Examensarbete i fördjupningsämnet naturorientering,
teknik och lärande
15 högskolepoäng, avancerad nivå
Lärares syn på arbetet med
partikelbegrepp i no-undervisningen
Teachers' Views on Particle Concepts Role in Science Teaching
Amanda Ireman
Helena Kondrup Nord
Grundlärarprogrammet: Grundskolans årkurs 4-6, 240 högskolepoäng
Datum för slutseminarium: 2015-03-23
Examinator: Kerstin Sonesson
Handledare: Johan Nelson
Förord
Detta examensarbete är skrivet på avancerad nivå inom ramen för Grundlärarprogrammet: Grundskolans årskurs 4-6. Vi vill börja med att rikta ett stort tack till alla de lärare som ställt upp på våra intervjuer så att vi har kunnat genomföra vår studie. Vi skulle också vilja rikta ett tack till vår handledare Johan Nelson för givande samtal. Ett annat tack vill vi sända till kurskamrater för bollande av tankar och idéer. Vi har producerat samtliga delar av detta arbete tillsammans.
Abstract
In this study we have interviewed eight teachers about when and how particle concepts should be taught. All of the surveyed teachers argue for an early introduction. This view is also consistent with the scientists on when the particle concepts should be introduced. By an early introduction teachers and scientists consider the age between 6-12 years old.A majority of the scientists and the surveyed teachers use concept of change as a entery point to talk about particle ideas. A substance that is commonly used among both teachers and scientists is water. We can also find out that the surveyed teachers think that the particle concepts are fundamental for pupils to get a broader understanding in school science learning.
Nyckelord: Atom, introduktion av partikelbegrepp, lärare, mellanstadiet, molekyl, naturvetenskap, partikelbegrepp
Key words: Atom, introduction of particle ideas, molecule, particle theory, primary school, science, teacher
Innehållsförteckning
1. Inledning ... 7
2. Syfte och problemställning... 9
2.1 Avgränsningar ... 9
2.2 Begrepp ... 9
3. Litteraturgenomgång ...11
3.1 När introduceras partikelbegreppen? ... 11
3.2 Hur introduceras partikelbegreppen? ... 12
3.2.1 Förståelse på makronivå ... 12 3.2.2 Materieomvandlingar ... 13 3.2.2.1 Fasförändringar ... 13 3.2.2.2 Upplösning ... 15 3.2.2.3 Kemisk reaktion ... 15 3.2.3 Partikelbegreppen på submikronivå ... 16
3.2.3.1 Introduktion genom sönderdelning ... 16
3.2.3.2 Att försöka se in i material ... 16
3.2.3.3 Mentala modeller ... 17
3.2.3.4 Att skapa egna molekyler i datorprogram ... 17
3.2.4 Begrepp ... 17
3.3 Partikelbegreppens roll i den fortsatta no-undervisningen ... 18
3.4 Ett kritiskt resonemang kring forskningen ... 19
4. Teoretisk ansats ...20
4.1 Sociokulturellt perspektiv på lärande ... 20
4.2 Konstruktiviskt perspektiv på lärande ... 20
5. Metod och genomförande ...22
5.1 Sökprocessen ... 22
5.2 Insamlingsmetod ... 22
5.3 Urval ... 23
5.4 Reliabilitet och validitet ... 24
5.5 Genomförande ... 24
5.5.1 Intervjufrågor ... 25
5.5.2 Kodning av material ... 26
5.6 Forskningsetiska principer ... 26
6. Resultat, analys och koppling till teoretisk ansats ...28
6.1 När introduceras partikelbegreppen? ... 28
6.2 Hur introduceras och implementeras partikelbegreppen? ... 29
6.2.1 Introduktion av partikelbegreppen ... 29
6.2.2 Implementering av partikelbegreppen ... 30
6.2.2.1 Om obegränsade resurser ... 31
6.2.3 Vilka begrepp används i undervisningen? ... 31
6.2.4 Elevers förförståelse och svårigheter ... 32
6.3 Partikelbegreppen som grund ... 32
6.4 Koppling till den teoretiska ansatsen ... 33
6.4.1 Det sociokulturella perspektivet ... 33
6.4.2 Konstruktiviskt perspektiv ... 34
7. Slutsats och diskussion ...35
7.1 Avslutande ord ... 38
1. Inledning
I läroplanen (Skolverket 2011a) framgår att eleverna i årskurs 4-6 ska lära sig en enkel partikelmodell för att kunna förklara materians uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet samt partikelrörelser som förklaring till fasövergångar. I kommentarmaterialet för kunskaper i kemi handlar fördelarna med att lära ut en enkel partikelmodell framförallt om att det kan underlätta för elevernas förståelse inom många olika naturvetenskapliga ämnesområden till exempel människokroppen, materia i olika föremål, olika kretslopp i naturen och fasövergångar (Skolverket, 2011b). I årskurs F-3 omnämns inte partiklar överhuvudtaget och i årskurs 7-9 utvecklas partikelbegreppen genom att atomer, elektroner och kärnpartiklar omnämns (Skolverket 2011a).
Detta examensarbete bygger vidare på Iremans (2014) kunskapsöversikt “När och hur ska begreppet molekyl introduceras?” I denna kunskapsöversikt kan utläsas att en majoritet av forskarna inom ämnesområdet är för ett tidigt introducerade. En grupp av forskarna förespråkar ett introducerande redan i 6-7-åldern bland annat Häggström (2006) och Löfgren (2009). En annan grupp av forskarna anser att 10-12-årsåldern är lämplig ålder för ett introducerande bland annat Eskilsson (2001), Wiser och Smith (2008), Eskilsson och Helldén (2003). En annan fråga som undersöktes i kunskapsöversikten var hur partikelbegreppet ska introduceras, även här utkristalliserades att en majoritet av forskarna gjorde detta genom luft och vatten. I detta examensarbete skiftar vi fokus från elever till lärare. När anser de att det är lämplig tid att introducera partikelbegreppen? Hur görs detta introducerande på bästa sätt enligt aktiva no-lärare ute på skolorna? Vi vill med vår studie belysa och lyfta fram verksamma lärares kunskaper och erfarenheter av att undervisa elever i årskurs 4-6 om partikelbegreppen.
I de artiklar vi läst var eleven i fokus. Flera forskare har genomfört egna lektionspass med eleverna med efterföljande intervjuer. Barnens svar låg sedan till grund för forskarnas slutsatser. Vi har istället valt att lägga fokus på lärarna. Hur gör de för att introducera och implementera partikelbegreppen? Vilka erfarenheter har lärarna? Vilka eventuella svårigheter hos eleverna inom ämnesområdet blir synliga för lärarna? Vi upplever att det här finns en lucka i forskningen som vi genom vår studie
vill bidra till att fylla igen. Endast i en artikel vi tagit del av lyfts lärarperspektivet upp i form av lärarintervjuer som en del av en studie genomförd av Berg, Löfgren och Eriksson (2007).
2. Syfte och problemställning
Syftet är att få en bild av hur några 4-6-lärare resonerar kring introducerandet och implementerandet av partikelmodellen och vidare att få kunskap om när lärare introducerar det ute på skolorna. Tidigare forskning har delade åsikter om när och hur partikelbegreppen ska introduceras och implementeras. Vi har valt att lägga fokus på lärarperspektivet för att få en bild av hur ämnesområdet praktiserats av lärare ute på skolorna. Våra forskningsfrågor är följande:
• När bör partikelbegreppen introduceras enligt några tillfrågade 4-6 lärare?
• Hur arbetar dessa 4-6-lärare med att introducera och implementera partikelbegreppen?
• Hur viktigt är det enligt lärarna att eleverna kan partikelbegreppen för att kunna tillgodogöra sig den naturvetenskapliga undervisningen?
2.1 Avgränsningar
En avgränsning vi gjort i vår studie är att vi valt att intervjua lärare som undervisar i årskurs 4-6, det vill säga i de årskurser som vi själva kommer att bli behöriga lärare i. En annan avgränsning vi gjort i arbetet är att intervjua åtta lärare, vilket vi anser är rimligt inom ramen för kursen. Vi anser att vår studie är yrkesmässigt relevant eftersom läroplanen (Skolverket 2011a) tydligt framskriver att kemiundervisningen under årskurs 4-6 ska innehålla en enkel partikelmodell. Under en 4-6-lärares yrkesverksamma år kommer följaktligen partikelbegreppet att introduceras många gånger i olika klasser. Vi har därför valt att intervjua erfarna 4-6 lärare för att undersöka hur de går till väga när de introducerar och arbetar med partikelbegreppen. Vi vill med vår studie uppmärksamma kunskapen som lärarna besitter inom detta ämnesområde och som de själva utvecklat över tid.
2.2 Begrepp
Partikelbegreppet
Partiklar som kallas för atomer och molekyler bygger upp all materia. Molekyler är uppbyggda av atomer som fungerar som byggstenar. Inne i atomen finns det andra
partiklar, elektroner och en atomkärna där protoner och neutroner finns. (Areskoug, Ekborg, Lindahl och Rosborg 2013)
När vi skriver om partikelbegreppen syftar vi i första hand på atomer och molekyler.
Makronivå är det som vi kan se med blotta ögat, ta på och mäta, till exempel ett glas
vatten eller en hög med sand. Mikronivån kan däremot bara ses med hjälp av ett mikroskop. Den nivå som inte kan ses med hjälp av ett vanligt mikroskop kallas
3. Litteraturgenomgång
I vår sökning efter relevanta artiklar och avhandlingar kunde vi konstatera att det finns rikligt med forskning kring när och hur partikelbegreppen bör introduceras. I metodkapitlet redovisas tillvägagångssättet under avsnittet “Sökprocessen”. Litteraturgenomgången nedan är indelad i tre avsnitt där varje avsnitt är kopplad till en av våra forskningsfrågor. Dessa har vi valt att kalla; När introduceras partikelbegreppen? Hur introduceras partikelbegreppen? och Partikelbegreppens roll i den fortsatta no-undervisningen.
3.1 När introduceras partikelbegreppen?
I detta avsnitt summerar vi vad forskningslitteraturen anser om när ett introducerande av partikelbegreppet lämpligast sker åldersmässigt. Samtliga forskare vi har tagit del av, med undantag för Liu och Lesniak (2006), skriver om ett tidigt introducerande. Av dessa forskare har vi kunnat utläsa två grupper, introduktion i 10-12-årsåldern och introduktion i 6-8-årsåldern.
Wiser och Smith (2008) vill introducera partikelteorin tidigt, som för dem betyder senare delen av elementery school/tidigt i middle school, vilket i den svenska skolan motsvarar årskurs 4-8. Deras målgrupp i studien var elever mellan 5-14 år. De menar att man måste börja med att stärka den makroskopiska förståelsen innan ett partikelbegrepp kan introduceras. Detta kan exempelvis handla om att gaser är materia. Eskilsson och Helldéns (2003) och i Eskilssons (2001) avhandling genomfördes longitudiella studier med elever från 10 till 12 år. De anser att elever i den åldern har tillgång till en fantasivärld där partikelvärlden kan fylla en naturlig plats och användas som ett verktyg för att bygga upp mentala modeller och att dessa sedan steg för steg utvecklas att likna modeller som är mer snarlika den vetenskapliga modellen. Johnson och Papagergiou (2005) genomförde en studie med 10-11-åringar och konstaterar eleverna i studien utan problem kan ta till sig partikelbegreppet. Johnson och Papagergiou (2005) och Eskilsson (2001) frågar sig dock om inte en introduktion av begreppen kan ske i en tidigare ålder och därmed underlätta för förståelsen.
Lindner och Redfors (2007), Löfgren (2009), Häggström (2006), Acher, Arcá och Sanmartí (2007), Lindner (2007) samt Merino och Sanmartí (2008) anser att man med fördel kan introducera partikelbegreppen i 6-7-årsåldern. I samtliga nämnda studier var de yngsta eleverna i 6-7-årsåldern. Lindner (2007), Lindner och Redfors (2007) samt Löfgren (2009) följde sedan eleverna upp till 16 års-ålder, i kontrast till Häggström som fokuserade på elever i förskoleklassen. Lindner och Redfors (2007) skrev att genom att tidigt introducera en partikelmodell får eleverna ett hjälpmedel som de kan använda som förklaring till att bättre förstå materiebegreppet. Löfgren (2009) konstaterade att eleverna tidigt är kapabla att använda sig av ett enkelt molekylbegrepp för att förklara olika situationer på ett produktivt och personligt sätt.
Liu och Lesniak (2006) genomförde en studie med elever i klass 1-10, det vill säga elever i 6-16-årsåldern. De skriver att elever i klass 4 i den amerikanska skolan använder de vetenskapliga begreppen atom och molekyl, men att de egentligen inte vet vad begreppen betyder. Liu och Lesniak beskriver att många elever i klass 7 och 8 också har problem att skilja begreppen åt och att detta till och med gäller somliga elever i klass 10, vilket omräknat till svenska mått innebär gymnasieelever. Deras slutsats är att en introducering av partikelbegreppen inte är effektiv förrän tidigast efter 11-års ålder eftersom begreppen är så abstrakta. Häggström (2006) konstaterade tvärt emot i sitt resultat att förskoleklasseleverna är kapabla att både tänka, använda och göra molekylbegreppet till sitt eget.
3.2 Hur introduceras partikelbegreppen?
I detta avsnitt beskrivs hur olika forskare gått till väga för att introducera partikelbegreppen för eleverna med undantag för Berg, Löfgren och Eriksson (2007) där det introduceras av en klasslärare. Vi har kunnat utläsa att en majoritet av forskarna använder sig av en kombination av flera olika metoder. Vi har valt att kategorisera på fyra olika sätt, dessa används även som rubriker: Förståelse på makronivå, Materieomvandlingar, Partikelbegrepp på submikronivå samt Begrepp.
3.2.1 Förståelse på makronivå
Häggström (2006) och Lindner (2007) inledde sina studier med att uppmärksamma eleverna på att luft är materia, som upptar ett utrymme. Detta ligger helt i linje med
Wiser och Smith (2008) som anser att eleverna bör ha en utvecklad makroskopisk förståelse innan man introducerar partikelteorin i skolan, eftersom detta hjälper eleverna att förstå fenomen som avdunstning samt kemiska reaktioner. De anser att eleverna bör känna till att all materia väger något för att partikelteorin ska ses som meningsfull. Eleverna bör också enligt författarna ha förståelse för densitet och volym, vilket de menar att många elever har svårigheter med.
Eskilsson (2001) arbetade med att eleverna skulle se kopplingar mellan makro-och mikronivå till exempel genom att låta eleverna förklara varför det är lätt att riva en tidning i remsor åt ena hållet men svårt åt det andra. Löfgren (2009), Lindner (2007) samt Lindner och Redfors (2007) inledde sina studier med att eleverna fick känna på, beskriva och fundera kring vad som karaktäriserar olika material. Trä, sten och luft som fångades in i en påse var exempel på material. På liknade sätt fick eleverna i Eskilssons studie (2001) sortera likande material i olika kategorier. Även i Liu och Lesniaks (2006) studie fick eleverna i uppdrag att beskriva tre material; vatten, bakpulver och kolorerad vinäger. Samtliga elever i studien oavsett årskurs (1-10) beskrev makroegenskaper så som färg, lukt, smak och användningsområde och inte egenskaper på submikronivå.
3.2.2 Materieomvandlingar
Enligt Sjöström (2012) finns tre huvudtyper av materieomvandlingar; fasförändring, kemisk reaktion och upplösning. Här nedan används dessa rubriker för att tydliggöra hur forskarna gått till väga för att arbeta med materieomvandlingar i sina studier.
3.2.2.1 Fasförändringar
Många forskare lät eleverna arbeta med fasförändringar som ingång till att förstå partikelbegreppet. Forskarna använde sig uteslutande av vatten som arbetsmaterial. Lindner (2007) genomförde lektionspass då eleverna fick koka vatten i vattenkokaren. De fick bland annat fundera över vad bubblorna i vattnet bestod av och vad röken som kom ut från kokaren var. Eleverna fick sätta en tallrik framför öppningen till kokaren och fundera på vad som bildades på tallriken. Syftet med studien var att undersöka hur 6-16 åringars förståelse för avdunstning och kondensering utvecklades över åren. I Löfgrens (2009) studie följdes samma elever mellan 7-16 år för att undersöka hur
deras förståelse av materieomvandlingar utvecklades över åren. I studien fick eleverna bland annat fylla en burk med vatten eller snö som fick stå i klassrummet ett par dagar för att visa på att avdunstning till luften sker. Löfgren (2009) konstaterade att redan i 9-10-årsåldern kan vissa elever förklara vad som händer på molekylnivå. Detta ansåg Löfgren (2009) bero på att vardagsspråket i situationen ligger nära det vetenskapliga språket.
I Berg, Löfgren och Erikssons studie (2007), som pågick under fem veckor i en årskurs 4, genomförde man bland annat ett lektionsupplägg med isballonger. Eleverna fick genom teckningar rita vad de trodde skulle hända om man hällde på salt eller karamellfärg på isen. De använde även vattnets kretslopp samt kokade vatten för att illustrera fasövergångar. Lindner och Redfors (2007) fokuserade på barns förståelse av avdunstning genom att använda sig av partikelbegreppet som utgångspunkt. De intervjuade elever om vad som händer med vattnet i en vattenpöl och vattnet i tvätt på tork. Lindner och Redfors (2007) och Löfgren (2009) frågade även eleverna i respektive studie vad som bildas på insidan av ett glaslock till ett glas med vatten. Johnson och Papageorgiou (2005) introducerade partikelteorin genom smältning för två klasser med 10-11år gamla elever i Grekland. I studien som Liu och Lesniak (2006) genomförde konstaterade de att elever i klass 4-10 kunde beskriva fysikaliska egenskaper och faser hos vattnet, men att det var först i årskurs 10 som eleverna spontant beskrev vattnet på submikronivå med hjälp av atomer och molekyler. Wiser och Smith (2008) förespråkade att introducera en partikelmodell för fasta och flytande ämnen först, eftersom den typen av materia kan ses på den makroskopiska planet och därmed upplevas av eleverna. De ansåg att gaser därefter på ett naturligt sätt kan introduceras genom avdunstning och kokning.
Flera forskare använde sig av idéen om molekylernas rörelse som förklaring till att fasförändringar sker. Acher, Arcá och Sanmartí (2007) presenterade i sin studie en grundidé för eleverna som innebar att delarna ett ämne består av inte förändras när ämnet byter fas. Denna tanke menar de ska hjälpa eleverna att förstå fasförändringar. För att visa på molekylernas rörelse lät Lindner (2007) eleverna lukta på kall saft som hon sedan värmde upp. Eleverna upplevde att saften luktade mer som varm och detta förklarades genom saftmolekylernas rörelse i luften. Eskilsson (2001) och Lindner (2007) illustrerade molekylernas rörelse som förklaring genom en dramatisering av
vattnets olika faser med eleverna, där eleverna fick agera vattenmolekyler. Johnson och Papageorgiou (2005) fokuserade i sin studie på att förmedla partiklarnas förmåga att “hålla fast i varandra” som en grundidé till eleverna. I denna grundtanke presenteras bindningen mellan partiklarna som balans mellan attraktion och repellering. Förmågan att hålla fast förändras inte med fasförändringarna, utan uppmärksamheten riktas mot förändringar i energi i partikeln och förmågan att “hålla fast” som förklaring till ämnens olika kokpunkt och smältpunkt.
3.2.2.2 Upplösning
I detta stycket beskrivs hur forskare använde sig av upplösning för att arbeta med partikelbegrepp med elever. Eleverna i Eskilssons (2001) studie samt Johnson och Papageorgious (2005) studie fick lösa socker i vatten. Eleverna beskrev först att sockret försvunnit, men konstaterade sedan att vattnet smakar sött och att något därmed måste hänt. Eskilsson (2001) lät även eleverna fundera över vad som händer när salt blandas med vatten. I Liu och Lesniaks (2007) studie fick eleverna istället blanda bakpulver och vatten. Innan försöket genomfördes fick eleverna ställa upp en hypotes. Majoriteten av eleverna i klass 1-3 svarade att vattnet skulle bli vitt eller/och börja bubbla. Eleverna i klass 4-6 hade liknande hypoteser med skillnaden att eleverna förklarade att bakpulvret blev smått och spridde ut sig i vattnet, men att det var för smått för att det skulle kunna synas. Liu och Lesniak (2007) konstaterade att inte förrän i årskurs 7-10 användes mer vetenskapliga begrepp så som molekyler, upplösning, bindningar och homogen blandning i elevernas hypoteser och förklaringar.
3.2.2.3 Kemisk reaktion
Ett annat sätt att angripa partikelbegreppet är genom att arbeta med kemiska reaktioner. Löfgren (2009) lät eleverna fundera över varför ett stearinljus blir kortare när det brunnit och var denna bit av ljuset tagit vägen. Hon konstaterade att endast få elever förstår att en kemisk reaktion sker utan förklarar fenomenet som att stearinet avdunstar. Eskilsson (2001) och Johnson och Papageorgiou (2005) lät eleverna även fundera över om det bildas något nytt när att ljus brinner. Löfgren (2009) lät även eleverna (6-16 år) i studien svara på vad som händer med löv som ligger kvar på marken på hösten. Löfgren (2009) konstaterade att ingen av eleverna spontant förklarade detta med hjälp av molekyler. Merino och Sanmartí (2008) genomförde en
studie med 9-11-åringar där de visar en kemisk reaktion med magnesium som brinner och där elevernas efterföljande uppdrag var att rita teckningar som illustrerade fenomenet.
3.2.3 Partikelbegreppen på submikronivå
Forskarna arbetar på olika sätt för att eleverna ska förstå och kunna visualisera material och substanser på submikronivå. Vissa forskare lät eleverna sönderdela material, andra försöker få eleverna att själva med hjälp av sin fantasi måla upp bilder av hur material ser ut inuti. Chang, Quintana och Krajcik (2010) lät eleverna använda sig av ett datorprogram, Chemation, där de själva kunde bygga ihop egna molekyler.
3.2.3.1 Introduktion genom sönderdelning
Flera forskare; Häggström (2006); Lindner (2007); Eskilsson (2001); Acher et al. (2007); Lindner och Redfors (2007); Merino och Samartis (2008) och Löfgren (2009) lät eleverna tidigt sönderdela olika material i så små beståndsdelar som möjligt. I Merino och Samartis (2008) studie fick eleverna hantera olika material genom att sönderdela dem, skapa med dem, blanda dem med vatten, lösa upp dem och värma dem. Syftet var att eleverna skulle fantisera om de olika materialens förändringar, detta genom att rita teckningar.
3.2.3.2 Att försöka se in i material
Acher et al. (2007) lät eleverna mellan 9-11 år i sin studie försöka föreställa sig hur ett material ser ut inuti, detta genom att rita teckningar. Sten, tvättsvamp, vatten, trä, metall, lera är exempel på de material som eleverna fick till sitt förfogande. Eleverna fick också se en demonstration med magnesium som brann och därefter göra en teckning som illustrerade fenomenet (Merino och Sanmarti, 2008). Även Eskilsson (2001) och Johnson och Papageorgious (2005) lät eleverna i sina studier få fundera över hur material ser ut inuti. Johnson och Papageorgious elever i studien fick titta på en hög med socker med hjälp av partikelteorin och fundera över vad man ser om man förstorar sockerkornet många, många gånger. I Eskilssons (2001) fall fick eleverna fundera över vad man ser när man tittar på vattenånga i luft. Detta gjorde de med hjälp av Nussbaums (1985) magiska glasögon, ett verktyg som kan används för att föreställa sig saker på submikronivå.
3.2.3.3 Mentala modeller
Eskilsson och Helldén (2003) menar att elever förstår naturvetenskapen i skolan med hjälp av två olika typer av modeller. Den ena modellen begreppsmodellen bygger på en vetenskapligt accepterad kunskap och den andra, den så kallade mentala modellen refererar till personlig kunskap som bygger på elevens egen kunskap i form av erfarenheter och föreställningar. I studien lärde sig eleverna en mycket enkel partikelmodell som innebar att eleverna fick veta att små partiklar, molekyler, bygger upp alla substanser. Forskarna undersökte sedan hur eleverna använde sig av den idéen för att bygga upp sina mentala modeller. Eleverna använde spontant sina mentala modeller men vid följdfrågor kunde de använda vetenskapliga modeller för att kunna förklara vetenskapliga fenomen. Det visade sig även att eleverna inte ersätter sin “gamla” modell utan lägger till den nya modellen. Acher et al. (2007) uppmärksammade fyra grundidéer för eleverna när det handlar om att bygga upp en mental partikelmodell. Idéerna bestod av att kunna förstå att material är uppbyggda av delar, att delarna är mindre än vad som går att observera, att det finns bindningar mellan dessa delar samt bevarandet av dessa delar i fasförändringar. Syftet var att modellen skulle öka förståelsen för fasförändringar hos eleverna.
3.2.3.4 Att skapa egna molekyler i datorprogram
I en studie gjord av Chang, Quintana och Krajcik (2010) ville man ta reda på om 12-13-åriga elever kunde få en djupare förståelse för partikelbegreppen genom att låta dem animera modeller av molekyler och kemiska processer med hjälp av animeringsverktyg. Programmet innehöll fyra olika aktiviteter: utformande (designing), titta (viewing), tolka (interpreting) och utvärdering (evaluating). I programmet kunde eleverna skapa egna molekyler och välja atomslag och bindningar. Forskarna var intresserade av att ta reda på om utformande- och utvärderingsaktiviteterna kunde ge eleverna någon kunskap i form av djupare förståelse genom animeringen. Resultatet visade att de elever som både fick designa, tolka och utvärdera, istället för att bara designa och tolka, effektivt förbättrade sitt lärande.
3.2.4 Begrepp
I samband med de olika forskningsstudierna introduceras det olika begrepp för att beskriva hur ett ämne ser ut på submikronivå.
En relativt stor grupp av forskare; Häggström (2006), Eskilsson (2001) , Löfgren (2009), Helldén och Eskilsson (2003), Lindner (2007) och Lindner och Redfors (2007) kallar den minsta beståndsdelen av ett ämne som introduceras för eleverna för molekyl. Flertalet av nämnda forskare exempelvis Eskilsson (2001), Löfgren (2009) och Lindner (2007) använder ordet molekyl för att prata om alla material till exempel kritmolekyler, trämolekyler eller vattenmolekyler. Eskilsson (2001) och Löfgren (2009) valde bort begreppet partiklar eftersom de anser att det begreppet förknippas med den makroskopiska världen. Eskilsson (2001) anser att en risk för begreppsförvirring är överhängande om både molekyler och atomer används. Ett exempel på denna förvirring återfinns i Liu och Lesnaiks (2006) studie där en elev i femteklass förklarade att H2O bestod av två vätemolekyler och en syremolekyl. Löfgren (2009) beskrev att hon valde molekyl framför atom, eftersom de vanligaste material vi omges av är uppbyggda av molekyler. Acher et al. (2007) valde istället att kalla de minsta beståndsdelarna för “parts”, på svenska således delar, det vill säga att helt utesluta de vetenskapliga begreppen.
3.3 Partikelbegreppens roll i den fortsatta
no-undervisningen
Eskilsson (2001), Eskilsson och Helldén (2003), Lindner (2007) och Lindner och Redfors (2007) anser att ett tidigt introducerat partikelbegrepp är ett viktigt steg för progressionen mot ett naturvetenskapligt tänkande. Tillsammans med Darwins utvecklingsteori anser Wiser och Smith (2008) att partikelteorin är den viktigaste vetenskapliga teorin. Häggström (2006) anser också att ett tidigt introducerande underlättar undervisningen genom skolåren framöver. Löfgren (2009) är för ett tidigt introducerande av partikelbegreppet om det kontinuerligt bearbetas och utvecklas. Hon anser även att detta kan medföra att eleverna blir bättre rustade för att förstå andra mer abstrakta vetenskapliga modeller som introduceras längre fram i skolåren.
I Berg, Löfgren och Eskilsson (2007) intervjuades en lärare som menar att partikelteorin inte är något som prioriteras i årskurs 4-6. Den tillfrågade läraren menar att fokus på kemiundervisningen i dessa årskurser är att ge en bild av ämnet samt att väcka intresse genom att eleverna får “uppleva” kemi. Läraren lyfter även fram att
hon tycker att det är svårt att undervisa om partikelteorin. Detta lyfts även fram som slutsats i Johnson (1998) som menar att många lärare undviker att prata om partikelteorin på submikronivå eftersom de själva anser att det är svårt.
3.4 Ett kritiskt resonemang kring forskningen
I detta avsnitt vill vi lyfta ett kritiskt resonemang kring forskningen vi bygger vår studie på. Flera av studierna vi tagit del av (Wiser och Smith (2008); Liu och Lesniak (2006); Johnson (1998); Chang et al. (2010); Acher et al. (2007); Merino och Sanmarti (2008) samt Johnson och Papageorgiou (2005)) har genomförts i andra länder än Sverige. Vad kan detta få för konsekvenser? Å ena sidan täcker dessa studier in flera olika delar av världen, vilket är positivt då det ger en bredd men å andra sidan gör olika skolsystem, olika läroplaner och kunskapskrav att studierna kan vara svåra att översätta till ett svenskt skolsystem och därmed göra jämbördiga analyser med de svenska studierna. Eftersom samtliga studierna oavsett nationstillhörighet kommer fram till liknande slutsatser kring när och hur partikelbegreppet ska introduceras kan vi konstatera att ämnet verkar innehålla liknande problematik världen över och att detta i första hand inte handlar om vilken forskare som genomfört studien.
En annan fråga som det är värt att resonera kring handlar om hur ny den aktuella forskningen (2001-2010) vi tagit del verkligen är. Flera studier vi tagit del av är longitudinella studier där eleverna följt under många år, ett exempel är Löfgrens (2009) studie som genomförts under tio års tid. I och med att studien i sig tar många år att genomföra skulle man kunna säga att forskningen är gammal redan när den presenteras. Styrkan med longitudinella studier är dock enligt Cohen, Manion och Morrison (2007) att samma elever följs över tid för att se en kunskapsutveckling. Alvehus (2013) håller med och menar att den typ av studie ger bättre förutsättningar att fixera sitt studieobjekt och därmed få en bättre bild av det man studerar.
4. Teoretisk ansats
Vi har valt det sociokulturella och konstruktivistiska perspektivet på lärande då dessa två perspektiv är de dominerande inom den didaktiska forskningen. Syftet med studien är inte att analysera hur och när lärarna introducerar partikelbegreppet i relation till konstruktivistiska och sociokulturella perspektivet på lärande. Vi använder däremot dessa två perspektiv som analysverktyg då vi analyserar informanternas arbetssätt i klassrummet (se Resultat; Kopplingar till den teoretiska ansatsen).
4.1 Sociokulturellt perspektiv på lärande
Enligt Vygotskij är språket vårt sociala redskap och att det är med hjälp av detta som vi utvecklas. I språkutvecklingen är begreppsutvecklingen avgörande och det sker genom kommunikation, förståelse och problemlösning (Bråten, 1998). Språk skapas inte i isolering utan barn tillägnar sig vuxnas språk genom social interaktion och umgänge med vuxna. Vygotskij ser skolan som ett socialt sammanhang där man med hjälp av varandra utbyter kunskaper och erfarenheter som leder till en kunskapsutveckling.
Den närmaste utvecklingszonen (zone of proximal development, ZPD) innebär det avstånd mellan elevens förmåga att klara saker på egen hand och kunskapen som kan nås med hjälp av en vuxen eller mer kompetenta kamrater (Säljö, 2014).
Bråten (1998) skriver att leken är en viktig källa i barnets utveckling. “Barnet och eleven utför via leken eller undervisningen ett handlingsmönster som konstruktivt framtvingar barnets och elevens utveckling.” (Bråten, 1998). “Enligt Vygotskij krävs en aktiv elev, en aktiv lärare och en aktiv miljö. Det är den sociala miljön som utvecklar elevens handlingar.” (Lindqvist red. 73). Inom det sociokulturella perspektivet kan tänkandet ses som en kollektiv process, “något som äger rum mellan människor likaväl som inom dem” (Lave 1988 i Säljö 2000 s. 108).
4.2 Konstruktiviskt perspektiv på lärande
Två centrala begrepp inom Piagets forskning är assimilation och ackommodation. Enligt Säljö (2014) innebär assimilation att elevens kognitiva tankestrukturer om
världen överensstämmer med verkligheten. Ackommodation är istället då elevens föreställningar om världen, uppbyggt på egna erfarenheter, krockar med den nya upptäckten av världen. De kognitiva tankestrukturerna måste förändras så den nya upptäckten får en förklaring. Inom konstruktivismen betonas att individens förståelse av omvärlden konstrueras aktivt av individen själv och individen kan således inte passivt ta in information. Piaget intresserade sig för hur kunskap blir till och i hans forskning lyfts aktiviteter upp som ska hjälpa barn att utvecklas. Piagets forskning har genom åren tolkats genom läroplaner i Sverige under 60-90-talet som att eleverna ska vara aktiva “upptäcka saker på egen hand”, laborera, att låta nyfikenheten styra samt ett fokus på att inte bara lära utantill utan verkligen förstå (Säljö 2000 s.58). “När barnet studerar och manipulerar omvärlden fysiskt och begreppsligt, konstruerar det samtidigt som en personlig meningsfull bild av världen.” (Säljö 2000 s.59). Piaget menade att en ung person bygger upp kognitiva strukturer genom de erfarenheter man tidigare gjort och begrepp personen lärt sig (Phillips och Soltis 2010).
5. Metod och genomförande
Den här studien bygger på åtta lärarintervjuer med undervisande lärare i årskurs 4-6. Intervjuerna genomfördes i början av februari månad som semistrukturerade intervjuer på fem olika skolor i sydvästra Skåne. Intervjuerna spelades in och transkriberades i sin helhet. Materialet färgkodades därefter för att underlätta en kategorisering. Lärarna anonymiserades i enighet med forskningsetiska principer (Vetenskapsrådet, u.å).
5.1 Sökprocessen
Som utgångspunkt i vår studie har vi tagit del av tidigare forskning inom området. Denna forskning har vi funnit genom att i första läget utgå från de artiklar och avhandlingar som Ireman (2014) använt i ett tidigare arbete. Det utökade sökandet har sedan skett via olika databaser på Internet. Databaserna har varit Summon, Swepub, Eric och Googlescholar. Sökorden vi använts oss av har varit olika kombinationer av följande: ”molecules”, ”particle theory”, ”particle ideas”, ”atomes”, ”atomic structure”, ”elementary school”, compulsory school” and “primary school”. Vi har även använt oss av andra relevanta artiklar och författare som frekvent förekommit i tidigare lästa artiklar. Artiklarna och avhandlingarna har vi medvetet begränsat till de senaste 15 årens forskning, med undantag för Johnson (1998) för att vi vill belysa den aktuella forskningen inom området. Vi upplever trots det att de valda artiklarna tar med aspekter från tidigare forskning. I vår urvalsprocess har vi i första hand letat efter forskning som avser ålderskategorin 6-13 år. Sammanställningen av vår genomgång ligger under avsnittet litteraturgenomgång.
5.2 Insamlingsmetod
Vi har valt kvalitativa intervjuer som insamlingsmetod. Vi har genomfört åtta intervjuer med no-lärare i årskurs 4-6 kring deras syn på hur och när partikelbegreppen ska introduceras och implementeras. Dessa intervjuer ligger sedan till grund för att besvara våra forskningsfrågor. Enligt Bryman (2011) ska en kvalitativ undersökning styras utifrån deltagarens perspektiv med fokus vad denne tycker är av vikt. Det innebär att intervjuaren måste skaffa sig en bild av de upplevelser som anses viktiga och av betydelse för intervjupersonen. Fördelen med en
intervju är möjligheten till att följa upp intressanta spår i svaren genom att ställa följdfrågor. Vad som är viktigt att tänka på i den kvalitativa intervjun är att det är viktigt att skapa en relation till den intervjuade, samt visa empati och vara inlyssnande (Bryman 2011). Inom den kvalitativa intervjun valde vi en semistrukturerad intervju. Denna typ av intervju innebär att forskaren har en lista med teman som ska beröras, informanten har sedan stora möjligheter och stor frihet att formulera svaren som denne önskar (Bryman, 2011). Syftet med frågorna är att skaffa information om hur de intervjuade upplever sin värld. Att intervjuerna även är flexibla menar Bryman också är avgörande. Vi valde bort enkät som metod eftersom vi ville ha en möjlighet att kunna ställa följdfrågor till våra frågor att få eventuellt mer utvecklade svar. Det finns också en risk för att de tillfrågade inte svarar på enkäten eller skickar tillbaka sina svar (Bryman, 2011).
Utöver intervjuerna skickades även en kompletterande fråga ut via mail för att få ett tydligare svar på lärarnas arbetssätt. Vi fick endast in ett fåtal svar, vilket kan bero på att frågan skickades ut i efterhand via mail. Om vi istället hade valt att ringa kanske vi hade fått fler svar. Svaren hade då blivit spontana eftersom ett telefonsamtal inte lämnar något större utrymme för betänketid. Å andra sidan kan det vara svårt att nå lärare under dagtid.
5.3 Urval
Vi har gjort ett målinriktat urval. Detta innebär enligt Bryman (2011) att forskaren försökt göra ett urval där personerna som blir intervjuade är relevanta för forskningsfrågorna. I vårt fall har vi valt åtta utbildade NO-lärare i årskurserna 4-6 som undervisar i no-ämnena för den aktuella målgruppen. Vi har också valt lärare med erfarenhet. Informanterna har alla varit undervisande lärare mellan åtta och sjutton år. Dessa lärare kommer från fem olika skolor i Skåne. Undersökningen är genomförd på skolor som tillhör den privata såväl som den kommunala skolan och även en Montessori skola. Detta hoppas vi kunna ge en bredd och mångfald på svaren från lärarna trots att underlaget inte är så stort. Bryman (2011) beskriver att inom den kvalitativa forskningen styrs urvalet utifrån teoretiska överväganden vilket medför ett problem kring hur många intervjuer som måste genomföras inom ramen för studien.
Vårt målinriktade urval har i sin tur gjorts genom ett bekvämlighetsurval. Enligt Bryman (2011) innebär ett bekvämlighetsurval personer som för tillfället finns tillgängliga för forskaren. Vi har intervjuat lärare som finns i vårt kontaktnät, men utökat detta med hjälp av ett kedjeurval. Det vill säga att forskaren tar kontakt med för undersökningen relevanta personer som forskaren sedan i sin tur använder för att få kontakt med fler respondenter.
5.4 Reliabilitet och validitet
Vi har i vår studie strävat efter en hög reliabilitet och validitet. Med reliabilitet menar Alvehus (2013) att undersökningen ska kunna göras om av andra forskare och då komma fram till samma resultat. Det innebär bland annat att vi genomfört våra intervjuer utifrån ett intervjuschema med lärare oberoende av varandra. På så vis menar vi att det skulle kunna var möjligt för en annan forskare att göra om studien och få fram samma eller snarlikt resultat. Det ska dock sägas att svaren är knutna till den enskilde individen och kan av den anledningen variera. Vi har också valt att intervjua åtta lärare för att få med fler svarsalternativ än om intervjun hade genomförts på färre antal lärare. En kritik mot den kvalitativa intervjun som rör reliabiliteten är dock enligt Ryen (2004 s. 16) att en så liten del ges åt att återge datamaterialet i vetenskapliga artiklar att läsaren är “prisgiven åt forskaren”. Genom att ställa frågor som noga formulerats för att vara öppna, neutrala och anpassade för målgruppen hoppas vi att vi lyckats mäta det vi hade för avsikt och på så vis nåt en hög validitet. Enligt Alvehus (2013) innebär validitet huruvida man lyckats mäta det man vill mäta i en undersökning. En kritik kring validitetsbegreppet handlar om att forskaren endast lyfter fram ett antal anekdoter eller ett fåtal exempel och därmed utesluter andra mer avvikande data från intervjumaterialet (Ryen 2004).
5.5 Genomförande
Intervjuerna har ägt rum på respektive lärares skola, vilket inneburit en tidsbesparing för lärarnas del samtidigt som intervjun äger rum i deras kontext. Platsen för intervjuerna har växlat mellan arbetsrum, klassrum eller personalrum. Innan vi påbörjade den planerade intervjun inledde vi med ett mer informellt samtal med informanten. Det informella samtalet varade mellan fem och tio minuter och handlade om allmänna saker så som skolan vi besökte och vilket upptagningsområde skolan
har. Bryman (2011) skriver att för att kunna sätta sig in i intervjupersonens värld är det eftersträvansvärt att försöka skapa en relation med denne. Han menar vidare att detta är en balansakt då det gäller att få informanten avslappnad, men att en allt för god stämning kan göra att informanten svarar utifrån att den vill vara till lags. Detta inledande mer informella samtal hoppades vi i förlängningen ledde till utförligare svar.
Då vi valde att ha en semistrukturerad intervjuform har vi i de fall där läraren varit otydlig, inte svarat på frågan eller lett oss in på ett intressant område, ställt följdfrågor. Vi har varit två personer som genomfört intervjuerna av lärarna. En av oss har lett intervjun medan den andra har haft en medvetet tillbakadragen roll och fungerat mer som en inlyssnande observatör i sammanhanget. Denna persons uppgift har mot slutet av intervjun varit att ställa kompletterande frågor, med fokus på att fördjupa samtalet och lyfta upp oklarheter, som intervjuaren inte själv fördjupat sig i. Vi har spelat in samtliga intervjuer efter medgivande från den intervjuade läraren. Samtliga åtta intervjuer har i efterhand transkriberats. Fördelen med att spela in intervjuerna är att forskaren ord för ord kan återge vad informanterna sagt (Alvehus 2013). Nackdelen handlar om att informanterna kan känna sig obekväma med att bli inspelade under intervjutillfället och därmed finns en risk att informanterna begränsar sig i sina uttalanden (Alvehus 2013).
5.5.1 Intervjufrågor
Intervjufrågorna vi använt oss av är uteslutande öppna frågor. Enligt Bryman (2011) är fördelen med dessa att de öppnar upp för oförutsedda eller oväntade reaktioner och svar. Han uttrycker vidare att informanten även ges utrymme för att besvara frågorna med egna ord. Nackdelen enligt Bryman handlar om att informanterna överlag pratar mer och att detta får en mer tidsödande effekt, både vid själv intervjutillfället och vid transkribering. Vi har varit noga med att ställa icke-värderande frågor. Detta för att informanternas svar inte ska färgas av våra föreställningar eller värderingar. Vi valde att inte skicka ut frågorna i förväg till informanterna. Detta eftersom vi ville höra deras spontana svar, men också för att vi trodde att mindre förarbete för informanterna skulle medföra att fler lärare ställde upp. En nackdel med detta val kan dock vara att vi missat information som informanterna med längre betänketid hade kommit på. Vi har i efterhand insett att tre av våra intervjufrågor var ja och nej-frågor,
men detta är inget som påverkat våra resultat i större utsträckning eftersom vi varit noga med att ställa följdfrågor. Vi har i enlighet med valet av semistrukturerad intervju valt att ställa följdfrågor löpande för att få mer uttömmande eller fördjupande svar från informanten. Om detta skriver Bryman (2011) att forskaren har rätt att frångå sitt frågeschema och ställa följdfrågor om forskaren valt en kvalitativ intervjuform. Våra intervjufrågor kan läsas i sin helhet i bilaga 1.
5.5.2 Kodning av material
Vi har bestämt oss för att i vårt resultat fortsatt kalla de intervjuade lärarna för respektive färg, exempelvis lärare röd, lärare blå. Vi har valt att arbeta utifrån Miles och Hubermans trestegsmodell som presenteras i Hjerm och Lindgren (2010 s.87):
1. Reduktion av data (kodning)
2. Presentation av data (tematisering)
3. Slutsatser och verifiering (summering)
Vi transkriberade och sammanställde resultatet av våra intervjusvar genom att finna gemensamma nämnare. Grönmo (2006) menar att genom att kategorisera dataanalysen blir problemställningen bättre belyst. Vi insåg då att vi saknade utförliga svar kring vilka arbetssätt som lärarna använde sig av i undervisningen. Vi valde därför att skicka en kompletterande fråga, via mejl, till de intervjuade lärarna för att ta reda på detta. Frågan löd: I vilka konstellationer arbetar eleverna i klassrummet med partikelbegreppen? Vad är fördelarna med det/de arbetssätten tycker du?
5.6 Forskningsetiska principer
Enligt Vetenskapsrådet (u.å) ska forskning som bedrivs hålla hög kvalitet och inriktas mot väsentliga frågor. Individer ska skyddas mot otillbörlig insyn och kränkningar, förödmjukelser eller fysisk skada får inte åsamkas. Dessa två krav, forskningskravet och individskyddskravet, måste alltid vägas mot varandra av ansvarig forskare i varje vetenskaplig undersökning och aspekter av både kortsiktiga och långsiktig följder för undersökningsdeltagare ska vägas in. (Vetenskapsrådet u.å.)
Individskyddskravet har delats in i fyra allmänna huvudkrav. Informationskravet, handlar om att deltagare och uppgiftslämnare ska få information av forskaren om
villkor för deras deltagande samt upplysas om att de frivilligt deltar och att deras medverkan kan avbrytas om så önskas. Samtyckeskravet, innebär att samtycke från deltagaren eller uppgiftslämnaren ska inhämtas av forskaren. Om undersökningen sker under ordinarie arbetstid, innefattas av ordinarie arbetsuppgifter samt inte innehåller frågor av “privat eller etiskt känslig natur” så kan samtycke inhämtas från företrädare för uppgiftslämnare/deltagare till exempel skolledning eller lärare. Konfidentialitetskravet, innebär att deltagarna ska skyddas från möjligheten att bli identifierade av utomstående. “Åtgärder måste vidtas för att försvåra för utomstående att identifiera enskilda individer eller grupper.” (Vetenskapsrådet u.å.). Även lagringen av uppgifter måste ske på ett sådant sätt att inte obehöriga får tillträde.
Nyttjandekravet, innebär att uppgifter som samlas in i studien om enskilda personer
endast får nyttjas för forskningens ändamål och inte spridas för kommersiellt bruk. (Vetenskapsrådet u.å.)
Vi anser att vår forskning har ett tydligt syfte samt att väsentliga frågor ställs både som forskningsfrågor och intervjufrågor. Vi skyddar våra informanter genom anonymisering där varken namn, skola eller ort redovisas. Vi har heller inte haft för avsikt att varken fysiskt eller psykiskt skada våra informanter. Svaren vi fått av våra informanter har inte använts i annat syfte eller sammanhang, utan redovisas endast i denna studie. De inspelningar som gjorts under intervjuerna kommer att förstöras i samband med färdigställandet och examination av detta arbete.
5.6.1 Generalisering
Vår avsikt med studien är att ge en bild av hur några lärare tänker och resonerar kring introducerandet och implementerandet av partikelbegreppet. Hur arbetar dessa lärare? Vilka begrepp använder de? Vilka eventuella svårigheter upplever läraren att eleverna har med partikelbegreppen? Vår avsikt med studien har aldrig varit att skapa en generell bild av vad alla lärare tänker. Vi har alltså inte för avsikt att generalisera våra resultat.
6. Resultat, analys och koppling till
teoretisk ansats
I resultatdelen har vi utgått från våra tre forskningsfrågor; När bör partikelbegreppen introduceras enligt ett antal 4-6 lärare? Hur arbetar dessa 4-6-lärare med att introducera och implementera partikelbegreppen? Hur viktigt är det att eleverna kan partikelbegreppen för att kunna tillgodogöra sig NO-undervisningen? Dessa har vi använt som avdelningsrubriker. Vi avslutar resultatdelen med rubriken; Koppling till den teoretiska ansatsen.
6.1 När introduceras partikelbegreppen?
Två av lärarna berättar att en introduktion av partikelbegreppen sker under senare delen av lågstadiet. Fyra lärare väljer att introducera partikelbegreppen i årskurs 4. Två av lärarna ger inget tydligt svar kring när introduktionen lämpligast sker. Trots det svarar sju av lärarna att det inte finns några hinder att prata om det tidigare och att det vore bäst att introducera det i förskolan eller lågstadiet. Av dessa sju lärare är det tre lärare som tycker att man kan starta så tidigt som i förskolan. I forskningen vi tagit del av är det ingen forskare som lyfter fram förskoleåldern som en lämplig ålder för introducering.“Det kan man ju göra redan på förskolan eller leka på dagis det finns ju massor av lekar man kan leka så att man ändå får en förståelse” (lärare rosa)
I forskningen kan vi utläsa två huvudgrupper, de som för ett introducerande i 6-8-årsåldern och de som är för ett introducerande i 10-12-6-8-årsåldern. Häggström (2006), Acher et al. (2007), Lindner och Redfors (2007), Lindner (2007) och Löfgren (2009) anser att introduktionen kan ske redan i förskoleklass eller lågstadiet. En av lärarna uttrycker att mellanstadiet är en lämplig ålder för introduktion av partikelbegreppen i skolan. Eskilsson (2001), Eskilsson och Helldén (2003), Wiser och Smith (2008) och Johnson och Papagergiou (2005) är eniga med läraren om detta.
6.2 Hur introduceras och implementeras
partikelbegreppen?
6.2.1 Introduktion av partikelbegreppen
På frågan hur partikelbegreppet bör introduceras kan vi utläsa fem olika tillvägagångsätt som lärarna använder. Vi tematiserade våra intervjusvar utifrån hur lärarna introducerar partikelbegreppen och fann fem teman. De olika temana är luft och vatten, astronomi och elektricitet, omvärldsperspektiv, kemiska reaktioner och isolerat avsnitt.
Luft och vatten; Lärare grön, lila, röd och rosa introducerar partikelbegreppen genom luft och/eller vatten. Lärare grön, lila och rosa börjar med att prata med eleverna om vad luft består av. Lärare rosa låter sedan eleverna bygga olika molekyler med hjälp av modell-lådor med bollar och pinnar som lånats in från högstadiet. Lärare röd och grön introducerar partikelbegreppen genom en lek där eleverna får agera vattenmolekyler i vattnets olika faser.
Astronomi och elektricitet; Lärare brun och blå som väljer att knyta partikelbegreppen till solsystemet och astronomi, introducerar partikelbegreppet på olika sätt. Den ena genom att prata om det största och det minsta, det vill säga solsystemet och atomen och den andra genom att prata om vilka gaser planeter består av.
“Man visar på likheten med det största vi känner till och det absolut minsta vi känner till” (lärare brun).
Omvärldsperspektivet; Lärare svart introducerar partikelbegreppen genom att uppmärksamma eleverna på att allt runt omkring oss är uppbyggd av små, små byggstenar.
“Så jag gick fram och rysste på en gardin och så då kom det damm som man såg i solljuset. Sen pratade jag om vad det kunde bestå av. Det är sånt man egentligen inte
ser så pratade vi om bord och stolar, kläder..//..hur smart allting är. Hur det hör ihop.” (lärare svart)
Kemiska reaktioner; Lärare svart gav ett exempel hur partikelbegreppet kan introduceras genom kemiska reaktioner i form av ett stearinljus som brann. I samband med detta introducerades en av naturvetenskapens grundregler; “Ingenting försvinner, allting finns kvar.”
Isolerat avsnitt; Med isolerat avsnitt menar vi att eleverna inte lär sig partikelbegreppen i ett samband med något annat ämnesområde inom no-undervisningen, såsom luft och vatten, utan ses som en separat del av undervisningen som står för sig själv.
“Man pratar om att man består av olika delar och så är det, det här typiska man har genom hela mellanstadiet - lego. Att man visar att man bygger på det viset, bygger ihop olika legofigurer” (lärare orange).
Fyra av lärarna introducerar partikelbegreppen genom luft och vatten. Många forskare (Löfgren (2009); Lindner (2007); Berg, Löfgren & Eriksson (2007); Lindner & Redfors (2007); Johnson & Papageorgiou (2005); Eskilsson (2001)) väljer att introducera partikelbegreppet genom fasförändringar. Detta sker uteslutande med hjälp av vatten. En lärare introducerar genom kemiska reaktioner i form ett stearinljus som brinner. Detta gör även Löfgren (2009) och Johnson & Papagergiou (2005). Lärarna använder sig även av astronomi, elektricitet, ett omvärldsperspektiv samt partikelbegreppet som ett isolerat avsnitt i undervisningen. Dessa tillvägagångssätt återfinns inte i den forskning som vi kan tagit del av.
6.2.2 Implementering av partikelbegreppen
Flera av lärarna arbetar med implementering av begreppen i form av lekar. En återkommande lek (användas av fem lärare) är en lek om vattnets olika aggregationstillstånd då eleverna är vattenmolekyler som ska röra sig olika beroende på fas. Eskilsson (2001) och Lindner (2007) använder sig också av denna lek i sitt implementeringsarbete med eleverna. Ett annat arbetssätt som sex lärare också
använder sig av är 3D-modeller bestående av bollar som ska föreställa atomer och pinnar som ska föreställa bindningar. Dessa modeller tillhör enligt flera lärares utsagor högstadiet, men lånas in för ändamålet. Detta är inget som omnämns i forskningen vi tagit del av. Övriga aktiviteter som nämndes av lärarna är liknelser med matkön på skolan för att förklara elektricitet, ämnesöverskridande uppgifter som handlade om att i svenskan arbeta med naturvetenskapliga begrepp eller att skriva berättelser som inkluderar naturvetenskapliga fenomen, andra rörelselekar, egen ritade 2D-modeller, legoklossar samt genom att prata om de vanligaste gaser som förekommer på planeter. De genomför också enkla experiment såsom att koka vatten. Film och bilder lyfter fyra lärare fram som viktiga ingredienser i implementeringsarbetet.
6.2.2.1 Om obegränsade resurser
Om lärarna fått obegränsat med resurser uttrycker sig hälften av lärarna att de skulle välja att göra fler studiebesök eller att lämna skolans miljö. Tre lärare skulle vilja ha mer material varav den ena även efterlyser mer laborationstid med mindre elevgrupper. En lärare önskar att dessutom att få mer fortbildning inom ämnesområdet.
Lärare brun svarar: “Då hade man ju rest in, då hade man tagit “the journey”..//..det hade varit kul att titta live på det men vi illustrerar det ganska bra tycker jag..//..kanske någon 3D-film..//..det är ju så abstrakt även om man befann sig inuti de här grejorna vilket vi faktiskt gör om man ska vara riktigt jäklig. Vi befinner oss inuti den största modellen så ni är på jorden titta er omkring, det är ju rätt spännande.”
“Stuckit till Cern och kollat partikelacceleratorn” (lärare lila).
6.2.3 Vilka begrepp används i undervisningen?
I intervjufrågan om vilka begrepp lärarna använder i samband med introduktionen svarade sju lärare att de använder atomer och molekyler. Endast en använde ordet “byggstenar”. Denna lärare uppger att han/hon övergår till att prata om atomer och molekyler när eleverna gick i femte klass. I det fortsatta arbetet kring partikelbegreppen kommer så mycket som sex lärare in på elektroner. Fyra av dessa
pratar om elektroner i samband med elektricitet. Något färre lärare, fem av åtta, pratar även om övriga kärnpartiklar, protoner och neutroner. Två av lärarna nämner bindningar men konstaterar båda att begreppet är svårt.
“Men när man börjar prata om bindningar i den här åldern måste man ju...man kan inte berätta hela sanningen. För det finns universitetstudier på åratal som bara pratar bindningar så man får ljuga mindre och mindre ju äldre det blir, eller hålla tillbaka sanningen” (lärare brun).
6.2.4 Elevers förförståelse och svårigheter
Lärarnas syn på elevernas förförståelse är tredelad. Fyra lärare anser att eleverna har en förförståelse till begreppen. Det kunde handla om att de hört begreppen atom och molekyl tidigare. Två lärare säger att de inte tycker att eleverna har någon förförståelse. Två lärare är osäkra och kan inte riktigt svara på frågan. Det tudelar också lärarna om eleverna har svårigheter vid introducerandet av begreppen. Fem av lärarna upplever ändå att svårigheter finns.
“Det är ju väldigt abstrakt är det, men för många är det faktiskt en religiös upplevelse. När de inser att allt består av atomer och molekyler..//..men själva begreppet är svårt och det är det ju för oss också egentligen” (lärare blå).
“Leker man fram det så upplever jag inte det som något svårt, däremot är det någon som sagt så “men om jag tittar i ett vattenglas så ser jag inte några Musse Pigg”. Nä det gör man ju faktiskt inte. Där är ju inga. Ja det kan ju bli lite sådär abstrakt och då får man ju ta diskussionen om det, att detta bara är en modell. Det är så litet att vi inte kan se det” (lärare rosa).
6.3 Partikelbegreppen som grund
Svaret på denna fråga resulterar i två typer av svar. Antingen är svaret att eleverna behövde en partikelmodell som grund för att bygga vidare kunskaper kring naturvetenskapliga fenomen eller så är svaret att eleverna skulle få en mer allmän förståelse för hur världen ser ut och fungerar. Flera lärare nämner ämnet biologi inom naturvetenskapen, där eleverna kan ha nytta av partikelbegreppen för att kunna förstå
kretslopp, livscykler, energi och miljö, näringskedjor, kroppen, i naturen och fotosyntesen. Inom kemin kan det användas som en förklaring till varför en cykel rostar. I fysik nämns elektricitet som ett exempel. Lärare blå uttryckte det med att “förklara sin verklighet framför allt. Hur världen omkring oss fungerar.” vilket liknade svaret från lärare lila som sa att det handlar om att “Kunna förstå sin omvärld”. Samtliga lärare anser att partikelbegreppet är centralt i no-undervisningen. Sju av lärarna beskrev att de arbetade mycket med begreppen, medan en lärare ansåg att detta var ett kort stycke i undervisningen. Eskilsson (2001), Eskilsson & Helldén (2003), Lindner (2007), Lindner & Redfors (2007), Häggström (2006) och Löfgren (2009) anser att ett tidigt introducerat partikelbegrepp underlättar förståelsen för det fortsatta naturvetenskapliga tänkandet. Wiser och Smith (2008) anser att partikelteorin är en av de viktigaste vetenskapliga teorierna.
6.4 Koppling till den teoretiska ansatsen
Vi kan utifrån våra intervjusvar konstatera att vi finner tydliga kopplingar mellan lärarnas arbetssätt med eleverna i klassrummet och såväl det sociokulturella som det konstruktivistiska perspektivet.
6.4.1 Det sociokulturella perspektivet
Generellt sätt kan vi konstatera att lärarnas undervisning baseras till stor del på det sociokulturella perspektivet och Vygotskijs tankar om att lärande sker i samspel med andra. Flera lärare lyfter fram klassen som en viktig resurs och beskriver hur klasskamrater i smågruppsdiskussioner hjälper varandra till en djupare förståelse. Lärare svart beskriver en positiv effekt är att om en elev i gruppen har ett särskilt intresse för ämnesområdet kan detta intresse spridas till övriga gruppmedlemmar. Både lärare grön och lärare svart betonar vikten av att i basgrupper diskutera och jämföra resultat av exempelvis laborationer. Läraren röd förespråkar pararbete eftersom denna arbetsform kräver kommunikation från båda eleverna. Hon menar att detta även för med sig ett behov av no-begreppen samt att eleverna får prova att använda dessa. Vygotskij beskriver att begreppsutvecklingen inom språkutvecklingen är avgörande och sker i kommunikation (Bråten 1998). Lärare röd lyfter även fram att: “De kan också ifrågasätta varandras tankar så att de får tänka till lite extra. Det gör att inlärningen och förståelsen djupnar.” (lärare röd). Vi tolkar detta som ett
exempel på hur den närmaste utvecklingszonen (zone of proximal development) utmanas.
Vygotskij beskriver även att leken har en central roll i barns utveckling (Bråten 1998). Bråten skriver att leken framtvingar elevers utveckling genom kognitiva handlingsmönster. I vår studie berättar sex av lärarna att de använder leken som ett verktyg för att implementera partikelbegreppen. En vanligt förekommande lek som beskrivs av informanterna är leken, som nämnts tidigare, då eleverna agerar vattenmolekyler i vattnets olika faser. Tre av lärarna betonar även vikten av lek i samband med introduktion i de yngre årskurserna.
6.4.2 Konstruktiviskt perspektiv
Fem av lärarna svarar ja på frågan om upplever svårigheter hos eleverna i samband med introduceringen. Två lärare som svarat nej på frågan menar att ämnet trots allt är abstrakt. En lärare uttrycker att eleverna hört partikelbegreppen men frågar sig samtidigt om eleverna verkligen förstår innebörden av dessa. Kopplat till konstruktivismens begrepp assimilation och ackommodation är detta intressant. Assimilation innebär enligt Säljö (2014) att elevens kognitiva tankestrukturer om världen överensstämmer med verkligheten. Ackommodation är tvärt emot då tidigare erfarenheter krockar med den nya upptäckten (Säljö, 2014). Ett exempel på ackommodation vi fick syn på i intervjumaterialet var när en lärare berättade om en elev som sa “men om jag tittar i ett vattenglas så ser jag inte några Musse Pigg”. I exemplet blir det tydligt att det nya eleven fått lära sig krockar med elevens föreställning om hur vatten ser ut. Läraren bemötte detta genom en diskussion om att Musse Pigg endast är en modell av hur vattnets ser ut och att vattenmolekylerna är så små att vi inte kan se dem.
7. Slutsats och diskussion
I vårt arbete kring när och hur partikelbegreppet ska introduceras och implementeras drar vi slutsatsen att samtliga lärare och merparten av forskarna är för ett tidigt introducerande av partikelbegreppen. Vidare kan vi däremot se att tillvägagångssätten skiljer sig åt både bland de tillfrågade lärarna och hos forskarna. På frågan vad eleverna har för nytta av att kunna partikelbegreppen anser lärarna att det inom naturvetenskapen är en grund för en djupare förståelse av olika fenomen som till exempel fotosyntesen inom biologin. Att partikelbegreppen har en central och grundläggande roll menar även forskarna.
I detta stycke har vi för avsikt att besvara den första forskningsfrågan; När bör
partikelbegreppen introduceras enligt ett antal 4-6 lärare? Vi kan i vår studie dra
slutsatsen att de intervjuade lärarna och forskarna delar åsikten om en tidig introduktion av partikelbegreppen i skolan. Dock har forskarna olika åsikter om vad som är tidigt. Vi har kunnat utläsa två huvudgrupper, 6-8-årsåldern och 10-12-årsåldern. Sju av åtta lärare i vår studie ansåg i enighet med Häggström (2006), Acher et al. (2007), Lindner och Redfors (2007), Lindner (2007) och Löfgren (2009) att introduktionen kan ske redan i förskoleklass eller lågstadiet. Tre av dessa lärare anser dessutom att introduktion kan ske redan i förskolan. Argumenten för en tidig introduktion av partikelbegreppet är enligt lärare och tidigare nämnda forskare att man genom en enkel partikelmodell lägger en grund för det vetenskapliga tänkandet som eleverna har nytta av under de senare skolåren. Dessa forskare menar även att fördelen med ett tidigt introducerande är att en partikelmodell blir ett verktyg för eleverna för att förklara olika fenomen.
En av lärarna uttrycker att mellanstadiet är en lämplig ålder för introduktion av partikelbegreppen i skolan. Eskilsson (2001), Eskilsson och Helldén (2003), Wiser och Smith (2008) och Johnson och Papagergiou (2005) är eniga med läraren om detta. Eskilsson (2001) och Eskilsson och Helldén (2003) menar att en fördel med introduktion i 10-12-årsåldern, jämfört med några år senare, är att eleverna då har tillgång till en fantasivärld som kan underlätta förståelsen av partikelbegreppen på submikronivå. Wiser och Smith (2008) betonar betydelsen av att eleverna först har en förståelse för vad materia är på det makroskopiska planet, innan de kan ta till sig
kunskaper om partikelmodeller på submikro nivå. Liu och Lesniak (2006) sticker dock ut med att ifrågasätta ett tidigt introducerande och menar att ett införande innan 11-årsålder inte är effektivt och att det bör ske över tid. De menar att eleverna i den åldern använder sig av begrepp som molekyler, atomer och partiklar men att de inte förstår innebörden av dem. Häggström (2006) menar tvärt emot att 6-7-åringarna i hennes studie är kapabla att både tänka, använda och göra molekylbegreppet till sitt eget. Majoriteten av lärarna ansåg inte att eleverna hade några svårigheter att förstå partikelbegreppen men betonar att begreppen är abstrakta. En lärare beskrev hur en elev ställde sig frågande varför man inte kunde se några “Musse Pigg” molekyler i vattenglaset.
Hur arbetar dessa 4-6-lärare med att introducera och implementera partikelbegreppen? är vår andra forskningsfråga som vi i följande avsnitt redovisar
slutsatserna kring. De flesta av de tillfrågade lärarna använder sig av leken som ett instrument i arbetet med introducering och implementering av partikelbegreppen. En återkommande lek som används av fem av de tillfrågade lärarna för att åskådliggöra molekylernas rörelse som förklaring till vattnets fasförändringar. I leken får elevernas agera vattenmolekyler som rör sig olika fort beroende på tillstånd om ämnet representeras i fast, flytande eller gasform. Vygotskij anser att leken är en viktig del i barnets utveckling (Bråten, 1998). Eskilsson (2001) och Lindner (2007) beskriver i sina studier även användandet av denna lek. Sex av lärarna lyfter även fram byggandet av 3D-modeller som en del av undervisningen. Flera av dessa lärare använder sig av färdiga modellsatser som lånades in av högstadiet. I Chang et al. (2010) arbetar eleverna i den utförda studien med att konstruera egna molekyler med hjälp av ett dataanimeringsprogram. Att bygga molekyler är inget som tas upp i de övriga studierna vi tagit del av.
Inom materieomvandlingar finns det tre olika huvudtyper, kemiska reaktioner, upplösning och fasförändringar (Sjöström 2012). En lärare använder sig av kemiska reaktioner i undervisningen, det gör även Löfgren (2009) och Papagergiou och Johnson (2005). Merino et al. (2008) demonstrerade en kemisk reaktion inför eleverna med magnesium som brinner. Även i Liu och Lesniak (2006) studie representeras kemiska reaktioner i form av att låta eleverna lösa bakpulver i vatten. Ingen av lärarna har beskrivit upplösning som ett arbetssätt för att introducera och implementera
partikelbegreppen. Bland forskarna däremot använder sig Eskilsson (2001) och Johnson och Papageorgious (2005) sig av socker som löses i vatten, även eleverna i Merinos et al. (2008) studie prövade att lösa olika material i vatten. Vi ser att fasförändringar är det som i största grad representeras i lärarnas undervisning av partikelbegreppen, detsamma gäller forskningen vi har tagit del av.
När det kommer till vilka begrepp som används i samband med introduktion använde sig samtliga lärare begreppen atomer och molekyler, med undantag för lärare svart som till en början kallar partiklarna för byggstenar för att sedan i femte klass övergå till atomer och molekyler. Acher et al. (2007) brukar ett annat ord för byggstenar,
parts, men det har samma innebörd. Flera av de intervjuade lärarna arbetade även
med elektroner, neutroner och protoner. En lärare nämnde även kvarkar. Detta är inget forskningen vi tagit del av tar upp. I det centrala innehållet i Lgr 11 (Skolverket, 2011a) omnämns inte kärnpartiklar förrän i årskurs 7-9. I årskurs 4-6 handlar det om att använda en “Enkel partikelmodell för att beskriva och förklara materiens uppbyggnad, kretslopp och oförstörbarhet. Partiklars rörelser som förklaring till övergångar mellan fast form, flytande form och gasform” (Skolverket, 2011a s.146). Hälften av forskarna (Häggström (2006), Eskilsson (2001), Löfgren (2009), Helldén och Eskilsson (2003), Lindner (2007) och Lindner och Redfors (2007)) väljer att prata om molekylbegreppet, det vill säga de utesluter atombegreppet. Eskilsson (2001) motiverar detta med att användning av både atomer och molekyler skulle medföra en större förvirring hos eleverna. Löfgren (2009) motiverar sitt val av att använda ordet molekyl framför atom med att de vanligaste material vi omges av är uppbyggda av molekyler.
I intervjusvaren kunde vi inte utläsa att någon av lärarna arbetade med partikelbegreppen genom att låta eleverna se in i olika material eller sönderdela material som till exempel krita eller socker. Inte heller fick vi reda på hur lärarnas syn på elevernas mentala modeller kunde se ut och hur dessa skulle kunna utmanas med vetenskapliga modeller som Eskilsson och Helldén (2003), Acher et al. (2007) och Merino et al. (2008). Vi kan också konstatera utifrån intervjusvaren att lärarna inte heller arbetar med makroegenskaper.
I det här stycket redogör vi vår slutsats kring forskningsfrågan; Hur viktigt är det
enligt lärarna att eleverna kan partikelbegreppen för att kunna tillgodogöra sig den naturvetenskapliga undervisningen? Vi kan utifrån våra intervjuresultat konstatera att
lärarna, med ett undantag, anser att partikelbegreppen är viktiga för att eleverna ska kunna förstå och förklara sin omvärld. Samtliga lärare beskriver partikelbegreppen som en grundläggande förståelse för att kunna bygga vidare på sin kunskap inom ämnet naturvetenskap i de senare skolåren. Wiser och Smith (2008) anser att partikelteorin är central i no-undervisningen och den lyfts fram som lika viktig som Darwins utvecklingsteori.
7.1 Avslutande ord
Vår studie bidrar till forskningen genom att belysa lärares syn på introducering och implementering av partikelbegreppet. Vi kan konstatera att lärarna och forskarna delar åsikt om att en tidig introducering av partikelbegreppet är att föredra. Flera lärare uttrycker dock att en introduktion kan ske redan i förskolan. En skillnad mellan de intervjuade lärarna och forskningen är att forskarna oftast angriper partikelbegreppet från en mängd olika håll exempelvis genom fasförändringar, kemiska reaktioner och magiska glasögon för att kunna se in i material på submikronivå. Lärarna däremot är mer fokuserade på ett angreppsätt eller en modell för att åskådliggöra partikelbegreppet för eleverna exempelvis vattnet och dess faser. En lärdom för oss som vi har nytta av i vår framtida profession är att vi fått syn på att det finns flera olika att introducera och implementera och att vi, precis som forskarna, vill angripa partikelbegreppen från flera olika håll samt med hjälp av olika metoder såsom lekar och laborationer. I en framtida forskningsstudie hade det varit intressant att göra en liknande undersökning på lärare som undervisar i årskurs 1-3 för att analysera och jämföra svaren med forskningen. Anser dessa lärare att eleverna är kapabla att förstå partikelbegreppet och hur arbetar dessa lärare med att introducera begreppen?
