Hållfasthetslära i teknikläroböcker

(1)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 1 (79)

EXAMENSARBETE INOM TEKNIK OCH LÄRANDE

KOMPLETTERANDE PEDAGOGISK UTBILDNING,

AVANCERAD NIVÅ, 15 HP

STOCKHOLM, SVERIGE 2019

Hållfasthetslära i

teknikläroböcker

En jämförande innehållsanalys av läroböcker i teknik

för grundskolan årskurs 7-9 samt gymnasiet årskurs 1

Michael Östh

Hans Strandberg

KTH

(2)

(3)

Hållfasthetslära i

teknikläroböcker

En jämförande innehållsanalys av läroböcker i

teknik för grundskolan årskurs 7-9 samt gymnasiet

årskurs 1

Michael Östh

Hans Strandberg

EXAMENSARBETE INOM TEKNIK OCH LÄRANDE PÅ

PROGRAMMET KOMPLETTERANDE PEDAGOGISK UTBILDNING

Titel på svenska: Hållfasthetslära i teknikläroböcker

Titel på engelska:

Strength of materials and solid mechanics

as content in

school books in technology

Handledare:

Linda Söderlindh, Kungliga Tekniska högskolan.

(4)

(5)

Sammanfattning

Hållfasthetslära är ett viktigt och centralt område inom ingenjörsutbildningar. Men att ha grundläggande kunskap om vad som gör konstruktioner hållfasta är dock något som inte enbart bör vara förbehållet ingenjörer, utan det är även ett område som tillhör allmänbildningen. Det är av den anledningen området hållfasthet tas upp redan i grundskolans lägre åldrar i skolämnet Teknik och fördjupas successivt upp till gymnasiets tekniska program.

I denna studie har fem läroböcker för ämnet Teknik för grundskolans årskurs 7-9 samt två läroböcker för kursen Teknik 1 i gymnasieskolans årskurs 1, studerats för att utreda hur området hållfasthetslära beskrivs.

Metoden som används i analysen är textanalys i form av en kvantitativ innehållsanalys av förekomsten av hållfasthetsrelaterade begrepp samt en kvalitativ analys av hur begreppen beskrivs. Därtill görs en analys av hur läromedlen uppfyller styrdokumentens krav och riktlinjer.

Studien visar att böckerna har stor variation i hur området hållfasthetslära framställs, dock med generaliseringar att högstadieboken beskriver området med text och gymnasieboken med formler. De studerade läroböckerna tar visserligen upp många ämnesspecifika begrepp men det är en markant skillnad mellan böckerna hur dessa begrepp beskrivs.

Den fördjupade analysen som studerar om läroböckerna uppfyller styrdokumentens kursplaner i Teknik för grundskolan och Teknik 1 för gymnasieskolan påvisar även den en stor spridning mellan läroböckerna. Av studiens valda bedömningskriterier kan utläsas att området behandlas utförligt endast av två av böckerna: grundskolans Teknik Direkt (2018) från förlaget Sanoma Utbildning samt gymnasiets Teknik (2011) från förlaget Liber.

Gemensamt för de valda gymnasieböckerna är att området hållfasthet behandlas mycket mer matematiskt än i högstadieböckerna och stort fokus ligger på olika former av spänningsberäkningar. Dock är det ett markant språng i abstraktionsnivå från de enklare textbaserade högstadieböckerna till gymnasieböckerna med matematiska beräkningar. Slutsatsen av detta är att varken högstadieböckerna eller gymnasieböckerna ger en heltäckande bild av viktiga grundläggande begrepp inom området hållfasthet. Studien visar att de bästa av böckerna kan i viss mån komplettera varandra, men med ogrundade val av läromedel riskerar det att bli osammanhängande. Det är därmed viktigt att läraren noggrant utvärderar lämpliga läromedel så de uppfyller det tänkta syftet i undervisningen.

Nyckelord: teknik, hållfasthet, material, läroböcker, textanalys, grundskolan, gymnasieskolan, kursplan, ämnesplan, centralt innehåll

(6)

Abstract

Strength of materials and solid mechanics theory is an important and central area in engineering education. But having a basic knowledge of what makes structures durable, however, is not only reserved for engineers, but is also an area that belongs to general education. For this reason, the area of strength is already taken up in the elementary school's lower age in the subject of technology and is gradually expanded up to the high school's technical program.

In this study, five textbooks for the subject of Technology for comprehensive school upper stage, grade 7-9, and two textbooks for the course Technology 1 in high school year 1 were studied to investigate how the field of strength theory is described.

The method used in the analysis is text analysis in the form of a quantitative content analysis of the presence of strength-related concepts as well as a qualitative analysis of how the concepts are described. In addition, an analysis is made of how the teaching materials meet the requirements and guidelines of the steering documents.

The study shows that the books have a great variety in how the field of strength theory is presented, however with generalizations that the upper stage textbook describes the area with text and the high school describes with formulas. Although the textbooks studied have many subject-specific concepts, it is markedly different between the books how these concepts are described.

The in-depth analysis that studies whether the textbooks meet the syllabus of the steering documents in Teknik for the elementary school and Teknik 1 for the upper secondary school also shows a large distribution between the textbooks. From the chosen assessment criteria in the study, it can be seen that the area is in depth covered by only two of the books: Teknik Direkt (2018) from publisher Sanoma Utbildning (for the elementary school) and Teknik (2011) from publisher Liber (from upper secondary school).

Common to all the selected high school books is that the area of strength is treated much more mathematically than for the upper stage books and great focus is placed on various forms of stress calculations. However, there is a significant leap in abstraction level from the simpler text-based upper stage books to the high school books with mathematical calculations. The conclusion of this is that neither the upper stage school books nor the high school books provide a comprehensive picture of important basic concepts in the area of strength. The study shows that the best of the books can to some extent complement each other, but with unfounded choice of study material it risks becoming incoherent. It is therefore important that the teacher carefully evaluates appropriate teaching material so that they fulfill the intended purpose of the teaching.

Keywords: technology, strength of materials and solid mechanics, strength theory materials, textbooks, text analysis, elementary school, upper secondary school, subject plan, central content.

(7)

Förord

”Hållfasthetslära är en teknologisk disciplin som beskriver förhållandet mellan mekaniska krafter och deformerbara kroppar” (Wikipedia, 2018). Eller enklare uttryckt: hållfasthetslära beskriver hur material och konstruktioner motstår krafter.

Denna typ av texter är något som eleverna kan möta i läroböckerna första gången de ska studera hållfasthetslära. Men motiveringen för eleverna till varför man behöver studera hållfasthetslära kan i detta skede vara oklart, det är väl bara att bygga större så håller det ju ändå? Inom alla typer av konstruktioner finns det någon del som måste förhålla sig till hållfasthetslära, och det är ett område alla bör ha fått grundläggande insikt i för att inse att det påverkar alla föremål i vår omgivning: såväl bilen du färdas i som huset du bor i men även glasögonbågen, stekpannan och bordslampan. Missar konstruktören att tänka på hållfastheten så kan det få konsekvenser i vardagen. Ett haveri kan bli katastrofalt och riskera liv när det gäller en bro, ett flygplan eller en stege. Men även utan fara för hälsa är det lika viktigt att komponenter håller. Det vore tråkigt om telefonen bröts av i fickan, stolen du sitter på knäcks eller att handtaget till kaffekoppen lossnar.

Studieförfattaren Michael har innan läraryrket arbetat många år som forskare med inriktning mot material och med särskilt fokus på hållfasthetslära genom mekanisk provning, och har under dessa år kommit i kontakt med många olika aspekter av hållfasthet och många olika typer av material och sett hur viktigt det är med en bra förståelse av detta. Det spänner hela spannet av allt runtomkring oss. Det gäller såväl för stora konstruktioner som små komponenter, allt måste konstrueras för att hålla!

På högskolans ingenjörsutbildningar och inom forskningen är området hållfasthetslära ett mycket teoretiskt och matematiskt område av tekniken, och arbetsmetoderna är rent naturvetenskapliga i beräkningarna med förenklingar, idealfall, och specificerade randvillkor. Arbetsområdet hållfasthetslära vilar mycket på grundkunskaper som härstammar från fysiken, som till exempel krafter, tryck, böjande och vridande moment. Dessutom använder man sig i hållfasthetsläran av enheter som återfinns i fysiken (t.ex. newton, pascal, newtonmeter, m.fl.). För en förståelse och tillämpning av hållfasthetsläran krävs det alltså en förförståelse av den grundläggande fysiken. För att använda och tillämpa beräkningar i hållfasthetslära (exempelvis i konstruktioner) krävs dessutom bra kunskap i matematik. Om man ser på kunskapsområdet hållfasthetslära historiskt så grundlades idéerna dock utifrån praktisk byggnadsteknik, man byggde så det höll baserat på kända konstruktionsprinciper, och inte med beräkningar från mekanikens och materialvetenskapens teorier (Norström 2014, Turnbull, 1993). Ser man hur området hållfasthetslära utvecklats till en naturvetenskap började detta redan på 1400-talet när Leonardo da Vinci gjorde världens första dragprovningsmaskin (wikipedia, 2019), via experiment med en maskin som kunde testa draghållfasthet på en tråd. Da Vinci gjorde inte experiment baserat på naturvetenskapliga förutsägelser utan försökte förstå fenomen genom empiriska studier och noggranna beskrivningar av hur konstruktioner fungerade. (wikipedia, 2019) . Första publikationen ”Samtal och matematiska demonstrationer om två nya vetenskaper” (Galilei, 1638) som gjorde fysikaliska förklaringar relaterat till hållfasthet baserat på haverier av enkla konstruktioner utgavs redan på 1600-talet av vetenskapsmannen Galileo Galilei. (Wikipedia, 2019).

(8)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 8 (79) Att ha grundläggande vetskap om vad som gör konstruktioner stabila och vilka material som är starka är dock inte enbart förbehållet ingenjörer, utan är även ett område som tillhör allmänbildningen. Det är anledningen att området hållfasthet tas upp redan i grundskolans lägre åldrar i skolämnet Teknik och fördjupas successivt upp till gymnasiets tekniska program. Innan denna studie påbörjades har bägge författarna Michael och Hans varit på intressanta och givande praktiker under vår utbildning. Under vår respektive VFU-praktik har vi varit delaktiga i olika typer av konstruktionsarbeten där eleverna fått utveckla någon slags stabil lastbärande konstruktion. Vi har under våra respektive VFU-praktiker fått följa med erfarna tekniklärare, och tagit del av värdefulla tips för att bedriva vår egen teknikundervisning.

Många av dessa erfarna lärare använder läroböcker i teknik som komplement till den klassrumsledda undervisningen. Men lärarna skapar även eget undervisningsmaterial i varierande grad då de inte anser att tillgängliga böcker speglar det kursinnehåll som de vill förmedla. Detta är i likhet med vad som visas i Skolinspektionens kvalitetsgranskningsrapport om teknikundervisningen (2014) som pekar på att många lärare inte använder eller saknar färdiga läromedel i teknik och därför skapar dessa själva, samt kompletterar det huvudsakliga läromedlet med annat för att det ska passa bättre för aktuellt undervisningsmoment. Det är dock av vikt att tillgängliga läromedel i teknik uppfyller kraven och att dessa håller en hög klass så att lärarna kan plocka information som är korrekt, välgrundad och som presenteras på en lämplig nivå.

Denna studie inriktar sig på att analysera vanliga läroböcker för ämnet Teknik i grundskolan och i gymnasier, med fokus på hur området hållfasthetslära framställs i dessa.

Vi vill framföra ett stort tack till vår handledare Linda Söderlindh och vår examinator Per Norström på Kungliga Tekniska högskolan för värdefulla tips och givande diskussioner som hjälpt vår studie framåt.

(9)

Innehåll

1 Inledning ... 11 1.1 Problemformulering ... 11 1.2 Syfte ... 12 1.3 Frågeställningar ... 12 2 Bakgrund ... 13 2.1 Teknik ... 13

2.1.1 Naturvetenskaplig anknytning till Teknikämnet ... 13

2.2 Vad är hållfasthetslära? ... 14

2.2.1 Hållfasthetslära i skolämnet Teknik ...15

3 Tidigare forskning... 17

4 Teoretiskt ramverk för studien ... 18

4.1 Lärobokens roll som uttolkare av styrdokumenten ... 18

5 Metod ... 21

5.1 Kvantitativ analysmetod ... 22

5.2 Kvalitativ analysmetod ... 22

5.2.1 Kvalitativ analys - Begrepp ... 22

5.2.2 Kvalitativ analys - Styrdokument ... 23

5.3 Metodens validitet och reliabilitet ... 26

6 Material för studien ... 28

6.1 Läroböcker i studien ... 28

6.2 Styrdokumenten och dess hållfasthetsrelaterade delar ... 29

6.2.1 Grundskolan, ämnet Teknik ... 29

6.2.2 Gymnasiet, kursen Teknik 1 ... 30

6.2.3 Hållfasthetsrelaterade termer och begrepp i styrdokumenten. ... 32

7 Resultat ... 36

7.1 Kvantitativ analys - begrepp ... 37

7.2 Kvalitativ analys - begrepp ... 37

7.3 Kvalitativ studie av teknikböckernas koppling till styrdokumenten. ... 40

7.4 Resultatsummering analyserade läromedel. ... 43

7.4.1 Hållfasthetslära i Teknikböcker avsedda för högstadiet. ... 43

7.4.2 Hållfasthetslära i Teknikböcker avsedda för gymnasiets Teknik 1. ... 44

8 Diskussion, analys och slutsats ... 46

8.1 Analys... 46

8.2 Svar på studiens frågeställning ... 49

8.3 Metodkritik ...51

(10)

9 Fortsatt forskning ... 53

Referenser ... 53

10 Bilaga 1 Summering av samtliga läromedel. ... 58

10.1 Detaljstudier av läromedel ... 58

10.1.1 Puls Teknik för grundskolans år 7-9 ... 60

10.1.2 Teknik Direkt ... 61

10.1.3 Bonniers Teknik för grundskolans senare del ... 63

10.1.4 Nya Teknikboken 2012-2013... 64

10.1.5 Clio Teknik, Clio Universum, onlineportal ... 65

10.1.6 Teknik 1 (för gymnasiet) ... 68

10.1.7 Teknik (för gymnasiet) ... 69

10.2 Kvantitativ analys – begrepp förekommande i samtliga läromedel ... 70

11 Bilaga 2 Personlig reflektion böcker ... 72

12 Bilaga 3 Fortsatt forskning ... 73

12.1 Övriga diskussionspunkter utifrån resultaten och analyserna ... 74

12.1.1 Framställs hållfasthetslära som viktigt i läroböckerna? ... 74

12.1.2 Lärobokens roll som uttolkare av styrdokumenten ... 74

12.2 Progression i styrdokumenten och dess hållfasthetsrelaterade delar ... 75

12.2.1 Styrdokumentens innehållsmässiga djup ... 77

12.2.2 Progression genom skolåren ... 77

(11)

1 Inledning

Inom alla typer av konstruktioner finns det någon del som måste förhålla sig till hållfasthetslära. Såväl i stora infrastrukturella projekt, till exempel broar och skyskrapor, som i minsta detalj, exempelvis gångjärnet i glasögonbågen eller induktorerna i mikrochipset, behöver konstruktörerna göra överväganden då det gäller hållfasthet.

Dagligen läser vi om konstruktioner som brister som exempelvis broar som kollapsar (SvD/TT, 2018), hustak som rasar (Ehrlin, 2018), eller flygplan som störtar på grund av konstruktionshaverier (Svahn, 2019). Men vi erfar också nästan dagligen i vår vardag saker eller konstruktioner som brister på ett eller annat sätt: tex möbler som går sönder, delar i bilen som brister m.m. Hållfasthetslära är alltså något som ständigt omger oss i vardagen. Hållfasthetslära är basen för all typ av konstruktion, vilket visas då det även anses vara en central kunskap på Ingenjörsutbildningarna. Att ha grundläggande kännedom om vad som gör konstruktioner stabila och vilka material som är starka är även ett område som tillhör allmänbildningen, vilket är anledningen till att området hållfasthet tas upp redan i grundskolans lägre åldrar. Området fördjupas sedan successivt upp till gymnasiets tekniska program, där hållfasthetsläran i skolämnet Teknik blir ett område som grundar sig mycket på kunskaper som härstammar från fysiken, med beräkningar och tolkningar av naturveten-skaplig art.

1.1 Problemformulering

Skolans styrdokument anger att det för ämnet Teknik ska ingå ett visst inslag av hållfasthetslärans grundprinciper (Se kapitel 6.2). Det finns få forskningsstudier om undervisning av området hållfasthetslära för grundskola och gymnasium, vilket kan antyda att området inte har uppmärksammats.

Skolinspektionen har gjort en kvalitetsgranskning om teknikundervisningen i grundskolan och där bland annat konstaterat att det i skoltekniken visserligen byggs och konstrueras, men det verkar ofta ske utan planerad möjlighet till djupare reflektion och teoretisk förankring (Skolinspektionen (2014). Ger då de vanligt förekommande läroböckerna möjlighet till en teoretisk förankring som komplement till undervisningen?

I skolan har läromedel, och speciellt läroböcker, en tydlig styrande funktion över innehållet i undervisningen. Läroboken är ett viktigt läromedel som ofta förmedlar vad som ska läras ut och till vilken kunskapsnivå i ett ämne. Skolverket fann i sin studie om läromedlens roll i skolan (2006) att en majoritet av lärare använder sig av läroböcker regelbundet i samtliga skolämnen. De flesta lärare litar även på att läroböckerna följer de innehållsmässiga riktlinjerna från styrdokumenten. Skolinspektionens kvalitetsgranskningsrapport om teknikundervisningen (2014) pekar dock på att många lärare inte använder eller saknar färdiga läromedel i teknik och därför skapar dessa själva, samt kompletterar det huvudsakliga läromedlet med annat för att det ska passa bättre för aktuellt undervisningsmoment. Som vidare framgår i rapporten är dock en stor andel av tekniklärarna obehöriga eller har bristfälliga kunskaper i teknikämnet. Därför är det av extra vikt att tillgängliga läroböcker i ämnet Teknik är av hög klass och följer styrdokumenten. Idag finns dock ingen central utvärdering av läroböcker utan ansvaret ges till skolan och lärarna att välja lämpliga läromedel för att säkerställa kvalitet på undervisningen.

(12)

1.2 Syfte

Syftet med denna studie är att studera aktuella läroböcker i ämnet Teknik för grundskolan samt för gymnasieskolans kurs Teknik 1 för att undersöka hur, och i vilken omfattning, ämnet hållfasthetslära tas upp samt i vilken utsträckning böckerna uppfyller det till hållfasthetslära kopplade innehållet i Skolverkets styrdokument.

För att möjliggöra en koppling till skolans styrdokument har studien inkluderat en närläsning av kursplanerna i ämnet Teknik för grundskolan samt för gymnasieskolan. Detta har medfört en grundläggande förståelse av progressionen av hållfasthetsområdet genom grund- och gymnasieskolan, men har inte varit huvudfokus för studien. Den i läroplanen beskrivna progressionen nämns i genomgången av materialet för studiens genomförande i kap 6.2 samt redovisas i resultatdelen i kap. 7.4 och analyseras i bilaga 3 (kapitel 12.2)

Studien kan fylla en lucka i tidigare forskning och bidra till att uppmärksamma eventuella brister inom hållfasthetslära i de läroböcker som används inom ämnet Teknik.

1.3 Frågeställningar

För att uppfylla syftet ämnar studien besvara följande frågor:

 Till hur stor andel tar böckerna upp innehåll relaterat till hållfasthet? (Sidomfång relaterat till det totala antalet sidor per bok samt begreppsförekomst)

 Hur beskriver läroböckerna begrepp relaterade till hållfasthetslära? (Sammanhang, exempel, text och/eller illustrationer, verklighetsförankring, praktiska exempel och övningar)

 Hur följer läroböckerna de till hållfasthetslära relaterade delarna i kursplanen? (Centralt innehåll, Förmågor, Kunskapskrav)

(13)

2 Bakgrund

I grundskolan ska det i ämnet Teknik ingå ett visst inslag av hållfasthetslärans grundprinciper. Detta finns specificerat i de officiella styrdokumenten, och det förekommer i läroböckerna. Detta kapitel tar upp den ram som behövs för att förklara området hållfasthetslära och den roll det får i skolan, under ämnet Teknik.

2.1 Teknik

”Teknik är en sammanfattande benämning på alla människans metoder att tillfredsställa sina önskningar genom att använda fysiska föremål”. (Nationalencyklopedin)

Det betyder att vi använder teknik nästan hela tiden i vårt vardagliga liv exempelvis när vi kokar kaffe, använder en dator, åker cykel, skriver med en penna.

Teknik (läs: skolämnet teknik, hädanefter benämnt med stort T) är ett obligatoriskt ämne i den svenska grundskolan, och har en egen timplan. Teknik i skolan regleras av Skolverket styrdokument, vilket innebär att det exakta innehållet varierar med tiden. Läroplanen är också föremål för politisk styrning, och ska i och med detta spegla samtidens prioriteringar av vad som är viktigt att lära sig. Läroplanens styrning och reglering diskuteras bland annat av Jarl & Rönnberg (2015) och av Lundgren o.a. (2014).

I Skolverkets kommentarmaterial till ämnet Teknik kommenteras att det finns flera möjliga sätt att beskriva vad teknik är samt att ämnets övergripande syfte fastslås som ”Teknikämnet i grundskolan vill göra tekniken som omger oss synlig och begriplig” (Skolverket, 2017, s. 7). Teknikämnets nuvarande kursplan har flera olika förmågor som undervisningen ska behandla. Dock är skolämnet Teknik ett relativt ungt område, vilket gör att det bland lärare finns olika uppfattningar om vad som egentligen menas med Teknik och exakt vad ämnet ska innehålla. Detta tydliggörs i Skolinspektionens rapport (2014) och har behandlats utförligt i doktorsavhandlingar av bland andra (Björkholm, 2015) och (Norström, 2014). Då definitionen av Teknik i skolan är oklar medför det givetvis att även såväl undervisningens innehåll som form i ämnet riskerar bli otydlig.

2.1.1 Naturvetenskaplig anknytning till Teknikämnet

Teknik har av tradition setts som tillämpning av naturvetenskaperna. I Skolverkets kommentarmaterial till kursplanen i Teknik står det att ”Ett syfte med undervisningen i teknik är därför att eleverna ska få förståelse för hur teknik utvecklas i samspel med andra vetenskaper och konstarter.” (Skolverket, 2017, s. 10).

I kommentarmaterialet framgår dock även att skolämnet Teknik för grundskolan ska särskilja sig från de naturvetenskapliga ämnena genom en praktisk grundsyn stödd på teori (Skolverket, 2017, s. 10), då det är stora skillnader mellan de olika verksamheterna och det är i grunden olika kunskapsfält. Skolverket definierar skillnaden som att ”Naturvetenskapen undersöker hur saker och ting är, tekniken ställer frågan hur saker och ting skulle kunna vara och hur man kan åstadkomma det man vill” (Skolverket, 2017, s. 10).

Denna skillnad mellan naturvetenskap och teknik har undersökts i ett antal publicerade studier. Exempelvis Norström (2014) sammanfattar i sin avhandling skillnaden mellan tankesätten i de bägge ämnena som att där naturvetenskapen alltid strävar efter en korrekt,

(14)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 14 (79) obestridlig och komplett förklaring till varför saker fungerar som de gör, kan man i tekniken nå en förklaring som hjälper till att lösa problemet, även om denna i sak är ofullständig eller rent av felaktig rent fysikaliskt. Såväl Norström (2014) som Björkholm (2015) ger en historisk exposé över hur teknik i allmänhet och skolämnet Teknik i synnerhet tidigare ansetts vara tillämpning av naturvetenskapen men betonar att dagens teknikämne ska numera stå på egna ben och ha sin egen ämnesspecifika särart.

Den något oklara gränsen mellan teknik och naturvetenskap kan skapa praktiska problem i undervisningen och i läromedlen. I en genomförd kvalitetsgranskning om ämnet Teknik (Skolinspektionen, 2014) påtalades att ämnet Teknik ibland sammankopplas för mycket med naturvetenskap, och att det i vissa fall kan bli problematiskt, särskilt då eleverna ibland inte förstår att det är två olika skolämnen med olika kunskapskrav som ska bedömas. Studien visade vidare att det på många skolor var en nära koppling mellan de naturvetenskapliga ämnena (främst fysik men även kemi och biologi) och ämnet Teknik. En del skolor använde bland annat läromedel där det var otydligt för eleverna vad som är teknik och vad som är ett annat ämne. Detta gör att särarten i ämnet Teknik riskerar att suddas ut. I rapporten påpekas även att lärare ofta använder ett naturvetenskapligt förhållningssätt i teknikundervisningen i tron att detta förhållningssätt även präglar teknikämnet. Det verkar dessutom finnas en utbredd uppfattning hos både elever och lärare att naturvetenskapliga områden som elektricitet, magnetism, ljud och ljus ingår i teknikämnets kursplan (Skolinspektionen, 2014, s. 26).

Det finns dock flera områden i tekniken som de facto är nära besläktade med naturvetenskapen, och där det krävs en stabil grund i grundteori för att kunna applicera det i teknik och där nå fördjupad kunskap. För dessa områden kanske det är oundvikligt att teknikläraren behöver repetera grunder i exempelvis fysik eller kemi för att eleverna ska förstå fördjupningen. Två sådana områden är hållfasthetsläran som knyter an till fysikens kraftbegrepp samt materialläran som delvis tas upp i kemiämnet.

2.2 Vad är hållfasthetslära?

”Hållfasthetslära, läran om fasta kroppars beteende vid mekanisk belastning, vid påtvingad deformation (som t.ex. mekanisk formning) och till följd av växlande temperaturfält.” (Nationalencyklopedin, 2019) eller enklare uttryckt som att hållfasthetslära beskriver hur material och konstruktioner motstår krafter.

Mekanik i allmänhet är en grund som ingår i de allra flesta ingenjörsutbildningar. För att kunna tillämpa mekanikens principer i olika konstruktioner behövs även vetskap om såväl hållfasthetslärans grundprinciper om hur material uppträder under belastning, som grundläggande egenskaper för olika material. Dessa områden är centrala och grundläggande vetenskaper inom många ingenjörsutbildningar på universitetsnivå inom exempelvis konstruktion, materialvetenskap, maskinteknik och samhällsbyggnad. Kurser inom detta kommer ofta tidigt i utbildningen för att ge en stabil grund för fortsatta fördjupningsstudier. Alla läser inte vidare till ingenjörer, men i samhället i stort finns många andra yrken, som exempelvis snickare, ortoped m.fl., och verksamheter som behöver en grundförståelse för hållfasta konstruktioner och vilka element som kan kombineras för att öka hållfastheten och därmed livslängden av konstruktionen.

Om man vill få en helhetssyn på exempelvis en konstruktion bör dessutom ekonomi och miljöpåverkan tas i åtanke genom att beakta framställningskostnad, bearbetbarhet,

(15)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 15 (79) sammanfogningstekniker, underhållsintervall och slutligen skrotning och material-återvinning. Bakgrund till materialval för många olika applikationer tas upp utförligt i exempelvis (Kutz, 2004). En kortare genomgång av materialval för fordonsapplikationer tas upp i en av gymnasieböckerna, Teknik, i denna studie (Nyberg, 2011, ss. 119-129).

Hållfasthetslära och dess definitioner och modeller är ett omfattande kunskapsområde med ett stort antal ämnesspecifika koncept. Inom forskning och industriell tillämpning är Hållfasthetslära ett mycket teoretiskt och matematiskt område av tekniken, och arbetsmetoderna är rent naturvetenskapliga i beräkningarna med förenklingar, idealfall, och specificerade randvillkor. Arbetsområdet hållfasthetslära relaterar till fysikens mekanik, med exempel krafter, tryck, böjande och vridande moment. Hållfasthetslära innefattar också ett stort antal ämnesspecifika begrepp. Flera av begreppen, som exempelvis spänning, töjning, elasticitetsmodul (E-modul) med flera, som förekommer i böcker om hållfasthetslära för ingenjörsutbildningar av exempelvis (Lundh, 1996), (Hedner, 1996), (Kutz, 2004), (Megson, 2002), (Smallman & Bishop, 2003) eller (Polak & Pande, 2003)), är fundamentala för hållfasthetsrelaterade beräkningar. Vissa av dessa introduceras på gymnasiet, men utelämnas oftast i grundskolan.

För att denna studie ska kunna genomföras har dock en begränsning, av såväl innehållet som begrepp baserat på de viktigaste grunderna i hållfasthetsläran, behövt göras, vilket förklaras vidare i kapitel 6.2.3.

2.2.1 Hållfasthetslära i skolämnet Teknik

Hållfasthetsläran ska, enligt Skolverkets styrdokument, introduceras redan i grundskolans lägre åldrar i ämnet Teknik, där det anges att ett visst inslag av grundprinciperna för hållfasta och stabila konstruktioner ska ingå (se även kap 6.2). Hur ser det då ut med undervisningen om dessa områden på dagens grundskola och gymnasium?

I de lägre årskurserna tas hållfasthetslära upp till exempel i form av experiment med vikta kanter och veckat papper för att sedan i de högre årskurserna behandlas i läroböckerna under rubriker som ”Knak och brak” (Sjöberg, 1997). eller ”Bära och brista” (Sjöberg, 2012). I och med gymnasieskolan har hållfasthetslära ofta en egen avdelning där ämnets betoning gått från grundskolans särdrag som praktik och verklighetsförankring till ett mer teoretiskt ämne innehållande matematiska beräkningar med grund i fysik.

Skolinspektionen har i sin kvalitetsgranskningsrapport om teknikundervisningen i grundskolan konstaterat att det många gånger i ämnet Teknik (på de granskade skolorna) visserligen byggs och konstrueras en hel del, men det verkar ofta ske utan planerad möjlighet till djupare reflektion och teoretisk förankring (Skolinspektionen, 2014). Detta så kallade ”oreflekterade görande” [Skolinspektionens benämning] går emot grundtanken i kursplanen för teknik som betonar att ett tekniskt utvecklingsarbete (som konstruktioner är en del av) skall kombinera den teoretiska grunden med det praktiska byggandet och den systematiska utprovningen (Skolverket, 2019). Att inte ge någon teoretisk förankring utan bara inrikta undervisningen på att skapa enkla konstruktioner (med t.ex. lim och glasspinnar) gör visserligen ämnet lättare för eleverna men frågan är vad de egentligen lär sig och vilka förmågor de utvecklar? Skolinspektionens rapport (2014) betonar vikten av kopplingen mellan praktiskt arbete och den bakomliggande teorin för att nå djupare kunskap (Detta klassiska resonemang, att det inte blir ett djupare lärande om inte praktiken vävs samman med teori, betonas även i andra studier, exempelvis i Bjurulf (2011) och Säljö (2015).)

(16)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 16 (79) I Teknik på gymnasiet, men även på grundskolan, grundar sig arbetsområdet hållfasthetslära mycket på grundkunskaper som härstammar från fysiken, som till exempel krafter, tryck, böjande och vridande moment (Frid, 2017) och (Nyberg, 2011). Dessutom använder man sig i hållfasthetsläran av enheter som återfinns i fysiken (t.ex. newton, pascal, newtonmeter, m.fl.). Således är det en tydlig koppling mellan hållfasthetsläran och den grundläggande fysiken. Även kunskap i matematik krävs för att använda och tillämpa beräkningar i hållfasthetslära, exempelvis i konstruktioner, vilket förutsätter erforderliga baskunskaper av beräkningar och enhetsomvandling innan tillämpningarna ges i teknikämnet.

Området hållfasthetslära innefattar även material och dess egenskaper. För en komplett förståelse av material, för att exempelvis göra val av lämpliga alternativ för en konstruktion, krävs dessutom en bra grundförståelse av såväl teknik som kemi och fysik. I tekniken görs i hållfasthetssammanhang en fokusering på de tekniska tillämpningarna av materialet med dess grundläggande mekaniska egenskaper, som t.ex. sträck- och brottgräns, E-modul, brottförlängning, hårdhet etc. Material återfinns dessutom i kemins arbetsområde i högstadiet och gymnasiet, men där fokuseras det mer på de kemiska egenskaperna som t.ex. sammansättning, framställning, återvinning, stabilitet och korrosion (Skolverket, 2019) . Material återkommer även i fysiken i grundskolan men där studeras främst de så kallade fysikaliska egenskaperna som till exempel termiska med värmeutvidgning och värmeledning vilket kan påverka en konstruktion.

För att möjliggöra en direkt koppling till skolans styrdokument har kursplanerna i ämnet Teknik för grundskolan särskilt studerats med fokus på kursplanens generella formuleringar med avseende på hållfasthetslära i det centrala innehållet samt i kunskapskraven. Denna konkretisering av styrdokumenten återfinns i materialkapitlet 6.2 samt med en analys av progressionen i grundskolans böcker med övergång till gymnasiet i resultatkapitlet 7.4.

(17)

3 Tidigare forskning

Detta kapitel tar upp en forskningsram som utgör underlag för hur området hållfasthetslära tas upp och den roll det får i skolan, under ämnet Teknik.

Studier specifika för läroböckers innehåll av hållfasthetsrelaterat innehåll för grundskola och gymnasium har varit svårt att finna. Det som däremot finns för grundskolan och gymnasiet. är en ringa mängd forskning om undervisning i hållfasthetslära och då främst om relaterade ämnen som till exempel materiallära (vilket i grundskolan ofta läses tillsammans med hållfasthetsläran) och mekanik (som är den del av fysiken som tillämpas i hållfasthetsläran). Exempelvis tar Engström, Björkholm, & Norström (2017) upp hur olika fokus av material presenteras i läroböcker samt används i undervisningen (för lägre åldrar). Appliceringar av hållfasthetslärans praktiska moment med hållfasta konstruktioner i teknikundervisning finns det vissa studier på. Exempelvis i Eva Björkholms avhandling (2015) som är inriktade på hur undervisningen sker praktiskt i klassrummen, och då främst fokuserat mot grundskolans tidiga årskurser. En av hennes studier behandlar hur elever i olika åldrar samtalade om material som används i konstruktioner och möjliga byggnadsprinciper som kan användas för att göra konstruktionen stabilare.

Blicblau & Bitterfeld (1994) har studerat hur området material tas upp i den australiensiska skolan, där de framhäver att området material måste introduceras tidigt, för att sedan fördjupas successivt i deras motsvarighet till vårt högstadium och gymnasium, om eleverna ska ha den grundläggande förståelsen som krävs för fortsatta ingenjörsstudier. Engström o.a. (2017) fann att yngre studenter hade svårt att skilja på egenskaperna hos hela objektet och på de ingående materialen, och att begreppet materialegenskaper är ganska abstrakt. Detta överensstämmer även med Björkholm (2015) som konstaterade att begreppsförmågan och det abstrakta tänkandet gällande hur konstruktioner kan göras stabilare ökar med ökad ålder på eleven.

McDermott (1984) har gjort en sammanställning över studier om hur elever uppfattar hur krafter påverkar föremål i rörelse och vila. En slutsats av detta var att många elever har svårt att förstå att det verkar krafter även på saker som inte rör sig, så kallade passiva krafter. I undervisningen ska man då vara noggrann att se till att eleverna förstår grunderna så att det inte leder till missförstånd (McDermott, 1984, s. 26). Som lärare ställer detta krav på att man måste vara noggrann och säkerställa att alla eleverna har redan förstått grunderna innan fördjupning kan ske (Skolinspektionen, 2014, s. 18). Passiva krafter är en grundförutsättning i hållfasthetslära då det oftast rör sig om stabila konstruktioner som utan att röra sig ska ta upp mycket stora krafter (t.ex. broar, skyskrapor, tunnlar etc.). Förstår inte eleverna att det finns statiska krafter är det svårt att förstå syftet med att räkna spänningar i material. Det finns även en begränsad mängd tidigare relevanta studier i form av examensarbeten som behandlar svenska läromedel i teknik och fysik för högstadiet och gymnasiet med fokus på antingen en hel bok eller på ett särskilt ämnesområde eller specifika perspektiv. Exempelvis Zamani (2015) tar bland annat upp hur materialområdet presenteras i gymnasiets teknikböcker och Widström (2015) undersöker hur teknikböcker för gymnasiet presenterar materialområdet samt hur lärare väljer att inkludera detta i undervisningen. Dock har ingen av dessa haft särskilt fokus på hållfasthetslära.

(18)

4 Teoretiskt ramverk för studien

Detta avsnitt tar upp en forskningsram som redogör för vilken roll läroboken har som tolkare av styrdokument och förmedlare av ämnet.

I Skolverkets studie (2006) finns en förklaring till hur de uppfattar vad läromedel är, och klargör att det inte finns någon officiellt fastställd definition av vad läromedel är. Skolverket hänvisar bakåt till 1980 års läroplan för grundskolan, där det står att ”Läromedel är sådant som lärare och elever kommer överens om att använda för att nå uppställda mål”. Skolverket gör då analysen att det är därmed intentionen, i det här fallet elevernas måluppfyllelse, som är avgörande för om något ska betraktas som ett läromedel eller inte (Skolverket, 2006). I hela 2011 års (men även 1994 års) läroplan nämns ordet ”läromedel” endast en gång, och då enbart för att fastställa att rektor har ett särskilt ansvar för att eleverna får tillgång till läromedel av god kvalitet. Det förekommer heller inte någon definition av begreppet läromedel i övriga styrdokument för skolan, som finns i form av Skollag, olika förordningar och kursplaner.

Teknikämnet i allmänhet har av tradition i svenska skolan ofta haft inslag av praktiska konstruktionsuppgifter. Som framgår i kapitel 3 om tidigare forskning finns det inte så mycket om specifikt hållfasthetslära som delmoment i teknikundervisningen.

4.1 Lärobokens roll som uttolkare av styrdokumenten

Tidigare reglerade staten läromedelsval och läromedelsanvändning, ofta på detaljnivå. Kursplanerna innehöll, i motsats till dagens kursplaner, mer detaljerade föreskrifter om undervisningens innehåll och genomförande. Det gavs också ofta exempel på lämpliga läromedel. Statens kontroll av läromedel upphörde 1991, och det blev sedan upp till läromedelsproducenterna själva att säkerställa att de levde upp till styrdokumentens krav och riktlinjer (Skolverket, 2006). Även om man förutsätter att publicerade läromedel uppfyller de ställda kraven får nu den enskilde läraren ett större ansvar att bedöma och välja vilka läroböcker som ska användas i undervisningen för att uppfylla de mål som finns formulerade i läroplanen och nationella kursplaner (Johnsson Harrie, 2009). Det ska dock inte vara upp till den enskilde läraren att avgöra om ett läromedel har gjort en korrekt tolkning av styrdokumenten för ämnet, utan det ska förmodas vara en grundförutsättning.

De nationella kursplanerna skall såklart vara desamma för samma kurs oavsett var i landet den ges. Hur målen nås och vilka läromedel som används kan dock se olika ut, bland annat beroende på lokala tolkningar och anpassning till elevernas olika bakgrund och förutsättningar (Skolverket, 2006). Idealt skulle man kunna anta att en godtyckligt vald läroboks stoff och utformning givetvis motsvaras till fullo av rådande läroplaner med tillhörande kursplaner. Dock menar Selander (1988) att lärobokens utformning framförallt påverkas av tidigare läroböckers utformning men inte så mycket av läroplaner och kursplaner. Dessa är politiskt framtagna och behandlar i generella termer hur undervisning ska bedrivas och uppfattas. Wikman (2004) pekar på att läroboksförfattarnas roller som uttolkare av kursplanen i praktiken kan medföra att läroboken ses som en oavsiktlig kursplan vilken lärarna då felaktigt kan luta sig tillbaka mot. Detta blir extra tydligt där läroplanerna inte i detalj pekar ut undervisningsstoffet.

(19)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 19 (79) I fall där styrdokument innehåller många olika moment som ska behandlas (jämför centralt innehåll i de respektive kursplanerna i Lgr 11 och Gy 2011) riskerar läroböckerna att bli mycket omfattande om de ska täcka allt innehåll på tillfredsställande djup. Ett sätt för läroböckerna att visa att de tar upp allt centralt innehåll är att bara kortfattat nämna begrepp utan djupare förklaring för att på så sätt få med många olika begrepp och delmoment. Dock är det så att ju fler teman som ska gås genom på tillgänglig lektionstid, desto grundare kan dessa behandlas. Denna så kallade stoffträngsel i läroböckerna (Wikman, 2004, s. 91) kan medföra att eleverna får svårt att tillgodogöra sig all kunskap.

Skolverket fann i en studie om läromedlens roll i skolan att en majoritet av lärare använder sig av läromedel regelbundet i samtliga skolämnen (Skolverket (2006)). De påtalade också läromedlens starka ställning som riktningsgivare i undervisningen:

”I olika sammanhang brukar man tala om att läromedlen, och särskilt läroböckerna, styr undervisningen i skolan. …. Forskning visar att läromedlen har en stark ställning som riktningsgivare i undervisningen. Läromedel har en stark påverkan bl.a. på vilket innehåll som behandlas och för att konkretisera undervisningens mål och för att hålla eleverna sysselsatta”. (Skolverket, 2006, s. 14)

I ämnet Teknik är dock detta är lite motsägelsefullt då det i Skolinspektionens kvalitets-granskningsrapport om teknikundervisningen (2014) visar bland annat på att många lärare inte använder eller saknar färdiga läromedel i teknik och därför skapar dessa själva.

Visserligen är det möjligt att en kompetent lärare kan skapa eget undervisningsmaterial som nog i många fall kan vara bättre och mer situationsanpassat än en standardbok (Steiner, 2017), men detta arbete kräver en hel del tid. Enligt analys gjord av Steiner är det inte sannolikt att lärare kommer att prioritera att skapa eget material till alla delmoment i ett ämne och det är därför av vikt att tillgängligt standardmaterial är tillfredsställande. (Steiner, 2017). Med detta menas att det ska förmedla kunskap i enlighet med aktuella styrdokument, men även att det ska vara anpassat efter avsedd nivå.

Många lärare kompletterar dessutom det huvudsakliga läromedlet med annat för att det ska passa bättre för aktuellt undervisningsmoment. I Skolverkets studie (2006) analyserades lärares upplevda behov av eventuell komplettering av läromedel och det framkom där att i stort sett samtliga lärare i studien ansåg att det var viktigt att använda sig av flera olika typer av läromedel i sin undervisning. Olika läromedel har olika funktion och tillsammans bidrar de till att bl.a. ge eleverna grundläggande faktakunskaper, aktuell, fördjupad eller konkretiserad information, intresse för ämnet, variation och olika perspektiv.

En lärare ska vara expert på sitt ämnesområde för att kunna välja ut det som är viktigast för eleverna att förstå. Om man inte kan ämnet bra är det svårt att göra ett bra urval av lämpliga texter, som förekommer exempelvis på internet eller i faktaböcker, så de speglar den aktuella kursplanen och det tänkta innehållet men även är på en lämplig nivå för eleverna. Detta diskuteras utförligare exempelvis av Mathiasson (2012).

I ämnet Teknik är det dock ett faktum att tekniklärare ibland är obehöriga eller har bristfälliga kunskaper i teknikämnet (Skolinspektionen, 2014), vilket tydliggör att det är av ännu större vikt än för andra ämnen att tillgängliga läromedel är av hög klass samt att det förutsätts att de följer aktuella styrdokument.

(20)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 20 (79) Skolinspektionen skriver i sin rapport:

”Lärare som inte har tillräcklig kompetens förlitar sig ibland oreflekterat på färdiga läromedelskoncept för undervisning i teknik. I många fall kan dessa läromedel utgöra ett gott stöd i planering och genomförande av teknikundervisningen. Det förutsätter dock enligt Skolinspektionen att lärarna är väl insatta i teknikämnets syfte och metoder, så att de kan avgöra vilka läromedel som är lämpliga att använda i undervisningen, och vilka som inte är det.” (Skolinspektionen, 2014, s. 26)

Den enskilde läraren kan givetvis välja sitt läromedel utifrån egna preferenser, ämnets bokbudget, skolans tradition etc. men det ska inte vara någon tvekan om att innehållet lever upp till minimikraven. Skolverket redogör i sin rapport för några olika studier som djupare behandlar skolors och lärares val av läroböcker och kommer fram till att skälen till val varierar, men dock pekar flera studier på att skolans ekonomi verkar spela större roll än enskilda lärares utvärdering och korrekt kursplanekoppling (Skolverket, 2006, s. 24).

(21)

5 Metod

Analysen av läroböckerna sker med hjälp av kvantitativ och kvalitativ textanalys för att urskilja och studera olika delar av texterna och undersöka olika delar som har betydelse för hållfasthetslära. Studiens fokus ligger på begrepp relaterade till hållfasthetslära, där det görs en analys om hur begreppen beskrivs i läroböckerna. Böckernas innehåll jämförs därutöver med det till hållfasthetslära kopplade innehållet i Skolverkets styrdokument.

För att möjliggöra denna koppling till skolans styrdokument har studien även inkluderat en närläsning av kursplanerna i ämnet Teknik för grundskolan samt för gymnasieskolan, men detta har inte varit huvudfokus för studien utan är ett verktyg för att utföra analysen av läroböckerna.

Bakgrund till val av metod

Det finns en relativt stor mängd analyser (varav dock många är examensarbeten) om läromedel som används i högstadiet och gymnasiet för teknikundervisning (se t.ex. Engström o.a. (2017) samt examensarbeten från bl.a. Zamani, 2015; Widström, 2015; Aue Andersson & Hjortsberg, 2018; Karlsson & Karlsson, 1999) eller i naturvetenskaplig undervisning, främst arbeten relaterade till fysik (se t.ex. utredningen från Skolinspektionen av Hedrén & Jidensjö (2010) och examensarbeten från Norrman, 2019; Lundberg, 2017; Lagerholm, 2015 och Östrand, 2005). Även om ingen av dessa tidigare studier har fokuserat på just hållfasthets-lärans inslag i läroböckerna, har de andra studierna gjort omfattande analyser av olika sorters läromedel utgående från styrdokumenten. Liksom i denna studie har frågor relaterade till läromedlens koppling till styrdokument förekommit i de andra studierna och vi har därför valt likartade beprövade metoder.

De metoder man valt i andra studier om läromedel för teknik har haft inslag av kvalitativa textanalyser med avseende på innehåll och upplägg av text samt textens koppling till läroplaner och styrdokument. I till exempel Skolinspektionens utredning om fysikläromedel (Hedrén & Jidensjö, 2010) har de utgått från styrdokumentens formuleringar och sett hur väl några olika fysikböcker möter dessa. Utvärderingen har där skett med ord. Deras metod liknar vår metod men vi har i denna studie valt att komplettera med poängsättning för att lättare kunna jämföra böckerna mot varandra. En liknande metod att göra någon slags kodning av innehållet och begrepp för att kunna jämföra flera olika böcker har man även använt i några av de förekommande studierna för att få en kombination mellan kvalitativ och kvantitativ studie (t.ex. Norrman, 2019; Lundberg, 2017 och Lagerholm, 2015).

Sammanfattning metodval

Denna studie ska jämföra flera olika teknikböcker för att studera hur de tar upp momenten hållfasthetslära. Metoden som valts för denna studie är så kallad innehållsanalys av texten i läroböckerna, vilket är en lämplig metod för att systematiskt kategorisera och räkna innehållsinslag i texter när en bred förståelse av textinnehållet är det som söks. (Bergström & Boréus, 2000, 2018, s. 49).

Då denna studie dels ska jämföra läroböckernas faktiska innehåll av hållfasthetsrelaterade moment, dels analysera hur väl respektive bok följer styrdokumenten i teknik gällande området hållfasthetslära, kommer innehållsanalysen att delas upp i så kallad kvantitativ respektive kvalitativ analys. Dessa delmetoder redogörs i detalj nedan, men i korthet kan man

(22)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 22 (79) beskriva skillnaden mellan dessa metoder som att kvantitativ forskning använder siffror som analysenhet medan kvalitativ metodik använder ord eller bilder. (Denscombe, 2018).

5.1 Kvantitativ analysmetod

En av denna studies frågor är hur stor andel av de undersökta böckerna som rör hållfasthet. Den kvantitativa delen av innehållsanalysen i denna studie sker genom att dels räkna antalet sidor och jämföra dessa med det totala antalet sidor i boken, dels räkna antal olika begrepp som rör de till hållfasthetslära relaterade delarna, se tabell 1 i kapitel 7.1.

I korthet kan en kvantitativ innehållsanalys förstås som en metod att räkna eller mäta förekomsten av något (i förväg) specificerat i en textmängd. Det specificerade som söks kan då vara enstaka ord, begrepp, meningar, formuleringar etc. (Bergström & Boréus, 2000, 2018), (Bryman, 2011). En kvantitativ analys anses ofta vara ”mer lik en naturvetenskaplig undersökning” än andra metoder då den innefattar mätningar som är oberoende av forskaren samt kan reproduceras. Nackdelen är att det ibland är svårt att kategorisera textavsnitt och att en statistisk sammanställning inte säger så mycket om innehållets relevans och validitet. (Denscombe, 2018). Med andra ord säger inte en ren räkning av antalet ämnesspecifika begrepp så mycket om vad som egentligen framkommer om kontexten. Det räcker inte heller att ett begrepp förekommer utan att det ges en förklaring. Av den anledningen har det i studien även gjorts en kompletterande kvalitativ analys.

5.2 Kvalitativ analysmetod

Den kvalitativa delen av innehållsanalysen görs för att den kvantitativa delen inte ger fullständiga svar på hur hållfasthetsläran beskrivs i läroböckerna.

Den kvalitativa innehållsanalysen kan sammanfattas som en metod för att systematiskt beskriva innebörden av en textmassa, även här med hänsyn till specificerade ord eller begrepp, genom att beskriva hur dessa tas upp i texten. Denna analys är mer komplicerad och kräver en tolkning av text medan den kvantitativa i sin enklaste form enbart räknar förekomst av ord. (Bergström & Boréus, 2000, 2018). En kvalitativ innehållsanalys innefattar även ett sökande efter bakomliggande teman i det material som analyseras (Bryman, 2011). Den kvalitativa metoden har fördelen att den tillåter analyser ”mellan raderna” och ser ett helhetsperspektiv. Dock är den är starkt beroende av vem som utför undersökningen (förkunskaper, preferenser, förutfattade meningar), och hur denne väljer att tolka textmaterialet. (Denscombe, 2018).

Den kvalitativa innehållsanalysen i studien består av två delar.

1. Kvalitativ jämförelse mellan böckerna genom att relevanta begrepp analyseras och värderas utifrån hur begreppet beskrivs, se tabell 2.

2. Kvalitativ analys för att se om och hur läroböckerna följer styrdokumenten, se tabell 3.

5.2.1 Kvalitativ analys - Begrepp

Texter i läroböcker kan framställas på många olika sätt och för många olika nivåer. För att kunna jämföra böckerna sinsemellan har dessa begrepp klassificerats i en 4-gradig skala, som baseras på hur begreppen beskrivs:

 0 poäng = förekommer inte,  1 poäng = nämner utan förklaring,

(23)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 23 (79)  2 poäng = förklarar kortfattligt,

 3 poäng = förklarar utförligt och/eller ger exempel.

Formulering och efterföljande klassificering kan se ut som följande exempel med ordet armering, taget från de studerade läroböckerna för högstadiet:

 0 poäng: armering nämns inte.

 1 poäng: [från Nya Teknikboken] ”Även armerad betong är en typ av komposit. Långa och smala järnstänger bildar ett sorts skelett. Sedan bygger man en gjutform runt skelettet och häller i betong som får stelna.” (Andersson, 2016/17, s. 28). Inga bilder eller illustrationer förekommer. (Däremot har det tidigare förklarats att en komposit kombinerar styrkan av två material med exempel lera och halm). Denna förklaring får trots det 1 poäng för att det inte tydliggörs att stålstängerna tar dragkrafter och betongen tar tryckkrafterna.

 2 poäng: [från Puls Teknik].”Genom att förstärka betongen med stålstänger där den utsätts för dragkrafter gör man den mycket mer hållbar. Denna metod kallas armering”. (Sjöberg, 2012, s. 28). Det ges en bakgrund till varför man armerar och har illustrationer.

 3 poäng: [från Teknik Direkt].”Armering kombinerar styrkan hos två material. … När man gjuter in ett nätverk av järnstänger i betongen får den draghållfasthet av järnstängerna. Man säger att betongen är armerad och järnstängerna kallas armeringsjärn. Armerad betong är vanligt material i golv, trappor och väggar”. (Svensson, o.a., 2018, s. 154). Det ges en bakgrund till varför man armerar och har illustrationer, dessutom tillkommer en ordlista med ytterligare förklaring.

Ovan beskrivna begreppsanalys ger en förståelse för de begrepp som förekommer och hur de beskrivs i böckerna. Men detta ger inte den samlade bilden om och till vilken grad läroböckerna följer styrdokumenten. Därför behöver analysen även inkludera kopplingen till relevanta kunskapsmål och förmågor. Av den anledningen har det i studien även gjorts en kompletterande kvalitativ analys med särskilt fokus på styrdokumentens krav.

5.2.2 Kvalitativ analys - Styrdokument

Syftet med denna kompletterande analys är att ge en bild av hur kunskapsområdet hållfasthetslära som det presenteras i sin helhet i läroböckerna relaterar till styrdokumenten. Samtliga böcker har därför analyserats kvalitativt utifrån styrdokumentens kursplan i Teknik för grundskolan där ett innehåll gällande hållfasta och stabila konstruktioner specificerats, vilket ytterligare redogörs för i kapitel 6.2.

En styrdokumentsrelaterad analys med inriktning på hållfasthet av läroböcker för Teknik 1 för gymnasieskolan blir inte helt relevant då området hållfasthetslära inte är obligatoriskt, vilket tydliggörs i kapitel 6.2.2 men en tolkning av relevant kursinnehåll i Teknik 1 är dock även ingångspunkt för denna studie.

För att kunna genomföra analysen identifieras hållfasthetsrelevanta, och utifrån läroböckerna, mätbara delar av Centralt Innehåll, Förmågor samt Kunskapskrav ur kursplanerna. Ur kursplanen för Teknik analyseras 2 punkter ur det centrala innehållet samt 1 vardera ur förmågorna respektive kunskapskraven, vilka specificeras nedan.

(24)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 24 (79) 1. Centralt innehåll, tekniska lösningar. Denna del innefattar vad som explicit står skrivet

om hållfasthetslära och materialegenskaper i läroböckerna.

1.1. Betydelsen av egenskaper, till exempel drag- och tryckhållfasthet, hårdhet och elasticitet vid val av material i tekniska lösningar. Egenskaper hos och tillämpningar av ett antal nya material.

1.2. Tekniska lösningar för hållfasta och stabila konstruktioner, tex armering och balkformer.

2.

Förmåga, att värdera konsekvenser av olika teknikval för individ, samhälle och miljö. Studien fokuserar på att eleven ska kunna utvärdera olika alternativa material och konstruktioner, baserade utifrån ett hållfasthetsperspektiv men även genom ekonomiska och miljömässiga perspektiv.

3. Kunskapskraven, att undersöka och samtala om tekniska lösningar. Denna del innefattar vad som sägs om komponenter och sammansatta delar med avseende på hållfasthetslära och materialegenskaper i läroböckerna.

Grundbedömningen utgår från grundskolans, men för att inkludera gymnasiet, trots avsaknaden av tvingande formuleringar gällande hållfasthetslära i styrdokumenten, har förmågan ”att använda modeller och verktyg som redskap för analys, beräkning, rimlighetsbedömning, dokumentation, presentation och information” medtagits som ett bedömningskriterium under kategori Förmåga då just beräkningar är viktiga för tillämpningen av hållfasthetsläran.

Därefter knyts innehållet i de studerade böckerna till dessa kategorier genom att analysera den hållfasthetsrelaterade kontexten. När det gäller exempelvis begrepp i denna del tas hänsyn till om förekommande begreppen används i ett förklarande sammanhang eller bara som ett begrepp utan koppling eller vidare förklaring, vilket blir en djupare analys än den rena begreppsanalysen som beskrivs i ovanstående metod 5.2.1.

Kategoriseringssystem för analysen av hur läromedlen följer styrdokumenten För att kunna värdera innehållet i syfte att jämföra böckerna delas ovanstående kategorier i underkategorier. Varje underkategori kan ge ett (1) poäng. Följande klassificeringssystem med kategorier och tillhörande kriterier för poängsättningen har använts för analysen av samtliga läroböcker i studien:

Kategori 1 - Centralt innehåll, under kategorin Tekniska lösningar: del 1.1 Material:

”Betydelsen av egenskaper, till exempel drag- och tryckhållfasthet, hårdhet och elasticitet vid val av material i tekniska lösningar. Egenskaper hos och tillämpningar av ett antal nya material.”

1a. (1p) Boken innehåller ett minimum av de viktigaste grundläggande begreppen och ger en förklaring till vad de betyder, ex. tryck- och draghållfasthet, elasticitet, hårdhet etc.

1b. (1p) Boken innehåller dessutom fler grundläggande begrepp, typ sträckgräns och brottgräns, elasticitet, plasticitet, anistropi, isotropi, förlängning, spänning etc. 2a. (1p) Boken ger förutsättning att förstå vilket material som används i vilken

(25)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 25 (79) 2b. (1p) Boken ger dessutom exempel på flera olika tillämpningar i verkligheten – typ flygplanskonstruktioner av aluminium (lätt), cykelram i kolfiber (lätt och styvt), bågar till glasögon av Titan (lätt/starkt) etc.

3a. (1p) Boken innehåller information om att det utvecklas nya material, tex. legeringar, kompositer, nanomaterial, tekniska keramer, polymerer etc.

3b. (1p) Boken tar även upp hållfasthetsrelaterade egenskaper och möjliga tillämpning- ar av nya material, ex. härdbara material, legeringar för ökad hållfasthet, kompositer som är vridstyva och lätta, tekniska keramer som tål höga tryck, polymerer som är starka etc.

del 1.2 Hållfasthet:

”Tekniska lösningar för hållfasta och stabila konstruktioner, tex armering och balkformer.” 1a. (1p) Boken innehåller ett minimum av de viktigaste grundläggande begreppen och

veta vad de betyder, ex. armering och balk.

1b. (1p) Boken innehåller dessutom fler begrepp, ex. båge, valv, vikta kanter, veckning, korrugering, skal, böjbelastning, fackverk, triangelform etc.

2a. (1p) Boken ger förutsättning att förstå vilka principer som ger stabila konstruktioner – typ balkformer, kanter, trianglar, ramar, skal, bågar, valv etc. 2b. (1p) Boken ger dessutom exempel på flera olika tillämpningar i verkligheten – typ

armering i husväggar och golv, fackverk i takstolar, broar av bågar och valv, ram och skalprincipen i byggnader och lätta konstruktioner, etc.

3a. (1p) Boken beskriver skillnader mellan olika konstruktionsprinciper, ex. båge vs balk, korrugerad vs plant, fackverk vs solid, trianglar vs rektanglar etc.

3b. (1p) Boken ger förutsättning att förstå vilken typ av konstruktionsprincip som är lämpligaste valet - typ båge starkare än balk men kräver två punkter, korrugerad plåt är stark i en riktning men svag i andra, fackverk är lätta men kräver stor tidsåtgång, solid är billigt men tungt och har mycket materialåtgång etc.

Kategori 2 - Förmåga:

Genom undervisningen i ämnet Teknik ska eleverna ges förutsättningar att utveckla sin förmåga att: ”Värdera konsekvenser av olika teknikval för individ, samhälle och miljö”.

1. (1p) Boken ger eleven förutsättning att lära att olika materialval och konstruktionssätt ger olika påverkan för miljö och ekonomi.

2. (1p) Boken ger eleven förutsättning att förstå kostnad nu och för livslängd (notera att livslängdskostnaden tas sällan upp eller är svår att uppskatta i böckerna). 3. (1p) Verklighetsexempel tas upp i ord och bild.

4. (1p) Beräkningsunderlag med exempelvis olika dimensioner eller material tas upp.

Kategori 3 - Kunskapskraven:

”Eleven kan undersöka olika tekniska lösningar i vardagen och med relativt god användning av ämnesspecifika begrepp beskriva hur ingående delar samverkar för att uppnå ändamålsenlighet och funktion. Dessutom för eleven utvecklade och relativt väl

(26)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 26 (79) underbyggda resonemang om likheter och skillnader mellan några material och deras användning i tekniska lösningar”.

1. (1p) Tydliggörande begreppsruta eller sammanfattning finns.

2. (1p) Boken förklarar rätt begrepp på komponentnivå – typ olika former av balkar och stänger, triangel (geometrisk formstabilitet), olika sammanfogningsalternativ, etc.

3. (1p) Boken ger förutsättning att förstå rätt begrepp på de sammansatta delarna – typ fackverk, armering, sandwich- och kompositkonstruktion, skalprincipen etc. 4. (1p) Boken förklarar att samma delar kan användas i olika sammanhang – typ

fackverk till broar, takstolar, cykelram, etc.

5. (1p) Boken beskriver att olika material har olika egenskaper som ger olika förutsättningar för användning t.ex. vikt, kostnad, livslängd, styrka, miljöpåverkan. 6. (1p) Förklarande bilder på sammansatta konstruktioner finns.

7. (1p) Boken ger förutsättningar att få en djupare förståelse eller att tillämpa kunskaperna genom praktiska övningsexempel eller fördjupningsuppgifter. Sammantaget blir detta underlag för ett poängsystem där man förenklat kan säga att minimal anknytning till styrdokumenten ger låga poäng medan utförligare text och hög styrdokumentsförankring ger höga poäng. Resultat från denna del av studien återfinns i tabell 3.

5.3 Metodens validitet och reliabilitet

För den kvalitativa textanalysen har ett sorts ”begreppsfilter” arbetats fram som utgör grunden i analysen, se ovan i 5.2.2. Vid sidan om detta filter används begrepp som sammanhang och relevans för att bedöma textinnehållet. Tanken med detta är att öka systematiseringen i studien och minimera andelen godtyckliga bedömningar vilket har en positiv inverkan på validiteten och reliabiliteten.

Begreppen validitet och reliabilitet är nödvändiga att diskutera i samband med studier av detta slag (Denscombe, 2018). Validiteten anger graden av korrelation mellan mätningen samt det som faktiskt ska mätas. Hög validitet fås generellt om mätmetoden är lämplig för att mäta det som faktiskt ska mätas. Reliabiliteten anger mätnoggrannheten, som i detta fall innebär frågan om alla observationer har skett på samma sätt?

I såväl den kvantitativa som den kvalitativa innehållsanalysen i denna studie påverkas validiteten av att kategoriseringen har skett på en övergripande nivå. Innehållet i boken kan inte alltid härledas enskilt till någon av de framtagna kategorierna, och dessutom är innehållet ofta uppblandat i texten vilket försvårar kategoriseringen och poängsättningen.

Dock är tanken med den kvalitativa innehållsanalysen som innefattar begreppsklassificering att den ska ge en uppfattning om hur innehållet är fördelat och därmed stödja den styrdokumentsrelaterade textanalysen varför en något sämre noggrannhet i validiteten är acceptabel. Syftet med begreppsanalysen är att få en övergripande jämförelse mellan de ingående böckerna i studien, inte att få en exakt klassificering.

(27)

Östh-Strandberg Hållfasthetslära i teknikläroböcker sid. 27 (79) Analyserna som beskrivs ovan innefattar ofrånkomligt en viss tolkning av text i såväl styrdokumenten som i de analyserade böckerna. Vid textanalys så är det viktigt att forskaren har sin egen förförståelse i beaktande och därmed använder sig av en lämplig metod för att minimera sin egen påverkan på studien (Bergström & Boréus, 2000, 2018). Tolkningen av böckerna har skett av två erfarna ingenjörer som arbetat med hållfasthetsfrågor i många år. Givetvis har författarna en annan förförståelse och syn på ämnet hållfasthetslära än den tilltänkta målgruppen elever, och förmodligen också än många av de verksamma tekniklärarna i olika högstadieskolor.

Reliabiliteten i en studie kan empiriskt förbättras om t.ex. fler personer är inblandade i textanalysen. Kommer dessa personer fram till samma resultat med samma metod höjer det studiens reliabilitet (Bergström & Boréus, 2000, 2018)). I denna studie har sammanställningen av förekommande begrepp samt den kvalitativa studien gjorts av två personer vilket förbättrar reliabiliteten. För att ytterligare förstärka reliabiliteten har författarna upprepande blindtestat begreppsförekomsten genom att läsa texten och klassificera begreppen vid flera olika tillfällen. I de fall avvikelser och diskrepanser har förekommit har dessa diskuterats.