Examensarbete
15 högskolepoängElevers förståelse kring energi och
energiomvandlingar.
Det naturvetenskapliga begreppet energi i relation till
elevers vardagsföreställningar.
Students understanding the concept of energy and energy transformations. The scientific concept of energy in relation to student’s everyday conception.
Sarchen Fredricson
Lärarexamen 270hp Handledare: Ange handledare
Naturvetenskap och lärande 2011-02-09
Examinator: Leif Karlsson
Handledare: Mats Areskoug Lärarutbildningen
3
Sammanfattning
Genom enkätundersökning i årskurs 8 och andra året på gymnasiet, på naturvetenskapligt och tekniskt program, har det undersökts: 1. elevernas
begreppsförståelse om energi, 2. vilka vardagsföreställningar eleverna har om energi, 3. vilken av den naturvetenskapliga eller den vardagliga diskursen elever väljer att använda vid beskrivning av energi, samt 4. hur väl eleverna kan identifiera och beskriva
energikedjor och energiomvandlingar. Jag har fördjupat mig i en mängd litteratur som behandlar en rad områden kring energi. Resultatet var att informanterna grundar främst energibegreppet i vardagsföreställningar beskrivet med en vardagsdiskurs. Informanterna visade att de till större utsträckning kunde identifiera energikedjor bakåt, än framåt. Energiomvandlingar beskrevs i större grad än energiformer av informanterna.
Nyckelord: Begreppsförståelse, Elever, Energi, Energikedjor, Energiomvandlingar, Fysik, Vardagsförställningar.
5
Innehållsförteckning
SAMMANFATTNING ... 3
INNEHÅLLSFÖRTECKNING ... 5
1. INLEDNING OCH SYFTE ... 7
2. FORSKNINGSFRÅGOR ... 8
3. LITTERATURBAKGRUND ... 9
3.1BEGREPPSDEFINITIONER ... 9
3.2INLÄRNINGSTEORIER ... 10
3.3ENERGIBEGREPPET ... 12
3.4ENERGIOMVANDLINGAR, ENERGIKEDJOR OCH ENERGIPRINCIPEN ... 13
3.5ELEVERNAS FÖRSTÅELSE OCH VARDAGSFÖRESTÄLLNINGAR ... 14
3.6STYRDOKUMENTEN ... 19
4. METOD ... 21
4.1MOTIVERING AV METOD ... 21
4.2MOTIVERING TILL VAL AV ENKÄTFRÅGOR ... 22
4.3BEDÖMNINGSMATRIS 1 FÖR SAMTLIGA ENKÄTFRÅGOR ... 24
4.4BEDÖMNINGSMATRIS 2 FÖR ENKÄTFRÅGA 2 OCH 3 ... 26
4.5GENOMFÖRANDE AV UNDERSÖKNINGEN ... 27
4.6BEARBETNING AV DATA... 29
4.7REALIBILITET OCH VALIDITET... 30
5. RESULTAT OCH ANALYS ... 32
5.1ANALYS OCH RESULTAT AV FRÅGA 1 UTIFRÅN MATRIS 1. ... 33
5.2ANALYS OCH RESULTAT AV FRÅGA 2 UTIFRÅN MATRIS 1. ... 36
5.3ANALYS OCH RESULTAT AV FRÅGA 3A MATRIS 1. ... 38
6
5.5ANALYS OCH RESULTAT AV FRÅGA 4 MATRIS 1. ... 42
5.6RESULTAT OCH ANALYS AV FRÅGA 2 OCH 3 MATRIS 2. ... 44
6. DISKUSSION ... 49
6.1ELEVERS VARDAGSFÖRESTÄLLNINGAR OCH ELEVERS VAL AV DISKURS ... 49
6.2ELEVERS FÖRMÅGA ATT IDENTIFIERA ENERGIKEDJOR OCH ENERGIOMVANDLINGAR ... 51
6.3SLUTSATSER ... 52 7. REFERENSER ... 54 TRYCKTA KÄLLOR ... 54 DIGITALA KÄLLOR ... 55 APPENDIX A ... 57 APPENDIX B ... 60 APPENDIX C ... 66
7
1. Inledning och syfte
Mitt intresse för området har funnits sedan starten på lärarutbildningen. Jag har alltid ansett energi vara den mest utmanande delen inom fysiken, då den är väldigt abstrakt. Jag tror att många liknelser och beskrivningar om energi gör att vardagsföreställningar lätt uppstår. Dessutom anser jag att många vardagsföreställningar är rakt motsägande den
naturvetenskapliga förklaringsmodellen, medan andra vardagsföreställningar går att arbeta utifrån under lektionstid om energi.
Syftet med detta examensarbete har varit att undersöka elevers förståelse för energi, energiomvandlingar och energikedjor. Dessutom har det undersökts i vilken mån
förståelsen skiljer sig mellan årskurs 8 och andra året på gymnasiet på naturvetenskapligt och tekniskt program. Vilket utrymme olika sorters vardagsföreställningar får i elevers tankegångar kring energibegreppet har också undersökts. Jag menar att om eleven får förståelse för energiprincipen kommer vardagsföreställningar som motsäger den naturvetenskapliga beskrivningen att utmanas. Eleven kommer inte se energi som materiellt, utan förstå att beskrivningen av energi som något vätskeliknande enbart är en liknelse. Utifrån detta anser jag att om elever kan identifiera och beskriva energikedjor och energiomvandlingar, kan det tolkas som att de har en generell förståelse för
energibegreppet. Eleven kan använda liknelser om att energi kan flöda likt en vätska, men i beskrivningen uppvisar eleven att energi inte är något materiellt. Mitt fokus i
undersökningen har blivit att undersöka elevers resonemang kring energiomvandlingar, energikedjor samt till viss del energiprincipen. Undersökningen har genomförts genom en kvalitativ analys på svaren i öppet formulerade enkätfrågor. Med detta i åtanke
formulerades de forskningsfrågor som arbetet syftar att svara på. Forskningsfrågorna är avsiktligt formulerade att vara väldigt breda, då jag anser att energibegreppet i sig är väldigt brett och det går inte att utesluta något område inom energiläran i fysiken.
8
2. Forskningsfrågor
Vilken begreppsförståelse om energi, energiomvandlingar och energins bevarande finns hos elever i årskurs 8 och andra året på gymnasiet? (hädanefter nämnd som första forskningsfrågan)
I vilken utsträckning kan elever identifiera energiomvandlingar och energikedjor i givna problemställningar? (hädanefter nämnd som andra forskningsfrågan)
Till hur stor del är elevernas beskrivningar av begreppet energi, energiomvandlingar och energins bevarande grundad i naturvetenskapen eller vardagsföreställningar?
(hädanefter nämnd som tredje forskningsfrågan)
I avsnitt 3.1 Begreppsdefinitioner, kommer några begrepp att entydigt definieras. Begreppen som beskrivits är: Begrepp, begreppsförståelse och vardagsföreställning.
9
3. Litteraturbakgrund
3.1 Begreppsdefinitioner
I detta examensarbete har jag använt mig av några begrepp som kan ha olika innebörd. Nedan beskrivs kortfattat vilken innebörd jag syftar till begreppen.
Begrepp – En term vars betydelse är specifik för var diskurs. Ett begrepp associeras med andra begrepp utifrån erfarenheter och dessa associationer bygger upp en så kallad begreppskarta eller kunskapsram, som sedan utvecklas och byggs på allt efter som individen får fler erfarenheter. Begreppskartan eller kunskapsramen kan bestå av flera betydelser av ett och samma begrepp och är individuell. Ett begrepp är en mental symbol av en term i form av associationer som en individ har.
Begreppsförståelse – den förståelse som var individ har för ett begrepps olika
innebörder i olika diskurser. Då en individ har förståelse för ett begrepps olika betydelser i olika diskurser och förklaringsmodeller, kan detta ses som att individen har en stor
kunskapsram.
Vardagsföreställning – En vardagsföreställning är idéer och beskrivningar om hur individen uppfattar omvärlden. Vardagsföreställningar kan vara mer eller mindre byggda på en naturvetenskaplig grund. Det finns två typer av vardagsföreställningar. Den ena sortens vardagsföreställning är rik på erfarenheter och kan integreras med den
10
naturvetenskapliga förklaringsmodellen, och därmed bidra till en ökad begreppsförståelse. Den andra sortens vardagsföreställning är oförenlig med naturvetenskapen, då den bygger på beskrivningar av erfarenheten och sinnesintryck som är motsägande naturvetenskapens lagar och teorier.
3.2 Inlärningsteorier
När det kommer till begreppsförståelse, oavsett område, så finns det två huvudsakliga sätt att se på inlärning och förståelse. Dessa är de två huvudsakliga teorierna kring inlärning, nämligen Piagets individuella konstruktivism och Vygoskijs sociala konstruktivism (Evenshaug & Hallen, 2001).
Enligt Piaget, som utgår från individens utveckling, så genomgår eleven ett antal stadier innan full ämnes- och områdesförståelse kan nås. De två högsta stadierna i utvecklingen kallas ’det konkreta operationsstadiet’ och ’det formella operationsstadiet’. Skillnaden mellan dessa två stadier är avsevärd utifrån ett lärandeperspektiv. Då individen vid vuxen ålder har genomgått dessa två operationsstadier kommer individens kunskaper och
förståelse att fördjupas ytterligare (Elkind, 1983).
I ’det konkreta operationsstadiet’, som utvecklas mellan 7 och 11 år, börjar barnet att kunna utföra handlingsförloppet i huvudet istället för att utföra var handling. I detta stadiet utvecklas en förmåga att kunna uppfatta relationer mellan olika egenskaper av föremål, t.ex. färg och material. Vid slutet av ’det konkreta operationsstadiet’ kan barnet utföra tankeproblem och kombinera med och särskilja klassbegrepp och egenskaper (Elkind, 1983). I ’det formella operationsstadiet’, som sker mellan 12 och 15 års ålder (a.a.), har eleven utvecklat en omfattande tankestruktur, som möjliggör att eleven kan tänka teoretiskt och systematiskt.Eleven är observant, medveten och kritisk mot information och
behandlar motsägelser i tankegångar (Andersson, 2008b). Dessutom kan eleven förstå liknelser och metaforer i slutet av detta operationsstadiet (Elkind, 1983).
11
Vygotskij å andra sidan koncentrerade sin forskning på hur socialt samspel påverkar den kognitiva utvecklingen. Det sociala samspelet varierar för varje elev, då alla har olika familjebakgrund och är uppväxta med olika kultur beroende på skola, kompisar, fritidsaktiviteter och boendeort. Enligt denna utvecklingsteori, måste eleven vara
tillsammans med personer som använder sig av begreppen, för att kunna tillägna sig dem. Eleven får undervisning om hur begreppen förklaras och kan då medverka själv i att ge begreppen betydelse.Eleven har möjlighet att ifrågasätta, diskutera och omformulera kunskapen så den blir elevens egen. Kunskapsramen, d.v.s. de hos eleven befintliga förklaringsmodeller som behärskas, hos eleven byggs ut och utvidgas så flera
kunskapsramar kan integreras, vilket ger ökad förståelse för helheten av kunskapsområdet och begreppet. Detta under handledning av läraren, så eventuella misstolkningar kan motverkas och den naturvetenskapliga kunskapsramen motiveras.Eleven kultureras av samspelet med läraren och övriga elever in i den naturvetenskapliga kulturen, där läraren upprätthåller förhållningssättet. Eleven bearbetar själv aktivt innehållet i kulturen, vilket leder till att både individuell och social konstruktion av innehållet flätas samman
(Andersson, 2008b). Elevernas egna modeller för sortering och behandling av kunskap kan ses som underordnat den sociala interaktionen. Det är snarare processerna som uppstår vid samtal och diskussion som bidrar till elevens kognitiva utveckling. Kunskapen finns på detta vis inte enbart hos eleven som individ, utan även i ett sammanhang där människor tillsammans försöker förklara och förstå naturen (Schoultz, 2002). Vygotskij menar att samtalet är människans viktigaste verktyg till kunskap. I dessa verktyg återfinns tidigare tankebanor och resonemang från föregående generations kultur. Genom att utnyttja dessa verktyg, som gemensamt har skapats, kommer kunskapen att tillägnas eleven som en del av ett större sammanhang (a.a.).
12
3.3 Energibegreppet
Inom naturvetenskapen förklaras energibegreppet på ett väldigt abstrakt sätt, som oftast är svårbegripligt för elever. Det är oftast svårt för eleverna att följa matematiska härledningar och resonemang. Elevernas tidigare kunskap att tolka sådana resonemang är väldigt begränsade, då dessa tillhör högre studier inom naturvetenskapen (Andersson, 2008a).
Med utgång i Nationalencyklopedin på internet (NE, 2010) startade
litteraturfördjupningen. NE (2010) ger en omfattande förklaring om alla energins former på ett språk, som jag uppfattar rikta sig även mot personer med icke-naturvetenskaplig
bakgrund. NE (2010) börjar med att förklara att energi är något icke materiellt och abstrakt. Vidare skriver NE (2010) att energi är förknippat med kraftbegreppet, och förmågan att utföra ett fysikaliskt arbete. Enligt Hewitt (2010) så är energi den förmågan ett objekt har att kunna utföra ett fysikaliskt arbete. Energi, i dess olika former, är lagrat i objektet (Hewitt, 2010).
Areskoug (2006) menar att energi är ett begrepp som är användbart för att beskriva förändringar som sker i naturen och samhället. Hewitt (2010) beskriver att förändringen av rörelseenergi ger upphov till fysikaliskt arbete. Hewitt (2010) beskriver även hur man ur ett energiperspektiv kan beskriva temperatur, elektrisk spänning, ljudintensitet och ljus.
Hewitt (2010) menar att dessa fyra fysikaliska storheter går att härleda till rörelseenergi hos olika partiklar, där rörelseenergin omvandlats från olika former av potentiell energi. Han motiverar eller beskriver inte härledningen.
13
3.4 Energiomvandlingar, energikedjor och
energiprincipen
Energiprincipen förklaras av NE (2010) med en formulering, som är vanlig från många läromedel. Energiprincipen säger att energi inte kan skapas eller förstöras, bara omvandlas mellan olika former. Hewitt (2010) skriver i enlighet med denna förklaring, men beskriver även hur dessa energiomvandlingar mellan alla former kan följas i alla händelser på jorden. Ett exempel på detta är attsolens ständigt pågående fusion frisläpper enorma mängder kärnenergi som omvandlas till strålningsenergi. Delar av denna strålning når
fotosyntetiserande växter som bildar kolhydrater, där kemisk energi binds in i. Dessa kolhydrater konsumeras av djur och människor som föda (Hewitt, 2010), och den kemiska energin i maten omvandlas slutligen till rörelse och värme. Andra delar av solens strålning får vatten att avdunsta, och sedan åter falla till jorden i form av regn, som ansamlas i åar, bäckar och floder. Regnvattnet kan samlas upp i en damm, där ett vattenenergiverk utnyttjar vattnets rörelseenergi, till att driva generatorer som omvandlar rörelseenergin till elektrisk energi (Andersson, 2008a). Areskoug (2006) beskriver energiprincipen ytterligare med tillägget, att energi kan omvandlas från energiformer med högre energikvalitet till energiformer med lägre energikvalitet. Vid tillämpning av energiprincipen, genom att diskutera energikedjor och energiomvandlingar med eleverna, kan energiprincipen konkretiseras (Areskoug, 2006).
Energikedjor kan diskuteras utifrån tre perspektiv, menar Areskoug (2006). Dessa tre perspektiv är det vardagliga, det naturvetenskapliga och det samhälleliga perspektivet. Beroende på elevens utveckling och erfarenheter kan en av dessa perspektiv användas för att behandla och lära sig energikedjor. I det vardagliga perspektivet diskuteras
energikedjan i termer av energimottagare, energigivare och energiöverföring, och kan tillämpas även på yngre elever. Utifrån ett så enkelt experiment, som att tända en lampa, kan eleverna resonera kring att när energi flödar händer något och energiflödet har en specifik riktning. Utifrån detta kan man spåra och identifiera de energiformer som finns i kedjan, både framåt och bakåt (a.a.). När det gäller det naturvetenskapliga perspektivet beskrivs energikedjan utifrån varje energiomvandling som sker. Det blir istället en
14
energiomvandlingskedja. Varje energiomvandling beskrivs på fysikaliskt vis utifrån vilken energiform som omvandlas och till vilken. I exemplet med lampan kan då
energiomvandlingskedjan skrivas som följande: ”potentiell lägesenergi – elektrisk energi –
termisk energi p.g.a. hög temperatur – strålningsenergi – termisk energi p.g.a. låg temperatur”. Utifrån detta exempel kan nu även energikvalitet diskuteras med eleverna
(a.a.). Ur det samhälleliga perspektivet diskuteras den nytta samhället har med energiomvandlingen och vilken naturresurs energikedjan har sitt ursprung i. Ur detta perspektiv kan termen energitjänst börja diskuteras. En energikedja som berör en lysande lampa kan då se ut som följande: ”Primär energi: solenergi – sekundär energi:
vattenenergi – användbar energi: elektrisk energi – energitjänst: belysning – spillvärme”.
Även ur samhällsperspektivet kan energikedjor följas både framåt och bakåt. De
energitjänster som nämns av Areskoug (2006) är transport och personresor, uppvärmning, elektrisk belysning, elektriska hushållsapparater, förvaring och tillagning av mat,
information och media samt tillverkning.
3.5 Elevernas förståelse och vardagsföreställningar
Energi är ett begrepp som är starkt rotat inom alla naturvetenskapens delar. Allt från förmågan att utföra arbete i fysiken, till kemiska processer som omvandlar energifattiga föreningar till energirika inom kemin, till användningen av dessa energirika föreningar i organismer inom biologin. Energibegreppet är främst rotat i fysiken, där storheten
förklaras på sin mest elementära nivå. Inom naturvetenskapen förklaras energi dock på ett väldigt abstrakt sätt. Detta abstrakta sätt att förklara energi grundar sig i matematiska teorier och härledningar. Elever har svårt att förstå denna abstrakta förklaringsmodell (Andersson, 2008b).
Vardagsföreställningar kallas det som eleverna har med sig i sitt ”kunskapsbagage” när de kommer till undervisning. Som Sjøberg (2005) skriver det, så konstruerar varje individ
15
sin egen verklighetsuppfattning, likt en forskare. Vardagsföreställningar är baserade på hur eleven själv har uppfattat världen runt omkring sig och försökt förklara, samt förstå
omvärlden utifrån existerande kunskapsramar. Då individen skapar sig sina föreställningar, händer det ofta att dessa skiljer sig från den vetenskapliga (Sjøberg, 2005). Barn
konstruerar tidigt olika förväntningar och trosuppfattningar om en rad olika vardagliga naturfenomen. De försöker därefter förklara dessa vardagliga erfarenheter (Driver, 1983). Elevens uppfattning om världen förstärks av vuxna i omgivningen som kan bekräfta denna uppfattning (Andersson, 2008b). Hur vuxna i barnets omgivning bekräftar dessa
vardagsföreställningar, varierar utifrån de vuxnas egna uppfattningar och val av språklig diskurs. Sjøberg (2005) skriver att somliga begrepp för fysikaliska storheter i den
vardagliga diskursen inte skiljs åt, då det inte behövs i det vardagliga språket.
Begreppsparen som ”energi- kraft”,” energi- ström” och ”energi- temperatur” är ofta synonyma till varandra i vardagsdiskursen (Andersson, 2008b, Sjøberg, 2005).
Sjøberg (2005) fortsätter beskriva att vissa vardagsföreställningar är vanligare än andra, då forna tiders uppfattningar har präglat vårt språk. Dessutom har naturvetenskapen lånat ord från den vardagliga diskursen men ändrat ordets betydelse för att begreppet ska få en mer precis betydelse i ett vetenskapligt sammanhang, t.ex. kraft, arbete och energi (Sjøberg, 2005). Barnets samlade livserfarenheter, från att börja lära sig gå upp till skolålder, innefattar en rad föreställningar om hur fenomen hänger ihop. Vissa felaktiga föreställningarna mellan händelser och/eller fenomen kommer att skiljas från det verkliga sambandet och kommer förkastas av barnet. Vissa vardagsföreställningar kommer leva kvar upp i skolåldern (Driver, 1983), då dessa föreställningar verkar mer nyttiga och mer rätt än de naturvetenskapliga generaliseringarna, då de uppstår genom sinnesintryck
(Sjøberg, 2005). Vardagsföreställningar kan ses som en större eller mindre kognitiv fiende för eleven. Vardagsföreställningarna kan vara fyllda med erfarenhet från observationer och sinnesintryck, medan den naturvetenskapliga förklaringsmodellen erbjuder struktur och generaliseringar (Andersson, 2008b).
I det naturvetenskapliga språket uttrycks och förklaras modeller samt begrepp på ett specifikt vis. I vardagligt språk uttrycks motsvarande fenomen på ett helt annat vis. Dessa två sätt att förklara omvärlden och naturen på, får då helt olika betydelser och ger olika perspektiv. Det finns två olika diskurser som förklarar samma fenomen på två helt skilda
16
sätt. Den naturvetenskapliga diskursen med alla dess begrepp och uppfattningar, kan vara ytterst svårarbetat för eleven, som främst är bekant med vardagsdiskursens förklaringar (Schoultz, 2002). Sjøberg (2005) menar att många begrepp inte behövs i vardagsdiskursen, då många fysikaliska storheter inte skiljs åt det i vardagsliga språket och där igenom kan vardagsföreställningar uppstå. Eleverna kan ha olika fasta föreställningar om samma fenomen, även om föreställningarna är i motsägelse till varandra. Trots att läraren
konfronterar eleven med motbevis, så behöver de inte ta till sig och bearbeta informationen (Driver, Guesne, Tiberghein, 1985). Blir inte elevens vardagsföreställningar konfronterade, kommer eleven inte att börja tvivla på föreställningen för att sedan aktivt leta rätta svar och förklaringar (Sjøberg, 2005).Eleverna kan få en kvarstående föreställning i
vardagsdiskursen (Driver, Guesne, Tiberghein, 1985). Även om eleven skulle börja behärska den naturvetenskapliga diskursen, då det rena naturvetenskapliga språket går att tillämpa, som under laboration eller studier av naturvetenskapliga texter, så är inte säkert att eleven kan applicera den naturvetenskapliga diskursen utanför dessa miljöer. Därför bör termer och begrepp användas i många diskurser, så eleven förstår innebörden av begreppet i flera varierade situationer (Schoultz, 2002).Barnet har redan starkt rotade föreställningar om hur världen är uppbyggd och fungerar, innan barnet börjar få undervisning inom naturvetenskap (Driver, 1983).
Det går att uppfatta naturvetenskapen i ett socialt sammanhang som en mänsklig aktivitet, där frågor om ansvar för samhälle och natur uppstår. Därför behöver skolan ta hänsyn till vardagstänkandet, då det är vardagstänkandet som kommande kunskapsramar kommer byggas vidare på. Det vardagliga och det naturvetenskapliga tänkandet kan båda förstås och komplettera varandra. Skolan kan stimulera interaktion och utveckla båda kunskapsområdena (Andersson, 2008b). En utgångspunkt för att interaktion mellan vardagsdiskursens begreppsbetydelse och den naturvetenskapliga diskursens
begreppsbetydelse kan vara att utgå ifrån den naturvetenskapliga utvecklingen bakåt i historien. Många vardagsföreställningar som eleverna kan ge uttryck för har ofta en
naturvetenskaplig föregångare. Genom att utgå ifrån den tidigare naturvetenskapliga synen kan eleverna guidas av läraren hur vetenskapen utvecklats genom observationer och
experiment (Sjøberg, 2005). Flera observationer som eleverna har gjort innan undervisning i området kan vara förvirrande för dem, speciellt när det kommer till begreppet energi.
17
Begreppet används slarvigt i många hänseenden, vilket gör att elevens uppfattning om omvärlden inte blir förenlig med naturvetenskapens förklaringsmodell (Andersson, 2008b). Barnets föreställning om fenomenet kan skilja sig mycket från den naturvetenskapliga teorin. Dessutom kan föreställningen helt motsägas genom hur naturvetenskapliga teorier framställs och förmedlas i undervisningen (Driver, 1983). Dock bör det poängteras att elevens förståelse i naturvetenskap inte blir särskilt grundad, om eleven inte har en bred vardagskunskap sedan tidigare. Naturvetenskapen kan grundas och utgå ifrån denna vardagskunskap. Utan en uppfattning om världen utifrån ett vardagsperspektiv, kan eleven inte titta på världen med ett naturvetenskapligt perspektiv. Att stimulera och motivera eleven att gå mellan vardagstänkande och naturvetenskapligt tänkande och integrera dessa två tankeramar är gynnande för elevens beständiga förståelse i kunskapsområdet. Detta då de vardagliga begreppen är fyllda med erfarenhet, medan de naturvetenskapliga begreppen är fyllda med generalitet, systematik och förklaringsförmåga. De två tankeramarna
kompletterar varandra (Andersson, 2008b). Elever bör inte ses som tomma ark, när de deltar i undervisning i naturvetenskap, då information och nya idéer inte bara tas emot av eleven på ett neutralt sätt. De närmar sig nya vetenskapliga erfarenheter med utgångslägen i de äldre föreställningarna, som de har skapat sig med tiden. Deras lärande är beroende på vad de ”har i sina huvuden”, så väl som inlärningssituationen (Driver, Guesne, Tiberghein, 1985). För att underlätta för eleven kan läraren påpeka att naturvetenskapen är konstruerad av människan för att ha ett system, ett regelverk, att förklara naturen på. Därigenom blir naturvetenskapen en, av människan skapad, aktivitet som utvecklas ständigt genom interaktion av olika slag (Andersson, 2008b). Det är en del av den naturvetenskapliga undervisningen att lära sig grunderna i denna interaktion, som kallas det
naturvetenskapliga arbetssättet. Då elevens vardagsföreställning kan integreras med de naturvetenskapliga begreppen kommer eleverna få en djupare förståelse för hur
naturvetenskapen förklarar vardagligt förekommande fenomen, och eleven kan då lättare förstå helheten. De naturvetenskapliga begreppen kommer då få fördjupad mening, då eleven kan tillämpa begreppen och förklaringsmodeller i vardagen och utifrån egna erfarenheter (Andersson, 2008b, Sjøberg, 2005). Att hitta vägen mellan
vardagserfarenheter och naturvetenskapligt tankesätt kan liknas vid att försöka förklara vägen för någon som är vilse över telefon. Läraren måste veta elevens utgångspunkt och
18
tidigare erfarenheter för att kunna guida eleven till interaktion mellan vardagsvärlden och den naturvetenskapliga världen (Driver, 1983).
Vanliga aspekter av energibegreppet i vardagsföreställningar är att energi förknippas med det levande och hur man mår. En annan vardagsföreställning är att man får energi av aktivitet och att energi leder till processer och utveckling. Andersson (2001) menar att förbindelsen mellan energi och det levande kan delas in i två grupper. Den ena gruppen har uttryck som är mer förenlig med det naturvetenskapliga energibegreppet; t.ex. ”Vi behöver
energi för att röra oss”. Den andra gruppen har uttryck som inte är förenligt med det
naturvetenskapliga energibegreppet; t.ex. ”Vi får energi genom att sova eller vila”. Föreställningen att energi orsakar processer (Andersson, 2008b), har en delvis förklaring i att även naturvetare själv inte är så strikta med hur de uttrycker sig verbalt. Forskare använder ofta en mer vardaglig diskurs vid kommunikation, där de ofta anspelar till associationer och metaforer från vardagsspråket (Sjøberg, 2005). I klassisk fysik är det krafter som orsakar förlopp, inte energi. Undersökningar visar att föreställningen att energi förbrukas, är vanlig bland elever. Föreställningen stämde in på levande organismer, och system i rörelse. Det vanligare vardagstänkandet var att se systemet som energiförbrukare i stället för energiomvandlare. Detta är inte i enlighet med energiprincipen. Elever verkar tro att energi kan skapas. En vanlig föreställning är att energi inte går att lagra. Termer som
energikälla, energimottagare och energiflöde, tillsammans med behovet att göra abstrakta
företeelser konkreta genom metaforer, leder till att energi ofta betraktas som något materiellt av vätskekaraktär (Andersson, 2001, Sjøberg, 2005).
Det råder en klyfta mellan den vardagliga och den naturvetenskapliga begreppsvärlden, när det gäller energi. Fysikaliska och matematiska kunskaper krävs för att förklara och redogöra för energibegreppet. Denna fördjupning ingår bara i naturvetar- och
teknikprogrammet. Enligt gällande kursplaner ska alla elever undervisas om energi (Andersson, 2008b).Enligt Skolverket ska alla gymnasieelever, oavsett program, efter att avslutat och blivit godkänd i kursen Naturkunskap A ha kunskap om energi (Skolverket, 2000f).
19
3.6 Styrdokumenten
I styrdokumenten för naturorienterande ämnen för grundskolans senare år står det att eleverna ska i slutet av årskurs nio ha uppnått följande mål:
- ”ha kunskap om naturliga kretslopp och om energins flöde genom olika naturliga och tekniska system på jorden”, (Skolverket, 2000a)
Det ovanstående kursmålet kan tolkas som att eleven ska kunna identifiera och beskriva de omvandlingar och den växelverkan som sker i natur och samhälle samt koppla dessa till specifika händelser (Skolverket, 2000d).
Ytterligare mål som behandlar energi är:
- ”utvecklar kunskap om energi och energiformer, energiomvandlingar och energikvalitet samt samhällets energiförsörjning”, (Skolverket, 2000b)
- ”ha kunskap om olika energiformer och energiomvandlingar samt vid tekniska
tillämpningar miljö-, resurs- och säkerhetsaspekter” (a.a.)
De ovanstående två kursmålen menar att eleven ska kunna förklara och beskriva hur människan påverkar och utnyttjar energiomvandlingar samt vilka konsekvenser
utnyttjandet får. Detta syftar på energins alla former, inte enbart de mest uppenbara. Eleven ska dessutom kunna resonera utifrån dessa energiomvandlingar kring energikvalitet,
hållbar utveckling, energihushållning samt teknisk tillämpning (a.a.).
Vidare i kursplanerna för gymnasiekurserna Naturkunskap A och Fysik A, så formuleras målen liknande med de kursmålen för grundskolans senare del, men är mer preciserade att eleven ska:
- ”ha kunskap om energiomvandlingar och energiformer samt begreppet energikvalitet”
(Skolverket, 2000f)
- ”kunna beskriva naturliga kretslopp och av människan skapade materia- och energiflöden samt ha förståelse av termodynamikens lagar” (a.a.)
20
begreppet energikvalitet samt kunna använda kunskaperna om energi för att diskutera energifrågor i samhället” (Skolverket, 2000e).
- ”ha kunskap om elektriska fält, elektrisk spänning och ström samt elektrisk energi och effekt” (a.a.)
Dessa kursmål är mer preciserade i den mån att varje fenomen som rör energi är mer korrekt. Dessutom ska eleven efter avslutad gymnasiekurs kunna beskriva energi och skeenden kopplade till energi, till skillnad från efter avslutad nionde klass, då eleven enbart ska ha kännedom om energi. Det är tydligt i kursmålen att eleven ska få fördjupad kunskap efter avklarad gymnasiekurs.
21
4. Metod
4.1 Motivering av metod
Det valdes mellan metoden kvalitativ intervjuform och enkätform. Ett fåtal personer intervjuas vid kvalitativ intervju, där det finns möjlighet för intervjuaren att fördjupa sig i informantens svar genom att t.ex. ställa följdfrågor. Fördelen med enkät är att ett stort antal informanter kan delta, och därmed kan större mängd data samlas in (Johansson & Svedner, 2006). Observationer uteslöts som metod, då det inte var en metod som kunde bidra till att besvara forskningsfrågorna inom lämplig tidsram, då observationer inom ramen för
undersökningens intresse skulle ha inneburit deltagande på samtliga informanters lektioner om energi. Samtliga deltagande informanter hade redan haft all undervisning om energi i de kurser som undersöktes i avsnitt 3.6 Styrdokumenten. Att endast genomföra en textundersökning valdes också bort, då denna metod inte heller var lämplig för
undersökningen eftersom viss elevkontakt söktes. Elevkontakten hjälpte mig få svar på elevernas resonemang kring specifika frågeställningar om energi. En kvalitativ enkät utfördes, där informanten kunde svara fritt på samtliga enkätfrågor. Detta var en passande form för undersökningen, då större mängd data kunde samlas in och svaren var
informativa. Undersökningen hade kunnat genomföras i form av kvalitativa intervjuer, och hade kunnat ge bra resultat. Kvalitativ intervjuform valdes bort, då större mängd data önskades, och undersökningen genomfördes under begränsad tid.
Viktiga aspekter vid utförande av enkätundersökning är administrationen av enkäterna. Det är av vikt att alla informanter får likvärdig information innan genomförandet av enkäten, samt att utdelning och insamling av enkät skedde synonymt (Johansson & Svedner, 2006). Informanterna var informerade om att enkäten var frivillig och anonym.
22
Överst på enkäten efterfrågades ålder och gymnasielinje. Detta önskades för att underlätta det administrativa efterarbetet. Det är även av vikt att enkätens struktur och form är överskådlig och inte kräver för lång svarstid, då eleven kan mista intresset och
koncentrationen och kan därmed leda till svar som inte är fullt genomtänkta. Enkätfrågorna har konstruerats utifrån forskningsfrågorna (a.a.).
4.2 Motivering till val av enkätfrågor
Jag valde att ha fyra frågor i enkäten, där en av frågorna hade två delfrågor. Jag ansåg att fyra frågor var tillräckligt för att få svar på forskningsfrågorna. Enkätfrågorna
konstruerades så att de svarade på minst en forskningsfråga var. Öppna svar söktes, så stort skrivutrymme lämnades under varje fråga till informantens förfogande. Enkäten i sin slutgiltiga utformning finns i Appendix A.
Första frågan ämnar svara på vad informanterna förknippar och associerar med just ordet energi. Min avsikt med frågan är att se huruvida eleverna förknippar ordet med något naturvetenskapligt eller något anknutet till vardagen. Informanterna kommer att svara utifrån egna erfarenheter och resonemang. Enligt bl.a. Andersson (2001, 2008b), har elever ofta föreställningar om att energi är något levande eller av vätskeliknande karaktär. Om informanterna har just denna föreställning kommer detta att komma fram i denna enkätfråga. Dessutom är det av intresse för studien att undersöka i vilken mån
informanterna förväxlar energi med i huvudsak kraft men även ström och temperatur, då vardagsdiskursen ofta synonymiserar dessa begrepp (Sjøberg, 2005). Frågans huvudsakliga syfte är att undersöka vad informanterna förknippar och tänker på och därigenom vilka föreställningar kring energi som finns. Därigenom kommer enkätfrågan hjälpa mig besvara min tredje forskningsfråga, då elevernas beskrivningar av sina associationer kan tolkas som mer eller mindre grundade i naturvetenskap eller vardag. Då data analyserats och den tredje forskningsfrågan om elevens beskrivningar av associeringar med energi är grundad i
23
naturvetenskap eller vardagsförställningar besvarats, kommer detta leda till att första forskningsfrågan om elevernas begreppsförståelse om energi besvarats.
Andra frågan kommer att koncentreras till energiomvandlingar. Informanterna har till denna enkätfråga en bild (Appendix A) att utgå ifrån. De ska där kunna översiktligt identifiera flera energiomvandlingar. Bilden är konstruerad på ett sådant sätt att
informanten har flera alternativ att välja exempel från. Det kan vara allt från kon som betar i hagen, till flygplanet i luften eller regnet över bergen i bakgrunden. En stor sol har ritats på himlen, för att även den ska kunna uppmärksammas av informanten. Enkätfrågan är konstruerad på ett sådant sätt att den hjälper mig besvara min andra forskningsfråga, som berör huruvida elever kan identifiera energiomvandlingar och energikedjor i givna
problemställningar. Utifrån informanternas beskrivningar av energiomvandlingar kan även de två övriga forskningsfrågorna besvaras, då informanternas beskrivningar och
resonemang visar om de var grundade i naturvetenskap eller vardagsföreställning. Då informantens beskrivningar kategoriserats för att svara på tredje forskningsfrågan, kunde därefter första forskningsfrågan besvaras.
Informantens förmåga att följa energikedjor, både framåt och bakåt, ska tredje
enkätfrågan belysa. Därigenom kommer enkätfrågan svara på min andra forskningsfråga om elevers förmåga att identifiera energiomvandlingar och energikedjor. Detta genom en fråga som behandlar förtäring av ett glas mjölk. Informanten frågas i första delfrågan om vad som kommer hända med energin i mjölken efter att informanten druckit ur. Jag ser två alternativa korrekta svar till frågan och dessa är att omvandlingar ger rörelse och värme. I andra delfrågan får informanten ta ställning till var energin i mjölken har sitt ursprung. I denna delfråga ska energikedjan kunna följas bakåt till energin i kon, att kon får energi genom att äta gräs och fotosyntes sker i gräset med hjälp av solens strålning och omvandlar det till kemisk energi. Informanterna fick gott om skrivutrymme. Denna fråga är väldigt intressant, då flertalet kursmål som rör energi i de naturvetenskapliga skolämnena kan ses beröras av frågan. I denna enkätfråga kan dessutom vardagsföreställningar om att energi som något materiellt och vätskeliknande framkomma. Detta kan beskrivas bl.a. genom att informanten följer materiens omvandling och kedja istället för energins omvandling. På detta vis svarar även enkätfrågan på tredje forskningsfrågan, som berör huruvida elevens beskrivning är grundad i naturvetenskap eller vardag. Då forskningsfrågan om elevernas
24
beskrivningar är grundade i naturvetenskap eller vardagsföreställning besvaras, kommer det leda till att forskningsfrågan om elevernas begreppsförståelse om energi även besvaras. Den tredje enkätfrågan har utgångspunkt ur ett biologiskt system. Detta kan vara en
utgångspunkt att börja diskutera människokroppens energibehov och vilka delar av kroppen som behöver energi för att fungera. Dock är detta perspektiv inte intressant för undersökningen.
Energikonsumtion på personlig nivå belyses i fjärde enkätfrågan. Frågan är konstruerad på det sättet att informanten ska tänka på hur energi nyttjas av personer runt henne. Denna fråga ställs för att se om informanten resonerar kring energi till olika sorters produkter, maskiner och tjänster i samhället. De tre huvudkategorierna som valts ut att dela in svaret på är följande: Elektricitet (även om elektricitet inte är en energiform), resor/transport och uppvärmning/värme, då jag anser att det är de energitjänster som informanterna är mest förtrogna med. Elektricitet representerar elektriska hushållsapparater och belysning för mig. Enkätfrågan är ämnad att hjälpa mig svara på forskningsfrågorna om vilken begreppsförståelse informanterna i båda åldrarna har, samt om den är grundad i naturvetenskap eller vardagsföreställning.
4.3 Bedömningsmatris 1 för samtliga enkätfrågor
Bedömningsmatris för analys av elevenkäterna gjordes för var fråga, och kallas hädanefter
bedömningsmatris 1. Matris 1 består av fyra olika kategorier efter informanternas förmåga
att beskriva utifrån naturvetenskapen eller utifrån vardags diskurs. De fyra kategorierna har fått tilldelat sig ett namn anknytande till kategorins generella diskurs och bruk av
naturvetenskaplig förklaringsmodell. Beskrivningen av varje kategori ger inga absoluta förklaringar på vilka kriterier som måste uppfyllas för placering in i kategorin.
Beskrivningar och exempel är generella, och svarar informanten i enlighet eller liknande med en eller flera exempel ur matrisen, så faller informanten därmed in i kategori med
25
given beskrivning. Jag har varit konsekvent med inplacering av enkätsvaren, så liknande enkätsvar hamnar i samma kategori. De enda absoluta kriterierna finns i bedömningsmatris
1 för kategorin naturvetenskaplig syn. Föregående exempel och beskrivningar inom
kategorin i matrisen kommer att följa med till frågorna efter. Bedömningsmatris 1 i sin fullständiga form finns under Appendix B.
1. Vardagligt synsätt (hädanefter kallad vardag); informanten visar bristande förmåga att använda en naturvetenskaplig förklaringsmodell i sitt svar. Informanten kan även använda energi i en vardaglig diskurs, så som att informanten t.ex. ”får energi av att röra
på sig”. Andra liknande uttalanden kan förekomma. Informanten kan nämna vila, sömn
eller meditation för att få energi. Energi beskrivs som något materiellt och orsaken till processer av informanten. Energiprincipen uppfylls inte enligt informantens beskrivningar.
2. Blandat synsätt – vardag (hädanefter kallat blandad syn - vardag); ett
naturvetenskapligt influerat språkbruk används av informanten, men är inte korrekt. Informanten har en ytlignaturvetenskaplig förklaringsmodell. Slutsatser som leder till att kraft-energi, ström-energi och/eller temperatur-energi är synonyma förekommer.
Informanten kan inte identifiera var naturvetenskaplig förklaringsmodell kan appliceras i samhället.
3. Blandat synsätt – NV (hädanefter kallat blandad syn - NV); informanten visar djupare förståelse och hanterar en naturvetenskaplig förklaringsmodell korrekt. Dessutom kan informanten applicera den naturvetenskapliga förklaringsmodellen på samtliga fenomen som efterfrågas. Informanten kan tydligt skilja på energi-kraft, energi-temperatur och energi-ström. Energiprincipen uppfylls i informantens beskrivningar. Informanten kan identifiera vilken energiform som förekommer efter omvandling.
4. Naturvetenskapligt synsätt (hädanefter även kallad NV); informanten visar mindre fallenhet till applicering av den naturvetenskapliga förklaringsmodellen i vardagen. Informanten är väl medveten om att energi inte kan skapas eller förstöras, samt korrekt identifiera energiformerna både före och efter energiomvandlingen i en given
frågeställning. Energikedjor kan identifieras. Informanten beskriver inte att energi orsakar processer. Informanten skiljer på materia och energi. De absoluta kriterierna för denna
26
kategori är att informanten menar att ”energi orsakar inte processer” och ”energi är inget
materiellt”.
Dessa fyra kategorier har inspirerats av Anderssons tabell 10.2 från ”Grundskolans
naturvetenskap: helhetssyn, innehåll och progression” sid. 149. Jag har valt att utöka
denna tabell med ytterligare en kategori, då jag anser att Anderssons kategori
”Energibegrepp för liv och samhälle” är väldigt bred. Jag anser att informanter, som faller
in i denna kategori, kan uppvisa olika kvalité på förståelse. Detta vill jag skilja på. Av denna anledning har jag delat upp kategorin i två delar och döpt om dem till ”Blandat
synsätt – NV” för de som uppvisar större förståelse för energibegreppet, samt ”Blandat synsätt – vardag” för de som uppvisar ett mindre korrekt naturvetenskapligt språkbruk
men ändå försöker använda en ytlig naturvetenskaplig förklaringsmodell.
Jag har tolkat varje enkätsvar för placeringen i varje kategori, och haft
bedömningsmatris 1 som mall i samtliga frågor. Kommenterar till varje citat följer efter
varje citat utvalda för varje kategori. Då informanten uttryckligen beskrivit något som tillhör specifik kategori men matrisen inte tar upp det, så har jag kommenterat det i anslutning till citatet.
4.4 Bedömningsmatris 2 för enkätfråga 2 och 3
Det valdes att konstrueras en andra bedömningsmatris för att kunna besvara den andra forskningsfrågan, som handlar om i vilken utsträckning elever kan identifiera
energiomvandlingar och energikedjor. Svaren från varje informant i enkätfråga 2 och 3 har kvalitativt analyserats och jämförts mot varandra. Utifrån bedömningsmatris 2 har
informanterna placerats in i en grupp. För att ge en översikt av analysen konstruerades diagram. Diagrammet finns sist i Appendix D. Det tilldelades denna bedömningsmatris nummer 2.
27
Bedömningsmatris 2 består av 3 grupper, som benämns grupp 1, grupp 2 och grupp 3.
Vissa kriterier måste uppfyllas av båda enkätsvaren för att placeras in i en grupp, där bl.a. beskrivningar som inte är förenliga med naturvetenskapen i något av svaren placeras i
grupp 1. Då ena svaret är förenligt med naturvetenskapen, men inte det andra, placeras det
i grupp 2. När båda svaren är förenliga med naturvetenskapen placeras det i grupp 3. Med förenligt med naturvetenskapen menar jag att beskrivningen inte motsäger energiprincipen, energi beskrivs inte som materia samt att korrekta energiomvandlingar nämns. Fullständig
bedömningsmatris 2 med kriterier finns i Appendix C.
4.5 Genomförande av undersökningen
En pilotstudie om sex informanter genomfördes strax innan elevundersökningen. Informanterna i pilotstudien valdes slumpmässigt ut på ett bibliotek och samtliga pilotinformanter var över 18 år. De valdes av tillgänglighetens skull. Jag anser att enkätfrågornas struktur passar informantgruppernas ålder och där över. Pilotstudiens betydelse var för att eventuellt korrigera formuleringar och för att förebygga missförstånd. Småkorrigering gjordes i form av att motivering efterfrågades efter själva frågan, då jag enbart fick svar i form av ett ord eller en kort mening. Godkännande om genomförandet av undersökningen söktes och godkändes från min och en kurskamrats partnerskolor för verksamhetsförlagd tid. Enkäterna utfördes anonymt och forskningsetiska regler enligt Vetenskapsrådet följdes, där bl.a. underskrift från målsman samlades in i förväg och godkännande av rektor gavs (Vetenskapsrådet, 2010).
Enkätundersökningen genomfördes av 52 elever från tre klasser på två skolor. Eleverna går i både årskurs 8 i grundskolans senare del och i andra året på gymnasiet på
naturvetenskapligt och tekniskt program. Klasser där samtliga elever kan uttrycka sig väl på svenska valdes, då jag inte vill ha med bristande språkkunskaper som en faktor till missförstånd i enkätundersökningen. Den skolan där en klass i årskurs 8 valts ut, är en stor
28
skola om c:a 800 elever med klasser från årskurs F-9. Skolan befinner sig i ett bostadsområde med varierad etnicitet och belägen i utkanten av en stor stad i Skåne. Klassen beskrivs av lärarna i arbetslaget för NO, som den klassen i årskurs 8 med mest studiemotivation. Denna klass valdes då den ansågs var mest lämplig att genomföra enkätundersökningen i. Skolan där klasserna i andra året på gymnasiet valts ut, är en skola i en medelstor stad i Skåne. Skolan har enbart gymnasie- och komvux-utbildning med c:a 350 elever. Dessa skolor valdes då personlig kontakt med lärare och ledning redan var etablerad.
Jag bestämde mig för att inte svara eleverna allt för ingående på frågor specifikt riktade på hur svaret skulle formuleras på var fråga, då jag ville undvika att färga och påverka informanternas svar. Jag var närvarande då informanterna genomförde enkäten. Detta var ett par dagar innan terminsavslutning. Jag valde att förlägga tiden för genomförandet av enkäten i början av elevernas lektion, då jag ville undvika att eleverna svarade förhastat för att komma från lektionssalen (enligt Workshop - enkät, Mats Lundström, 2010-09-02, Malmö Högskola ht-10). Innan genomförandet, informerades eleverna om syftet av enkäten och att det var en del av mitt examensarbete på lärarutbildningen. De verkade alla vara positivt inställda till att hjälpa till. Eleverna informerades om att de hade c:a 15-20 minuter på sig att skriva. Några av eleverna ställde en rad frågor i anslutning till utdelandet av enkäterna. Dessa frågor var mest i stil med huruvida deras ordinarie lärare skulle få se svaren och om de skulle få betyg på detta. Eleverna informerades om att enkäterna skulle genomföras anonymt vid flertalet gånger. Frågor som handlade om hur de skulle formulera sig fick svaret ”Svara så som du vill förklara det”. Efter att alla eleverna lämnat in
29
4.6 Bearbetning av data
Efter insamlandet av samtliga enkäter sorterades båda åldersgrupperna upp enligt kategorisering i bedömningsmatris 1 för var fråga. Varje svar, från varje informant, till varje enkätfråga jämfördes med bedömningsmatris 1 för att placeras efter svaret konsekvent i passande kategori. Jämförelser mellan informanters svar, inom samma kategori, gjordes för att förebygga felplacering. Det finns en risk att jag delvis kan ha tolkat informanternas svar felaktigt. Detta hade jag i åtanke under hela sammanställandet av resultat och analys. Statistik av fördelningen i resultaten fördes, för att få en
övergripande blick av resultaten. Diagram och tabeller finns i Appendix D.
Jag har valt att gå igenom varje kategori för varje enkätfråga var för sig under resultat och analys. Detta för att sedan göra en övergripande analys av de kvantitativa data som sammanställs utifrån antal informanter i varje kategori i varje fråga.
Denna bearbetningsform har valts för att undersöka i vilken utsträckning informanterna kan identifiera och beskriva energiomvandlingar och energikedjor, med vilken diskurs beskrivningarna görs med, samt om detta visar på en begreppsförståelse grundad i naturvetenskapen eller i vardagsföreställningar.
Den tredje forskningsfrågan, som handlar om till hur stor del elevernas beskrivningar av energi är grundade i naturvetenskapen eller i vardagsföreställningar, har jag fått svar på från samtliga enkätfrågor. Med utgång från litteraturstudier, framför allt i Björn
Anderssons böcker som gav mycket inspiration, och bedömningsmatris 1 för samtliga enkätfrågor, fick jag svar. I bedömningsmatris 1 står olika exempel på hur eleven kan resonera och formulera sig.
För att få svar på min första forskningsfråga, som handlar om begreppsförståelse om energi, energiomvandlingar och energins bevarande, har jag utgått ifrån bedömningsmatris
1 samt från analys på och svar från tredje forskningsfrågan. Elevernas svar analyserades
konsekvent utifrån både matris och jämförelse med övriga enkätsvar i samma fråga. Har informanterna formulerat sig på ett vis som inte motsäger en naturvetenskaplig
30
så anser jag att informanterna i båda årskurserna har en generell förståelse för begreppet energi. Samtliga enkätfrågor hjälpte mig besvara forskningsfrågan.
Den andra forskningsfrågan har jag fått svar på genom att analysera informantsvaren från enkätfråga 2, som handlar om identifiering av energiomvandlingar i ett landskap, samt enkätfråga 3, som handlar om identifiering av energikedjan, både framåt och bakåt, med utgångspunkt i förtäring av ett glas mjölk. Bedömningsmatris 2 konstruerades beståendes av 3 grupper och utifrån hur informanterna beskrivit energiomvandlingarna och
energikedjorna i enkätfrågorna och har därefter placerats in i en grupp. Denna
bedömningsmatris är inte samma som bedömningsmatris 1. Bedömningsmatris 2 är enbart konstruerad för att ge svar på den andra forskningsfrågan.
4.7 Realibilitet och validitet
Realibilitet och validitet är viktiga begrepp inom forskningsmetodik. Realibilitet ger noggrannheten och tillförlitligheten i undersökningen och validiteten avser om resultatet speglar en sann bild av mätningens innehåll samt därigenom om rätt metod användes för att få svar på forskningsfrågorna (Johansson & Svedner, 2006).
56 elever från tre klasser valdes ut för att delta i enkätundersökningen. Informanterna genomförde enkäten anonymt under lektionstid. Då flertalet informanter fyllde i enkäten samtidigt, fanns möjlighet att elever läste varandras svar och skrev av samt tyst kunde samtala om svaren. Dessutom fanns det möjlighet att informanterna skulle uppfatta enkätundersökningen som ett prov, vilket kunde göra informanterna nervösa. Då samtliga informanter hade fått undervisning om energi och fullständigt besvarade enkätsvar
återficks från samtliga informanter inom tidsramen för enkätundersökningen, kan realibiliteten anses vara godtagbar. För att öka realibiliteten kunde fler informanter fått svara på enkätundersökningen, samt att informanterna fått göra det under mer enskilda omständigheter. Dock tillät inte tidsramen för den fullständiga undersökningen detta.
31
Enkätfrågornas formulering och struktur var formade för att ge svar på
forskningsfrågorna. Hög validiteten kan uppfyllas genom att forskningsfrågorna är avsedda för att besvara forskningsfrågorna. Motivering av val av enkätfrågor samt deras koppling till forskningsfrågorna finns i avsnitt 4.2 Motivering till val av enkätfrågor. Validiteten för undersökningen kommer redogöras för i diskussionen.
32
5. Resultat och analys
Totalt deltog 52 elever, varav 26 från andra året på gymnasiet (även benämnt Åk 2 GY), och 26 elever från årskurs 8 i grundskolans senare del (även benämnt Åk 8 GS).
Gymnasieeleverna kom från två olika gymnasieprogram, naturvetenskapligt- och tekniskt program. Dock ingår inte gymnasieelevernas studieinriktning i resultat och analys, då det inte är intressant för undersökningen.
Resultat och analys har valts att slås ihop, då analys vid kategorisering av elevsvaren gjordes. Kategoriseringen har skett med utgångspunkt från bedömningsmatris 1 och 2.
Både kvantitativ och kvalitativ analys har utförts. Den första kvantitativa analysen bygger på bedömningsmatris 1, där enkätsvaren har granskats för kategorisering. Den kvantitativa analysens betydelse är att ge en översiktlig bild mellan årskursernas
kategorifördelning i varje fråga. Då det enbart deltog 26 elever från varje årskurs, har jag valt att lägga in en numerisk tabell i anslutning till diagrammen för att förtydliga
fördelningen.
Citat är utvalda för varje kategori i bedömningsmatris 1 och årskurs. Dessa för att visa likheter och skillnader dem mellan om möjligt. Varje utvalt citat representerar en kategori som helhet. I vissa fall har jag valt att använda mig av två citat från samma årskurs i enkätfrågan. Detta för att tydliggöra hur flera svar av informanterna kan skilja sig, men ändå tillhöra samma kategori.
33
5.1 Analys och resultat av fråga 1 utifrån matris 1.
Åk 8 GS: ”Jag tänker på kraft och på ström och framför allt styrka-ork. Kraft är energi som
förbrukas snabbt. Ström är också en sorts energi. Att ha energi är också styrka och att orka prestera”
Åk 8 GS: ”Kraft, elektricitet, vind, vatten och eld. Naturliga kraftelement d.v.s. energi. Åk 2 GY: ”Elektricitet, uthållighet, värme/kraft”
Det kan anses att informanten från årskurs 8, som citat nummer 1 är taget från, uppvisar varken naturvetenskaplig diskurs eller förklaringsmodell. Det kan tolkas som informanten kopplar energi till människan och det levande samt ser energi synonymt med både kraft och ström. Enligt informanten kan energi förbrukas. Detta gör att citatet får representera vardagskategorin för årskurs 8. Den andra informanten från årskurs 8, som faller inom ramen för vardagskategorin, kopplar energi till materia samt påvisar att energi är synonymt med både kraft och elektricitet. Detta är tecken på en icke naturvetenskaplig
förklaringsmodell. Informanten från andra året på gymnasiet, som får representera
vardagskategorin, kopplar energi till människan. Dessutom associerar informanten energi med både värme och kraft. Hos denna informant kan det tolkas ur svaret som att kraft och värme synonymt med varandra och med energi. En vanlig felsägelse kring betydelsen av energi mellan vardags och en naturvetenskaplig diskurs förekommer. Ser man till
procentsatserna mellan åldrarna, så kan det uttydas att det är fler informanter i årskurs 8 som faller inom kategorin vardag, än vad det är informanter i andra året på gymnasiet.
Åk 8 GS: ”Jag tänker på krafter. T.ex.Vattenkraftverk, vindkraftverk eller kärnkraftverk. Man får
energi av mat.”
Åk 8 GS:”Vindkraft, vattenkraft, kärnkraft”
Åk 2 GY: ”elektricitet – den ”vanligaste” sedda. Eld – Den tidigaste formen. Uteveckling – Energi
leder till utveckling.”
Informanterna från båda åldrarna har kopplat ordet energi till olika kraftverk, och ger exempel på några. Trots att exempel på energiomvandlingar inte efterfrågats, har ingen av
34
informanterna beskrivit vilka energiformer som omvandlas i kraftverken, till skillnad från informanter som placerats i NV-kategorierna. Fenomenet har inte beskrivits av några informanter, även om de kan namnge det. I bedömningsmatris 1 står det att informanten ska syfta till att energi orsakar process och utveckling. Det tredje citatet, från
gymnasieinformanten, kan det tydligt uttydas i beskrivningen att energi leder till utveckling. Att energi orsakar processer och utveckling är inte förenligt med
naturvetenskapen. Ser man på skillnaden mellan procentsatserna inom kategorin blandad -
vardag, så finns det skillnad däremellan. Hos informanterna i årskurs 8 var det nästan
hälften av dem som föll in i kategorin, medan i andra året på gymnasiet var det knappt en tredjedel.
Åk 8 GS: ”Mat – Man måste ju äta för att kunna har ”energi” och gör vad man vill. Solen. Får
energi i kroppen. Växter växer. Elektricitet – Transporterar energi runt så allt fungerar.
Åk 2 GY: ”Rörelse, ljus, värme. Det är de tre former av energi man lätt kan tänka sig eftersom
man vet att man utsätts för det konstant.”
Åk 2 GY: ”Jag tänker på fysik, eftersom det var ett arbetsområde där. Tänker på läges- och
rörelseenergi, men även värme. Jag tänker även på stora kraftverk som ger oss energi.”
När det kommer till kategorin blandad – NV, så anser jag att samtliga informanter i denna kategori har skrivit med en naturvetenskaplig diskurs, som används ur ett
vardagsperspektiv. Ett exempel på detta är det första citatet från informanten i årskurs 8, som nämner elektricitet som transportmedlet för energi. I detta citat tolkar jag att
informanten ser energi och ström som olika fenomen. Generellt skiljdes energi från kraft, ström och temperatur av samtliga informanter i kategorin blandad - NV. I det tredje och fjärde citatet från informanter i andra året på gymnasiet, så valdes dessa som exempel på hur språket kan variera inom samma kategori. I det fjärde citatet används en mer
naturvetenskaplig diskurs än i det tredje citatet, från samma ålder. Dock visar det övre citatet att informanten vet om att energi finns runt oss konstant. Jämförelse mellan procentsatser mellan kategorin och åldrarna visar stor skillnad. Nästan en tredjedel av informanterna i andra året på gymnasiet faller inom denna kategori, medan enbart 12 % av informanterna från årskurs 8 faller inom kategorin.
35
Åk 2 GY: ”Jag tänker på arbete som kräver bränsle för att ändamålet ska uppfyllas. Rörelseenergi
– när saker och ting ska röra sig. Elektrisk energi – energi som krävs för att elektriska apparater. Kemisk energi – atomer och molekyler som kolliderar och den energi som frigörs.”
Hos informanten som faller inom kategorin naturvetenskaplig syn, kan ingen vardaglig applicering i förklaringen uttydas. Informanten använder en naturvetenskaplig diskurs som inte motsäger energiprincipen. Energi beskrivs inte som orsaken till processer eller
materiellt. Kraft, elektricitet eller temperatur beskrivs inte synonymt med energi.
Informanten nämner dessutom ett par energiformer med naturvetenskaplig diskurs, samt med korrekt naturvetenskaplig förklaringsmodell. Enbart två informanter placerades i denna kategori, och informanterna går båda i andra året på gymnasiet. Ingen informant från årskurs 8 uppfyllde kriterierna för denna kategori.
Mellan åldrarna och mellan samtliga kategorierna syns det tydliga skillnader. Det syns i diagrammen i Appendix D att det finns stora skillnader i procentsatserna mellan
kategorierna och åldrarna. Jag tror att detta kan bero på att informanterna i andra året på gymnasiet dels har läst kursen Naturkunskap A, men även läst kursen Fysik A. I och med att informanterna i andra året på gymnasiet har läst båda dessa gymnasiekurser, så bör de ha en större teoretisk grund till förståelse för energi. Dock kan jag tycka att denna större teoretiska grund bör visa sig tydligare mellan åldrarna, i form av större andel informanter i andra året på gymnasiet som kvalificerar in sig i NV-kategorierna. Trots detta, så är det mer än hälften av alla informanter från gymnasiet som hamnat i kategorin vardag och blandad
vardag. När det kommer till informanterna i årskurs 8, så är det nästan 90 % av
36
5.2 Analys och resultat av fråga 2 utifrån matris 1.
Åk 8 GS: ”Vindkraftvärk, Fabrik, Solenergi, Luft”
Citatet som representerar kategorin vardag, ger ingen antydan till naturvetenskaplig förklaringsmodell. Detta genom att enbart olika kraftverk ges som exempel. Informanten ger ingen beskrivning av energins oförstörbarhet eller några energiomvandlingar. Ingen informant från andra året på gymnasiet föll in i denna kategori.
Åk 8 GS: ”Vindkraft: Vinden ger kraft till vindsnurrorna. Elektricitet går genom ledningarna.
Kärnkraf från kärnkraftverket. Egen kraft: Cykeln körs av personen och det blir en sorts kraft. Solens kraft: med hjälp av solen och solceller får vi solenergi. Vattenkraft: Med hjälp av vattnet får
vi vattenkraft.”
Åk 2 GY:”… vatten/vindkraft som omvandlar naturens kraft till energi. En pojke som äter ett
äpple, vars vitaminer blir energi.”
Det första citatet, från informanten i årskurs 8, som representerar kategorin blandad
vardag, kan identifiera var energiomvandlingar sker, men inte mellan vilka former.
Informanten koncentrerar större delen av sin beskrivning till det som rör kraftverken. Heller visar inte informanten större förmåga att använda en naturvetenskaplig diskurs eller förklaringsmodell. Ordet kraft används synonymt till energi, vilket inte tas upp i
bedömningsmatris 1 för denna kategori och fråga. Dock tas sammankopplingen mellan
bl.a. kraft och energi upp i matris 1 för denna kategori i föregående enkätfråga. Jag anser därför att denna vardagssyn kan appliceras i denna kategori och fråga. När det kommer till citatet som representerar kategorin för andra året på gymnasiet, så menar informanten att energi är knutet till materia, här i form av vitaminer. Var energiomvandling sker kan identifieras, men motiveras inte av informanten. Skillnaden i procentsats mellan åldrarna inom kategorin blandad vardag är påtaglig, då nästan 70 % av informanterna i årskurs 8 faller in i kategorin, medan 42 % av informanterna i andra året på gymnasiet har placerats i samma kategori.
37
Åk 8 GS: ”Vindkraft, solkraft, vågkraftverk, eld, vattenkraft . Vindkraft omvandlar vind till
elektricitet, värme. Solkraft omvandlar uv-ljus till elektricitet. Vågkraft omvandlar vågor till el. Eld omvandlar trä till värme. Vattenkraft omvandlar vattnets strömmar till el.”
Åk 2 GY: ”Regnet som faller, lägesenergi blir rörelseenergi. Elden ger värmeenergi. Flygplanet
använder rörelseenergi i motorerna. Företaget ger ström åt huset. Åkrarnas växter har lagrad energi som de använder för att ta sig ur jorden, sen tar de upp all energi som solen avger.”
Inom kategorin blandad - NV kan informanterna i båda åldrarna identifiera var
energiomvandlingen sker och vilken energiform som förekommer efter omvandling. Stor förmåga att applicera naturvetenskaplig förklaringsmodell i vardag kan uttydas i båda åldrarna. Placering av antalet informanter i denna kategori från årskurs 8 var 16 %, medan antalet informanter från gymnasier var nästan 40 %.
Åk 2 GY: ”Rörelseenergi. Värmeenergi. Mekanisk energi. Elektrisk energi. Kemisk energi.” Åk 2 GY: ”Rörelse till värme genom friktion. Kemisk till rörelseenergi i traktorn. Kemisk till ljus i
fyren. Ljus till kemisk energi i växterna. Rörelse till elektrisk energi i vindkraftverken.”
Informanterna som placerats i kategorin naturvetenskaplig syn använder korrekta namn på energiformerna. Väldigt liten koppling till vardag används i samtliga enkätsvar. Citatet som valts ut representerar detta. Stor förmåga att använda naturvetenskaplig
förklaringsmodell är generell för alla enkätsvar som placerats i kategorin. 19 % av informanterna i andra årets på gymnasiet placerades in i kategorin naturvetenskaplig syn, medan inga informanter från årskurs 8 föll in i denna kategori.
Rent generellt är det stor skillnad mellan fördelningen mellan kategorierna och åldrarna. Hos informanterna på gymnasiet är det nästan 60 % som svarat inom de naturvetenskapliga kategorierna. Det är enbart 16 % av informanterna i årskurs 8 som faller in i en
naturvetenskaplig kategori. Ingen av informanterna i årskurs 8 placerades i
38
5.3 Analys och resultat av fråga 3A matris 1.
Åk 8 GS: ”Den förbrukas. Jag får energi och kan röra på mig och så, tack vare att jag har ätit.” Åk 8 GS:”Kalsium från mjölken går till skelettet som förstärks. Mjölkens näringsämnen tas upp av
kroppen, på så sätt får man energi.”
Åk 2 GY: ”Lite av den blir till kalk och sätter sig i skletett medans resten”
I samtliga tre citat, som representerar kategorin vardag för båda åldrarna, ges en tydlig beskrivning till att informanterna inte kopplar tillbaka till energiprincipen. Informanterna menar på att energi förbrukas i kroppen. Dessutom kopplas energi till något materiellt, d.v.s. kalcium i mjölken ger energi för en informant och för en annan informant blir energi kalk. I ena fallet blir något materiellt energi, och i andra fallet blir energi något materiellt. Detta är inte i enlighet med den klassiska fysikens beskrivning av energi. Vid studie av fördelningen av informanter mellan kategorierna kan det tydligt ses att vardagskategorin är störst i båda åldrarna. Hos årskurs 8 är det 62 % som placerats i vardagskategorin, medan det är 42 % av gymnasieinformanterna i kategorin.
Åk 8 GS: ”tarmarna tar upp näringen och skickar den vidare till cellerna, som sen blir energi.”
Åk 2 GY: ”kroppen tar upp en del som den förbrukar”
Informanten från årskurs 8, som placerats i blandad - vardag, skiljer sig från vardags-kategorin, då informanten använder ett mer naturvetenskaplig språk även om energi kopplas till något materiellt. I matrisen för kategorin i föregående frågor har detta tagits upp. I citatet från en informant i samma kategori från andra året på gymnasiet, kopplar informanten till att kroppen tar upp energin. Skillnaden i fördelning mellan åldrarna i denna kategori är mindre än i föregående frågor.
39
Åk 8 GS: ”Den gör så att du får energi, till att orka göra saker som t.ex. prata, leka, springa, gå
mm.”
Åk 2 GY: ”Den går ner i magen och omvandlas till energi som vi kan röra oss med och värma oss
med.”
Informanterna, i båda åldrarna, i kategorin blandad - NV har kopplat vad energin kommer leda till. I översta citatet, från informant i årskurs 8, syftas det enbart till rörelse, men i understa, från informant i andra året på gymnasiet, kommenteras både rörelse och värme. Dock bör det poängteras att det andra citatet kan ge intryck av att informanten vill likställa energi med materia. Jag tolkar det inte så.
Rent generellt i kategorin, presenterades vad energin i mjölken skulle leda till väldigt väl, och dessutom med ett språk som anknyter till applicering i vardagen.
Åk 2 GY: ”Den spjälkas i sina beståndsdelar och energi frigörs som går åt olika uppgifter i
kroppen”
Åk 2 GY: ”Den används till värme, rörelse efter att den förbränts och näringen utvunnits.”
Enbart två informanter från andra året i gymnasiet placerades i kategorin naturvetenskaplig
syn. Detta då ett korrekt naturvetenskapligt språk nyttjades. Informanterna ser tydligt vad
som kommer ske med energin i kroppen och beskriver det även ur ett tvärvetenskapligt vis inom naturvetenskaperna.
I denna delfråga är det, i båda åldersgrupperna, är majoriteten av alla informanter som faller in i en vardagskategori, antingen blandad vardag eller vardag. Det verkar som att samtliga informanter har svårt att uttrycka hur energin kommer att omvandlas i kroppen.
40
5.4 Analys och resultat av fråga 3B matris 1.
Åk 8 GS: ”Den kommer från kon. Kon producerar mjölk” Åk 2 GY: ”Från vattnet som är i gräset. Sedan äter kon den.”
Informanterna som placerats i kategorin vardag kan enbart placera ut första delsteget i energikedjan, eller nämner en annan egenskap hos ko eller gräs som ursprung till energin mjölken bär på. Informanterna visar avsaknad på naturvetenskaplig diskurs eller
förklaringsmodell. I övre citatet ser inte informanten den fullständiga kedjan. I det nedre citatet ser informanten en annan egenskap hos gräset som det som ger energi, d.v.s. att informanten kopplar energi till något materiellt. Detta i enlighet med bedömningsmatris 1 för kategorin i föregående frågor, då energin kopplat till något materiellt inte tagits upp i matrisen för denna fråga. Procentuellt är det mer än dubbelt så många informanter som placerats i kategorin av gymnasieinformanterna än informanter från årskurs 8.
Åk 8 GS: ”Bonde odlar gräs -> som sedan kon äter upp -> sedan omvandlar kon gräset till mjölk” Åk 2 GY: ”Den kommer från början från gräset. Men energi har sedan innan kommit från solen
m.m.”
Hos samtliga informanter som placerats i kategorin blandad - vardag, har ett eller flera steg i energikedjan uteblivit. I citatet från informanten i årskurs 8 tar informanten upp en alternativ väg i energikedjan. Detta leder till att det inte enbart är en energikedja som informanten beskriver, utan snarare en ”orsakskedja”. I citatet från gymnasieinformanten så nämner informanten inte mellansteget kon. Det kan tolkas som att just denna informant tar för givet att kon är underförstådd i och med mjölken, men för att dela in alla
informanter i alla kategorier har jag varit tvungen att vara konsekvent i hur informanten har formulerat sig. Jag har valt just detta citat då det passar bäst in på beskrivningen i
