Laborationer i naturvetenskaplig undervisning - En översikt med ett kritiskt perspektiv

Examensarbete

15 högskolepoäng, avancerad nivå

Laborationer i naturvetenskaplig

undervisning - En översikt med ett

kritiskt perspektiv

Practical work in science education - A

review with a critical perspective

Niklas Hernmo

Lärarutbildning 90hp Handledare: Ange handledare

Biologi och Naturkunskap 2012-11-06

Examinator: Anna Jobér

Handledare: Johan Nelson

Lärande och samhälle

3

Sammanfattning

Laborationer är en ofta använd undervisningsmetod i de naturvetenskapliga ämnena i skolan och har varit det under lång tid. Det är också en metod som en del lärare anser vara tids- och resurskrävande. Samtidigt finns det olika uppfattningar om vad laborationer är och om vad som är syftena och målen med dem. I denna kunskapsöversikt analyseras litteratur publicerad under de senaste tio åren för att ge en nutida bild av laborationens värde i undervisningen utifrån tre huvudsakliga frågeställningar. Först undersöks laborationers effektivitet för lärande av vetenskapliga koncept och fenomen. Sedan studeras laborationers påverkan på elevernas känslomässiga förhållande till naturvetenskap utifrån begrepp som motivation, intresse och attityd. Slutligen behandlas frågan om vilka förutsättningar som krävs för att eleverna ska lära sig det lärarna avser med laborationerna. De studier som analyseras pekar åt olika håll när det gäller laborationers effektivitet för lärande men visar tydligt att eleverna tycker om

laborationer och att dessa förbättrar deras attityd gentemot naturvetenskap samtidigt som det intresse för naturvetenskap som kan uppstå genom laborativt arbete kritiseras för att vara kortsiktigt. Två övergripande områden med viktiga förutsättningar för att eleverna ska lära det läraren avser lyfts fram. En minskad kognitiv börda ("cognitive load") genom exempelvis en pre-lab datorsimulering samt att läraren är noga med att förmedla målen med laborationen, hjälper eleverna att tolka sina resultat, ger ett fullgott stöd och är allmänt närvarande för att hjälpa eleverna koppla praktiken till teorin.

5

Innehåll

INLEDNING

... 7

V

AD ÄR EN LABORATION

? ... 8

V

ARFÖR LABORATIONER

? ... 9

SYFTEN OCH FRÅGESTÄLLNINGAR

... 12

METOD

... 14

S

ÖKMETODER OCH URVALSKRITERIER

... 14

D

ATAINSAMLINGSMETOD

... 15

RESULTAT OCH DISKUSSION

... 17

L

ÄRANDE AV VETENSKAPLIGA KONCEPT OCH FENOMEN

... 17

Prestationer på kunskapstest ... 17

Två typer av effektivitet ... 19

Att komma ihåg vad man lärt ... 21

Studenters åsiker om laborationers effektivitet ... 22

Sammanfattning ... 22

D

ET KÄNSLOMÄSSIGA FÖRHÅLLANDET TILL NATURVETENSKAP

... 23

Attityd ... 23

Studenters åsikter ... 24

Intresse och motivation ... 25

Sammanfattning ... 28

F

ÖRUTSÄTTNINGAR FÖR EFFEKTIVA LABORATIONER

... 29

Den kognitiva bördan... 29

Lärarens roll ... 31

Sammanfattning ... 33

SLUTSATSER

... 34

7

Inledning

Laborationer är en undervisningsmetod som används mycket inom de naturvetenskapliga ämnena i skolan. Det vetenskapliga laboratoriet är ett sätt att variera den omgivning i vilken elever utvecklar sin förståelse för vetenskapliga koncept, sina undersökande färdigheter och sin syn på naturvetenskap. Det är emellertid en metod som en del lärare menar tar mycket tid i anspråk i förhållande till andra typer av undervisning (Kleopaker et al. 2007; Borrmann 2008), både lektionstid och tid som läraren måste lägga ner på förberedelser av laborationen så som att införskaffa material, plocka fram utrustning som ska användas samt efter avslutad laboration rengöra all materiel och ställa tillbaka den på rätt plats. Förutom tidsfaktorn finns en finansiell aspekt då laborationer tar betydligt mer av skolans medel i anspråk än vad till exempel en föreläsning gör. Det går att argumentera för att det lärande som sker hos eleverna då en laboration genomförs skulle kunna ske lika tillfredställande genom exempelvis en föreläsning eller någon annan teoretisk metod och då spara både tid och pengar. Trots det ingår laborationer som en självklar del av naturvetenskaplig undervisning från grundskolan till högskolor och universitet.

Under min egen utbildning i gymnasiet och på universitet har jag utfört otaliga laborationer utan egentligen reflektera över huruvida det är en bra undervisningsmetod. Detta började jag istället göra under den verksamhetsförlagda delen av min lärarutbildning. Jag gjorde denna på en gymnasieskola där jag undervisade i ämnena biologi och naturkunskap. På denna skola användes laborationer flitigt i de naturvetenskapliga ämnena och jag märkte att elever och lärare verkade ha olika inställning till laborationer, till exempel vad gäller utforming, hur ofta man genomför dem och så vidare. Att laborationer skulle ingå i undervisningen var det dock ingen som ifrågasatte. Jag märkte ibland att eleverna hade en annan uppfattning av vad de förväntades lära sig av laborationen än vad jag hade avsett eller att jag till och med lät

eleverna utföra laborationer som jag själv tyckte var meningslösa ur ett lärandeperspektiv bara för att få mer variation i undervisningen och för att jag tog för givet att eleverna tyckte om att laborera och att detta skulle ha en motiverande inverkan på dem. I samband med att jag avslutande respektive praktikperiod lät jag en del av de klasser jag undervisat fylla i en utvärdering för att bedöma min insats. Jag passade då på att även fråga eleverna om deras syn på laborationer ur två olika perspektiv. Dels om de tyckte att laborationer var roliga och dels om de ansåg att de lärde sig något av dem. Jag gjorde detta med tre klasser, två som gick

8

naturvetenskapsprogrammet (åk 1 resp. åk 3) samt en klass på estetiska programmet (åk 1). I samtliga klasser tyckte en överväldigande majoriteten av eleverna att laborationer var roliga. Majoriteten i respektive klass tyckte också att de lärde sig mycket av laborationer men dessa personer var i två av klasserna färre i antal än de som tyckte att laborationer var roliga. Bland naturvetarna i åk 3 var det till exempel endast 17 av 30 elever som ansåg att laborationer var lärorika fast 23 av dem ansåg att det var roligt att laborera. Detta kan tolkas som att sex elever såg laborationer som ren underhållning!

Detta resultat fick mig att vilja undersöka vilken kunskap som finns om laborationers värde i undervisningen ur olika perspektiv och inte minst hur laborationer ska användas för att uppnå de avsedda målen med dem och kanske tillföra något som teoretisk undervisning inte förmår. Mina frågeställningar för denna kunskapsöversikt redovisas längre fram i detta arbete men först bör två viktiga frågor besvaras: Vad är en laboration och vad är syftena med dem?

Vad är en laboration?

Någon entydig, allmänn definition av vad en laboration är verkar inte finnas och att göra en sådan är inte helt lätt. Till att börja med bör det dock understrykas att begreppet i denna översikt syftar till användandet av denna metod i undervisningsammanhang då begreppet även kan användas om exempelvis vetenskaplig forskning. I den engelskspråkiga,

vetenskapliga litteraturen används begreppen practical work (eller förenklat practical) samt laboratory work alternativt laboratory experiment som synonymt med det vi på svenska kallar laborationer, men förvånande nog bryr sig författarna sällan om att definera vad de inkluderar och exkluderar i dessa begrepp. Hult (2000 s. 16) menar att det finns en uppsjö av

uppfattningar av vad en laboration är. En uppfattning av en laboration är att den är experimentell till sin natur och utförs i en laborationssal med hjälp av särskild utrustning. Hodson (1988) skiljer på termerna praktiskt arbete, laborativt arbete och experiment. Att man vid laborationer utför experiment är vanligt, men termen kan också användas om andra typer av praktiska övningar. I vardagligt tal kan man ibland använda termen experiment som synonymt med laboration eller praktiskt arbete (Hult 2000 s. 17) men ett genuint experiment har inget givet utfall (Gunnarsson 2008 s. 37) vilket laborationer ofta har. Hodson (1988) menar dock att experimenten är en del av det laborativa arbetet som i sin tur är en del av det praktiska arbetet. Med den definitionen krävs det alltså att ett experiment utförs för att det ska

9

kallas laborativt arbete och så vidare. Hult (2000 s. 19-20) håller inte med Hodson om att experimentet är en delmängd av laborationen eftersom det finns vettiga laborationer, ur lärandesynpunkt, som inte är att betrakta som experiment. I detta arbete används begreppet laboration i en relativt vid bemärkelse enligt Hults (2000) definition av praktiskt arbete samt Millars (2010) definition av practical work. Förutom faktiska experiment inkluderar

begreppen enligt dessa definitioner även övningar där någon typ av praktiskt arbete utförs som en del av en lärandeprocess. Ett exempel på en sådan övning kan vara att observera färdiga preparat med bakterier i ett mikroskop. Vid första anblick kan det verka som att eleven lika gärna hade kunnat titta på bakterier på bilder i en bok, men syftet med en sådan laboration kan ofta sträcka sig utöver den kunskap om bakterier som eleven förhoppningsvis ska ta till sig. Ett av syftena kan också vara att lära sig använda ett mikroskop, det vill säga den metodmässiga processen i sig kan vara en del av målet med övningen. Millar (2010) inkluderar inte exkursioner i sin definition men även en exkursion skulle enligt Hult (2000 s. 20) kunna räknas som en laboration om eleverna till exempel samlade in material i naturen som sedan mättes, klassificerades eller kategoriserades i labbet. Därför inkluderar även jag sådana exkursioner i min definition. En annan förutsättning för att ett undervisningsmoment ska kallas för laboration, enligt ovanstående definitioner, är att eleverna själva utför det praktiska arbetet. Att observera läraren eller titta på en film där en laboration utförs räknas alltså inte som att eleverna har utfört en laboration.

Både målen med laborationer och deras utformning och karaktär kan också variera mellan olika skolformer. Laborationer i grundskolan kan exempelvis skilja sig mycket från de som utförs på universitetsnivå. Med reservation för att detta kan komma att medföra vissa feltolkningar så kommer jag i denna översikt att försöka ge en mer generell bild av laborationer i undervisningen då detta medför ett bredare perspektiv och fler källor.

Varför laborationer?

De syften eller mål som anges för laborationer varierar både i tid och rum. Det har genom åren gjorts många försök att lista de viktigaste målen med laborativt arbete men man har aldrig varit riktigt överens om vilka mål som är mer respektive mindre viktiga (Hofstein & Lunetta 2004; Högström 2009). Watson (2000 s. 58) sammanställer några syften som lärare angett i tre tidigare undersökningar (Kerr 1964, Beatty & Woolnough 1982 och Swain et al. 1998). Dessa är:

10

 Att uppmuntra noggranna observationer och beskrivningar

 Att göra fenomen mer verkliga

 Att väcka och bibehålla intresse

 Att främja ett logiskt och resonerande sätt att tänka

 Att öva sig i att se problem och söka sätt att lösa dem

 Att utveckla en kritisk attityd

(Det framgår inte närmare vad Watson (2000) menar med punkten ovan men det kan tolkas som att eleverna ska utveckla ett kritiskt öga till sina observationer och till vetenskapliga resultat generellt).

 Att utveckla en förmåga att samarbeta

 Att finna fakta och komma fram till nya principer

(Detta kan tolkas som att eleverna ska lära sig tolka sina resultat och utifrån dessa formulera teoretiska principer).

Några ytterliggare mål som lyfts fram av Hofstein och Lunetta (2004) är utveckling av:

 Förståelse för vetenskapliga koncept

 Vetenskapliga praktiska färdigheter

 Vana i vetenskapligt tänkande

 Förståelse för vetenskapens natur

Dessutom nämns även två andra mål. Det första syftar till att ge elever erfarenhet av scientific inquiry ett begrepp som Högström (2009 s. 17) översätter som "undersökande arbete" och resonerande. Detta innebär alltså att eleverna ska lära sig hur fenomen i naturen kan testas systematiskt genom att formulera och testa hypoteser, tolka sina resultat och dra slutsatser, det vill säga det arbetssätt som bedrivs av forskare. Det andra målet är att kunna tillämpa

vetenskaplig kunskap i det vardagliga livet.

Högström (2009 s. 17) tycker sig kunna urskilja tre olika huvudsakliga kategorier som målen med laborationer kan inordnas under. Det första området innehåller mål som anknyter till utveckling av kunskap och förståelse och bygger på att laborationer anses bidra med ökad förståelse för naturvetenskapliga fenomen, begrepp och modeller. Det andra området kallar författaren attityd och motivation och innehåller de mål som bygger på att laborationer anses främja ett intresse för naturvetenskap hos eleverna genom att de får konkreta upplevelser av

11

laborativt arbete. Det tredje området, laborativa färdigheter och arbetssätt, behandlar de rent praktiska målen att lära sig hantera laborativ utrustning.

Hult (2000) tar, förutom redan nämnda syften, dessutom upp två andra aspekter på laborationer. Den ena är den sociala kompetensen och kommunikativa förmågan som laborationer kan vara ett lämpligt instrument för att utveckla. Med detta syftar författaren på det faktum att laborationer nästa alltid sker i grupp. Den andra aspekten är att praktiskt arbete kan hjälpa elever till ett mer meningsfullt lärande dels genom att fler sinnen används vid lärandet och dels för att de bättre kan förstå vilka inlärningsbehov de har. Bakom synen på laborationer som en del av naturvetenskaplig undervisning finns just en tanke om att kunskap genom egna sinnesintryck är konkret medan språkligt framställd kunskap är abstrakt och att det konkreta är mer lättförståeligt än det abstrakta (Wickman 2002 s. 98). Detta gäller för laborationer generellt oavsett hur öppna eller slutna dessa är. Med öppna laborationer menas att de inte behöver ha en given utgång och att eleverna själva får vara delaktiga i planering och genomförande till exempel genom att formulera hypoteser, designa experiment och tolka sina resultat till skillnad från mer slutna laborationerna (s.k. kokboksrecept) designade och planerade av läraren som mest handlar om att eleverna följer fasta instruktioner och svarar på givna frågor vilket inte leder till något djupare resonerande (Hult 2000 s. 22; Wickman 2002 s. 98).

Användandet av laborationer, framför allt öppna sådana, som undervisningsmetod finner stöd i John Deweys pedagogiska idéer. Han ansåg att kunskap uppstår när vi prövar oss fram genom arbete och handling. Han såg teori och praktik som ett motsatspar som båda är nödvändiga. Utan praktik blir teorin obegriplig och utan teori förstår man inte det praktiska (Egidius 2002 s. 64-65). Dewey såg sin pedagogik som en problemmetod. Genom att

engagera sig i och sätta sig in i en uppgift kan eleven förstå problematiken och därefter tänka efter hur uppgiften ska lösas och föreställa sig vad som händer om man gör på det ena eller det andra sättet. Därefter kan eleven testa sina hypoteser genom handling, till exempel genom ett experiment. Genom att elever är aktiva och prövar sig fram görs inte bara det abstrakta konkret och åskådligt utan det skapas dessutom en vana vid att pröva idéer och uppslag i verkligheten (Egidius 2002 s. 67).

12

Syften och frågeställningar

Idag växer massan av kunskap utifrån forskning, uppsatser, rapporter, böcker och så vidare fortare än någonsin, vilket skapar ett starkt behov av översikter. Ju fler vetenskapliga

dokument som publiceras desto större är behovet av översikt och integration (Backman 2008 s. 71). Syftet med denna kunskapsöversikt är att bereda väg för effektivare undervisning genom att analysera litteratur om laborationer som publicerats under det senaste decenniet och ge en översikt över laborationer som undervisningsmetod utifrån olika perspektiv. Med tanke på hur omfattande denna undervisningsmetod är i skolan är detta något som bör utredas för att sedan kunna tillämpas i det egna arbetet som lärare i naturvetenskapliga ämnen. De frågor jag vill försöka besvara är följande:

1. Hur effektiva är laborationer som metod för lärande av vetenskapliga koncept och fenomen?

Effektivitet är ett mycket svårtolkat begrepp som ofta undviks i vetenskaplig litteratur. Här syftar begreppet till hur väl elever lär sig och kan redogöra för koncept och fenomen både på kort och på lång sikt. Ett typiskt sätt att mäta detta är med hjälp av kunskapstest, det vill säga skriftliga eller muntliga prov som utvärderar elevernas kunskaper.

2. Hur påverkar laborationer elevers känslomässiga förhållanden till naturvetenskap? I litteratur som undersöker elevers känslomässiga förhållande till naturvetenskap är det ofta motivation, intresse eller attityd som undersöks och det är inte alltid entydigt vad man menar med dessa begrepp. Gemensamt för dem är att de behandlar någon form av känslomässig inställning hos elever gentemot naturvetenskap, varför alla dessa begrepp inkluderas i det jag här kallar känslomässiga förhållanden. Särskilt ordet intresse är svårtolkat eftersom det i en psykologisk mening finns olika typer av intresse som till exempel kan vara olika långvariga (Abrahams 2009). I denna översikt kommer begreppet i den mån det används att noga redogöras för så som författarna själva definierar det.

Förutom frågan om hur laborationer påverkar elevers inställning till naturvetenskap kommer man oundvikligen in på frågon om vad elever anser om underhållningsvärdet hos

laborationerna i sig. Trots att detta egentligen är en annan fråga anser jag att de båda frågorna är starkt länkade eftersom det är rimligt att anta att en elev som anser att laborationer är roliga

13

borde vara mer positivt inställd till naturvetenskaplig undervisning om laborationer ingår i undervisningen.

3. Vilka förutsättningar krävs då laborationer används som undervisningsmetod för att eleverna ska lära sig rätt saker, det vill säga lära sig det som läraren avser?

Det läraren avser att eleverna bör lära sig förutsätts stämma överens med riktlinjerna i styrdokumenten så i förlängningen handlar alltså frågeställningen lika mycket om

förutsättningarna för att eleverna ska lära sig det som styrdokumenten avser. Dessa skiljer sig emellertid åt mellan olika nationer varför ingen hänsyn tagits till läroplaner och dylikt i denna översikt.

14

Metod

Diskussioner om laborationer i undervisningen har pågått under flera decennier (Hofstein & Lunetta 2004), och mycket forskning har gjort på området under hela 1900-talet och inte minst under 2000-talet. Med tanke på samhällets och teknologins snabba utveckling som inte minst kommer till uttryck i skolan kan man ifrågasätta huruvida studier från exempelvis 1960-talet har någon större relevans idag. I denna kunskapsöversikt har jag därför valt att studera källor publicerade under det senaste decenniet, det vill säga under 2002 eller senare. En ytterliggare anledning till detta är också att jag sedan tidigare känner till tre översiktsartiklar: Watson (2000), Hult (2000) och Wickman (2002) som behandlar just laborationer. Mitt mål är alltså att undersöka de källor som tillkommit sedan dess och försöka ge ett mer modernt perspektiv på laborationer i undervisningen.

Det bör tilläggas här att det även finns översiktsartiklar av senare datum. Exempel på sådana är Hofstein och Lunetta (2004) och Millar (2010). Min egen kunskapsöversikt skiljer sig dock från dessa på viktiga punkter. Den förstnämnda är från 2004 och använder inga källor

publicerade efter 2002. Det finns med andra ord ingen överlappning av den litteratur som behandlas av mig.

I den sistnämda finns en viss överlappning av källor med min egen kunskapsöversikt. Millar (2010) tar upp en mängd olika perspektiv på laborationer och ger en bred men ofta ytlig redovisning av forskningsresultat från mitten av 1900-talet och framåt. Jag har dock som redan nämnts valt att fokusera på nyare litteratur vilket förvisso innebär ett mindre antal källor men mitt syfte är att göra en djupare analys av de källor som finns för att till exempel kunna jämföra olika datainsamlingsmetoder och göra alternativa tolkningnar av resultaten. Min kunskapsöversikt innehåller till skillnad från Millars (2010) också litteratur på svenska samt sådan publicerad efter 2010.

Sökmetoder och urvalskriterier

I syfte att besvara ovanstående frågeställningar gjordes sökningar efter relevant litteratur i olika databaser. Framförallt användes databasen ERIC där ett sökfilter upprättades så att sökningen endast inkluderade litteratur publicerad mellan 2002 och 2012 och sökningar gjordes med följande begreppskombinationer:

15

Science OCH Practical work Science OCH Laboratory work

Dessa sökningar upprepades ytterligare tre gånger då begreppet science byttes ut mot biology, chemistry respektive physics.

Ett första urval av artiklar gjordes på basis av mina frågeställningar. Endast litteratur som behandlade praktiskt arbete i naturvetenskapliga ämnen valdes ut. Detta innebär alltså kemi, biologi, fysik och naturvetenskap generellt (science) vilket det ofta heter i litteratur som behandlar praktiskt arbete på grundskole- och gymnasienivå eller motsvarande. Andra ämnen, även närbesläktade som matematik och teknik, valdes bort. Ingen exkludering gjordes för olika åldersgrupper bland de studerade eleverna eller undersökningar gjorda på olika

geografiska platser. Urvalet gjordes framför allt baserat på artiklarnas titlar och eventuellt en sammanfattning av artikeln. Viktiga nyckelord vid sökandet var förutom att titlarna innehöll begreppet practical work eller någon synonym till detta även ord som effectivness,

achivement, performance, attitude, motivation och interest.

För att utvidga sökningen och även inkludera litteratur på svenska användes sökmotorn SUMMON där sökningen återigen begränsades till litterartur publicerad mellan 2002-2012 och språken begränsades till svenska. Sedan användes sökorden laboration respektive laborationer. Ett urval av litteraturen, som omfattade allt från böcker till studentuppsatser, gjordes sedan på samma sätt som ovan.

Det gjordes även en genomgång av titlarna hos artiklar publicerade i den skandinaviska tidskriften Nordina. Samtliga nummer av denna tidskrift sedan 2005 genomsöktes efter relevanta artiklar.

Ytterliggare relevant litteratur tillkom senare efter att redan funna källor refererat till dem. De ovan nämnda databaserna användes sedan för att hitta denna litteratur.

Datainsamlingsmetod

De funna primärstudierna analyserades efter ett kodningsschema (Backman 2008) där

information fördes in efterhand som studierna lästes igenom. Fyra kolumner fylldes i för varje studie: frågeställningar, metoder, resultat samt bedömning av källan. Studier som inte ansågs

16

kunna bidra till att besvara mina frågeställningar selekterades bort efterhand som denna bedömning gjordes.

I kolumnen frågeställningar redovisades de frågor författaren ville besvara och eventuella oklarheter kommenterades.

I kolumnen metoder beskrevs studiens metoder väldigt kort, till exempel enkät eller intervju, antalet personer eller skolor studien omfattar, åldern hos eleverna, oklarhet eller

ovetenskaplighet vad gäller metodval och så vidare.

Kolumnen resultat, som kan sägas vara den viktigaste, behandlade de resultat som författarna kom fram till samt kommentarer om hur författaren tolkade sina data. Var till exempel

resultaten signifikanta, hade jag själv tolkat dem annorlunda och så vidare.

I den sista kolumnen bedömning av källan gjordes en bedömning dels av artikels relevans för mina frågeställningar och dels av artikels "tyngd" baserat på författarens metodval, tolkning av resultaten och eventuella oklarheter eller ovetenskaplighet. Även författarens anseende bedömdes i vissa fall baserat på till exempel hur ofta denna citerades i andra källor.

17

Resultat och Diskussion

Lärande av vetenskapliga koncept och fenomen

Prestationer på kunskapstest

Den första frågeställningen som presenterades för denna kunskapsöversikt handlade om hur effektiva laborationer är som metod för lärande av vetenskapliga koncept och fenomen. Det har visat sig svårt att finna undersökningar som jämför undervisning som innehåller

laborationer med sådan som inte gör det. En studie som dock gör denna jämförelse är

Thompson och Soyibo (2002) som bland annat undersökte om det fanns en korrelation mellan elevers prestationer på ett kunskapstest och förekomsten av laborationer i deras undervisning. Studien utfördes på 138 jamaicanska elever i 14-16 årsåldern och innehöll två

experimentgrupper och två kontrollgrupper. Experimentgruppernas elever fick

kemiundervisning som innehöll en kombination av föreläsningar, lärardemonstrationer, klassdiskussioner och laborationer i smågrupper. Kontrollgrupperna använde samma

undervisningsmetoder med den skillnaden att eleverna inte utförde några laborationer. För att jämföra elevernas kunskaper före och efter testperioden, som varade i fyra veckor, fick eleverna fylla i ett pre- respektive post-test med 15 flervalsfrågor och tre frågor med öppna svar. Resultatet på post-testet blev en svag men signifikant skillnad till fördel för

experimentgruppen. En sak som dock gör resultaten komplicerade är att skillanden mellan elevgruppernas kunskaper var signifikant redan på pre-testet med fördel för kontrollgruppen. På pre-testet svarade dessutom kontrollgruppen signifikant bättre på flervalsfrågorna medan experimentgruppen svarade signifikant bättre på frågorna med öppna svar. Dessa skillnader menar författarna kan bero på att grupperna hade olika lärare. Värt att notera är dock att antalet elever som ingick i studien är relativt litet och ett större antal elever hade gett ett mer rättvist resultat, vilket författarna själva medger, men även om eleverna var få så pekar dock post-testen på att laborationer i undervisningen är positiva för elevernas lärande.

Att liknande undersökningar som den ovan är så få kan bero på en brist på kontrollgrupper. Som redan nämnts så anses laborationer vara en självklar del av naturvetenskaplig

undervisning vilket kan göra det svårt att hitta lämpliga kontrollgrupper som får undervisning helt utan laborationer. Ett vanligt antagande är också att elever tycker att det är kul med

18

laborationer vilket kan göra både dem och läraren, som måste handskas med elevernas besvikelse över uteblivna labbar, ovilliga att avstå från sådana.

Kleopaker et al (2007) gjorde en mer omfattande kvantitativ studie som undersökte hur olika undervisningsmetoder i naturvetenskap påverkar bland annat elevers prestationer. I studien deltog 167 klasser i åk 7 i Norge (sammanlagt ca 2900 elever). Klasserna delades in i fyra grupper baserat på vilka undervisningsmetoder läraren använde sig av och i vilken

utsträckning dessa användes. Grupp 1 använde sig i liten ursträckning av vad författarna kallar "student active teaching practice" till vilket de räknar aktiviteter med hög grad av elevinflytande och aktivitet. Grupp 2 karaktäriserades också av låg nivå av sådana aktiviteter. Användandet av experiment och "hands-on" (det vill säga praktiska) aktiviteter var lika lågt som för grupp 1 men däremot användes projektarbete, datorer och internet i något större utsträckning. Grupp 3 hade en relativt hög nivå av "student active teaching practice" och karaktäriserades av frekvent användande av traditionella metoder som experiment och praktiska aktiviteter samt utomhus undervisning och exkursioner. Dock användes sällan projektarbete, datorer och internet. Grupp 4 använde också en hög andel "student active teaching practice" nämligen just projektarbete, datorer och internet. I denna grupp använde man också relativt mycket drama och rollspel. För att jämföra elevernas prestationer i de olika grupperna fick eleverna fylla i ett kunskapstest med 35 flervalsfrågor. Då resultaten jämfördes kunde man endast se små skillnader mellan grupperna och dessa var långt ifrån statistiskt signifikanta (fig.1). När endast flickornas resultat jämfördes blev det i stort sätt ingen skillnad alls mellan grupperna. Undervisningsmetod verkade inte ha någon effekt på flickornas

prestationer. Pojkarna (som för övrigt presterade signifikant bättre än flickorna) uppvisade en liten höjning i prestation från grupp 1 till 3, dock ej signifikant. Pojkarna i grupp 4 presterade emellertid signifikant sämre än i övriga grupper. Av störst intresse för min frågeställning är hur eleverna i grupp 3 presterade jämfört med övriga grupper eftersom denna grupp innehöll klasser där experiment och praktiska aktiviteter användes i stor utsträckning. De slutsatser som kan dras i anslutning till denna frågeställning är att flickornas prestationer inte

påverkades av i vilken utsträckning laborationer användes medan pojkarnas prestationer var bäst i den gruppen där denna metod användes i stor utsträckning.

19

Fig 1: Medel poäng (mean score) i procent med standardavvikelse på flervalstestet för pojkar och flickor i de fyra grupperna med olika undervisningsmetoder. (Källa: Kleopaker et al. 2007)

Även om resultaten inte var signifikant bättre än hos elever som mest fått teoretisk

undervisning så var de emellertid bättre än hos elever som huvudsakligen fått undervisning genom projektarbete, datorer, internet, drama och rollspel. Författarna föreslår att detta kan bero på att pojkarna kanske är mer intresserade av datorerna i sig än av det vetenskapliga innehållet. De medger också att ett kunskapstest med flervalsfrågor inte mäter alla aspekter av vetenskaplig kunskap och definitivt inte alla färdigheter eleverna tagit till sig. Resultaten kanske hade blivit annorlunda om man istället testat praktiska färdigheter eller förmåga att resonera om utfallet av ett experiment.

Två typer av effektivitet

De två undersökningar som presenterats ovan har indikerat att undervisning som innehåller laborationer inte har någon, eller endast en svagt positiv, effekt på hur elever presterar på kunskapsprov. Ännu mer kritiska till laborationer som en effektiv lärometod är Abrahams och Millar (2008) som, i en ofta citerad kvalitativ studie, istället för test använde sig av intervjuer och observationer av elever och lärare för att undersöka laborationers effektivitet. Författarna

20

skiljer på två olika typer av effektivitet. Å ena sidan det de kallar effektivitet på nivå 1 som jämför vad eleverna ska göra under laborationen med vad de faktiskt gör, å andra sidan effektivitet på nivå 2 som jämför vad eleverna förväntas lära sig (enligt lärarna) med vad de faktiskt lär sig. Abrahams och Millar (2008) observerade lärare och elever (ålder 11-16) under 25 laborationer i kemi, biologi och fysik på åtta engelska skolor. Målen för laborationerna uppgav lärarna i intervjuer eller i samband med laborationerna. För min frågeställning är det framför allt intressant vad resultaten av studien säger om elevernas lärande, det vill säga effektivitesnivå 2. Författarnas bedömning av denna effektivitet baserades på elevintervjuer gjorda en tid efter lektionen (hur lång tid efter uppges inte av författarna mer än att det varierade). Resultaten av studien visade att laborationer generellt sätt var effektiva på att få eleverna att göra det som avsetts med de fysiska objekten (nivå 1) men mycket mindre effektiva på att få dem att lära sig det som avsetts. Elevintervjuerna visade att eleverna kom ihåg delar av vad de gjort eller sett läraren göra med objekt och material men ofta var det också allt de kunde komma ihåg. Intervjuerna gav få indikationer för någon varaktig effekt av laborationer på elevers konceptuella förståelse. Med andra ord kunde eleverna, enligt

författarna, inte koppla praktiken till teori.

Abrahams och Millar (2008) baserar sina slutsatser på sin tolkning av de observationer och intervjuer de gjorde. Varken observationerna eller intervjusvaren redovisas dock i artikeln, med undantag för korta klipp ur konversationer mellan forskare och elever, vilket lämnar litet utrymme för någon alternativ tolkning av resultaten. Vilka frågor som ställs till eleverna borde dock ha stor betydelse för hur deras kunskaper kommer till uttryck. Det redovisas inte heller hur många elever som deltog i studien eller hur många som intervjuades. Artikeln är dock flitigt citerad i senare källor om laborationer och författarna har skrivit flera artiklar i ämnet (ex Abrahams 2009, Abrahams & Sharpe 2010 och Millar 2010) vilket ger deras resultat en viss tyngd.

Abrahams och Millar (2008) diskuterar bland annat hur man kan mäta lärande. När kan man säga att en elev har lärt sig något? Följande citat var motiveringen till att författarna valde att göra elevintervjuerna en tid efter lektionerna:

Here we are making a distinction between being able to ‘do things with ideas’ during the lesson, and showing understanding of these ideas later. It might be argued that, if a student can use an idea appropriately during a lesson, this indicates that the idea has been ‘learned’... We might, on the other

hand, argue that, if the ability to use an idea is not retained for even a short time (say a few days or weeks), then it is doubtful to claim that it was ever ‘learned’. (Abrahams & Millar 2008).

21

Att komma ihåg vad man lärt

Moeed (2011) intresserade sig också för elevers förmåga att komma ihåg den bakomliggande teorin de lärt av laborationer. I en enkätundersökning av 273 elever (ålder 15-16) på en skola på Nya Zeeland undersökte författaren dels hur många och vilka av de laborationer eleverna utfört under det gångna året de kunde komma ihåg och dels vad de hade lärt sig av dessa. Hur många laborationer eleverna faktiskt hade utfört under året framgår inte. Resultaten visar att 93 % av eleverna kunde komma ihåg minst en laboration (vanligast var att de kom ihåg två eller tre). Av dessa elever svarade 74 % på frågan om vad de hade lärt sig av laborationerna och det visade sig att 83 % av svaren indikerade att eleverna faktiskt kunde säga vad de hade lärt sig. Dessa resultat skiljer sig från till exempel Abrahams och Millar (2008) på så sätt att de indikerar att majoriteten av eleverna kunde redogöra för vad de hade lärt av en laboration vilket författaren också nämner. Då man tittar närmare på de exempel på elevsvar som redovisas i artikeln ser man dock att elevernas redogörelser för vad de lärt av en laboration knappast är särskilt utförliga eller ens utgörs av mer än en mening. Till exempel kom många elever ihåg en laboration där de dissekerade hjärta och lungor. Exempel på vad eleverna uppgav ha lärt sig av denna var "How arteries and veins link with the lung", "I learnt how to dissect" och "Left ventricle has a thicker wall, it is a stronger pump to pump blood to the hole [sic] body". Om dessa elever fått fylla i ett kunskapstest hade det kanske visat sig att de inte kunde redogöra för teorin mer utförligt. Resultaten av denna studie säger heller ingenting om alla de laborationer som eleverna inte kunde komma ihåg eller om de eleverna kom ihåg men inte kunde redogöra för vad de lärt sig av.

Författaren menar att en möjlig begränsning hos hennes resultat är det faktum att datan samlades in via enkäter, en metod som kritiseras av Abraham och Millar (2008) som hävdar att sådana undersökningar handlar mer om "retoriken" hos laborationer än om verkligheten, det vill säga vad lärare och elever uppger i en enkät behöver inte överensstämma med verkligheten. Därför kombinerade Abrahams och Millar (2008) sina intervjuer med observationer på plats i klassrummet. Moeed (2011) hävdar dock att denna begränsning i hennes studie vägdes upp av noggrann frågedesign och ett pilottest som försäkrade att meningsfull information samlades in från eleverna. Hon menar också att kontrasten mot Abrahams och Millars (2008) resultat kan bero på att vetenskapligt lärande utifrån

laborationer är mer effektivt på Nya Zeeland men man bör komma ihåg att Abrahams och Millar (2008) också hade en annan ansats då de gjorde en kvalitativ studie till skillnad från Moeeds (2011) mer kvantitativa dito.

22

Studenters åsiker om laborationers effektivitet

Hypotesen att laborationer är mer effektiva på Nya Zeeland är inte orimlig då även en annan nyzeeländsk enkätundersökning (Borrmann 2008) lyfter fram laborationer som en effektiv metod för lärande. I denna studie undersöktes kemistudenters åsiker om laborationers värde i undervisningen. Flera hundra studenter vid Virginia University, Nya Zeeland deltog i

enkätundersökningen där de fick ta ställning till hur väl sju viktiga strategisk mål med laborativ undervisning uppnåddes. Dessa mål var: Självförtroende, intresse, kopplande av teori till observation, kritiskt tänkande, vetenskapliga metoder som analys, observation och tolkning av resultat baserat på observationer, ledarskapsfärdigheter och praktiska färdigheter. Studenterna förväntades redan innan undersökningen vara positivt inställda till laborationer pga att deras åsikter, enligt författaren, kan förväntas vara påverkade av deras lärandemiljö och åsikterna hos deras lärare och annan personal. Därför ställdes förutom direkta frågor också indirekta sådana i syfte att få mindre partiska svar. Resultaten visade att studenterna var positiva till laborationers förmåga att uppfylla alla de efterfrågade läromålen (med undantag för ledarskapsfärdigheter) på båda typerna av frågor men att svaren på de indirekta frågorna hade större spridning åt det negativa hållet än de direkta. Hur mycket denna studie säger om effektiviteten hos laborationer för lärandet är oklart då studien inte bygger på något test av effektiviteten utan på studenternas åsiker om denna vilka dessutom kritiseras av författaren själv som potentiellt partiska.

Sammanfattning

Utifrån den ovan presenterade litteraturen är det svårt att dra några klara slutsatser om hur effektiva laborationer är för lärandet av vetenskaplig teori. Thompson och Soyibo (2002) visade visserligen att elever som haft laborationer i sin undervisning presterade bättre på ett kunskapstest än elever som inte haft detta men resultatet var knappt statistiskt signifikant. Om man sedan tar hänsyn till Kleopakers et al. (2007) och Abrahams och Millars (2008) resultat som visade att undervisningsmetod inte hade någon påverkan på elevernas prestationer respektive att eleverna oftast inte kunde koppla det praktiska arbetet till en bakomliggande teori, så framträder en bild av laborationer som en bland många undervisningsmetoder som varken är bättre eller sämre än teoretisk undervisning då det gäller att lära sig vetenskapliga koncept och fenomen. Åtminstonde inte så som laborationerna är utformade i dessa studier. Vad gäller effektiviteten att uppnå andra läromål som att lära sig arbeta vetenskapligt eller att

23

utveckla sina laborativa färdigheter så säger inte dessa undersökningar något om detta och det ingår inte heller som en frågeställning i denna kunskapsöversikt men kan ändå nämnas för att understrycka att man inte kan avfärda laborationer som ineffektiva även om det skulle vara så att eleverna kan lära sig koncept och fenomen lika väl genom till exempel en föreläsning. Trots detta visar Borrmann (2009) att studenterna själva, med reservation för att dessa är äldre än i de övriga studierna, ansåg att laborationer var effektiva bland annat som ett sätt att koppla teori till observationer. Moeed (2011) visade också att eleverna kunde komma ihåg vad de lärt sig av laborationer även om de inte redogjorde för detta särskilt utförligt.

Det känslomässiga förhållandet till naturvetenskap

Attityd

Den andra frågeställningen som presenteras i denna översikt handlar om hur elevernas känslomässiga förhållande till naturvetenskap påverkas av laborationer. Den tidigare

presenterade studien av Thompson och Soyibo (2002) undersökte förutom laborationers effekt på elevernas prestationer även hur elevernas attityd till kemi påverkades av laborationer i undervisningen (se föregående avsnitt för en mer utförlig beskrivning av metod). Till skillnad från elevernas prestationer som mättes av ett kunskapstest så utvärderades elevernas attityder med hjälp av en enkät bestående av 25 påståenden som eleverna fick ta ställning till före och efter testperioden. Enkäten utvärderade elevernas attityd till kemi utifrån fem olika

indikatorer: Om eleven tyckte att kemi var kul, var rädd för att utföra kemi, var intresserad av en karriär inom kemi, hur viktigt eleven tyckte att kemi var samt intresse för kemiska

undersökande arbetssätt. Resultatet visade att inga skillnader i attityd fanns före testperioden men att attityden hos experimentgruppen vars undervisning innehöll laborationer förbättrades med 6 % efter testperioden. Attityden hos kontrollgruppen försämrades med ca 1 %.

Resultaten visade med stark statistisk signifikans att experimentgruppen fick en mer positiv attityd till kemi jämfört med kontrollgruppen. En sak som dock inte framgår är karaktären hos elevernas undervisning före testperioden. Det är rimligt att anta att undervisningen var

likvärdig för alla elever oavsett vilken grupp de senare tillhörde under experimentet men huruvida denna undervisning innehöll laborationer hade varit intressant att veta. Om den gjorde det, varför förbättrades då experimentgruppens attityd under testperioden? Om den inte

24

gjorde det, varför försämrades i så fall kontrollgruppens attityd? Detta är inget som författarna diskuterar.

Kleopaker et al. (2007) vars metoder också presenteras mer utförligt i föregående avsnitt undersökte hur flera olika undervisningsmetoder påverkade elevers attityd till naturvetenskap. Eleverna fick fylla i enkärter där 26 olika aktiviteter presenterades och eleverna fick ta

ställning till om de ville ha mer, lika mycket eller mindre av denna aktivitet i sin

undervisning. Eleverna ville generellt ha mer experiment och "hands-on" aktiviteter. De var dock ännu mer positiva till exkursioner, se på film och arbeta med datorer/internet. Betydligt mindre populära aktiviteter, vilka eleverna generellt ville ha mindre av, var exempelvis föreläsningar, läsa i läroboken och skriftliga övningar. Elevernas attityd i de fyra grupper som klasserna delades in i undersöktes också genom åtta ställningstaganden i enkäterna. Exempel på påståenden som eleverna tog ställning till var "I like science", "I want more science lessons" och "Science is boring". Resultaten visade för det första att eleverna i alla fyra grupperna uttryckte en positiv attityd till naturvetenskap, för det andra att pojkar var mer positiva än flickor och för det tredje att det fanns skillnader mellan grupperna. Grupp 3 som använde mycket experiment, "hands-on" aktiviteter och exkursioner samt grupp 4 som använde mycket projektarbete, datorer och internet hade den mest positiva attityden till naturvetenskap hos sina elever. Sämst attityd hade grupp 1 som mest använde teoretisk undervisning.

Studenters åsikter

I en enkätundersökning med 900 kemistudenter vid University of Glasgow, Skottland

undersökte Sneddon och Hill (2011) studenternas åsikter om sina erfarenheter av laborationer i kemi. Studenterna fick med hjälp av en sexgradig skala värdera laborationer ur flera olika aspekter, bland annat hur intressanta och hur underhållande de var. Resultaten visar att 53 % av studenterna tyckte att laborationer var intressanta medan endast 11 % såg dem som tråkiga. Resterande 37 % ställde sig neutrala. Vidare tyckte 61 % av studenterna att laborationer var underhållande och endast 7 % att de inte var det. 32 % var neutrala i frågan. Författarna verkar dock inte alls ha tagit någon hänsyn till den partiskhet som Borrmann (2009),

presenterad i föregående avsnitt, menar finns hos kemistudenterna och som också påvisades genom studenternas något negativare inställning till laborationer då indirekta frågor ställdes istället för direkta sådana. I Sneddon och Hills (2011) studie ställs inga indirekta frågor och

25

det kan tilläggas att studenterna även var positiva till alla andra aspekter av laborationer de tillfrågades om, till exempel hur användbara respektive hur hjälpfulla laborationer är. Det faktum att det också visade sig att studenter som tidigare läst kemi på en högre nivå var signifikant mer positiva än de som läst kemi på något lägre nivå kan också tyda på en partiskhet. Laborationer är något karaktäristiskt för kemi och det kan vara så att många av studenterna ser ett intresse för kemi (som man får anta att de besitter) som synonymt med ett intresse för laborativt arbete. Sneddon och Hill (2011) reflekterar dock inte över detta utan tillskriver sina resultat lärarnas utmärkta arbete i skolan.

Intresse och motivation

Bland de syften med laborationer som presenterades tidigare i denna översikt fanns bland annat det att laborationer anses ha en intresseväckande eller motiverande inverkan på

eleverna. Att laborationer kan medföra att elever blir mer intresserade av NO var också ett av de syften som de flesta lärare lyfte fram i en studie av Högström et al. (2010) där sju NO-lärare i grundskolans senare år intervjuades angående syftet med laborationer. Att väcka intresse kan tolkas som att eleverna utvecklar ett genuint intresse för naturvetenskap genom laborationer, något som Abrahams (2009) är kritisk till. I en kvalitativ studie undersökte Abrahams (2009) om laborationer hade någon känslomässig påverkan på elever, med avseende på deras förhållande till naturvetenskap, och i så fall på vilket sätt. Han menar att man måste definiera vad man menar med olika begrepp som motivation och intresse. Vad är det laborationerna ska motivera eleverna att göra? Motivation, menar Abrahams, syftar på en "inre drivkraft att handla" vilket skulle kunna komma till uttryck till exempel i en elevs beslut att aktivt sträva efter att studera ett eller flera naturvetenskapliga ämnen utöver vad som är obligatoriskt för hennes utbildning eller att eleven frivilligt ägnar sig åt sådana aktiviteter som att göra mer läxor än nödvändigt, läsa vetenskapliga böcker och tidningar, titta på

vetenskapliga program på TV, besöka vetenskapliga internetsidor och så vidare. När det gäller intresse så syfter detta mer på en fascination av något (Bandura 1986 i: Toplis 2012).

Abrahams (2009) pekar på att det finns två typer av intresse i psykologisk mening: personligt intresse och situationsrelaterat intresse. Skillnaden mellan dessa är tillsynes komplex men kortfattat kan ett personligt intresse sägas vara en varaktig preferens för vissa aktiviteter eller kunskapområde. Ett situationsrelaterat intresse är däremot mer knutet till vilka preferenser man har i en given situation, som exempelvis då en elev utför en laboration. I sin studie

26

besökte Abrahams (2009) 25 laborationer på åtta engelska skolor. Under lektionerna som observerades och spelades in på band och som involverade elever i åldrarna 11-14 resp 15-16 gjordes även intervjuer med ett okänt antal elever. Även lärarintervjuer genomfördes dels före lektionerna där lärarna berättade om lektionen och tillfrågades om lärandemålen med den, dels efter lektionen då lärarna tillfrågades om hur lektionen gått och om deras syn på laborationers känslomässiga värde.

Resultaten visade att nästan alla elever påstod sig gilla laborationer men då de tillfrågades om varför de gillade dem visade det sig att 68 % av eleverna angav vad författaren kallar relativa svar, det vill säga att eleven föredrog laborationer framför andra aktiviteter istället för att uttrycka ett intresse för laborationer i sig. Ett exempel på ett sådant svar är "Because it is better than listening to the teacher". Alternativet var ett absolut svar, till exempel "Because it is exciting", vilket uttrycker ett gillande för laborationer i sig. Abrahams (2009) noterade att de yngsta eleverna angav flest absoluta svar och de äldsta angav flest relativa sådana vilket han föreslår kan bero på att laborationer är någonting nytt för de yngsta eleverna som talade upphetsat om så enkla saker som att få använda standardiserad, laborativ utrustning och materiel så som bunsenbrännare och så vidare. Eftersom det verkar som att eleverna efterhand som de blir äldre slutar tycka om laborationer i absolut bemärkelse, menar författaren att det intresse de genererar närmast kan beskrivas som situationsrelaterat hellre än personligt och eftersom ett situationrelaterat intresse karaktäriseras av att det inte sträcker sig längre än till slutet av den omedelbara aktivitet man utför, kan man enligt Abrahams (2009) förvänta sig att eleverna, utan kontinuerliga laborationer som kan hålla intresset uppe, skulle uppfatta

naturvetenskap som tråkigt trots att de tidigare utfört många laborationer. De intervjuade lärarna kunde bekräfta att så var fallet då eleverna inte fick utföra laborationer under en tid. Författaren ger exempel på konversationer med elever som styrker detta resonemang genom att eleverna själva uppger att naturvetenskap utan laborationer skulle vara tråkigt. Det ges också exempel på konversationer som indikerar att även om eleven uppfattar laborationer som roliga så motiverar det inte eleven till att studera naturvetenskap på högre nivå.

Sammanfattningsvis så visar Abrahams (2009) resultat att även om laborationer genererar ett kortsiktigt engagemang i form av ett mindre tråkigt alternativ till andra undervisningsformer så är de relativt ineffektiva på att generera motivation att studera naturvetenskap utöver det obligatoriska eller att generera ett långsiktigt personligt intresse för ämnet. Abrahams (2009) tolkning av datan kan dock kritiseras i den mån att han inte verkar reflektera över att elever kan både ha ett personligt intresse för naturvetenskap och ändå föredra laborationer framför

27

andra typer av undervisning. Således kan elever som gett ett relativt svar på frågan om varför han eller hon tyckte om laborationer mycket väl ha haft ett genuint intresse för

naturvetenskap. Att de yngre eleverna gav mer absoluta svar tolkar författaren som att de har ett större intresse för laborationer i sig. En alternativ tolkning kan vara att yngre elever generellt sett ger mer absoluta svar eftersom det för en 11-åring kanske räcker som förklaring att säga att något är roligt eller spännande, medan en 16-årings svar är med utförligt. Denne kanske istället säger att laborationer är roliga eller spännande därför att de är mer

underhållande än föreläsningar.

Lärarintervjuerna i Abrahams (2009) indikerar att vad lärarna egentligen menar när de säger "motivation" är ett situationsrelaterat intresse vilket bekräftas i en senare studie (Abrahams & Sharpe 2011) som undersöker vad lärare menar med det motiverande värdet hos laborationer. Abrahams (2009) förefaller närmast sarkastisk då han, utifrån lärarnas uttalanden i

intervjuerna, menar att värdet av ett icke-varaktigt intresse kan begränsas till följande två punkter:

i To help in the behavioural management of the class—particularly with low to low/middle academic ability pupils.

ii To help off-set the image of science as difficult, dull, and boring by presenting an alternative, arguably misleading, image of science in which the emphasis is primarily on ‘doing’ fun and enjoyable ‘hands-on’ work rather than on learning about ideas. (Abrahams 2009)

Toplis (2012) observerade nio laborationer och intervjuade 29 deltagande elever i åldrarna 13-16 på tre engelska skolor för att försöka få en bild av elevernas syn på laborationers roll i deras utbildning. Resultatet visade att ett av elevernas huvudsakliga skäl till att laborationer var viktiga i deras undervisning var det författaren kallar intresse och aktivitet och baseras på att många elever gav svar som indikerade att laborationer är roliga och innehåller en känsla av personlig relevans, personligt engagemang, motivation och tillfällen att arbeta tillsammans som väcker intresse. Toplis (2012) försöker reda ut vad eleverna menar med begrepp som "roligt" och "intressant" och diskuterar hur och var detta intresse uppstår och varför

laborationer ger upphov till detta. Just att laborationer ger upphov till intresse förekom ofta i elevernas svar men författaren menar att svaren oftast måste tolkas som ett situationsrelaterat intresse hellre än genuint motiverande, enligt Abrahams (2009) definitioner, men menar samtidigt att det är svårt att göra denna distinktion. En del elevsvar pekar dock på att det finns en faktisk motiverande effekt i form av en vilja hos eleven att använda laborationen som ett

28

redskap för att ta reda på något och därför, menar författaren, kan man också hävda att det finns ett motiv.

En av anledningarna till laborationernas intresseväckande inverkan som Toplis (2012) kunde utläsa ur elevsvaren var att laborationer ger en känsla av deltagnade och självbestämmande. Faktorer som att få arbeta i grupp och själva kontrollera sina experiment uppgavs skapa ett intresse. Tre av de observerade laborationerna var enligt författaren av undersökande karaktär vilket kan tolkas som att de var mer öppna och det kan vara sådana eleverna syftade på då slutna laborationer sällan lämnar något utrymme för självbestämmande. En annan faktor som man kanske lätt förbiser som viktig för eleverna var en så enkel sak som att eleverna upplevde en känsla av tillit då läraren lät dem använda laborationsutrustningen.

Ett annat av de vanligaste skälen som eleverna i Toplis (2012) studie angav till att laborationer var viktiga i deras undervisning var som ett alternativ till andra undervisningsmetoder. Eleverna ansåg, liksom i Abrahams (2009) studie, att

naturvetenskapsundervisning utan laborationer skulle vara tråkigt, men medan Abrahams (2009) tolkade detta som att det intresse som uppstår inte är varaktigt och att användandet av laborationer därmed kan ifrågasättas, så menar Toplis (2012) att även om eleverna uppger att de föredrar laborationer framför andra typer av undervisning så visar ändå elevsvaren att laborationer är viktiga för eleverna eftersom de ger en känsla av deltagande,

självbestämmande, i en del fall ett verkligt intresse för att ta reda på hur naturen fungerar och så vidare. Detta, menar författaren, gör det rimligt att anta att elever ofta är motiverade av laborationer i undervisningen.

Sammanfattning

Till skillnad från det avsnitt i denna översikt som handlade om laborationers effektivitet så kan detta avsnitt tyckas lättare att sammanställa då författarna verkar vara överens att laborationer har en positiv påverkan på eleverna i den mening att de tycker om att laborera eller åtminstonde föredrar denna metod framför mer teoretiska sådana. Både Thompson och Soyibo (2002) och Kleopaker et al. (2007) visade tydligt att laborationer förbättrade elevernas attityd till naturvetenskap även om ett relativt omfattande användande av laborationer

kombinerades med andra undervisningsmetoder i den sistnämda studien, vilket gör det svårt att fastställa om det var just laborationerna som förbättrade elevernas attityder. Denna studie visade dock att laborationer är en av de metoder som eleverna ville ha mer av i sin

29

undervisning. Majoriteten av studenterna i Sneddon och Hills (2011) studie uppgav också att de tyckte att laborationer var både intressanta och underhållande. Över huvudtaget verkar det finnas få meningsskiljaktigheter i denna fråga. Fokus för diskussionen har istället hamnat på karaktären hos det intresse som eleverna uppger att de har för laborationer. Abrahams (2009) ifrågasätter ärligheten i detta intresse och menar att majoriteten av elevernas "intresse" endast bottnar i att de föredrar laborationer som ett mindre tråkigt alternativ till att skriva eller lyssna på läraren. Toplis (2012) håller med om detta men menar samtidigt att laborationer kan bidra till att utveckla ett genuint intresse för naturvetenskap och dessutom vara motiverande i den meningen att de ger eleverna en känsla av deltagande och självbestämmande.

Förutsättningar för effektiva laborationer

Den kognitiva bördan

Den tredje frågeställningen i denna kunskapsöversikt handlar om vilka förutsättningar som krävs för att elever ska lära sig det läraren avser med laborationerna. Som har varit tydligt i litteraturen så är denna metod inte alltid effektiv när det gäller förmågan att öka elevernas prestationer i jämförelse med exempelvis mer teoretiska metoder. Så hur kan man då göra för att effektivisera laborationerna och se till att eleverna lär sig det de förväntas lära?

Winberg och Berg (2007) skriver att laborationer vanligtvis utgör en hög kognitv börda ("cognitive load") på elever. Detta begrepp syftar på den mängd information som arbetsminnet kan hantera på en och samma gång. I komplexa lärandesituationer kan

arbetsminnet överbelastas, vilket kan hämma elevers prestation under denna aktivitet. Detta baseras på forskning (Baddeley 1986, 1992) som visar att arbetsminnet är det ställe där medvetet tänkande sker, såsom att organisera, jämföra och utveckla information. Ett centralt antagande är att arbetsminnet endast har en begränsad kapacitet att behandla information till skillnad från långtidsminnet som kan lagra stora mängder information på ett organiserat sätt. Winberg och Berg (2007) konstaterar att elever i skolan ofta förväntas lära sig praktiska färdigheter samtidigt som de ska bygga på teoretiska aspekter av övningen. Båda dessa uppgifter är dock en källa till kognitiv börda som tillsammans kan bli mer än arbetsminnet klarar av särskilt om fel uppstår under laborationen, om labutrustning saknas eller dylikt. Författarna citerar Johnstone och Wham (1982) då de skriver att om arbetsminnet

30

utförandet istället för att koppla praktiken till teori särskilt som eleverna endast har en begränsad tid på sig.

Winberg och Berg (2007) gjorde därför en studie där de undersökte vilken effekt en

datorsimulering av en laboration som studenterna utförde före själva labtillfället hade på deras kognitiva fokus under laborationen samt på deras kemikunskaper efteråt. För att undersöka det förstnämnda registrerades de frågor som studenterna ställde till läraren under laborationen. På så sätt fick författarna reda på var studenternas kognitiva fokus låg, det vill säga om de tänkte på det praktiska utförandet eller på teorin bakom. Frågorna kategoriserades som antingen praktiska eller teoretiska samt reflektiva eller spontana. Simuleringens effekt på studenternas kemikunskaper fick man information om genom intervjuer efter laborationen som fungerade som ett slags muntligt kunskapstest. Undersökningen som utfördes vid Umeå Universitet bestod av två likadana studier som var och en hade en experimentgrupp som utförde en pre-lab simulering före laborationen och en kontrollgrupp som inte gjorde det. Antalet studenter som deltog i den första studien var 78 i experimentgruppen och 97 i kontrollgruppen. Motsvarande siffror för den andra studien var 21 respektive 37. Ett mindre antal studenter valdes också ur varje grupp för att delta i intervjuerna. Varje studie

inkluderade endast en och samma laboration (syra-bas titrering).

Resultatet av studentenas frågor till läraren visade att de studenter som utfört pre-lab

simuleringen ställde fler reflektiva frågor om den bakomliggande teorin under laborationen. Antalet spontana, praktiska frågor var däremot fler hos kontrollgrupperna. Författarna menar att denna skillnad delvis kan bero på att pre-lab simuleringen skapar utrymme i arbetsminnet för reflektion över den bakomliggande teorin då studenterna inte behöver fundera så mycket över det praktiska utförandet. Delvis tror de också att skillnaden mellan grupperna beror på att simuleringen ger studenterna en känsla för vad som är viktigt i den kommande laborationen. Intervjuerna visade också att studenter som gjort simuleringen behärskade den bakomliggande teorin bättre i form av att de uttryckte sig mer korrekt i sina formuleringar och redogörelser och uppvisade i mindre grad att de missat poängen med laborationen eller att de besatt missuppfattningar om teorin.

Det Winberg och Berg (2007) inte verkar ha tagit hänsyn till i sina studier är att studenter är olika frågvisa. Ofta är det en handfull elever som står för de flesta frågor som ställs vilket kan ha påverkat datan. Det faktum att experimentgruppernas undervisning borde ha tagit längre tid än kontrollgruppernas (den tid simuleringen tog) kommenteras inte men vägs i viss mån

31

upp då studenterna fick så lång tid de själva kände att de behövde till att utföra laborationen. Det visade sig dock att kontrollgrupperna inte höll på längre än experimentgrupperna så allt som allt är det troligt att experimentgruppen fick mer tid till sitt lärande än kontrollgruppen.

Lärarens roll

Högström et al. (2009) undersöker i en kvalitativ fallstudie i vilken utsträckning lärarens syften uppfylls under laborationer, hur lärare-elev och elev-elev interaktioner bidrar till

utvecklingen av lärande från laborationer och vad eleverna uppfattar som viktigt att lära sig av en sådan. I studien deltog en erfaren lärare och hennes klass i skolår 8 (25 elever) i en svensk skola. Endast en laboration ingick i denna studie som inleddes med en intervju av läraren angående målen med laborationen. Den observerade lektionen videofilmades och elevernas och lärarens handlingar registrerades. Efteråt intervjuades alla eleverna och fick då svara på två huvudsakliga frågor: Vad tror du att läraren tyckte var det viktigaste att lära sig av

laborationen? och vad tyckte du var det viktigaste att lära sig? Den inspelade videon spelades upp tillsammans med läraren i samband med att man utförde ytterliggare en intervju med henne där händelser under lektionen kommenterades och så vidare.

Pre-lab intervjun med läraren visade att hon uttryckte både mål som hade med denna specifika laboration att göra som att lära sig tumregeln att "lika löser lika" och egenskaperna hos PVA (polyvinylalkohol), men också mer generella mål som att hon ville att eleverna skulle tänka och reflektera över olika aspekter av laborationen, att de skulle förbereda sig genom att formulera hypoteser, att de skulle fundera över om deras resultat var rimliga och göra

kopplingar till sitt vardagliga liv. Resultaten visade att lärarens mål delvis uppfylldes även om dessa i detta fall inte förmedlades till eleverna. En del av eleverna verkade ha lärt sig

tumregeln "lika löser lika", att tänka och reflektera över det laborativa arbetet var något som läraren hjälpte eleverna med under laborationen och att göra associationer till vardagslivet var något som åtminstonde en del elever uppgav som viktigt att lära sig. Författarna pekar på vikten av att läraren förklara målen med övningen klart och tydligt för eleverna så att de är klara över vad de förväntas lära. Hade läraren gjort detta hade målen kanske uppfyllts i än högre grad enligt författarna, men av lika stor vikt menar de är vad man talade om under laborationen. Till exempel talade läraren en del om risker och säkerhet vilket fick många elever att uppfatta detta som en viktig sak att lära, något som läraren aldrig uppgav. En möjlig konsekvens av detta skulle kunna vara att eleverna tänker på risker och säkerhet under labben istället för att tänka på den bakomliggande teorin.

32

Observationerna visade att elev-elev interaktioner oftast hade med det rent praktiska att göra, hur utrustningen ska användas och så vidare. Detta verkade eleverna klara väl på egen hand. Däremot menar författarna att läraren roll är viktig för att lära eleverna att tolka sina resultat och på så sätt förbättra sina laborativa färdigheter. Förutom dessa färdigheter visade också denna studie att eleverna kan lära sig vetenskapliga koncept av laborativt arbete vilket skiljer sig starkt från Abrahams och Millars (2008) resultat som presenterats tidigare och som indikerade att eleverna visserligen gjorde vad de skulle under laborationen men att de oftast inte kunde koppla praktiken till teorin. Men Högström et al. (2009) menar alltså att

laborationer bidrar till elevernas lärande. För att detta ska ske menar dock författarna att eleverna måste utveckla sina observationsfärdigheter. Läraren är alltså en nyckelperson som måste hjälpa eleverna att resonera kring sina resultat så att de med hjälp av den

bakomliggande teorin kan förklara inte bara vad de har observerat utan också varför de gjorde det.

Högström et al (2009) sammanfattar sina resultat som att de indikerar att särskilt lärare-elev interaktioner, inte bara vad läraren säger utan också lärarens handlingar, under laborationen är viktiga för vad eleverna ser som viktigt att lära sig och för att de ska förstå vad de förväntas lära sig. I Abrahams och Millars (2008) studie noterades att det lärarna talade med eleverna om inför laborationerna var nästa uteslutande kopplat till den metodiska processen vilket författarna var mycket kritiska till då eleverna riskerar uppfatta just metodiken som det viktigaste att lära sig. Kanske är det lärarens agerande i samband med laborationen som står för skillnaden mellan Högströms et al. (2009) resultat och de som Abrahams och Millar (2008) kom fram till? Man kommer dock inte ifrån det faktum att Högströms et al. (2009) studie bygger på en enda laboration där elevintervjuerna utfördes direkt efter laborationen medan Abrahams och Millars (2008) bygger på 25 laborationer och intervjuer gjorda en tid efter labtillfället då eleverna inte hade sina lärandeerfarenheter lika färskt i minnet.

Abrahams och Millar (2008) menar att laborationer i undervisningen skulle förbättras avsevärt om lärarna förstod att förklarande idéer inte bara "uppstår" ur obsevationer oavsett hur noggranna dessa är. Därför är det viktigt att läraren introducerar förklarande idéer innan laborationen så att de kan användas under labben istället för att introduceras efteråt som förklaring på det som observerats. Med andra ord måste länken mellan teori och praktik finnas närvarande under laborationen så att eleverna vet varför de utför aktiviteten när de utför den och inte efteråt, något som även Winberg och Berg (2007) ville uppnå med de tidigare diskuterade datorsimuleringarna. Vidare menar Abrahams och Millar (2008) att

33

laborationer där målet är att se en händelse eller fenomen eller lära sig använda särskild utrustning inte ställer lika höga lärandekrav, det vill säga är lättare än laborationer där målet är att förstå teoretiska idéer eller modeller som kan förklara det som observerats. Lärarna behöver kunna urskilja de laborationer som har en relativt hög respektive låg svårighetsgrad så att eleverna kan få hjälp som står i proportion till vad som är nödvändigt för att de ska lära det läraren avser.

Sammanfattning

Ovan har tre studier presenterats som kan kasta ljus över hur laborationer kan bli mer

effektiva för att eleverna ska lära sig det läraren avser att de ska, men även om denna tillsynes är ett litet antal källor så har det ändå kommit fram flera viktiga saker som en lärare bör överväga för att se till att eleverna når de mål läraren satt upp för en laboration. Det är framför allt två saker som kan utläsas ur litteraturen ovan. Det första är att minska elevernas kognitiva börda under laborationen vilket kan göras med en datorsimulering före labtillfället (Winberg & Berg 2007). Detta förutsätter dock att sådana finns tillgängliga. Man kan dock tänka sig att samma effekt skulle kunna uppnås av att på andra sätt göra plats i arbetsminnet så att eleverna har möjlighet att tänka på det teoretiska lika mycket som det praktiska. Till exempel skulle man kunna låta eleverna bekanta sig med labutrustningen och kanske utföra någon enklare labb med denna utrustning så att de slipper tänka på hur denna ska användas då den viktiga laborationen utförs. Teoretiskt sätt skulle man till och med kunna utföra samma laboration två gånger i hopp om att eleverna är mer fokuserade på teorin den andra gången. Detta skulle dock ta dubbelt så mycket tid och resurser i anspråk och är därför inte nödvändigtvis realistiskt.

Det andra som kan utläsas ur den presenterade litteraturen, och som måhända är lättare att göra något åt som lärare, är hur läraren beter sig i samband med laborationen. Högström et al. (2009) kom fram till att det är viktigt att läraren tydligt förmedlar sina mål till eleverna och talar om den bakomliggande teorin både före, under och efter labben istället för att endast tala om det praktiska utförandet eller risker och säkerhet. Viktigt är också att läraren diskuterar elevernas observationer med dem utifrån teorin, hjälper dem att tolka data, ger extra stöd vid svåra laborationer och är allmänt involverad under laborationen.