Laborativ undervisning i fysik

(1)

Laborativ undervisning i fysik

En kvalitativ studie om lågstadielärares upplevelser av laborativt arbete i fysik.

Laboratory teaching in physics

A qualitative study of primary school teachers’ experiences of laboratory work in physics.

Agnes Zetterlund & Sara Sillanpää

Fakultet: Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap

Utbildningsprogram: Grundlärarprogrammet, Förskoleklass och grundskolans årskurs 1-3 Nivå/Högskolepoäng: avancerad nivå, 30 hp

Handledarens namn: Anna-Pia Hägglund & Tommy Gustavsson Examinatorns namn: Jesper Haglund

Datum: 2021-06-09

(2)

[Laboratory teaching in physics]

Ett examensarbete inom ramen för lärarutbildningen vid Karlstads universitet: Grundlärarprogrammet

http://kau.se

The authors, Agnes Zetterlund & Sara Sillanpää, have made an online version of this work available under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 License.

http://diva-portal.org

Creative Commons-licensen: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.sv

(3)

II

Abstract

In the science subject, students shall develop knowledge through inquiry methods where laboratory work is a key part. Previous research has focused on examining the effects of the laboratory approach on teachers and students in the higher grades and high school. On the other hand, research is sparse re- garding the lower grades in compulsory school. The purpose of this study is therefore to find out what conditions teachers in grades 1-3 have to engage in laboratory work and how the teachers feel that the laboratory method affects the students' knowledge. In order to fulfil the purpose of the survey, eight teachers who have taught physics in primary school were interviewed. The interview method chosen was the semi-structured interview. The teachers were interviewed individually and the average time for the interviews was about 30 minutes.

The results show that all teachers feel that the laboratory approach is abso- lutely crucial for students to gain an understanding of physical phenomena.

The teachers, on the other hand, feel that there are conditions that affect how frequently the method is used. The most crucial factors that teachers express are time, class size, teacher competence and access to materials. When there are no prerequisites for implementing laboratory work, the basic understanding is not created early, which affects the students' knowledge development in the coming school years. The recommendations we want to direct to the school are to be inspired and helped by each other to contribute an inspiration bank with ready-made laboratory ideas.

Keywords: Interview study, Laboratory work, Physics education, Prerequi- sites, Primary school.

(4)

III

Sammanfattning

I de naturorienterande ämnena ska eleverna utveckla kunskaper genom un- dersökande arbetssätt där laborationer är en bärande del. Tidigare forskning har fokuserat på att undersöka det laborativa arbetssättets påverkan på lärare och elever i de högre årskurserna samt gymnasiet. Forskningen är däremot sparsamt förekommande gällande de lägre årskurserna i grundskolan. Syftet med denna undersökning är därför att ta reda på vilka förutsättningar lärare i årskurs 1–3 har att arbeta laborativt och hur lärarna upplever att det laborativa arbetssättet påverkar elevernas kunskaper. För att kunna svara på under- sökningens syfte intervjuades åtta lärare som har undervisat i fysik på lågsta- diet. Den intervjumetod som valdes var den semistrukturerade intervjun. Lä- rarna intervjuades enskilt och den genomsnittliga tiden för intervjuerna var cirka 30 minuter.

Resultatet visar att alla lärare upplever att det laborativa arbetssättet är helt avgörande för att eleverna ska få en förståelse för fysikaliska fenomen. Lä- rarna upplever däremot att det finns förutsättningar som påverkar hur frekvent arbetssättet används. De mest avgörande faktorerna som lärarna uttrycker är tid, klasstorlek, lärarkompetens och tillgång till material. När det inte finns förutsättningar för att implementera laborationer skapas inte den grundläggande förståelsen tidigt vilket påverkar elevernas kunskapsutveckling i de kommande skolåren. De rekommendationer vi vill rikta till skolan är att inspireras av varandra och hjälpas åt att bidra till en inspirationsbank med färdiga laborationsidéer.

Nyckelord: Fysikundervisning, Förutsättningar, Grundskolan, Intervjustudie, Laborativt arbete.

(5)

IV

Förord

Detta examensarbete avslutar vår grundlärarutbildning vid Karlstads universitet. Vi vill därför rikta ett stort tack till de lärare som tagit sig tid och deltagit i undersökningen trots rådande samhällssituation. Er medverkan har gjort det möjligt för oss att genomföra vårt arbete och därmed avsluta vår lärarut- bildning. Vi vill också passa på att rikta ett stort tack till våra handledare Anna-Pia och Tommy som stöttat och väglett oss genom hela arbetsprocessen trots alla våra frågor och funderingar.

juni 2021

(6)

V

Innehållsförteckning

1 INLEDNING ... 1

1.1 BAKGRUND ... 3

1.1.1 Utomhusundervisning i NO ... 4

1.1.2 Naturkunskap och teknik för alla ... 4

1.1.3 Laborationens funktion ... 5

1.2 SYFTE OCH FRÅGESTÄLLNINGAR ... 7

2 LITTERATURGENOMGÅNG ... 8

2.1 DET LABORATIVA ARBETETS PÅVERKAN PÅ ELEVERS KUNSKAPER ... 8

2.1.1 Lärares upplevelser av hur laborationer påverkar elevers kunskaper ... 9

2.2 LÄRARES UPPLEVELSER AV FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR ATT ARBETA LABORATIVT ... 11

2.2.1 Lärarkompetens som förutsättning ... 11

2.2.2 Tid som förutsättning ... 13

2.2.3 Material som förutsättning... 14

2.2.4 Förutsättningar i utomhusmiljön... 15

2.2.5 Klasstorlek som förutsättning ... 15

2.3 LÄRARES UPPLEVELSER AV NTA ... 16

3 TEORI ... 17

3.1 UNDERSÖKANDE ARBETSSÄTT ... 17

3.2 LABORATIVT ARBETSSÄTT ... 18

4 METOD ... 21

4.1 VAL AV METOD ... 21

4.2 URVAL ... 21

4.3 DATAINSAMLINGSMETODER ... 23

4.3.1 Semistrukturerad intervju ... 23

4.3.2 Genomförande ... 24

4.4 DATABEARBETNING OCH ANALYSMETOD ... 25

4.5 ETISKA ÖVERVÄGANDEN ... 27

4.6 VALIDITET, RELIABILITET OCH GENERALISERBARHET ... 29

(7)

VI

5 RESULTAT ... 32

5.1 LÄRARES UPPLEVDA FÖRUTSÄTTNINGAR FÖR ANVÄNDANDET AV LABORATIONER I FYSIKUNDERVISNINGEN ... 32

5.1.1 Tid ... 32

5.1.2 Klasstorlek ... 34

5.1.3 Lärarkompetens ... 36

5.1.4 Tillgång till material ... 38

5.2 LÄRARES UPPLEVELSER AV LABORATIONENS PÅVERKAN PÅ ELEVERS KUNSKAPER .. 40

5.2.1 Laborationer konkretiserar det abstrakta ... 40

5.2.2 Diskussionens betydelse vid laborationer ... 43

5.2.3 Laborationer utomhus ... 46

6 DISKUSSION ... 47

6.1 RESULTATDISKUSSION ... 47

6.1.1 Lärares upplevelser av förutsättningar för att arbeta laborativt ... 47

6.1.2 Laborationens påverkan på elevers kunskaper ... 51

6.1.3 Slutsats av diskussion ... 54

6.2 METODDISKUSSION... 55

6.3 REKOMMENDATIONER FÖR VERKSAMHETEN ... 57

6.4 FÖRSLAG PÅ VIDARE STUDIER ... 57

REFERENSER ... 59

BILAGA 1 ... 65

BILAGA 2 ... 66

BILAGA 3 ... 67

(8)

1

1 INLEDNING

Naturvetenskaplig undervisning i årskurs 1–3 innefattar de naturorienterande ämnena (NO) fysik, kemi och biologi. För att eleverna ska få möjlighet att in- hämta kunskaper i de tre ämnena ska undervisningen innehålla systematiska undersökningar. Elever ska få tillfällen att praktiskt undersöka fysikaliska fenomen genom att ställa frågor och söka svar (Skolverket, 2019). Undervis- ningen i NO präglas av ett undersökande arbetssätt som innebär att ställa hy- poteser, planera och genomföra undersökningar, använda förklaringsmodel- ler, analysera resultat och kommunicera resultat (National Research Council, 1996).

Under vår studietid på grundlärarprogrammet var de naturvetenskapliga kurserna de mest intresseväckande och lustfyllda. Det ämne och den kurs som vi tyckte var mest intressant var fysik. I fysikkursen fick vi möjligheten att testa på att genomföra systematiska undersökningar som att till exempel undersöka tyngdkraftens lagar genom att släppa blykulor och fjädrar från lärosalen ned till cafeterian våningen under. Den bredd av experiment och laborationsför- slag som vi fick med oss under kurserna i fysik lade grunden för det intresset som skapades för det naturvetenskapliga ämnet. Under vår verksamhetsför- lagda utbildning (VFU) synliggjordes mötet mellan teori och praktik för oss.

Den utbildning vi fått under lärarprogrammet ställdes mot sin spets. Plane- ringen och genomförandet av lektioner med laborativa inslag i NO var tidskrävande och lektionerna kunde sluta som stökiga och stressiga. Vi upplevde att laborationer utan tydligt syfte lätt kunde resultera i lek och oreflek- terat görande. Under utbildningens gång insåg vi att laborationer fungerar i teorin men inte alltid lika bra i praktiken. Vi stötte också på en viss negativ attityd inför naturvetenskapsundervisningen hos lärare som vi mött under utbildningens gång. Lärarna upplevde NO som svårt och ett ämne där laborationer ibland till och med undveks på grund av implementeringssvårigheter.

Den fysikundervisning som forskning har visat vara effektfull är den som im- plementerar konkreta undervisningsinslag där komplexa fysikaliska fenomen får en vardagsnära anknytning (Högström m.fl., 2010; Durmuş & Bayraktar, 2010). Laborativt arbete, som en del av det undersökande arbetssättet, skapar en möjlighet för elever att ta till sig kunskap på ett lekfullt sätt där eleverna samtidigt får en förståelse för hur naturvetenskap kan ifrågasättas för att bidra med mer kunskap (Harlen, 1996). I en kvalitetsgranskning genomförd av

(9)

2

Skolinspektionen (2012) har det synliggjorts att laborativa undervisningsinslag i fysikundervisningen i årskurs 1–3 däremot har brister. Elever som be- finner sig i grundskolans senare årskurser upplever att de saknar tidigare erfarenheter och kunskaper i fysik från tidigare skolår. Kärrqvist och Frändberg (2008) belyser också att eleverna i grundskolans senare årskurser visar på goda kunskaper om hur en laboration genomförs men saknar förståelse och förmåga att resonera om den genomförda laborationen. Kvalitetsgransk- ningen pekar på att de brister som finns i verksamheten och i elevernas kunskapsutveckling kan kopplas till den enskilda lärarens undervisning men också de förutsättningar som läraren har att arbeta laborativt (Skolinspekt- ionen, 2012). Laborationer som bygger på elevers intressen och som inte är för utmanande eller för lätta tillsammans med lärares utbildning i ämnet är några aspekter som behöver utvecklas. Detta för att laborationer ska bli gynn- samma som undervisningsmetod där elever utvecklar fördjupade kunskaper (Skolinspektionen, 2012). Elever finner ofta NO lustfyllt och intressant i vardagen men tycker det är tråkigt och saknar förståelse för varför de gör det i skolan då det inte bygger på elevernas intressen (Lindahl, 2003). Lärare utan god utbildning i ämnet känner även en osäkerhet att utmana eleverna och hjälpa dem fördjupa sina kunskaper om de fysikaliska fenomenen (Johans- son, 2012). Förutsättningar utanför lärarens undervisning är däremot också avgörande där tillgången till tid är central (Skolinspektionen, 2012). Laborat- ioner kräver extra tid för planering, förberedelser och genomförande. Lärare har framfört att tiden som finns till förfogande för laborationer är knapp och påverkar elevers förståelse för ämnesinnehållet (Högström m.fl., 2010).

Som kan utläsas i läroplanen (Skolverket, 2019) är laborationer en central del i fysikundervisningen och ett arbetssätt som ska hjälpa elever att utveckla fördjupade kunskaper i ämnet. De brister som Skolinspektionen (2012) stude- rat visar däremot att det finns viss problematik för att implementera ett laborativt arbetssätt i fysikundervisningen. Både Skolinspektionen (2012) och lä- rare från tidigare studier framför otillräckliga förutsättningar för att använda laborativt arbetssätt i undervisningen. Förhållandet mellan de positiva aspekterna med laborationer och svårigheterna med implementering av ar- betssättet fångade vårt intresse. Efter en fördjupning i tidigare forskning kring området uppmärksammades vi på att de brister som finns inom laborativa arbetssätt i NO-undervisningen ofta är genomförda på elever och lärare i grundskolans senare år eller gymnasiet. Mängden forskning som belyser hur lärare i årskurs 1–3 använder laborativa inslag i sin fysikundervisning, vilka förutsättningar de har att tillgå och hur arbetssättet påverkar elevernas kunskaper är liten. Avsikten med vår studie är därför att undersöka och bidra

(10)

3

med kunskap om hur lärare i årskurs 1–3 upplever förutsättningar för att an- vända det laborativa arbetssättet och hur laborationer påverkar elevers kunskaper.

1.1 Bakgrund

Elever i grundskolans årskurs 1–3 ska enligt läroplanen (Skolverket, 2019) ta del av och utveckla kunskaper inom de naturorienterande ämnena fysik, kemi och biologi. Eleverna ska genom undervisningen i NO bli förtrogna med att genomföra systematiska undersökningar och utveckla fördjupade kunskaper genom detta sätt att arbeta (Skolverket, 2019). I NO-undervisningen ska ele- verna bland annat undervisas om Året runt i naturen, Kropp och hälsa, Kraft och rörelse och Material och ämnen i vår omgivning (Skolverket, 2019). I kommentarmaterialet för fysik (Skolverket, 2017) kan det utläsas att blocket Kraft och rörelse ingår. Eleverna ska genom undervisning om Kraft och rö- relse i årskurs 1–3 utveckla förståelse för fenomenen tyngdkraft, friktion, ba- lans, tyngdpunkt och jämvikt. Eleverna ska även ges möjlighet att utveckla kunskaper om rymden där fenomen som dag och natt, stjärnhimlen och jor- dens, solen och månens förhållande till varandra är centrala delar (Skolver- ket, 2017). Ljud, luft och ljus är ytterligare tre fysikaliska fenomen som Skol- verket (2017) uttrycker att eleverna ska utveckla förståelse för. Förståelse för fenomenen kan med fördel skapas genom laborativa undersökningar där eleverna får undersöka hur fenomen uppstår och förändras.

NO-ämnet är komplext och svårt men Harlen (1996) menar att naturvetenskap är en baskunskap som är lika viktig som svenska och matematik i elevernas tidiga skolår. Elever som undervisas i de naturvetenskapliga ämnena utvecklar en förståelse för hur svar kan sökas på frågor och hur idéer kan prö- vas för att hitta dessa svar. Att ifrågasätta och undersöka det som eleverna tror är sanningar gör att eleverna utvecklar en kritisk förmåga. Elfström m.fl.

(2014) menar att redan i förskoleålder börjar barn att undersöka och experi- mentera för att förstå hur världen fungerar. Vidare menar Harlen och Sy- mington (1996) att genom att undersöka och iaktta naturvetenskapliga fenomen utvecklas en begreppsförståelse. Att tidigt utveckla en begreppsförstå- else genom undersökningar medför att när eleverna börjar i högstadiet och gymnasiet har de grundläggande förståelse som kan vidareutvecklas (Harlen, 1996; Engelbright Fox, 1997). En annan viktig faktor för att börja tidigt med det undersökande arbetssättet i NO-undervisningen är för att väcka elevernas intresse för ämnet och skapa en lust för fortsatt lärande (Gillies & Nichols, 2015; Harlen 1996).

(11)

4

1.1.1 Utomhusundervisning i NO

Utomhusmiljön är något som barn har erfarenhet av där rörelse och aktivitet bidrar med lustfyllda upplevelser. Genom att använda elevernas positiva attityder till utomhusmiljön kan det bidra till en förståelse för naturvetenskapliga aspekter där kunskaper utvecklas (Helldén m.fl., 2015). I kursplanen (Skol- verket, 2019) och kommentarmaterialet för fysik gällande årskurs 1–3 (Skol- verket, 2017) kan det utläsas att laborationer i utomhusmiljön, där lekplatser står i fokus, är ett användbart hjälpmedel i lärandet om fysik. Det framgår att elevernas förståelse för de fysikaliska fenomenen kraft och rörelse kan utvecklas och lockas fram genom lek och rörelse. Att använda lek och rörelse i undervisningen av naturvetenskapliga begrepp och fenomen gör att de fysikaliska fenomenen, som kan upplevas abstrakta blir mer konkreta (Skolverket, 2017; Helldén m.fl., 2015). Ulfves m.fl. (2017) och Nilsson (2005) framför att introduktion av naturvetenskapliga begrepp med fördel kan påbörjas i de tidiga skolåren. Lekplatsfysik gör det möjligt för elever att koppla upplevelser och erfarenheter i vardagen till naturvetenskapliga begrepp. De menar att naturvetenskapliga begrepp inte behöver tynga ned eleverna och deras kunskapsutveckling, utan kan istället bidra till mer berikande upplevelser och ett fördjupat lärande. Engelbright Fox (1997) menar att tidigt utforskande är vä- sentligt då det lägger grunden för den senare förståelsen för fysikaliska fenomen.

Laborationer i välbekanta miljöer för eleverna öppnar upp för jämförelse mellan observationer och egna tidigare erfarenheter vilket i sin tur fördjupar förståelse för naturvetenskapliga fenomen och begrepp (Nilsson, 2005). Att genomföra laborativt arbete i utomhusmiljö och på platser där utforskande av rörelse och krafter kan ske är ett bra sätt att låta elever närma sig fysiken (Nilsson, 2005; Engelbright Fox, 1997; Ulfves m.fl., 2017.)

1.1.2 Naturkunskap och teknik för alla

Inom NO-undervisningen finns en resurs som är utvecklad för att förenkla den laborativa undervisningen. Resursen kallas för Naturkunskap och teknik för alla (NTA) och har sitt ursprung från det amerikanska lärarstödsprogram- met Science and Technology for Children (STC) (Mellander och Svärdh, 2017). STC översattes och anpassades till den svenska läroplanen av Kung- liga vetenskapsakademin i samarbete med Kungliga Ingenjörsvetenskapsaka- demin år 1997. NTA erbjuder förskolan och grundskolan material, lärarhand- ledning och utbildning inom naturvetenskap, teknik och matematik. Program- met innehåller olika teman som utgår från kursplanerna i biologi, fysik, kemi, matematik och teknik (NTA, u.å.). Syftet med programmet är att bistå lärare

(12)

5

med kompetensutveckling för att stödja elevers lärande och skapa nyfikenhet för naturvetenskap.

Arbetssättet som NTA framför bygger på IBSE (Inquiry based science education), eller undersökande arbetssätt, där elevernas undersökningar, frå- gor och resonemang i grupp är kärnan i arbetet (NTA, u.å.). Undervisningen i NTA ska bidra till elevers språkliga utveckling och ansvarstagande. De olika teman och uppdrag programmet innehåller utgår alla från en undervisnings- cykel:

• mål för uppdraget

• fundera på

• undersöka

• sammanfatta och diskutera

• utvärdering av elevernas lärande

På NTAs egen hemsida (NTA, u.å.) kan det läsas om de olika teman programmet erbjuder. Varje tema innehåller laborationsmaterial, undervisnings- planering och lärarhandledning och kan komplett kallas för NTA-låda. Via hemsidan (NTA, u.å.) framgår vilket ämne (kemi, fysik, biologi, matematik eller teknik) lådan innehåller och vilken/vilka årskurser temat riktar sig mot.

Av totalt 29 lådor finns det två stycken som behandlar fysik för årskurs 1–3:

Balansera och väga samt Tema rymden. Resterande 23 lådor berör förskolan eller högre årskurser i ämnena biologi, kemi, fysik, matematik eller teknik.

1.1.3 Laborationens funktion

I den internationella kunskapsmätningen TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study) har det visat sig att elevernas kunskaper sakta har ökat i naturvetenskap sedan 2015 då resultaten åren innan var låga, men att elevernas kunskaper fortsatt behöver utvecklas (Skolverket, 2016).

Hult (2000) beskriver vilken funktion som laborativt arbete har. En viktig uppgift laborationen har är att fylla utrymmet mellan teori och praktik. Labo- rationer ger elever möjlighet att praktiskt få tillämpa eller pröva en teori eller tanke. Durmuş och Bayraktar (2010) menar att det finns en risk att teorier blir för abstrakta när elever endast får genomgång och förklaringar från läraren.

Att istället praktiskt få tillämpa teorier genom laborationer kan göra de abstrakta teorierna mer konkreta. Ytterligare en funktion som laborationer har är att elever i större utsträckning kan utveckla känsla och förståelse för verk-

(13)

6

liga fenomen (Hult 2000; Durmuş & Bayraktar, 2010). För att laborativt arbete ska stötta elevers lärandeprocess behöver läraren planera det laborativa arbetet så det utgår från det naturvetenskapliga fenomen som ska studeras (Haagen-Schützenhöfer & Joham, 2018). Haagen-Schützenhöfer och Joham (2018) betonar detta genom att laborationer ska ha ett tydligt syfte. Harlen och Symington (1996) beskriver även de att laborationer behöver vara meningsfulla i sammanhanget och för eleverna. Laborationer som inte har ett tydligt syfte kan lätt uppfattas som slentrianmässiga och tråkiga. Laborationer behöver därmed fungera som ett komplement till den teori eller det fenomen som undervisningen utgår från för att en kunskapsutveckling hos eleverna ska bli möjlig.

Laborationer hjälper också eleven att utveckla kritisk och analytisk förmåga samt problemlösningsförmåga (Hult, 2000; Hofstein & Lunetta, 2004). Barn skapar tidigt föreställningar för att förstå sin omvärld. För att dessa föreställ- ningar inte ska leda till ovetenskapliga sanningar behöver de få tillfälle att undersöka naturvetenskapliga fenomen. Genom laborationer ges elever möj- lighet att granska sina egna uppfattningar av omvärlden vilket leder till att de utvecklar en kritisk förmåga (Harlen, 1996). Kritisk och analytisk förmåga är basen i det undersökande arbetssättet. Laborativt arbete, som är en del i det undersökande arbetssättet, förutsätter att elever ifrågasätter deras egen kunskap och upplevelse (Atar, 2007).

Genom det laborativa arbetet får eleverna även en förståelse för hur vetenskapligt arbete genomförs och vilka olika tekniker som används vid detta ar- betssätt. Genom att integrera undersökande arbetssätt i undervisningen kan det bidra till en förståelse hos eleverna för hur forskare arbetar för att presen- tera vetenskap. Atar (2007) menar att genom en cyklisk process av undersö- kande arbetssätt får eleverna en förståelse för hur vetenskapliga frågor hänger samman. Vetenskap är inte ett isolerat fenomen utan olika fenomen samver- kar med varandra vilket eleverna får en förståelse för genom arbetssättet.

Durmuş och Bayraktar (2010) belyser att de elever som får testa olika modeller för att undersöka ett vetenskapligt fenomen vid laborativt arbete kommer utveckla en förståelse för hur olika tekniker kan förklara vetenskapen och utvecklar då fördjupad kunskap om fenomenet.

Genom att det komplexa NO-ämnet blir något konkret och elevnära kan ett intresse för naturvetenskap utvecklas redan i tidig ålder. Harlen (1996) menar att detta är viktigt då elever tidigt skapar sig en förutfattad mening för om

(14)

7

ämnet intresserar dem eller inte. Att tidigt skapa förståelse för ämnet hos eleverna är också viktigt utifrån TIMSS kunskapsmätningar som genomförs i slutet av grundskolan.

1.2 Syfte och frågeställningar

Syftet med studien är att bidra med kunskap om vilka förutsättningar lärare i års- kurs 1–3 har att arbeta laborativt inom ramen för fysikundervisningen och hur lä- rare upplever att arbetssättet påverkar elevers kunskaper i fysik.

• Hur upplever lärare i grundskolans årskurs 1–3 förutsättningarna för att arbeta laborativt i fysikundervisningen?

• Hur upplever lärare att elevernas kunskaper påverkas av att arbeta laborativt i fysikundervisningen?

(15)

8

2 LITTERATURGENOMGÅNG

I kommande kapitel redogörs relevant forskning för att bygga förståelse för undersökningens problemområde och syfte. Forskningen som lyfts belyser hur ett laborativt arbetssätt i den naturvetenskapliga undervisningen påverkar elevers kunskaper samt lärares upplevda förutsättningar att arbeta laborativt.

2.1 Det laborativa arbetets påverkan på elevers kunskaper

Hofstein och Lunetta (2004) har genomfört en litteraturstudie där de under- sökt olika modeller för kunskapsinlärning, mål för naturvetenskaplig undervisning och hur lärare och elever genom hela grundskolan arbetar med laborationer. Forskningen har visat att laborationerna som eleverna många gånger får genomföra liknar kokbokslaborationer där de endast följer receptet till punkt och pricka utan att reflektera över genomförandet. Elever i Lindahls (2003) studie framför att NO är ett intressant ämne. De upplever däremot att de inte får tillräcklig stöttning av läraren under laborationen för att förstå fenomenet som undersöks. En fördjupad förståelse kan därmed inte infinna sig.

Eleverna i undersökningen har deltagit i en longitudinell studie från det att de gick i mellanstadiet till gymnasiet med syftet att undersöka hur attityder i NO förändras över tid. För att kunna besvara syftet samlades data in genom klass- rumsobservationer, intervjuer och enkäter. Acher m.fl. (2007) har genomfört en aktionsstudie för att analysera inlärningsupplevelser hos elever i lågsta- diet. De kunde urskilja att laborationer som är av öppen karaktär är fördelakt- iga men eleverna behöver hjälp och stöttning för att senare, när dem fått en förståelse för hur laborationer fungerar, kunna klara de på egen hand.

Fitzgerald m.fl. (2013) har observerat och intervjuat lärare som undervisar elever i 5–12 årsåldern för att kunna urskilja hur klassrumsmiljön påverkar elevers naturvetenskapliga kunskapsutveckling. För att elevernas kunskaper i naturvetenskap ska kunna utvecklas mer med hjälp av laborationer behöver klassrumsmiljön vara tilltalande. Genom att integrera laborationer som ut- förts som en del av klassrummet där material finns lättillgängligt och på- gående laborationer står i fönstren blir det något som eleverna kan resonera om och testa när tid finns. Lättillgängligt material som eleverna får ta del av medför att de vågar laborera och testa sig fram för att ifrågasätta och försöka förstå varför fenomen uppstår och utvecklas som de gör. Hofstein och Lu- netta (2004) menar att det är i dessa mer informella miljöer där eleverna och lärarna har utrymme och möjlighet för interaktion som ett meningsfullt lä- rande kan skapas. Duban m.fl. (2010) har genomfört intervjuer med lärare

(16)

9

som undervisar elever i 6–14 årsåldern med syfte att undersöka lärares upplevelser och användande av laborationer i undervisningen. De beskriver att det på många skolor inte finns klassrum där eleverna tillåts laborera när de får tid över utan materialet ligger på någon hylla i ett förråd som eleverna inte har tillgång till. Det undangömda materialet medför att elevernas naturliga nyfikenhet för hur saker fungerar inte tas till vara på. Något som kan påverka kunskapsutvecklingen negativt. Undersökandet genom laborationer blir inget självklart inslag som bidrar med fördjupade kunskaper hos eleverna i dessa klassrum (Fitzgerald m.fl., 2013).

2.1.1 Lärares upplevelser av hur laborationer påverkar elevers kunskaper

Högström m.fl. (2010) har genomfört en intervjustudie med högstadielärare för att undersöka vilka mål som undervisningen i NO syftar till samt vilka svårigheter lärarna har uppmärksammat med det laborativa arbetssättet. Lä- rarna i studien upplevde att fysik är det naturvetenskapliga ämne som enklast kan integreras med laborationer i jämförelse med biologi och kemi. Laborat- ioner i fysik kan konkret illustrera ett fysikaliskt fenomen. Fysikaliska fenomen kan också på ett enkelt sätt jämföras med sammanhang i det vardagliga livet eleverna lever i. Att konkret genomföra eller illustrera ett fysikaliskt fenomen som kopplas till det verkliga livet anses av lärare i Högströms m.fl.

(2010) studie göra det lättare för elever att föreställa sig och förstå fenomen.

Laborationer anses påverka elevers kunskapsutveckling positivt. Ulfves m.fl.

(2017) kunde urskilja liknade resultat i sin studie med elever i årskurs 1. Stu- dien genomfördes som en intervention där syftet var att undersöka hur för- mågan att resonera om ett fysikaliskt fenomen utvecklas av laborativa arbets- sätt. Även Appleton (2002) presenterar liknande resultat där 20 lärare inter- vjuats och deras naturvetenskapliga undervisning observerats. Syftet med undersökningen var att ta reda på vilka egenskaper lärare anser att en väl fun- gerande undervisning med laborativa arbetssätt besitter. Lärarna förmedlade hur laborativa aktiviteter som utgår från elevers värld och som är av intresse för dem, motiverar och ökar chansen för inlärning. Gillies och Nichols (2015) belyser att elever som får pröva och som ges möjligheter att undersöka hur olika naturvetenskapliga fenomen fungerar kan tidigt utveckla ett intresse och motivation för ämnet. Undersökningen grundar sig på intervjuer med lärare från mellanstadiet. Syftet var att undersöka lärares uppfattningar av det un- dersökande arbetssättet och de utmaningar och fördelar arbete i grupp bidrar med genom arbetssättet. Durmuş och Bayraktar (2010) har genomfört en in- terventionsstudie för att undersöka elevers kunskapsutveckling i NO och vilka de största missförstånden i ämnet är. De belyser att laborationer bidrar

(17)

10

till en konkret förståelse av komplexa och abstrakta fenomen samt begrepp som bidrar till att missförstånd kan motverkas. Genom konkretisering av fenomenen och begreppen kan eleverna koppla dessa till sin egen vardag och utveckla ett intresse för ämnet som bidrar till en kunskapsutveckling.

För att kunskap ska kunna utvecklas genom laborativt arbete är det viktigt att hitta uppgifter som ligger på en nivå som skapar möjlighet för en utveckling av elevernas kunskaper. Högström m.fl. (2006) har genomfört intervjuer med 11 högstadielärare i syfte att undersöka vilka mål lärare har med laborationer och hur målen framträder i laborationsuppgifter. De menar att uppgifter som har till syfte att skapa förståelse för komplexa naturvetenskapliga fenomen ofta har en tendens att bidra med sjunkande motivation för ämnet. Lärarna i studien uttrycker att laborationer med en vardaglig förankring där eleverna kan se samband med det naturvetenskapliga fenomenet bidrar till att elevernas kunskaper utvecklas. Haglund m.fl. (2016) har genomfört en designstudie som innefattade intervention samt tester och bedömning med elever i årskurs fyra. Studiens syfte var att undersöka om elevers förståelse för termisk fysik kunde stärkas om eleverna fick tillfälle att, under en laboration, undersöka värme med en visuell infraröd kamera. I resultatet kunde de urskilja att uppgifter av mer komplicerad karaktär skapar förvirring medan uppgifter som eleverna direkt vet svaret på endast bidrar till bekräftelse genom laborationen.

De uppgifter som utvecklar elevernas kunskaper är de som ger en utmaning men som med stöd av kamrater och lärare kan lösas.

Lärarna i Gillies och Nichols (2015) studie upplever att samtal och samarbete är en aspekt som bidrar till utvecklade kunskaper i NO. Elever som arbetar i grupp stöttar och fördjupar varandras förståelse och kunskaper. Lärarna anser att eleverna kan komma till nya insikter och bearbeta laborationen tillsammans och fokus läggs på att försöka resonera om det specifika fenomenet.

Raviv m.fl. (2017) har genomfört en studie baserat på elever i årkurs sju i syfte att undersöka hur kooperativt lärande inom ett laborativt arbetssätt på- verkar elevers lärande och attityder i NO. De kunde urskilja att när eleverna arbetar tillsammans i grupp kan de gemensamt utbyta tankar och idéer som bidrar till positiva attityder och fördjupad förståelse för det naturvetenskapliga fenomenet. Haagen-Schützenhöfer & Joham (2018) konstaterat att laborationer som innefattar diskussioner mellan elever bidrar med att laborationen blir en del av det undersökande arbetssättet. Förmågan att resonera och ifrå- gasätta det eleverna har erfarenhet av utgör en viktig del i det undersökande arbetssättet. Studien har utformats för att undersöka lärarnas tankar om labo- rationers funktion och betydelse i NO undervisningen. Studien innefattar en

(18)

11

intervention och intervjuer med lärare från lågstadiet till gymnasiet som deltagit i ett större projekt för att sätta sig in i det undersökande arbetssättet.

Hofstein och Lunetta (2004) menar att ett laborativt arbetssätt kan bidra med att träna de icke-kognitiva förmågorna som samarbete och kommunikation.

Johansson (2012) konstaterar i sin avhandling att, för att den sociala kompetensen ska kunna utvecklas är det viktigt att läraren stöttar eleverna och ger dem möjlighet att kunna resonera med varandra. Johansson (2012) avhandling baseras på både observationer och intervjuer med lärare som undervisar på lågstadiet. Studien har undersökt lärares mål med laborationer inom NO i syfte att utveckla metoder och verktyg för att implementera ett undersökande arbetssätt. Ytterligare en viktig aspekt som behöver poängteras menar Raviv m.fl. (2017) är att det inte räcker med att dela in eleverna i grupper där de ska antas arbeta tillsammans utan de behöver få en förståelse för att varje individs bidrag är viktigt för att alla i gruppen ska kunna utveckla kunskaper.

I Appletons (2002) studie anser lärarna att en laboration som bidrar med kunskap bör bestå av ett tydligt utfall och resultat. Däremot uppstår ibland om- ständigheter där utfallet inte blir som tänkt. Ett oplanerat resultat kan upplevas som ett misslyckande och eleverna blir omotiverade. Lärare framhåller att laborationer där alla elever lyckas är fördelaktiga för att utveckla kunskaper och skapa intresse för ämnet.

2.2 Lärares upplevelser av förutsättningar för att arbeta la- borativt

Tidigare studier har framfört lärares upplevelser av vilka förutsättningar de anses ha att arbeta laborativt i fysikundervisningen. De förutsättningar som identifierats är lärarkompetens, tid, material, utomhusmiljön och klasstorlek.

2.2.1 Lärarkompetens som förutsättning

För att elever i skolan ska kunna inhämta och utveckla fördjupade kunskaper behöver det finnas kompetenta lärare som ser varje elev som en individ som ska utvecklas så långt som möjligt. Vid laborativa undervisningsinslag har den kompetenta läraren visat sig var avgörande för hur eleverna kommer att utveckla kunskaper om det specifika ämnet (Johansson, 2012). Elevers kunskapsutveckling bygger på att lärare behöver guida och stötta eleverna genom det laborativa arbetet. Elever som får stöd av läraren vid det laborativa arbetet får en förmåga att resonera kring naturvetenskapliga fenomen vilket bidrar med fördjupade kunskaper i ämnet (Acher m.fl., 2007). Forskning har visat

(19)

12

att det finns en osäkerhet bland lärare som undervisar i de naturorienterande ämnena i skolan (Johansson, 2012; Appleton, 2002). Lärarna har olika utbildning där några har en ansenlig utbildning som bidrar med en trygghet i ämnet medan andra har en låg- eller ingen utbildning vilket bidrar med en osäkerhet (Duban m.fl., 2019). Johansson (2012) menar att osäkerheten blir extra påtag- lig när ämneskunskaperna ska omsättas i mer laborativa arbetssätt.

För att det laborativa arbetssättet ska bli en del av det undersökande arbets- sättet behöver det ske en reflektion efter genomförandet där eleverna får ifrå- gasätta och problematisera för att bli kritiska och utveckla kunskaper

(Haagen-Schützenhöfer & Joham, 2018). För att eleverna ska kunna utveckla en förmåga att resonera och ifrågasätta är läraren en viktig nyckelperson (Acher m.fl., 2007). Högström m.fl. (2006) skriver att eleverna behöver hjälp med att bygga en bro mellan det laborativa och teoretiska. Läraren som för- modar att elever på egen hand kommer utveckla denna förmåga kommer inte kunna se en kunskapsutveckling och förståelse hos eleverna för de fenomen som undervisningen syftar till. Elever i grundskolans tidiga årskurser utvecklar kunskaper genom att testa olika modeller för att förstå hur olika teorier kan tillämpas och förklaras men stöttningen av läraren är en förutsättning för att detta ska kunna ske (Acher m.fl., 2007). Lärare som innehar en osäkerhet kring de laborativa inslagen i undervisningen tenderar att hoppa över elev- och klassrumsdiskussioner på grund av bristande ämneskunskaper och brist på förståelse för hur meningsfulla diskussioner struktureras upp (Johansson, 2012). När diskussioner hoppas över blir inte det laborativa arbetet en del av det undersökande arbetssättet utan fokus blir på genomförandet där samverkan mellan de två aspekterna saknas (Haagen-Schützenhöfer & Joham, 2018). Abrahams och Millar (2008) såg liknande resultat i sin studie där lä- rare och elever i gymnasiet observerades för att undersöka effektiviteten av det laborativa arbetet. Resultatet visade att det viktigaste vid en laboration inte är att den genomförs utan hur den genomförs för att elever ska utveckla kunskaper.

Persson (2003) har genom enkäter och intervjuer med lärare från låg-och mellanstadiet, undersökt hur undervisning i kemi och fysik bedrivs. Syftet med undersökningen är att jämföra och finna likheter och skillnader mellan hur låg- och mellanstadielärare bedriver undervisning i fysik och kemi. Pers- son (2003) diskuterar lärarutbildningen och anser att den varit för teoretisk och inte integrerats med konkreta undervisningsidéer. Kompetensutveckling kan därför vara en lösning som bidrar till utvecklad lärarkompetens då detta är en förutsättning för att laborativt arbete effektivt ska kunna användas som undervisningsmetod. Fitzgerald m.fl. (2013) skriver att högpresterande natur-

(20)

13

vetenskapslärare kan planera och genomföra effektiv undervisning, skapa en- gagerande inlärningsmiljöer samt att de besitter strategier för att kommunicera med eleverna kunskapsutvecklande.

2.2.2 Tid som förutsättning

Lärare från Högström m.fl. (2010) studie upplevde att tidsaspekten var en av- görande förutsättning för hur mycket laborativa inslag som var möjliga att integrera i undervisningen. Enligt timplanen (Skolverket, 2020) har lärare i hög- stadiet sammanlagt 264 timmar att undervisa jämnt fördelat på fysik, kemi och biologi under åk 7–9. På lågstadiet är timmarna betydligt färre, sammanlagt 143 timmar under åk 1–3. Det finns inte heller någon utskriven fördelning mellan fysik, kemi och biologi utan där är det upp till varje lärare att fördela timmarna så att eleverna kan visa tillräckliga kunskaper i slutet av årskurs tre enligt de kunskapskrav som finns i NO (Skolverket, 2019). I Skolinspektionens (2012) granskning visade det sig däremot att lärare som undervisar i åk 1–3 på några skolor endast blivit tilldelade 100 timmar för NO under de tre åren. An- talet timmar som lärarna har till förfogande är inte tillräckligt för att eleverna ska få möjlighet att utveckla kunskaper inom alla kunskapsområden i NO.

Trautmann m.fl. (2004) har i sin studie intervjuat och observerat lärare på högstadiet och gymnasiet som deltagit i ett program utformat för att stötta lä- rares implementering av undersökande arbetssätt i NO. Syftet med studien var i huvudsak att identifiera vilka svårigheter lärarna upplevde att det fanns med implementering av det undersökande arbetssätt i NO-undervisningen samt vilka fördelar arbetssättet bidrar med. Resultatet visade att lärarna upplever planering av laborationer, som en del av det undersökande arbetssättet, som tidskrävande. Den tid som lärarna har till förfogande för att planera och förbereda inför en laboration är inte tillräcklig. Lärarna i studien ska förbe- reda för flera lektioner vilket innebär att planeringstiden inte endast kan gå till laborationsförberedelser. För att kunna integrera fler laborationer i undervisningen önskar lärarna mer planering- och förberedelsetid. Carrier m.fl.

(2013) skriver i sin undersökning att en NO-lektion som är 40 minuter lång inte är samma sak som 40 minuter effektiv tid. Innan laborationen har hunnits förklarats och alla elever har förstått vad som ska göras och materialet delats ut har minst 20 minuter redan gått. Det innebär att det blir lite tid för själva genomförandet, reflektion och diskussion. Carriers m.fl. (2013) har i sin studie intervjuat och observerat lågstadielärare med syfte att undersöka vilka styrkor och svårigheter som finns med att bedriva laborativ undervisning i NO utomhus respektive inomhus. Lärarna i studien uttrycker att tidsbristen är en svårighet som handlar om elevers lärande genom laborationer. Bristen på

(21)

14

tid för samtal medför att läraren får svårt att hinna hjälpa elever att koppla ge- nomförda laborationer till naturvetenskapliga idéer. Det framgår att lärarna i Högströms m.fl. (2010) studie ser tid för gemensamma reflektioner som nöd- vändigt i lärandet av naturvetenskapligt innehåll, men bristen på tid är en på- taglig faktor.

2.2.3 Material som förutsättning

Ytterligare en förutsättning som forskning har lyft fram att lärare påverkas av vid laborativa undervisningsmetoder är tillgång till material. Duban m.fl.

(2019) skriver att grundskolor endast har en liten mängd material eller inget alls. Lärare önskar att skolorna skulle vara utrustade med laborationssalar fyllda med material som är tillgängligt för eleverna där väggarna är fyllda med intresseväckande naturvetenskapliga fenomen som kan kopplas till elevernas vardag. Lunde m.fl. (2015) har i sin studie undersökt hur lärare invol- verar elever i ett undersökande arbetssätt utifrån de förutsättningar de har att tillgå. Genom intervjuer har lärare från mellanstadiet och högstadiet belyst att det finns svårigheter med att hitta meningsfulla laborationer som är anpas- sade till de kunskaper som eleverna ska utveckla enligt läroplanen. Duban m.fl. (2019) framhåller att lärare med brist på material och inspiration använt sig av internet-resurser för att eleverna visuellt ska få observera när andra ge- nomför experiment. Detta resulterade i att eleverna blev oengagerade och utvecklade ingen djupare förståelse för det naturvetenskapliga fenomenet.

Lunde m.fl. (2015) betonar även att lärare på högstadiet låter sig inspireras av äldre nationella prov där riktlinjerna och strukturen är tydligt kopplad till de kunskaper som eleverna ska utveckla. Lärare i grundskolans tidiga årskurser har däremot inte tillgång till några nationella prov att inspireras av.

Appleton (2002) framhåller att om lärare får hjälpmedel för att integrera laborativa arbetssätt i undervisningen kommer undervisningsmetoden att påverka elevernas kunskapsutveckling positivt. Det hjälpmedel som studien belyser är en ”kit box” (Appleton, 2002, s.405). Hjälpmedlet kan ses som en förutsätt- ning för att lärare ska kunna integrera laborativa undervisningsinslag och samtidigt väcka elevernas nyfikenhet för naturvetenskap. Materialet har likheter med det svenska hjälpmedlet NTA som ger lärare möjligheter och stött- ning att arbeta laborativt (Anderhag & Wickman, 2006).

Tillgången till material är en förutsättning för att laborativt arbetssätt ska kunna genomförs (Appleton, 2002). Raviv m.fl. (2017) belyser däremot att tillgång till laborationsmaterial är en kostnadsfråga. Materialet är dyrt och det

(22)

15

krävs ofta mycket material då klasserna är stora. Persson (2003) menar däre- mot att det material som bör användas ska vara sådant som eleverna känner igen. Material som de redan har erfarenhet om kan väcka intressanta fråge- ställningar vilket nytt material nödvändigtvis inte bidrar med. Bristen på spe- ciella laborationssalar gör att undervisningen sker i det ordinarie klassrummet eller intilliggande fritidsutrymmen där vardagligt material är dominerande.

2.2.4 Förutsättningar i utomhusmiljön

Carrier m.fl. (2013) påvisar i sin forskning att det även finns otillräckliga för- utsättningar för att genomföra utomhusundervisning i NO. Lärare i studien förmedlade att de upplevde att undervisningsinnehållet i naturvetenskap är stort och att tiden för att genomföra detta är knapp. Planerandet och genom- förandet av laborationer i utomhusmiljö kräver ytterligare tid, vilket medför att aktiviteterna inte prioriteras. Tiden innan alla elever har kommit ut och har med sig rätt material är tid som kan tänkas förloras på genomförande, reflektion och diskussion. Vidare belyser Carrier m.fl. (2013) att lärarna hade svå- righeter att omformulera naturvetenskapliga lektioner till utomhusmiljö.

Detta ledde i sin tur till att eleverna i studien upplevde utomhuslektionerna som en utflykt, snarare än händelser i ett undervisningsförlopp kopplat till lä- rande i naturvetenskap. Eleverna i studien påvisar att de upplever en distans mellan den naturvetenskap som undervisas om i skolan och de erfarenheter de upplever i vardagen. Carrier m.fl. (2013) drar slutsatsen att svårigheterna med att implementera utomhusundervisning samt bristande kompetensutveckling är bidragande faktorer till lärarnas upplevda otillräckliga förutsätt- ningar att genomföra naturvetenskaplig undervisning utomhus. Detta påver- kar i sin tur elevernas möjlighet till lärande i vardagliga miljöer.

2.2.5 Klasstorlek som förutsättning

Avslutningsvis lyfts klasstorleken som en aspekt som påverkar lärares förut- sättningar att arbeta laborativt. Skolinspektionen (2010) menar att det ser olika ut på olika skolor där vissa undervisar i fysik i helklass medan andra undervisar i mindre undervisningsgrupper. Något som ställer olika krav på lä- rarens planering och en förutsättning för hur laborativt arbete ska kunna integreras i undervisningen. Högström m.fl. (2010) belyser att laborationer som sker i en stor klass kan innebära logistiska svårigheter där utrymmet blir för litet att röra sig på. Studien belyser även att tillfällen med möjlighet att undervisa i halvklass är mycket begränsade inom NO-ämnet. Stora elevgrupper gör det också svårt för lärare att hinna med att hjälpa och utmana alla elever, nå- got som är avgörande för att kunskap genom laborationen ska kunna inhäm-

(23)

16

tas (Högström m.fl., 2010). Raviv m.fl. (2017) belyser att om laborativt arbete ska bli möjligt behöver stora klasser delas. Raviv m.fl. (2017) menar att om halvklasstimmar används mer frekvent i NO-undervisningen blir det färre timmar för ämnet i stort och tid som förutsättning blir en påtaglig bristvara.

2.3 Lärares upplevelser av NTA

Anderhag & Wickman (2006) genomförde en utvärdering av lärares använd- ning av NTA i undervisningen. Lärare och elever i låg- och mellanstadiet från 21 olika skolor intervjuades. Syftet med utvärderingen var att undersöka om NTA utvecklar lärares kompetens att stödja elevernas begrepps- och språkut- veckling. Resultatet visade att lärare upplever starkt stöd av NTA. Program- met utvecklar deras förmåga att stödja elevernas begrepps-och språkutveckl- ing och utvecklar även lärarnas egen kompetens i ämnet. Lärare förmedlar att NTA underlättar planeringen av undervisning i naturvetenskap och att det stöttar lärarna att skapa lustfyllt lärande som engagerar eleverna. Att sammanfatta, diskutera och att ta reda på hur kunskapen kan användas är en del av den arbetsprocess som NTA framhåller vilket är en bärande del i det un- dersökande arbetssättet (NTA, u.å.). Anderhag & Wickman (2006) påpekar däremot att lärare som använder NTA behöver mer stöttning och vägledning i att introducera och följa upp klassrumsdiskussionereftersom det är en viktig del i elevernas lärande och utvecklande av naturvetenskap. Ekborg & Lindahl (2007) genomförde en utvärdering likt Anderhag & Wickman (2006) och som även den visar på lärares positiva inställning till NTA. De genomförde enkäter och intervjuer med lärare som arbetar med NTA, i grundskolans alla årskurser, för att undersöka hur NTA-materialet fungerar i verksamheten. I Ekborg & Lindahls (2007) utvärdering framgår inte endast positiva aspekter utan också kritik mot materialet. Kritiken som framförs är att uppdragen är för styrda och att de ser likadana ut, vilket lärare anser skapar för mycket ru- tin och för lite variation vilket påverkar elevernas intresse för ämnet och där- med också lusten att fortsatt vilja lära. De som framfört denna kritik är främst lärare i de högre årskurserna med utbildning i naturvetenskap.

(24)

17

3 TEORI

I kapitlet presenteras undersökande arbetssätt och laborativt arbete som anses vara relevanta utgångspunkter för denna studie.

3.1 Undersökande arbetssätt

I kunskapskraven för NO kan det utläsas att elever i slutet av årskurs tre ska kunna genomföra enkla undersökningar (Skolverket, 2019). Att eleverna redan tidigt i grundskolan ska kunna genomföra enkla undersökningar grundar sig i syftestexten för ämnet fysik (Skolverket, 2019). När eleverna går ur grundskolan ska de på egen hand kunna genomföra systematiska undersök- ningar vilket innebär att undervisningen behöver innehålla inslag av undersö- kande arbetssätt i de lägre årskurserna. Det medför att eleverna blir mer för- trogna med arbetssättet tills de självständigt kan genomföra systematiska undersökningar. Men vad innebär egentligen ett undersökande arbetssätt?

Undersökande arbetssätt är den svenska benämningen som i internationell forskning benämns som inquiry. Anderson (2002) menar att det inte finns nå- gon precis definition av arbetssättet utan forskningslitteratur lyfter olika vink- lingar och aspekter på det. Crawford (2007) belyser problematiken med att det inte finns någon precis definition om hur undersökande arbetssätt ska ge- nomföras. Problematiken som blir är att lärare definierar sin undervisning som undersökande medan den i själva verket inte är det (Haagen-Schützenhö- fer & Joham, 2018). Den syn som den individuella läraren har på hur under- sökande arbetssätt ska implementeras påverkar hur läraren arbetar i klassrummet och hur eleverna får möjlighet att utveckla fördjupade kunskaper genom arbetssättet (Atar, 2007). I och med lärarnas osäkerhet gällande implemente- ringen av undersökande arbetssätt kan det ifrågasättas om alla elever i den svenska skolan får en likvärdig utbildning. Varje enskild individ, oberoende av kommun eller skola, ska ges förutsättning att uppnå kunskapskraven i slutet av grundskolan (Atar, 2007; Skolverket, 2019). National Research

Council (NRC) (1996) har presenterat en konsensus som definierar det under- sökande arbetssättet.

Inquiry is a multifaceted activity that involves making observa- tions; posing questions; examining books and other sources of information to see what is already known; planning investiga- tions; reviewing what is already known in light of experimental evidence; using tools to gather, analyze, and interpret data; pro- posing answers, explanations, and predictions; and communi- cating the results. Inquiry requires identification of assumptions,

(25)

18

use of critical and logical thinking, and consideration of alterna- tive explanations (NRC, 1996, s.23).

Skolverket (2015) har översatt NRC:s definition av undersökande arbetssätt till svenska i fem punkter med aspekter som undervisningsmetoden ska kän- netecknas av och lyder enligt följande:

· identifierande och frågeställning

· design och genomförande av undersökningar

· analys av data och bevis

· användande av modeller och förklaringar

· kommunicerande av resultat (Skolverket, 2015, s.2)

När det undersökande arbetssättet ska implementeras i undervisningen menar Atar (2007) att detta bör ske som en cyklisk process. Processen har sin ut- gångspunkt i NRC:s (1996) definition av vad som kännetecknar ett undersö- kande arbetssätt. Atar (2007) beskriver att det i första steget ska formuleras en frågeställning. Med fördel utgår denna frågeställning från elevernas egna erfarenheter och kan antingen formuleras av eleverna själva eller vara förut- bestämd. Genom processens övriga steg med insamling av data genom

”hands on, minds on” aktiviteter och analys ska eleverna finna lösningar på frågeställningen (Atar, 2007, s.18). Genom processen kommer nya frågeställ- ningar att upptäckas som eleverna behöver söka svar på för att skapa förstå- else vilket bidrar till en cyklisk process. Genom att en fråga besvaras uppstår en annan och eleverna skapar en förståelse för hur vetenskapliga frågor är sammankopplade med varandra. Atar (2007) framhåller att detta gör eleverna kritiska där det blir nödvändigt att ifrågasätta det de har erfarenheter av för att kunna utveckla fördjupad kunskap. Vid användandet av undervisningsmetoden undersökande arbetssätt får eleverna träna på att diskutera och ifråga- sätta vetenskapen.

3.2 Laborativt arbetssätt

Laborativt arbete är en metod som kan genomföras som en del av det under- sökande arbetssättet. Hult (2000) skriver att laborativt arbete innebär att eleverna får pröva en teori där målet är att exemplifiera och illustrera den specifika teorin för att skapa en fördjupad förståelse. Genom att arbeta laborativt menar Hult (2000) att eleverna även får träning i att arbeta praktiskt.

(26)

19

Det finns olika typer av laborationer. De kan delas upp utefter hur öppna eller slutna de är (Hult, 2000). Hult (2000) jämför den slutna laborationen med instruktioner som i en kokbok. Eleverna genomför laborationen utifrån tydliga instruktioner som ska följas steg för steg. I en sluten laboration finns ofta ett förutbestämt och givet svar som eleverna ska komma fram till. I jämförelse, är en öppen laboration friare och saknar lika tydligt utarbetade instruktioner.

Eleverna har ett större friutrymme att planera och genomföra laborationen ut- ifrån förmåga. Det finns inget rätt svar eller given lösning utan de resultat som eleverna kommer fram till lyfts och diskuteras. Haagen-Schützenhöfer och Joham (2018) lyfter däremot att det är viktigt att lärare är medvetna om att det laborativa arbetet inte endast handlar om att göra. För att eleverna ska kunna utveckla kunskaper behöver läraren strukturera lärprocessen och utmana eleverna i deras resonemang. Abrahams och Millar (2008) beskriver detta genom att det måste finns en samverkan mellan idéen med laborationen där eleverna ska utveckla kunskaper och själva genomförandet. Det är en process som är långvarig och som kan ta tid men genom att utmana eleverna och hjälpa dem att resonera och ifrågasätt kunskapen blir laborationen en del av det undersökande arbetssättet (Haagen-Schützenhöfer & Joham, 2018).

Begreppet Learning by doing, som infördes av Dewey och som innebär att människan utvecklar kunskaper genom praktiskt handlande är ett synsätt som lever kvar genom det laborativa arbetssättet (Hult, 2000; Liedman, 2014).

Hult (2000) förklarar att laborationer är en grundläggande del i naturvetenskaplig undervisning oavsett nivå. Åtskilliga forskare har försökt formulera syften för det laborativa arbetssättet. Med bakgrund från andra forskare har Hult (2000) utformat sju syften för att klargöra vilken betydelse laborativt arbete har för elevers kunskapsutveckling.

1. Laborationen kan vara ett komplement till teorin, den kan visa tillämpningen av en teori och den kan ge studenterna en känsla för fenomenet

2. Laborationen hjälper studenterna att utveckla en analytisk och kritisk förmåga och en förmåga att formulera mål

3. Laborationen hjälper studenterna till ett meningsfullt lä- rande dels genom att flera sinnen används vid lärandet dels för att de genom laborationen bättre ser vilka inlärningsbehov de har 4. Laborationen underlättar förståelsen för vetenskapligt arbete, d.v.s. den process genom vilken vetenskaplig kunskapspro- duktion åstadkoms

(27)

20

5. Laborationen ger möjlighet att se och pröva tekniker som används vid vetenskapligt arbete och därvid erhåller studenterna en färdighet och vana

6. Laborationen hjälper till att göra studenterna motiverade för teknisk-naturvetenskapliga studier

7. Laborationen är ett lämpligt instrument för att utveckla den sociala kompetensen och kommunikativa förmågan

(Hult, 2000, s.15)

(28)

21

4 METOD

Kommande kapitel belyser val av metod, urvalet för undersökningen, hur ge- nomförandet av metoden och datainsamlingen har gått till och hur databear- betningen genomförts. Slutligen presenteras också de etiska aspekter som undersökningen grundar sig på samt en redogörelse för forskningsdesignens validitet, reliabilitet och generaliserbarhet.

4.1 Val av metod

De två forskningsfrågor som undersökningen baseras på och som motiverar valet av metod är: Hur upplever lärare i grundskolans årskurs 1–3 förutsätt- ningar för att arbeta laborativt i fysikundervisningen? och Hur upplever lä- rare att elevernas kunskaper påverkas av att arbeta laborativt i fysikunder- visningen? Frågorna utgår från lärares upplevelser av laborativ undervisning och hur elevers kunskaper påverkas av arbetssättet. För att kunna få inblick i lärares personliga upplevelser, menar Trost (2010), att den kvalitativa metoden är mest lämplig att använda. Den datainsamlingsmetod som anses som passande är intervjumetoden. Johansson och Svedner (2010) förklarar att intervjun är en metod som kan ge intressant och djupgående information om lä- rares syn på elever och upplevelser om undervisning och planering. En kvalitativ intervju skapar därmed en möjlighet att samla in data om lärares personliga upplevelser och erfarenheter. Kihlström (2007a) menar att den kvalitativa observationen kan bidra med beskrivningar av hur observatören upplever lärarnas känslor under en lektion med laborativa inslag men metoden bidrar inte med insamling av data gällande lärares egna upplevelser. Om undersök- ningen skulle grunda sig i att undersöka hur lärare undervisar med laborativa inslag hade den kvalitativa observationen varit en lämplig metod. Trost (2010) belyser att intervjuer ger komplexa och innehållsrika svar i vilket intressanta åsikter, skeenden och mönster kan identifieras och uppmärksam- mas, något som observationen saknar och inte kan bidra med. Den kvalitativa intervjumetoden valdes och ansågs mest lämplig för undersökningens syfte.

4.2 Urval

Urvalet i undersökningen består av åtta aktiva lärare som undervisar i årskurs 1–3 i fysik, som en del av NO-undervisningen. Respondenterna har valts ut för att all data som samlats in ska överensstämma med undersökningens forskningsfrågor och vara relevant för undersökningen. Bryman (2008) be-

(29)

22

nämner denna typ av strategiska urval som ett målinriktat urval. Responden- terna i urvalet kommer från fem olika kommuner i Mellansverige med varie- rande storlek. Skolorna som de olika respondenterna representerar varierar li- kaså de i storlek och är belägna både på landsbygden och inne i större orter och städer. Då urvalet innefattar olika kommuner ger det en större infallsvin- kel som bidrar med fler perspektiv på lärares olika uppfattningar jämfört med om endast en arbetsplats eller kommun skulle vara representerad. Bryman (2008) menar att det är svårt att veta hur många intervjuer som bör genomfö- ras innan en mättnad uppnås. Antalet intervjuer i denna undersökning anses vara rimligt inom den utsatta tidsramen och rådande samhällssituation.

Nedan presenteras varje respondent kort tillsammans med en beskrivning av hur lång yrkeserfarenhet lärarna har, vilka ämnen de är behöriga att undervisa i och hur intervjun ägde rum. Alla namn är fingerade och presenterade utan inbördes ordning.

Sofia har arbetat som verksam lärare i 25 år. Hon är behörig att undervisa från förskoleklass upp till årskurs sju. Sofia är behörig att undervisa i NO, svenska, matte, SO och bild på lågstadiet samt matte, bild och NO upp till årskurs sju. Sofia har undervisat i NO i ca. 24 år. Hon tycker att fysik är ett roligt ämne men att det är svårt att förklara. Intervjun med Sofia skedde via ett digitalt videomöte.

Petra har arbetat som verksam lärare i 14 år. Hon är behörig att undervisa i förskolan och förskoleklass upp till årskurs sex. Petra är behörig lärare i äm- nena svenska, svenska som andraspråk, matte och engelska och har undervisat i NO sedan ett år tillbaka. Fysik är inte Petras favoritämne att undervisa i utan hon upplever att det endast är något som måste göras. Intervjun ägde rum på skolan efter skoldagens slut.

Lisa har arbetat som verksam lärare i fyra år. Hon har behörighet att under- visa från förskoleklass upp till årskurs tre. Svenska, matte, engelska, SO, bild och NO är de ämnen hon är behörig att undervisa i på lågstadiet. Hon har undervisat NO i fyra år. Lisa tycker fysik är kul men svårt. Intervjun med Lisa skedde via ett digitalt videomöte.

Klara har arbetat som verksam lärare i 23 år. Hon har behörighet att under- visa från årskurs ett till årskurs sex. Klara är behörig att undervisa i svenska, matte, engelska, NO, SO, bild och idrott från årskurs ett till årskurs sex. Hon har undervisat i NO i 21 år. Klara tycker att fysik är ett roligt ämne att undervisa i. Intervjun med Klara ägde rum på skolgården efter skoldagens slut.

Alicia har arbetat som verksam lärare i nio år. Hon är behörig att undervisa i förskolan och från förskoleklass upp till årskurs sex. De ämnen som Alicia är

(30)

23

behörig i är svenska och matte i årskurs 1–6 och NO, teknik samt svenska som andraspråk i årskurs 1–3. Hon har undervisat i NO i sju år. Alicia tycker det är helt okej att undervisa i fysik. Intervjun med Alicia skedde via ett digitalt videomöte.

Måns har arbetat som verksam lärare i snart sju år. Han är behörig att under- visa i ämnena svenska, matte, engelska, SO samt NO i årskurs 1–3. Måns är också behörig att undervisa i matte och svenska i årskurs 4–6. Han har undervisat i NO på lågstadiet i ett år. Måns tycker att fysik är ett roligt men svårt ämne. Intervjun med Måns ägde rum inomhus efter skoldagens slut.

Olivia har arbetat som verksam lärare i 10 år och är behörig att undervisa från förskoleklass upp till årskurs sex. På lågstadiet är hon behörig att undervisa i alla ämnen förutom engelska och på mellanstadiet är hon behörig i matte, svenska, idrott, bild och musik. Olivia har undervisat i NO i åtta år.

Hon tycker att fysik är ett svårt ämne att undervisa i. Intervjun med Olivia skedde via ett digitalt videomöte.

Natalie har arbetat som verksam lärare i åtta år och är behörig att undervisa i förskolan och från förskoleklass upp till årskurs sex. De ämnen som Natalie är behörig i är svenska och matte i årskurs 1–6 samt NO och svenska som andraspråk i årskurs 1–3. Detta är hennes andra år med NO i undervisningen.

Natalie tycker att fysik är ett roligt ämne att undervisa i där eleverna på ett enkelt sätt kan involveras. Däremot är det inte ett ämne hon valt att undervisa i om hon fick bestämma. Intervjun med Natalie ägde rum på skolan efter da- gens slut.

4.3 Datainsamlingsmetoder

4.3.1 Semistrukturerad intervju

Den intervjuform som användes i denna undersökning var den semistrukturerade intervjun. Som Bryman (2008) förklarar används semistrukturerade intervjuer när undersökningen har ett tydligt fokus. Bryman (2008) förklarar vidare att om undersökningen genomförs av fler än en forskare eller om det är flera olika respondenter som deltar i undersökningen är semistrukturerad intervju att föredra. Det beror på att en jämförelse enklare kan göras om intervjun utgått från samma frågeområden. För att samla in data som besvarar forskningsfrågorna designades en intervjuguide inför intervjuerna. En intervjuguide används för att intervjuaren ska hålla sig till det ämne som under- sökningen syftar till (Bryman, 2008). Intervjuguiden kan innefatta antingen

(31)

24

övergripande teman eller frågor. Frågorna bör däremot inte vara för detalje- rade utan vara av mer allmän karaktär för att undvika att styra respondenten till ett specifikt svar. Frågorna ska låta respondenten svara fritt och tillåta möjligheten att fritt utveckla alternativa idéer eller synsätt (Bryman, 2008;

Trost, 2010).

Den intervjuguide som skapades inför undersökningens intervjuer innehåller fem frågeområden (se bilaga 3). Första delen av intervjuguiden innehåller in- ledande frågor som bland annat berör lärarbehörighet, antal år som yrkes- verksam och attityd till NO-ämnet. Frågeområde två fokuserar på lärarens undervisning där läraren får berätta om hur arbetet med laborationer brukar genomföras. Följande frågeområde är elevernas kunskaper där läraren får be- rätta om hur hen upplever att kunskaper kan utvecklas och fördjupas med hjälp av laborativa undervisningsinslag. Det fjärde frågeområdet fokuserade på lärarens upplevelser av det laborativa arbetssättets fördelar och utveckl- ingsområden. Det sista frågeområdet, avslutande frågor, skapades för att re- spondenterna skulle kunna göra tillägg som de känt att de inte kunnat lyfta under de övriga områdena eller om de funderade på något annat.

Under intervjuerna användes en ljudupptagare via mobiltelefon. Ljudupptag- ningarna gjorde det möjligt att lyssna på intervjuerna upprepade gånger i ef- terhand för att uppmärksamma till exempel ordval och tonfall (Trost, 2010).

Med hjälp av ljudupptagningsutrustning behövde inte varje ord antecknas utan intervjuaren kunden istället fokusera på vad som nämndes i samtalet för att lättare följa respondentens svar och resonemang.

4.3.2 Genomförande

För att komma i kontakt med lärare som kunde tänka sig att ställa upp på intervju nyttjades kända kontakter från olika skolor. Förfrågningar skickades via mail personligen till 13 lärare och till två rektorer på två olika skolor. Av de tillfrågade var det åtta av de 13 personligt tillfrågade lärarna som svarade och valde att ställa upp på en intervju. All kontakt inför intervjun skedde via mail. De åtta lärarna tilldelades informationsbrev (se bilaga 1) med tillhö- rande samtyckesblankett (se bilaga 2) innan intervjun ägde rum. Informat- ionsbrevet som tilldelades innehöll information om undersökningens syfte, förslag på tid och plats för intervjun samt om hur uppgifter förvaras och an- vänds. Lärarna blev också tillfrågade om inspelning av intervjun var möjlig, något som alla lärare gav samtycke till. Med tanke på den rådande pandemin anpassades intervjuerna efter samhällets rekommenderade restriktioner. Lä-