1
Rullbrädor som verktyg
för att förändra elevers
uppfattningar för kraft
och motkraft
En interventionsstudie om hur upplevelsebaserad undervisning
kan förändra mellanstadieelevers uppfattningar för kraft och
motkraft
KURS:Examensarbete för grundlärare 4-6, 15hp PROGRAM: Grundlärarprogrammet 4-6 FÖRFATTARE: Marcus Werneskog EXAMINATOR: Per Askerlund TERMIN:VT20
JÖNKÖPING UNIVERSITY
School of Education and Communication Självständigt arbete för grundlärare 4-6 Grundlärarprogrammet med inriktning mot arbete i grundskolans årskurs 4-6 Vårterminen 2020
SAMMANFATTNING
___________________________________________________________________________ Marcus Werneskog
Rullbrädor som verktyg för att förändra elevers uppfattningar för kraft och motkraft
En interventionsstudie om hur upplevelsebaserad undervisning kan förändra elevernas uppfattningar för kraft och motkraft
Antal sidor: 26 ___________________________________________________________________________ Den här interventionsstudiens syfte är att undersöka hur upplevelsebaserad undervisning med rullbrädor kan förändra elevers uppfattningar för Newtons tredje lag (N3). Tidigare studier har visat att N3 utgör en stor utmaning för elever. Vidare visar studier att elevers uppfattningar kan variera i olika kontexter. Ett förtest med frågor som fokuserade N3-kontexterna putt och drag samt jämn- och ojämn vikt konstruerades. Två interventioner utformades för två olika elevgrupper (N=32): I den första behandlades kontexten drag genom ett upplevelsebaserat experiment med rullbrädor, och putt genom ett helklassamtal. I den andra interventionen behandlades kontexten putt genom ett upplevelsebaserat experiment med rullbrädor, och drag genom helklassamtal. N3-kontexterna jämn och ojämn vikt ingick båda interventioner. Data samlades in, jämfördes och analyserades med för- och eftertest.
I materialanalysen framträder att upplevelsebaserad undervisning åstadkommit störst effekt i N3-kontexten ojämn vikt. Vidare framgår att bägge interventioner gett samma effekt i N3-kontexten jämn vikt. Slutligen visar studien likt tidigare studier en systematik i elevernas vardagsuppfattningar.
___________________________________________________________________________ Sökord: Newtons tredje lag, vardagsuppfattningar, undervisning, intervention, kontext ___________________________________________________________________________
JÖNKÖPING UNIVERSITY
School of Education and Communication Självständigt arbete för grundlärare 4-6 Grundlärarprogrammet med inriktning mot arbete i grundskolans årskurs 4-6 Vårterminen 2020
ABSTRACT
___________________________________________________________________________ Marcus Werneskog
Rollerboards as a tool for changing conceptions about action and reaction
An intervention study about how experiental teaching can change conceptions of Newton’s third law
Antal sidor: 26 ___________________________________________________________________________
This intervention study aims to investigate how experiental teaching with rollerboards can change students’ conceptions about Newton’s third law (N3). Studies have shown that N3 is difficult for students, and that their conceptions vary in different contexts. A pretest which focused the contexts pushing and pulling, and even and uneven weight was carried out by 32 students, divided into two groups. Two different interventions were constructed, one for each group: The first
intervention treated the context pulling through an experiental experiment with rollerboards and pushing by traditional teaching. The second intervention attended the context pushing through an experiental experiment, while pulling was treated with traditional teaching. Both interventions contained the N3 contexts even and uneven weight. After the intervention, a posttest was given to the students. With the result from the pretest and posttest, the different interventions were analyzed and compared.
The result implies that experiental teaching has accomplished most effect in the context uneven weight. In even weight, it appears both interventions have had equal impact. Like earlier studies on N3, this study shows that students’ presconceptions are resistant to change and that they exhibit a systemacity in applying them.
_________________________________________________________________________ Sökord: Newton’s third law, preconceptions, teaching, intervention, context
Innehållsförteckning
Innehållsförteckning ...4
1.Inledning ...1
2. Bakgrund ...2
2.1 Kraftbegreppet ...2
2.2 Newtons tredje lag...3
2.3 Tidigare forskning om Newtons tredje lag ...4
2.4 Newtons lagar i kursplanen för fysik...5
3.Teori ...7
4. Syfte & Frågeställningar ...8
5. Metod ...9 5.1 Metodval ...9 5.2 Urval ...9 5.3 Studiens genomförande ... 10 5.4 Dataanlys ... 14 5.5 Etiska överväganden ... 14 5.6 Metodiskussion ... 14 6.Resultat... 16
6.1 För- och eftertestets resultat ... 16
6.1.1 Uppgift 1 ... 17
6.1.2 Uppgift 2 ... 18
6.1.3 Uppgift 3 ... 19
6.1.4 Uppgift 4 ... 21
7. Resultatdiskussion ... 22
7.1 Upplevelsebaserad undervisning gav störst effekt för N3-kontexten ojämn vikt ... 22
7.2 Interventionerna gav samma förändring för N3-kontexten jämn vikt ... 24
7.3 Elevernas systematiska applicerande av dominansprincipen ... 25
7.4 Didaktiska implikationer ... 26
7.5 Sammanfattning av resultatdiskussion ... 26
Referenslista ... 27
1
1.Inledning
Många elever har svårt för fysik. En anledning kan vara att deras vardagsuppfattningar inte överensstämmer med fysikens koncept och principer, vilket ger upphov till starka kontraster genom hela skolgången (Duit, Schecker, Höttecke & Niedderer, 2014, s. 434). Vygotskij menade att elevers vardagsspråk och de vetenskapliga begreppen skiljer sig åt genom att de sistnämnda är mer systematiska och generella (Andersson, 2008a, s. 26). Dock var Vygotskij övertygad om att mötet mellan vardagliga och vetenskapliga begrepp i skolans undervisning, kunde bidra till att utveckla elevernas abstraktionsförmåga och teoretiska insikt. Ett av fysikens områden är den klassiska mekaniken som behandlar hur kraft och rörelse appliceras på kroppar (McCall, 2011, s. 1). Mekanikens betydelse kan knappast överskattas då den varit grundläggande för utvecklingen av fysik och kanske all annan naturvetenskap (Crowe, 2007, s. 1). Crowe betonar att denna kunskap har skapats, utvecklats och förbättras under lång tid och för att kunna uppskatta dessa bedrifter är det viktigt att inse att den inte har kommit färdigpaketerad. Det är inte så konstigt att det är svårt för elever och studenter att tillägna sig detta innehåll som tagit mer än två tusen år att förfina. Newton formulerade teorier om mekaniken och beskrev dessa med sina rörelselagar. Trots att Einstein senare utvecklade teorierna ytterligare kan fysiker än idag använda dem till 99,9 % av tiden (McCall, 2011, s. 2). Det Newton beskrev i rörelselagarna står i konflikt med
människors vardagsuppfattningar (Viennot, 2002, s. 41) och ett stort antal studier har visat att dessa vardagsuppfattningar återfinns bland studenter i olika länder och på olika utbildningsnivå, ända upp till universitetet (Angell et al. 2011, s. 275). McCall (2011, s. 49) menar att Newtons tredje lag är den mest missförstådda lagen inom fysiken.
Krafter, rörelser och rörelseförändringar är en del av kursplanen i fysik genom hela grundskolan (Skolverket, 2018, s. 23). En del av fysiklärarens ämnesdidaktiska kunskaper bör vara att förstå vad som försvårar elevers lärande och hur det påverkar undervisningsinnehållet. Samtidigt visar forskning att det finns en diskrepans mellan hur lärare undervisar och vad den ämnesdidaktiska naturvetenskapsforskningen har visat är framgångsrik undervisning. Detta arbetet är en
interventionsstudie med syftet att undersöka hur undervisning har förändrat elevers uppfattningar för Newtons tredje lag.
2
2. Bakgrund
2.1 Kraftbegreppet
Till vardags används kraft i olika betydelser: gröt till frukost ger kraft att orka dagen, mörk choklad har en kraftig smak eller onda krafter verkar i samhället. Inom fysiken är kraft en fysikalisk storhet som har en central betydelse i mekaniken (Jansson, Grahn & Enelund, 2018, s. 12). Mekaniken är ett av fysikens huvudområden och kan sägas vara ”läran om materiella system, i dagligt tal ofta benämnda kroppar, i vila eller rörelse under inverkan av krafter” (ibid. s. 9). I en fysiklärobok exemplifieras kraft som något som håller ihop materia och som kan ändra form, fart och rörelseriktning på något (Monthan, 2015, s. 89). I ett annat exempel ses kraft som något som tenderar att ändra rörelsen hos ett objekt och att krafter orsakar linjära rörelser (Nave, 2014). Vidare är den nuvarande förståelsen är att det finns fyra fundamentala naturkrafter:
gravitationskraft, svag kärnkraft, stark kärnkraft och elektromagnetisk kraft. Newton klassiska mekanik beskriver krafter under vardagliga omständigheter och kan inte appliceras i extremfall, vilka behandlas i kvantmekaniken. Enligt Richard Feynman (Leighton & Sand , 1989, s. 2:1, 12:1-3) går det inte att skapa en exakt definition av kraft då naturen är alldeles för komplex och dess fenomen kan därmed inte beskrivas på ett enkelt sätt. Han jämförde den grundläggande fysiken med ett pussel som visar hur naturen fungerar men att ingen vet om det finns några yttre ramar eller ett förutbestämt antal bitar. Feynman betonade dock att en av de viktigaste egenskaperna hos kraft är att dess ursprung är materiell. Det här arbetet innefattar den klassiska mekaniken, som undervisas i grundskolan och där ingår gravitationskraft och elektromagnetisk kraft. Gravitationskraft kallas också tyngdkraft. Tack vare denna kraft stannar planeterna kvar i sina omloppsbanor runt solen och vi människor stannar kvar på jorden.
När två kroppar är i nära kontakt påverkar de varandra med elektromagnetisk kraft genom de elektriskt laddade partiklar som finns i kropparnas ytskikt (ibid. s. 13). Detta kallas kontaktkrafter och exempel på det är en lampa som utsätts för kontaktkraft från linan den hänger i eller en låda som glider eller vilar på ett lutande plan och påverkas av kontaktkraften från planet
(friktionskraft). Vid kontakt mellan två föremål uppstår normalkraft och den hindrar dessa föremål från att tränga in i varandra (Östklint, Johansson & Anderberg, 2012,).
3 2.2 Newtons tredje lag
I det dagliga livet uppfattas materian i vår omvärld som både i vila och i rörelse (Andersson, 2008b). Saker och ting står stadigt på marken, människor promenerar, regn faller, luften flyttar sig och jorden roterar runt solen. Hur rörelse fungerar har sysselsatt naturvetare och filosofer i över två tusen år, från Aristoteles till dagens fysiker. På 1600-talet formulerade Newton tre lagar som har kommit att bli hörnstenar i mekaniken (Andersson, 2008b):
NEWTONS FÖRSTA LAG
Varje kropp förblir i vila eller rörelse med konstant fart längs en rät linje om den inte påverkas av en obalanserad kraft.
NEWTONS ANDRA LAG
F = m*a. F betecknar kraft, m massa och a acceleration.
NEWTONS TREDJE LAG
Om en kropp påverkar en annan med en given kraft, återverkar
den senare kroppen på den förra med en lika stor men motsatt riktad kraft.
Viktiga principer för N3 (Newtons tredje lag)
Det centrala i Newtons tredje lag är att krafter uppkommer i interaktionen mellan två olika kroppar (objekt) och det finns åtminstone fem principer som är viktiga (Brown & Clement, 1987,
s. 99):
1. En kropp kan inte erfara kraft i isolation. Det kan inte finnas en kraft på kropp A utan en kropp B som utövar kraften.
2. Kropp A i isolation kan inte utöva kraft, utan att det också finns en kropp B som utövar en kraft på kropp A.
3. När två kroppar interagerar är krafterna alltid lika stora, från A till B och från B till A. 4. Krafterna i kraftparet uppkommer och upphör exakt samtidigt, även om den ena upplevs
mer aktiv. Till exempel utövas lika stor kraft åt båda håll när ett bowlingklot träffar en kägla. 5. I interaktionen mellan två kroppar, är kraften från A till B i exakt motstående riktning som
4 2.3 Tidigare forskning om Newtons tredje lag
Dominansprincipen
Studier har visat att elever tror, att då två objekt interagerar med varandra, så blir kraften större hos det objekt som upplevs starkare, tyngre, snabbare eller mer aktivt (Bayraktar, 2009; Brown & Clement, 1987; Hestenes et al. 1992). Detta har kommit att kallas dominansprincipen (Hestenes et al. 1992). Exempelvis då en lastbil i hög fart kolliderar med en stilla personbil, då anses lastbilen utöva en större kraft på bilen, än bilen gör på lastbilen, eftersom lastbilen genom dess fart, tyngd och aktivitet anses dominerande i förhållande till bilen. Resonemanget går stick i stäv med N3, som betonar att interaktionen mellan objekt alltid är jämlik i kraft.
Människor verkar uppfatta de krafter som objekt utövar på varandra som ojämlika; det ena objektet orsakar kraft och det andra påverkas (White, 2006). White kallar denna uppfattning causal asymmetry 1 och beskriver den med en översiktsstudie från de olika fälten naive physics,
phenomenal causality och force dynamics.
Naive Physics studerar hur lekmän, både vuxna och barn, resonerar kring fysikaliska fenomen (White, 2006). I översiktsstudien refereras till forskning, där det framkommer att människor har en naiv uppfattning som står i kontrast till N3; istället för att se krafter som jämlika och motsatta i riktning, förutsätter de att det ena objektet är en aktiv agent som verkar på det andra objektet, patienten (White, 2006). Patienten uppfattas endast som ett passivt motstånd. I studien skulle vuxna och barn förutspå åt vilket håll ett objekt i konstant rörelse (patienten) skulle ändra
riktning då det utsattes för en knuff (av agenten). De flesta deltagarna förväntade sig att patienten skulle ändra riktning åt exakt det håll som den knuffades, och bortsåg från patientens hastighet (White, 2006). I verkligheten blir den nya riktningen en kombination av både agentens knuff och patientens hastighet.
White (2006) använde också forskningsfältet phenomenal causality, och där finner han ytterligare argument för uppfattningen causal asymmetry. Fältet studerar hur människor upplever orsak och verkan genom visuell perception: det ser ut som att enbart det ena objektet orsakar att något händer det andra. Vid exempelvis en kollision mellan objekt A i rörelse och ett stillastående objekt B så bortser människor från B:s inverkan på A (White, 2006).
White (2006) beskrev också att signalord påverkar hur människor uppfattar N3. Forskaren argumenterar för detta genom studier inom fältet Force Dynamics, vilket bland annat behandlar hur språk beskriver orsakssamband mellan fysikaliska krafter. Studierna visar att språket markerar en
1
Kausalassymetri på svenska. Att det finns en assymetri mellan de objekt som interagerar, det ena anses vara subjekt och anledningen eller orsaken till det andra objektets förändrade tillstånd. I verkligheten finns ingen sådan assymetri: Utan objekt, inget subjekt.
5 rollfördelning mellan två kraftutövande objekt och dessa roller kallas agonist och antagonist. I vissa sammanhang kan ord antyda att ett av objekten är benäget att utöva en kraft på det andra, vilket resulterar i ett statiskt tillstånd – i konstant rörelse eller vila. Ord som signalerar denna uppfattning är till exempel ”because of”: ”The ball kept rolling because of the wind blowing on it” och ”The log kept lying on the incline because of the ridge there” (stocken låg kvar i
sluttningen på grund av upphöjningen som fanns där). I andra sammanhang kan ord antyda förändringar över tid, där antagonisten förändrar agonistens tillstånd genom att få den att bli vilande eller sättas i rörelse: ”The ball’s hitting it made the lamp topple from the table”
(bollträffen gjorde så att lampan att trillade av bordet) och ”The water’s dripping on it made the fire die down” (vattendroppandet gjorde så att elden dog) (White s. 138).
Uppfattningar varierar med kontexten
Uppfattningar för ett koncept (som N3) varierar i olika sammanhang: En person kan resonera på skilda sätt kring samma fenomen i olika sammanhang (Brown & Hammer, 2013). En expert kan anses vara en person som resonerar kring ett fenomen på ett systematiskt sätt, oavsett
sammanhang. diSessa (1993) menar ett en novis inte kommer i närheten av en experts ”depth and systematicity”. För N3 har studier visat att gravitation, hastighet, massa, acceleration, putt, drag och statisk jämvikt är sammanhang där studenters förmåga att applicera N3 på ett korrekt sätt varierar (Bao, Hogg & Zollman, 2002; Terry & Jones, 1986; Zhou et al. 2015). I tidigare utförd litteraturstudie (Holmbom & Werneskog, 2019) valde vi att benämna dessa sammanhang för ”N3-kontexter”. Denna interventionsstudie kommer att behandla N3-kontexterna putt och drag, samt jämn- och ojämn vikt.
2.4 Newtons lagar i kursplanen för fysik
Enligt kursplanens kommentarmaterial är fysikundervisningens syfte att ge eleverna möjlighet att utveckla förtrogenhet med fysikaliska begrepp, modeller och teorier samt förståelse för hur de formats tillsammans med erfarenheter från undersökningar av omvärlden (Skolverket, 2017). Undervisning om krafter, rörelser och rörelseförändringar anses ska ske med en progression genom hela grundskolan. I de lägre åldrarna är innehållet konkret och elevnära för att sedan bli mer abstrakt och erbjuda vidare utblickar allteftersom eleverna blir äldre (Skolverket, 2017). I årskurs 1–3 handlar kunskapsområdet ”Kraft och rörelse” om fysikaliska fenomen som eleverna kan uppfatta genom sina sinnen i lek och rörelse. Begreppen tyngdkraft, friktion, balans,
tyngdpunkt och jämvikt införs efterhand med hjälp av olika aktiviteter. Det kan till exempel handla om att testa vad som ger bäst glid i rutschkanan: galonbyxor eller jeans? I andra fall kan
6 “att stå på ett ben”, gunga och cykla vara utgångspunkten för utforskande och lärande
(Skolverket, 2017, s. 13-14). Även i årskurs 4–6 ska eleverna använda sina sinnen när de möter innehållet Krafter och rörelser i vardagssituationer och hur de upplevs och kan beskrivas. Genom utvecklad förtrogenhet kan de urskilja kraft som något som gör det möjligt att beskriva vardagliga fenomen exempelvis, varför de ramlar framåt över cykeln om man tvärbromsar. När eleverna lämnar årskurs nio ska de kunna använda denna kunskap för att resonera kring hur
rörelseförändringar påverkas av krafters riktning och storlek. På ett systematiskt sätt ska de kunna undersöka krafter, rörelser och rörelseförändringar och dra slutsatser med koppling till fysikens begrepp, modeller och teorier (Skolverket, 2017). Vetenskapliga upptäckter inom fysikens område har förändrat människors livsvillkor och sättet att se på världen (Skolverket, 2017). För att
motivera eleverna och visa på relevansen av fysikämnet lyfts upptäckterna och det historiska perspektivet fram i kursplanen. Detta syftar också till att ge eleverna förståelse för skillnaden på naturvetenskapens sätt att förstå och skildra omvärlden från andra beskrivningar, såsom religiösa.
7
3.Teori
Piagets idéer om ackommodation och assimilering, vetenskapsfilosofi samt uppfattningen att förkunskaper påverkar lärande, syntetiserades till ett perspektiv för vetenskapsundervisning av Posner et al. (1982) som har kommit att kallas conceptual change. Posner et al. (1982) beskrev fyra förutsättningar som behöver uppfyllas för att en individ ska överge sin nuvarande idé för en ny: För det första behöver individen vara missnöjd med sin nuvarande idé. För det andra behöver den nya idén som erbjuds uppfattas som begriplig. För det tredje behöver måste individen uppleva den nya idén som rimlig i förhållande till tidigare erfarenheter och kunskaper, Slutligen, för det fjärde behöver idén upplevas mer användbar än nuvarande idé. Posner et al. (1982) förespråkade kognitiv konflikt2 som metod.
Synen på elevers vardagsuppfattningar har förändrats inom conceptual change. Från början ansågs vardagsuppfattningar vara något som behöver förkastas och bytas ut. Senare forskare inom conceptual change har förespråkat ett annat perspektiv för vardagsuppfattningar: Att pedagoger istället ser elevers vardagsuppfattningar som användbara för att introducera nya, mer
vetenskapligt korrekta idéer (diSessa, 1993).
En grundtes inom conceptual change är att en individ inte kan anses antingen ”förstå ett fenomen helt” eller ”inte förstå ett fenomen alls”. En förståelse för ett fenomen måste alltid relateras till en kontext (Brown & Hammer, 2013, s.128). Författarna menar att elevers resonemang för en specifik fråga bör ses som en tillfällig stabilitet, som kan komma och ändras då de lär sig något nytt, eller då de möter en liknande fråga. Vidare menar Brown och Hammer (2013, s.129-130) att det inte betyder att elever har ”got it”, bara för att de svarat rätt. Istället bör det ses som att eleverna i bästa fall har ”got it” för just den kontexten.
En undervisning influerad av conceptual change skulle kunna beskrivas på följande vis: Undervisningen utgår från elevers förförståelse och använder den till att gradvis forma mer vetenskapligt korrekta idéer (Vosniadou, 2013). Vidare är gapet mellan elevers förkunskaper och undervisningen litet, samtidigt som eleverna behöver möta koncept i nya och olika kontexter. Slutligen behöver eleverna ta till sig ett vetenskapligt perspektiv, och utveckla förmågan att särskilja mellan ”appearance and reality”, för att inse att det som verkar uppenbart för sinnena inte nödvändigtvis är det som händer (Vosniadou, 2013, s.15).
2
En kognitiv konflikt kan uppstå då en person upplever något som ifrågsätter dess uppfattning. Upplevelsen kan skapa känslor av obehag vilket kan motivera personen att tänka om.
8
4. Syfte & Frågeställningar
Syftet med studien är att undersöka hur upplevelsebaserad undervisning förändrar elevers uppfattningar för Newtons tredje lag.
Detta syftet avses besvaras genom frågeställningarna:
Vilka uppfattningar visar eleverna om kraft och motkraft före undervisning?
9
5. Metod
5.1 Metodval
Människors vardagsuppfattningar för N3 är väl dokumenterade (se bl.a Viennot, 2002; Brown & Clement, 1987; Holmbom & Werneskog, 2019). Med detta i beaktande valdes en kvantitativ forskningsstrategi eftersom den lämpar sig för prövning av teorier (Bryman, 2011). För att bygga vidare på forskning för N3, och för att undvika att denna studie blev endast ytterligare en
bekräftelse på människors vardagsuppfattningar för kraft och motkraft, så valdes
interventionsstudie som metod. På så vis ger studien ett resultat som har potential att bli användbart för praktiserande lärare. En interventionsstudie kännetecknas av att forskaren
undersöker hur olika grupper, som blir föremål för olika interventioner, påverkas (Bryman, 2011). Studiens tillförlitlighet styrktes genom användning av en kontrollgrupp, detta för att ” kontrollera eller eliminera de möjliga effekterna av alternativa förklaringar till ett visst kausalt resultat” (Bryman, 2011, s.57). Ett sätt att samla in data för att jämföra grupper är genom för- och
eftertest, och det användes i denna studie. I tidigare utförd litteraturstudie kring N3 (Holmbom & Werneskog, 2019) så framkom flest interventionsstudier med elever från högstadiet och uppåt. En interventionsstudie med elever från mellanstadiet kan på så sätt bidra till en mer komplett bild av kraftundervisning för yngre elever.
5.2 Urval
Den skola som studien genomfördes i är placerad i en medelstor svensk stad, och har ungefär 400 elever. De 32 elever som deltog i studien kom från två olika årskurs 5-klasser. Dessa två klasser utgjorde interventionsstudiens två grupper. Således har studien en kvasiexperimentell design, eftersom grupperna inte konstruerades slumpmässigt (Bryman, 2011). Det var en hög frånvaro i klasserna på grund av pågående pandemi, därför var det enbart 32 av 45 elever som kunde
inkluderas i studien, eftersom resterande 13 inte deltog på samtliga delar (förtest, intervention och eftertest).
Studiens forskare genomförde sin fjärde och sista VFU i de två klasserna som var objekt för interventionen. Forskaren undervisade klasserna i SO, svenska, engelska och matematik. Klassens NO-lärare berättade att eleverna inte fått någon undervisning kring N3 eller krafter generellt. Den enda undervisningen i fysik som eleverna fått är om rörelse och konstruktion.
10 5.3 Studiens genomförande
32 elever i årskurs 5 tilldelades ett förtest. Två veckor efter förtestet genomfördes undervisning, en intervention i de två klasserna. Veckan efter interventionen genomfördes eftertest. För- och eftertest analyserades och jämfördes. Eleverna informerades om att deras resultat på testet skulle bedömas, men att det bara var för studiens skull och inte betygsgrundande.
Förtest
Målet med förtestet var att kartlägga elevernas uppfattningar för N3-kontexterna putt och drag samt jämn, ojämn vikt samt gravitation (se bakgrund kap 2.4). Dels gav det data som sedan
jämfördes med eftertest, dels gav det kunskap för att konstruera interventionslektionen. Förtestet innehöll fyra uppgifter (tabell 1). Den fjärde uppgiften exkluderades till eftertestet då den
behandlade N3-kontexten gravitation, vilket jag valde att inte omfatta i min studie. Se bilaga 2 för detaljerad beskrivning av förtestets uppgifter.
Tabell 1. Beskrivning av förtestets uppgifter.
___________________________________________________________________________ Uppgift Beskrivning
1
drag, jämn viktInnehåller deluppgift a, b och c.
Drag med rep mellan två personer (samma vikt) på rullskridskor. Svarsalternativen jämför hur lång sträcka personerna rör sig vid drag.
2
drag, ojämn viktInnehåller deluppgift a, b och c.
Drag med rep mellan två personer (ojämn vikt) på rullskridskor. Svarsalternativen jämför hur lång sträcka personerna rör sig vid drag.
3
putt, jämn & ojämn viktInnehåller deluppgift a och b.
Putt mellan två personer (samma vikt) med skridskor på is. Svarsalternativen är påståenden om personerna rörelse påverkas av putt.
11
Intervention
Interventionerna utformades utifrån förtestets resultat. Förtestet visade att majoriteten av eleverna applicerade dominansprincipen (se bakgrund kap 2.4) i N3-kontexterna drag och putt samt jämn och ojämn vikt. I interventionen användes två rullbrädor, se bilaga 4 för detaljerad bild. Som tidigare nämnt bör en interventionsstudie innehålla en kontrollgrupp (Bryman, 2011). Kontrollgruppen blir ofta helt utan intervention, och blir föremål för jämförelse med den grupp som får intervention. På grund av det låga antal tillgängliga elever ansågs en konventionell kontrollgrupp inte möjligt. Därför beslutades det att skapa två olika interventioner för de två grupperna. Interventionen för grupp 1 (N=17) behandlade N3-kontexten drag genom ett interaktivt experiment (figur 1). Sedan behandlas N3-kontexten putt genom ett dialogiskt helklassamtal kring en bild (figur 2). I den andra interventionen, som grupp 2 (N=15) fick, behandlades N3-kontexten putt genom ett interaktivt experiment (figur 2). Därefter användes en bild som grund för ett dialogiskt helklassamtal kring N3-kontexten drag (figur 1) . Grupperna fick på sätt uppleva den ena N3-kontexten fysiskt, och den andra kontexten språkligt. Denna
konstruktion gav ett dataunderlag där de två elevgruppernas för- och eftertest kunde analyseras och jämföras utifrån vilken intervention de erfor. Hädanefter kommer grupp 1, som fick uppleva ett upplevelsebaserat experiment i kontexten drag, för draggruppen. Grupp 2 kommer att kallas puttgruppen.
Draggruppen fick erfara ett experiment där två elever satt på varsin rullbräda (Figur 1). Mellan eleverna markerades en mittpunkt på marken. Ett rep placerades mellan eleverna.
Figur 1. Det experiment som draggrupp fick erfara, frånsett att eleverna satt på brädorna i interventionen. Bilden användes som samtalsunderlag för dialogiskt helklassamal i puttgrupp.
(Göteborgs Universitet, 2003)
Figur 2. Det experiment som puttgrupp fick erfara, frånsett att eleverna satt på brädorna i interventionen. Bilden användes som samtalsunderlag för det dialogiskt helklassamal i draggrupp. (Göteborgs Universitet, 2003)
12 Först instruerades den ena eleven att börja dra i repet tills personerna på rullbrädorna möttes, medans den andra instruerades att endast hålla emot. Sedan byttes roller. Slutligen skulle bägge elever dra samtidigt. Genom detta fick eleverna möjlighet att uppleva och observera att
oberoende av vem som drog, gavs samma utfall; de krockade med varandra precis i mittpunkten. Eleverna, som på förtestet3 hade angett att den som drar kommer att röra sig kortare än den som
blir dragen, fick se och uppleva att så inte är fallet. Denna process upprepades tills alla elever hade deltagit. Slutligen så sammanfattade forskaren för eleverna vad som just erfarits: Vid drag mellan två personer av jämn vikt, som rullar lika bra, så möts personerna precis mellan varandra, oavsett vem som drar. Denna del behandlade kontexterna drag samt jämn vikt.4
Sedan satte forskaren sig själv på en av rullbrädorna, och en elev på den andra. Den tidigare processen upprepades, först drog eleven tills rullbrädorna möttes, sen drog forskaren tills de möttes och slutligen drog båda samtidigt tills de möttes. Eleverna fick se att mötet mellan rullbrädorna skedde på exakt samma ställe, oberoende av vem som drog5. På förtestet angav
elever att mötet sker på olika ställen beroende på vem som drar, det fanns även elever som hade svarat att den tyngre personen inte rör sig alls. Även nu sammanfattade forskaren för eleverna: Vid drag mellan två personer av ojämn vikt som rullar lika bra, så möts personerna på samma ställe, oberoende av vem som drar. Den tyngre personen rör sig kortare. Experimentet behandlade kontexterna drag samt ojämn vikt. Denna del av interventionen genomfördes endast med en elev på grund av tidsskäl, medan resten observerade.
Efter experimentdelen av interventionen samlades draggruppen i klassrummet, där ett
helklassamtal kring putt fördes (figur 2). Samtalet följde samma struktur som experimentet: Först gavs eleverna möjlighet att resonera kring hur långt personerna (samma vikt) rör sig ifrån
varandra om den ena puttar, och den andra håller emot. Sen byttes person som puttade och höll emot, och eleverna resonerade kring det fallet. Slutligen resonerade eleverna kring fallet då båda båda personerna puttade samtidigt. Efter denna del introducerades fallet då den ena personen var dubbelt så tung som den andra. Samma tre frågor som innan ställdes. Forskarens roll i detta skede var att ställa bekräftande frågor till elevernas resonemang, så som ”Så du menar att...?”. Den bekräftande frågan användes för att inkludera fler elever, genom frågor av typen ”Håller ni andra med om det?”. Det var även forskarens roll att delge eleverna rätt svar.
De slutsatser elever och forskare kom fram till tillsammans i samtalet sammanfattades för eleverna. Forskning (Brown & Hammer, 2013) har visat att vardagsuppfattningar är resistenta mot förändring. En framgångsrik metod för att framkalla förändring är att erbjuda eleven en
3
På förtestet (se bilaga 1) använde personerna rullskridskor, och inte rullbrädor.
4
Elever med liknande vikt valdes strategiskt (och diskret) ut för att säkerställa att eleverna möttes i mitten.
5
Då jag vägde ungefär dubbelt så mycket som den andre eleven, rörde jag mig ungefär hälften så långt. (enligt Newtons andra lag.)
13 förklaringsmodell som den uppfattar som logisk och mer användbar än deras nuvarande (Posner et al, 1992). Med detta i åtanke konstruerades lektionens sista del. Forskaren berättade för eleverna att i vardagen är det nästan alltid så att den som puttar något, inte rör sig själv. Det beskrevs att detta beror på att den som puttar nästan alltid väger mer än det som puttas.6
Forskaren exemplifierade genom att putta en bänk och förklarade för eleverna att både forskaren och bänken hade rört på sig lika långt åt motsatt håll om bänken hade vägt lika mycket som forskaren. Sammanfattningsvis avslutades interventionen med orden: Om du har två saker, som väger lika mycket och glider lika bra, så rör de sig exakt lika ifrån varandra då de puttar på varandra.
Puttgruppens lektion hade exakt samma struktur, men annorlunda innehåll. De skillnader som fanns beskrivs här kort: Rullbrädorna placerades bredvid varandra, med elever på (figur 2). Istället för att dra, så puttade eleverna. Eleverna fick se att rullbrädorna rullade lika långt bort från
varandra, oberoende av vem som puttade. Sedan gjordes samma experiment med forskaren på en av rullbrädorna. Då fick eleverna se att trots viktskillnaden rör sig den tyngre personen, fast kortare. De fick även se att personerna rörde sig lika långt ifrån mitten i alla tre fall. Efter experimentet fördes ett helklassamtal kring dragexperimentet (figur 1). Slutligen beskrev
forskaren hur det i vardagen sällan är så att den som drar något rör sig själv, utan det är bara det som blir draget som rör sig. Men att då den som drar och den som blir dragen väger lika mycket och glider lika bra, så rör de sig båda exakt lika mycket.
Eftertest
Eftertestet (se bilaga 3) utformades för att uppfylla två syften: För det första för att kunna jämföras med förtestet, därför innehöll för- och eftertest samma uppgifter. För det andra skulle eftertestets frågor inte vara identiska med de exempel som användes på interventionen, för att säkerställa att eleverna inte endast kunde applicera N3 på de exempel interventionerna använde. Brown och Hammer (2013 ) menar att människor kan visa förståelse för ett koncept i ett sammanhang, men sedan resonera annorlunda i ett annat sammanhang. Därför användes rullskridskor, skridskor och skateboards i eftertestets uppgifter, medan interventionen använde rullbrädor. Förtestet var mer omfattande för N3-kontexten drag än putt. Därför lades det till en uppgift i eftertestet som behandlade putt, för att få ett jämlikt dataunderlag mellan drag och putt att analysera. Utöver det fanns det ingen skillnad mellan för- och eftertest.
6
Jag var även noggrann med att beskriva friktionens påverkan på rörelse. Däremot beskrev jag inte hur friktion korrelerar med vikt.
14 5.4 Dataanlys
Putt- och draggruppens resultat på för- och eftertest dokumenterades i Excel för att möjliggöra jämförelse dem emellan. Majoriteten av uppgifterna innehöll flera svarsalternativ (se bilaga 2 & 3). På så vis ger elevernas svar mer information om deras resonemang än om bara rätt och fel svar funnits. Detta var ett medvetet beslut eftersom tidigare studier har visat att elever uppvisar olika missuppfattningar för N3.
Frekvensen av varje svarsalternativ dokumenterades och användes för att jämföra och analysera, dels interventionerna, dels för- och eftertest.
5.5 Etiska överväganden
Samtyckesblanketter skickades hem till elevernas vårdnadshavare. Blanketten informerade om studiens syfte och vilken typ av data som samlades in. Vidare beskrev blanketten att deltagande var frivilligt, något som även eleverna fick berättat för sig innan förtestet. På för- och eftertestet skrev eleverna sina förnamn. Testen har förvarats utan åtkomst för obehöriga, vilket även gäller för det Exceldokument där testets resultat dokumenterats. Slutligen informerade
samtyckesblanketten att studiens data endast kommer att användas i forskningssyfte. 5.6 Metodiskussion
Kvantitativa studiers reliabilitet går att undersöka genom att jämföra studiens data med tidigare studier. Den forskning som finns att tillgå för N3 är tydligt centrerad kring elever från 15 års ålder och uppåt. Av detta skäl är det svårt att jämföra denna studies resultat med tidigare studier. Om åldersskillnaden bortses från går det att säga att studien uppvisar reliabilitet då dess resultat tydligt sammanfaller med tidigare forskning.
En kvantitativ studies reliabilitet ökar med urvalet. Denna studie har ett lågt urval (n=32) jämfört med andra kvantitativa studier, och det är en svaghet. De två klasserna som deltog i studien har 45 elever, men under pågående pandemi har ett stort bortfall skett.
Ett lämpligt komplement till för- och eftertest hade varit intervjuer. De hade kunnat användas för att göra en djupare undersökning i elevers resonemang kring deras svar.
För- och eftertestet var identiska, bortsett uppgift 4. Till eftertestet hade uppgiften bytits ut, från en fråga som behandlade gravitation (se bilaga 2), till en uppgift som behandlar putt (se bilaga 3). Beslutet togs för att få ett större dataunderlag för putt. Följden av detta blev att för uppgift 4 kunde endast puttgruppens och draggruppens eftertestsresultat jämföras, eftersom det inte fanns
15 något förtestsresultat att tillgå. Uppgift 4 behandlar kontexten putt och puttgruppen presterade betydligt bättre på den uppgiften. I resultatdiskussionen så antyds att detta beror på den
upplevelsebaserade puttundervisning som puttgruppen fått erfara. Det går emellertid inte utesluta att puttgruppen redan på eftertestet hade presterat bättre på uppgift 4.
Tidigare litteraturstudie om N3 (Holmbom & Werneskog, 2019) har lett till en god uppfattning för ämnesinnehållet och tidigare forskning. Å andra sidan besitter de som forskar och forskat om N3 betydligt mer ämneskunskaper och erfarenhet av undervisning.
Innan och under studiens genomförande fanns en uppfattning om att upplevelsebaserad
undervisning skulle ge större resultatförbättring.. Uppfattningen styrktes vid läsning av conceptual change och var därför svår att undvika. Med detta i beaktande konstruerades interventionernas icke-experimentella del utifrån vad conceptual change beskriver är framgångsrik undervisning7. Detta
gjordes för att säkerställa att den upplevelsebaserade undervisningen jämfördes med bra icke-upplevelsebaserad undervisning.
Med det låga urvalet ansågs det inte möjligt med en kontrollgrupp. Därför konstruerades två olika interventioner för puttgruppen och draggruppen för att möjliggöra en jämförelse mellan de två
gruppernas för- och eftertestsresultat. Ett alternativt tillvägagångssätt hade varit att bedriva upplevelsebaserad undervisning i både putt och dragkontext för en grupp, och enbart dialogiskt helklassamtal i den andra gruppen. Oavsett tillvägagångssätt hade studiens reliabilitet stärkts av en kontrollgrupp som gick helt utan intervention.
Slutligen bör läsaren av studien ha i åtanke när den läser studiens resultat och resultatdiskussion att det låga urvalet (32 elever), leder till att varje enskild elev utgör ungefär 6% av sin grupp. Således påverkar varje elevsvar statistiken markant.
7
16
6.Resultat
I detta kapitel kommer för- och eftertestets resultat att presenteras. Resultaten från för- och eftertest (Tabell 2) kommer jämföras dels inom de två undervisningsgrupperna, dels mellan grupperna. För varje deluppgifts svarsfrekvens hänvisas till bilaga 1.
6.1 För- och eftertestets resultat
Förtestet bestod av fyra uppgifter: U1, U2, U3 och U4. U1 och U2 behandlade N3-kontexten drag, medan U3 och U4 berörde putt. Puttgrupp (n=15) fick undervisning där N3-kontexten putt behandlades upplevelsebaserat, medans drag behandlades genom dialogiskt helklassamtal.
Draggrupp (n=17) fick undervisning där N3-kontexten drag behandlades upplevelsebaserat, medan putt behandlades genom dialogiskt helklassamtal.
Uppgift Förtest puttgrupp Eftertest puttgrupp Förtest draggrupp Eftertest draggrupp U1a (drag) 12% U1b (drag) 12% U1c (drag) 94% U2a (drag) 53% U2b (drag) 24% U2c (drag) 58% U3a (putt) U3b (putt) 88% U4a (putt) U4b (putt)
17
6.1.1 Uppgift 1
U1 behandlade N3-kontexten drag samt jämn vikt och bestod av tre delfrågor (figur 3). Drag- och puttgruppens för- och eftertest uppvisade minimal skillnad och därför presenteras gruppernas resultat tillsammans (N=32). Korrekt svar på samtliga deluppgifter är mötespunkt 3.
I förtestet visade U1a att 12,5% av eleverna svarade rätt (mötespunkt 3). Majoriteten (67%) av eleverna tillämpade dominansprincipen, och angav att den personen som drar i repet kommer att röra sig kortare eller inte alls jämfört med den som blir dragen. Eftertesten visade en markant förändring, 66% av eleverna svarade rätt, mötespunkt 3. Resterande 10 av 32 (31%) elever
applicerade dominansprincipen och svarade mötespunkt 2, som anger att den som drar rör sig kortare. Det går inte urskilja någon relevant skillnad mellan draggrupp och puttgruppens för- och eftertest på U1a (12/13% resp. 65/67% korrekta svar).
Figur 3. U1 innehåller tre delfrågor som behandlar N3-kontexten drag och jämn vikt. (Terry & Jones, 1986).
18 Förtestets U1bvisade på samma mönster som U1a: Eleverna använde sig av dominansprincipen. Majoriteten (66%) av eleverna ansåg att den person som drar (Anders) kommer röra sig kortare eller inte alls. Endast 9% angav rätt svar, mötespunkt 3, som anger att de möts precis mellan varandra. Eftertestet visade likt på U1a en markant förändring – 66% av eleverna svarade nu rätt, mötespunkt 3. Resterande 10 av 32 (31%) elever som inte svarade mötespunkt 3, svarade mötespunkt 4, som anger att personen som drar rör sig kortare. Likt uppgift U1a går det inte urskilja någon relevant skillnad mellan draggruppens och puttgruppens resultatförändring (från 7/12% till 67/63% korrekta svar).
På för- och eftertestets U1c, då båda personerna drar samtidigt, svarade 31/32 (97%) elever rätt, mötespunkt 3. Detta resultat på U1c indikerar dock inte att eleverna uppvisat en generell förståelse för N3-kontexten drag, med tanke på hur de svarade på U1a och U1b. Det är möjligt att
dominansprincipen inte appliceras i denna uppgift eftersom bägge personer anses aktiva då de drar samtidigt.
6.1.2 Uppgift 2
U2 är identisk med U1, frånsett att den ena personen nu väger dubbelt så mycket (Figur 4). Drag- och puttgruppens för- och eftertest skiljer sig på U2. Korrekt svar på samtliga deluppgifter är mötespunkt 2.
Figur 4. U2 innehåller tre delfrågor som behandlar N3-kontexten drag och ojämn vikt. (Terry & Jones, 1986).
19 I U2a drar den tyngre personen i repet (Figur 4). På förtestet angav 16 av 32 (50%) elever rätt svar, mötespunkt 2, som säger att den tyngre personen rör sig kortare. Majoriteten (13 av 16) av de som svarade fel tillämpade dominansprincipen, och angav mötespunkt 1, att den tyngre personen inte rör sig alls. På eftertestet bytte 9 (4 från draggruppen och 5 från puttgruppen) av dessa 13 elever till B. Detta ledde till att eftertestet visade på en markant förändring: Puttgruppen ökade från 46 till 93% rätt svar, medans draggrupp ökade från 53 till 76% rätt svar.
I U2b drar den lättare personen i repet. Förtestet uppvisar en stor spridning av elevernas svar, samt en tydlig skillnad mellan drag- och puttgruppens resultat. I draggruppen svarade 23% (4 av 17) av eleverna rätt svar, mötespunkt 2, som anger att den tyngre personen rör sig kortare. Eftertestet visade en ökning till 70% (12 av 17) rätt svar. Puttgruppen ändrade sina resultat mellan testen från 46% (7 av 15) till 60% (9 av 15) rätt svar. Bland felsvaren hos grupperna i förtestet urskiljs mötespunkt 3 som det vanligaste (7 av 21). I eftertestet svarar lika många elever mötespunkt 3. På förtestets deluppgift U2c drar den tyngre och den lättare personen samtidigt i repet. En liten majoritet (55%) anger mötespunkt 2, som är rätt svar. Det vanligaste felsvaret i grupperna som 8 av 32 angav var mötespunkt 3. Svarsalternativet är även det vanligaste felsvaret i eftertestet (7 av 32). Puttgrupp ökade i eftertestet från 53 till 60% rätta svar, medans draggrupp ökade från 58 till 75%.
6.1.3 Uppgift 3
U3 behandlade N3-kontexten putt samt jämn och ojämn vikt, och bestod av två deluppgifter. I U3 noterades ingen relevant skillnad mellan drag- och puttgruppens för- och eftertest, därför
presenteras gruppernas resultat tillsammans.
I U3a skulle eleverna kryssa i de påståenden som de ansåg kan ha lett till den rörelse som texten och bilden beskriver (se figur 5). Alla påståenden är korrekta. Majoriteten (20 av 32) av eleverna kryssade på förtestet endast svarsalternativet ”Båda par puttat på varandras händer samtidigt”. Resterande 12 elever har kryssat fler än en ruta: 4 kryssade alla rutor, medan 8 kryssade olika kombinationer.
Eftertestet visade på en betydlig förändring: Nu kryssade 13 av 32 elever alla rutor, 9 av 32 elever kryssade endast svarsalternativet ”båda har puttat på varandras händer samtidigt” och resterande 11 elever har kryssat olika kombinationer. Sammantaget kryssade 29 av 32 elever ”Båda har puttat på varandras händer samtidigt”, och 22 av 32 kryssade för alternativen ”Stina har puttat på Carls händer” och ”Carl har puttat på Stinas händer”.
20 U3b bygger vidare på U3a och behandlar putt (figur 6). I uppgiften ska eleven kryssa i det
alternativ den håller med om. På förtestet svarade 15 av 17 (88%) i draggruppen rätt, ”Carl hade rört sig, men inte lika långt som Stina”. På eftertestet svarade samtliga i draggruppen rätt. Även i puttgruppen svarar samtliga elever rätt på eftertestet, medan i förtestet svarade 12 av 15 (80%) rätt.
Figur 5. Uppgiften behandlar n3-kontexten putt. Uppgiften förblev oförändrad mellan för och – eftertest. (Ostdiek, 2018).
Figur 6. Uppgiften behandlar N3-kontexten putt. Uppgiften förblev oförändrad mellan för- och eftertest.
21
6.1.4 Uppgift 4
U4 behandlade putt i N3-kontexterna putt och samt jämn- och ojämn vikt. Denna uppgift lades efter behov till i eftertestet, således finns det inget förtestresultat att presentera.
I U4a står Pia och Per på varsin skateboard med deras händer mot varandra, och Pia trycker ifrån. De tre svarsalternativen beskriver tre olika rörelser efter putten (figur 7). I puttgruppen svarade 87% av eleverna rätt, att ”Pia och Per rullar lika långt ifrån varandra” på uppgift U4a. I draggruppen angav 80% samma svar. Två elever från varje grupp svarar att ”Per rullar längre än Pia”, vilket antyder att de applicerar dominansprincipen.
En större skillnad mellan gruppernas svar urskildes på uppgift U4b, där Per, som nu väger dubbelt så mycket som Pia, trycker ifrån på Pias händer.I puttgruppen svarar 14 av 15 (94%) av eleverna rätt, att ”Pia rullar längre än Per”. I draggruppen svarar 10 av 17 (58%) detsamma.
Figur 7. Uppgiften behandlar N3-kontexten putt. Den fanns bara på eftertestet. (Göteborgs Universitet, 2003)
22
7. Resultatdiskussion
I detta kapitel kommer jag först resonera kring hur olika interventioner ledde till olika resultatförändring. Sedan förs en diskussion kring de mönster av vardagsuppfattningar som eleverna uppvisade.
7.1 Upplevelsebaserad undervisning gav störst effekt för N3-kontexten ojämn vikt
Jämförelse mellan för- och eftertest visar att eleverna generellt förbättrade sina resultat (se tabell 1). I detta stycke behandlas U2 och U4b där puttgruppen och draggruppen uppvisade störst
resultatsförändring. Bägge dessa uppgifter innefattar N3-kontexten ojämn vikt.
Uppgift 2
I U2 (figur 4) som behandlar N3-kontexterna drag och ojämn vikt urskiljs ett mönster då puttgruppen jämförs med draggruppen: Draggruppen hade större resultatförbättring mellan för- och eftertest än puttgruppen. På de tre deluppgifterna (U2a,U2b,U2c) förbättrade draggruppen sina resultat med i genomsnitt 28 procentenheter, medans puttgruppen ökade sina resultat med 22 procentenheter. Draggruppen ökade sina resultat med 27% mer. I U2a, där två personer med ojämn vikt drar i rep mellan sig, undersöktes hur eleverna applicerar dominansprincipen vid ojämn vikt. Som tidigare nämnt är det vanligt att elever resonerar att, vid drag mellan två personer av ojämn vikt, rör sig den tyngre inte alls (Jones & Terry, 1986). Denna studies förtest visar samma resultat som Terry & Jones (1986) studie, att 50% av eleverna svarar att den tyngre personen inte rör sig alls (se bilaga1).
Draggruppens större resultatförbättring indikerar att upplevelsebaserad dragundervisning har varit mer effektiv än dialogisk. Detta är i linje med vad forskare inom conceptual change observerat: En upplevelsebaserad undervisning, nära elevernas vardag, är mer effektiv än transmissiv
undervisning8 (Vosniadou, 2013; Brown & Hammer, 2013). Under interventionen satt jag och en
elev satt på varsin rullbräda. Ljudinspelningen från interventionen visar att många elever inte trodde att jag skulle röra mig alls vid drag. Det är möjligt att den kognitiva konflikt 9det skapade
för eleverna, då de dels fick se att jag rörde mig (fast kortare) trots min vikt, dels att vi möttes på samma ställe på marken vem som än drog, kan ha varit avgörande för draggruppens
perspektivsskifte som ledde till den större resultatökningen hos draggruppen på denna uppgift.
8
Transmissiv undervisning tar sin utgångspunkt i lärarens uppfattning. Läraren försöker överföra sin uppfattning till eleverna utan att använda elevernas uppfattningar.
9
23 Majoriteten av de elever som på eftertestet svarar fel på U2 anger mötespunkt 3. Svarsalternativ mötespunkt 3 är mer frekvent förekommande på förtestet än eftertestet. Svarsalternativet anger att vid drag mellan två personer av ojämn vikt möts personerna precis mellan sig. Detta stämmer vid jämn vikt, så eleverna har möjligtvis applicerat denna princip även vid ojämn vikt. Att elever förstår och kan applicera ett fenomen (som N3) i vissa kontexter, men inte andra, är mycket vanligt inom naturvetenskap (Brown & Hammer, 2013). För just fenomenet N3 har Bao et al. (2002) tidigare upptäckt variation mellan elevernas förståelse för olika kontexter.
Det är möjligt att interventionen lett till några felsvar, då jag vid det upplevelsebaserade experimentet vid N3-kontexten jämn vikt ofta upprepade ”Så vi ser nu igen att det inte spelar någon roll vem som drar/puttar, de möts i mitten/lika långt från mitten”. Kanske tog en del av eleverna till sig det som en allmän regel och applicerade även vid denna kontext, ojämn vikt.
Uppgift 4b
U4b (figur 7) behandlade likt U2, ojämn vikt, men i N3-kontexen putt. Eleverna skulle välja bland fyra påståenden, om vad som händer då en tyngre person puttar på en lättare person. I eftertestet framkommer en stor skillnad mellan drag- och puttgruppens resultat: Puttgruppen uppvisar en
betydligt större förståelse än draggruppen: 94% (14 av 15) av eleverna i puttgruppen svarar rätt (alternativ a), medans siffran för draggruppen är 59% (10 av 17). Draggruppens felsvar är jämnt spridda mellan b och c (se bilaga 1).
Puttgruppens resultatförbättring indikerar att upplevelsebaserad puttundervisning har gett större effekt än dialogisk. Likt för U2 visar ljudinspelning från lektionen att många elever trodde att jag, som var tyngre, inte skulle röra mig alls. Det är möjligt att även på U4 skapades en kognitiv konflikt för eleverna, då de dels fick se att jag rörde mig (fast kortare) trots min vikt, dels att vi båda rullade lika långt ifrån varandra vem som än puttade, detta kan ha varit avgörande för puttgruppens större resultatökning på denna uppgift. Inom conceptual change anses kognitiva
konflikter utgöra ett effektivt verktyg för att förändra uppfattningar, och Montanero et al. (2002) har tidigare påvisat att kognitiva konflikter i just N3- undervisning har fört elever mot en mer korrekt uppfattning för N3.
24 7.2 Interventionerna gav samma förändring för N3-kontexten jämn
vikt
Jämförelse mellan för- och eftertest visar att bägge undervisninggrupper generellt förbättrade sina resultat (se tabell 1). I detta stycke behandlas U1, U3a och U4a där puttgruppen och draggruppen uppvisade närmast identisk resultatsförändring mellan för- och eftertest. Dessa uppgifter innefattar N3-kontexten jämn vikt. U1 behandlar dessutom drag medans U3a och U4a behandlar putt. Mönstret urskiljs därmed i bägge grupper, och är inte kopplat till kontexterna drag och putt, utan vikt.
Generellt visar för- och eftertestet att draggruppen förbättrat sina resultat mer på draguppgifterna medans puttgruppen ökat mer på puttuppgifterna, men på U1 urskiljs ingen tydlig skillnad mellan gruppernas resultatförändring (se tabell 1). Således har interventionerna lett till samma
resultatförändring: På U1a och U1b svarade ungefär 10% av eleverna i grupperna rätt på förtestet, och 66% på eftertestet. På U3c svarade så gott som alla elever rätt på både för- och eftertest. Att det inte urskiljs någon skillnad mellan grupperna skulle kunna bero på flera faktorer: Möjligtvis kan det påverkat att massor som interagerar med varandra i vår vardag oftast skiljer betydligt i vikt. Därför är eleverna inte vana vid vad som sker då två massor med identisk vikt interagerar med varandra, vilket eleverna fick erfara i den upplevelsebaserade undervisningen. Det kan ha lett till att många elever, oavsett putt- eller dragundervisning, blev överraskade då de fick se och erfara att personerna vid interventionernas experiment (jämn vikt) möttes precis mellan varandra vid drag och rörde sig lika långt bort ifrån varandra vid putt. Kanske skapade denna överaskning en så pass stor kogntiv konflikt att eleverna i drag- och puttgruppen förändrade sitt sätt att tänka även kring den kontext som de inte fick erfara. Detta resonemang stöds av det faktum att för- och eftertest visade att grupperna gjorde en betydligt större resultatförbättring i de frågor som behandlar N3-kontexen jämn vikt, jämfört med ojämn vikt.
En annan faktor som skulle kunna förklara att grupperna visar samma resultatförändring på uppgifterna som berör kontexten jämn vikt är det dialogiska helklassamtalet. Under kapitlet ”studiens genomförande” under metod (se sid 12-13) beskrev jag hur jag sammanfattade lektionen: ”Slutligen beskrev forskaren hur det i vardagen sällan är så att den som drar/puttar något rör sig själv, utan det är bara det som blir draget/puttat som rör sig. Men att då den som drar/puttar och den som blir dragen/puttad väger lika mycket och glider lika bra, så rör de sig båda exakt lika mycket mot/ifrån varandra.” 10
Det är tänkbart att denna beskrivning gjorde det möjligt för eleverna att applicera det de precis
10
Jag vill påminna läsaren om att puttgruppen endast fick beskrivingen om drag, och att draggruppen endast fick beskrivningen för putt i lektionens avslutande sammanfattning.
25 erfarit i experimentet till den andra kontexten. Kanske möjliggjorde det upplevelsebaserade experimentet att eleverna kunde ta till sig den muntliga sammanfattningen, trots att
sammanfattningen inte behandlade den N3-kontext de just erfarit.
7.3 Elevernas systematiska applicerande av dominansprincipen
I eftertestets U1 framkom att elevernas felsvar följer ett mönster. I conceptual change beskrivs det att barns vardagsuppfattningar uppvisar en logik och systematik (Vosniadou, 2013). Uppfattningarna är inte vetenskapligt korrekta, men barnet anser dem logiska. I studien framkom ett mönster – en systematik i hur eleverna applicerade dominansprincipen.
I uppgift U1 (se figur 3) skulle eleverna ange var någonstans två personer med samma vikt, på rullbrädor med ett rep mellan sig, kommer att mötas då de drar. På U1a drog personen till vänster i repet, och personen till höger höll emot. Sedan i U1b byttes rollerna, personen till höger drog och personen till vänster höll emot. Slutligen i U1c drog båda personerna samtidigt.
Som tidigare nämnts visar för- och eftertest (tabell 1) ingen relevant skillnad mellan grupperna, och därför diskuteras gruppernas resultat tillsammans.
Det vanligaste felsvaret på förtestets U1a som 14 av 32 (44%) angav var mötespunkt 2, som påstår att den som drar rör sig kortare. På eftertestet angav 10 av 32 (31%) samma svar. Samma mönster framkom på U1b, där 17 av 32 (53%) på förtestet anger mötespunkt 4, medan 10 av 32 (31%) anger detsamma på eftertestet. Svarsalternativet mötespunkt 4 på U1b är konceptuellt identiskt med svarsalternativet mötespunkt 2 på U1a: Svaren anger att den person som drar kommer att röra sig kortare än personen som håller emot. Således är svarsalternativen appliceringar av dominansprincipen.
Vid analys av datan från eftertestet framgår det att samtliga 10 elever som angett det felaktiga svaret mötespunkt 2 i U1a, även har angett mötespunkt 4 i U1b. Detta tyder på att dessa elever har en
struktur i deras tänkande som säger att den som drar är dominerande och påverkas mindre än det som blir draget. De 10 eleverna är fördelade med 5 vardera i draggruppen och puttgruppen, vilket indikerar att upplevelsebaserad undervisning inte har varit mer effektivt för denna uppgift. Uppfattad dominans kan emellertid orsakas av andra anledningar än subjekt/objekt-relation11: Det
kan även uppfattas då subjekt och objekt har olika vikt, som i U2 (figur 4). Frånsett att den ena personen väger dubbelt så mycket så är U1 och U2 identiska. Subjekt/objekt-relationen i U1 innefattas även i U2, då en person aktivt drar och den andre håller emot, men nu skiljer också vikten på personerna. Det som framkom i för- och eftertest för U2 visar att N3-kontexen ojämn
11
26 vikt leder till att eleverna applicerar dominansprincipen. I U1a, då den tyngre personen drar, styrks elevernas uppfattning om att den tyngre personen rör sig kortare eller inte alls, både av att personen anses aktiv, men också på grund av dess vikt. Detta går urskilja i för- och eftertestet, som visar att över 95% av eleverna svarar mötespunkt 1 eller 2 (rätt svar), som anger att den tyngre personen knappt rör sig eller inte rör sig alls. I U2b, då den lättare personen drar, syns en större spridning av elevernas svar. Möjligtvis beror detta på att de elever som applicerar dominansprincipen vid N3-kontexten ojämn vikt, och anser att den tyngre personen rör sig mindre eller inte alls, nu tvingas balansera denna dominansuppfattning med den andra dominansuppfattningen, att den som drar (den lättare personen) rör sig kortare då den anses aktiv: Förtestet visade att 9 av 32 (28%) elever ansåg att personen som drar kommer röra sig kortare, trots personens mindre vikt. Intervention ledde till att fler elever ansåg att viktskillnaden hade större påverkan än vem som drog. Samtidigt indikerar eftertestet att några elever (7 av 32) gör en kompromiss, och svarar att personerna möts precis mellan varandra på mötespunkt 3.
7.4 Didaktiska implikationer
På grund av studiens låga urval är det inte lämpligt att dra generella slutsatser för didaktiska implikationer. Jag vill däremot lyfta något som garanterat påverkar lärares kraftundervisning, som denna studie synliggjorde likt tidigare studier: Då elever ställs inför en uppgift eller ett problem av fysikalisk natur, så kännetecknas det av flertal kontexter. Dessa kontexter påverkar hur elever resonerar. Det svåra i en undervisningsituation är inte att urskilja hur varje enskild kontext påverkar elevers resonemang, t.ex. att en stor vikt akitiverar dominansprincipen. Det som blir den stora utmaningen i undervisning är då flera kontexter möts samtidigt, t.ex. ojämn vikt och aktivitet (att den ena drar och den andra bara håller emot).
Kontexterna gör att elevers resonemang dras i olika riktiningar, och denna studies resultat indikerar att många elever har svårt att överväga kontexterna simultant.
7.5 Sammanfattning av resultatdiskussion
Upplevelsebaserad undervisning gav störst effekt för uppgifterna som behandlade N3-kontexten ojämn vikt. För de uppgifter som behandlar kontexten jämn vikt urskildes ingen skillnad mellan drag- och puttgruppens intervention. De elever som anger fel svar i för- och eftertestet applicerar dominansprincipen och uppvisar en systematik i deras svar.
27
Referenslista
Andersson, B. (2008a). Att förstå skolans naturvetenskap, Forskningsresultat och nya idéer. Lund: Studentlitteratur AB.
Andersson, B. (2008b). Kraft och rörelse. Hämtad från:
https://www.studentlitteratur.se/files/sites/forstanaturvetenskap/kraft.pdf
Angell, C., Bungum, B., Henriksen, K E, Kolstø, S D., Persson, J. & Renstrøm, R. (2011). Fysikkdidaktikk. Kristiansand: Højskoleforlaget AS.
Bao, L., Hogg, K., & Zollman, D. (2002). Model analysis of fine structures of student models: An example with Newton’s third Law. American Journal of Physics, 70(766), 766-778.
Bayraktar, S. (2009). Misconceptions of Turkish Pre-Service Teachers about Force and Motion.
International Journal of Science and Mathematics Education, 7(2), 273-291.
Brown, D.E., & Clement, J. (1987). Misconceptions concerning Newton’s law of action and reaction: The underestimated importance of the third law. In Proceedings of the Second International Seminar: A Misconceptions
and Educational Strategies in Science and Mechanics (Vol. 3), 90-106.
Brown D.E., Hammer, D. (2013). Conceptual Change in Physics. I S.Vosniadou (Red), International
Handbook of Research on Conceptual Change (s.121-137). Routledge.
Bryman, A. (2011). Samhällsvetenskapliga metoder. Liber.
Crowe, M.J. (2007). Mechanics from Aristoteles to Einstein. Santa Fe: Green Lion Press.
DiSessa, A. (1993). Toward an epistemology of physics. Cognition and instruction, 10(2-3), 105-225.
Duit, R., Schecker, H., Höttecke. D., & Niedderer, H. (2014). Teaching physics. I Norman G. Lederman & Sandra K. Abell. (Red.), Handbook of Research on Science Education, Volume II (s. 434-456). New York: Taylor & Francis.
Göteborgs Universitet (2003). Experiment med skateboards. Hämtad från
https://idpp.gu.se/digitalAssets/1456/1456258_fy5.pdf
Hestenes, D., Wells, M. & Swackhamer, G. (1992). Force Concept Inventory. Physics Teacher, 30(3), 141- 158.
Holmbom, M., & Werneskog, M. (2019). Newton vi har ett problem. En litteraturstudie om svårigheter med att
förstå Newtons tredje lag. [Självständigt arbete, Jönköping University, Högskolan för lärande och
kommunikation]. Digitala Vetenskapliga Arkivet.
Ostdiek, V. (2018) Textboksuppgift. Hämtad från https://www.bartleby.com/solution-answer/chapter-3-problem- 10p-inquiry-into-physics-8th-edition/9781337515863/two-persons-on-ice-skates-stand-face-to-face-and-then-push-each-other-away-figure-345-their/289efa0c-2b8b-11e9-8385-02ee952b546e
Jansson, P.-Å., Grahn, R. & Enelund, M. (2018). Mekanik. Lund: Studentlitteratur AB.
Leighton, R.B., & Sand, M.L. (1989). The Feynman Lectures on Physics. Volume 1. Commemorative Issue (2. uppl). Boston: Addison-Wesley.
McCall, M.W. (2011). Classical Mechanics, From Newton to Einstein: A Modern Introduction. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.
Montanero, M., Suero, M. I., Perez, A. L. & Pardo, P. J. (2002). Implicit Theories of Static Interactions between Two Bodies. Physics Education, 37(4), 318-323.
28 Nave, C.R. (2014). Force. Hyperphysics. Dept. of Physics and Astronomy, Georgia State University. Hämtad 25 Maj 2020 från: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/index.html
Posner, G.J. Strike, K.A., Hewson, P.W., & Gertzog, W.A. (1982) Accommdation of a scientific conception: Toward a theory conceptual change. Science education, 66, 211-227.
Skolverket. (2017). Kommentarmaterial till kursplanen i fysik. Stockholm: Skolverket.
Skolverket. (2018). Kursplanen i fysik. I Läroplan för Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011 Reviderad 2018. (s. 174-184). Stockholm: Skolverket.
Terry, C. & Jones, G. (1986). Alternative frameworks: Newton’s third law and conceptual change.
European Journal of Science, 8(3), 291-298.
Viennot, L. (2002). Teaching Physics. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Vosniadou (2013). Conceptual Change in Learning and Instruction. I S.Vosniadou (Red), International
Handbook of Research on Conceptual Change (s.11-27). Routledge.
White, P. (2006). The Causal Asymmetry. Psychological Review, 113(1), 132-147.
Zhou, S., Zhang, C. & Xiao, H. (2015). Students' Understanding on Newton's Third Law in Identifying the Reaction Force in Gravity Interactions. EURASIA Journal of Mathematics, Science & Technology Education, 11(3), 589-599.
29
Bilagor
Bilaga 1
Tabell över elevernas svar på U1-U4. De svarsalternativ som är rätt är beskrivna med %. För uppgift är % inte angett då alla svarsalternativ är rätt.
Uppgift 1 Draggrupp (N=17) Puttgrupp (N=15)
U1a Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 4 0 2 0
Mötespunkt 2 6 5 8 5
Mötespunkt 3 2 (12%) 11(65%) 2(13%) 10(67%)
Mötespunkt 4 4 1 1 0
Mötespunkt 5 1 0 2 0
U1b Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 1 0 2 0
Mötespunkt 2 4 1 1 0
Mötespunkt 3 2 (12%) 11 (65%) 1 (7%) 10 (67%)
Mötespunkt 4 7 5 10 5
Mötespunkt 5 3 0 1 0
U1c Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 1 0 0 0
Mötespunkt 2 0 0 0 1
Mötespunkt 3 16 (93%) 17 (100%) 15 (100%) 14 (93%)
Mötespunkt 4 0 0 0 0
Mötespunkt 5 0 0 0 0
Uppgift 2 Draggrupp (N=17) Puttgrupp (N=15)
U2a Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 7 3 6 1
Mötespunkt 2 9 (53%) 13 (76%) 7 (46%) 14 (93%
Mötespunkt 3 1 1 2 0
Mötespunkt 4 0 0 0 0
30
U2b Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 2 0 3 2
Mötespunkt 2 3 (23,5%) 12 (70%) 7 (46%) 9 (60%)
Mötespunkt 3 6 4 1 3
Mötespunkt 4 3 1 1 0
Mötespunkt 5 2 0 3 1
U2c Förtest Eftertest Förtest Eftertest
Mötespunkt 1 1 0 2 2
Mötespunkt 2 10 (58%) 13 (76%) 8 (53%) 9 (60%)
Mötespunkt 3 5 4 3 3
Mötespunkt 4 1 0 2 1
Mötespunkt 5 0 0 0 0
Uppgift 3 Draggrupp (N=17) Puttgrupp (N=15)
U3a Förtest Eftertest Förest Eftertest
a 5 11 4 11
b 5 13 4 11
c 15 16 14 13
U3b Förtest Eftertest Förtest Eftertest
a 2 0 3 0
b (88%)15 17 12 (80%) 15
Uppgift 4 Draggrupp (N=17) Puttgrupp (N=15)
U4a Eftertest Eftertest
a 1 0
b 15 (82%) 13 (87%)
c 2 2
U4b Eftertest Eftertest
a 10 (58%) 14 (94%)
b 3 0
c 3 0
31
Bilaga 2
35
Bilaga 3
Eftertest
Eftertestet var identiskt med förtestet (se bilaga 2), förutom att den fjärde uppgiften U4 byttes ut mot denna uppgiften:
36
