestudier ... 30
Studiens betydelse för en förbättrad övergång mellan gymnasium och högskola inom ämnet kemi ... 33
Slutsats ... 35
Framtida forskning ... 35
Bilagor
Bilaga A. Enkätunderlag Bilaga B. Intervjufrågor
1
Inledning
Svensk media har under senare år lyft fram svenska elevers sjunkande skolresultat i internationell jämförelse (Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD), 2015, Skolverket, 2016). Resultaten har fått stor nationell uppmärksamhet och debatten har ofta handlat om försämrade kunskaper inom naturvetenskapliga ämnen. Vi har även genom personlig erfarenhet av högskoleundervisning inom kemi och kontakter med högskolelärare erfarenhet av diskussioner kring gymnasieelevers bristande för-kunskaper inför högskolestudier.
Studenternas förkunskaper inför högskolestudierna kan kopplas till gymnasie-undervisningen och dess styrning. Ämnet kemi ingår i gymnasiets naturvetenskapliga och tekniska program, vilka båda har som huvudsakligt syfte att ge högskoleförberedande undervisning (Skolverket, 2011a). Dock måste gymnasiet även möta andra syften med undervisningen, såsom att ge en naturvetenskaplig allmänbildning även för de elever som inte väljer att gå vidare till högskolestudier. Exempel på andra faktorer som kan styra gymnasieundervisningen inkluderar Skolverkets läroplan, den undervisande lärarens kunskapssyn och valet av läromedel. Dessa faktorer bidrar alltså till vad en elev får med sig i form av förkunskaper från gymnasiet inför ett eventuellt möte med högskolan.
Tidigare forskning om övergången från svenska gymnasie- till högskolestudier är mycket begränsad, framför allt inom kemiämnet, och det finns därför ett behov av fler studier inom området. För att som gymnasielärare kunna ge eleverna så goda förutsättningar som möjligt inför kommande högskolestudier är vi också intresserade av hur övergången mellan gymnasiet och högre studier inom ämnet upplevs av studenter och lärare i dagens svenska utbildningssystem. Som en del av detta vill vi i vårt arbete identifiera faktorer som är särskilt betydelsefulla för vilka förkunskaper eleverna får med sig från gymnasiet samt hur dessa förkunskaper förhåller sig till högskolans krav och utformning.
2
Problemformulering
Syfte
Syftet med vårt arbete är att undersöka hur studenter och lärare upplever studenternas förkunskaper i kemi i relation till högskolestudier. Vidare studeras vad dessa upplevelser grundas på, hur de värderas och vilka konsekvenser de kan innebära för gymnasiets kemi-undervisning samt högskolans kemikurser.
Frågeställningar
Arbetet kommer att utgå från följande frågeställningar:
• Hur upplever studenter, gymnasielärare och högskolelärare de nyblivna studenternas förkunskaper i kemi i förhållande till högskolestudiernas behov? • Vilka faktorer i kemiundervisningen på gymnasiet kan ligga till grund för de olika
gruppernas upplevelser av förkunskaperna?
• På vilket sätt förhåller sig undervisningen på de inledande kemikurserna till studenternas förkunskaper?
Avgränsning
I detta arbete görs en avgränsning av förkunskaperna i relation till kraven i den inledande kursen i kemi på högskolan. En fördel med denna avgränsning är att förkunskaperna då är lättare att relatera till gymnasiet, medan en nackdel är att endast de förkunskaper som kommer till nytta i dessa första kurser utvärderas. Arbetet koncentreras vidare till en undersökning av områden som återfinns både i det centrala innehållet i gymnasiets kursplan och i de aktuella kurserna på högskolan samt till ytterligare kunskaper eller förmågor som nämnts som intressanta i samtal med gymnasielärare eller högskolelärare.
3
Bakgrund och tidigare forskning
Följande text presenteras baserat på två utgångspunkter som kan bidra till förståelse för vad upplevelserna av studenternas förkunskaper kan bero på. Den första omfattar områden relaterade till hur stadieövergången från gymnasium till högskola fungerar – mer specifikt vilka faktorer som påverkar hur väl studenterna lyckas vid högre studier, trender i studenternas förkunskaper och vilka svårigheter som möter studenterna vid högre studier i kemi. Denna del omfattar även tidigare forskning kring kända svårigheter inom kemi-ämnet i allmänhet för att ge förståelsen för vilka konsekvenser dessa kan innebära för undervisningen på gymnasium och högskolor. Den andra utgångspunkten utgörs av faktorer som styr eller på andra sätt influerar hur gymnasieskolornas kemiundervisning utformas.
Stadieövergången från gymnasium till högskola
Faktorer som påverkar hur studenter lyckas i högre studier
Även om vi i den här studien fokuserar på studenternas förkunskaper från gymnasiet så påverkas de upplevda förkunskaperna inför högre studier samtidigt av hur väl de lyckas i utbildningen och vilka insatser som görs från högskolans håll för att de ska lyckas. Det finns nämligen ett stort antal studier som tyder på att orsakerna till att studenter hoppar av eller byter utbildning vid högre studier är relaterade både till förkunskaper och andra faktorer (Hovdhaugen, 2009, Ulriksen, Madsen och Holmegaard, 2010). Övriga faktorer som inverkar är t.ex. kön, ålder, socioekonomisk bakgrund, etnisk bakgrund, under-visning och lärandeaktiviteter på högskolan, relationer mellan studenter samt studenternas relation till lärarna (Hovdhaugen, 2009, Ulriksen m.fl., 2010). Vikten av förkunskaper jämfört med andra faktorer för hur studenterna lyckas i utbildningen är dock något oklar, vilket kan bero på att det är svårt att direkt relatera hur väl studenterna presterar på en kurs till om de faktiskt väljer att lämna en utbildning utifrån detta. En studie på norska studenter inom olika discipliner visar t.ex. på förkunskapernas betydelse för att förhindra avhopp (Hovdhaugen, 2009), medan Ulriksen m.fl. (2010) i sin översikts-artikel tonar ner förkunskapernas betydelse och drar slutsatsen att faktorer som är relaterade till högskolan och studenternas egna insatser är viktigare. Det är dock visat att
4
kunskaper från gymnasienivå påverkar betyget på högskolan, t.ex. av Tai, Ward och Sadler (2006), som studerade nyblivna kemistudenters på högskolenivå i USA, och av de Koning, Loyens, Rikers, Smeets och van der Molen (2012), som studerade psykologi-studenter i Nederländerna.
Övergången mellan gymnasium och högskola i matematik, teknik och
naturvetenskap
Tidigare forskning som behandlar övergången mellan gymnasium och högskola i kemi i Sverige är väldigt begränsad, även om ett examensarbete undersöker denna övergång med fokus på kemisk bindning (Sandin, 2008). Stadler (2009) studerade däremot övergången mellan svenskt gymnasium och högskola i matematik mot bakgrund av studenternas tidigare erfarenheter. Den viktigaste skillnaden mot gymnasiematematiken var att universitetets undervisning i hög grad behandlade matematiska teorier och syftade mot sammanhangsbunden förståelse. Detta upplevdes som en skillnad för studenterna jämfört med de lösningsförslag som de varit vana vid från gymnasiet. Motsvarande problem finns i kemin, där en viktig svårighet som ingår redan på gymnasienivå är tänkande i modeller (de Jong, Blonder och Oversby, 2013). Svårigheterna för elever att förstå de olika nivåerna i kemin (makroskopisk, submikroskopisk och symbolisk nivå) gör dock att även kemielever gärna lär sig formler och lösningsprocedurer för kemiska reaktioner utan att förstå de kemiska grunderna (Agung och Schwartz, 2007, Chandrasegaran, Treagust och Mocerino, 2008, Wolfer och Lederman, 2000). Detta innebär att kemistudenter på högskolan möter motsvarande problem som matematikstudenter efterhand som högskole-kurserna ställer högre krav på förståelse av både teoretiska och matematiska modeller. En studie av stadieövergången i kemi från gymnasium till högskola i USA pekade också på att även enklare matematik inom kemin på högskolan kan utgöra ett problem (Tai m.fl., 2006). Det är därför intressant att studera ifall kemistudenterna upplever att deras förkunskaper räcker till för de krav som ställs på högskolan.
Sandins (2008) examensarbete om övergången från gymnasium till högskola i kemi pekade på att den skillnad studenterna upplever vid övergången i stor utsträckning hörde samman både med förändrat arbetssätt (större ansvar och snabbare tempo) och svårare teori, men detta var endast en mindre och ej vetenskapligt granskad studie. Andra faktorer som enligt forskningen kan påverka är att studenter som tidigare fått höga betyg genom
5
passiva lärandemetoder visar motstånd om de möter en pedagogik som kräver mer aktivt deltagande (Seymour, 2002) samt att lärare på gymnasienivå och högskolenivå kan ha olika åsikter om vad som är viktigt att kunna inför högskolan (Daempfle, 2003).
Generella trender i studenternas förkunskaper
Kunskapen om svenska studenters förkunskaper inför studier i kemi vid svenska högskolor och hur dessa förkunskaper förändrats tycks alltså bristfällig. Däremot visar tester av nya civilingenjörsstudenter vid KTH och Chalmers Tekniska Högskola sedan 1997 respektive 1973 att kunskaperna i matematik kontinuerligt försämrats (Henrekson och Jävervall, 2016). Enligt Henrekson och Jävervall är det dock möjligt att den nya läroplanen lett till en förbättring i matematikkunskaperna, även om det är för tidigt att uttala sig om detta utifrån provresultaten. Huruvida samma trender gäller kemi-kunskaperna är inte känt, men det finns anledning att misstänka en liknande nedåtgående trend då studier visat på ett samband mellan studenters matematikkunskaper och resultat i kemikurser (Blakely, 2011, Tai m.fl., 2006).
Det finns däremot stöd för att kunskaperna i kemi försämrats över tid i de under-sökningar som utförts på lägre stadier. Det är också troligt att denna försämring kvarstår då de aktuella elevgrupperna når högskolan. Den internationella PISA-undersökningen har visat på starkt försämrade resultat för 15-åriga elevers matematiska och natur-vetenskapliga förmågor mellan år 2000 och 2012. Svenska skolor visade dessutom den största resultatförsämringen av alla deltagande länder i OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development), vilket framför allt efter 2012 års resultat starkt har påverkat den nationella skoldebatten och synen på svenska elevers kunskaper inom bland annat naturvetenskap. Nyligen presenterades dock resultat från 2015 års PISA-studier, vilka visade på något bättre resultat för de svenska eleverna inom framfö-rallt läsförståelse och matematik, jämfört med de senaste mätningarna (Skolverket, 2016). Resultaten ligger nu på en nivå motsvarande OECD-genomsnittet och pekar på en bryt-ning av den nedåtgående trenden, om än inte med resultat motsvarande de från år 2000.
6
Svårigheter i kemiundervisningen
Även om forskningen om stadieövergången från gymnasium till högskolestudier i kemi är begränsad finns det flera studier kring elevers och studenters svårigheter i kemi. Då syftet med vårt arbete är att undersöka hur studenter och lärare upplever studenternas förkunskaper, är det intressant att se ifall dessa kända svårigheter återspeglas i vår studie. Dessutom kan informationen bidra till att värdera vilka områden som kan vara aktuella för förändrat innehåll eller undervisning.
Tänkande i modeller och förståelse för de makroskopiska, submikroskopiska och symboliska nivåerna har redan nämnts som en generell utmaning inom kemin. Den makroskopiska nivån omfattar det som är observerbart som t.ex. lukt och löslighet, medan den submikroskopiska nivån omfattar t.ex. atomer och molekyler och den symboliska nivån behandlar t.ex. kemiska formler och ekvationer (de Jong m.fl., 2013). Svårigheter kan dock även relateras till kemins olika ämnesområden. En studie i USA undersökte sambandet mellan hur mycket tid som lades på ett ämnesområde på gymnasienivå och hur väl studenterna presterade i sin första kemikurs på högskolenivå (Tai m.fl., 2006). Stökiometri var det enda av de tio undersökta områden där ett sådant samband kunde ses i denna studie. Även bland studenterna själva fanns en uppfattning om att de som hade läst mycket stökiometri hade det lättare på högskolan. Det är dock viktigt att komma ihåg att USA inte som Sverige har en läroplan som styr innehållet i kurserna. Detta ger mindre möjlighet i Sverige till variation i hur mycket tid som läggs på olika ämnen. Studien visade också att studenternas matematikkunskaper hade betydelse för resultaten på kursen trots att matematiken i inledande högskolekurser inte är komplicerad. Detta förklarar författarna med att det trots allt är nödvändigt att behärska de matematiska grunderna i ett ämne som stökiometri, och att studenterna inte ges någon hjälp med detta då högskole-lärarna förväntar sig att studenterna redan besitter denna förmåga. Att studenter med svaga kunskaper i matematik har svårt för stökiometri bekräftas även av Blakely (2011). Svenska gymnasiestudenter tyckte däremot inte att stökiometri var ett särskilt svårt avsnitt jämfört med andra, men de hade fler avsnitt att välja bland då studien utgick från samtliga områden i den svenska kursplanen för kemi (Broman, Ekborg och Johnels, 2011). Gymnasielärarna trodde dock att stökiometri var svårare för eleverna än vad dessa själva tyckte.
Termodynamik fanns inte som alternativ i studien av Tai m.fl. men var ett område som svenska elever såg som svårt, till skillnad från gymnasielärare (Broman m.fl., 2011). Värt
7
att notera är att undersökningen gjordes på elever som följde läroplanen Lpf 94, vilken innehåller mer termodynamik än Gy 2011 (Skolverket, u.å.-b, Skolverket, 2011b). En lång rad studier visar att termodynamik, och inte minst entropi, utgör en utmaning, och att även studenter på högskolenivå besitter olika missuppfattningar på området (Haglund, Andersson och Elmgren, 2015, Sözbilir, Pinarbasi och Canpolat, 2010). Förståelse för kemins olika nivåer utgör en utmaning även i termodynamiken och studenterna har svårt att relatera dessa nivåer till varandra (Haglund m.fl., 2015). Dessutom är termodynamik matematiskt komplicerat (Sözbilir, 2004).
Ett område som däremot tycks upplevas som särskilt enkelt av elever och studenter själva är atomens uppbyggnad och periodiska systemet (Broman m.fl., 2011, Tai m.fl., 2006). I studien av Tai m.fl. skulle detta kunna förklaras av att atomens uppbyggnad var ett ämne som togs upp kontinuerligt under studierna och som alla läste mycket av i de undersökta skolorna, till skillnad från stökiometrin. Enligt Broman m.fl. var detta också det avsnitt som svenska gymnasielever med stor marginal upplevde som enklast, vilket även lärarna i studien var medvetna om.
Faktorer som styr den högskoleförberedande
gymnasie-utbildningen i kemi
Läroplanen och dess förändringar
En av de faktorer som styr kemiundervisningen på gymnasiet är läroplanen. Dessutom sker ibland förändringar av läroplanen, vilket kan tänkas förändra förkunskaperna inför högre studier. År 2011 infördes den nya läroplanen Gy 2011, där en av skillnaderna gentemot tidigare var att undervisningen styrdes mot ett mer givet lärostoff i form av ett angivet centralt innehåll (Lundgren, 2011). I samband med den nya läroplanen, förändrades även bedömningskraven, så att betygsättning numera baseras på kunskaps-krav. Kunskapskraven kopplas vidare till de förmågor eleverna förväntas utveckla. Parallellt med införandet av den nya läroplanen och bedömningssystemet, har formativ bedömning (Jönsson, 2013, Skolverket, 2011c) och språkinriktad undervisning (Hajer och Meestreinga, 2014, Skolverket, u.å.-a) börjat användas i allt större utsträckning och det kan antas ha inspirerat undervisningen i många gymnasieskolor.
8
Vid införandet av Gy 2011 ersattes kurserna Kemi A och Kemi B med Kemi 1 och Kemi 2. Även om de nyare kurserna överlag följer tidigare indelning och specificering av lärostoff, kan några tydliga innehållsmässiga skillnader mellan dessa kurser identifieras. En sådan skillnad finns inom området termodynamik, där ämnesplanen i Kemi A föreskriver att eleven ska “kunna uppskatta entalpiförändring vid kemiska reaktioner samt använda sig av begreppen entropi och entalpi för att diskutera drivkraften för en kemisk reaktion” (Skolverket, u.å.-b). Det centrala innehållet för Kemi 1 specificerar däremot endast behandling av energiomsättningar vid kemiska reaktioner (Skolverket, 2011b), vilket t.ex. leder till mindre fokus på beräkningar och att begreppet entropi inte specificeras. Innehållet i andra avsnitt har istället ytterligare specificerats i de senare kurserna, såsom för exempelvis stökiometri och redoxreaktioner.
Kursbokens och kursprovets roller i undervisningen
Det är emellertid inte säkert att den undervisning som bedrivs i gymnasiet faktiskt motsvarar vad kursplanen föreskriver, utan lärarna styrs medvetet eller omedvetet av andra faktorer. Läroböcker har t.ex. visat sig ha ett betydande inflytande på den natur-vetenskapliga undervisningen, till och med större än själva kursplanen (Nelson, 2006, Skolverket, u.å.-c). Enligt Skolinspektionens undersökningar använder sig skolor också i stor utsträckning av gamla läromedel, som inte är uppdaterade efter senaste kursplanen (Skolverket, u.å.-d). Skolverket tillhandahåller dock ett frivilligt kursprov i Kemi 1, för bedömningsstöd inom ämnet. Det är inte känt hur många skolor som använder sig av provet, men det är ändå troligt att provet i viss mån styr undervisningens innehåll och bedömningen av eleverna för de skolor av vilka det används.
Lärarens kunskapssyn och olika syften med undervisningen
Gymnasiekurserna i kemi har fler syften än det högskoleförberedande att förhålla sig till. Undervisningen påverkas vidare av den enskilda lärarens syn på syftet med under-visningen och vad som är viktig kunskap (Pajares, 1992). Enligt Sjøberg (2010) bör skolans naturvetenskapliga gymnasieundervisning inte enbart vara en reducerad version av universitetets vetenskapliga discipliner, utan även låta naturvetenskapen framställas som en del av vårt kulturarv och bidra till att främja elevernas bildning. Tanken om
9
bildning har fått starkare fäste i de två senaste svenska läroplanerna och har bland annat haft som syfte att eleverna ska kunna vidga sina perspektiv och bättre kunna orientera sig i olika sammanhang (Gustavsson, 2009, Liedman, 2014). Internationellt har termen “scientific literacy” på senare år lyfts fram som ett viktigt begrepp inom skolunder-visningen, med en önskan om att skapa vetenskapligt och teknologiskt bildade med-borgare och som en del av en humanistiskt inriktad undervisning (Aikenhead, 2007). Den naturvetenskapliga undervisningen på gymnasienivå behöver förhålla sig till valet mellan en förberedande professionell utbildning för ett fåtal och en vetenskapligt allmänbildande undervisning för alla (Millar, 2006). Trots att dagens svenska gymnasiekurser i kemi ingår i högskoleförberedande program behöver en lärare alltså även väga in tankar om undervisningen som vetenskapligt allmänbildande och individuellt utvecklande, där eleven rustas med verktyg att förstå och bidra till samhällets uppbyggnad. Utöver detta ingår i lärarens uppgift att göra undervisningen intresseväckande och motiverande för eleverna, bland annat med anledning av det sjunkande intresset för högre kemistudier (Oscarsson, Jidesjö, Strömdahl och Karlsson, 2009).
Att kemilärare har olika syn på vilken kunskap som är viktig visades i en studie av nederländska gymnasielärare i kemi (Van Driel, Bulte och Verloop, 2007). Lärarna kunde grovt delas in i två grupper utifrån om de lade störst vikt vid ”Fundamental Chemistry” (t.ex. grundläggande begrepp inom kemin) eller ”Chemistry, Technology and Society” (samhällskoppling och kommunikativ förmåga). Dock anslöt sig inte majoriteten av lärarna renodlat till någon av inriktningarna. Även kunskapssynen hos svenska gymnasie-lärare i naturvetenskapliga ämnen har visats variera (Sund, 2016). Lärarna i Sunds studie hade olika fokus på bl.a. faktakunskap, samhällskoppling och användningen av kunskaperna för att ta ställning i moraliska frågor. I förlängningen kan alltså denna variation i kunskapssyn mellan kemilärare påverka förkunskaperna inför högskole-studierna.
10
Metod
Val av metod
I studien användes en kombination av metoder i form enkätundersökningar till hög-skolestudenter samt intervjuer av både högskole- och gymnasielärare. Avsikten med att hämta in underlag från dessa olika grupper var att få en trianguleringseffekt, där en bättre och mer precis bild av situationen kan erhållas med hjälp av insikter utifrån olika infallsvinklar (Alvehus, 2013).
Enkätundersökning
Enkäter användes dels för att ge bakgrundsinformation om högskolestudenternas under-visning och förkunskaper från gymnasiet, dels för att undersöka deras egen uppfattning om hur väl förberedda de var inför högre studier i kemi. Användningen av enkäter gav möjlighet att nå ett stort antal studenter och att få ett tillräckligt antal svar för att kunna göra en kvantitativ analys av data (Bryman, 2011). Ett av de problem som finns med enkäter är att det ofta sker ett stort bortfall, och för att få så hög svarsfrekvens som möjligt delades enkäterna därför ut i pappersformat i samband med föreläsningstillfällen. En ytterligare nackdel med enkäter är att det är svårare att ställa öppna frågor då de tar lång tid att besvara och att det inte går att ställa uppföljande frågor i anslutning till dessa. Frågorna i enkäterna var därför i huvudsak slutna, vilket också gör det enklare att sammanställa och jämföra svaren. För att få den information vi önskade valde vi ändå att ha med en helt öppen fråga kring studenternas uppfattning om sina förkunskaper inför högskolestudierna. Detta gav en möjlighet att identifiera viktiga kunskaper och aspekter som inte tagits hänsyn till i övriga frågor.
Intervjuer
Intervjuer genomfördes med gymnasielärare och högskolelärare för att undersöka deras uppfattning om nyblivna studenters förkunskaper inför högskolan samt gymnasieskolans
11
roll för dessa förkunskaper. Valet att intervjua både högskolelärare och gymnasielärare ökade studiens grad av generaliserbarhet (Bryman, 2011), men medförde samtidigt att antalet intervjuer inom varje grupp, samt intervjuernas längd och möjlighet till fördjupning, behövde begränsas.
Etiska perspektiv
Vid insamling och behandling av data togs hänsyn till Vetenskapsrådets forskningsetiska principer (Vetenskapsrådet, u.å.). Studenter och lärare informerades om studiens syfte samt att deras deltagande i undersökningen var frivilligt och att uppgifterna endast skulle användas för forskningssyfte. Studenterna informerades även om att det var frivilligt att uppge e-postadress. Svar från enkäter och intervjuer redovisades så att studenter och lärare inte kunde identifieras. Uppgifter som samlats in om enskilda personer kommer inte att lämnas vidare.
Urval
Enkätundersökning
Som respondenter valdes studenter som nyligen läst eller läser grundkurser i kemi vid Lunds universitet. De utbildningsprogram som har huvudfokus på kemi valdes ut i första hand, dvs. naturvetenskapligt kandidatprogram med ingångar mot kemi samt civil-ingenjörsutbildningarna i Bioteknik och Kemiteknik. Även studenter från kandidat-programmet i biomedicin inkluderades eftersom de samläser den inledande kemikursen med det naturvetenskapliga kandidatprogrammet, medan studenter från kandidat-programmet i miljövetenskap som läser samma kurs exkluderades pga. av tidsbrist. Därutöver inkluderades studenter från Brandingenjörsprogrammet pga. möjligheten att relatera deras enkätdata till tentamensdata som fanns tillgängliga för just denna grupp, även om detta sedan inte utnyttjades. Med undantag av civilingenjörsprogrammen Teknisk nanovetenskap, Ekosystemteknik, Biomedicin och teknik samt den miljö-vetenskapliga utbildningsinriktningen, omfattade studien därmed enkätmaterial från samtliga inledande kemikurser som var möjliga att läsa vid Lunds universitet under 2016. Därmed nåddes både studenter som har inriktning mot kemi och de som har det som en
12
mindre del av sin utbildning, vilket kan ses som en god representation av de student-grupper som läser kemi på högskolan.
Intervjuer
Gymnasielärarintervjuerna begränsades till sex kemilärare på tre gymnasieskolor i området Malmö-Lund. Respondenterna hade alla mångårig erfarenhet (minst 10 år) av kemiundervisning i gymnasieskolan, vilket medförde att de hade möjlighet att även uttala sig om förändringar över tid. På högskolenivå intervjuades tre utbildningsansvariga lärare med mångårig erfarenhet (minst 10 år) på samma kurser som studerades i enkät-undersökningen, för att relatera resultaten till varandra.
Frågor
Enkätundersökning
Enkäterna gjordes i något olika versioner beroende på studentgrupp. Anledningen till variationen var att studenterna kommit olika långt i sina utbildningar och dessutom hade något olika innehåll i sina kurser. De första kemikurserna på programmen som enkätfrågorna avsåg var KEMA10 för Naturvetenskapliga kandidatprogrammet och Biomedicinprogrammet, KOOA10 och KOOA15 (båda inkluderades då de ansågs utgöra en helhet) för Bioteknik och Kemiteknik samt KOOA05 för Brandingenjörer. Enkäten för Bioteknik och Kemiteknik åk 2 återfinns som bilaga A tillsammans med en lista över vilka modifieringar som gjordes för övriga kurser. Samtliga frågenummer nedan hänvisar till bilaga A. De bakgrundsvariabler som på förhand ansågs kunna vara av intresse för det aktuella arbetet var vilka kemikurser studenterna läst, vilken läroplan de följt, vilka läroböcker de haft, samt om områdena entropi (som utgått sedan Lpf94) och allmänna gaslagen (som inte specificeras i de två senaste läroplanerna, men ingår i flertalet läroböcker) ingått i deras gymnasieundervisning. Eftersom tekniska utbildningar enbart har Kemi 1 eller Kemi A som förkunskapskrav kan det finnas betydande skillnader i förkunskaper mellan de studenter som läst en respektive två kemikurser på gymnasiet. Informationen om läroplan, läroböcker och studier av entropi och allmänna gaslagen
13
avsåg ge kunskap kring variationer i gymnasieundervisningen och i detta sammanhang utgöra ett komplement till intervjuerna med gymnasielärarna.
Ett antal frågor kring förkunskaper ställdes specifikt i relation till de inledande kemikurserna i enlighet med avgränsningen till det första mötet med kemikurser på högskolan. Studenterna fick besvara en fråga kring om de ansåg sig ha tillräckliga för-kunskaper i kemi (fråga 9) respektive tillräckliga förför-kunskaper kring att laborera (fråga 10) inför sin inledande kemikurs på högskolan. Brandingenjörsstudenterna undantogs från frågan om laborationer då detta moment inte ingår i kursplanen för deras kurs.
Frågorna som berörde innehållet i de inledande kemikurserna (fråga 11–12) ställdes för att undersöka hur väl studenternas förkunskaper i olika ämnesområden från gymnasie-kemin motsvarar vad de själva anser sig behöva på högskolan. Svarsalternativen i form av olika ämnesområden valdes utifrån de detaljerade kursplanerna för Bioteknik-, Kemiteknik- och Brandingenjörsprogrammen samt anpassades för att kunna relateras till det centrala innehållet i gymnasiets kursplan. De mindre skillnaderna mellan alternativen för de olika studentgrupperna bedömdes inte som problematiska eftersom studiens huvudsakliga syfte inte var att jämföra de olika programmen utan att identifiera vilka områden i gymnasiekemin som de nyblivna studenterna anser sig haft nytta av eller behöva mer av. Åk 1 på Bioteknik och Kemiteknik undantogs från dessa frågor då de gått för kort tid på programmet.
En grupp frågor (fråga 13–14) utgick istället från andra förmågor och kunskaper som ingår i gymnasiets kursplan för kemi, för att undersöka om det finns ytterligare delar från gymnasiekemin som studenterna ansåg viktiga. Dessa frågor relaterades till nyttan för hela utbildningen, varför även Brandingenjörsprogrammet fick alternativ rörande laborationer. Eftersom en del av studenterna gick andra året blev det därmed möjligt att få en uppfattning om förkunskaperna även gällande förmågor som det eventuellt läggs mindre vikt vid i de aktuella kemikurserna. Åk 1 på Bioteknik och Kemiteknik undantogs även från dessa frågor.
Intervjufrågor till högskolelärare
Intervjufrågorna till högskolelärarna återfinns som bilaga B. De responderande lärarna fick i första hand frågor gällande studenternas förkunskaper. Detta gällde både teori-avsnitt och förmågor, där de kunnat se brister eller styrkor generellt eller som en
14
förändring över tid. Lärarna tillfrågades också om vad de skulle önska sig mer av i form av förkunskaper, som studenterna skulle kunnat ha med sig från gymnasieskolan. För att få en bild av högskolans betydelse för upplevda förkunskaper tillfrågades lärarna även om hur de eventuellt har anpassat sin undervisning efter studenternas förkunskaper.
Intervjufrågor till gymnasielärare
Gymnasielärare fick besvara intervjufrågorna enligt protokollet i bilaga B. Den första delen av frågorna syftade till att besvara vår frågeställning om vilka faktorer (såsom styrdokument och läromedel) i gymnasieundervisningen som kan ligga till grund för elevernas upplevda förkunskaper inför högskolestudierna. Här frågades lärarna om de följer tidigare kursplaner med avseende på val av lärostoff och om de lägger till andra delar som inte specifikt står utskrivet i dagens centrala innehåll, samt i så fall varför.
Först tilläts lärarna fritt beskriva avsnitt de generellt väljer till eller tar bort ur sin undervisning, jämfört med kursplanens och/eller läromedlets innehåll. Det sistnämnda då tidigare forskning pekar på att lärare i stor utsträckning väljer stoff utifrån vald lärobok även om de ofta inte till fullo följer dagens läroplan. Dessutom tillfrågades lärarna om det fanns specifika avsnitt som tenderade att inte hinnas med i undervisningen för att kunna undersöka ifall sådana avsnitt i så fall kan kopplas till de teoriområden som högskole-lärare och studenter upplever som bristande beträffande förkunskaper.
Specifikt valdes sedan att fråga om undervisning av begreppet entropi för att få en förståelse för på vilka sätt förändringar i läroplanen får genomslag i lärarnas undervisning. Denna och motsvarade fråga om allmänna gaslagen syftade också till att belysa variationen i lärarnas undervisning kring ämnen som inte är specificerade i läroplanen, men som ibland ingår i läroböckerna. Gymnasielärarna tillfrågades även om hur de arbetar med användning av enheter och mätnoggrannhet, då detta var områden som lyfts fram av högskolelärare under tidigare samtal som något de önskar att studenterna gärna behärskar vid högskolestarten.
Insamling och analys av data
En stor mängd frågor ställdes i såväl enkäter som i intervjuer för att skapa en bild av studenternas förkunskaper och olika faktorer som kunde tänkas förklara dessa
15
förkunskaper. Med anledning av det stora materialet valdes resultat som ansågs ha mindre intresse bort. Exempel på sådana resultat är sambandet mellan använd lärobok och förekomst av entropi/allmänna gaslagen i gymnasieundervisningen samt upplevda för-kunskaper på Biotekniks kurs KBTA05 och Kemitekniks kurs KETA05 (fråga 7–8, bilaga A), vilka endast innehåller mindre inslag av kemi.
Enkätundersökning
Den uppskattade svarsfrekvensen bland de som var närvarande när enkäterna delades ut uppskattades vara mycket god, och det bortfall som fanns var huvudsakligen de studenter som inte var närvarande. Totalt svarade 203 studenter på enkäten, fördelade på de olika programmen och årskurserna enligt Tabell 1. Det lägre antalet studenter på Kemiteknik åk 2 jämfört med åk 1 på Bioteknik och Kemiteknik berodde på bortfall av studenter från utbildningen. De två studenter som gått Kemiteknik i åk 1 och sedan bytt till Bioteknik räknades som Kemiteknikstudenter i denna studie.
Tabell 1. Svarsfrekvens för kurser och studentgrupper vid enkätundersökning.
Kurs Studentgrupp Antal studenter1 Antal svar
KOOA10, KOOA15 Totalt 198 142
Bioteknik åk 1 56 49 Bioteknik åk 2 52 25 Kemiteknik åk 1 55 45 Kemiteknik åk 2 35 23 KOOA05 Brandingenjör 45 24 KEMA10 Totalt 77 37 Kemi 37 22 Biomedicin 40 15 Totalt 320 203
1Antal studenter syftar på de som var registrerade på kurserna där
16
De studenter (3 st) som läst postgymnasial utbildning i kemi togs bort från alla beräkningar beträffande förkunskaper (fråga 7–10, bilaga A) och specifika ämnes-områden (fråga 11–14). Felaktiga svar på frågor (val av fler än tillåtet antal alternativ i fråga 7–14) uteslöts från beräkningarna efter kontroll att inga slutsatser påverkades. Studenterna på IB-programmet (International Baccalaureate) togs inte generellt bort från beräkningarna (fråga 7–14), men inkluderades inte i de fall resultaten presenteras specifikt för den svenska gymnasieskolans läroplaner eller kemikurser. Medelvärdes-beräkningar och standardavvikelser beräknades med hjälp av analysprogrammet Minitab (version 17).
Intervjuer
Intervjuerna, som innefattade 10 frågor för högskolelärarna respektive 16 frågor för gymnasielärarna, tog 30–60 minuter vardera. Eftersom båda författarna var närvarande vid samtliga intervjuer gjordes bedömningen att det inte var nödvändigt att göra inspelningar då en kunde koncentrera sig på att ställa frågor medan den andre förde anteckningar. Anteckningarna skrevs rent och kontrollerades av båda författarna i nära anslutning till intervjutillfället. Detta förfarande användes även för att spara tid då den empiriska insamlingen av material var omfattande.
Reliabilitet och validitet
Även om de empiriska studierna endast omfattade studenter på ett universitet så ingick ett förhållandevis stort studentunderlag och flera olika program, vilket ökade validiteten i resultaten. Resultaten kan i första hand ge en uppskattning av nyblivna studenters upplevda förkunskaper inför utbildningsprogram med huvudfokus på kemi och liknande antagningspoäng, men generaliserbarheten begränsas av varierande svårighetsgrad på inledande kurser vid olika universitet och högskolor. Motsvarande begränsning till ett universitet gällde för de intervjuade högskolelärarna. Störst försiktighet bör dock iakttas beträffande våra resultat angående gymnasieundervisningen och gymnasielärarnas uppfattning, då urvalet av skolor med höga antagningspoäng i Malmö-Lund-området inte kan ses som representativa för Sverige i stort.
17
Resultat och analys
Resultaten presenteras och analyseras nedan utifrån studiens frågeställningar. De upplevda förkunskaperna med utgångspunkt från studenternas, högskolelärarnas och gymnasielärarnas perspektiv presenteras först. Därefter följer de bakomliggande faktorerna i gymnasieundervisningen utifrån gymnasielärarnas svar på frågor kring sin undervisning samt en koppling mellan dessa faktorer och de upplevda förkunskaperna. Slutligen beskrivs undervisningen i kemi för nya studenter på högskolan ur högskole-lärarnas perspektiv.
Upplevda förkunskaper inför högskolestudier i kemi
Värdering av studenternas förkunskaper
Den genomsnittliga studenten i vår enkätundersökning känner sig väl förberedd inför sin inledande kemikurs, men något mindre förberedd specifikt inför laborationerna. Studenterna uppskattade sina förkunskaper inför de grundläggande kemikurserna till 4,1 (generellt) respektive 3,8 (inför laborationer) på en skala från 1 till 5, med små variationer mellan programmen (Tabell 2). En 1:a på skalan motsvarar svaret ”nej, inte alls” och en 5:a svaret ”ja, helt och hållet” på frågan om de uppfattade sina förkunskaper som tillräckliga. Andelen studenter som skattade sina förkunskaper till 4 eller 5 på skalan för de generella förkunskaperna var 83 %.
Två betydelsefulla faktorer för skattningen av förkunskaperna är om studenterna läst både Kemi A eller 1 och Kemi B eller 2 samt om de som läst två kemikurser läst Kemi B eller 2 (Bilaga C). De studenter som endast läst Kemi A eller Kemi 1 uppfattar sina förkunskaper som sämre än de som läst båda kurserna. De skattade förkunskaperna bland dem som läst en jämfört med båda kurserna är 2,7 ± 1,4 jämfört med 4,1 ± 1,1 på Brandingenjörsprogrammet, respektive 3,5 ± 0,8 jämfört med 4,2 ± 0,9 på Bioteknik och Kemiteknik. Skillnaden tydliggörs även i Figur 1, som visar antal svar per upplevd förkunskapsnivå (uppdelat efter kemikurs på gymnasiet) på Brandingenjörsprogrammet. De studenter som läst Kemi B uppskattar vidare sina förkunskaper som mindre tillräckliga än de som läst Kemi 2. Medelvärdena för studenterna som läst Brandingenjör är 3,9 ± 1,5
18
för Kemi B jämfört med 4,4 ± 0,5 för Kemi 2 och motsvarande siffror för Bioteknik och Kemiteknik 3,9 ± 0,8 jämfört med 4,2 ± 0,9.
Tabell 2. Studenters uppskattning av sina förkunskaper (skala 1–5) inför inledande kemikurser vid högre kemistudier. Resultaten anges som medelvärde ± standardavvikelse. Program n Förkunskaper generellt Förkunskaper inför laborationer Brandingenjör 24 3,6 ± 1,4 –
Bioteknik & Kemiteknik 139 4,2 ± 0,9 3,8 ± 1,1
Bioteknik 72 4,0 ± 0,9 3,8 ± 1,0
Kemiteknik 67 4,3 ± 0,8 3,9 ± 1,2
Kemi & Biomedicin 36 4,0 ± 0,9 3,6 ± 1,2
Kemi 22 4,2 ± 0,8 3,9 ± 1,0
Biomedicin 14 3,6 ± 0,9 3,2 ± 1,4
Samtliga 1991 4,1 ± 1,0 3,8 ± 1,1
1n=175 för förkunskaper inför laborationer
Resultaten enligt denna värdering tyder alltså på studenterna i allmänhet känner att de haft tillräckliga förkunskaper inför sina kemikurser på högskolan. Att det finns en mindre del studenter som inte känner sig tillräckligt väl förberedda bekräftar också den bild som gavs i intervjuerna med högskolelärarna att ett mindre antal studenter är särskilt svaga. Gymnasielärarna hade i allmänhet svårt att uppskatta om deras elever har goda för-kunskaper inför högskolan, men en åsikt som framfördes var att det borde vara svårt att klara sig med bara Kemi 1. Just betydelsen av att även ha läst Kemi 2 för att känna sig tillräckligt förberedd inför högskolestudier i kemi är också tydlig i den här under-sökningen, men påverkar endast de utbildningar där Kemi 2 inte är ett krav. Den viktigaste förklaringen till att de som läst Kemi B uppskattar sina förkunskaper som sämre än de som läst Kemi 2 är troligen att de har sina studier längre tillbaka i tiden. Detta överensstämmer nämligen med att så många som 25 studenter nämner i sina kommentarer att de upplevt svårigheter att minnas sina gymnasiekunskaper efter att ha haft uppehåll sedan gymnasiestudierna. Även studenter som avslutat sin sista kemikurs på gymnasiet innan sista året påpekar att de har svårt att minnas. Ingen tydlig påverkan på de upplevda förkunskaperna ses däremot utifrån programmens antagningspoäng (bilaga C), men det
19
är svårt att dra slutsatser kring detta då kurserna har olika upplägg. Den lägre skattningen av förkunskaperna för biomedicinstudenter jämfört med kemistudenter på samma kurs skulle också kunna bero på lägre motivation för kemi då dessa inte har samma fokus på ämnet i sin utbildning.
Figur 1. Svarsfrekvens uppdelat på högst läst nivå på gymnasiekemikurs. Stapel 1 motsvarar antal studenter på Brandingenjörsprogrammet som angett ”nej, inte alls” och stapel 5 ”ja, helt och hållet” tillräckliga förkunskaper.
Upplevda förkunskaper i relation till teoriavsnitt
Studenterna på alla program i studien önskar framförallt mer förkunskaper om termodynamik från gymnasiet, men även om redoxreaktioner och syra-basreaktioner (Figur 2). Däremot är atomens byggnad ett område som anser sig kunna tillräckligt om från gymnasiet (Figur 2 och Figur 3). Högskolelärarna å sin sida anser framförallt att studenterna skulle ha nytta av mer grundläggande kunskaper om kemiska begrepp och enklare kemisk nomenklatur. Högskolelärarna hade svårare att uttala sig om vilka områden som upplevs som svåra för studenterna, men förslag på sådana områden var jämvikter (inklusive syra-bas-jämvikter) och stökiometri. De flesta av gymnasielärarna hade också svårt att besvara frågan om vilka områden de skulle vilja att deras elever har med sig mer av från gymnasiet. De områden som ändå nämndes av ett fåtal lärare var termodynamik och elektrokemi (inklusive redoxreaktioner) medan atomens byggnad anses vara ett område som det läggs alltför mycket tid på i undervisningen.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 An ta l s va r
20
Figur 2. Svarsfrekvens per teoriavsnitt som studenterna önskar mer för-kunskap inom inför inledande kurser i kemi.
Figur 3. Svarsfrekvens per teoriavsnitt som studenterna anser behjälpliga inför inledande kurser i kemi.
De tillfrågade grupperna har alltså inte riktigt samma uppfattning om vilka förkunskaper studenterna behöver mer av. Särskilt gäller detta beträffande termodynamik, redox-reaktioner och stökiometri. Skillnaden i samsyn kring termodynamiken är kanske mest intressant, eftersom det är det område som studenterna i studien främst skulle vilja ha bättre förkunskaper inom. Svaren från högskolelärarna tyder dock inte på en medvetenhet om detta, utan området angavs till och med som förslag på vad som verkar enkelt för
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Gr und lä gg an de beg repp oc h no m enk la tur At om en s by gg na d o ch pe rio di sk a sy st em et Kem isk bi ndn ing St ök io m et ri Redo xr ea kt io ne r Fa se r o ch fas omv an dl in gar Gas lag ar O rga ni sk k em i Sy ra-bas -r eak tio ne r Jämvi kt sr eak tio ne r Te rmo dy nami k El ek tr ok em i Ke m isk k in et ik An ta l s va r 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Gr und lä gg an de beg repp oc h no m enk la tur At om en s by gg na d o ch pe rio di sk a sy st em et Kem isk bi ndn ing St ök io m et ri Redo xr ea kt io ne r Fa se r o ch fas omv an dl in gar Gas lag ar O rga ni sk k em i Sy ra-bas -r eak tio ne r Jämvi kt sr eak tio ne r Te rmo dy nami k El ek tr ok em i Ke m isk k in et ik An ta l s va r
21
studenterna. En förklaring till denna skillnad i synsätt skulle kunna vara att lärarnas förväntan på förståelsen av termodynamiken är lägre än studenternas. En högskolelärare kommenterade nämligen att de inte kommer så långt i termodynamiken i den inledande kemikursen, och att studenterna får acceptera att de inte helt kan förstå begreppen. Svaren antyder alltså en skillnad främst mellan högskolelärare å ena sidan samt studenter och gymnasielärare å andra sidan just i denna studie. Det är dock viktigt att komma ihåg att de båda lärargruppernas åsikter endast uttrycktes av ett fåtal av lärarna inom grupperna, vilket minskar generaliserbarheten av resultaten. Högskolelärarna fokuserade dessutom främst på behovet av mer naturvetenskaplig begreppsbildning i allmänhet snarare än på specifika områden. Anledningen är att det skulle underlätta kommunikationen med ett kemiskt språk om studenterna är trygga i de grundläggande begreppen. Just studenternas kunskap om begrepp är också något som högskolelärarna poängterade hade försämrats under deras tid som lärare. Däremot menar lärarna på en gymnasieskola på en av gymnasieskolorna att ett omfattande arbete med språkinriktad undervisning under senare år eventuellt har gjort att elevernas begreppskunskap har förstärkts jämfört med tidigare. Atomens byggnad är alltså ett område som studenterna inte framhåller som viktigt att ha mer förkunskaper av från gymnasiet, vilket får visst stöd bland gymnasielärarna. Däremot nämner ett par studenter en specifik önskan om att få mer kunskap om orbital-teori, då man menar att man fått en felaktig förståelse för atomens byggnad genom att på gymnasiet bara behandla elektronskalsteorin. Detta är intressant i kombination med de fritextsvar som anger att modeller och förklaringar i allmänhet är alltför förenklade på gymnasiet och att gymnasieundervisningen består av för mycket utantillinlärning.
Upplevda förkunskaper i relation till förmågor och arbetssätt
Studenterna önskar framförallt bättre förkunskaper beträffande planering av laborationer då de inte anser sig ha större nytta av sina erfarenheter från gymnasiet (Figur 4 och Figur 5). De önskar dock även mer laborationsvana, “användning, beräkning och omvandling av enheter” samt “utvärdering av metod och resultat” trots att de i dessa fall anser sig ha större nytta av det de läst på gymnasiet. Högskolelärarna ser å sin sida framförallt att enhetsanvändning, rimlighetsbedömning, matematiken i kemin, problemlösning i flera steg och till viss del laborativ vana som områden studenterna har problem med. Både högskolelärare och gymnasielärare identifierar även förmågan att ta eget ansvar för sin
22
inlärning som ett område som nyblivna studenter respektive gymnasieelever brister i. De olika grupperna tycks alltså generellt mer överens kring studenternas förkunskaper beträffande förmågor och arbetssätt än kring specifika ämnesområden.
Figur 4. Svarsfrekvens för förmågor och arbetssätt som studenterna önskar mer förkunskap inom inför inledande kurser i kemi.
Figur 5. Svarsfrekvens för förmågor och arbetssätt som studenterna anser behjälpliga inför inledande kurser i kemi.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 La bor at ion sv an a Pl an er in g av lab or at io ne r Utv ärd erin g a v m eto d o ch re sul ta t Säk er he ts tän kan de p å l ab Anv än dni ng , be rä kni ng o ch om va nd lin g a v e nh et er Mä tn og gra nn he t Fö rmåg a at t k un na an vän da k un sk ap er i k em i fö r a tt k un na k om m uni cer a An ta l s va r 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 La bor at ion sv an a Pl an er in g av lab or at io ne r Utv ärd erin g a v m eto d o ch re sul ta t Säk er he ts tän kan de p å l ab Anv än dni ng , be rä kni ng o ch om va nd lin g a v e nh et er Mä tn og gra nn he t Fö rmåg a at t k un na a nvän da ku ns ka pe r i ke m i f ör a tt ku nna k om m un ic er a An ta l s va r
23
Den planering av laborationer som studenterna önskar mer av förtydligades i kommen-tarer från enskilda studenter som skillnader i laborationernas längd och omfång i kombination med högre krav på självständigt laboratoriearbete på universitetet. Högskolelärarna ser däremot inte detta som ett viktigt område att förbättra inom ramen för gymnasieskolan, utan tycks acceptera att längre laborationer är något som av praktiska skäl kommer in först på högskolan. Beträffande laborationsvana poängterade högskole-lärarna istället att variationen är stor mellan studenterna och att framförallt vissa skulle ha större nytta av mer experimentell vana. Denna åsikt får också stöd i fritextsvar från studenter som anser sig ha betydligt svagare kunskaper än andra.
Ett område som högskolelärarna upplever att studenterna inte behärskar är problem-lösning i flera steg, vilket ses som en tydlig förändring under deras tid som lärare. I detta fall uttalade lärarna inte någon önskan om förbättring i förkunskaper utan har istället valt att anpassa sina kurser utifrån den förändring som skett. De förmågor som högskole-lärarna framförallt skulle önska mer av är relaterade till matematik i form av enhets-användning, rimlighetsbedömning och mindre rädsla för att använda matematiken i kemin. Gymnasielärarna håller också med om att dessa områden var viktiga, men menar att de redan lägger stor vikt vid enheter i sin undervisning. Just de intervjuade gymnasie-lärarna i vår studie behöver inte vara representativa i det här fallet, men även studenterna menar att de har nytta av sina kunskaper om enhetshantering från gymnasiet. Huruvida matematik som eleverna uppfattar som svår, t.ex. andragradsekvationer, borde före-komma i gymnasiets kemiundervisning är dock ett område som lärarna på en av gymnasieskolorna har haft olika åsikter om. I studenternas fritextsvar nämndes också ett fåtal önskemål om mer räkning inom kemiundervisningen på gymnasiet, vilket tyder på att matematikkunskaper kan uppfattas som ett problem från studenternas håll.
Faktorer i kemiundervisningen på gymnasiet som kan
ligga till grund för de upplevda förkunskaperna
Läroplanen och dess förändringar
I intervjuerna med gymnasielärarna framkommer att även om läroplanen förändrats och utgör en stark styrning av deras undervisning, så väljer de att förhålla sig till ämnes-innehållet i läroplanen på olika sätt. Vissa lärare väljer t.ex. att undervisa om områden
24
som entropi och allmänna gaslagen trots att dessa inte specificeras i läroplanen, vilket också bekräftas av studenternas varierande svar kring om dessa begrepp ingått i deras gymnasieundervisning (Tabell 2, Bilaga C). Ytterligare exempel på begrepp och områden utanför läroplanen som enskilda lärare undervisar om är organisk kemi i Kemi 1 på Teknikprogrammet, Hess lag, orbitaler och komplexkemi. Lärarnas motiv är främst att detta är områden de själva tycker att det är viktigt att deras elever kan, men en ytterligare möjlig förklaring som ges är att många lärare fortsätter att undervisa om områden som tidigare ingått av gammal vana. Dessutom noterade några lärare att Gy 2011 inte specificerar vad som ska ingå lika tydligt som den föregående kursplanen och som exempel kan både entropi och Hess lag anses ingå i området termodynamik. Samtidigt känner sig en del av lärarna tvingade att pga. tidsbrist välja bort bitar inom områden som ska ingå i läroplanen. Flera gymnasielärare bekräftar även misstankarna från högskolan om att vissa områden inte gås igenom lika djupt längre. Gymnasielärarna tycks däremot inte se denna förändring som starkt kopplad till innehållet i läroplanen, utan som en konsekvens av de ökade kraven på bedömning och fler enskilda samtal som tar tid från andra delar av undervisningen.
Kursbokens och kursprovets roller i undervisningen
Gymnasielärarnas svar tyder även på att kursboken och kursprovet kan utgöra betydelse-fulla styrmedel i undervisningen. De flesta lärarna är överens om att Skolverkets prov påverkar vad som ingår i deras undervisning och att delar som inte finns med i större utsträckning i detta prov nedprioriteras. Utifrån svaren i denna studie går det däremot inte att fastlägga vilken påverkan kursboken har på undervisningen. Endast en lärare uttryckte en stark medvetenhet om att den använda kursboken inte följer läroplanen, vilket tyder på möjligheten att övriga lärare i mer eller mindre utsträckning följer kursboken även när den inte följer läroplanen. Det går inte heller att dra några slutsatser utifrån enkät-undersökningen kring effekten av kursboken på förekomsten av entropi och allmänna gaslagen i undervisningen och därför diskuteras inte dessa data närmare.
25
Lärarens kunskapssyn och olika syften med undervisningen
Vilken kunskapssyn gymnasielärare har och i vilken utsträckning de tycker att det är viktigt att förbereda sina elever inför högskolan kan också påverka innehållet och ut-formningen av undervisningen. Alla gymnasielärarna i vår studie tycker att det är viktigt att eleverna är väl förberedda inför högskolan och deras svar kan tolkas som att de lägger stor vikt vid detta, även om resonemangen skiljer sig åt. Medan några lärare uttryckligen sade sig tänka mycket på att eleverna ska vara väl förberedda inför högskolan, hänvisade andra helt enkelt till att kemikurserna är högskoleförberedande utan att vidare reflektera över syftet med undervisningen. Två exempel på svar från lärarna som inte alls sade sig reflektera över syftet är att eleverna helt enkelt ska lära sig kemi och att eleverna ska få en förståelse för kopplingen mellan struktur och egenskaper. Detta senare svar kan också ses som ett uttryck för lärarnas kunskapssyn. Att eleverna ska bli motiverade, få allmän-bildning och bli ifrågasättande togs också upp som syften med kemiundervisningen, men detta tycks ändå komma i andra hand för dessa lärare. Utöver att ge eleverna förståelse lyfts kunskaper om enhetshantering och god studieteknik fram som exempel på hur de förbereder eleverna inför högskolan. I praktiken begränsas förberedelsen av eleverna inför högskolan däremot av brist på kunskap om vad som krävs och av brist på tid. Vissa av gymnasielärarna har dock tidigare deltagit i de gemensamma möten för gymnasielärare och högskolelärare i kemi som fram tills för några år sedan anordnades vid Lunds universitet, och de uttryckte även ett intresse av att återuppta detta samarbete.
Gymnasieundervisningens och de styrande faktorernas betydelse för
studenternas upplevda förkunskaper
Flera åsikter kring innehållet i undervisningen som gymnasielärarna i studien ger uttryck för kan kopplas till studenternas upplevda förkunskaper på högskolan. Termodynamik, vilket studenterna efterfrågar mer av, är ett område som tillsammans med elektrokemi nämns av två lärare som avsnitt det undervisas om med mindre djup och med mindre beräkningar sedan införandet av Gy 2011. Givet att studenterna även önskar sig mer för-kunskaper om redoxreaktioner är det intressant att en gymnasielärare sade sig inte hinna med hela avsnittet om redoxreaktioner. Även om detta inte gäller generellt för lärarna i studien, bekräftas det som ett problem i flera fritextsvar från studenter. Elektrokemin i
26
allmänhet är däremot ett område som generellt prioriteras ner av gymnasielärarna i studien både pga. tidsbrist och Skolverkets styrning. Studenterna önskar dock varken mer förkunskaper i elektrokemi eller anser att de har betydande nytta av sina kunskaper från gymnasiet, vilket kan tolkas som att de förvisso inte har med sig djupare förkunskaper men tillräckligt relativt högskolans krav. Majoriteten av gymnasielärarna säger sig å andra sidan lägga stor vikt vid enhetshantering och mätnoggrannhet/värdesiffror. Studenterna tyckte sig också ha nytta av detta även om högskolelärarna skulle önska ännu bättre förkunskaper inom detta område.
Undervisningen i kemi för nya studenter på högskolan
Högskolelärarna förhåller sig medvetet till studenternas förkunskaper och behov i de inledande kemikurserna. De två tillfrågade högskolelärarna med störst ansvar för innehållet i utbildningen känner även till gymnasieskolans kursplan i mer eller mindre utsträckning. Exempel på hur undervisningen tar extra hänsyn till nyblivna studenter är att lägga mer resurser på första kursen och att använda grundläggande metoder i form av föreläsningar och övningar för att studenterna ska känna sig trygga. Även förändringar eller förmodade förändringar i studenternas förkunskaper är något som tas hänsyn till, och både LTH och naturvetenskapliga fakulteten har omarbetat sina kurser i större eller mindre grad utifrån detta. Den mesta radikala omarbetningen har gjorts i kurserna för Bioteknik och Kemiteknik, vilket i huvudsak innebar att introduktionsveckor med begrepp lades till samtidigt som svårare områden togs bort. Tankarna på att göra om kurserna hade funnits en längre tid pga. den noterade försämringen i studenternas kunskaper om grundläggande begrepp, men införandet av den nya läroplanen bidrog också. Det fanns nämligen en misstanke om att ännu mer tid i gymnasiet skulle avsättas till “mjuka värden”, som hållbar utveckling och kemin i samhället, på bekostnad av viktiga begrepp inom andra områden. En betydande förändring på naturvetenskapliga fakulteten har varit övergången till att tydligare följa kursboken, vilket mer efterliknar hur läroböckerna i många fall används i gymnasieundervisningen. En ytterligare anpassning som man gjort över tid både på LTH och naturvetenskapliga fakulteten med anledning av studenternas svårigheter med problemlösning i flera steg är att dela upp sådana uppgifter i delfrågor och att lägga svårare problem i fördjupningskurserna. Dessutom har matematiken förenklats på naturvetenskapliga fakultetens kurs.
27
Diskussion och slutsatser
Studenters förkunskaper inför högskolestudier i kemi
De tillfrågade studenterna på Brandingenjörsprogrammet, civilingenjörsutbildningarna Kemiteknik och Bioteknik, det naturvetenskapliga kandidatprogrammet i kemi och Bio-medicinprogrammet vid Lunds universitet ansåg själva överlag att de hade tillräckliga förkunskaper inför sina inledande kemikurser på högskolenivå, även om det fanns brister inom vissa områden. En grupp av studenter som däremot i genomsnitt skattade sina för-kunskaper under medelnivå för vad som krävdes var de som enbart läst Kemi 1 eller Kemi A, och det uppfattades även som problematiskt att ha sin gymnasieutbildning långt till-baka i tiden. Eftersom resultaten var förhållandevis samstämmiga på de olika program-men kan slutsatserna antas vara applicerbara även vid andra universitet och högskolor i landet förutsatt att de inledande kurserna följer liknande traditionella undervisningsupp-lägg, har jämförbara antagningspoäng och hänsyn tas till vilka kemikurser studenterna läst på gymnasiet.
Högskolelärarna bekräftade i stort sett studenternas bild beträffande att det finns ett mindre antal studenter med särskilt svaga kunskaper, men skulle också önska att mer baskunskaper och mer kunskap om naturvetenskaplig begreppsbildning. Det är samtidigt viktigt att komma ihåg att högskolelärarnas perspektiv är annorlunda då de också utgår från den försämring som de anser har skett inom dessa områden över tid och som lett till att kurserna anpassats till sin nuvarande form. Även om det är svårt att belägga att det verkligen skett en förändring eftersom kurser och tentamina också förändrats över tid, kan det anses rimligt utifrån svenska elevers försämrade resultat inom matematik och naturvetenskap i PISA-undersökningar (OECD, 2015) och utifrån försämrade matematik-kunskaper hos nyblivna svenska civilingenjörsstudenter (Henrekson och Jävervall, 2016). Studenterna relaterade däremot endast sina förkunskaper till hur väl de anser sig klara kursen i sin nuvarande form, vilket innebär att deras upplevelse av tillräckliga för-kunskaper åtminstone delvis är en konsekvens av att kurserna förenklats efter deras behov. Deras upplevelse påverkades därmed även av andra faktorer än gymnasie-kunskaperna, vilket bekräftas av forskning som visar att hur väl studenterna lyckas på högskolan även beror av faktorer som hur högskoleundervisningen bedrivs (Ulriksen
28
m.fl., 2010). Vidare har högskolelärare och studenter olika grad av insikt och därmed troligen olika åsikter kring vilket djup i förståelsen som är önskvärt eller nödvändigt. Sammantaget kan det alltså fortfarande anses motiverat att arbeta med att förbättra för-kunskaperna på gymnasienivån för att studenterna ska få bättre möjlighet att tillgodogöra sig högskoleundervisningen och motverka att högskolan behöver förenkla sina kurser.
Även om studenterna överlag menade att de hade goda förkunskaper fanns det områden och förmågor som de hade önskat ha med sig mer av från gymnasiet. För-kunskaperna inför laborationer ansågs något sämre än de generella förFör-kunskaperna, och såväl högskolelärare som studenter ansåg att det finns en stor variation i laborationsvana. De gymnasielärare som tillfrågades arbetar alla på skolor med goda laborations-möjligheter, men detta är något som varierar mycket mellan skolor enligt högskole-lärarnas uppfattning. Det är inte heller möjligt att genomföra lika långa laborationer på gymnasiet som på högskolan, och detta i kombination med ökade krav på ansvarstagande var enligt kommentarer från studenterna själva en anledning till deras önskan att få med sig mer kunskap om planering av laborationer. Mer planering av laborationer skulle också kunna tolkas i termer av fler öppna laborationer på gymnasiet, men eftersom just inledande kemikurser tenderar att ha grundläggande laborationer utan flera frihetsgrader är det troligt att det främst var övriga nämnda faktorer som var viktigast.
Termodynamik var det ämnesområde som flest studenter i vår studie hade velat ha med sig mer av från gymnasiet, även om inte högskolelärarna uppfattade detta som särskilt problematiskt. Däremot stämmer det väl med de studier som visar att termo-dynamik uppfattas som ett svårt ämne av såväl svenska gymnasieelever (Broman m.fl., 2011) som studenter i olika länder (Sözbilir m.fl., 2010). Det finns flera olika anledningar till att termodynamiken kan ha uppfattats som svår av studenterna i vår studie. För studenterna blir det en förändring att räkna på termodynamiken när de kommer till högskolan, eftersom området på gymnasiet innehåller mycket lite beräkningar. Det har tidigare visats att studenterna i allmänhet har svårt med eller är ovana vid matematiska beräkningar i kemin, särskilt inom matematiskt komplicerade områden som termo-dynamik (Sözbilir, 2004). Å andra sidan kan enkel matematik i kemin utgöra ett problem för studenter i områden som stökiometri (Blakely, 2011, Tai m.fl., 2006), även om studenterna i vår studie inte ansåg stökiometri vara ett viktigt område att ha bättre för-kunskaper i. Även ökade krav på konceptuell förståelse bidrar till studenters svårigheter i kemi (Wolfer och Lederman, 2000), vilket kan antas utgöra en generell utmaning då studenterna börjar på högskolan. Detta får stöd i studenternas kommentarer i vår studie
29
kring att gymnasiet använder förenklade modeller och fokuserar på utantillinlärning till skillnad från på förståelse som på högskolan. Även det faktum att nyblivna svenska matematikstudenter ansåg att den viktigaste skillnaden när de börjar högskolan är de ökade kraven på förståelse tyder på att detta är en svårighet för studenterna (Stadler, 2009). Termodynamik i synnerhet innehåller teoretiskt komplicerade begrepp som entropi, som försvunnit från gymnasiets läroplan i kemi i och med Gy 2011. En intressant fråga är om även förståelsen för detta begrepp därmed minskat, men effekten är troligen inte särskilt stor. Dels visar vår studie att många gymnasielärare ändå fortsätter att undervisa om entropi, dels är det ett svårt område som även tidigare endast behandlats översiktligt. Ytlig undervisning och alltför stor vikt vid liknelsen med oordning kan till och med bidra till att elever eller studenter får med sig missuppfattningar inför fortsatt undervisning, vilket tidigare visat sig vara fallet även efter inledande kemikurser på högskolenivå (Haglund m.fl., 2015).
Även om högskolelärarna i vår studie inte uppfattat att termodynamiken upplevs som ett specifikt problem så innebär det ändå att studenterna kan behöva lägga extra mycket tid på detta område. Detsamma kan antas gälla för redoxreaktioner, vilket är ett annat område som studenterna önskade bättre förkunskaper inom utan att högskolelärarna i studien var medvetna om det. Just den allmänna bristen på grundläggande kunskaper var å andra sidan ett av de problem som högskolelärarna betonade och som gavs som anledning till att de inte hinner gå igenom de svåraste problemen eller delarna i kurserna då mer tid behövs för att gå igenom grunderna. En ytterligare aspekt av problemet är att studenter möjligen kan avskräckas från att studera vidare inom områden som uppfattas som särskilt avancerade i senare valbara kurser, i synnerhet termodynamik.
En intressant fråga är varför högskolelärarna inte tycks ha varit medvetna om, eller åtminstone inte nämnt, att termodynamiken uppfattas som ett så stort problem. En möjlig förklaring är att studenterna trots allt lyckas lära sig tillräckligt för att klara tentamens-uppgifterna på ett tillfredsställande sätt. Samma resonemang kan antas gälla för redox-reaktioner. Önskan från studenterna om mer förkunskaper kan naturligtvis också ha att göra med hur mycket tid som ägnats åt områdena i kursen och inte bara svårighetsgraden. Studeras samsynen mellan studenter och gymnasielärare så verkade dessa lärare enligt tidigare forskning å ena sidan medvetna om att termodynamik uppfattas som svårt medan de underskattade elevernas uppfattning om svårighetsgraden beträffande redoxreaktioner (Broman m.fl., 2011). Enligt samma studie fanns även en stor samsyn mellan elever och lärare angående att atomens uppbyggnad är ett enkelt område som gås igenom i stor
30
utsträckning på gymnasiet. Detta bekräftades av studenterna i vår studie, även om någon önskade ha gått igenom orbitaler på gymnasiet. Gymnasielärarna hade även möjlighet att uttala sig utifrån vad läroplanen föreskriver att de ska lära ut och vad de verkligen lär ut. Vissa gymnasielärare i vår studie nämnde i enlighet med studenternas uppfattning såväl termodynamik och redoxreaktioner som områden som de inte anser lärs ut med tillräckligt djup och/eller tillräckligt med beräkningar. Dessutom identifierades atomens uppbyggnad som ett område det läggs för mycket tid på. De olika uppfattningar som råder om vilka områden som är problematiska för studenterna på högskolan och den osäkerhet som gymnasielärare känner kring vad som krävs på högskolan tyder alltså på att ett samarbete mellan gymnasie- och högskolelärare skulle vara till nytta inför de prioriteringar lärarna på båda stadier behöver göra i sin undervisning. Resultaten visar dock också på vikten av att även tillfråga studenterna angående deras upplevelser.
Även svårigheterna med och vikten av matematiken i kemin är viktiga att ha i åtanke eftersom detta kommenterats av såväl högskolelärare och gymnasielärare som av studenter. Som redan nämnts innehåller områden som termodynamik och elektrokemi bara en liten del beräkningar på gymnasiet till skillnad från på högskolan, och på såväl gymnasiet som högskolan sker förenklingar av matematiken för att elever/studenter inte ska hindras av detta. Det är dock viktigt att fundera över hur mycket förenklingar som kan göras i den tidiga undervisningen utan att studenterna känner sig otillräckligt för-beredda inför senare kurser där matematiken av nödvändighet blir mer komplicerad.
Gymnasieskolans förutsättningar för att grundlägga goda
förkunskaper inför högskolestudier
Även om kemiundervisningen på gymnasienivå ingår i en högskoleförberedande ut-bildning, så måste hänsyn tas till att undervisningen behöver anpassas till samtliga elever och behov. Detta inkluderar alltså även de elever som inte alls väljer högre studier och de som söker sig vidare till högskolan inom andra ämnen. Här spelar lärarens kunskapssyn, eget intresse och synen på undervisningens syfte en avgörande roll och bidrar till vilka förkunskaper gymnasielever får med sig från gymnasiet. I våra intervjuer fokuserade gymnasielärarna på den högskoleförberedande rollen och förståelsen för kemin, vilket huvudsakligen skulle kunna kategoriseras inom inriktningen ”Fundamental Chemistry”, även om kemin i samhället också lyftes fram (”Chemistry, Technology and Society”)
