Elevers föreställningar om begreppen energi och energiomvandlingar : Vardagsföreställningar i relation till naturvetenskapliga förklaringsmodeller

Examensarbete

15 högskolepoäng

Elevers föreställningar om begreppen

energi och energiomvandlingar.

Vardagsföreställningar i relation till naturvetenskapliga

förklaringsmodeller.

Students’ perceptions of the concepts of energy and energy

transformations. Everyday conception of energy in relation to

science explanatory models.

Hossam Al-Naib

Lärarexamen 270hp Handledare: Ange handledare

Naturvetenskap och lärande 2011-01-14

Examinator: Leif Karlsson Handledare: Mats Areskoug Lärarutbildningen

3

Sammanfattning

Syftet med vårt examensarbete har varit att undersöka elevers förståelse kring

energibegreppet och energiomvandlingar. Vi ville även undersöka det naturvetenskapliga begreppet energi i relation till elevers vardagsföreställningar. Detta har vi tagit reda på genom att fördjupa oss i en mängd litteratur som behandlar områden kring energi. Vi genomförde en enkätundersökning på två olika skolor med elever i årskurs 8 och elever som går andra året på gymnasiet. Undersökningen hjälpte oss att besvara våra

forskningsfrågor som behandlar energiomvandlingar, energikedjor och energins bevarande. Samt i vilken utsträckning informanternas föreställningar är grundade i

vardagsföreställningar eller i den naturvetenskapliga förklaringsmodellen. Våra resultat visade att det endast fanns små skillnader mellan åldrarna i deras beskrivningar och redogörelser. Dessa skillnader utmärkte sig i att vissa

gymnasieinformanter använde sig av en mer naturvetenskaplig diskurs och beskrivningar som är förenliga med den naturvetenskapliga förklaringsmodellen. Dock visade majoriteten av informanterna i båda åldrarna att de främst grundar energibegreppet i

vardagsföreställningar och beskrev det med en vardagsdiskurs.

Majoriteten av informanterna i båda åldrarna hade lätt för att följa energikedjor, men hade svårare för att identifiera energiformer i sina beskrivningar av energiomvandlingar.

Nyckelord: Begreppsförståelse, Energi, Energikedjor, Energiomvandlingar, Grundskolan,

5

Innehållsförteckning

2.4 Energiomvandlingar, energikedjor och energiprincipen ... 14

2.5 Elevers förståelse och vardagsföreställningar ... 16

2.6 Styrdokumenten ... 22

3 Syfte och forskningsfrågor ... 24

4 Metod ... 25

4.1 Urval ... 25

4.2 Datainsamlingsmetoder ... 26

4.2.1 Undersökningsmetoder ... 26

4.2.2 Motivering till val av enkätfrågor ... 27

4.3 Procedur ... 29 4.4 Databearbetningsmetoder ... 30 4.4.1Matris A ... 30 4.4.2 Matris B ... 32 4.4.3 Bearbetning av data ... 33 4.4.4 Reliabilitet ... 34 4.4.5 Validitet ... 35

5 Resultat och analys ... 36

5.1 Enkätfråga 1, enligt matris A ... 37

5.1.1 Enkätfråga 1, kategori (V) ... 37

5.1.2 Enkätfråga1, kategori (Bl. V) ... 37

6

5.1.4. Enkätfråga 1, kategori (NV) ... 38

5.1.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 1 ... 39

5.2 Enkätfråga 2, enligt matris A ... 40

5.2.1 Enkätfråga 2, kategori (V) ... 40

5.2.2 Enkätfråga 2, kategori (Bl. V) ... 40

5.2.3 Enkätfråga 2, kategori (Bl. NV) ... 41

5.2.4 Enkätfråga 2, kategori (NV) ... 42

5.2.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 2 ... 42

5.3 Enkätfråga 3a, enligt matris A ... 43

5.3.1 Enkätfråga 3a, kategori (V) ... 43

5.3.2 Enkätfråga 3a, kategori (Bl. V) ... 44

5.3.3 Enkätfråga 3a, kategori (Bl. NV) ... 44

5.3.4 Enkätfråga 3a, kategori (NV) ... 45

5.3.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 3a ... 45

5.4 Enkätfråga 3b, enligt matris A ... 46

5.4.1 Enkätfråga 3b, kategori (V) ... 46

5.4.2 Enkätfråga 3b, kategori (Bl. V) ... 47

5.4.3 Enkätfråga 3b, kategori (Bl. NV) ... 47

5.4.4 Enkätfråga 3b, kategori (NV) ... 48

5.4.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 3b ... 48

5.5 Enkätfråga 4, enligt matris A ... 49

5.5.1 Enkätfråga 4, kategori (V) ... 49

5.5.2 Enkätfråga 4, kategori (Bl. V) ... 50

5.5.3 Enkätfråga 4, kategori (Bl. NV) ... 51

5.5.4 Enkätfråga 4, kategori (NV) ... 51

5.5.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 4 ... 52

5.6 Enkätfråga 2 och 3, enligt matris B ... 53

5.6.1 Grupp 1 ... 53

5.6.2 Grupp 2 ... 53

5.6.3 Grupp 3 ... 54

5.6.4 Kvantitativ analys av enkätfrågorna 2 och 3 ... 55

7

6 Diskussion ... 57 6.1 Slutsatser ... 60 7. Referenser ... 62 Bilagor

9

1 Inledning

Som blivande lärare inom de naturorienterande ämnena är vi intresserade av att undersöka elevers förståelse kring energibegreppet. Energibegreppet genomsyrar alla de

naturvetenskapliga ämnena och kan även tillämpas i andra skolämnen t.ex.

samhällskunskap och geografi. Enligt Skolverket, skall elever i slutet av det nionde skolåret bl.a. ha kunskap om energi, energiflöde, energiformer och energiomvandlingar (Skolverket 2000a, b).

Enligt Hewitt (2010) så är energi den förmågan ett objekt har att kunna utföra ett fysikaliskt arbete. Energi, i dess olika former, är lagrat i objektet (Hewitt 2010). Energibegreppet är ofta svårbegripligt för eleverna då det inom naturvetenskapen förklaras på ett väldigt abstrakt sätt.

Det är oftast svårt för eleverna att följa matematiska härledningar och resonemang. Elevernas tidigare kunskap att tolka sådana resonemang är väldigt begränsade, då dessa tillhör högre studier inom naturvetenskapen (Andersson 2008a). Andersson kallar det som eleverna har med sig i sitt ”kunskapsbagage” när de kommer till skolan för

vardagsföreställningar. Vardagsföreställningarna och dess begrepp är fyllda med erfarenhet, medan de naturvetenskapliga begreppen är fyllda med generalitet, systematik och

förklaringsförmåga. Utan en uppfattning om världen utifrån ett vardagsperspektiv, kan eleven inte titta på världen med ett naturvetenskapligt perspektiv. För att kunna interagera dessa två tankeramar är det viktigt att stimulera och motivera eleven till att gå mellan vardagstänkande och naturvetenskapligt tänkande. Detta i sin tur förbättrar lärandet för elevens beständiga förståelse i kunskapsområdet (Andersson 2008a). Energifrågans

ständiga aktualitet utanför skolans värld gör att skolan är skyldig att behandla och diskutera ämnet (Gyberg 2003). Genom att förstå hur elever tänker och resonerar kring energi kan vi som blivande lärare bättre se till deras individuella behov och möta dem där de befinner sig kunskapsmässigt.

10

2 Litteraturbakgrund

2.1 Begreppsdefinitioner

Begrepp: National encyklopedin beskriver ordet ”begrepp” på följande vis; ”det abstrakta innehållet hos en språklig term till skillnad från dels termen själv, dels de (konkreta eller abstrakta) objekt som termen betecknar eller appliceras på.” (NE 110120)

D.v.s. en innebörd som vi lägger i ett uttryck. Enligt Sjøberg (2000) är begrepp ett redskap konstruerat av människan för att förstå världen. Areskoug beskriver begrepp inom

naturvetenskapen som instrument som hjälper oss att samla, systematisera och utveckla vår kunskap om världen (Areskoug 2006).

Diskurs: Beskrivs enligt Nationalencyklopedin; ”i dagligt tal samtal…” (NE 2010).

Börjesson beskriver begreppet diskurs som relativt samlade föreställningar. Detta uttrycks i olika kunskapsområden. Vårt förhållande till verkligheten uttrycks genom många olika diskurser. Om vi inte befinner oss i samma diskurs som andra människor, kan missförstånd och oförståelse uppstå i vår kommunikation (Börjesson 2003)

2.2 Inlärningsteorier

Piagets individuella konstruktivism och Vygotskijs sociala konstruktivism är de två

huvudsakliga teorierna kring inlärning och begreppsförståelse (Evenshaug & Hallen 2001).

Piaget utgår från individens utveckling, där eleven genomgår ett antal stadier. De två högsta stadierna kallas ’det konkreta operationsstadiet’ och ’det formella operationsstadiet’. Skillnaden mellan dessa två stadier är betydande utifrån ett lärandeperspektiv. I ’det

11

konkreta operationsstadiet’, som utvecklas mellan 7 och 11 år, börjar barnet att kunna

utföra handlingsförloppet i huvudet istället för att utföra varje handling för sig. Dessutom utvecklas en förmåga i detta stadium, där barnet börjar lära sig att kunna uppfatta relationer mellan olika egenskaper av föremål, t.ex. färg och material. Vid slutet av ’det konkreta

operationsstadiet’ kan barnet utföra tankeproblem och kombinera med och särskilja

klassbegrepp och egenskaper (Elkind 1983). I ’det formella operationsstadiet’, som sker mellan 12 och 15 års ålder (Elkind 1983), har eleven utvecklat en omfattande tankestruktur, som möjliggör att eleven kan tänka teoretiskt och systematiskt. Eleven är observant,

medveten och kritisk mot information och behandlar motsägelser i tankegångar (Andersson 2008b). Eleven kan dessutom förstå liknelser och metaforer i slutet av det formella

operationsstadiet (Elkind 1983).

Schoultz (2002) menar att det förekommer en allmän föreställning om inlärning. Detta är just i betydelsen av ordet inlärning. Han förklarar att det kan liknas vid att information och kunskap kommer utifrån och lagras i kroppen och hjärnan. Uttryck som inhämtning och upptag förstärker denna föreställning. Med detta synsätt så skiljs lärandet från det sociala samspelet som därav inte är av betydelse (Schoultz 2002).

Vygotskij å andra sidan, koncentrerade sin forskning på hur det sociala samspelet påverkar den kognitiva utvecklingen. Det sociala samspelet varierar från elev till elev, då alla har olika familjebakgrund och är uppväxta med olika kulturer beroende på skola, kompisar, fritidsaktiviteter och boendeort. Enligt denna utvecklingsteori, måste eleven vara tillsammans med personer som använder sig av begreppen, för att kunna ta dem till sig. Eleven får undervisning i hur begreppen förklaras och kan då själv medverka i att ge begreppen betydelse. Eleven har möjlighet att ifrågasätta, diskutera och omformulera kunskapen så att den blir elevens egen. Kunskapsramen, d.v.s. de befintliga

förklaringsmodeller som behärskas av eleven, byggs ut och utvidgas. Flera kunskapsramar kan då flätas samman, vilket ger ökad förståelse för helheten av kunskapsområdet och begreppet. Detta under handledning av läraren, så att eventuella misstolkningar kan motverkas och den naturvetenskapliga kunskapsramen motiveras. Eleven kultureras av samspelet med läraren och övriga elever in i den naturvetenskapliga kulturen, där läraren

12

upprätthåller förhållningssättet. Eleven bearbetar själv aktivt innehållet i kulturen, vilket leder till att både individuell och social konstruktion av innehållet flätas samman

(Andersson 2008b). Elevernas egna modeller för sortering och behandling av kunskap kan ses som underordnat den sociala interaktionen. Det är snarare processerna som uppstår vid samtal och diskussion som bidrar till elevens kognitiva utveckling. Kunskapen finns på detta vis inte enbart hos eleven som individ, utan även i ett sammanhang där människor tillsammans försöker förklara och förstå naturen (Schoultz 2002). Vygotskij menar att samtalet är människans viktigaste verktyg till kunskap. I dessa verktyg återfinns tidigare tankebanor och resonemang från föregående generations kultur. Genom att utnyttja dessa verktyg, som gemensamt har skapats, kommer kunskapen att tillägnas eleven som en del av ett större sammanhang (Schoultz 2002).

Enligt Driver uppfattar och skapar elever sig generella förklaringsmodeller utifrån sina tidigare erfarenheter (Driver 1983). Eleven anpassar de nya kunskaperna från observation eller aktivitet så intrycken passar in och förklaras med befintlig kunskap och

förklaringsmodell. Detta kallas assimilation (Elkind 1983). Passar då inte definitionen in i deras begrepps- eller förklaringsmodell, kommer en generalisering av det nya begreppet passas in i redan existerande förklaringsmodell utan vidare utveckling, d.v.s. inte

fullständig assimilation (Driver 1983).

2.3 Energibegreppet

Inom naturvetenskapen förklaras energibegreppet på ett väldigt abstrakt sätt, som oftast är svårbegripligt för eleverna. Det är oftast svårt för eleverna att följa matematiska

härledningar och resonemang. Elevernas tidigare kunskap att tolka sådana resonemang är väldigt begränsade, då dessa tillhör högre studier inom naturvetenskapen (Andersson 2008a).

13

Det finns en rad olika förklaringar om vad energi är och hur det verkar i naturen. Vi började med att utgå från Nationalencyklopedin på internet (NE). NE (2010) ger en omfattande förklaring om alla energins former på ett språk, som vi uppfattar riktar sig även till personer med icke-naturvetenskaplig bakgrund. Utöver det har vi även granskat litteratur avsedd för högre studier inom fysik och naturvetenskap.

NE (2010) börjar med att förklara att energi är något icke materiellt och abstrakt. Vidare skriver NE (2010) att energi är förknippat med kraftbegreppet, och förmågan att utföra ett fysikaliskt arbete. Enligt Hewitt (2010) så är energi den förmågan ett objekt har att kunna utföra ett fysikaliskt arbete. Energi, i dess olika former, är lagrat i objektet (Hewitt 2010). Enligt NE (2010) beskrivs energi som ”sambandet mellan arbete, värme och rörelse”. Dock går inte NE (2010) särskilt djupt in på vilket detta samband är.

Areskoug (2006) beskriver energibegreppet på följande vis; ”Energi är ett begrepp som är

användbart för att beskriva skeenden i den fysikaliska världen.” (Areskoug, M, 2006, sid.

291). Areskoug menar att energi är ett begrepp som är användbart för att beskriva

förändringar som sker i naturen och samhället. Hewitt (2010) beskriver att förändringen av rörelseenergi ger upphov till fysikaliskt arbete. En form av potentiell energi, t.ex.

gravitationell-, kemisk-, elasticitetsenergi, kan omvandlas till rörelseenergi. Förändringen i rörelseenergi är lika med det totala fysikaliska arbete som uträttats av de verkande krafterna (Hewitt 2010). Han koncentrerar sig här på hur olika energiomvandlingar sker mellan olika energiformer och vad som sker i omgivningen då omvandlingen inträffar. Hewitt (2010) beskriver även hur man ur ett energiperspektiv kan beskriva temperatur, elektrisk spänning, ljudintensitet och ljus. Hewitt (2010) menar att dessa fyra fysikaliska storheter går att härleda till rörelseenergi hos olika partiklar, där rörelseenergin omvandlats från olika former av potentiell energi. Han motiverar eller beskriver inte härledningen.

14

2.4 Energiomvandlingar, energikedjor och

energiprincipen

Energiprincipen förklaras av NE (2010) med en formulering, som är vanlig från många läroböcker. Energiprincipen säger att energi inte kan skapas eller förstöras, bara omvandlas mellan olika former. Hewitt (2010) skriver i enlighet med denna förklaring, men beskriver även hur dessa energiomvandlingar mellan alla former kan följas i alla händelser på jorden. Ett exempel på detta är att solens ständigt pågående fusion frisläpper enorma mängder kärnenergi som omvandlas till strålningsenergi. Delar av denna strålning når

fotosyntetiserande växter som bildar kolhydrater, där kemisk energi binds in i. Dessa kolhydrater konsumeras av djur och människor som föda (Hewitt 2010) och den kemiska energin i maten omvandlas slutligen till rörelse och värme. Andra delar av solens strålning får vatten att avdunsta, och sedan åter falla till jorden i form av regn, som ansamlas i åar, bäckar och floder. Regnvattnet kan samlas upp i en damm, där ett vattenenergiverk utnyttjar vattnets rörelseenergi, till att driva generatorer som omvandlar rörelseenergin till elektrisk energi (Andersson 2008a). Areskoug (2006) beskriver energiprincipen ytterligare med tillägget, att energi kan omvandlas från energiformer med högre energikvalitet till energiformer med lägre energikvalitet.

Vardagligt kan man prata i termerna av energigivare, energimottagare och tecken på energiöverföring, där t.ex. elverket är energigivaren, lampan är energimottagaren och att lampan lyser är ett tecken på energiöverföring. Ett sådant resonemang skulle kunna föras med elever i alla åldrar. Genom att arbeta med energikedjor, där man följer energin i flera steg bakåt eller framåt, stärker man dessutom förståelsen hos elever för att energi inte kan förstöras (Areskoug 2006).

”Det visar sig att vid varje skeende är den totala energin lika stor före som efter förändringen. Däremot kan energi uppträda i olika former och skifta form vid en förändring.” (Areskoug, M. 2006:291).

15

Citatet ovan är förklaring på, och en utveckling av energiprincipen och detta kan anses vara den mest grundläggande förklaringen. Dock kan förståelsen bakom denna förklaring om energins omvandlingar och bevarande kännas abstrakt för eleven, då den inte anger någon tillämpning. Genom att diskutera energikedjor och energiomvandlingar med eleverna, kan energiprincipen tillämpas och konkretiseras i undervisningen (Areskoug 2006).

Energikedjor kan diskuteras utifrån 3 perspektiv, enligt Areskoug (2006). Dessa tre perspektiv är det vardagliga, det naturvetenskapliga och det samhälleliga perspektivet. Beroende på elevens utveckling och erfarenheter kan en av dessa perspektiv användas för att behandla och lära sig energikedjor. I det vardagliga perspektivet diskuteras energikedjan i termer av energimottagare, energigivare och energiöverföring, och kan tillämpas även på yngre elever. Utifrån ett så enkelt experiment, som att tända en lampa, kan eleverna

resonera kring att när energi flödar så händer något och energiflödet har en specifik riktning. Utifrån detta kan man spåra och identifiera de energiformer som finns i kedjan, både framåt och bakåt (Areskoug 2006). När det gäller det naturvetenskapliga perspektivet beskrivs energikedjan utifrån varje energiomvandling som sker. Det blir istället en

energiomvandlingskedja. Varje energiomvandling beskrivs på fysikaliskt vis utifrån vilken energiform som omvandlas och till vilken energiform den omvandlas till. I exemplet med lampan kan då energiomvandlingskedjan beskrivas som följande: ”potentiell lägesenergi –

elektrisk energi – termisk energi p.g.a. hög temperatur – strålningsenergi – termisk energi p.g.a. låg temperatur”. Utifrån detta exempel kan nu även energikvalitet diskuteras med

eleverna (Areskoug 2006). Ur det samhälleliga perspektivet diskuterar Areskoug (2006) den nytta samhället har av energiomvandlingen och i vilken naturresurs energikedjan har sitt ursprung . Ur detta perspektiv kan termen energitjänst börja diskuteras. En energikedja som berör en lysande lampa kan då se ut som följande: ”Primär energi: solenergi –

sekundär energi: vattenenergi – användbar energi: elektrisk energi – energitjänst:

belysning – spillvärme”. Även ur samhällsperspektivet kan energikedjor följas både framåt

och bakåt. De energitjänster som nämns av Areskoug (2006) är transport och personresor, uppvärmning, elektrisk belysning, elektriska hushållsapparater, förvaring och tillagning av mat, information och media samt tillverkning.

16

2.5 Elevers förståelse och vardagsföreställningar

Energi är ett begrepp som är starkt rotat inom alla naturvetenskapens delar. Allt ifrån förmågan till att utföra ett arbete i fysiken, till kemiska processer som omvandlar

energifattiga föreningar till energirika inom kemin, till användningen av dessa energirika föreningar i organismer inom biologin. Energibegreppet är främst rotat i fysiken, där storheten förklaras på sin mest elementära nivå. Inom naturvetenskapen förklaras energi dock på ett väldigt abstrakt sätt. Detta abstrakta sätt att förklara energi på grundar sig i matematiska teorier och härledningar. Elever har svårt för att förstå denna abstrakta förklaringsmodell (Andersson 2008b).

Andersson kallar det som eleverna har med sig i sitt ”kunskapsbagage” när de kommer till skolan för vardagsföreställningar. Dessa vardagsföreställningar är baserade på hur elever själva har uppfattat världen runt omkring sig och för sig själva försökt förklara och förstå omvärlden utifrån existerande kunskapsramar. Elevens uppfattning om omvärlden bildas väldigt tidigt och förstärks av vuxna i omgivningen som bekräftar denna uppfattning

(Andersson 2008b). Barn konstruerar tidigt olika förväntningar och trosuppfattningar om en rad olika vardagliga naturfenomen. De försöker därefter förklara dessa vardagliga

erfarenheter (Driver 1983). Hur vuxna i barnets omgivning bekräftar dessa

vardagsföreställningar, varierar utifrån de vuxnas egna uppfattningar. Därför kan elevens vardagsföreställningar vara mer eller mindre förenliga med den naturvetenskapliga

kunskapsramen och kulturen (Andersson 2008b). Barnets samlade livserfarenheter, från det att barnet börjar lära sig att gå ända upp till skolåldern, innefattar en rad föreställningar om hur olika fenomen hänger ihop. Vissa av de felaktiga föreställningarna mellan händelserna och/eller fenomenen kommer att skiljas från det verkliga sambandet och kommer till att förkastas av barnet. Vissa vardagsföreställningar kommer leva kvar upp i skolåldern (Driver 1983). Vardagsföreställningen kan ses som en större eller mindre kognitiv fiende för eleven. Vardagsföreställningarna är fyllda med erfarenhet medan den

naturvetenskapliga förklaringsmodellen erbjuder struktur och generaliseringar (Andersson 2008b).

17

Det går att uppfatta naturvetenskapen i ett socialt sammanhang som en mänsklig aktivitet, där frågor om ansvar för samhälle och natur uppstår. Därför behöver skolan ta hänsyn till vardagstänkandet, då det är vardagstänkandet som kommande kunskapsramar kommer till att byggas vidare på. Det vardagliga och det naturvetenskapliga tänkandet kan båda respekteras, förstås och komplettera varandra. Skolan kan stimulera interaktion och utveckla båda kunskapsområdena (Andersson 2008b).

Det är även en fråga om hur väl utvecklat elevens språk är, samt hur väl eleven kan formulera sig. I det naturvetenskapliga språkbruket uttrycks och förklaras modeller samt begrepp på ett specifikt vis. På vardagligt språk uttrycks motsvarande fenomen på ett helt annat vis. Dessa två sätt att förklara omvärlden och naturen på, får då helt olika betydelser och ger olika perspektiv. Det finns två olika diskurser som förklarar samma fenomen på två helt skilda sätt. Den naturvetenskapliga diskursen med alla dess begrepp och uppfattningar, kan vara ytterst svårarbetat för eleven, som främst är bekant med vardagsdiskursens

förklaringar (Schoultz 2002).

Eleven kan ha olika fasta föreställningar om samma fenomen, även om föreställningarna är i motsägelse till varandra. Trots att läraren konfronterar eleven med motbevis, så behöver eleven inte ta till sig och bearbeta informationen. Eleven får då en kvarstående föreställning i vardagsdiskursen (Driver m.fl. 1985). Även om eleven skulle börja behärska den

naturvetenskapliga diskursen, då det rent naturvetenskapliga språkbruket går att tillämpa, som t ex. under laboration eller studier av naturvetenskapliga texter, så är det inte säkert att eleven kan applicera den naturvetenskapliga diskursen utanför dessa miljöer. Därför bör termer och begrepp användas i många diskurser, så att eleven förstår innebörden av begreppet i flera varierade situationer (Schoultz 2002).

Redan innan barnet börjar få undervisning inom de naturvetenskapliga ämnena, har det starkt rotade föreställningar om hur världen är uppbyggd och fungerar (Driver, 1983). Eleven formar dessutom tolkningar och idéer ut ifrån varierande aktiviteter i vardagen bl. a. fritidssysselsättningar, samtal och mediaintryck (Driver m.fl. 1985). Flera observationer som eleven har gjort innan den har fått undervisning inom ämnet, kan vara förvirrande för

18

den, speciellt när det kommer till begreppet energi. Begreppet används slarvigt i många hänseenden, vilket gör att elevens uppfattning om omvärlden inte blir förenlig med naturvetenskapens förklaringsmodell (Andersson 2008b). Elevens föreställning om fenomenet kan skilja sig mycket från den naturvetenskapliga teorin. Dessutom kan föreställningen helt motsägas genom hur naturvetenskapliga teorier framställs och

förmedlas i undervisningen (Driver 1983). Dock bör det poängteras att elevens förståelse i naturvetenskap inte blir särskilt grundad, om eleven inte har en bred vardagskunskap sedan tidigare. Naturvetenskapen kan grundas och utgå ifrån denna vardagskunskap. Utan en uppfattning om världen utifrån ett vardagsperspektiv, kan eleven inte titta på världen med ett naturvetenskapligt perspektiv. För att kunna interagera dessa två tankeramar är det viktigt att stimulera och motivera eleven till att gå mellan vardagstänkande och naturvetenskapligt tänkande. Detta i sin tur förbättrar lärandet för elevens beständiga förståelse i kunskapsområdet. De vardagliga begreppen är fyllda med erfarenhet, medan de naturvetenskapliga begreppen är fyllda med generalitet, systematik och förklaringsförmåga. De två tankeramarna kompletterar varandra (Andersson 2008b). Eleven bör inte ses som ett tomt ark när den deltar i undervisning i naturvetenskap, då information och nya idéer inte bara tas emot av eleven på ett neutralt sätt. Eleven närmar sig nya vetenskapliga

erfarenheter med utgångslägen i de äldre föreställningarna, som de har skapat sig med tiden. Elevens lärande är beroende på vad den ”har i sitt huvud”, så väl som

inlärningssituationen (Driver m.fl. 1985).

För att underlätta för eleven kan läraren påpeka att naturvetenskapen är konstruerad av människan för att få ett system, ett regelverk, att förklara naturen på. Därigenom blir naturvetenskapen, en av människan skapad, aktivitet som ständigt utvecklas genom interaktion av olika slag (Andersson 2008b). Det är en del i den naturvetenskapliga

undervisningen att lära sig grunderna i denna interaktion, som kallas det naturvetenskapliga arbetssättet. Då elevens vardagsbegrepp har interagerat med de naturvetenskapliga

begreppen kommer eleven få en djupare förståelse för hur naturvetenskapen förklarar vardagligt förekommande fenomen, och eleven kan då i slutändan lättare förstå helheten. Elevens vardagliga kunskapsram har interagerat med den naturvetenskapliga

19

mening, då eleven kan tillämpa begrepp och förklaringsmodeller i vardagen och utifrån egen erfarenhet (Andersson 2008b). Den nya informationen de tolkar och tar åt sig kan dock skilja sig från elev till elev, beroende på deras individuella erfarenheter och

referensramar (Driver m.fl. 1985). Då eleven ifrågasätter den nya kunskapen, kommer det vardagliga tänkandet att utvecklas och innefatta fler naturvetenskapligt grundade modeller och begrepp (Andersson 2008b).

Man kan säga att hitta vägen mellan vardagserfarenheter och naturvetenskapligt tankesätt kan liknas vid att försöka förklara vägen för någon som är vilse över telefon. Läraren måste veta elevens utgångspunkt och tidigare erfarenheter för att kunna guida eleven till

interaktion mellan vardagsvärlden och den naturvetenskapliga världen (Driver 1983). Vid laborativa övningar har eleven ytterligare en möjlighet att omtolka lärarens intentioner till sin egen förståelse (Driver m.fl. 1985).

Andersson (2008b) och Solomon (1992) menar att eleverna ofta har en allmän uppfattning om begreppet energi, men mycket av denna uppfattning grundar sig i vardagsföreställningar som inte är förenliga med den naturvetenskapliga förklaringsmodellen. Vanliga aspekter av energibegreppet i vardagsföreställningar är att energi förknippas med ”människan/det levande”, ”hur man mår” och ”oidentifierat med fysiskt arbete” (Nicholls & Ogborn 1993), (Solomon 1992), (Gilbert & Watts 1983) och (Andersson 2001). Detta kan uttrycka sig i elevföreställningar som; ”Jag behöver energi när jag är ute och springer”, ”Energi är en

källa till allt liv”(Andersson 2001:143). Solomon (1992) delar in elevers syn på det levande

och dess relation till energi, i två aspekter. Båda aspekterna utgår från att ” alla har

energi”. Den ena aspekten ger beskrivningar som; ”Vi behöver energi för att leva” ”Vi

får energi från vila och ifrån mediciner”  ”När vi förlorar energi är vi gamla, sjuka eller

så dör vi”  ” Träning bygger upp vår energi”. Dessa grundar sig inte i den

naturvetenskapliga förklaringsmodellen. Den andra aspekten ger beskrivningar som; ”Vi

behöver energi för att röra på oss”  ”Vi får energi från maten vi äter”  ”När vi gör

oss av med energi blir vi trötta eller andfådda”  ”Motion kräver energi”. Dessa är mer

20

Föreställningen att ”Energi orsakar processer”, som grundar sig i uttryck som t.ex.; ”Oljan

ger energi till elden, vilket betyder att den kan växa mer och mer”, har delvis en förklaring

i att även naturvetare själv inte är så strikta med hur de uttrycker sig verbalt. Exempel på detta är uttryck som ”Den kemiska energin driver bilen framåt” och ”vindenergin får

vindmöllan att snurra” o.s.v. Dessa uttryck är vanligt förekommande bland naturvetare. I

klassisk fysik är det krafter som orsakar förlopp, inte energi (Andersson 2001:144). Undersökningar visar att synsättet ”att energi förbrukas” är vanligt förekommande bland elever (Nicholls & Ogborn 1993), (Andersson 2001) och (Solomon 1992).

Uttrycket att ”energi förbrukas” stämde enligt eleverna in på levande organismer och system som bil och cykel. Det vanligare vardagstänkandet var att se systemet som energiförbrukare i stället för energiomvandlare. Detta är inte i enlighet med

energiprincipen, där energi varken går att skapa eller förbruka. Även att energi går att producera/skapa, är en vanlig elevföreställning. Istället för att uttrycka det; När oljan brinner, omvandlas den kemiska energin till värmeenergi, kan elever uttrycka det; ”När

oljan brinner producerar den värmeenergi”. Eleverna verkar tänka sig att energi bara

uppstår (Andersson 2001:145).

En vanligt förekommande föreställning är att ”energi inte går att lagra/

bevara/konservera”. Termer inom energiläran såsom energikälla, energimottagare,

energiflöde, energilagring etc., tillsammans med behovet att göra abstrakta företeelser till objekt genom metaforer, leder till att energi ofta betraktas som ”något nästan materiellt av

vätskekaraktär” (Andersson 2008b:238). Nicholls & Ogborn (1993) och Solomon (1992)

visar på liknande resultat. Metaforen där energi liknas med ”något nästan materiellt av

vätskekaraktär”, kan accepteras enligt Andersson (2008b). Förutsatt att eleven vet att

energi inte väger något. Det är inte heller ovanligt att kraft och energi associeras med varandra i elevers vardagstänkande (Nicholls & Ogborn 1993).

Även inom elläran finns vardagstänkandet bland elever där ström orsakar händelser som t.ex. att lampor lyser. Begreppsparen energi- kraft, energi- ström och energi- temperatur är ofta synonyma till varandra i vardagsdiskursen (Andersson 2008b). Det finns en klyfta

21

mellan den vardagliga och den naturvetenskapliga begreppsvärlden, när det gäller energi. Fysikaliska och matematiska kunskaper krävs för att förklara och redogöra för

energibegreppet. Dessa kunskaper ingår bara i naturvetar- och teknikprogrammets kurser, medan de gällande kursplanerna avser att alla elever ska undervisas om energi (Andersson 2008b). Enligt Skolverket ska alla elever på gymnasiet, oavsett program, genom kursen Naturkunskap A ha kunskap om:

”- energiomvandlingar och energiformer samt begreppet energikvalitet.” ”- kunna beskriva naturliga kretslopp och av människan skapade materia- och energiflöden samt ha förståelse av termodynamikens lagar” (Skolverket 2000f).

För att samtliga gymnasieelever ska kunna behandla området energi, skulle en lösning på problemet, enligt Andersson (2008b), vara att ha en mindre strikt men ändå ett praktiskt energibegrepp. Detta kallar Andersson för ”ett energibegrepp för liv och samhälle”. Det praktiska energibegreppet står i förhållande till ”vardagstänkande om energi”, samt till

”ett energibegrepp för fortsatt naturvetenskaplig verksamhet”. Modellen för

”energibegreppet för liv och samhälle” är alltså, en interaktion mellan ”vardagstänkande om energi” och ”ett energibegrepp för fortsatt naturvetenskaplig verksamhet” som utgår

ifrån ett vardagstänkande, där naturvetenskapliga förklaringsmodeller går att tillämpa (Andersson 2008b:244-245). Tabell 1 visar ett exempel på hur dessa tre modeller förhåller sig till varandra.

Vardagstänkande Liv & samhälle

Fortsatt naturvetenskaplig verksamhet

Energi är något materiellt av vätskekaraktär.

Denna metafor kan accepteras förutsatt att eleven vet att energi inte väger något.

Energi är en abstrakt kvantitet, energi är förmågan att uträtta arbete.

Tabell 1. Ur Andersson, Björn, 2008b: Aspekter av energibegreppet i vardagstänkandet, för liv och samhälle samt fortsatt naturvetenskaplig verksamhet

22

2.6 Styrdokumenten

I styrdokumenten för naturorienterande ämnen för grundskolans senare år står det att eleverna i slutet av årskurs nio ska ha uppnått följande mål:

- ”ha kunskap om naturliga kretslopp och om energins flöde genom olika naturliga och tekniska system på jorden”, (Skolverket 2000a)

Det ovanstående kursmålet kan tolkas som att eleven ska kunna identifiera och beskriva de omvandlingar och den växelverkan som sker i natur och samhälle samt koppla dessa till specifika händelser (Skolverket 2000d).

Ytterligare mål som behandlar energi är:

- ”utvecklar kunskap om energi och energiformer, energiomvandlingar och energikvalitet samt samhällets energiförsörjning”

- ”ha kunskap om olika energiformer och energiomvandlingar samt vid tekniska tillämpningar miljö-, resurs- och säkerhetsaspekter” (Skolverket 2000b)

De två ovanstående kursmålen menar att eleven ska kunna förklara och beskriva hur

människan påverkar och utnyttjar energiomvandlingar samt vilka konsekvenser utnyttjandet av dessa får. Detta syftar på energins alla former, inte enbart de mest uppenbara. Eleven ska dessutom kunna resonera utifrån dessa energiomvandlingar kring energikvalitet, hållbar utveckling, energihushållning samt teknisk tillämpning (Skolverket 2000b).

Vidare i kursplanerna för gymnasiekurserna Naturkunskap A och Fysik A, så formuleras målen liknande med de kursmålen för grundskolans senare del, men är mer preciserade att eleven ska:

- ”ha kunskap om energiomvandlingar och energiformer samt begreppet energikvalitet” - ”kunna beskriva naturliga kretslopp och av människan skapade materia- och

energiflöden samt ha förståelse av termodynamikens lagar” (Skolverket 2000f) - ”ha kännedom om energiprincipen och energiomvandlingar, känna till innebörden i begreppet energikvalitet samt kunna använda kunskaperna om energi för att diskutera energifrågor i samhället”

23

- ”ha kunskap om elektriska fält, elektrisk spänning och ström samt elektrisk energi och effekt” (Skolverket 2000e)

Dessa kursmål är mer preciserade i den mån att varje fenomen som rör energi är mer korrekt. Dessutom ska eleven efter avslutad gymnasiekurs kunna beskriva energi och skeenden kopplade till energi, till skillnad från efter avslutad nionde klass, då eleven enbart ska ha kännedom om energi. Det är tydligt i kursmålen att eleven ska ha en fördjupad kunskap efter avslutad gymnasiekurs.

24

3 Syfte och forskningsfrågor

Syftet med vår undersökning är att undersöka elevers förståelse kring energibegreppet och energiomvandlingar. Vi vill även undersöka det naturvetenskapliga begreppet energi i relation till elevers vardagsföreställningar

Därför var vi intresserade av att ta reda på:

- Vilken begreppsförståelse om energi, energiomvandlingar och energins bevarande finns hos elever i årskurs 8 och i andra året på gymnasiet?

- I vilken utsträckning kan elever identifiera energiomvandlingar och energikedjor i givna problemställningar?

- Till hur stor del är elevernas beskrivningar av begreppet energi, energiomvandlingar och energins bevarande grundad i naturvetenskapen eller i vardagsföreställningar?

25

4 Metod

4.1 Urval

För att kunna besvara våra forskningsfrågor valde vi elever i årskurs 8 i grundskolan samt de som går andra året på gymnasiet till vår undersökning. Detta eftersom man på båda dessa stadier redan har behandlat området energi. I årskurs 8 i grundskolan har man hunnit gå igenom en del av energiområdet i respektive NO ämne och på gymnasiet har eleverna arbetat med området i kursen Naturkunskap A och vårt fall även kursen Fysik A. Ett viktigt kriterium var att eleverna skulle kunna uttrycka sig väl i det svenska språket, då vi inte ville att bristande språkkunskaper skulle vara en faktor till missförstånd i undersökningen. Skola 1 är en grundskola med ca 800 elever med klasser från f-9. Skolan befinner sig i ett

mångkulturellt bostadsområde i en storstad i Skåne. Ifrån skola 1 valde vi ut en årskurs 8 som av lärarna beskrevs som en studiemotiverad klass. Klassen består av 26 elever. Av praktiska skäl då en av oss har haft VFT och redan en väletablerad kontakt på skolan valdes just denna ut. Skola 2 hade enbart gymnasie- och komvux-utbildning och ca 350 elever. Skolan ligger i en medelstor stad i Skåne. På skola 2 valde vi ut två klasser, en ifrån det Naturvetenskapliga programmet och en ifrån det Tekniska programmet. Sammanlagt deltog 26 elever. Även denna skola valdes ut då vi redan hade etablerat en personlig kontakt med lärare och ledning. Vi informerade om att enkätundersökningen var frivillig, anonym och att de medverkande närsomhelst kunde avbryta sitt deltagande, utan att oroa sig för negativa konsekvenser (Johansson & Svedner 2001). Forskningsetiska regler enligt

Vetenskapsrådet följdes, där underskrift från målsman och godkännande från skolledningen samlades in i förväg (Vetenskapsrådet 2010).

26

4.2 Datainsamlingsmetoder

4.2.1 Undersökningsmetoder

För att få svar på våra forskningsfrågor valde vi mellan de fyra olika metoder som beskrivs i Johansson & Svedner (2006):

- Observationer - Textundersökning - Kvalitativ intervjuform - Enkätfrågor

Vi uteslöt observationer då det inte var en metod som kunde hjälpa oss att besvara våra forskningsfrågor inom en lämplig tidsram. Observationer inom ramen för undersökningens intresse skulle ha inneburit att vi deltagit på samtliga lektioner om energi som

informanterna genomfört. Forskningsmetoden genom endast textundersökning valdes också bort som metod, då denna inte heller ansågs lämplig eftersom vi eftersökte elevernas egna tankar.

Slutligen valde vi i mellan metoden kvalitativ intervjuform och enkätform. Ett fåtal personer intervjuas vid kvalitativ intervju, där det finns möjlighet för intervjuaren att fördjupa sig i informantens svar genom att t.ex. ställa följdfrågor. Fördelen med enkäter är att ett stort antal informanter kan delta, och därmed kan en större mängd data samlas in på kort tid (Johansson & Svedner 2006). Undersökningen hade kunnat genomföras i form av kvalitativa intervjuer, och hade kunnat ge ett bra resultat. Eftersom vi önskade att få in en större mängd data och tiden för undersökningen var begränsad, valde vi även bort kvalitativ intervjuform.

Vi valde att utföra en enkätundersökning, där informanterna fick möjlighet att svara utförligt på samtliga enkätfrågor. Detta var en passande form för undersökningen, då en större mängd data kunde samlas in. Den direkta kontakten med eleverna hjälpte oss att få svar på hur de resonerar kring specifika frågeställningar om energi.

27

Administrationen av enkäterna är en viktig aspekt vid utförandet av en enkätundersökning. Alla informanter skall få en likvärdig information innan de fyller i enkäterna. Utdelning och insamling av enkäter skall ske synonymt (Johansson & Svedner 2006). Det är även viktigt att enkäternas struktur och form är överskådlig och inte kräver för lång svarstid. Då detta kan leda till att informanterna tappar intresset och koncentrationen, vilket i sin tur kan leda till svar som inte är fullt genomtänkta. Enkätfrågorna ska konstrueras utifrån

forskningsfrågorna (Johansson & Svedner 2006).

4.2.2 Motivering till val av enkätfrågor

Vi valde att ha fyra frågor i enkäten, var av en av frågorna hade två delfrågor. Vi ansåg att fyra frågor var tillräckligt för att få svar på våra forskningsfrågor. Enkätfrågorna

konstruerades så att de svarade på minst en forskningsfråga var. Vi sökte utförliga svar och därför lämnades ett stort skrivutrymme under varje fråga till informantens förfogande. Enkäten i sin slutgiltiga utformning finns i bilaga 1.

1. Vad tänker du på när du hör ordet energi? Ge tre exempel och motivera! Genom denna fråga önskar vi få svar på vad eleverna associerar till och vilka föreställningar de har till ordet energi och om dessa beskrivningar framförs ur ett naturvetenskapligt eller ur ett vardagsperspektiv. Enligt Andersson, har elever ofta

föreställningar om att energi är något levande eller av vätskeliknande karaktär (Andersson, 2008b). Dessutom är det av intresse för studien att undersöka i vilken mån informanterna förväxlar energi med i huvudsak kraft, men även ström och temperatur.

2. Bildfråga. Ge 5 exempel på energiomvandlingar! Ta hjälp av bilden och motivera. Andra frågan fokuserar på energiomvandlingar. Informanterna har till denna enkätfråga en bild (Appendix A) att utgå ifrån. Bilden erbjuder informanterna många olika alternativ för att kunna identifiera energiomvandlingar. Det kan vara allt från kon som betar i hagen, till

28

flygplanet i luften eller regnet över bergen i bakgrunden. En stor sol har ritats på himlen, för att även den ska kunna uppmärksammas av informanterna. Enkätfrågan är konstruerad på ett sådant sätt att den hjälper oss att besvara vår forskningsfråga som berör huruvida elever kan identifiera energiomvandlingar och följa energikedjor i givna

problemställningar. Beroende på hur utförliga svar informanterna lämnar kan vi uppskatta i vilken utsträckning elever har begreppsförståelse för energiomvandlingar och energins bevarande samt om beskrivningarna är grundade i naturvetenskap eller

vardagsföreställningar.

3. Du dricker ett glas mjölk.

a) Vad händer med energin i mjölken efter du har druckit den? Förklara kortfattat. b) Var kommer energin i mjölken från? Försök komma på flera steg bakåt! Förklara

kortfattat.

Den tredje enkätfrågan ska belysa informanternas förmåga att följa energikedjor, både framåt och bakåt. Därigenom kommer forskningsfrågan om elevers förmåga att identifiera energiomvandlingar och energikedjor att besvaras. Den hjälper oss också att besvara forskningsfrågan som berör huruvida elevers beskrivningar är grundade i naturvetenskap eller vardagsföreställningar. Vi får även hjälp med att besvara vilken begreppsförståelse om energi, energiomvandlingar och energins bevarande eleverna har. Enkätfrågan är intressant, då flera kursmål som rör energi i de naturvetenskapliga skolämnena berörs.

4. Hur använder du och din familj energi i och utanför hemmet? Ge fem exempel.” Den fjärde enkätfrågan handlar om energikonsumtion. Denna fråga ställs för att ta reda på hur informanterna resonerar kring energi. Den kan även svara på hur informanterna kopplar samman energi till olika sorters produkter, maskiner och tjänster i samhället. Enkätfrågans syfte är att hjälpa oss besvara forskningsfrågorna om vilken begreppsförståelse

29

4.3 Procedur

Innan vi genomförde den faktiska den enkätundersökningen valde vi att göra en pilotstudie. Detta gjorde vi på sex slumpmässigt utvalda personer i ett bibliotek och samtliga

pilotinformanter var över 18 år. Anledningen till att vi valde denna plats var endast av praktiska skäl. Pilotstudien genomfördes i syfte att eventuellt korrigera formuleringar och för att förebygga missförstånd (enligt Workshop - enkät, Mats Lundström, 2010-09-02, Malmö Högskola ht-10). Vi eftersökte mer utförliga svar än de vi fick genom

pilotundersökningen. Därför kompletterade vi enkätfrågorna genom att be informanterna att ytterligare motivera och ge exempel på sina svar. Godkännande angående

enkätundersökningen söktes och godkändes på de berörda skolorna. Enkäterna utfördes anonymt och forskningsetiska regler enligt Vetenskapsrådet följdes, där bl.a. underskrift från målsman samlades in i förväg (Vetenskapsrådet 2010). De medverkande informerades om att enkäten var frivillig och anonym. För att underlätta det administrativa efterarbetet valde vi att efterfråga ålder och gymnasielinje högst upp på varje enkät. Dock kommer vi inte att ta hänsyn till, eller att behandla gymnasieprogrammen olika, utan kommer att behandla dem som en grupp. Dessa kommer gemensamt att kallas för årskurs två på gymnasiet.

Av praktiska skäl bestämde vi oss för att genomföra enkätundersökningen på varsin skola. Eftersom vi eftersträvade likvärdiga förhållanden för genomförandet av undersökningen, hade vi i förväg planerat hur den skulle introduceras. Vi bestämde oss för att inte svara ingående på frågor som rörde hur de skulle formulera sig i sina svar. Undrade någon om hur de skulle formulera sig eller hur vi ville att de skulle formulera sig fick de konsekvent svaret:

- Förklara så som du själv vill.

Detta för att undvika att påverka deras svar och i sin tur vårt resultat. Vi var närvarande i salen då informanterna genomförde enkäten. Vi valde att förlägga genomförandet av enkäten i början av informanternas lektion, för att undvika att informanterna svarade förhastat för att snabbt komma ifrån lektionssalen (enligt Workshop - enkät, Mats Lundström, 2010-09-02, Malmö Högskola ht-10). Vid introduktionen till

30

enkätundersökningen informerade vi informanterna om att denna undersökning ingick i vårt examensarbete på Lärarutbildningen vid Malmö Högskola. Vi påpekade att all hantering av enkäterna sker anonymt och att deras lärare inte kommer till att ta del av enkäterna. De medverkande informerades om att undersökningen skulle ta mellan 15-20 minuter att genomföra. De verkade alla vara positivt inställda till att hjälpa till.

4.4 Databearbetningsmetoder

För att få hjälp med att kategorisera informanternas enkätsvar gjorde vi två matriser.

4.4.1Matris A

Första matrisen, hädanefter kallad för Matris A, är uppdelad i fyra kategorier beroende på om eleverna har ett större eller mindre korrekt bruk av naturvetenskapliga termer. Matris A finns i bilaga 2. Dessa fyra kategorier inspirerades av Anderssons (2008a) tabell 10.2 från ”Grundskolans naturvetenskap: helhetssyn, innehåll och progression” sid. 149. Vi valde att utöka denna tabell med ytterligare en kategori, då vi ansåg att Anderssons kategori

”Energibegrepp för liv och samhälle” är väldigt bred. Vi ansåg att informanterna, som föll

in i denna kategori, kunde uppvisa olika kvalité på förståelse. Vi valde att kalla våra fyra kategorier för:

- Vardagligt synsätt (V)

- Blandat synsätt - mer influerat av vardagligt synsätt (Bl. V)

- Blandat synsätt - mer influerat av ett naturvetenskapligt synsätt (Bl. NV) - Strikt naturvetenskapligt synsätt (NV)

31

Vardagligt synsätt (V): Informanterna visar på en bristande förmåga i att använda en

naturvetenskaplig förklaringsmodell i sitt svar. Informanterna använder energi i en vardaglig diskurs, med beskrivningar som t.ex. ”man får energi av att röra på sig”. Informanterna kan nämna vila, sömn eller meditation som ett sätt för att få energi. Energiprincipen uppfylls inte enligt informanternas beskrivningar. Energi beskrivs som något materiellt och orsaken till processer.

Blandat synsätt - mer influerat av vardagligt synsätt (Bl. V): Ett naturvetenskapligt

influerat språkbruk används av informanterna, men är inte korrekt. Informanternas svar visar på en ytlig naturvetenskaplig förklaringsmodell. Slutsatser som leder till att kraft - energi, ström - energi och/eller temperatur - energi är synonyma kan förekomma.

Informanternas svar visar inte på hur var den naturvetenskapliga förklaringsmodellen kan appliceras i samhället.

Blandat synsätt - mer influerat av ett naturvetenskapligt synsätt (Bl. NV): Informanterna

visar en djupare förståelse och kan beskriva en naturvetenskaplig förklaringsmodell

korrekt. Dessutom kan informanterna applicera den naturvetenskapliga förklaringsmodellen på samtliga fenomen som efterfrågas. Informanterna kan tydligt skilja på energi - kraft, energi - temperatur och energi - ström. Informanternas beskrivningar motsäger inte energiprincipen. Informanterna kan identifiera vilken energiform som förekommer efter energiomvandling.

Strikt naturvetenskapligt synsätt (NV): Informanterna visar en mindre, eller ingen

applicering av den naturvetenskapliga förklaringsmodellen i vardagen. Informanternas visar att de är väl medvetna om att energi inte kan skapas eller förstöras. Deras svar visar även att de korrekt kan identifiera energiformerna både före och efter energiomvandlingen i en given frågeställning. Energikedjor kan identifieras i svaren. Informanterna beskriver inte att energi orsakar processer, vilket är ett avgörande kriterium för denna kategori. Ytterligare ett avgörande kriterium är att de i sina svar inte har beskrivit energi som något materiellt. Informanterna kan i sina svar skilja på materia och energi.

32

Kriterierna för matrisens olika kategorier är skrivna generellt för varje fråga, därför kan kriterierna för samma kategori sträcka sig över flera enkätfrågor.

4.4.2 Matris B

Vi valde att utforma ytterligare en matris, hädanefter kallad för matris B, som är uppdelad i tre grupper. Detta för att även kunna ta reda på i vilken utsträckning informanterna kan identifiera och beskriva energiomvandlingar och energikedjor. Matris B finns i bilaga 3. Dessa tre grupper har vi valt att kalla för:

Grupp 1 Grupp 2 Grupp 3

Matris B har specifika kriterier som skall hjälpa oss att kategorisera enkätfrågorna 2 och 3. Det vill säga i vilken utsträckning informanterna kan identifiera och beskriva

energiomvandlingar samt energikedjor, både framåt och bakåt.

Grupp 1: Informanterna visar genom sina svar en mindre förståelse för energi. Svaren är

inte förenliga med den naturvetenskapliga förklaringsmodellen. Energiomvandlingar beskrivs på ett bristfälligt vis. Informanterna kan också mena att energi är något materiellt.

Grupp 2: Informanterna visar en godtagbar förståelse för energi men är inte konsekventa i

sina svar. De är motsägelsefulla i sina resonemang kring energiprincipen. De förväxlar begreppen energiformer med energiomvandlingar.

Grupp 3: Informanterna visar en god förståelse i sina resonemang och är konsekventa i sina

svar. Deras beskrivningar är utförliga och är i överensstämmelse med den naturvetenskapliga förklaringsmodellen.

33

4.4.3 Bearbetning av data

Till att börja med valde vi behandla enkäterna från de olika årskurserna separat, för att senare kunna jämföra resultaten mot varandra. Vi valde även att oberoende av varandra kategorisera samtliga enkätsvar först enligt matris A och därefter enligt matris B. Sedan valde vi att jämföra våra kategoriseringar med varandra för att komma fram till en gemensam tolkning på de svar som hamnat på gränsen mellan två olika kategorier. Generellt sett hade vi kategoriserat svaren likvärdigt. Tillvägagångssättet för kategoriseringen av enkätsvaren i respektive matris skiljer sig åt. För matris A

kategoriserades svaren på de olika enkätfrågorna oberoende av varandra. Vi jämförde även informanternas enkätsvar i samma fråga med varandra, för att göra en mer rättvis

kategorisering. Matris A har specifika kriterier gjorda för varje enkätfråga. Informanternas enkätsvar placerades in efter matrisens fyra kategorier beroende på vilka kriterier deras svar uppfyllde. Det finns inga definitiva förklaringar för vilka kriterier som måste vara uppfyllda för att man skall placeras in i en given kategori. Det vill säga svaren kategoriseras in där flest kriterier uppfylls. Det strikt naturvetenskapliga synsättet är den enda kategorin som har avgörande kriterier. Dessa kriterier är: att informanterna inte beskriver att energi orsakar processer, att de i sina svar inte beskrivit energi som något materiellt och att informanterna i sina svar kan skilja på materia och energi.

Syftet med matris A var att hjälpa oss att förstå till hur stor del elevernas beskrivningar av begreppet energi, energiomvandlingar och energins bevarande är grundad i

naturvetenskapen eller i vardagsföreställningar. Den hjälpte oss även med att kategorisera vilken begreppsförståelse om energi, energiomvandlingar och energins bevarande som finns hos elever i årskurs 8 och i andra året på gymnasiet.

I matris B jämförs svaren på fråga 2 och 3 mot varandra för att kunna kategoriseras. Då informanterna saknade naturvetenskaplig grund i båda sina svar kategoriserade vi in svaret i

34

förklaringsmodellen på den ena enkätfrågan, men svarat i motsägelse till detta på den andra frågan, kategoriserade vi in dem i grupp 2. De svar som varit korrekta enligt den

naturvetenskapliga förklaringsmodellen kategoriserades in i grupp 3.

Syftet med matris B var att hjälpa oss att kategorisera för i vilken utsträckning elever kan identifiera energiomvandlingar och energikedjor i givna problemställningar.

Efter att vi analyserat enkätsvaren gjorde vi en kvantitativ analys i form av diagram och tabeller. Detta för att tydliggöra fördelningen av de olika kategorierna och grupperna.

4.4.4 Reliabilitet

För att öka reliabiliteten d.v.s. tillförlitligheten i vår undersökning bestämde vi oss för att vara konsekventa med vissa specifika moment under genomförandet av

enkätundersökningen samt i analyseringen av allt material. Vi anser att andra forskare skulle kunna sammanställa, analysera och vidareutveckla vårt material på ett snarlikt sätt eftersom de tydligt kan följa vårt tillvägagångssätt/resonemang genom de enkätfrågor samt det analysmaterial (matris A och matris B) som vi använt.

Redan i introduktionen hade vi informerat eleverna om att undersökningen skulle ingå i ett examensarbete på Lärarutbildningen vid Malmö Högskola och att den skulle behandla elevers förståelse kring energi. För att säkerställa reliabiliteten valde vi alltså att inte ge informanterna någon förhandsinformation angående våra forskningsfrågor.

Administrationen av enkäterna är en viktig aspekt vid utförandet av en enkätundersökning. Vi planerade därför i förväg hur vi skulle introducera enkäten, då vi ville eftersträva likvärdiga förhållanden i genomförandet. Utdelning och insamling av enkäter skedde synonymt (Johansson & Svedner 2006). Det är även viktigt att enkäternas struktur och form är överskådlig och inte kräver för lång svarstid. Då detta kan leda till att informanterna

35

tappar intresset och koncentrationen, vilket i sin tur kan leda till svar som inte är fullt genomtänkta. (Johansson & Svedner 2006). De medverkande informerades om att undersökningen skulle ta mellan 15-20 minuter att genomföra. Risken finns att eleverna uppfattade enkätundersökningen som ett prov. Dessutom finns det en stor risk att eleverna tittade på varandras svar, samt samtalade under undersökningens gång. Vi valde att förlägga genomförandet av enkäten i början av informanternas lektion, för att undvika att informanterna svarade förhastat, för att snabbt komma ifrån lektionssalen (enligt Workshop - enkät, Mats Lundström, 2010-09-02, Malmö Högskola ht-10). Vi påpekade att all

hantering av enkäterna sker anonymt och att deras lärare inte kommer till att ta del av enkäterna. Detta valde vi att göra för att inte påverka informanternas vilja till att delta samt för att ge dem utrymme att svara fritt. Samtliga enkäter som delades ut var identiska. Vi var närvarande i salen då informanterna genomförde enkätundersökningen. Detta gjorde vi för att konstatera att allt sköttes så som vi hade planerat.

4.4.5 Validitet

Gunnarsson (2002) menar att validitet mäter det som är relevant för sammanhanget. Vi bestämde oss för att inte svara ingående på frågor som rörde hur de skulle formulera sig i sina svar. Undrade någon om hur de skulle formulera sig eller hur vi ville att de skulle formulera sig fick de konsekvent svaret:

-Förklara så som du själv vill.

Detta för att undvika att påverka deras svar och i sin tur vårt resultat. Det finns även en risk att vi delvis kan ha tolkat informanternas svar felaktigt. Detta hade vi i åtanke under hela sammanställandet av resultat och analys. Därför analyserade vi enkätfrågorna var för sig och sedan tillsammans.

Genom enkätfrågorna fick vi svar som kunde kopplas till våra forskningsfrågor och dessa svar kunde också relatera till litteratur och tidigare forskning som vi läst, vilket tydde på att vi skapat frågor som var ämnesrelevanta och till stor del lätta att förstå.

36

Vi kan inte göra övergripande generaliseringar i vårt resultat, dels på grund av få informanter, dels p.g.a. att vi inte vet om dessa elever visar en generell kunskapsnivå i förhållande till deras årskurs. Resultatet hade kunnat se annorlunda ut om vi inte hade valt ett program där man studerar Fysik A.

5 Resultat och analys

Vi har valt att kategorisera informanternas enkätsvar enligt matris A och B för att hjälpa oss att besvara våra forskningsfrågor angående vilken begreppsförståelse om energi,

energiomvandlingar och energins bevarande som finns hos elever i årskurs 8 och i andra året på gymnasiet. Samt till hur stor del elevernas beskrivningar angående dessa begrepp och fenomen är grundade i naturvetenskapen eller i vardagsföreställningar. Vi ville även få svar på i vilken utsträckning eleverna kan identifiera energiomvandlingar och energikedjor i givna problemställningar.

Vid kategoriseringen enligt matriserna A och B gjorde vi en kvalitativ analys av varje enkätsvar. Därefter gjorde vi en kvantitativ analys av kategorifördelningen. Syftet med den kvantitativa analysen är att ge en överskådlig bild mellan årskursernas kategorifördelning för varje fråga. För att lättare kunna följa våra resultat, har vi valt att lägga in diagram och numeriska tabeller. Vi valde att analysera resultaten i samma ordning som enkätfrågorna. Först enligt matris A och därefter enligt matris B. Detta för att hjälpa oss att få svar på våra forskningsfrågor. Resultat och analys enligt matris A behandlas i avsnitt 5.1 - 5.5. Resultat och analys enligt matris B behandlas i avsnitt 5.6. Vi har om möjligt, valt att presentera citat ifrån varje fråga, kategori och årskurs. Dessa citat representerar den generella

beskrivningen i respektive enkätsvar för varje kategori. Citaten kan visa vilka likheter och skillnader som finns mellan de olika kategorierna och årskurserna. I vissa fall valde vi att använda oss av två citat från samma årskurs i enkätfrågorna. Detta för att tydliggöra hur flera enkätsvar från informanterna kunde skilja sig åt, men ändå tillhöra samma kategori.

37

5.1 Enkätfråga 1, enligt matris A

”Vad tänker du på när du hör ordet energi? Ge tre exempel och motivera.”

5.1.1 Enkätfråga 1, kategori (V)

Åk 8 Gs: ”Jag tänker på kraft och på ström och framför allt styrka - ork. Kraft är energi

som förbrukas snabbt. Ström är också en sorts energi. Att ha energi är också styrka och att orka prestera”

Vi anser att informanten från åk 8, varken uppvisar naturvetenskaplig diskurs eller förklaringsmodell i sitt enkätsvar angående sina associationer kring ordet energi.

Informanten kopplar i sitt enkätsvar, energi till människan och det levande samt ser energi synonymt med både kraft och ström. Enligt informanten kan energi förbrukas. Enligt matris A representerar citatet vardagskategorin.

Åk 2 Gy: ”Elektricitet, uthållighet, värme/kraft”

Informanten associerar bl.a. energi med uthållighet. Det var vanligt att informanterna i denna kategori och på denna fråga associerade energi med människan och/eller det levande. Informanterna i denna kategori har en väldigt svag eller ingen motivering alls i sina svar, vilket efterfrågades.

5.1.2 Enkätfråga1, kategori (Bl. V)

Åk 8 Gs: ”Jag tänker på krafter. T.ex.Vattenkraftverk, vindkraftverk eller kärnkraftverk.

38 Åk 8 Gs:”Vindkraft, vattenkraft, kärnkraft”

Åk 2 Gy: ”elektricitet – den ”vanligaste” sedda. Eld – Den tidigaste formen. Uteveckling –

Energi leder till utveckling.”

Här associerar informanterna energi med olika kraftverk. Informanterna i denna kategori har inte motiverat sina svar ytterligare, angående vad de tänker på om ordet energi.

5.1.3 Enkätfråga 1, kategori (Bl. NV)

Åk 8 Gs: ”Mat – Man måste ju äta för att kunna har ”energi” och gör vad man vill. Solen.

Får energi i kroppen. Växter växer. Elektricitet – Transporterar energi runt så allt fungerar.

Åk 2 Gy: ”Jag tänker på fysik, eftersom det var ett arbetsområde där. Tänker på läges- och

rörelseenergi, men även värme. Jag tänker även på stora kraftverk som ger oss energi.”

I kategorin bl. NV, så anser vi att samtliga informanter motiverar sina svar med en naturvetenskaplig diskurs såsom den som används i ett vardagsperspektiv. Generellt sett anser vi att man i samtliga informanters motiveringar kan se att de kan skilja mellan energi - kraft, energi - ström och energi - temperatur. Informanterna i denna kategori diskuterar i sina motiveringar olika energiformer och kan i vissa fall även namnge dem. Informanten i åk 8 nämner elektricitet som transportmedlet för energi. I detta citat ser man tydligt att informanten kan skilja på begreppen elektricitet och energi.

5.1.4. Enkätfråga 1, kategori (NV)

Åk 2 Gy: ”Jag tänker på arbete som kräver bränsle för att ändamålet ska uppfyllas.

Rörelseenergi – när saker och ting ska röra sig. Elektrisk energi – energi som krävs för att elektriska apparater. Kemisk energi – atomer och molekyler som kolliderar och den energi som frigörs.”

39

Inom kategorin NV, kan ingen vardaglig applicering i förklaringen uttydas. Informanten använder en naturvetenskaplig diskurs som inte motsäger energiprincipen. Energi beskrivs inte som synonymt med kraft, elektricitet eller temperatur. Informanten nämner dessutom ett par energiformer med naturvetenskaplig diskurs, samt med en korrekt naturvetenskaplig förklaringsmodell.

5.1.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 1

Figur 1 - Cirkeldiagram över svaren på enkät fråga 1 från Åk 8 Gs

Figur 2 - Cirkeldiagram över svaren på enkät fråga 1 från Åk 2 Gy

NV Bl. NV Bl. V V Åk 8 Gs 0 3 12 1

Åk 2 Gy 2 9 7 8

Tabell 2 - Översikt över antal elever i varje kategori för enkätfråga 1

Med hjälp av våra kvantitativa data kan man se skillnader i procentsatser mellan kategorierna och åldrarna, som framgår av figur 1 och 2, samt tabell 2. Av

40

var det 12 % som placerades in under samma kategorier. Av dessa 12 % var det ingen av dem som hamnade i kategorin NV. Det innebär att majoriteten av informanterna i båda åldrarna har svarat ur ett mer vardagligt perspektiv enligt matris A. Dock är antalet gymnasieinformanter, som enligt matris A, svarat ur ett vardagligt perspektiv betydligt färre än i åk 8.

5.2 Enkätfråga 2, enligt matris A

”Bildfrågan. Ge 5 exempel på energiomvandlingar! Ta hjälp av bilden och motivera.”

5.2.1 Enkätfråga 2, kategori (V)

Åk 8 Gs: ”Vindkraftvärk, Fabrik, Solenergi, Luft”

Citatet som representerar kategorin V, ger ingen antydan till naturvetenskaplig

förklaringsmodell. Informanten ger olika kraftverk som exempel, däremot lämnas inga exempel på energiomvandlingar.

5.2.2 Enkätfråga 2, kategori (Bl. V)

Åk 8 Gs: ”Vindkraft: Vinden ger kraft till vindsnurrorna. Elektricitet går genom

ledningarna. Kärnkraf från kärnkraftverket. Egen kraft: Cykeln körs av personen och det blir en sorts kraft. Solens kraft: med hjälp av solen och solceller får vi solenergi.

Vattenkraft: Med hjälp av vattnet får vi vattenkraft.”

Informanten från åk 8, som representerar kategorin Bl.V, kan identifiera var

41

som rör kraftverken. Informanten visar inte heller en naturvetenskaplig diskurs eller förklaringsmodell i sitt enkätsvar. Ordet kraft används synonymt till energi, vilket inte tas upp i matris A för Bl. V och enkätfråga 2. Däremot tas det upp i matris A för kategori Bl. V i enkätfråga 1. Vi anser därför att denna vardagssyn kan appliceras i denna kategori och enkätfråga.

Åk 2 Gy:”… vatten/vindkraft som omvandlar naturens kraft till energi. En pojke som äter

ett äpple, vars vitaminer blir energi.”

Vi anser att informanten menar att energi är knutet till materia, här i form av vitaminer. Informanten kan identifiera att energiomvandling sker, men motiverar inte detta i sitt svar.

5.2.3 Enkätfråga 2, kategori (Bl. NV)

Åk 8 Gs: ”Vindkraft, solkraft, vågkraftverk, eld, vattenkraft . Vindkraft omvandlar vind till

elektricitet, värme. Solkraft omvandlar uv - ljus till elektricitet. Vågkraft omvandlar vågor till el. Eld omvandlar trä till värme. Vattenkraft omvandlar vattnets strömmar till el.”

Åk 2 Gy: ”Regnet som faller, lägesenergi blir rörelseenergi. Elden ger värmeenergi.

Flygplanet använder rörelseenergi i motorerna. Företaget ger ström åt huset. Åkrarnas växter har lagrad energi som de använder för att ta sig ur jorden, sen tar de upp all energi som solen avger.”

Inom kategorin Bl. NV visar informanterna i båda åldrarna att de kan identifiera vart energiomvandlingen sker och vilken energiform som förekommer efter en omvandling. Informanterna i båda åldrarna visar en förmåga att applicera naturvetenskaplig

42

5.2.4 Enkätfråga 2, kategori (NV)

Åk 2 Gy: ”Rörelseenergi. Värmeenergi. Mekanisk energi. Elektrisk energi. Kemisk

energi.”

Åk 2 Gy: ”Rörelse till värme genom friktion. Kemisk till rörelseenergi i traktorn. Kemisk

till ljus i fyren. Ljus till kemisk energi i växterna. Rörelse till elektrisk energi i vindkraftverken.”

Informanterna som placerats i kategorin NV använder korrekta namn på energiformerna. En väldigt liten koppling till vardag används i samtliga enkätsvar. I samtliga enkätsvar som har placerats in i kategorin NV visar informanterna en stor förmåga att kunna använda en naturvetenskaplig förklaringsmodell.

5.2.5 Kvantitativ analys av enkätfråga 2

Figur 3 - Cirkeldiagram över svaren på enkätfråga 2 från Åk 8 Gs

Figur 4 - Cirkeldiagram över svaren på enkätfråga 2 från Åk 2 Gy

43

NV Bl. NV Bl. V V Åk 8 Gs 0 4 18 4

Åk 2 Gy 5 10 11 0

Tabell 3 - Översikt om antal elever i var je kategori i enkätfråga 2

Generellt sätt är det stor skillnad i fördelningen mellan kategorierna och åldrarna, som framgår av figur 3 och 4, samt tabell 3. Hos gymnasieinformanterna är det 58 % som svarat inom de naturvetenskapliga kategorierna. Det är endast 16 % av informanterna i åk 8 som placerades in i en av de naturvetenskapliga kategorierna. Ingen av informanterna i åk 8 placerades in i kategorin NV.

5.3 Enkätfråga 3a, enligt matris A

”Du dricker ett glas mjölk” a)

” Vad händer med energin i mjölken efter du har druckit den? Förklara kortfattat. ”

5.3.1 Enkätfråga 3a, kategori (V)

Åk 8 Gs: ”Den förbrukas. Jag får energi och kan röra på mig och så, tack vare att jag har

ätit.”

Åk 8 Gs:”Kalsium från mjölken går till skelettet som förstärks. Mjölkens näringsämnen tas

upp av kroppen, på så sätt får man energi.”

Åk 2 Gy: ”Lite av den blir till kalk och sätter sig i skletett medans resten” I samtliga tre citat, som representerar kategorin V för båda åldrarna, anser vi att

informanterna i sina beskrivningar inte visar att de kopplar tillbaka till energiprincipen. Den ena av informanterna i åk 8 skriver att energi förbrukas i kroppen. De båda