NATUR-MILJÖ-SAMHÄLLE
Självständigt arbete i fördjupningsämnet
Naturorientering, teknik och lärande
15 högskolepoäng, grundnivå
Experiment inom NO-undervisning: Vad
säger den senaste forskningen?
Experiments in science education: The latest
research
Johan Lindahl
Per Svensson
Grundlärarexamen med inriktning mot arbete i årskurs 4-6, 240 högskolepoäng
Självständigt arbete på grundnivå
Datum för slutseminarium: 2020-03-10
Examinator: Nils Ekelund Handledare: Johan Nelson
Förord
Denna uppsats är planerad, och skriven i par i ett samarbete snarare än fördelade ansvarsområden där det faktiska skrivandet har växlat. Även sökprocessen och inläsning av relevanta artiklar har gjorts i par för möjligheterna till diskussion.
Sammanfattning
Denna kunskapsöversikt undersöker vad det senaste decenniets forskning har belyst kring arbete med experiment i naturorienterande undervisning riktat mot åk 4-6. En systematisk
informationssökning i ett flertal databaser via Libsearch resulterade i 13 artiklar som utifrån förutbestämda kriterier vidare granskades. Några huvudsakliga teman som berör ämnet kunde hittas i dessa artiklar: Möjliga former av bedömning av experiment, stödstrukturer för elever i arbete med experiment, virtuella kontra verkliga experiment och nivå av lärarstyrning. Resultatet visade att ett flertal olika former av bedömning är valida för att bedöma elevers kunskaper om den vetenskapliga processen som ligger till grund för välfungerande experiment och att konkretiserade delmoment då är ett villkor. Liknande tydlighet i beskrivning av processen är också en användbar stödstruktur för elever mitt i arbetet med experiment. Virtuella experiment visar sig ha fördelar framför verkliga experiment under vissa förutsättningar och vise versa. Nivån av lärarstyrning beror på vilket steg i progressionen mot självständigt undersökande arbete eleverna befinner sig på, men även vilket lärandemål aktiviteten har. Riktar sig undervisningen mot naturvetenskapligt innehåll kan en högre nivå av lärarstyrning ha större effekt på elevernas kunskap än att elever genomför experimenten själva.
Nyckelord: experiment, simulerade experiment, virtuella experiment, lärardemonstrationer, elevdriven, bedömning
Innehållsförteckning
1. Inledning 4 1.1. Syfte 5 2. Metod 6 2.1. Val av sökkategorier 6 2.2. Sökord 7 2.3. Sökning 7
2.3.1. Grundsökning via Libsearch 7
2.3.2. Urvalskriterier 8
3. Resultat 9
3.1. Bedömning och stödstruktur 9
3.2. Fysiska och simulerade experiment 10 3.3. Lärardemonstration eller elevutförda experiment 11
4. Diskussion och slutsats 14
4.1. Diskussion 14
4.1.1. Bedömning och stödstruktur 14 4.1.2. Fysiska och simulerade experiment 14 4.1.3. Lärardemonstration eller elevutförda experiment 15
4.2. Slutsats 16
4.2.1. Betydelse för framtida profession 16 4.3. Brister och förslag till fortsatt forskning 17
5. Referenser 18
1. Inledning
Laborativt arbete, eller praktiskt undersökande arbete, är ett inslag elever i Sverige kommer att stöta på under sin skolgång. Ett ofta uppskattat moment där fenomen levandegörs. Vi kommer i denna text att använda ordet experiment för att beskriva denna typ av aktivitet.
Ett experiment följer av intentionen att undersöka när det görs som ett steg i att besvara en fråga eller fundering. Detta arbetssätt är i hög grad karaktäriserande för de naturorienterande ämnena. Utan den viktiga pusselbit experiment utgör i formandet av naturämnena osynliggörs kopplingen mellan objektiv verklighet och teoribildning.
Då såväl skolämnena fysik som kemi och biologi innefattar många andra aktiviteter utöver experimenterande i sina respektive kursplaner blir utrymmet för det praktiska arbetet i viss mån begränsat, vilket gör det angeläget att arbeta med det på ett effektivt sätt, alltså på ett sätt som är så gynnsamt för elevernas lärande som möjligt. Om det överhuvudtaget är gynnsamt för kunskapsutvecklingen är något som fortfarande lockar forskares intresse.
Så sent som 2018 gjordes en studie som utredde om experiment kan vara en väg till naturvetenskaplig kunskap för elever. Denna studie visar att elever som fick möjlighet att göra experiment senare visade högre kunskapsnivåer än elever som inte fick samma möjlighet (Prasasti & Listiani 2018). En annan studie från 2010 visar på liknande resultat då man jämförde två skolor. Den ena skolan fick under arbetet med rörelse, massa, volym, densitet, flytande föremål, materias faser med mera följa en utökad kursplan, medan den andra skolan endast följde
ordinarie undervisningsplan som till stor del bestod av att elever fick lyssna och skriva. Skolan som i högre grad ägnade sig åt experiment fick högre resultat på sammanfattande slutprov än skolan vars elever mestadels fick lyssna och skriva (Niculae, Niculae & Doncu, 2010). Även här stöds tesen att experiment är ett lyckat verktyg för att elever ska nå ny naturvetenskaplig kunskap. Hur arbetet med experiment organiseras och struktureras blir därför av intresse för att göra detta moment så gynnsamt som möjligt.
Av hänsyn till denna studies omfång väljer vi att rikta blicken mot de senaste tio åren av forskning för att kartlägga vad den senaste forskningen visat och valt att undersöka inom ramen
för undervisning med experiment. Denna studie kommer att fokusera på vad denna forskning belyser som viktiga faktorer lärare måste ta ställning till i arbetet med experiment, samt vad forskningen visar är de rekommenderade ställningstaganden man som lärare bör göra för att elevernas måluppfyllelse ska bli så hög som möjligt. Vårt fokus kommer huvudsakligen att ligga på årskurs 4-6.
1.1. Syfte
Elever och lärare kommer i undervisningen av biologi, fysik och kemi att genomföra experiment där kunskapsutvecklingen önskas vara optimal. En kartläggning av vad forskningen har valt att fokusera på gällande experiment kan ge oss en bild av vad som har utforskats och därmed bidra till att vägleda en god framtida lärarpraktik. I denna studie kommer vi att utforska vad den senaste forskningen har lyft i förhållande till arbete med experiment i NO-undervisning. En bred bild av vad forskningen visar kan hjälpa oss att stärka den vetenskapliga grund som vår framtida undervisning ska vila på. Vår forskningsfråga är:
● Vilka aspekter av experiment i NO-undervisning har den senaste forskningen valt att fokusera på?
2. Metod
Vi har utgått ifrån Fribergs (2017) råd för att göra en informationssökning. Det innefattar en initial grundsökning för att skapa en bild av fältet och identifiera relevanta söktermer för den framtida systematiska sökningen. Men även tekniska sökmetoder för att nå relevanta resultat så som användandet av den Booleiska söklogiken där vi använde operatorn OR för att inkludera synonymer vi identifierat och även trunkering för att inkludera varierade ändelser (Friberg, 2017, s. 60-80).
2.1. Val av sökkategorier
För att kunna identifiera relevanta sökord till den systematiska sökningen började vi med att fundera över vilka kategorier som kunde utrönas ur vårt syfte och frågeställning. Vi ville alltså hitta forskning som knöt an till aktuella årskurser, skolämnen och arbetssätt. Som nämndes tidigare ville vi främst fokusera på årskurserna 4-6, men då detta innebar en risk att forskning som berörde övrig grundskola kunde komma att exkluderas, och då denna forskning skulle kunna visa sig vara relevant, inkluderades hela spannet från åk 1-9. Då undersökningen riktar sig brett till de naturorienterade ämnena valde vi att även ha dessa som en kategori. I enlighet med
frågeställningen är det just experiment som arbetssätt i naturorienterande undervisning som ska undersökas, inte NO-undervisning generellt. Denna laborationsdel eller det praktiskt
undersökande arbetet kan beskrivas med ett flertal liknande begrepp som åsyftar just den praktiska handlingen vi ämnade att undersöka. Trots egna definitioner finns en överhängande risk att författarna till de artiklar som valts ut tolkar begreppen annorlunda, därför breddade vi denna kategori något.
2.2. Sökord
Innan vi påbörjade den systematiska sökningen gjorde vi ett flertal osystematiska sökningar för att skapa oss en bild av de ord som är förknippade med, och till viss del likvärdiga med, önskat innehåll i respektive kategori.
Utifrån kategorin ”årskurs” har vi valt sökorden ”primary education”, ”elementary education”, ”primary school”, ”middle school” och ”elementary school”. Inom kategorin ”ämne” bestämde vi oss för sökorden ”science”, ”physics”, ”chemistry” och ”biology”. Slutligen valde vi följande sökord för kategorin ”arbetssätt”: ”experiment”, ”hands on” och ”scientific inquiry”.
2.3. Sökning
2.3.1. Grundsökning via Libsearch
Sökningen gjordes i Libsearch eftersom denna sökmotor söker i ett flertal databaser och
framförallt de databaser som är taggade för att visa att de behandlar artiklar om pedagogik, men även databaser som betecknas som allmänna. Även allmänna databaser kan innehålla pedagogisk forskning, utan att forskningen är taggad som det. Sökorden och kriterierna hjälper oss att trots det hitta relevant forskning. Mellan varje sökfras var villkoret “And” inställt vilket innebär att något ord eller någon mening från varje sökfält måste vara inkluderat. Vi använde oss av trunkering på vissa ord för att inkludera olika ändelser till bas-ordet och villkoret OR för att få träffar som inkluderar motsvarigheter till ord i den aktuella kategorin. Utöver dessa åtgärder satte vi även kravet att orden måste återfinnas i titeln. I sökfälten skrev vi:
● experiment* OR "hands on" OR "scientific inquiry" ● science OR physic* OR chemi* OR biolog*
● "primary educat*" OR "elementary educat*" OR "primary school*" OR "middle school*" OR "elementary school*"
Libsearch tillhandahåller också verktyg för att applicera ytterligare filter på genererade träffar, bland annat filter för tidsbegränsning. Vi valde en tidsbegränsning på 10 år (perioden
2009-2019), för att forskningen skulle vara aktuell och inte minst, lättare att överföra till dagens digitalt utvecklade skola. Dessa verktyg gav oss också möjlighet att begränsa urvalet till träffar som var publicerade i en ”Academic journal”, de som var ”Scholarly and peer reviewed” samt de som var skrivna på engelska. Efter att dessa filter hade tillämpats landade sökningen på 150 träffar.
2.3.2. Urvalskriterier
För att vidare systematiskt filtrera bort det innehåll som var irrelevant för frågeställningen (och därigenom koncentrera det relevanta) skapade vi en uppsättning regler som diskvalificerade irrelevanta artiklar, dessa regler hade vi i åtanke när vi läste titeltexten av artiklarna och om en artikels titeltext bröt mot en regel togs den inte vidare för slutgiltig inkludering och djupare granskning. Dessa regler var:
● Det skulle framgå att ordet experiment och dess synonymer syftar till de experiment som elever gör, alternativt de experiment lärare gör inför elever, inte ett experiment
artikelförfattaren själv gjort i arbetet med studien. ● Artikeln studerar elevers undervisning.
● Artikeln får inte kontrastera metoden ”experiment” mot andra metoder för lärande inom naturämnena, eftersom vi är intresserade av kvalitativa skillnader inom arbetsområdet experiment.
Efter detta urval kvarstod 13 artiklar, och genom referenslistan till en av dessa hittade vi
ytterligare en artikel som nyanserar vissa av de sökta artiklarnas slutsatser. Det slutgiltiga urvalet består alltså av 14 artiklar (se bilaga 1)
3. Resultat
Utifrån de granskade artiklarna har vissa kategorier som ryms inom ramen för frågeställningen utkristalliserats. Dessa kategorier är alltså en början till ett svar på vår fråga. Vi presenterar dessa i underrubriker som omfattar ett visst tema, eller dimension av våra fråga. Dessa kategorier är alltså de aspekter av arbete med experiment som den senaste forskningen valt att fokusera på.
3.2. Bedömning och stödstrukturer
Syftet med formativ bedömning är att utifrån nuvarande kunskap kunna utforma framtida undervisning på ett så välriktat sätt som möjligt. Kruit, Oostdam, van den Berg och Schuitema (2018) tar fasta på detta och undersöker hur man kan strukturera den formativa bedömningen av systematiskt undersökande arbete och hur pass valida andra former av bedömning än direkt observation kan vara. Alltså: Hur kan man som lärare avgöra vad en elev behöver utveckla på andra sätt än direkt observation? Studien bygger på data i form av skrivna prov, tre praktiska övningar, metakognitiva självskattningsformulär samt ett test för att mäta generell kognitiv förmåga. De skrivna proven, självskattningsformulären och observationer analyseras för att se om de överensstämmer med varandra. I så fall kan alla tre vara valida former för att ge välriktad formativ bedömning. De presenterar kritiska beståndsdelar av systematiskt undersökande arbete som undervisningen måste ta hänsyn till för att kunna bedöma och ge eleverna konstruktiv återkoppling. Det innebär att dela upp och synliggöra olika delar av naturvetenskapligt undersökande arbete. För att bedöma kunskaperna inom de olika momenten i
naturvetenskapligt arbete används till att börja med ett skriftligt diagnostiskt test. Detta görs för att isolera kunskapsnivån inom de olika momenten. Dessa olika moment eller förmågor är att kunna formulera en hypotes, kontrollera variabler, identifiera kännetecken, mönster och motsägelsefull data, göra inferenser utifrån bevis och förnuft, dra slutsatser, formulera en frågeställning, mäta och observera korrekt och sammanställa data. Med testet som utgångspunkt jämför de sedan resultaten från delmomenten i testet mot metakognitiva självskattningsformulär och observationer under de tre praktiska övningarna och finner att resultatet på testet korrelerar
med observationer från de praktiska övningarna. Alltså är bedömningsformerna observation och ett test av denna typ båda valida, de kan därför ligga till grund för mer effektiv framtida
undervisning. Korrelationen mellan två av de tre praktiska övningarna och det metakognitiva självskattningsformuläret visade sig vara signifikant men inte stor. Med andra ord är dessa formulär mindre valida än testresultaten och observationerna. I självskattningsformulären får deltagarna ta ställning till påståenden som: ”While doing measurements, I continued to verify that I was following my plan” (Kruit et al., 2018, s. 422). Då dessa svar till viss del korrelerade med observationer av de praktiska övningarna antas av forskarna att formulär av denna typ trots allt kan vara till liten nytta när man vill skapa en bild av elevers kunskapsnivå. Det som
karaktäriserar formulär av denna typ är att de är tätt knutna till aktiviteten och enkla för eleverna att konkretisera.
De testade även en annan form av metakognitiv självskattning som inte visade sig ha någon korrelation till vare sig testet eller de praktiska övningarna. Dessa påståendens karaktär var mer generell, till exempel: ”I know when I understand something” (Kruit et al., 2018, s. 421).
Utöver formativ bedömning som stöd kan även en struktur bestående av tydliga steg i arbetet med experiment etableras för högre måluppfyllelse. Ovan beskrevs att uppdelade
beståndsdelar av processen kan underlätta bedömning. Att tydligt och uttryckligen formulera de olika beståndsdelarna som en arbetsgång kan också vara till stöd för elever i experimentprocessen. Kleinhans, Marra, Verkade, Van Gog, Van Westrenen, Van Wessel, Reichwein och Bastings (2015) rekommenderar en explicit arbetsgång de beskriver som ”the empirical cycle”. Denna arbetsgång överlappar till viss del med de kritiska delar av undersökande arbete Kruit et al. (2018) identifierar i sitt kartläggande test och bygger på en serie moment, nämligen att: formulera en fråga, aktivera förkunskap, utarbeta en metod, genomföra experimentet, dra slutsatser och presentera resultatet. De beskriver denna arbetsgång som ett sätt för eleverna att känna att de äger processen, detta blir ett bidrag i progressionen mot att agera självständiga forskare.
3.3. Fysiska och simulerade experiment
Bergey, Ketelhut, Liang, Natarajan och Karakus (2015) undersöker i en kvantitativ studie vilken roll två faktorer har på förmågan att arbeta systematiskt undersökande i en virtuell värld, i detta
fallet att ta reda på vad som har gjort får sjuka. De två faktorerna som undersöktes var elevers tilltro till sin egen förmåga att lösa problem som kräver ett naturvetenskapligt undersökande arbetssätt, och elevers tilltro till sin egen förmåga att klara av utmaningar i datorspel. Statistiken som presenteras visar att självförtroendet för naturvetenskapligt undersökande arbete är en större avgörande faktor än tilltron till att man klarar av just ett datorspel och den variabeln påverkade inte heller förmågan att utföra virtuella experiment.
Evangelou och Kotsis (2019) gjorde en liknande studie i Grekland, där de jämförde hur virtuella experiment mäter sig mot verkliga experiment vad gäller elevers kunskapsutveckling av friktionens koncept. Deltagarna delades in i två grupper, där den ena gruppen fick genomföra experiment genom datorn och den andra fick göra liknande experiment på riktigt. Båda gruppernas kunskaper testades såväl före som efter experimenten. Eftertesten visade att
skillnaden mellan de två grupperna saknade statistisk signifikans och att de beskrev friktion på ett liknande sätt. Evangelou och Kotsis (2019) menar dock att detta inte bör tolkas som att de två arbetssätten är utbytbara, utan att virtuella experiment bara bör användas som enda arbetssätt vid tidsbrist eller om verkliga experiment ger för inexakta mätningar. En annan studie av Sullivan, Gnesdilow och Puntambekar (2017), genomförd i USA, testar ifall fysiska experiment kan bidra med en djupare perceptionell förståelse (då fler sinnen aktiveras) som gör dessa mer lämpade att starta med om både simulerade och fysiska experiment kommer användas. De finner att både simulerade och fysiska experiment ger liknande förbättrad förståelse oavsett vilken ordning de genomförs i. Största delen av lärandet sker i det första mötet med experimentet, oavsett om det är simulerat eller fysiskt. De kunde dock observera en liten fördel med virtuella experiment inom arbetsområdena arbete och kraftförstärkning, som drog mer nytta av de ideala förhållanden ett simulerat experiment kan ge.
3.4. Lärardemonstration eller elevutförda experiment
Obadović, Rančić, Cvjetićanin och Segedinacs (2013) enkätundersökning av elevattityder i en stad i Serbien visar att enkla experiment gör elever mer positiva till lärande inom fysik, men bara om eleverna ges möjlighet att genomföra det praktiska undersökande arbetet på egen hand med läraren som en planerande, vägledande och konsulterande kraft. Detta kontrasteras till de
grupper som hade haft lärarledda demonstrationer eller inte använt sig av experiment alls. De fann mer än det dubbla antalet positiva svar bland de elever som till stor del arbetat med experiment på egen hand. Elevers inställning till NO-undervisning och experiment har även undersökts av Eren, Dilek och Karadeniz (2014), som fann att av faktorerna kön, årskurs och typ av skola var det bara skolans tillgång till rätta resurser och utrustning som var en avgörande faktor för elevers attityd.
Å ena sidan visar Obadovićs et al. (2013) att elevattityder påverkas positivt av att eleverna själva genomför experiment, å andra sidan visar Logar och Savec (2011) att det faktiskt kan vara bättre ur kunskapssynpunkt att låta läraren demonstrera. De beskriver detta som gällande när kunskapsmålet är inriktat på det naturvetenskapliga innehållet snarare än att utveckla kunskaper om den naturvetenskapliga processen och att villkoret för att detta ska gälla är att elever
fortfarande hålls aktiva och engagerade genom att t.ex. anteckna, observera eller lösa uppgifter kopplade till demonstrationen.
Lawson (2004) beskriver genom sin undersökning hur elevers resonemangsförmåga stärks utifrån några enkla lärarledda experiment där läraren introducerar ovälkomna variabler i varje steg. Då experimentet inte är rättvist representerat tvingas eleverna resonera sig fram till vad läraren bör göra för att experimentet klarare ska visa vilka variabler som är väsentliga i deras frågeställning. Då det står klart för eleverna att förhållandena måste vara likadana för att man klart ska kunna se variablerna i experimentet stärks deras förmåga att skapa hypoteser och de äger processen till större grad. Lawson (2004) menar att med hjälp av detta byggs en grund för
forskningstänkande hos eleverna, vilket i sin tur skapar ett ökat självförtroende hos eleverna när de ställs inför systematiska undersökningar. Lawson (2004) menar också att introducerande lärarledda experiment är ett steg på vägen mot att rusta eleverna för framtida egna strukturerade undersökningar, där de formulerar sina egna frågor och metodiskt utforskar dem. På så sätt kan lärarledda experiment vara en stödstruktur, men det bör inte stanna där. Han nämner också att fria experiment där eleverna systematiskt undersöker är ovanliga i de flesta skolor och att det istället mest bedrivs experiment med redan uttalade resultat som ska nås och uttalade hypoteser som ska demonstreras. Dessa gör enligt Lawson (2004) mer skada än nytta i och med att de
förlitar sig på lärarens auktoritet och kunskap inom ämnet snarare än att låta eleverna utvecklas på egen hand. 13
4. Diskussion och slutsats
Nedan följer en diskussion av fynden från resultatet. Innehållet som diskuteras kommer att spegla resultatets struktur. Slutligen presenteras en slutsats och en summering av studien.
4.1. Diskussion
4.1.1. Bedömning och stödstrukturer
Att använda observation som metod för att bedöma alla elever i en klass när hela klassen är i full gång med någon fas av ett experiment kan vara svårt. Arbetet kan bestå av många delmoment som alla kräver olika åtgärder för att hjälpa eleven framåt. I en sådan sits är möjligheten till annan form av valid bedömning uppskattad för att kunna ge korrekt respons och för att stötta där det behövs. Ett vanligt förekommande substitut till direkt observation är att låta elever anteckna förloppet av arbetet som sedan kan analyseras i efterhand. Kruit et al. (2018) undersökte hur olika former av bedömning kan stötta elever i arbetet med experiment och fann någorlunda likvärdiga metoder för det. Att kunna använda ett papperstest som komplement till observation och analys av dokumentation kan vara en tillgång för lärare och elever. Frågor i ett sådant test måste då spegla de olika bas-förmågor som ingår i arbete med experiment och att synliggöra dessa bas-förmågor skapar ett ramverk för elevers tankar att utvecklas i. I enlighet med resultat från både Kruit et al. (2018) och Kleinhans et al. (2015) kan vi konstatera att en explicit uppdelning av processen i arbetet med experiment och i bedömning av detsamma ger större möjligheter till att elever ska kunna lyckas med att tillägna sig kunskaper om den vetenskapliga processen.
4.1.2. Fysiska och simulerade experiment
För att det ska vara försvarbart att i skolan arbeta med datorsimulerade experiment istället för verkliga fysiska experiment så måste hänsyn tas till att simulerade experiment kan ha ett element
av förmåga som inte ska bedömas, det vill säga att elever kan hamna i situationer där de ska styra en digital representation av sig själva, en avatar, och agera i den världen till skillnad från den riktiga. I detta sammanhang undersökte Bergey et al. (2015) huruvida förtrogenheten med datorspel hos elever påverkar förmågan att prestera i en senare utvärdering av hur väl de kunde genomföra ett vetenskapligt undersökande arbete. Även de med lågt självförtroende kunde prestera väl i utvärderingen. Detta innebär att arbete med simulerade experiment inte riskerar att misskreditera de med låg förtrogenhet med datorspel. Evangelou och Kotsis (2019) resultat styrks av Sullivan et al. (2017) i den bemärkelse att de två metoderna kan generera liknande
kunskapsutveckling men att virtuella experiment inte bör ersätta fysiska experiment förutom när tiden är begränsad eller om man har extra stort behov av exakta mätningar och ideala
förhållanden.
Något som saknas i artiklarna vi läst är en dimension av kritik i värderandet av respektive metod, som kan liknas vid källkritik. En text elever läser bör värderas enligt källkritiska kriterier, likaså bör programvara programmerad av människor med olika intentioner granskas. Syftet med att överhuvudtaget ägna sig åt experiment är en strävan efter att ge elever makt att i
förlängningen frigöra sig från auktoritära röster som helt enkelt påstår något utan att kunna demonstrera det. Lär sig elever hur man kan manipulera och observera världen runt omkring för att ta reda på samband så är de rustade för att kontrollera sanningshalten i det de auktoritära rösterna säger, detta är till viss del den vetenskapliga tankens kärna, men den tanken utgår ifrån att naturens lagar är omöjliga för en människa att ändra, detsamma gäller inte för ett program.
4.1.3. Lärardemonstration eller elevutförda experiment
Svaret på om lärare bör utföra demonstrationer eller om elever själva bör utföra experiment går att finna i vilket syfte som ligger bakom experimentet. Resultat från Obadović et al. (2013) visar att elever får en mer positiv attityd till de naturorienterande ämnena om de ges möjlighet att själva utföra experiment. Å andra sidan skriver Logar och Savec (2011) att lärardemonstrationer under vissa villkor utvecklar kunskap om det naturvetenskapliga innehållet mer effektivt än elevutförda experiment. Så om detta är syftet finner vi stöd för lärarledda experiment som metod. Dessa fynd motsäger till synes varandra då ett förväntat resultat skulle vara att positiva attityder
också genererar goda resultat, även på inlärandet av innehåll. Obadović et al. (2013)
undersökning uppfyllde möjligtvis inte Logar och Savecs (2011) krav på att aktivera elever på rätt sätt under lärarledda demonstrationer. Lawson (2004) poängterar däremot vikten av, inte bara elevutförda, utan även elevdrivna experiment för att långsiktigt fostra ett vetenskapligt
förhållningssätt och resonemangsförmåga samt förtrogenhet till systematiskt undersökande arbetssätt.
4.2. Slutsats
4.2.1. Betydelse för framtida profession
Resultatet har visat att experiment kan se ut på många olika sätt, både till innehåll, till procedur och nivå av frihet. Det har lett till att vi fått nya insikter och nyanser som kommer vara
betydande i framtida avväganden som pedagoger. Utifrån vad vi har fått fram så kan vi se att speciell hänsyn måste tas till de olika aspekter som inkluderas i arbete med experiment och varje moment måste ges möjlighet att få dels en explicit beskrivning av innebörden och dels formativ bedömning som är precist riktad. Bedömning av experiment som bidrar till effektivt lärande kan ske genom både observation, analys av anteckningar samt skrivna prov. Överförbarheten mellan dessa sätt att bedöma är välkommet när vi som framtida lärare försöker överblicka ett helt klassrum.
Tittar vi istället på metoderna virtuella och verkliga experiment så landar vi i att verkliga experiment fortsatt bör vara utgångspunkten, virtuella experiment kan användas som ett komplement och kan med fördel användas då resurser till verkliga experiment saknas eller då mätvärden måste vara exakta eller förhållanden ideala. Att inventera de digitala resurser som finns på våra framtida skolor blir ett första steg för att genomföra virtuella experiment, dessa kan öppna möjligheter för att trots allt kunna genomföra dyra experiment eller sådant som är svårt att göra i skolmiljö, ett verktyg med potential.
Hur mycket läraren bör kontrollera och styra experiment beror på en rad faktorer. Är syftet att fördjupa kunskaper om den vetenskapliga processen bör undervisningen struktureras
med avsikt att låta experiment vara så öppna som möjligt, att låta elever själva driva processen i så stor utsträckning som möjligt. Detta innebär alla steg från att ställa fråga till att presentera en slutsats. Det ligger en lång progression bakom att kunna driva ett experiment självständigt så på vägen måste stödstrukturer finnas där, som till exempel att lärarledda experiment, färdiga hypoteser eller metoder. Vill man att eleverna så effektivt som möjligt istället ska lära sig om ett naturvetenskapligt innehåll, det vill säga, inte processen, kan man frångå principen om att göra experiment så öppna som möjligt då annan forskning vi funnit visar att lärardemonstrationer kan vara mer effektiva än att eleverna själva genomför experimenten.
4.3. Brister och förslag till fortsatt forskning
Av frågan att döma är vi nöjda med sökningens utformning i form av sökord och val av kategorier. Det vill säga att utan att veta vilket resultat artikelsökningen skulle generera hade vi inte velat ändra om något. I efterhand har vi identifierat problem som uppkommit i samband med sökning och resultat, att artiklarna berör till synes vitt spridda teman, men utforskar samma objekt, det vill säga experiment. Med hänsyn till arbetets omfång hade en fördjupning i något av de teman som fått agera rubriker i resultat och diskussion varit önskvärt för en djupare analys av hur just den aspekten påverkar kvaliteten av undervisning med experiment, å andra sidan var frågan avgränsad till arbetssättet experiment vilket ger en bred bild av forskningen på just det området.
Något som kräver vidare forskning är vilken typ av innehåll som lämpar sig för virtuella experiment, det vill säga, vilket innehåll som kräver noggranna mätningar och ideala förhållanden samt hur innehållsfokuserad undervisning (se lärardemonstrationer) bör vägas mot
processfokuserade elevdrivna experiment för att nå ett bättre resultat totalt. Ett annat tänkbart förslag till vidare forskning är att undersöka i vilken grad det är möjligt för elever att använda virtuella experiment samtidigt som de själva ska formulera frågor och utforma experiment, kanske är önskan om öppna experiment och det virtuella formatet oförenligt? Även en
kartläggning av lärares villighet att arbeta med virtuella experiment kan tänkas vara nyttigt för att inte investera i dyr programvara som blir sittande.
5. Referenser
Bergey, B. W., Ketelhut D. J., Liang S., Natarajan U., & Karakus M. (2015). Scientific Inquiry Self-Efficacy and Computer Game Self-Efficacy as Predictors and Outcomes of Middle School Boys' and Girls' Performance in a Science Assessment in a Virtual Environment. Journal of
Science Education and Technology, 24(5), 696-708. doi:10.1007/s10956-015-9558-4
Calis, S. & Simseklf, Y. (2012). A Research on the Retention of the Experiments Done in Science and Technology Course for Primary School Students. Cyprus International Conference on
Educational Research, 47, 717-721. doi:10.1016/j.sbspro.2012.06.723
Eren, C. D., Bayrak, B. K., & Benzer, E. (2014). The Examination of Primary School Students’ Attitudes Toward Science Course and Experiments in Terms of Some Variables. International
Conference on New Horizons in Education, 174, 1006-1014. doi:10.1016/j.sbspro.2015.01.1245
Evangelou, F., & Kotsis, K. (2019). Real vs virtual physics experiments: comparison of learning outcomes among fifth grade primary school students. A case on the concept of frictional force.
International Journal of Science Education, 41(3), 330-348.
doi:10.1080/09500693.2018.1549760
Friberg, F. (red.) (2017). Dags för uppsats: vägledning för litteraturbaserade examensarbeten. (Tredje upplagan). Lund: Studentlitteratur.
Hatsidimitris, G., Connor, R., Ginges, J., & Wolfe, J. (2010). Glimpses of Science:
Multimedia-enhanced hands-on activities for primary school students. Teaching Science, 56(3), 39-42. https://search-proquest-com.proxy.mau.se/docview/756752446?accountid=12249
Kleinhans, M. G., Marra, W. A., Verkade, A. J., Van Gog, T., Van Westrenen, W., Van Wessel, T., Reichwein, M., & Bastings, M. A. S. (2015). Moon, Mars and Mundus: Primary school children discover the nature and science of planet Earth from experimentation and
extra-terrestrial perspectives. Geologie en Mijnbouw/Netherlands Journal of Geosciences, 95(2) 203-214. doi:10.1017/njg.2015.2
Kruit, P. M., Oostdam, R. J., van den Berg, E., & Schuitema, J. A. (2018). Assessing students’ ability in performing scientific inquiry: instruments for measuring science skills in primary education. Research in Science & Technological Education, 36(4), 413-439.
http://dx.doi.org.proxy.mau.se/10.1080/02635143.2017.1421530
Lawson, A. E. (2004). The nature and development of scientific reasoning: a synthetic view.
International Journal of Science and Mathematics Education, 2(3), 307-338.
http://dx.doi.org.proxy.mau.se/10.1007/s10763-004-3224-2
Logar, A., & Savec, V. F. (2011). Students' hands-on experimental work vs lecture
demonstration in teaching elementary school chemistry. Acta Chimica Slovenica 58(4), 866-875.
http://acta-arhiv.chem-soc.si/58/58-4-866.pdf
Niculae, M., Niculae, C. M., & Doncu, R. (2010). Acquiring Knowledge of Physics by a Hands-On Approach in Romanian Primary School. AIP Conference Proceedings, 7th
International Conference of the Balkan Physical Union - Organized by the Hellenic Physical Society with Cooperation of the Physics Departments of Universities in Greece, 1203, 1360-1365.
doi:10.1063/1.3322372
Obadović, D. Ž., Rančić, I., Cvjetićanin, S., & Segedinac, M. (2013). The impact of implementation of simple experiments on the pupils' positive attitude in learning science contents in primary school. New Educational Review, 34(4), 138-150.
https://eds-b-ebscohost-com.proxy.mau.se/eds/pdfviewer/pdfviewer?vid=19&sid=21cbce02-1d 8c-49ed-9131-d509cafa4c43%40pdc-v-sessmgr05
Prasasti, P. A. T., & Listiani, I. (2018). SETS-based guided experiment book: Empowering science process skills of elementary school students. Jurnal Pendidikan Biologi Indonesia 4(3), 257-262. doi:10.22219/jpbi.v4i3.6684
Selli, C., Yildirim, G., Kaymak, A., Karacicek, B., Ogut, D., Gungor, T., Erem, E., Ege, M., Bumen, N., & Tosun, M. (2013). Introducing basic molecular biology to Turkish rural and urban primary school children via hands-on PCR and gel electrophoresis activities. Biochemistry
and Molecular Biology Education, 42(2), 114-120. doi:10.1002/bmb.20758
Sverige. Skolverket (2017). Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011:
reviderad 2017. [Stockholm]: Skolverket.
Sullivan, S., Gnesdilow, D., Puntambekar, S., & Kim, J.-S. (2017). Middle school students’ learning of mechanics concepts through engagement in different sequences of physical and virtual experiments. International Journal of Science Education, 39(12), 1573-1600.
http://dx.doi.org.proxy.mau.se/10.1080/09500693.2017.1341668
Bilaga 1
Författare Titel År och plats Publicerad i
Bradley W. Bergey; Diane Jass Ketelhut; Senfeng Liang; Uma Natarajan; Melissa Karakus
Scientific Inquiry Self-Efficacy and Computer Game Self-Efficacy as Predictors and Outcomes of Middle School Boys’ and Girls’ Performance in a Science Assessment in a Virtual
Environment
2015 Kanada, USA
International Journal of Science and Mathematics Education
Calis, Sevgul; Simseklf, Yeter A Research on the Retention of the Experiments Done in Science and Technology Course for Primary School Students
2012, Turkiet Cyprus International Conference on Educational Research
Eren, C. Dilek; Bayrak, B. Karadeniz; Benzer, E.
The Examination of Primary School Students’ Attitudes Toward Science Course and Experiments in Terms of Some Variables
2014, Turkiet International Conference on New Horizons in Education
Evangelou, F.; Kotsis, K. Real vs virtual physics experiments: comparison of learning outcomes among fifth grade primary school students. A case on the concept of frictional force
2019, Grekland
International Journal of Science Education
Hatsidimitris, George;
Connor, Rick; Ginges, Jacinda Glimpses of Science: Multimedia-enhanced hands-on activities for primary school students 2010, Australien Teaching Science Kleinhans, M.G.; Marra, W.A.;
Verkade, A.J.; Van Gog, T.; Van Westrenen, W.; Van Wessel, T.; Reichwein, M.; Bastings, M.A.S.
Moon, Mars and Mundus: Primary school children discover the nature and science of planet Earth from experimentation and extra-terrestrial perspectives 2015, Nederländerna Geologie en Mijnbouw/Netherlands Journal of Geosciences Kruit, P.M.; Oostdam, R.J.; van den Berg, E.; Schuitema, J.A.
Assessing students’ ability in performing scientific inquiry: instruments for measuring science skills in primary education
2018, Nederländerna
Research in Science & Technological Education
Lawson, A.E. The nature and development of scientific
reasoning: a synthetic view 2004, USA International Journal of Science and Mathematics Education Logar, A.; Savec, V.F. Students' hands-on experimental work vs
lecture demonstration in teaching elementary school chemistry
2011, Slovenien
Acta Chimica Slovenica
Niculae, Marcela; Niculae, C.
M.; Doncu, Roxana Acquiring Knowledge of Physics by a Hands-On Approach in Romanian Primary School
2010,
Rumänien AIP Conference Proceedings, 7th International Conference of the Balkan Physical Union - Organized by the Hellenic Physical Society with
Cooperation of the Physics Departments of Universities in Greece
Obadović, D.Ž.; Rančić, I.;
Cvjetićanin, S.; Segedinac, M. The impact of implementation of simple experiments on the pupils' positive attitude in learning science contents in primary school
2013, Serbien New Educational Review
Pinkan Amita Tri Prasasti; Ivayuni Listiani
SETS-based guided experiment book: Empowering science process skills of elementary school students
2018, Indonesien
Jurnal Pendidikan Biologi Indonesia
Selli, Cigdem; Yildirim, Gokce; Kaymak, Aysegul
Introducing basic molecular biology to Turkish rural and urban primary school children via hands-on PCR and gel electrophoresis activities
2013, Turkiet Biochemistry and Molecular Biology Education
Sullivan, Sarah; Gnesdilow, Dana; Puntambekar, Sadhana
Middle school students’ learning of mechanics concepts through engagement in different sequences of physical and virtual experiments
2017, USA International Journal of Science Education
