Laborationen och dess betydelse för förståelsen : Ett exempel från kemiundervisningen i gymnasieskolan

(1)

Akademin för hållbar samhälls- och teknikutveckling

Laborationen och dess betydelse för

förståelsen

Ett exempel från kemiundervisningen i gymnasieskolan

Heidi Larsson och Sandra Nyström

Examensarbete i lärarutbildningen

Handledare: Tor Nilsson

(2)

Akademin för hållbar samhälls- och teknikutveckling

Examensarbete

15 högskolepoäng

SAMMANFATTNING

Heidi Larsson och Sandra Nyström

Laborationen och dess betydelse för förståelsen

Ett exempel från kemiundervisningen i gymnasieskolan

2009

Antal sidor: 34

Syftet med studien har varit att undersöka om laborativt arbete ökar elevernas förståelse för syror och baser jämfört med endast teoretiskt arbete. En kvalitativ analysmetod användes där tester bestående av frågor samt ljudinspelningar med lärare och elever låg till grund. Resultatet visade på divergerande svar. Laborationen ökade endast i enstaka fall förståelsen hos eleverna. Slutsatsen av denna studie är att det är viktigt som lärare, att efter laborationer, koppla samman det praktiska med det teoretiska arbetet. Läraren måste också vägleda och handleda eleverna med hjälp av relevanta, reflekterande, utmanande och motiverande frågor för att främja förståelsen under laborationer.

______________________________________________

Nyckelord: Förståelse, laborationer, syror och baser

(3)

Förord

Detta arbete har bidragit till att vi fått många nya insikter om hur lärare bör arbeta i sin undervisning för att åstadkomma ett meningsfullt lärande. Vi har lärt oss mycket som vi kommer ta med oss i vårt kommande yrkesliv.

Det är några personer som på olika sätt ha hjälpt oss i vårt arbete och dessa vill vi tacka i detta förord.

Vi vill tacka vår handledare Tor Nilsson, Mälardalens högskola, som genom givande samtal har hjälpt och stöttat oss otroligt mycket i denna arbetsprocess.

Vi vill också tacka de två, för detta arbete ingående klasserna, samt den undervisande läraren för att de utfört testerna och deltagit vid ljudinspelningarna.

Slutligen vill vi tacka Andreas Lindahl, Jens Nyström och Lotta Kalliomäki för responsen på texten i detta arbete.

Eskilstuna, december 2009

(4)

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 1 1.1 Syfte ... 1 1.2 Frågeställning ... 1 1.3 Disposition ... 2 2 Teoretisk bakgrund ... 2

2.1 Lärande och kunnande ... 2

2.2 Vad är förståelse? ... 4

2.3 Varför förståelse? ... 5

2.4 Denna studies tolkning av förståelse ... 6

2.5 Laborationer och praktisk verksamhet ... 7

2.6 Syror och baser ... 9

3 Metodologi ... 10

3.1 Urval ... 10

3.2 Kvalitativ undersökning och studiens design ... 11

3.3 Etiska ställningstaganden ... 11

3.4 Generering ... 12

3.5 Reliabilitet, validitet och generaliserbarhet ... 14

3.6 Analys av material ... 15 4 Resultat ...15 4.1 Testresultat ... 15 4.1.1 Fråga 1 ... 15 4.1.2 Fråga 2 ... 17 4.1.3 Fråga 3 ... 20 4.1.4 Fråga 4 ... 22 4.2 Ljudinspelning ... 24

4.2.1 Inspelad lärare från teorilektionerna ... 24

4.2.2 Inspelade elever från laborationerna ... 26

5 Diskussion ... 26

5.1 Resultatdiskussion ... 26

5.1.1 Fråga 1 ... 26

5.1.2 Fråga 2 ... 27

(5)

5.1.4 Fråga 4 ... 28

5.2 Slutreflektion ... 29

5.3 Metoddiskussion ... 31

6 Implikationer för undervisning ... 31

7 Implikationer för vidare forskning ... 32

(6)

1 Inledning

Läroplanen för de frivilliga skolformerna (Lpf 94) är en bestämmelse som är utarbetad av regeringen och som ska följas av alla gymnasieskolor. I läroplanen beskrivs skolans värdegrund, uppdrag, mål och riktlinjer. Synen på lärande, utveckling och kunskap tydliggörs också i läroplanen. Kunskap uttrycks i fyra olika former där förståelse är en av dem: ”Kunskap är inget entydigt begrepp. Kunskap kommer till uttryck i olika former – såsom fakta, förståelse, färdighet och förtrogenhet – som förutsätter och samspelar med varandra.” (s. 6).

Blythe (1998) anser att många lärare inte lägger så stor vikt vid förståelsen i undervisningen utan hellre prioriterar andra faktorer som de anser är viktiga för eleverna, som till exempel att öka självkänslan. Författaren tycker att detta är fel och menar att förståelsen bör vara det centrala i undervisningen och det som bör få mest utrymme. Utan förståelse kommer eleverna bara ta till sig faktakunskaper som senare glöms bort och de kommer heller inte att kunna sätta vad de lär sig i skolan i relation till världen utanför, vilket leder till ointresse för skolan och dess innehåll.

I svenska gymnasieskolors naturvetenskapliga undervisning utgör laborationer en stor del av den annars så teoretiska undervisningen, då föreläsningar ofta dominerar. Skolverket beskriver målen för det naturvetenskapliga programmet och där står det bland annat att ett laborativt arbetssätt utvecklar förhållningssättet till naturvetenskapen. Både Harlen (1996) samt Psillos och Niedderer (2002) anser att naturvetenskaplig undervisning ökar elevens förståelse för världen omkring den. Då laborationer är en stor del av undervisningen och då förståelse är en form av kunskap som bör vara prioriterad i undervisningen, har detta intresserat oss att undersöka detta närmare. Om förståelse är ett så centralt begrepp, främjar då laborationer denna kunskapsform?

1.1 Syfte

Eftersom förståelse är en form av kunskap som eleverna bör utveckla och eftersom laborationer tidsmässigt är en stor del av kemiundervisningen på gymnasiet så är syftet med denna studie därför att undersöka om laborativt arbete ökar elevernas förståelse för ämnesteorin jämfört med endast teoretiskt arbete.

1.2 Frågeställning

Ökar elevernas förståelse för syror och baser genom att, efter teoretiskt arbete, få använda sig av laborativt arbete?

(7)

1.3 Disposition

I den teoretiska bakgrunden beskrivs tidigare forskning som ligger till grund för studien samt utformandet av testet. Här finns forskning om vad lärande och förståelse är samt laborationers och den praktiska verksamhetens betydelse för naturvetenskaplig undervisning. Vetenskapliga fakta om syror och baser (som är det moment som berörs i de aktuella klasserna) och hur detta behandlas på gymnasiet där denna studie utförs, beskrivs också i den teoretiska bakgrunden. I metodologidelen beskrivs hur testet har konstruerats, hur undersökningen har genomförts samt hur materialet analyserats. Därefter redovisas resultaten och slutligen diskuteras studien i sin helhet.

2 Teoretisk bakgrund

2.1 Lärande och kunnande

Vid tankearbeten tvingas en liten elektronisk gnista (kalium och natrium) med en hastighet av 800 km i timmen över och bildar en föreningen mellan celler – det bildas minnesspår i form av en brygga (ett kemiskt spår) mellan dendriter och celler. Det är då som kunskaper produceras och lagras i hjärnan (Sund, 2002, s. 108).

Andersson (2001) diskuterar Jean Piagets konstruktivistiska och Lev Vygotskijs socialkonstruktivistiska syn på lärande och kunnande som två perspektiv som bygger på varandra. Piagets perspektiv uppmärksammades under 1970-talet och har haft stort inflytande på naturvetenskaplig undervisning i skolan. Piagets beskrivning av kunnande och lärande är biologiskt grundad och kallas för konstruktivistisk. Detta innebär att ”alla former av mental aktivitet uppfattas som processer vilka skapar eller ’konstruerar’ något – föreställningar, begrepp, minne och annat.” (s. 10). Sjøberg (2005) beskriver begreppet på liknande sätt. Att skapa kunskap sker aktivt hos individen för att förstå verkligheten. Denna konstruktion av verkligheten är en process som sker i sociala, kulturella och historiska kontexter. Andersson (2001) menar att det går att uppfatta tre stycken övergripande idéer i Piagets teorier, nämligen idén om jämvikt genom att individen själv reglerar detta, idén om att människan vill lära sig och är kunskapstörstande till sin natur samt idén om tankestrukturer. Med idén om jämvikt menas att människans intellekt är känslig för avvikelser och gärna vill återställa balansen om en avvikelse uppstår. Om något avvikande sker krävs det att hon tänker om och detta kan vara ett steg i att vilja lära sig mer. Idén om att människan till sin natur skulle vara kunskapstörstande och villig att lära gör att hon vill förstå sin omvärld. Detta gör i sin tur att människan hela tiden hamnar i situationer som hon inte förstår och därför är tvungen att tänka för att återfå förståelsen för omvärlden igen. Piagets tredje idé handlar om tankestrukturer. Dessa strukturer krävs då intelligensen ses som en funktion som hjälper människan att anpassa sig till sin omvärld. Människan har inte bilder eller begrepp färdiga och lagrade i hjärnan utan hon förstår, minns och tänker då tankestrukturerna är aktiva. Tankestrukturer uppstår inte utan anledning. Det måste finnas en befintlig struktur från början för att nya strukturer ska kunna skapas. Denna tanke ligger bakom det som idag kallas för elevens perspektiv. En individ är inte intresserad av vad hon

(8)

redan vet och inte heller det som ligger långt bort från dennes strukturer utan hon är intresserad av det som ligger i närheten av strukturerna.

Säljö (2000) samt Sjøberg (2005) förmedlar Piagets syn på utveckling på ett annat sätt än vad Andersson (2001) gör, även om budskapet är detsamma. Säljö (2000) beskriver synen på utveckling med tre olika begrepp; assimilation, ackommodation och adaption. Assimilation innebär att människan tar in information om hur omvärlden ser ut och är strukturerad. Ackommodation innebär förändringar av det människan assimilerat. När detta sker skapas en obalans, jämvikten rubbas, mellan den iakttagna verkligheten och det som inte passar in i den. För att återställa denna balans behöver den intellektuella eller kognitiva strukturen förändras så att förändringen passar in i människans verklighet. Detta är vad Sjøberg (2005) menar är lärande. Ackommodation och assimilation är alltså två processer som verkar samtidigt och som reglerar människans interaktion med omgivningen. Dessa två processer är delar av adaptionen som är en intellektuell anpassning till omvärlden (Säljö, 2000).

Enligt Andersson (2001) formulerade Piaget också en biologiskt grundad stadieteori där det högsta stadiet, det operationella stadiet, väckte störst intresse hos ämnesdidaktiker som var naturvetenskapligt inriktade.

…om man var i detta stadium så hade man utvecklat en mycket omfattande tankestruktur, som gjorde det möjligt att förstå och använda proportionalitet, kontrollexperiment, systematisk kombinatorik, modelltänkande i hypotetisk-deduktiv mening och annat. (s.11). Elever testades och testsvaren visade att en elev både kunde befinna sig i det högsta stadiet men samtidigt i andra stadier. Detta medförde att Piagets stadieteori kritiserades och intresset för honom minskade (Andersson, 2001).

Andersson (2001) menar att Vygotskij vidgade och byggde på Piagets perspektiv om tänkande och undervisning. Den konstruktivistiska synen blev till en mer socialkonstruktivistisk syn. När Piaget utforskade tänkandets utveckling hos människan ansåg han att social interaktion var viktig men hans fokus låg dock på den enskilde individen. Vygotskij hade, till skillnad från Piaget, det sociala perspektivet i fokus när han studerade tänkandets utveckling. Han menade att en individs utveckling enbart kan förstås genom interaktion med en social miljö som utgörs av till exempel familj, vänner, skola och kultur. Genom social interaktion kan alltså en individ uppnå ett högre stadie vilket Piagets biologiska stadieteori motsade. Vygotskij ansåg att naturvetenskapliga begrepp är enklast att tillgodogöra sig då personer i omgivningen använder sig av begreppen när de talar, löser och förklarar problem. För att lära sig något inom naturvetenskapen så måste alltså individuella och sociala processer komplettera varandra. Andersson (2001) och Säljö (2000) menar att naturvetenskapliga lärare är viktiga vid inlärningen av och förståelsen för naturvetenskapen då de befinner sig i den sociala miljön tillsammans med eleverna.

(9)

2.2 Vad är förståelse?

Paul (1944 citerad i Newton, 2003) såg förståelse som ”det som inträffar när medvetandet väljer ut, lägger ihop och formar relevanta iakttagna fakta till en helhet, genom att ta bort det som inte är relevant tills en logisk och rationell väv av kunskap har fogats samman.” (s. 26). Newton (2003) menar på liknande sätt att förståelse är en rationell kunskap som sammanställer och minskar alla små detaljer vi tar in, för att skapa ordning som är lätt att hantera. Förståelse är personligt och kan inte överföras, utan måste skapas av individen, vilket även Sjøberg (2005) påpekar. Enligt Blythe (1998) är förståelse något som hela tiden utvecklas. Människan kommer aldrig till en punkt då hon förstår allting. Förändringar sker hela tiden vilket kräver nya sätt att lösa uppgifter på, vilket gör att förståelse kontinuerligt utvecklas.

Pramling Samuelsson och Mårdsjö (1997) definierar barns förståelse enligt följande: ”Att lära sig förstå innebär att barnen uppfattar något nytt på ett nytt sätt, på ett sätt som det inte gjorde tidigare eller att de visar på att de dragit slutsatser om något.” (s. 63). Blythe (1998) utgår från utförandeperspektivet och menar att förståelse innebär att man gör något på ett nytt sätt, till exempel förklarar, tillämpar, exemplifierar, drar slutsatser, generaliserar och löser problem. Vidare beskriver författaren att förståelse kan uppnås genom prestationer. Elever uppnår ökad förståelse då de utför något som visar på förmågan att utveckla och bygga på redan befintlig kunskap inom ett visst ämne. För att elever ska kunna öka och tillämpa förståelsen är det viktigt att få respons från lärare som kan handleda dem i rätt riktning.

Bertlett (1932 citerad i Newton, 2003) beskrev förståelse som ”ett mentalt försök att sätta en sak i samband med någonting annat.” (s. 26).

Nicholson (1985 citerad i Newton, 2003) menar att förståelse är ”att se samband mellan fakta, relatera nyligen inhämtad information till det som redan är känt, väva ihop bitar av kunskap till ett integrerat och sammanhängande helt.” (s. 26).

Nordgren (2008) beskriver att förståelse är av kvalitativ karaktär. Förståelse kan vara direkt eller en produkt av mentalt arbete. Förståelse utvecklas i samband med ett givet innehåll, men också genom en kognitiv process.

I sin doktorsavhandling har Helmstad (1999) kommit fram till tre olika aspekter på förståelse. Genom att låta 101 personer skriva en berättelse, som började med orden: När jag förstod… och genom uppföljande intervjuer, har författaren kommit fram till dessa olika aspekter på förståelse:

1. Förståelse genom mottagande 2. Förståelse genom anskaffande 3. Förståelse genom förverkligande

(10)

I det första fallet beskrivs förståelse som ett mottagande av kunskap där informationen fås genom observation eller kommunikation. Mottagaren av informationen är oftast passiv och har genom en slump fått informationen och på så vis lärt sig någonting nytt.

Vid det andra fallet presenteras förståelse som en vald kunskap som åstadkoms genom en noga utvald lärandeaktivitet. Här är förståelse något som uppnås genom en insats från den mottagande. Detta kan också ske tillsammans med personer som är mer erfarna än mottagaren. Förståelsen fås alltså genom en egen prestation av önskvärd kunskap.

I det sista fallet menar författaren att det är upplevelser som leder till förståelse. Under denna kategori finns det sedan olika typer av förståelse genom förverkligande och en av dessa är faktisk förståelse, vilket kan vara att förstå en annan människas död först efter begravningen och inte tidigare.

Newton (2003) menar att människan omedvetet eller undermedvetet kan utveckla en förståelse. När människan tänker medvetet kring ett ämne används bara en del av de mentala mönster som finns i hjärnan. Om hon slutar att tänka kring ämnet kan dessa mönster luckras upp och andra mönster kan uppstå när hon nästa gång medvetet tänker. Det blir då lättare att se nya samband och förståelsen kring ämnet ökar. 2.3 Varför är förståelse viktigt?

Lpf 94 beskriver förståelse som en form av kunskap som tillsammans med fakta, färdighet och förtrogenhet bör uttryckas i undervisningen. Jansdotter Samuelsson och Nordgren (2008) anser att kartläggning av dessa kunskapsdimensioner är fördelaktig vid diskussioner om olika perspektiv på lärandeprocessen. Blythe (1998) menar att det är viktigt att eleverna får en förståelse för sitt eget arbete i skolan för att främja viljan och motivationen att lära sig mer. Förståelse är också viktigt för att få bestående kunskaper som inte glöms bort, vilket ofta faktakunskaper tenderar att göra. Newton (2003) skriver att lärande ofta tenderar att bedömas efter mängd. Ju större mängd desto bättre. I dagens samhälle är det väldigt lätt att få tag i stora mängder information men det som kanske är det viktigaste är att kunna förstå den. Många uppgifter som vi stöter på i vardagen kräver inte någon förståelse. Till exempel kan en person knyta sina skor utan att behöva förstå knutar. När en person ställs inför uppgifter som avviker från det normala krävs ett slags kunnande som gör det möjligt med flexibla svar.

Newton (2003) menar att det är viktigt att eleverna skapar sig en förståelse men att det ibland kan vara tillräckligt för eleven att lära sig någonting utantill. Varför det är viktigt att skapa en förståelse, sammanfattar han i fem punkter.

(11)

• För det första kan förståelse tillfredställa personliga behov. Ofta nöjer sig inte människan med att veta vad som händer utan hon vill veta varför någonting händer (Miller, 1996 refererad i Newton, 2003). När hon vet varför någonting händer så kan hon relatera det till övriga världen (Davalos, 1997 refererad i Newton, 2003). Detta sätt att se samband behöver inte stämma överens med någon annans sätt att se det. Dock skapar det en ordning inom oss som gör att vi lättare kan skapa ordning utanför oss, i vår omgivning (Newton, 2003).

• För det andra kan förståelse hjälpa lärandet. De som har en förståelse kan lättare minnas saker och de kan lättare använda kunskaper i nya situationer (Hiebert & Wearne, 1996 refererad i Newton, 2003).

• För det tredje är det viktigt att kunna vara flexibel i bemötandet av olika situationer. När det bara finns svar som överensstämmer med vissa situationer blir personen svarslös om situationerna ändras. Förståelse gör att människan kan tänka själv, göra bra val, tänka kritiskt samt kunna förklara och motivera (Johnson-Laird, 1985 refererad i Petroski, 1993 refererad i Newton, 2003). ”Förståelse kan frigöra den lärande från den memorerade kunskapens begränsningar.” (Newton 2003, s. 15).

• För det fjärde hjälper förståelse till att ordna och sortera oorganiserad information som är lättillgänglig i detta informationssamhälle. Informationen kommer från så många olika håll och är av olika kvalitet. För att kunna skapa en struktur av all information är ny förståelse värdefull (Shenk, 1997 refererad i Newton, 2003).

• För det femte så är förståelse viktig för kreativiteten. Kreativiteten ses i detta fall som en handling som uppkommer då två idéer förs ihop till en tredje, ny idé. Den kreativa handlingen ses som betydelsefull då den kan skapa nya strukturer (Koestler, 1961 refererad i Newton, 2003).

2.4 Denna studies tillämpning av förståelse

Redan beskrivna tolkningar av förståelse ligger till grund för denna studies tillämpning av förståelse. Förståelse är något personligt som inte kan överföras från en individ till en annan men som hela tiden utvecklas. Olika vägar kan leda till förståelse. Ökad förståelse kan fås genom att använda befintliga kunskaper i nya situationer för att lösa problem. En individ kan uppfatta något eller utföra något, som visar att denne kan lösa problem, dra slutsatser, se samband, generalisera, tillämpa och förklara något på ett nytt sätt vilket visar på utveckling inom ett visst ämne. Förståelse kan vara ett resultat av att medvetet kunna välja ut det relevanta och plocka bort det ointressanta i ny kunskap och strukturera detta samt forma det till något sammanhängande. Förståelse kan skapas genom upplevelser eller genom kommunikation med andra då människan aktivt presterar något för att få kunskap.

(12)

Förståelse kan också utvecklas undermedvetet. De mönster som finns i hjärnan kan förändras och utvecklas om tanken får vila från ett visst ämne. Om detta sker kan förståelse ha utvecklats nästa gång medvetna tankar kring ämnet uppkommer.

2.5 Laborationer och praktisk verksamhet

Harlen (1996) anser att naturvetenskaplig undervisning leder till att elever får en förståelse för världen de lever i. Millar, Tiberghien och Le Maréchal (2002) beskriver på liknande sätt att målet med naturvetenskaplig undervisning är att hjälpa eleverna att utveckla en förståelse för världen som de lever i, vad den innehåller, hur den fungerar samt hur världens beteende förklaras och förutspås. Författarnas konstruktivistiska syn bygger på att undervisning i naturvetenskap utgår från elevernas vardagsföreställningar och hur dessa kan byggas på genom speciellt utvalda aktiviteter där eleverna får observera eller använda olika föremål och materiel. Den grundläggande meningen med all laborativ verksamhet är att eleverna ska kunna göra kopplingar mellan två områden. Det första är området för konkreta och observerbara föremål och det andra är området för uppfattningar och idéer.

Säljö (2000) menar att många klassrum idag, i Sverige men också utomlands, är inspirerade av Piagets tankar om hur undervisning ska se ut. Läroplaner som är skrivna på 60-talet fram till idag är också inspirerade av detta. I dessa dokument beskrivs hur ”barn skulle tillåtas vara ’aktiva’, ’upptäcka saker på egen hand’, ’arbeta laborativt’ och ’styras av sin egen nyfikenhet’, man skulle ’förstå’ och inte bara ’lära utantill’.” (s. 58). Enligt författaren har Piaget skrivit att han vill att lärare ska sluta att föreläsa och istället lägga vikten vid att stötta elever i deras utforskande och deras arbete.

Millar et al. (2002) skriver också att eleverna ofta misslyckas med att lära sig det som är meningen att de ska lära sig under laborationen och ibland blir resultatet inte det önskade. Detta kan bero på att laborationerna utförs snabbt, de använder sig av ganska enkel utrustning samt att eleverna oftast ej är noggranna under laborationen. Även om resultatet blir det väntade är det inte säkert att eleverna ser det självklara syftet med laborationen. Psillos och Niedderer (2002) menar att fokus inte endast bör ligga på vad eleverna har lärt sig om naturvetenskapliga teorier utan det är minst lika viktigt att eleverna lär sig ett laborativt arbetssätt, något som även Newton (2003) skriver. Förståelse för metoderna som används är ett måste för att kunna uppnå de mål som önskas och för att få en förståelse för naturvetenskapliga ämnen. Psillos och Niedderer (2002) förklarar att de flesta lärares mål med en laboration är:

1. Att eleven ska koppla samman teori och praktik 2. Att eleven ska ha förmåga att jobba laborativt

(13)

Författarna påpekar att flera studier visar på liknande resultat, att eleverna under laborationerna inte tog till sig kunskapen som fanns i läroboken eller den kunskap som läraren förmedlat vid en tidigare teorilektion. Samma studier visar också att en stor del av laborationen går åt till att till exempel mäta eller läsa av instrument istället för att eleverna ges tid till att relatera laborationen till den tidigare teorin.

Liksom Psillos och Niedderer (2002) menar Dimenäs och Sträng Haraldsson (1996) att analyser visat att elever inte förstår målet med beskrivna laborationer, ur till exempel läroböcker, eller i vilket sammanhang laborationerna ingår. Detta trots att läraren lagt upp laborationerna på ett medvetet pedagogiskt sätt. Detta kan bero på att experimenten som utförs ofta har för många praktiska moment istället för de mer reflekterande momenten. De reflekterande momenten som att formulera hypoteser, åsikter, slutsatser samt att argumentera och värdera ges det för lite tid till och det finns heller inte ofta tid för läraren att återkoppla och jämföra resultat, sammanfatta, med mera. Det som läraren bör göra för att elevaktiva laborationer ska bli givande är att forma laborationerna utifrån ett elevperspektiv och att skapa en balans mellan de reflekterande och de praktiska momenten.

Niedderer, von Aufschnaiter, Tiberghien, Buty, Haller, Kucke, Sander och Fischer (2002) menar att det pågår en kognitiv process när eleverna under laborationen använder en naturvetenskaplig diskurs. Detta innebär alltså att eleverna verbalt uttrycker sina kunskaper och denna process hjälper dem att koppla samman teori med praktik. Niedderer et al. har använt sig av en metod kallad kategoribaserad analys av videoband (eng. category-based analysis of videotapes) där de har funnit att elever under större delen av laborationer inte använder en naturvetenskaplig diskurs. Författarna menar alltså att laborationer som håller elever upptagna med mätning eller handhavande av apparater, vilket de flesta laborationer innehåller, missgynnar kopplingen mellan teori och praktik. Under videoanalysen har författarna sett att elever oftare för ett naturvetenskapligt resonemang när läraren är närvarande än när de utför själva mätandet eller använder apparater.

Newton (2003) skriver att praktiskt arbete inte per automatik leder till att lärandet ökar eller till att elever ser samband. Det behöver inte heller leda till ökad förståelse. Vad som krävs för att praktiskt arbete ska vara gynnsamt och öka lärandet och förståelsen för eleverna är en lärare som handleder och utmanar elevernas tankar. Lärarna behöver ställa utmanande och relevanta frågor, diskutera och ge förklaringar för att eleverna mentalt ska utvecklas och få en förståelse. Om läraren är medveten om dessa faktorer är praktiskt arbete ett bra sätt att öka förståelsen och lärandet hos eleverna.

(14)

2.6 Syror och baser

Zumdahl och Zumdahl (2009) beskriver två olika sätt att definiera syror och baser. Det första sättet är Arrhenius princip som definierar en syra som en substans som kan producera vätejoner i en vattenlösning. Vätejonerna reagerar sedan med vattenmolekyler och bildar oxoniumjoner (H3O+). Baser definieras på motsvarande

sätt som substanser som kan producera hydroxidjoner (OH-) i en vattenlösning. I

följande reaktioner visas det hur syran producerar oxoniumjoner och hur basen producerar hydroxidjoner i en vattenlösning enligt Andersson, Sonesson, Svahn och Tullberg (2007):

ܪܥ݈ + ܪଶܱ → ܪଷܱା+ ܥ݈ି (s. 171)

ܰܪଷ+ ܪଶܱ → ܰܪସା+ ܱܪି (s. 173)

Det andra sättet enligt Zumdahl och Zumdahl (2009) är Brønsted-Lowrys princip som är en mer generell definition av syror och baser eftersom denna modell inte begränsar sig till vattenlösningar utan även kan gälla för gasreaktioner. Andersson, Sonesson, Svahn och Tullberg (2007) beskriver Brønsted-Lowrys sätt att se på syror och baser som partiklar (molekyl eller jon) som kan avge respektive uppta protoner. Drechsler (2007) beskriver att när en syra har avgett en proton så bildas dess konjugerande bas. På samma sätt när en bas har upptagit en proton så bildas dess konjugerande syra. I följande reaktion visas en generell modell hur syror och baser avger respektive upptar protoner enligt Drechsler:

ܪܣ + ܤି ⇌ ܣି+ ܪܤ (s. 14)

Andersson et al. (2007) samt Zumdahl och Zumdahl (2009) definierar en stark syra som en syra som protolyseras (nästan) helt, vilket innebär att syran avger nästan alla sina protoner. Hos en svag syra har få syramolekyler protolyserats vilket innebär att syran har låg protolysgrad.

Vidare beskriver författarna en neutralisation som en reaktion mellan oxoniumjoner och hydroxidjoner då en syra reagerar med en bas. Dessa joner bildar vatten enligt följande:

ܪ_ଷܱା+ ܱܪି → ܪ_ଶܱ + ܪ_ଶܱ

Andersson, Sonesson, Svahn, Tullberg och Rydén (2009) skriver också att ekvivalenta mängder av syran och basen behövs för att en neutralisation ska ske. En syra-bastitrering beskrivs enligt Zumdahl och Zumdahl (2009) som en metod för att ta reda på vilken mängd av en substans som ett prov innehåller. Är analyten (provet) en syra så används en stark bas som titratorlösning (det som får droppa ner i analyten) och är analyten en bas används en stark syra som titratorlösning. En känd

(15)

koncentration av en titratorlösning får genom en byrett droppa ner i analyten tills det att ekvivalent mängd av titratorlösningen har tillsatts. Då mängden bas är ekvivalent med mängden syra som fanns i provet från början har ekvivalenspunkten nåtts. Om analyten innehåller en känd syra så kan ekvivalenspunkten ses genom användning av en indikator som har färgomslag när pH ändras i lösningen. Eftersom olika indikatorer har olika färgomslag vid olika pH är det viktigt att välja rätt indikator. Om analyten innehåller ett okänt prov syra bör istället en pH-meter användas då en indikator kan vara svår att välja. Vid användandet av en pH-meter måste en titrerkurva ritas upp och då kan ekvivalenspunkten utläsas i mitten av den vertikala linjen på kurvan.

Diagram 1. Titrerkurva som erhållits genom titrering av en stark syra med en stark bas. I pH-intervallet där kurvan är mycket brant ger en liten tillsatts av den starka basen en stor pH-förändring. Här kan ekvivalenspunkten avläsas på mitten av den vertikala linjen.

3 Metodologi

3.1 Urval

Bell (1995) skriver att forskare är beroende av att människor finns att tillgå och är villiga att ställa upp. Det är oftast svårt för en student som genomför en mindre studie att få ett riktigt slumpmässigt urval. Då tvingas studenten ofta att använda de personer ur den totala populationen som är tillgängliga och villiga att ställa upp. Detta var fallet för författarna då de fick använda elever ur de klasser vars planering och lektionsupplägg passade studien. Därför valdes två gymnasieklasser med 28 respektive 29 elever som vid detta tillfälle undervisades om syror och baser i Kemi B.

0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 p H volym (cm3₎

Titrerkurva

(16)

Tabell 1. Här visas det totala antalet elever som genomfört testet vid de olika tillfällena.

Tidpunkt för test Antal elever

Innan teorilektionerna 50

Efter teorilektionerna 24

Efter laborationen 21

3.2 Kvalitativ undersökning och studiens design

Stukát (2005) beskriver att den stora uppgiften i en kvalitativ studie är att kunna tolka och förstå resultaten istället för att kunna generalisera. För att kunna analysera förståelse krävs en djupare insyn vilket en kvalitativ studie ger. Denscombe (2000) anser att ord är det mest centrala när man analyserar, jämfört med siffror, vilket också belyser vikten i att använda en kvalitativ undersökningsmetod. Denscombe menar också att denna metod är mer verklighetsbaserad och att det insamlade materialet är mer detaljerat än en kvantitativ metod. En kvalitativ studie valdes för att kunna hitta intressanta aspekter att forska vidare på.

För att genomföra denna studie har två gymnasieklasser fått göra ett test bestående av frågor innan de startat en teorilektion. Varje klass hade två teorilektioner gällande syror och baser. När teorilektion två var slut fick halva klassen från klass 1 och halva klassen från klass 2 svara på frågorna ytterligare en gång, dessa elevgrupper valdes slumpmässigt. De elever som återstod i klasserna fick efter ett laborationstillfälle svara på frågorna en andra gång. Detta gav material till en kvalitativ studie där elevernas svar innan teorin jämfördes med svaren efter teorin och svaren efter laborationen. Detta innebär att resultatet ger en djupare insyn än generaliserande. Läraren blev också, samtidigt som denne undervisade på teorilektionerna, inspelad samt att en elevgrupp blev inspelad under vardera laborationstillfälle. Detta material ses som ett komplement till testerna. Bell (1995) skriver att det ofta är svårt för nybörjare att veta hur många tester som bör göras och att det därför är bra att konsultera med handledaren innan testerna utförs. I denna studie har handledaren samt den undervisande läraren rådfrågats för att få ett urval av svar, innan och efter teorilektionerna samt efter laborationen, som har gjort det möjligt att uppfylla studiens syfte.

3.3 Etiska ställningstaganden

Undersökningen utfördes inom ramarna för de forskningsetiska principerna, enligt Vetenskapsrådet (2009). Detta för att skydda varje enskild individ som deltog i studien. Dessa principer är uppdelade i fyra huvudkrav för forskningen. Dessa beskrivs nedan.

1. Informationskravet innebär att deltagarna måste informeras om deras uppgift och villkor i studien, att deras deltagande är frivilligt och kan avbrytas när som helst. Deltagarna informerades också om allt som kunde komma att påverka deras val att delta eller ej.

(17)

2. Samtyckeskravet innebär att forskaren har fått medgivande från deltagarna att de vill medverka i studien. Deltagare under 15 år måste ha vårdnadshavarens tillstånd om studien är av känslig karaktär. De bestämmer själva hur länge de vill delta i studien utan yttre påtryckningar och negativ påverkan.

3. Konfidentialitetskravet innebär att om forskaren använder sig av känsliga uppgiften om enskilda personer så ska forskaren skriva på om tystnadsplikt. Uppgifter från undersökningen ska hanteras konfidentiellt och uppgifter om deltagarna ska förvaras och omkodas så att det är omöjligt för utomstående att kunna ta del av informationen.

4. Nyttjandekravet innebär att uppgifter från deltagarna inte får användas till andra syften än denna studie. Används personuppgifter så får dessa inte användas så att det påverkar personen i fråga.

Dessa krav informerades deltagarna muntligt om. Deltagarna var alla över 15 år och därför krävdes inget tillstånd från vårdnadshavare. Känsliga uppgifter om enskilda personer användes inte och därför undertecknades ingen tystnadsplikt.

3.4 Generering

Det test som användes i studien har utformats efter elevernas kursbok (Andersson et al., 2007, 2009) samt annan relevant litteratur (exempelvis Zumdahl & Zumdahl, 2009 och Newton, 2003). Fyra frågor gällande syror och baser har utformats för att undersöka förståelse och ej ren faktakunskap. De två första frågorna bygger på elevernas tidigare kunskaper om syror och baser enligt kursplanerna för kemi A och B. Att testet endast innehöll fyra frågor var för att eleverna hade tio minuter till förfogande för att svara på dessa frågor och för att begränsa analysmaterialet.

Tre av de fyra frågorna i testet var utformade som alternativfrågor (Denscombe, 2000). Detta innebär att eleven då har fått en fråga med tre eller fyra svarsalternativ. De har också fått utrymme att motivera alternativet. Den sista av de fyra frågorna var en öppen fråga (Denscombe, 2000). Enligt författaren finns det fördelar med variation i sättet att ställa frågor på. Variation motverkar att testpersonen blir uttråkad samt att ett visst svarsmönster uppstår.

Anledningen till att ett test har använts i denna studie grundar sig på dess fördelar som enligt Stukát (2005) är ett större omfång av testpersoner än vad intervjuer ger. Fler testpersoner ger fler svar vilket innebär att möjligheten till generalisering ökar. Vid tester istället för intervjuer minskar effekten av ofrivillig påverkan från intervjuaren.

Ett komplement till testerna var ljudinspelningarna av läraren som skedde under teorilektionerna samt av en laborationsgrupp under vardera laborationstillfälle. Läraren spelades in dels för att se om lektionerna skiljde sig åt och dels för att se hur hon behandlade begreppen som de stötte på under lektionen. Laborationsgrupperna spelades in för att författarna ska kunna följa deras samtal under laborationen.

(18)

Nedan följer frågorna från testet och dess tänkta svar med motivering. Fråga 1

I vilket av följande fall a), b) eller båda reagerar HCl som en syra? Motivera ditt svar. a) ܪܥ݈_(௔௤)+ ܱܰܽܪ_ሺ௔௤ሻ → ܰܽܥ݈_(௔௤)+ ܪ_ଶܱ_(௟)

b) ܪܥ݈(௚)+ ܰܪଷ(௚)→ ܰܪସܥ݈(௦)

Tänkt svar: HCl är i båda fallen en syra.

ܪܥ݈_(௔௤)+ ܱܰܽܪ_(௔௤) → ܰܽܥ݈_(௔௤)+ ܪ_ଶܱ_(௟)

HCl fungerar som en syra eftersom den kan producera H+ i vattenlösning enligt

Arrhenius modell:

ሺܪା_ܥ݈ି_{ሻ + ሺܰܽ}ା_ܱܪି_{ሻ → ሺܰܽ}ା_ܥ݈ି_{ሻ + ܪܱܪ}

ܪܥ݈(௚)+ ܰܪଷ(௚) → ܰܪସܥ݈(௦)

HCl fungerar som en syra för att det är en partikel som kan donera protoner enligt Brønsted-Lowrys:

ܪܣሺݏݕݎܽଵሻ + ܤିሺܾܽݏଶሻ ⇌ ܣିሺܾܽݏଵሻ + ܪܤ(ݏݕݎܽଶ)

Fråga 2

Man har en lösning av en svag syra HA med koncentrationen 0,10 mol/dm3. Se

reaktion nedan.

ܪܣ + ܪଶܱ → ܪଷܱା+ ܣି

Vilket av följande påstående är korrekt? Motivera ditt svar! a) pH = 1,0

b) [HA] >> [H3O+]

c) [HA] << [H3O+]

d) Protolysgraden är hög

Tänkt svar: Alternativ b) är korrekt. En svag syra har en låg protolysgrad vilket innebär att den ej protolyseras helt. Vid jämvikt är alltså koncentrationen av HA högre än koncentrationen H3O+.

(19)

Fråga 3

En neutralisation ger inte alltid en neutral lösning. Om man neutraliserar en stark syra med en stark bas genom titrering får man pH 7 vid ekvivalenspunkten. Om man neutraliserar HAc med NaOH genom titrering, vad får då lösningen för pH vid ekvivalenspunkten? Motivera ditt svar.

a) pH < 7 b) pH = 7 c) pH > 7

Tänkt svar: Alternativ c) är korrekt. När HAc neutraliseras med NaOH blir lösningen basisk (pH > 7). Detta beror på att den Ac--jon som bildas fungerar som en bas och

tar då emot en H+ från en H

2O-molekyl och återbildar HAc tillsammans med OH—

joner (som gör lösningen basisk). Detta sker enligt följande reaktioner:

ܱܰܽܪሺ௔௤ሻ + ܪܣܿሺ௔௤ሻ → ܣܿሺ௔௤ሻ ି + ܰܽሺ௔௤ሻା + ܪଶܱ(௟)

ܣܿ_(௔௤)ି + ܪଶܱ(௟) → ܪܣܿ(௔௤)+ ܱܪ(௔௤)ି

Fråga 4

När är det fördelaktigt att använda en pH-meter istället för en indikator? Motivera ditt svar.

Tänkt svar:

• När lösningen är färgad.

• När ett eller flera exakta pH-värden behövs, till exempel för att rita upp en titrerkurva.

• När en lösning som titreras innehåller flera ämnen vilket ger en titrerkurva med fler än en ekvivalenspunkt.

3.5 Reliabilitet, validitet och generaliserbarhet

Bell (1995) menar att det är viktigt att kritiskt granska sin generering för att bedöma hur pålitlig och giltig den insamlade informationen är. Reliabilitet innebär hur tillförlitlig en metod är, det vill säga om den ger lika resultat under samma omständigheter men vid olika tillfällen. Validitet innebär hur en viss ställd fråga överrensstämmer med frågans tänkta svar. Ett sätt att granska detta, menar författaren, är att ta hjälp av till exempel kolleger och vänner. Hjälppersonerna informeras då om studiens syfte och får bedöma om frågorna svarar mot det. Larsson (1986) och Patel och Davidson (2003) skriver att om ett slumpmässigt urval ur en population har utförts på ett korrekt sätt går slutsatserna att generalisera i hela populationen. Detta är möjligt då det tros finnas olika uppfattningar jämt spridda i populationen. I metoddiskussionen behandlas denna studies tillförlitlighet.

(20)

3.6 Analys av material

I denna studie har mönster i elevsvaren studerats. Dessa mönster har presenterats och sammanställts i kategorier. Frågorna i testet har ett tänkt svar vilket har styrt elevsvaren och på så sätt kategorierna. En normativ ansats har alltså använts för att få fram kategorierna (Driver, Leach, millar & Scott. 1996 refererad i Engström, 2008). I en normativ metodologi tolkas de kategorier som väljs ut beroende på vilka förutsättningar som finns (Badersten, 2006 refererad i Engström, 2008).

De två författarna till studien har oberoende av varandra läst elevsvaren för varje enskild fråga, valt ut kategorier och placerat svaren i tillhörande kategori. Författarna har sedan jämfört varandras kategoriseringar, diskuterat fram passande kategorier och valt ut citat från elevernas svar för att underlätta kategoriseringen, vilket Starrin och Svensson (1994) menar är ett bra sätt för att öka trovärdigheten. Under analysens gång har kategorierna omarbetats för att få likadana kategorier för varje fråga. Detta har gjort resultatredovisningen mer entydig samt underlättat jämförbarheten och överskådligheten.

I bearbetningen av ljudinspelningarna användes en berättande analysmetod. Detta gör det möjligt att återge det relevanta ur ljudinspelningarna i en löpande text. Elevernas lärande påverkas av situationerna de befinner sig i vilket går att urskilja i denna metod (Bjurulf, 2008).

Författarna har tillsammans lyssnat på ljudupptagningarna och valt ut de delar som varit relevanta gentemot elevernas svar på testerna och den teoretiska bakgrunden. De valda delarna har sedan sammanfattats i en berättande analys för att tydliggöra dess innehåll på ett överskådligt sätt.

4 Resultat

Nedan redovisas varje enskild fråga och dess resultat. Antalet elevsvar varierar för frågorna då vissa elever valt att ange mer än ett svarsalternativ. Sedan presenteras ljudinspelningarna av läraren följt av ljudinspelningarna av eleverna. Studiens resultat är divergerande och saknar entydiga svar. Studien visar att i endast ett av fyra fall ökar förståelsen genom laborativt arbete och i ett annat fall har förståelsen ökat endast efter teorin och inte efter laborationen.

4.1 Testresultat 4.1.1 Fråga 1

I vilket av följande fall a), b) eller båda reagerar HCl som en syra? Motivera ditt svar! a) ܪܥ݈(௔௤)+ ܱܰܽܪሺ௔௤ሻ → ܰܽܥ݈(௔௤)+ ܪଶܱ(௟)

b) ܪܥ݈(௚)+ ܰܪଷ(௚)→ ܰܪସܥ݈(௦)

(21)

Tabell 2. Här ses den totala procenten elevsvar från de olika svarsalternativen, gällande alla tester, för fråga 1. Antal elevsvar = 96 stycken.

Alternativ Elevprocent (%)

a 60,4

b 12,5

a och b 25

- 2,1

Nedan finns en sammanställning över alla elevsvar från fråga 1, där svaren innan och efter teorilektionerna samt svaren efter laborationen ingår (tabell 3). Notera att under rätt svar med ofullständig motivering (kategori 2) ingår elever som svarat alternativ a, b eller båda. Vidare visar en tabell (tabell 4) den procentuella andelen elevsvar i de olika kategorierna. Slutligen presenterar ett diagram skillnaden mellan elevernas svar i de olika kategorierna (diagram 2).

Tabell 3. Här ses de genererade kategorierna tillsammans med dess beskrivning. Ett citat från elevsvaren förtydligar kategorierna.

Kategori Kategoribeskrivning Elevexempel

Kategori 1 Rätt svar – rätt motivering ”Båda eftersom HCl ger ifrån sig en proton i båda fallen”

Kategori 2 Rätt svar – ofullständig motivering

”HCl lämnar en proton. b) är bara en vanlig reaktion, utan

protonövergångar.”

Kategori 3 Rätt svar – saknar motivering

Kategori 4 Rätt svar - fel motivering ”Båda. Både NaOH och NH3 är en bas”

Kategori 5 Fel svar – fel motivering ”NaOH lämnar en proton till HCl.”

Kategori 6 Fel svar – saknar motivering

Tabell 4. Tabellen visar den procentuella andelen elevsvar i de olika kategorierna för fråga 1, innan och efter teori samt efter laboration. Antal elevsvar innan teori = 50 stycken, efter teori = 24 stycken samt efter laboration = 21 st.

Innan teori (%) Efter teori (%) Efter laboration (%)

Kategori 1 14 12,5 19 Kategori 2 50 41,7 28,6 Kategori 3 0 0 4,8 Kategori 4 8 12,5 19 Kategori 5 28 33,3 28,6 Kategori 6 0 0 0

(22)

Diagram 2. Diagrammet visar den procentuella skillnaden mellan elevernas svar i de olika kategorierna för fråga 1, innan och efter teori samt efter laboration.

Från diagrammet går det att utläsa att det totalt var få procent av eleverna som svarade rätt med rätt motivering. Det går också att se att större andel svarade rätt med rätt motivering innan teorilektionernas start jämfört med efter teorilektionerna. Större andel av eleverna svarade dock rätt med rätt motivering efter laborationen. Procentuellt svarade hälften av alla elever rätt innan teorilektionerna men med en ofullständig motivering. Både efter teorilektionerna och efter laborationen har färre elever svarat rätt men med en ofullständig motivering. Av eleverna har totalt 64 % innan teorilektionerna, cirka 54 % efter teorilektionerna och cirka 52 % efter laborationerna svarat rätt med rätt motivering, med en ofullständig motivering eller utan motivering. Andelen elever som har gett rätt svar med en felaktig motivering har ökat både efter teorilektionerna och efter laborationerna jämfört med innan teorilektionerna. Det var procentuellt fler elever som svarade fel med fel motivering efter teorilektionerna än innan, denna procent sjönk dock efter laborationen jämfört med efter teorin.

4.1.2 Fråga 2

Man har en lösning av en svag syra HA med koncentrationen 0,10 mol/dm3. Se

reaktion nedan. ܪܣ + ܪଶܱ → ܪଷܱା+ ܣି 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Kat 1 Kat 2 Kat 3 Kat 4 Kat 5 Kat 6

(23)

Vilket av följande påstående är korrekt? Motivera ditt svar. a) pH = 1,0

b) [HA] >> [H3O+]

c) [HA] << [H3O+]

d) Protolysgraden är hög

Tänkt svar: Alternativ b) är korrekt.

Tabell 5. Här ses den totala procenten elevsvar från de olika svarsalternativen, gällande alla tester, för fråga 2. Antal elevsvar = 99 st.

Alternativ Elevprocent (%) a 8,1 b 40,4 c 32,3 d 12,1 - 7,1

Nedan finns en sammanställning över alla elevsvar från fråga 2, där svaren innan och efter teorilektionerna samt svaren efter laborationen ingår (tabell 6). Vidare visar en tabell (tabell 7) den procentuella andelen elevsvar i de olika kategorierna. Slutligen presenterar ett diagram skillnaden mellan elevernas svar i de olika kategorierna (diagram 3).

Kategori 1 Rätt svar – rätt motivering ”HA är en svag syra och protolyseras inte helt. Därför blir koncentrationen HA större än [H3O+]”

”Eftersom syran är svag har den lägre benägenhet att ge ifrån sig protoner.”

Kategori 4 Rätt svar – fel motivering ”HA ger sin vätejon till H2O och då

bildas oxoniumjoner.”

Kategori 5 Fel svar – fel motivering ”En svag syra lämnar lätt ifrån sig en vätejon. Protolysgraden är hög.”

(24)

Tabell 7. Tabellen visar den procentuella andelen elevsvar i de olika kategorierna för fråga 2, innan och efter teori samt efter laboration. Antal elevsvar innan teori = 47 stycken, efter teori = 23 stycken samt efter laboration = 21 stycken.

Kategori 1 19,0 17,4 28,6 Kategori 2 6,4 0,0 0,0 Kategori 3 12,8 17,4 4,8 Kategori 4 4,3 8,7 9,5 Kategori 5 27,7 26,1 28,6 Kategori 6 29,8 30,4 28,6

Från diagrammet går det att utläsa att det var fler procent elever som svarade rätt med rätt motivering efter laborationen jämfört med efter teorilektionerna. Efter teorilektionerna var det färre procent elever som svarade rätt med rätt motivering jämfört med innan teorilektionerna. Den andel elever som angav rätt svar men med en ofullständig motivering försvann helt efter både teorilektionerna och laborationen. Rätt svar som saknar motivering är det relativt fler elever som har svarat efter teorilektionerna jämfört med innan teorilektionerna men denna stapel har sedan minskat efter laborationen. Procentuellt är det fler elever efter laborationerna än elever efter teorilektionerna som har gett rätt svar med en felaktig motivering jämfört med innan teorilektionerna. Procentuellt sett har de flesta elever totalt både innan och efter teorilektionerna gett fel svar med fel motivering eller fel svar som saknar

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0

(25)

motivering. Dessa kategorier är också totalt störst efter laborationen förutom kategori 1 som också innehåller lika stor procent elevsvar.

4.1.3 Fråga 3

En neutralisation ger inte alltid en neutral lösning. Om man neutraliserar en stark syra med en stark bas genom titrering får man pH 7 vid ekvivalenspunkten. Om man neutraliserar HAc med NaOH genom titrering, vad får då lösningen för pH vid ekvivalenspunkten? Motivera ditt svar!

a) pH < 7 b) pH = 7 c) pH > 7

Tänkt svar: Alternativ c) är korrekt.

Tabell 8. Här ses den totala procenten elevsvar från de olika svarsalternativen, gällande alla tester, för fråga 3. Antal elevsvar = 97 stycken.

Alternativ Elevprocent (%)

a 18,6

b 10,3

c 68,0

- 3,1

(26)

Kategori 1 Rätt svar – rätt motivering ”HAc + NaOH → NaAc + H2O

NaAc innebär att Na+ och Ac-. Na+ har

varken syra eller basegenskaper , men Ac-_{har basegenskaper:}

Ac-_{+ H}

2O ↔ HAc + OH-

(eftersom HAc är en svag syra).”

” NaOH är en stark bas och HAc en svag syra, därför blir pH basiskt alltså > 7.”

Kategori 4 Rätt svar – fel motivering ”HAc är starkar än NaOH.”

Kategori 5 Fel svar – fel motivering ”Om man neutraliserar ska pH vara 7.”

Kategori 6 Fel svar – saknar motivering

Kategori 1 2,0 16,7 0,0 Kategori 2 8,2 8,3 23,8 Kategori 3 2,0 4,2 4,8 Kategori 4 40,8 54,2 66,7 Kategori 5 40,8 16,7 4,8 Kategori 6 6,1 0,0 0,0

(27)

Detta diagram visar tydligt att det är fler procent elever som har gett rätt svar med rätt motivering efter teorilektionerna jämfört med innan. Dock är det ingen andel av eleverna som har gett rätt svar med rätt motivering efter laborationen. Rätt svar med en ofullständig motivering har procentuellt fler elever svarat efter laborationen jämfört med både innan och efter teorilektionerna som båda innehåller nästan lika stor procent elever. Det är både efter teorilektionerna och efter laborationen större andel elever som har angett rätt svar men utan motivering jämfört med innan teorilektionerna. Efter laborationen är det en stor andel av eleverna som kunnat ange rätt svar men med en felaktig motivering. Denna andel är också större efter teorilektionerna jämfört med innan. Den andel elever som gett ett felaktigt svar med fel motivering eller som saknar motivering är procentuellt sett mindre efter teorilektionerna och efter laborationen än innan.

4.1.4 Fråga 4

När är det fördelaktigt att använda en pH-meter istället för en indikator? Motivera ditt svar.

Tänkt svar:

• När lösningen är färgad.

• När ett eller flera exakta pH-värden behövs, till exempel för att rita upp en titrerkurva.

• När en lösning som titreras innehåller flera ämnen vilket ger en titrerkurva med fler än en ekvivalenspunkt.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

(28)

Kategori 1 Tre rätta motiveringar

Kategori 2 Två rätta motiveringar ”Om man ej kan se färgen om man har i BTB, i mörka lösningar! Också om man vill se

titreringskurvan tydligare eftersom att man med BTB endast ser färgskiftningar och inte pH! Det blir mer exakt med pH-meter!”

Kategori 3 En rätt motivering ”När man vill ha exakt värde inte om det är surt eller basiskt.”

Kategori 4 Fel motivering ”När man jobbar med starka syror och baser.”

Kategori 5 Saknar motivering

Kategori 1 0,0 0,0 0,0

Kategori 2 0,0 0,0 4,8

Kategori 3 77,1 70,8 57,1

Kategori 4 20,8 20,8 28,6

(29)

Från diagrammet går det att utläsa att ingen elev hade tre rätta motiveringar till frågan. Två rätta motiveringar skrev endast de elever som hade utfört laborationen. Det var procentuellt fler elever som hade en rätt motivering innan teorilektionerna jämfört med efter dessa lektioner. Procentuellt var det ännu färre elever som gav en rätt motivering efter laborationen än efter teorilektionerna. De elever som gav fel motivering var procentuellt lika många innan teorilektionerna som efter. Efter laborationen hade denna andel ökat. Elever som valde att inte svara ökade, både efter teorilektionerna och efter laborationen, relativt med de som inte svarade innan teorilektionerna.

4.2 Ljudinspelning

4.2.1 Inspelad lärare från teorilektionerna

Läraren blev inspelad under totalt 240 minuter fördelade på två lektioner för vardera klass. Dessa lektioner berörde begreppen neutralisation och syra-bastitrering. På följande sätt undervisar läraren om dessa begrepp.

Läraren genomförde en demonstration som visade hur en reaktion mellan koncentrerad saltsyra och koncentrerad ammoniak ser ut genom att ställa två bägare innehållande vardera ämne under en större bägare. Saltsyra och ammoniak är egentligen i gasform i rumstemperatur och för att få koncentrerad saltsyra och ammoniak, bubblas gas ner i vatten tills det att vattnet är mättat. När dessa båda ämnen är koncentrerade slits vissa molekyler av saltsyra och ammoniak loss och övergår till gasform, vilket kan kännas på lukten. Saltsyra är en stark syra som

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0

Kat 1 Kat 2 Kat 3 Kat 4 Kat 5

(30)

protolyseras helt. Reaktionen som sker under bägaren sker på grund av att saltsyra är en syra i gasform och ammoniak är en bas i gasform och när dessa möts lämnar saltsyran en vätejon till ammoniak. Då bildas det en jonförening, ett salt (ammoniumklorid), som kan ses som ett vitt moln under bägaren. Detta är en typ av neutralisation, då ett basiskt ämne tagit ut ett surt ämne. Läraren fortsätter sedan med att demonstrera ytterligare neutralisationer genom att först neutralisera saltsyra med natriumhydroxid. BTB (bromtymolblått) användes som indikator för att kunna se omslaget. Vid omslaget nåddes ekvivalenspunkten och detta indikerades då syralösningen i bägaren blev grön, det är då neutralt. När ekvivalenspunkten nåtts så innebär det att det finns lika många mol hydroxidjoner som det fanns vätejoner från början. Det tredje exemplet på en neutralisation var att neutralisera ättiksyra med natriumhydroxid som är en neutralisation mellan en svag syra och en stark bas. Läraren demonstrerar detta genom att blanda ekvivalenta mängder ättiksyra och natriumhydroxid, med samma kända koncentration. Även här används BTB som indikator. När natriumhydroxiden tillsattes till ättiksyran visade det sig att lösningen blev blå och inte grön. Detta beror på att acetatjonen som bildades fungerade som en bas i vatten. Den tar då en vätejon från vattnet och ättiksyra återbildas tillsammans med hydroxidjoner som ger en basisk lösning. Syran har neutraliserats men lösningen är inte neutral.

Läraren fortsätter att berättar att de under nästa laboration ska få använda sig av en pH-meter för att ta reda på ekvivalenspunkten. Läraren visar en bild på hur en uppställning för titrering kan se ut och förklarar hur en titrering genomförs rent praktiskt. Värdena som fås vid en titrering, hur stor volym som har gått åt samt pH, kan sedan användas till att göra en titrerkurva. Vad som kan utläsas från en titrerkurva, till exempel var ekvivalenspunkten är, behandlas. En bild visar sedan hur en titrerkurva ser ut då en svag syra titreras med en stark bas respektive en svag bas med en stark syra. Detta ger då titrerkurvor med olika utseenden. En svag syra som titreras med en stark bas, till exempel ättiksyra med natriumhydroxid, ger en titrerkurva där ekvivalenspunkten är högre än 7 då Ac-jonen som bildas kan fungera som en bas i vatten och ta upp en vätejon från vattnet så att hydroxidjoner bildas. En svag bas som titreras med en stark syra, till exempel ammoniak med saltsyra, ger en titrerkurva där ekvivalenspunkten är lägre än 7 då ammoniumjonen som bildas kan fungera som en syra i vatten och då avge en vätejon till vattnet så att oxoniumjoner bildas.

Läraren avslutar med att berätta att de vid nästa laborationstillfälle ska få ta reda på vilka syror (förutom kolsyra) som Coca Cola innehåller. Detta ska bestämmas genom en titrering. Titreringens värden ska sedan användas till att rita upp en titrerkurva.

(31)

4.2.2 Inspelade elever från laborationerna

De två laborationsgrupperna med tre respektive två elever i varje grupp blev inspelade under 80 minuter vardera. Denna laboration berörde syra-bastitrering då eleverna fick titrera Coca Cola med natriumhydroxid för att bestämma vilka syror colan innehöll förutom kolsyra. Nedan följer hur eleverna har diskuterat och vad de har diskuterat om under laborationerna.

De tre eleverna vid den första laborationen diskuterade under 57 tillfällen frågor kring handhavandet, kunskap gällande syror och baser samt övriga ämnen. 35 av 57 gånger diskuterade eleverna frågor gällande handhavandet till exempel hur mycket Coca Cola som skulle mätas upp. Övriga ämnen som inte rörde laborationen diskuterades 14 av 57 gånger. Kunskapsrelaterade frågor, till exempel vilken syra som är den starkaste, diskuterades 8 av 57 gånger. 8 av de 35 gånger, då handhavandefrågor diskuterades, var läraren närvarande. 4 av de 8 gånger, då kunskapsrelaterade frågor diskuterades, var läraren närvarande vilket innebär att eleverna till störst del diskuterade kunskapsrelaterade frågor med läraren. Eleverna diskuterade då totalt 12 av 57 gånger med läraren under laborationen.

De två eleverna vid den andra laborationen diskuterade under 51 tillfällen frågor kring handhavandet, kunskap gällande syror och baser samt övriga ämnen. 32 av 57 gånger diskuterade eleverna frågor gällande handhavandet till exempel hur de skulle mäta upp Coca Colan. Kunskapsrelaterade frågor, till exempel frågor gällande hur pH-mätningarna påverkade titrerkurvans utseende, diskuterades 12 av 51 gånger. Övriga ämnen som inte rörde laborationen diskuterades 7 av 51 gånger. 4 av de 32 gånger, då handhavandefrågor diskuterades, var läraren närvarande. 1 av de 12 gånger, då kunskapsrelaterade frågor diskuterades, var läraren närvarande vilket innebär att eleverna till störst del diskuterade handhavandefrågor med läraren. Eleverna diskuterade då totalt 5 av 51 gånger med läraren under laborationen.

5 Diskussion

Nedan diskuteras studiens resultat för varje enskild fråga där ljudinspelningarna och den teoretiska bakgrunden ingår. I slutreflektionen diskuteras studiens övergripande resultat tillsammans med den teoretiska bakgrunden. Slutligen följer en metoddiskussion där studiens tillförlitlighet diskuteras.

5.1 Resultatdiskussion 5.1.1 Fråga 1

Resultatet från fråga 1 visar att totalt sett har eleverna innan teorilektionerna gett fler rätt svar med rätt motivering, ofullständig motivering eller utan motivering jämfört med både efter teorilektionerna och efter laborationen. Laborationen har bidragit till fler rätta svar med rätta motiveringar men också till fler rätta svar med felaktiga motiveringar. Från ljudinspelningarna med läraren framkommer det att läraren tydligt förklarar att saltsyra är en syra i gasform och att ammoniak är en bas i

(32)

gasform och att reaktionen som följer är ett resultat av att syran ger sin vätejon till basen. Under ljudinspelningarna med eleverna diskuterar ingen av grupperna detta. Att eleverna innan teorilektionerna svarar rätt med rätt motivering kan enligt vår tolkning bero på att de har gått igenom syror och baser i en tidigare kemikurs och att de även repeterat detta i den pågående kemikursen. Tankarna eleverna har haft om syror och baser kan ha mognat i hjärnan från tidigare kurs och kan vara en faktor som bidragit till totalt fler rätta svar innan teorilektionerna, vilket Newton (2003) skriver om. När läraren sedan under teorilektionerna byggt på med fakta och begrepp gällande syror och baser (till exempel neutralisation och syra/bas-titrering) kan detta ha skapat obalans hos eleverna viket kan ha lett till totalt färre rätta svar efter teorilektionerna och efter laborationen. När en obalans uppstår måste den kognitiva strukturen förändras så att förändringen passar in hos individen (Säljö, 2000; Sjøberg, 2005). För att kunna återskapa en balans hos eleverna bör läraren ställa handledande och relevanta frågor (Newton, 2003). Därför är det viktigt att läraren ställer utmanande och reflekterande frågor till eleverna för att förståelsen ska kunna öka (Blythe, 1998; Newton, 2003). Under ljudinspelningarna med eleverna är det till störst del handhavandefrågor som diskuteras tillsammans med läraren även om en av elevgrupperna relativt diskuterar kunskapsfrågor fler gånger. Vår tolkning är alltså att för få diskussioner tillsammans med läraren kan försvåra utvecklingen av förståelsen. Att laborationen delvis har bidragit till fler rätta svar med rätta motiveringar men också till fler rätta svar med felaktiga motiveringar kan bero på att eleverna lärt sig att saltsyra fungerar som en syra i båda fallen men att det inte är alla elever som kommer ihåg varför det är så. Detta kan bero på att vissa av eleverna inte har fått en förståelse om hur saltsyran fungerar som syra utan lärt sig utantill att så är fallet. Blythe (1998) menar att faktakunskaper ofta tenderar till att glömmas bort medan förståelsekunskaper är bestående.

5.1.2 Fråga 2

Resultatet från fråga 2 visar att den största delen av eleverna har svarat fel på frågan oavsett provtillfälle. Det går däremot att se att där eleverna har ökat förståelsen för starka och svaga syror är efter laborationen. Under de inspelade lektionerna med läraren framkommer det att denne endast vid ett tillfälle nämner att saltsyra är en stark syra och att den därmed protolyseras helt. Detta nämns i förbifarten medan läraren samtidigt diskuterar demonstrationen av saltsyra och ammoniak vilket kan ha medfört att eleverna missade denna information. Dock har eleverna under Kemi A och tidigare i Kemi B berört begreppen starka och svaga syror vilket innebär att de redan borde ha kunskap om detta. Att eleverna efter laborationen visar på en ökad förståelse kan enligt vår tolkning bero på att under laborationen kommer eleverna i kontakt med olika syror samt diskuterar detta med varandra och läraren. Detta styrker också den tidigare forskningen då Andersson (2001), Blythe (1998) och Niedderer et al. (2002) påpekar att eleverna i den sociala miljön tillsammans med läraren ökar förståelsen genom att läraren handleder dem i rätt riktning. När läraren är närvarande sker också mer frågor som är kunskapsrelaterade än när denna inte är