Malmö högskola
Lärarutbildningen
Skolutveckling och ledarskap
Examensarbete
10 poängBilder i kemiundervisningen –
vilken betydelse har de när elever ska
formulera några olika begrepp?
Illustrations in chemistry education - the role in conceptual understanding
Annika Andersson
Lärarexamen 60 poäng Höstterminen 2005
Examinator: Jan Härdig Handledare: Margareta Ekborg
Bilder i kemiundervisningen –vilken betydelse har de när elever ska formulera några olika begrepp? Illustrations in chemistry education - the role in conceptual
understanding
Sammanfattning
Syftet med denna undersökning var att ta reda på vilken betydelse bilder har då elever som läser gymnasiekemi ska redogöra för några olika begrepp. Två vanliga begrepp; lösningar och syror valdes ut och förståelse av dessa begrepp mättes hos elever vid två olika skolor i en enkätundersökning.
Eleverna kunde lättare redogöra för begreppen när de fick tillgång till en bild och skillnaden var signifikant. Mekanismen bakom detta är troligen att bilden hjälpte dem att bygga en inre bild av ett fenomen, som sedan blev enklare att uttrycka i ord. Det fanns ingen skillnad i begreppsförståelse mellan de två skolorna, men elever som läste kemi B kunde redogöra utförligare för begreppen än eleverna i kemi A.
Undersökningen visar också att eleverna själva är mycket positiva till bilder i
undervisningen. De bilder som eleverna föredrar―enkla, tydliga, färgbilder som visar förlopp eller reaktioner― är också de bästa ur undervisningssynpunkt, enligt tidigare forskning.
Utifrån resultaten och tidigare forskning diskuteras hur man bör tänka didaktiskt, när man använder bilder i undervisningen.
Nyckelord: begrepp, bilder, förklarande bild, illustration, kemi, lösningar, syror
Annika Andersson Handledare:Margareta Ekborg
Marietorps allé 9 Examinator: Jan Härdig
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING...3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING ...5 INLEDNING...7 SYFTE ...8 LITTERATURÖVERSIKT...8LÄROPLANER OCH KURSPLANER...8
UNDERVISNING I NATURVETENSKAP...8
BILDER...11
Skillnad mellan text och bild... 11
Hur hjärnan kan bearbeta bilder ... 12
Olika typer av bilder som illustrerar en text ... 13
Förklarande bilder... 14
Lärande med hjälp av bilder... 16
Hur ska bilder se ut för att stimulera inlärning? ... 19
BEGREPP...22
Lösningar ... 24
Syror ... 27
FRÅGESTÄLLNINGAR...29
METOD – URVAL - GENOMFÖRANDE ...29
BILDER SOM ILLUSTRERAR BEGREPPEN...31
BEARBETNING AV DATA...34
STATISTISK BEARBETNING...34
RESULTAT ...35
BEGREPPSFÖRSTÅELSE...35
ELEVERNA TYCKER TILL OM BILDER...40
Funktion hos en bra bild ... 41
Utseende hos en bra bild... 41
DISKUSSION ...42
SLUTSATSER...45
AVSLUTNING ...45
REFERENSER ...46
Inledning
Flera undersökningar visar att ungdomar inte vill studera naturvetenskapliga ämnen. Det finns de som menar att brister i elevers förståelse av olika begrepp inom naturvetenskapliga områden kan vara en anledning till ointresse för innehållet.1 Vidare har det framhävts att stoffet är för teoretiskt 2, samt att det har en allt för intellektuell framtoning. Ett av problemen inom ämnet kemi är att eleverna måste föreställa sig vad som händer på det atomära planet genom det de observerar på det makroskopiska planet, vilket kan upplevas som abstrakt och svårt.3 I en stor undersökning som gjordes 2003 (TIMSS) där femtio länder deltog konstaterades bl.a. att resultatbilden i kemi hos elever i skolår 8 i Sverige var tydligt försämrad jämfört med 1992.4 En nationell utvärdering av begreppsförståelse i naturvetenskap från 1992-1993 visade att elever vid inträdet i gymnasieskolan har många brister i den grundläggande begreppsförståelsen.5 Jag har på min praktikskola, som är en Komvuxskola, använt mycket bilder i undervisningen och jag har då sett indikationer på att bilderna kan stödja eleverna när man förklarar olika begrepp. Inte minst invandrareleverna som har problem med svenskan tror jag kan bli hjälpta av bilder. Vid de kurser i kemi som går på distans tror jag också att bilder kan underlätta eftersom läraren inte fysiskt finns närvarande vid undervisningstillfället och därför inte kan peka på viktiga saker.
Eftersom jag också arbetar som konstnär, tänker jag mycket i bilder. Bildspråket hjälper mig även inom kemin när jag ska föreställa mig abstrakta saker som jag försöker reda ut. Min tanke är att bilderna även kan hjälpa eleverna att förstå viktiga begrepp inom kemin.
I mitt examensarbete vill jag ta reda på mer om hur man kan undervisa i kemi så att eleverna utvecklar förståelse för olika begrepp. Det finns de som menar att man bör
1Dimenäs, Jörgen & Sträng-Haraldsson, Monica (1996). Undervisning i naturvetenskap,Studentlitteratur, s 20
2Ekstig, Börje. (2002). Naturen, naturvetenskapen och lärandet
3Andersson, Björn (1989). Grundskolans naturvetenskap. Stockholm:Utbildningsförlaget.
4 http://www.umu.se/edmeas/timss2003/publ/Sartryck_sammanfattning.pdf
5 Jansson, Ingrid (1994) Gymnasieelevers kunskaper om materia- en pilotstudie angående de teoretiska
behandla de begreppen på flera sätt för att stimulera inlärningen6 och det tror jag är viktigt.
Syfte
Syftet med examensarbetet är att undersöka hur bilder i ämnet kemi påverkar elevernas begreppsförståelse.
Litteraturöversikt
Läroplaner och kursplaner
Kemiämnet behandlar egenskaper, struktur och funktion hos kemiska ämnen samt vad som sker vid kemiska reaktioner. I kursplanen för kemi A står det att gymnasieelever ”skall kunna beskriva hur modeller för olika typer av kemisk bindning bygger på atomernas elektronstruktur och kunna relatera ämnets egenskaper till bindningens typ och styrka samt till ämnets uppbyggnad”. De ska också ”ha kännedom om några grundämnen, kemiska föreningar och moderna material, deras egenskaper, förekomst och kretslopp samt deras betydelse t.ex. i jordskorpan eller inom olika verksamhetsområden i samhället.” 7
Vidare står det att eleven skall ”ha kunskap om pH-begreppet, neutralisation, starka och svaga syror och baser samt kunna diskutera jämvikter i samband med t ex buffertverkan och kunna relatera dessa kunskaper till bland annat miljöfrågor” 8.
Undervisning i naturvetenskap
Ett av problemen inom ämnet kemi är att många begrepp kan upplevas som abstrakta och svåra. Det anses också att naturvetenskapen är svår att förmedla, eftersom dess språk inte liknar det vardagliga sättet att tänka och resonera.9 Szybek10 menar att man i naturvetenskaplig undervisning försummar att lära ut vetenskapens metoder; att vi lär ut vetenskapens produkter, men glömmer att lära ut om processen. Han menar att en effekt av detta är att eleverna tror att vetenskapen visar världen som den är och inte är
6Ekborg, Per & Ekborg (Niklasson), Margareta (1997). Suggestopedi eller mer kreativa arbetsformer i
naturvetenskap och teknik. Malmö: Lärarhögskolan
7 http://www.skolverket.se 8 a.a
9 Strömdahl,Helge red. (2002) Kommunicera naturvetenskap i skolan, Studentlitteratur, Lund, s 8
medvetna om att den bygger på modeller av verkligheten. Modellerna presenteras ofta i skolundervisningen på ett sätt så att elever uppfattar dem som tråkiga formler som saknar verklighetsförankring.11 Eftersom ämnet utspelar sig på det mikroskopiska planet får eleverna tänka sig vad som händer, vilket ytterligare försvårar förståelsen. En utmaning som kemilärare är därför att bedriva undervisningen så att eleverna ska tycka att ämnet är roligt och greppbart.
De konstruktivistiska idéer som i dag är accepterade i diskussionen om naturvetenskaplig utbildning bygger på att människan själv konstruerar sin kunskap om omvärlden.12 Hjärnan är ingen passiv mottagare av intryck från omvärlden. Den söker aktivt efter mönster och den tolkar omvärlden. Gärdenfors13 menar att det finns biologiskt betingade mekanismer som styr hur vi uppfattar omvärlden och att det inte finns en objektiv beskrivning av denna. I ett sociokulturellt perspektiv på tänkande och lärande är det mänskliga språket centralt. Det är enligt Säljö & Wyndhamn genom att använda språket som vi kan förstå och hantera omvärlden.14
I motsats till det individualistiska draget i den rena konstruktivismen, får den historiska, sociala och kulturella kontexten en större roll.15 Vi konstruerar inte kunskaper på egen hand, det finns tankesätt från tidigare generationer som vi tar över. Den viktigaste mekanismen för detta är olika former av kommunikation, som tal, skrift och bild. I dag har vi tillgång till information från flera olika håll; tidningar, böcker, uppslagsverk och inte minst databaser. En individs förmåga att tillgodogöra sig all information beror på vilka tankestrukturer man redan har.16 Ju fler strukturer man har desto större chans har man att utnyttja all information för att lära sig något nytt. Gärdenfors17 anser att det kan finnas en fara med dagens informationssamhälle, nämligen att den tolkande förmågan kommer att undervärderas. Det är så lätt att tro, menar han, att bara för att informationen finns tillgänglig så har man motsvarande kunskap. För att kunna ta till sig kunskap måste man kunna tolka och relatera den till annan kunskap som man redan har.
11 Strömdahl, s 139
12 Säljö, Roger & Wyndhamn, Jan (2002), I Kommunicera naturvetenskap i skolan, Helge Strömdahl ed.,
s 24
13Gärdenfors, Peter (1996) Fängslande information, Bokförlaget Natur och Kultur, Stockholm, s 62.
14 Säljö & Wyndhamn, s 25 15 ibid., s 27
16 Andersson, Grundskolans naturvetenskap, forskningsresultat och nya idéer (1989), Stockholm
Utbildningsförlag, s 46
Tankestrukturerna måste konstrueras av varje individ18 och lärarens uppgift är därför att stimulera och underlätta konstruktion av nya strukturer. Hur ska man då som lärare bidra till att elever blir intresserade av kemi och vill lära sig mer?
Andersson19 tror att nyckeln till att fånga elevers intresse ligger i det måttligt nya som kan sporra eleverna att lära sig något nytt. Han menar att det allt för välbekanta är tråkigt och det som eleven inte alls har någon kunskap om likaså. Man bör börja med att ställa frågan ”var är du nu”? för att bygga på det som redan existerar i hjärnans strukturer. Genom att hitta deras tankenivå, menar Andersson, kan man utmana dem på ett lämpligt sätt och härigenom skapa intresse. Hur ska man då hitta varje elevs utgångspunkt? Gärdenfors menar att ett sätt att komma åt våra föreställningar är att studera hur vi uttrycker oss i ord. Han menar att språket, i synnerhet bildspråket, avslöjar våra tankemönster.20
Hjärnan arbetar samtidigt på flera olika nivåer. Den kan parallellt bearbeta färger, rörelse, form, intensitet, känslor m.m. Jensen21 menar att det är risk att hjärnan blir svältfödd på stimulans i ett traditionellt klassrum. Vi kan lära oss saker både visuellt, auditativt och kinestatiskt, men inlärningen fungerar bäst om vi får utnyttja flera vägar samtidigt. En undersökning som gjordes i USA bland grundskoleelever visade att 30 % av eleverna huvudsakligen lärde sig visuellt, 25 % lärde sig auditativt, 15 % hade kinestatiskt inlärningssätt medan 30 % lärde sig genom en blandning av dessa sätt.22 Piburn et al23 har rapporterat att det finns ett samband mellan visuell-spatial förmåga, som bl. a. är förmågan att kunna uppfatta tredimensionella figurer, och framgångar inom vetenskapliga ämnen.
Petterson24 beskriver de elever som lär sig visuellt. Han menar att dessa elever litar mycket på saker de ser och på sin inre visualisering av saker och ting. De lär sig t ex känna igen ansikten lättare än de lär sig namn. De har behov av att skriva ner verbal
18 Andersson (1989), s 15.
19 Andersson, Björn (2001) Elevers tänkande och skolans naturvetenskap, s 10 20 Gärdenfors, s 24.
21 Jensen, Eric, (1995) Aktiv metodik, Brain Books, Jönköping, s 35
22 Pettersson, Rune (2002) Information design, an introduction, Amsterdam; Philadelphia: John
Benjamins Pub, s 255
23 Piburn, Michael et al (2005) The Role of Visualization in Learning from Computer-based Images.
Int.J.Sci., 15, vol 27, No. 5, s 514
information för att bättre minnas den. ”Visuella elever” kan vara tysta och orkar inte lyssna längre perioder. De tänker i bilder och har livlig fantasi. För att stärka sin inlärning om man huvudsakligen lär sig visuellt kan man använda bilder, klottra, göra symboler, använda tankekartor, se på video och rita diagram.
Mayer och Gallini25 menar att möjligheten att med olika tekniker för att underlätta studenters inlärning med hjälp av visuell inlärning är relativt outnyttjad. Det gjordes en enkätundersökning 1991 i några olika länder, bl.a. Sverige, i vilken man undersökte vilka medier lärarna använder i skolan. Det framkom att olika bildmedier används endast i liten omfattning, medan nästan alla lärare använder skrivtavla och läroböcker.26 I ett examensarbete som utförts vid Malmö högskola framkom det att lärare anser att upphovsmannarätten för bilder är för sträng och att en förändrad lagstiftning skulle kunna bidra till att bilder bättre utnyttjas i olika ämnen. Många lärare uttryckte också en önskan om att fortbildas i bildanvändning.27
Bilder
Det finns många olika slags bilder, som visas med skilda syften. Vissa bilder är till för att underhålla, medan andra kanske varnar. Bilder är kommunikationsmedel, de berättar något för oss; vi kan hitta ett budskap i en bild. Enligt Borgersen & Ellingsen kan man se bilden som ett slags text som framställts genom bildspråk.28
Skillnad mellan text och bild
Både bild och text är kodade teckenspråk. Skillnaden mellan text och bild är att det verbala tecknet för t ex en bägare -”BÄGARE” inte har någon likhet med det som ordet beskriver, medan det visuella tecknet, bilden, liknar en bägare. Bilder kan alltså förklara utseendet av saker och ting, vilket figur 1 illustrerar. Man brukar säga att ”En bild säger mer än tusen ord” vilket härstammar från ett gammalt kinesiskt ordspråk29 som i direkt
25 Mayer & Gallini, s 715 26 Waern et al, s 169
27 Hedberg, Bertil Kaa (2002) Hur bättre kunna utnyttja bildspråket i undervisningen. Examensarbete,
Malmö Högskola.
28 Borgersen, Terje & Ellingsen, Hein (1994) Bildanalys – didaktik och metod, Studentlitteratur, Lund, s
11.
översättning egentligen säger "Hundra höra kan ej jämföras med att se". Fotografen Steichen, tidigare direktör för The Museum of Modern Art i New York lär ha gjort en tänkvärd parafras på det kinesiska ordspråket: "A picture with its legend says more than thousand words". Vad han menar är att en bild som fyller sin funktion spar många onödiga ord och det utnyttjas i många olika sammanhang, där bilden fungerar som förmedlare av olika former av budskap.
Figur 1: ”Bägare” illustrerad med text respektive bild.
Hur hjärnan kan bearbeta bilder
Det är konstaterat att bilder tas emot snabbare och lättare av hjärnan än text, eftersom bilderna ger stimulering av intellektet samtidigt som de ger känslomässig respons.30 Forskning har visat att bilder kan vara överlägsna texter när det gäller att förmedla kunskap vid inlärning, men trots det används huvudsakligen verbal information vid undervisning.31 Ett exempel på hur hjärnan kan bearbeta en bild illustreras i figur 2 som skapades av den italienske psykologen Gaetano Kanizsa.32 De flesta ser en vit triangel ovanpå en med svarta kanter avgränsad dito och tre runda svarta skivor. Det finns dock ingen vit triangel, men hjärnan har förmågan att fylla en yta som antyds. Denna egenskap hos människan beror på att hjärnan arbetar för att skapa ordning i det vi ser. Vi strävar efter att konstruera sammanhang, gruppera saker och ting på ett organiserat sätt.33
30 Pettersson, Rune (2002) Information design, an introduction, Amsterdam; Philadelphia: John
Benjamins Pub., s 107.
31 Levin, Joel R. & Mayer, Richard.E. (1993) Understanding Illustrations in Text in Learning From
Textbooks, edited by Britton et al., p 95.
32 http://www.medocular.se/ogonfakta/vetenskap/synvillor/ 33 Pettersson, s 219
Figur 2. Kanizsas triangel.
Olika typer av bilder som illustrerar en text
Moderna läroböcker innehåller, jämfört med äldre böcker, betydligt fler bilder. Dessa bilder kan t ex vara färgfoton, grafiska bilder, realistiska teckningar, diagram eller kartor. Trots mängden bilder är många av dem inte relevanta för texten, utan deras uppgift är att en snygg layout ska göra böckerna mer attraktiva.34 Eftersom bilderna upptar så stor plats finns det mindre utrymme till texten, varför risken är att denna blir kort, fragmentarisk och därmed svårare att förstå.
När man diskuterar bilder och bilders kvalitet är det viktigt att definiera vad bilden ska användas till. När det gäller bilder som illustrerar en text, kan de enligt Mayer35 fylla fem olika funktioner:
1) dekoration―bilder som gör texten mer attraktiv, men som inte är relevanta för texten
2) representation―bilder som hjälper läsaren att visualisera en person, händelse eller sak
3) transformation―bilder som hjälper läsaren att komma ihåg speciellt viktig information i en text
4) organisation―bilder som hjälper läsaren att strukturera information 5) tolkning―bilder som hjälper läsaren att förstå en text.
34 Pettersson, s 246
35 Mayer, Richard.E. & Gallini, Joan K. (1990) When Is an Illustration Worth Ten Thousand Words?
I detta examensarbete fokuserar jag på den senaste varianten av bilder; nämligen förklarande bilder.
Harp & Mayer36 har jämfört två av typerna av bilder i vetenskapliga texter. De skiljer på ”emotional pictures”, som definieras som bilder som är irrelevanta för texten och inte bidar till den vetenskapliga förklaringen, men som ska öka uppmärksamheten för texten genom att vara underhållande eller dekorativ. ”cognitive pictures” är bilder som förklarar ett skeende som beskrivs i texten, t ex visar olika steg i en reaktion. En undersökning av bilderna visade att även om de underhållande och dekorativa bilderna ökade intresset för texten, så påverkade de inte läsarens förståelse, utan tvärtom kunde de vara distraherande. De förklarande bilderna däremot förbättrade inlärningen av texten eftersom de kognitiva processerna blev effektivare.
Förklarande bilder
Mayer & Gallini37 har beskrivit en bra förklarande bild som en bild som hjälper läsaren att förstå ett vetenskapligt sammanhang eller system. Levin & Mayer38 menar att effektiva, förklarande bilder har kognitiva effekter, eftersom de påverkar både förståelsen och minnet. De förklarande bilderna hjälper läsaren att bygga mentala modeller så att han/hon kan förstå ett sammanhang.39
Forskning visar att bilder är lättare att komma ihåg än motsvarande text och att man minns bilderna under en längre period.40 Senare forskning visar också att om en text förses med bilder kan förmågan att minnas materialet förbättras.41
I Figur 3 visas ett exempel på en förklarande bild. Teckningen förklarar hur det kan bli solförmörkelse på jorden. I kombination med en kort text kan bilden troligen beskriva solförmörkelsen på ett mycket effektivare sätt än vad enbart text skulle kunna göra.
36 Harp, Shannon F. & Mayer, Richard E. (1997) The Role of Interest in Learning From Scientific Text
and Illustrations: On the Distinction Between Emotional Interest and Cognitive Interest. Journal of Educational Psychology, Vol. 89, No 1, s 100
37 Mayer & Gallini, s 715 38 Levin & Mayer, s 95. 39 Mayer & Gallini, s 715 40 Levin & Mayer, s 96. 41 Levin & Mayer, s 96.
Figur 3. Teckning som visar en modell som försöker förklara hur det kan bli solförmörkelse på jorden. Bara en liten bit av solen och jorden är ritade och avstånden är inte riktiga i förhållande till varandra.42
Hjärnan har en förmåga att arbeta aktivt för att se samband mellan olika bilder som hör ihop. Därför kan vi utnyttja parallella bilder. Bilderna kan vara parallella i tid som i ”före/efter” bilder43. Fördelen med att ha flera bilder är att de kan visa en förändring, ett mönster eller ett skeende genom en sekvens av bilder. Mentala bryggor kan byggas mellan bilderna genom innehåll, position, orientering, överlappning och likheter.
Figur 4. Sekvens av bilder som visar hur en blixt bildas.44
I figur 4 visas en sekvens av bilder som förklarar hur en blixt bildas, som naturligtvis kräver text för att bli helt begriplig. Det viktigaste med denna typ av illustrationer är att den vetenskapliga förklaringen kan presenteras med en kort sekvens av enkla bilder som visar de huvudsakliga stegen i en process och att bilderna förses med enkla texter som
42 http://user.tninet.se/~bxf528q/ljuset/solmork.htm
43 Tufte, Edward, R. (1997) Visual explanations, Graphics Press, Cheshire, Connecticut, s 80. 44 http://www.srh.weather.gov/
beskriver vad som händer samt att de visuella och verbala förklaringarna förekommer tillsammans.45 Sammanfattningsvis kan informationen beskrivas som kortfattad, sammanhängande och samordnad.46
Trots att en tredjedel till upp till hälften av utrymmet i en vanlig textbok upptas av bilder, har majoriteten av bilderna inte någon viktig förklarande funktion. Enligt Pettersson47 har det bedrivits ganska omfattande forskning när det gäller texter, medan betydligt mindre forskning har ägnats åt att förstå vilken potential bilder har vid inlärning.
Lärande med hjälp av bilder
Mayer & Anderson48 jämförde förståelsen hos gymnasieelever av en text som handlade om hur en cykelpump fungerar och fann att med bild och text blev förståelsen överlägset bäst. Mayer49 använde en text som förklarade hur ett bromssystem fungerar och jämförde förståelsen då en bild fanns tillgänglig. Han fann att illustrationen hjälpte läsaren att fokusera på den vetenskapliga förklaringen eftersom att det blev lättare att organisera informationen. Mayer50,51,52 har tillsammans med olika medarbetare kommit fram till liknande resultat. I dessa undersökningar har man låtit elever läsa en text med eller utan tillgång till bilder. Därefter fick eleverna svara på frågor som visade på om de hade förstått texten och svaren poängsattes.
I andra undersökningar har man låtit eleverna rita själv. Carlsson53 har t ex låtit elever rita sin föreställning av naturen.
45 Mayer et al. (1996) When Less is More: Meaningful Learning From Visual and Verbal Summaries of
Science Textbook Lessons., Journal of Educational Psychology, Vol. 88, No. 1, 64-73.
46 Mayer et al., s 65 47 Pettersson, s 245
48 Mayer, Richard E. & Anderson, Richard B. (1991) Animations Need Narrations: An Experimental Test
of Dual-Coding Hypothesis, Journal of Educational Psychology, Vol. 83, No. 4, 484-490.
49 Mayer, Richard, E. (1989) Systematic Thinking Fostered by Illustrations in Scientific Text. Journal of
Educational Psychology, Vol. 81, No.2, 240-246.
50 Mayer, Richard, E. & Anderson, Richard, B. (1992) The Instructive Animation: Helping Students Build
Connections Between Words and Pictures in Multimedia Learning. Journal of Educational Psychology, Vol. 84, No. 4, 444-452.
51 Mayer & Gallini (1990) 52 Mayer et al.
53 Carlsson, Britta (1999) Ecological Understanding – A Space of Variation, Doktorsavhandling, Luleås
Det är ingen tvekan om att bilder hjälper till att förbättra inlärningen av texter. I en översiktsartikel från 1982 har Levie & Lentz54 granskat 55 undersökningar i vilka man har jämfört inlärning från illustrerad text med inlärning från enbart text. I 85 % av undersökningarna ledde bilder till signifikant bättre inlärning. De flesta undersökningarna rörde yngre barn på grundskolenivå, men de undersökningar som handlade om äldre elever visade på samma resultat. Även Pettersson 55 beskriver hur överlägsen den visuella informationen är jämfört med verbal information när det gäller att förstå informationen.
Det finns många förklaringar till varför inlärning underlättas av bilder. Levin & Mayer56 menar att informationen blir mer:
1. Fokuserad på det avsnitt som är viktigt.
2. Kompakt eftersom ”en bild säger mer än tusen ord”. 3. Konkret eftersom bilden kan visualisera vad texten säger.
4. Sammanhängande, följdriktig eftersom informationen struktureras på ett systematiskt sätt.
5. Begriplig om en text som är svårförstådd översätts med en enkel bild.
6. Tydlig genom att nya okända begrepp görs begripliga med bilder som illustrerar begrepp som redan är kända för läsaren.
7. Lätt att minnas eftersom bilderna blir koder för information/text som annars är svår att komma ihåg.
Det tar lång tid att överföra ett verbalt budskap, medan ett budskap kan förmedlas mycket snabbare med hjälp av en bild.57. Villkoret för att förstå bilder är att vi måste lära oss att tolka innehållet av dem. Pettersson58 beskriver hur hjärnan arbetar för att man ska kunna får information ur en symbolisk bild: För att hitta ett samband mellan symbolerna och vad de representerar i den lärandes kognitiva fack måste en aktivitet som innebär översättning och överföring ske. All information som vi tar till oss kodas
54 Levie, W.Howard. & Lentz, Richard (1982) Effects of Text Illustrations: a Review of Research.
Educational communication and technology: A Journal of Theory,Research and Development, Vol. 30, p 195.
55 Pettersson, s 245 56 Levin & Mayer 57 Pettersson, s 244 58 Pettersson, s 245
av hjärnan och här finns tidigare kunskaper representerade både verbalt och visuellt.59 Om vi kodar samma information med båda systemen och sedan bygger en mental länk mellan dem, integreras informationen och därigenom har vi genomfört en kognitiv process som ger ökad förståelse för den aktuella informationen.
Mayer60,61,62,63 har tillsammans med olika medarbetare i ett flertal undersökningar konstaterat att information lättare kan tas upp av en individ när text och bild presenteras samtidigt. En vetenskaplig teori som presenterades 1990 av Paivio och bekräftas av bl.a. Mayer & Anderson.64; bygger på att bryggor bildas mellan de visuella och de verbala representationerna i hjärnan, vilket förbättrar inlärningen. Mayer et al. 65 beskriver hur denna typ av inlärning kräver att man engagerar sig aktivt i fem kognitiva processer: man väljer ord, man väljer bilder, man organiserar orden, man organiserar bilderna och till slut integreras ord och bild genom att man bygger bryggor mellan de verbala och de visuella strukturerna. För att utesluta att den förbättrade inlärningen beror på att informationen helt enkelt upprepas, har man jämfört inlärning då en text repeterades två gånger med inlärning då en text presenterades tillsammans med en bild. Upprepning av texten förbättrade inlärningen, men text i kombination med bild var ännu effektivare.66 Bildminnet och möjligheten att processa bilder i den mänskliga hjärnan är mycket kraftfullt. Många har upplevt hur minnen kan väckas till liv när man tittar i ett gammalt fotoalbum. Det är konstaterat att människans förmåga att minnas genom bilder är överlägset vår förmåga att minnas genom ord.67
Mayer et al.68 har jämfört inlärning av vetenskapliga texter hos gymnasiestuderanden med och utan bilder. Man fann att långa texter utan bilder ledde till den sämsta inlärningen, medan kortare texter i kombination med bilder eller enbart en sekvens av
59 Hall, Vernon C. et al.(1997) Can Student-Generated Illustrations Be Worth Ten Thousand Words?,
Journal of Educational Psychology, Vol. 89, No. 4, 677-681.
60 Mayer & Anderson (1991)
61 Mayer et al (1996) When Less is More: Meaningful Learning From Visual and Verbal Summaries of
Science Textbook Lessons. Journal of Educational Psychology, Vol. 88, No. 1, 64-73
62 Mayer & Anderson (1992) 63 Levin & Mayer (1993)
64 Mayer Richard M. & Anderson Richard B. (1991) Animations Need Narrations: An Experimental Test
of Dual-Coding Hypothesis, Journal of Educational Psychology, vol 83, No. 4, s 484
65 Mayer et al., s 65 66 Levie& Lentz, s 222 67 Pettersson, s 249 68 Mayer et al., s 72
bilder med kort, förklarande text gav det bästa resultatet. Mayer och hans medarbetare tror att man minskar risken för en överbelastning av det kognitiva systemet genom att dra ner textmängden, vilket gör det möjligt för eleverna att fullfölja de kognitiva processerna.
Bilder påverkar alltså inlärningen av en text eftersom förståelsen av texten i sig blir större och den påverkar även möjligheten att återge innehållet i texten69. Det finns fler kognitiva funktioner hos bilder som handlar om hur de ger ökad förståelse på grund av information som inte texten kan ge. 70 En teckning på en råbandsknop, som visas i Figur 5, är ett exempel på hur en bild kan ge information mycket effektivare är om samma sak skulle beskrivas med ord.
Figur 5. Teckning av en råbandsknop.
När det är viktigt att läsaren vet exakt hur ett föremål ser ut är bilden överlägsen texten och kan ge information som ren text inte klarar av.71 Vårt visuella sinne är överlägset i detta avseende; som exempel kan nämnas att vi har förmågan att skilja på flera miljoner olika färger, hur skulle dessa skillnader kunna förmedlas med ord?
Man har konstaterat i flera undersökningar att bilder hjälper de som har svårt för att läsa mer än vad de hjälper vana läsare. En typ av läsare som kan ha svårt med språket är invandrare som inte har svenskan som modersmål. De kan enligt Levie & Lentz72 stödjas i sin läsning med hjälp av bilder.
Hur ska bilder se ut för att stimulera inlärning?
För att bilder ska vara effektiva ur inlärningssynpunkt är det naturligtvis viktigt att bilden faktiskt har med den aktuella texten att göra, vilket rent dekorativa bilder inte
69 Levie & Lentz, s 220 70 Levie& Lentz, s 223 71 Levie & Lentz, s 223 72 Levie & Lentz, s 224
har. Det är också viktigt att bilderna placeras i direkt anslutning till texten som den illustrerar, eftersom det är lättare att mentalt bygga samband mellan text och bild om båda kan hållas i minnet samtidigt.73
För att bilder i läromedel ska komma till användning anser Waern et al.74 dels att de måste ha någonting att säga och dessutom är det viktigt att de blir använda på ett aktivt sätt av elever och lärare. En kanadensisk undersökning visade att många lärare ansåg att den viktigaste funktionen för bilder i läroböcker var att öka uppmärksamheten hos eleverna och att skapa intresse för det aktuella avsnittet i boken. Under lektionerna gjorde lärarna få eller inga hänvisningar till bilderna.75
Enligt Levin & Mayer76 är det viktigt att definiera vad man egentligen vill att studenterna ska lära sig. När man vet vilket mål man har med undervisningen, vad man vill att eleverna ska förstå, är det lättare att välja lämpliga bilder. Texten bör analyseras för att ta reda på om bilder är nödvändiga. En konkret, enkel text kanske inte behöver någon illustration alls, medan komplexa, förklarande, vetenskapliga texter mycket väl kan vara lättare att ta till sig om de illustreras av lämpliga bilder. Ordrika beskrivningar av vetenskapliga system blir t ex lättare att förstå med en bild.
Det finns två sätt att öka intresset för vetenskapliga texter; genom att tillfoga bilder som väcker intresset rent emotionellt eller genom att använda bilder som ger ett kognitivt intresse. Harp & Mayer77 har konstaterat att bilder som stimulerar kognitiva intresset är överlägsna för studenter som ska lära sig vetenskapliga förklaringar. Figur 4 som beskriver hur en blixt bildas är ett bra exempel på en kognitiv bild.
Anledningen till att denna typ av bilder förbättrar inlärningen är att den vetenskapliga förklaringen blir intressantare när man förstår innebörden av den.78 Texten som helhet måste hänga ihop och ge mening åt läsaren så att han eller hon kan konstruera en sammanhängande struktur i vilken texten har en given plats så att den blir meningsfull i
73 Petterson, s 250
74 Waern, Yvonne, Pettersson, Rune & Svensson, Gary (2004) Bild och föreställning – om visuell retorik,
Studentlitteratur, Lund, s 179
75 ibid., s 178
76 Levin & Mayer, s 110 77 Harp & Mayer 78 Harp & Mayer, s 93
förhållande till andra delar texten. Det kognitiva intresset underlättar läsarens vilja att bygga en orsakskedja, genom att han eller hon får lättare att fokusera på relevanta delar (t ex steg i en process) Vidare får läsaren hjälp att bygga bryggor mellan de olika delarna av information samt att organisera informationen till användbara mentala modeller.79 Mayer och Gallini80 har genom sin forskning kommit fram till att bilder är speciellt användbara när studenten saknar erfarenhet av det texten behandlar.
En del forskning har bedrivits avseende formen hos bilder (fotografier, realistiska teckningar), men mycket lite forskning har gjorts om den faktiska bildkvaliteten.81 Enligt Waern et al 82 finns det inte någon väl utvecklad tradition för mätning av informationseffekter då text och bild samverkar. Ottino83 anser att det borde upprättas regler för vad som ska vara tillåtet när det gäller vetenskapliga bilder och menar att vid en granskning skulle det första villkoret vara att bilden inte motsäger vetenskapen. Ottino84 menar att det är viktigt att nivån på den information som finns i bilden är enhetlig. Om någonting i bilden ska beskriva något realistiskt, bör resten av bilden också vara realistisk. På samma sätt ska en bild som vill beskriva den mikroskopiska nivån enbart befinna sig på den nivån och inte på den makroskopiska. Om man blandar olika nivåer i samma bild kan läsaren bli förvirrad.
Bildens roll i vetenskapliga sammanhang har ökat de senaste 20 åren85 och färgbilder är en relativt ny företeelse. När det gäller medier levde vi i stor utsträckning i en svart-vit värld under 1900-talet och det var mycket sällsynt med färgbilder i skolböckerna.86. Pettersson87 menar att färger kan hjälpa till att organisera och kategorisera information till meningsfulla mönster. En människa med ett tränat öga kan skilja mellan på flera miljoner olika färger, de flesta vanliga människor kan skilja på 20 000 färger.88 Färger kan användas som koder i bilder, t ex för att skilja mellan olika objekt. De kan öka
79 Mayer (1989)
80 Mayer & Gallini (1990), s 725
81 Levin & Mayer (1993) “Understanding Illustrations in Text” I Learning from textbooks,edited by
Britton et al. s 106.
82 Waern et al., s 185
83 Ottino, Julio, M. (2003) Is a picture worth 1000 words? Nature, vol 421, 30 January ,.s 475 84 Ottino, s 475
85 a.a. 86 Waern et al. 87 a.a. 88 Tufte, s 81
uppmärksamheten, inlärningsmotivationen samt bidra till att vi minns bättre.89 Det är viktigt att antalet färgkoder i en bild begränsas; maximalt fyra eller fem olika färger bör användas samtidigt.
Begrepp
I den diskussion som pågått sedan antiken kan vi urskilja tre grundläggande positioner gällande vad begrepp egentligen är: 90
Inom begreppsrealismen anses begreppen vara abstrakta företeelser som existerar utanför och oberoende av rum och tid och är eviga och oföränderliga i vår tid företrädd av många matematiker och logiker.
Konceptualister menar att begrepp är mentala företeelser som upptäcks och konstrueras
av människor. Denna är det den vanligaste åsikten bland psykologer och lingvister. Inom nominalismen menar man att begrepp egentligen inte finns. Det enda som finns är språkliga uttryck och ting i världen som de språkliga uttrycken betecknar. I vår tid har nominalistiska åsikter förekommit bland lingvister, filosofer, logiker och psykologer som varit påverkade av den sk behaviorismen.
Enligt Nationalencyklopedin91 definieras en term respektive ett begrepp enligt följande:
”Term eller fackterm är ett ord eller uttryck med fastställd definition i en viss
terminologi.”
”Begrepp är 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. Med begreppet stad t.ex. avses således den innebörd vi lägger i uttrycket "stad", vilket måste skiljas från såväl ordet "stad" som de geografiska orter som betecknas som städer. Man talar ibland om begreppsomfång, varmed vanligen avses klassen av alla de objekt som faller under begreppet - omfånget hos begreppet stad utgörs således av klassen av alla städer. Med begreppsinnehåll avses i stället vanligen klassen av alla de kännetecken som skall tillkomma ett objekt för att det skall falla under begreppet.”
89 Pettersson, s 131
90 http://www.ling.gu.se/~jens/publications/docs051-075/053.pdf 91 www.ne.se
”En numera vanligare uppfattning identifierar begrepp med egenskaper; begreppet stad identifieras t.ex. med egenskapen att vara stad eller, med andra ord, med meningen hos ordet "stad". Åsikterna går isär i fråga om i vilken utsträckning begrepp eller egenskaper har en fristående existens. Tanken att begrepp har en realitet helt oberoende av om någon människa har uppfattat begreppet eller givit det ett namn kallas begreppsrealism. Alltsedan Sokrates har begreppsanalys, dvs. klarläggandet av olika begrepps innehåll, varit en viktig filosofisk uppgift - under vissa skeden av den analytiska filosofin har detta t.o.m. ansetts vara filosofins enda legitima uppgift eller åtminstone dess huvuduppgift.”
Hartman menar att begrepp är en slags föreställningar, och att det är begreppen som sätter gränser för vår föreställningsförmåga. Han ger ett exempel92:
”En triangel kan inte ha fyra sidor. Varför inte? Därför att vi inte kan föreställa oss en triangel med fyra sidor. Varför kan vi inte det? Därför att det ligger i vårt begrepp om (föreställning om) en triangel att den har tre, inte fyra sidor.”
Säljö & Wyndhamn93 menar att ett konkret problem i många undersökningar av begreppsförståelse är att man inte gör någon skillnad mellan en term och ett begrepp. Många termer förekommer både inom naturvetenskapen och i det vardagliga språket, men har olika betydelser, som exempel kan nämnas termen ”arbete”. Därför kan termer ha olika begreppslig innebörd beroende på i vilket system de ingår.
I de flesta undersökningar som gjorts av hur elever formar olika begrepp används intervjun som metod. Resultaten av dessa undersökningar ger enligt Schoultz94 ingen uppmuntrande bild av människans förståelse av naturvetenskap. En svårighet är att ta till sig de naturvetenskapliga begreppen, en annan svårighet ligger i att generalisera kunskaperna till nya situationer. Det finns undersökningar som visar att elever i liten omfattning har varaktig begreppslig förståelse av de naturvetenskapliga ämnena.95 En undersökning visade t ex att inom fysikämnet infördes ett nytt fysikord var femte minut. Inte nog med att det introduceras många nya begrepp, abstraktionsgraden är också betydande, vilket inte underlättar för eleverna.
92 Hartman, Jan (2004) Vetenskapligt tänkande – från kunskapsteori till metodteori, Studentlitteratur,
Lund, s 27.
93 Säljö & Wyndhamn, s 29
94 Schoultz, Jan (2002) ”Att utvärdera begreppsförståelse” I Kommunicera naturvetenskap i skolan, Helge
Strömdahl ed., s 43
Jag har valt två viktiga begrepp; ”lösningar” och ”syror” som introduceras redan i kemi A, men som utvecklas under kursen i kemi B.
Lösningar
Två eller flera ämnen kan fysikaliskt blandas till en homogen eller heterogen blandning. Oftast är det vatten vi använder som lösningsmedel när vi bereder olika lösningar. Det är viktigt att förstå de grundläggande begreppen inom detta område av kemin, inte minst eftersom det krävs för att förstå de fortsatta studierna. För att kunna förstå olika typer av kemisk bindning, som kursplanen anger att eleverna ska göra, måste man kunna förstå hur ett salt ser ut på mikroskopisk nivå. Många kemiska föreningar som har betydelse inom olika verksamhetsområden i samhället och inte minst i människokroppen förekommer i lösningar. Det är mycket viktigt för de fortsatta kemistudierna, t ex inom biokemin, att förstå skillnaden mellan polära och opolära ämnen, samt att förstå olika typer av bindningar och vilken betydelse de har.
De flesta vet att vanligt salt, liksom socker löser sig i vatten. Jag tror att för en god begreppsförståelse måste man få en bild av vad som händer på partikelnivå när t ex saltet löser sig. För att på ett vetenskapligt sätt begripa vad som händer måste man förstå vilka krafter som verkar mellan vattnet, som ju är en dipol och jonerna i saltkristallerna.
Upplösning av ett salt kan betraktas som en växelverkan mellan partiklar i rörelse. 96,97 När natriumklorid löses i vatten lyfts natriumjoner och kloridjoner ut bland vattenmolekylerna genom att den positiva natriumjonen binds till den negativa änden av vattenmolekylerna och den negativa kloridjonen binds till den positiva änden av andra vattenmolekyler med jon-dipolbindningar. Attraktionen mellan jonerna och vattenmolekylerna blir så stor att jonerna lossnar och dras ut i vattnet. Kristallen av natrium- och kloridjoner faller sönder efter hand. Det bildas hydratiserade joner som, genom att partiklarna kolliderar med varandra så småningom sprids ut jämnt bland vattenmolekylerna.
För hög begreppsförståelse när det gäller lösningar ska det t ex framgå att eleverna vet:
96 http://na-serv.did.gu.se/nordlab/ 97 Andersson et al. s 182
1. Att vattenmolekylerna är dipoler, vilket möjliggör upplösningen av saltet. 2. Att vattenmolekylernas negativa ände attraheras av natriumjonerna och deras
positiva ände av kloridjonerna.
3. Att jonerna omges av vattenmolekyler, s.k. hydratiserade joner.
4. Att attraktionen mellan vatten och joner är större än mellan jonerna, vilket driver processen.
5. Att partiklarna hela tiden är i rörelse och att en förhöjd temperatur ökar rörelsen, vilket ger snabbare upplösning.
Kända svårigheter med begreppet
Projektgruppen från Nordlab menar att det finns relativt få undersökningar av hur elever förklarar vad som händer vid olika lösningsprocesser. Det verkar emellertid som om det är relativt få svar som tyder på att eleverna har fått en integrerad vetenskaplig förståelse för fenomenet.98
I en spansk undersökning fick elever i 11-14 års ålder svara på öppna frågor som handlade om att lösa upp ett ämne i ett annat. Resultatet visade att ca 80 % av eleverna ansåg att man måste göra något för att ämnet ska lösa sig; blanda, skaka om, upphetta etc. Ämnet som löses upp kunde därmed smälta, brytas upp, försvinna eller lösas upp, enligt eleverna.99
När eleverna blir äldre förändras deras föreställningar och det kommer fler svar som har att göra med växelverkan mellan ämnena. Ungefär en tredjedel av de äldre eleverna antyder att växelverkan är av kemisk natur och att det bara blir ett ämne kvar med bådas egenskaper eller också ett helt nytt ämne. Elevernas uppfattningar om lösningar emanerar till stor del från vardagliga sammanhang, t ex socker i kaffe eller salt i vatten. Terminologin som eleverna använder refererar till vardagslivet och få naturvetenskapliga uttryckssätt används.
98 http://na-serv.did.gu.se/nordlab/ 99 ibid.
I en svensk studie bland elever i årskurs 8 samt på gymnasiet fick elever svara på varför de trodde att en sockerbit inte kunde observeras i ett glas med varmt vatten efter 5 minuter, medan det i kallt vatten tog 20 minuter.100 Några exempel på elevernas svar är ”socker har lösts upp i vattnet och reagerat med H och O2 molekyler”
”socker smälter i vatten därför att det ”löses upp” av vattnet, dvs. det försvinner bara.” En kanadensisk undersökning gjordes med delvis liknande frågor som i den svenska undersökningen. En kategori av eleverna svarade att ”sockret har smält” eller ”sockret har omvandlats till vätska”. En annan kategori föreställde sig att ”sockret och vattnet har kombinerats och blivit ett” eller ”sockret har reagerat med vattnet och förenats med det”.
Typiskt för samtliga undersökningar är att de makroskopiska egenskaperna överförs till att även gälla den atomära nivån och att vardagsspråket dominerar elevers förklaringar. Enligt Andersson101 finns det många undersökningsresultat som pekar på att kemi inte är så lätt för eleverna. Han menar att undervisningen utspelar sig på två plan; ett observerat makroskopiskt och ett tänkt atomärt. Eleverna måste genom det de observerar på det makroskopiska planet föreställa sig vad som händer på det atomära planet, vilket kan vara problematiskt.
När det gäller elevers begrepp om atomer och molekyler har man i flera undersökningar kommit fram till att det är naturligt att eleverna tänker sig materian som kontinuerlig102. Eleverna kan enligt dessa undersökningar inte föreställa sig att partiklar förekommer. I stället ser de materian, t ex ett salt som något vitt som är delbart hur mycket som helst ända tills det försvinner103. Eleverna projicerar makroskopiska egenskaper på atomer och molekyler; t ex kan de säga att om svavel är gul så är svavelatomer också gula104.
100 ibid.
101 Andersson Björn (2001) Elevers tänkande och skolans naturvetenskap, s 204 102 Andersson Björn (2001) Elevers tänkande och skolans naturvetenskap, s 201 103 Andersson Björn (1989) Grundskolans naturvetenskap, kap 3
Figur 6. Exempel på hur en dålig illustration av en vattenlösning kan se ut i dagens läroböcker.
Det finns olika uppfattning av ett sådant system som skisserats i figur 6; i några fall tror eleverna att det kontinuerliga mediet består av ämnet i fråga, t ex vatten, medan partiklarna består av något annat. Andra elever tror att partiklarna består av ämnet, medan det omgivande mediet består av något annat, t ex luft105. Andersson106 menar att elevernas tänkande beror på en konflikt mellan vardagligt och naturvetenskapligt tänkande, de har fått lära sig i skolan om molekyler och atomer men vill (eller kan?) ändå inte överge sitt vardagstänkande. De försöker förstå skolans undervisning med hjälp av sina vardagsbegrepp. Elevernas naturvetenskapliga tänkande försvåras av att det tyvärr finns bilder liknande den i figur 6 i deras läroböcker. I bilden svävar vattenmolekyler omkring i vatten, vilket är en blandning av makroskopiskt och atomärt i samma bild, vilket strider mot de krav man kan ställa på en vetenskaplig bild när det gäller enhetlighet.107 Detta är enligt Andersson108 vanligt förekommande och elever som fattar denna typ av illustration bokstavligt kan tolka den fel.
Syror
Begreppen syra och bas förekommer i många olika sammanhang; till exempel när vi lär oss att förstå människokroppen, när vi studerar vår miljö och hur den kan drabbas av förstöring samt när vi pratar om hantering av farliga ämnen inom industrin och i
105 a.a., s 202 106 ibid. 107 Ottino
hemmet. Detta motiverar att vi skaffar oss kunskap kring syror, baser och begrepp som associeras med dessa.
Molekyler eller joner som kan avge protoner kallas syror, de är protongivare109. När väteklorid, som är en gas, löses i vatten avger praktisk taget varenda vätekloridmolekyl sin proton till vattnet. Lösningen som kallas saltsyra innehåller- förutom vattenmolekyler – nästan enbart oxoniumjoner H3O+ och kloridjoner. Saltsyra är ett exempel på en stark syra.
HCl(g) + H20 → H3O+ + Cl-
I en ättiksyralösning, som är en svag syra, är det bara en liten del av molekylerna som avger sin proton (1%), varför koncentrationen av H3O+-joner (oxonium-joner) blir mycket lägre. Det är H3O+-koncentrationen i en lösning som bestämmer lösningens pH och ju högre koncentrationen är av oxonium-joner desto lägre blir pH och desto surare blir lösningen.
För hög begreppsförståelse när det gäller syror ska det framgå att eleverna förstår: 1. Att syrorna avger protoner, att de protolyseras
2. Att vattnet tar upp en proton och att det bildas H3O+-joner. 3. Att det bildas joner i lösningen.
4. Att de starka syrorna är helt protolyserade i i motsats till de svaga syrorna. 5. Att det är H3O+-koncentrationen som avgör vilket pH lösningen får
Kända svårigheter med begreppet
Östman beskriver svårigheterna att lära ut förståelse för de basala begreppen ”surt” och ”basiskt”. Som exempel kan nämnas att hans elever på det avslutande provet visade att de inte hade förstått begreppet ”basiskt”, då de skrev att motsatsen till ”surt” var sött, salt eller beskt110.
Liksom när det gäller begreppet ”lösning” kan det vara svårt för eleverna att tänka sig hur joner och atomer i ett system samverkar utifrån t ex en reaktionsformel eftersom
109 Andersson et al , s 105
undervisningen utspelar sig på två plan, ett observerat makroskopiskt och ett tänkt atomärt111. Jag tror att illustrationer underlättar förståelsen av vad det egentligen är som händer, att bilder med illustrationer som beskriver hur olika partiklar förhåller sig till varandra och hur de är bundna.
Frågeställningar
Jag vill ta reda på om bilderna kan stödja elever när de ska ta fram kunskap som de lärt sig om olika begrepp. Genom att ställa olika frågor ska det framgå vad jag är ute efter eftersom jag vill ha möjlighet att värdera deras begreppsförståelse. Min primära frågeställning är:
Vilken betydelse har bilderna när eleverna ska formulera några olika begrepp?
Förutom bildens betydelse vid begreppsformulering är jag intresserad av elevers inställning till bilder i kemiundervisningen:
Vad tycker elever på gymnasienivå om bilder i undervisningen?
Finns det bilder som elever tycker är speciellt bra och hur ser sådana bilder i så fall ut?
Metod – urval - genomförande
Urvalet var ett tillfällighetsurval112, dvs. klasser som fanns tillgängliga användes i undersökningen. Två klasser vid St Petri skola och två klasser från Komvux, Kronborg har deltagit i undersökningen (sammanlagt 90 elever). Eftersom detta är två olika typer av skolor; en vanlig gymnasieskola och en vuxenutbildning kan man förvänta sig att det finns skillnader bland eleverna som deltar i undersökningen, vilket är positivt om man strävar efter att få variation i svarsmaterialet. Från vardera skolan har en klass som läser kemi A och en klass som läser kemi B valts ut. Eftersom man på Komvux läser in kurserna på en termin medan kursen på St Petri skolan spänner över en längre tidsperiod, hade grupperna på de olika skolorna inte kommit lika långt vid undersökningstillfället. Eleverna vid Petri skola har valt ”science” som inriktning113 vilket innebär att man fördjupar sig inom det naturvetenskapliga området och därför kan man förvänta sig att de är speciellt intresserade av dessa ämnen.
111 Andersson, Björn (2001), s 204 112 Hartman, s 243
Det ligger naturligtvis en svårighet i att ta reda på hur mycket en elev vet om ett visst begrepp. Man måste också definiera vad det innebär att kunna eller förstå. Är det fråga om att minnas och återge något man har lärt sig? Ska man kunna förklara något? Ska man kanske använda sina kunskaper för att lösa nya problem? Det finns olika nivåer när det gäller lärandet och i denna undersökning är jag inte bara ute efter att eleverna ska återge något de har lärt sig utantill, utan för att kunna svara på frågorna måste de ha en djupare förståelse för begreppen. Hartman menar att man inte kan ställa frågan ”Vet han eller hon verkligen detta?” utan att första ha rett ut vad det innebär att veta.114 De begrepp som jag har valt är relativt komplicerade eftersom en förståelse av varje begrepp innebär att man måste ha kunskap om flera delar som tillsammans beskriver begreppet. Ett sätt att angripa detta är enligt Hartman115 att bryta ner ett komplicerat kunskapsbegrepp i mindre delar som var och en för sig är lätta att analysera. Detta har jag utnyttjat i enkätundersökningens första del, som handlar om begreppsförståelse. Jag har själv analyserat varje begrepp, för att kunna klargöra vad det är för beståndsdelar av begreppet som man ska kunna för att sägas ha en god begreppsförståelse. Jag har definierat fem punkter för varje begrepp, vilka beskrivs under avsnittet ”begrepp”, och för att ha en mycket god begreppsförståelse ska samtliga fem punkter ha besvarats. För att eleverna ska förstå på vilken nivå jag vill att de ska beskriva begreppet och vilka delar av begreppet jag är intresserad av har jag ställt flera frågor (se bilaga). Utifrån dessa fem punkter har de fått 0-5 poäng beroende på svar. I bilaga finns exempel på elevsvar som för varje begrepp gav 1, 3 respektive 5 poäng.
Min huvudfråga i denna undersökning är om bilden kan hjälpa eleverna att formulera de begrepp som jag frågar dem om. Ett sätt att angripa denna fråga är naturligtvis att ge eleverna en bild som beskriver begreppet för att ta reda på om de lättare besvarar frågorna. Bilderna distribueras inte i samband med undervisningen och därför blir de som ett stöd för eleverna när de ska redogöra för begreppen som de tidigare har lärt sig. Jag valde att göra en enkät och anledningen till det var att jag ville nå ut till så pass många att jag kvantitativt skulle kunna ta reda på om det verkligen fanns någon skillnad mellan att besvara en fråga med eller utan bild.116 När det gällde frågorna kring bilder
114 Hartman, s 22 115 Hartman, s 25
och vad eleverna har för synpunkter om dessa som ju kräver en mer kvalitativ ansats skulle intervjuer naturligtvis vara lämpliga, men jag bedömde att det var bättre att ha dessa frågor i direkt anslutning till begreppsfrågorna, eftersom de då var aktuella. Vardera av de fyra grupperna delades slumpmässigt in i två grupper. Detta förfarande gjordes så att de två grupperna inte skulle kunna titta på varandras enkäter eftersom de skiljde sig åt. Samtliga elever fick besvara två frågor om de olika begreppen ”lösningar” och ”syror” som skulle visa om de hade förstått begreppen. Den ena gruppen har fått redogöra för det första begreppet utan stöd av bilder och det andra begreppet med stöd av bilder. Den andra gruppen har fått redogöra för begrepp 1 med stöd av bilder och begrepp 2 utan stöd av bilder. Ordningsföljden var emellertid anpassad så att varje elev först besvarade en fråga utan bild och därefter en fråga med bild (se bilaga ).
Svaren granskades efter den första enkätundersökningen för att få reda på om jag hade fått de svar jag förväntade. Jag bedömde att frågorna hade ställts på rätt sätt och den ursprungliga enkäten behölls därför.
Bilder som illustrerar begreppen
I figur 7 visas de bilder som i undersökningen illustrerar begreppet ”lösningar” och i figur 8 visas de som användes för att illustrera begreppet ”syror”. Bilderna har gjorts i Microsoft Power Point, 2002.
Begreppet ”lösningar” illustreras med en sekvens av bilder, som har visats vara speciellt effektiva vid inlärning117. De fyra bilderna visar vad som händer när koksalt löses upp i vatten. För att undvika en blandning av makroskopiskt och atomärt i samma bild har jag gjort bilder där jag undvikit vattenytan. Man befinner sig alltså på en bestämd nivå - den mikroskopiska - i bilden vilket gör den tydligare och mer konsekvent. Detta stämmer med Ottinos118 tankegångar när han menar att det är viktigt att nivån på den information som finns i bilden är enhetlig. För att ytterligare förstärka skillnaden mellan de olika partiklarna har jag gjort bilden i färg. Tanken med det är att det ska vara lättare att hitta meningsfulla mönster119. Antalet färger är dock begränsat till tre för att inte
117 Mayer et al 118 Ottino, s 475 119 a.a.
1)
2)
3)
4)
Figur 7. Illustration till begreppet ”lösningar” som med en sekvens (1-4) visar vad som händer på det mikroskopiska planet då natriumklorid löses upp i vatten.
natriumjon
kloridjon
vattenmolekyl
bilden ska bli svår att tolka.120 Proportionerna mellan molekylernas och jonernas storlek har jag också försökt göra någorlunda riktig.
Figur 8 är gjord på motsvarande sätt. Den ena bilden visar en stark syra, och den andra visar en svag syra. Liksom i figur 7 befinner man sig på samma nivå eftersom bilderna illustrerar hur det ser ut på det mikroskopiska planet. Bilden ger en möjlighet att jämföra rent visuellt vad skillnaden är mellan en stark och en svag syra. Antalet färger är också här begränsat till tre.
HAc
vattenmolekyl HAc
vattenmolekyl
Figur 8. Illustration till frågorna om ”syror” som visar skillnaden mellan en stark och en svag syra.
120 Pettersson, s 131
kloridjon vätejon vattenmolekyl
Bearbetning av data
Flera frågor har ställts för varje begrepp, så att det noga framgått vad man var ute efter (se enkätformulär i bilaga). En textanalys har gjorts av svaren121 som sedan har kategoriserats för att begreppsförståelsen skulle kunna värderas. För varje punkt som eleven visat att han eller hon har förstått, har eleven fått en poäng, varför varje elevs svar värderats på en skala mellan 0-5 beroende på begreppsförståelse. Fem poäng motsvarar en mycket hög begreppsförståelse, medan noll poäng motsvarar en mycket liten begreppsförståelse. Data ordnades i olika kategorier, så att jämförelser skulle kunna göras mellan skola (gymnasieskola eller Komvuxskola), begrepp (syror respektive lösningar), kurs (kemi A respektive kemi B) samt utan/med bild (om frågan besvarats utan eller med bild).
Eleverna fick besvara en tredje fråga som handlade om bilder; t ex fick de svara på om bilden hjälpte till att komma ihåg begreppet. De fick också frågor av mer allmän art rörande bilder i kemiundervisningen; om det finns det bilder som är speciellt bra och varför de i så fall är bra (se frågeformulär i bilaga).
Statistisk bearbetning
Alla data har bearbetats med Microsoft Excel 2002. Medelvärde (m) och standardavvikelse (s.d.) har beräknats för de olika värden på begreppsförståelsen som tagits fram för olika grupper. En statistisk analys (t-test) har gjorts för att ta reda på om begreppsförståelsen med skiljde sig åt. Det värde på sannolikheten, p, som beräknats talar om huruvida två medelvärden är signifikant skilda på någon av tre signifikansnivåer; p<0.001 ***, 0.001>p<0.01 ** och p<0,05 *
Jämförelser har gjorts mellan skolor, mellan de elever som läser kemi A resp. kemi B, mellan de olika begreppen samt mellan de enkätsvar som gjorts utan respektive med bild.
Resultat
Begreppsförståelse
Enkäten var utformad så att eleverna skulle kunna få värden på begreppsförståelsen som varierade mellan 0 – 5. Det är intressant att studera hur de värden som eleverna faktiskt fick fördelades. I figur 9 visas fördelningen av elevernas begreppsförståelse, dvs antal
Fördelning av poäng i enkätundersökning
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 2 3 4 5 A n ta l e le v e r
Figur 9. Fördelning av poäng i enkätundersökning. Staplarna visar hur många elevsvar som fick 0, 1, 2, 3, 4 resp. 5 poäng i begreppsförståelse (n=180., medelvärde= 2,2 )
elever som har fått 0, 1, 2, 3, 4, respektive 5 poäng. Diagrammet visar att värdena är ungefär normalfördelade kring medelvärdet 2,2 varför frågorna kan anses vara valda på ett lämpligt sett. Om svårighetsgraden hade varit för låg kan man förvänta sig att de flesta eleverna hade fått höga poäng och tvärtom om svårighetsgraden varit hög skulle få elever fått höga poäng. Jag drar därför slutsatsen att frågorna och svårighetsgraden var väl valda. Samtliga data finns redovisade i bilaga.
I tabell 1 visas resultat som sammanfattar hela undersökningen. Tabellen redovisar medelvärden och standardavvikelse för grupperna kurs, skola, begrepp och utan/med bild samt anger om det finns några signifikanta skillnader mellan grupperna.
Tabell 1. Medelvärden (m) och standardavvikelse (s.d.) för grupperna kurs, skola, begrepp och utan/med bild. Resultat från t-test mellan grupperna.
Faktor Begreppsförståelse m±s.d Signifikant skillnad? Kurs A (n=84) B (n=96) 1,5±1,5 2,9±1,5 *** Skola Komvux (n=64) Petri(n=116) 2,2±1,2 2,2±1,6 n.s. Begrepp Lösningar(n=90) Syror(n=90) 1,9±1,6 2,6±1,6 ** Bild Utan bild(n=90) Med bild(n=90) 1,8±1,7 2,6±1,3 ***
Det framgår av tabellen att begreppsförståelsen är signifikant (***) högre hos eleverna i kurs B (2,9) jämfört med eleverna i kurs A (1,5). Detta var väntat eftersom de senare eleverna har kommit betydligt längre i sina kemistudier och även om begreppen introduceras redan i kemi A så har eleverna i kemi B haft mer tid att träna på dem. Eleverna på Petri-skolan som läste kemi A hade dessutom inte hunnit gå genom avsnittet ”syror” ännu.
Vid en jämförelse mellan skolorna framgår det att begreppsförståelsen hos eleverna på Komvux och St Petri skola inte skiljer sig åt, utan de kunde i genomsnitt beskriva de två olika begreppen lika väl.
Begreppet ”lösningar” var svårare att reda ut jämfört med begreppet ”syror” (**). Medelvärdet på begreppsförståelsen för det förra begreppet var i 1,9 medan eleverna i medelvärde fick 2,9 poäng för det senare begreppet.
Slutligen framgår det av tabell 1 att när eleverna fick ha en bild tillgänglig när de skulle förklara begreppen fick de signifikant högre (***) poäng (2,6) jämfört när de gjorde uppgiften utan bild (1,8).
För att studera mer i detalj hur resultatet från enkätundersökningen såg ut, har varje kurs på respektive skola studerats för sig.
I figur 10-11 visas resultatet från undersökningarna på St Petri skola. Staplarnas höjd anger medelpoäng för gruppen av elever. Figur 10 visar att begreppsförståelsen är relativt låg för båda begreppen i kemi A, men att eleverna i samtliga fall fick högre poäng, d v s kunde beskriva det aktuella begreppet bättre då bilder fanns tillgängliga. Eleverna blev speciellt hjälpta av bilderna när de skulle beskriva begreppet ”syror”. De hade inte hunnit gå genom detta avsnitt ännu och därför bygger deras kunskaper på vad de har lärt sig på högstadiet vilket visar sig i den låga begreppsförståelse (<1) de fick när de skulle beskriva begreppet utan bild. Det var flera av eleverna som uttryckte att de hade ”resonerat sig fram” när de fick bilder till hjälp och därför ökade begreppsförståelsen.
Petriskolan, Kemi A
0 1 2 3 4 5 lösningar syror begreppPoäng utan bild
med bild
Figur 10. Resultat från enkätundersökning på St Petri skola, kemi A. Antalet elever i varje grupp var 15 st. Elevernas resultat var signifikant högre (***) för begreppet syror då frågan ställdes med bild, jämfört med resultatet då ingen bild användes.
Eleverna i kemi B kunde beskriva de båda begreppen betydligt utförligare, vilket illustreras i figur 11. Begreppet ”syror” var enklast för dem att förklara; här har eleverna fått ungefär 4 poäng, vilket motsvarar en ganska hög begreppsförståelse. Skillnaden utan/med bild är inte så stor för detta begrepp. Eleverna hade lite svårare att beskriva begreppet ”lösningar”; utan bild fick eleverna i medeltal bara ca 1,5 poäng, vilket motsvarar en ganska liten begreppsförståelse. För detta begrepp som de inte behärskade så väl, hade bilden en signifikant inverkan på begreppsförståelsen.
Petriskolan, Kemi B
0 1 2 3 4 5 lösningar syror begreppPoäng utan bild
med bild
Figur 11. Resultat från enkätundersökning på St Petri skola, kemi B. Antalet elever i varje grupp var 13 resp. 15 st. Elevernas resultat var signifikant högre (*) för begreppet lösningar då frågan ställdes med bild, jämfört med resultatet då ingen bild användes.
I figur 12 visas resultatet från eleverna i kemi A på Komvux. Begreppsförståelsen var relativt låg (1-2) för båda begreppen; bilderna hjälpte eleverna att förklara dem något bättre, men inga signifikanta skillnader kunde noteras. Det kan dock noteras att endast tolv elever deltog i undersökningen.
Komvux, Kemi A
0 1 2 3 4 5 lösningar syror begreppPoäng utan bild
med bild
Figur 12. Resultat från enkätundersökning på Komvux, Kronborg. Antalet elever i varje grupp var 6 st. Inga signifikanta skillnader kunde noteras mellan grupperna.
I kemi B-kursen kunde de elever som fick använda bild beskriva båda begreppen signifikant bättre än de som inte hade bild, vilket illustreras i figur 13. Den skillnad som kunde noteras mellan begreppen på Petri skola finns inte här; eleverna beskriver både ”lösningar” och ”syror” ungefär lika väl.
Komvux, Kemi B
0 1 2 3 4 5 lösningar syror begreppPoäng utan bild
med bild
Figur 13. Resultat från enkätundersökning på Komvux, Kronborg. Antalet elever i varje grupp var 10 st. Begreppsförståelsen var signifikant högre (*) med bild än utan bild.
