Hur gymnasieelever i grupp förklarar ett naturvetenskapligt fenomen

Examensarbete

15 högskolepoäng, avancerad nivå

Hur gymnasieelever i grupp förklarar ett

naturvetenskapligt fenomen

How high school students in a group explain a scientific

phenomenon

Kim Andersson

Lärarexamen 90hp Handledare: Ange handledare

Naturvetenskap och lärande 2013-09-06

Examinator: Agneta Rehn

Handledare: Jesper Sjöström

Lärarutbildningen

Sammanfattning

Syftet med det här arbetet är att undersöka hur gymnasieelever i grupp formulerar förklaringar av ett naturvetenskapligt fenomen. Förklaringarnas uppbyggnad analyseras med hjälp av en modell för argumentationsanalys. Gruppernas diskussionsförlopp studeras med hjälp av modellen för att undersöka hur eleverna konstruerar argument tillsammans. Även huruvida grupperna lyckas formulera vetenskapliga förklaringar undersöks. Studien genomfördes med hjälp av

videoobservationer på smågrupper av elever som diskuterar kring ett experiment med ett tydligt observerbart fenomen de precis fått se. Resultaten jämförs med tidigare forskning på området kring elevers sätt att konstruera argument. Resultaten pekar på att eleverna formulerar enkla vetenskapliga förklaringar på fenomen och ger även hållbara argument i sina formuleringar. Studien pekar dock på att elever, för att formulera starka argument och hållbara vetenskapliga förklaringar, bör tränas i argumentationsteknik. Resultaten bekräftar även vad annan forskning visar kring hur elever konstruerar argument tillsammans.

Nyckelord: argumentation, argumentationsanalys, gruppdiskussion, naturvetenskapliga fenomen, observation, samarbete, undersökning, vetenskapliga förklaringar, gymnasieelever

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 7

2 Syfte och frågeställning ... 8

3 Litteraturgenomgång ... 9

3.1 Viktiga begrepp ... 9

3.1.1 Vetenskapliga förklaringar ... 9

3.1.2 Argument ... 10

3.1.3 Starka- respektive svaga argument ... 12

3.1.4 Sam-konstruerande av argument ... 13

3.2 Tidigare forskning och betydelsen av argumentation ... 13

3.2.1 Argument och Sam-konstruerande av argument ... 14

3.2.2 Argumentationens betydelse och de naturvetenskapliga ämnesplanerna ... 16

4 Metod ... 19

4.1 “Att elda ett ljus i ett kärl” ... 19

4.2 Urval ... 21 4.3 Etiska frågeställningar ... 22 4.4 Forskningsmetodik ... 22 4.5 Videoobservationen ... 24 4.6 Genomförandet av undersökningen ... 25 4.7 Analysförfarandet ... 26

4.8 Validitet och reliabilitet ... 28

5 Resultat och analys ... 32

5.1 Grupp 1 ... 33

5.2 Grupp 2 ... 34

5.3 Grupp 3 ... 35

5.4 Grupp 4 ... 36

5.5 Gruppernas samarbete under diskussionsförloppet ... 37

5.6 Hur eleverna argumenterar ... 38

6 Diskussion och slutsats ... 40

6.1 Gruppernas förklaringar ... 40

6.2 Gruppernas samarbete under diskussionsförloppet ... 41

6.3 Gruppernas argumentation ... 42

6.5 Slutsats ... 47 7 Referenser ... 50

1 Inledning

Elever undervisas i de naturvetenskapliga ämnena från och med grundskolans tidigare år och en del fortsätter studera naturvetenskapliga ämnen även på gymnasienivå. Oavsett nivå ska undervisningen ge allmän kunskap om naturvetenskap samt fördjupad kunskap i respektive ämne; biologi, fysik och kemi. I de nya ämnesplanerna i Gy11 (Skolverket, 2011) återkommer begrepp som ”analysera”, ”tolka”, ”formulera”, ”lösa problem”, ”reflektera” och

”kommunicera” för alla naturvetenskapliga ämnen. Som ett genomgående syfte från samtliga naturvetenskapliga ämnesplaner finns en variant av följande mening; ”Genom undervisningen ska eleverna ges möjlighet att utveckla ett naturvetenskapligt perspektiv på vår omvärld” (Skolverket, 2011 s.1).

Naturkunskapen kan betraktas som en subkultur till vår egen vardagliga kultur där sättet att resonera och kommunicera skiljer sig från det vardagliga och det som vi ser som det normala (Sjøberg, 2000). Naturkunskapen kan upplevas abstrakt och livsfrämmande samt att man kan få uppfattningen av att man inte kan någonting om man inte talar det korrekta språket (Sjøberg, 2000).

Argumentation är en stor del av naturvetenskapen. Genom att integrera argumentation i klassrumsundervisningen kan metakognitiva processer, kritisk resonemangsförmåga och vetenskapens kulturella aspekter tränas (Cavagnetto, 2010).

I den här studien genomförs en observation på fyra smågrupper av elever som gemensamt läser naturvetenskapsprogrammet i årskurs två på gymnasiet. Undersökningen fokuserar på hur elever diskuterar i grupp med varandra för att gemensamt lösa en uppgift som går ut på att förklara för dem ett eventuellt okänt naturvetenskapligt fenomen. Undersökningen fokuserar främst på elevernas argumentation men även till viss del på hur diskussionen är uppbyggd, hur själva diskussionsförloppet ser ut i gruppen.

2 Syfte och frågeställning

Studien syftar till att undersöka hur elever, i ett naturvetenskapligt sammanhang, diskuterar och förklarar ett naturvetenskapligt fenomen. Undersökningen syftar, i sin tur, till att ge underlag för en vetenskapligt baserad analys och slutsats med avseende på argumentation och samarbete.

Målet med studien är att bättre kunna möta de nya ämnesplanerna för de naturvetenskapliga ämnena (Gy11).

Frågeställningar:

 Hur förklarar elever i grupp ett naturvetenskapligt fenomen?

- Hur argumenterar de i ett gruppsamarbete kring ett naturvetenskapligt fenomen i syfte att förklara fenomenet?

- Hur ser samarbetet dem emellan ut under själva diskussionsförloppet?

3 Litteraturgenomgång

I det här avsnittet behandlas först begreppen som används vid analysen av

observationsmaterialet samt beskrivningar av dessa. Därefter görs en genomgång av tidigare forskning på området i relation till dessa begrepp. Sist behandlas de naturvetenskapliga ämnesplanerna och målen med studier i dessa ämnen.

3.1 Viktiga begrepp

Under detta delavsnitt finns de viktiga begrepp som används i studien. Dessa begrepp definieras och förklaras utifrån den vetenskapliga litteraturen på området.

3.1.1 Vetenskapliga förklaringar

En av vetenskapens viktigaste uppgifter är att förklara observerade skeenden. Den vanligaste formen av förklaringar inom naturvetenskapen är orsaksförklaringar och inom fysiken är det den enda acceptabla formen. Med orsaksförklaring menas att man förklarar ett fenomen genom att ange orsaken till fenomenet (Føllesdal, Walløe & Elster, 2001). En orsaksförklaring på ett skeende kan förklaras på följande sätt:

”En orsaksförklaring av ett skeende X består av (i) ett angivande av en tidigare händelse Y och (ii) en uppsättning initialvillkor Z, sådana att (iii) det finns en orsakslag som säger att under betingelserna Z kommer Y alltid att följas av X.” (Føllesdal, Walløe & Elster, 2001 s. 199)

Det är dock inte nödvändigt att denna orsakslag verkligen förklarar fenomenet.

Något som är vanligt förekommande inom naturvetenskaplig utbildning är olika nivåer av förklaringar. Till exempel kan en förklaring anses vara acceptabel om man tar hänsyn till personens kunskapsnivå. Rundgren (2006) menar att elever kan visa på en vetenskaplig förståelse fast de uttrycker sig på ett icke-vetenskapligt sätt. Till exempel kan en person ange

föregående händelse Y som ger upphov till händelse X och även ange en uppsättning initialvillkor Z utan att förmå ge någon hänvisning till en orsakslag (Føllesdal, Walløe & Elster, 2001). Dessa orsaksutsagor kan ses som en början till en förklaring då personen använder uttryck som ingår i lagen.

3.1.2 Argument

I svenska akademiens ordlista beskrivs betydelsen av begreppet argument som ”bevisgrund, skäl” och att argumentera betyder ”ange skäl” (Svenska akademien, 2012).

De argument man kan förvänta sig inom såväl den allmänna vetenskapen som inom naturvetenskapen bör vara rationella argument baserade på bevisande eller sannolika grunder. De bör bygga på naturvetenskapliga lagar och formuleras med för ämnet relevanta termer och begrepp samt formulerade i sitt rätta sammanhang. Termer och begrepp inom

naturvetenskapen är starkt kontextberoende med dess entydighet beroende på inom vilken naturvetenskaplig gren man befinner sig.

Enligt Toulmin (2003) i boken The uses of argument, finns det sex element, nyckelbegrepp, i vad som utgör ett rationellt argument. Toulmin (2003) menar att rationella argument följer helt eller delvis ett typiskt mönster, vilket beror på syfte och sammanhang. Han påpekar att tidigare form av modell för argumentationsanalys brister eftersom det är svårt att kategorisera in argumentens olika element i modellen. Toulmin (2003) gör en liknelse med juridiken och hänvisar till hur advokater i ett rättsligt mål tydligt för sina argument med en tydlig struktur och ger med det samtidigt ett argument för att tidigare modeller för argumentationsanalys inte är tillräcklig för att analysera argument med. Toulmin (2003) använder också just juridiken för att bygga upp och argumentera för sin egen modell för argumentationsanalys.

Nedanstående lista av nyckelbegrepp kommer från Toulmins (2003) bok, The uses of

arguments. Förklarningarna till nyckelbegreppen baseras på Toulmins definitioner men också tolkningar av Toulmins nyckelbegrepp gjorda av Tavares, Jiménez-Aleixandre och Mortimer (2009), Simon, Eduran och Osborne (2006), Jiménez-Aleixandre, Rodríguez och Duschl (1999) samt Gott och Duggan (2007). Det bör nämnas att förklaringarna inte är direkta citat. En bild som stödjer förklaringen av Toulmins modell finns på sidan 12 (se figur 1).

Toulmins (2003) nyckelbegrepp:

 Data (fakta). Med fakta avser man de bevis man anser sig ha. Detta är vad man baserar sitt påstående eller slutsats på.

 Claim (påstående). Detta är påståendet eller slutsatsen man drar från de fakta man observerat, erhållit eller refererar till. Det kan vara ett påstående om en möjlig förklaring till ett fenomen eller slutsatsen man drar ifrån de fakta man har. Dock kan ett påstående ges utan referens till fakta, påståendet är då ett antagande man gör.

 Warrant (berättigande). Ett berättigande fungerar som en bro-liknande utsaga som understödjer övergången från fakta till påstående och länkar samman de två

begreppen. Det kan handla om värderingar, anledningar, regler eller principer som stödjer denna ”bro”.

 Backing (stödjande). Understödjer berättigandet. Stödjandet är den detaljerade delen till berättigandet som direkt länkar till påståendet. Stödjandet kan refereras till i det fall berättigandet blir ifrågasatt (motstående påståenden, motfrågor, motbevis).

 Qualifier (bestämmande). Är med vilken sannolikhet påståendet är korrekt. Är påståendets styrka.

 Rebutal (motpåstående, motbevis):

 Är undantag till påståendet och/eller situationer då påståendet inte gäller. (Toulmin, 2003)

 Bestridning av bevisningen i det formulerade påståendet. (Tavares, Jiménez-Aleixandre & Mortimer, 2009)

 Uttalanden som motsäger antingen fakta, berättigande, stödjande eller bestämmande av ett argument.

(Simon, Eduran & Osborne, 2006)

Begreppet rebutal (motpåstående, motbevis) tolkas utifrån både Toulmins (2003)

definition, Kuhn´s definition (Tavares, Jiménez-Aleixandre & Mortimer, 2009) och även utifrån Simon, Eduran och Osbornes (2006) tolkning.

Figur 1: En bild (wikimedia, 2012) som stödjer förklararingen av Toulmin´s modell för argumentationsmönster (TAP, Toulmin Argumentative Pattern).

3.1.3 Starka- respektive svaga argument

För att ett argument överhuvudtaget ska vara hållbart ska det innehålla, förutom ett påstående, åtminstone fakta (Simon, Eduran & Osbornes, 2006). För att kunna avgöra någon form av kvalité på argumenten kan omfattningen av nyckelbegreppen i ett argument ge en indikation på kvalitén. Svaga argument kan bestå av påståenden utan egentligt understödjande och motivering i form av varken berättigande eller stödjande. Det saknas också någon form av hänvisning till en styrkande grund som till exempel fakta från en observation. Dessutom får de få motpåståenden. Starka argument är väl understödda med motivering i form av både berättigande och stödjande. Det är fler hänvisningar till styrkande i form av till exempel fakta. De står även emot motargument och kan således försvaras mot motpåståenden (Osborne, Erduran & Simon, 2004).

3.1.4 Sam-konstruerande av argument

”Sam-konstruerande är en form av samarbete där ett argument konstrueras samtidigt av elever från begrepp/föreställningar” (Mueller, 2009 s. 141). I diskussionen mellan eleverna växer således hypoteser och argument fram och stärks tack vare att eleverna lägger fram påståenden som blir stärkta, utmanade eller avvisade av andra elever. Några exempel är: Om en elev lägger fram ett påstående som blir stärkt av en annan elevs inlägg kan eleven bygga vidare på sin hypotes och forma ett argument, alternativt så tar den andra eleven vid och bygger vidare på påståendet från den första eleven. En elevs påstående kan bli stärkt genom att andra elever lägger fram fakta som stödjer påståendet (Osborne, Erduran & Simon, 2004). Ett annat sätt är att andra elever lägger fram ett berättigande alternativt förstärker/fördjupar ett redan

formulerat berättigande till ett påstående (Tavares, Jiménez-Aleixandre & Mortimer, 2009). På detta sätt kan ett argument konstrueras gemensamt av eleverna när de närmar sig en samstämmighet i processen eller når konsensus förutsatt att två eller flera elever bidrar med olika delar till detta argument (Mueller, 2009).

3.2 Tidigare forskning och betydelsen av argumentation

Vetenskapliga förklaringar och argumentation är nära sammankopplade och deras praxis kan anses komplementära (Berland och Reisner, 2008). I till exempel ett sammanhang där en förklaring på ett fenomen ska formuleras av en grupp uppstår en naturlig kontext för

främjandet av argumentation mellan gruppmedlemmarna. De formulerar argument i syfte att övertyga varandra om deras förståelse kring fenomen (Berland och Reisner, 2008). I sin tur skapar argumentationen en arena där gruppmedlemmarna kan konstruera en välgrundad förklaring tillsammans när de når konsensus (Berland och Reisner, 2008).

3.2.1 Argument och Sam-konstruerande av argument

Att lära sig praxisen kring formuleringar av vetenskapliga förklaringar och praxisen kring argumentationsföring, och sambandet mellan dessa, innebär att de tre målbegreppen

meningsskapande, artikulation och övertalning behöver beaktas (Berland & Reisner, 2008). Meningsskapande innebär att skapa förståelse för fenomenet genom användning av fakta och begreppsmässig kunskap, artikulation innebär att verbalisera den förståelsen och övertalning innebär att övertyga andra om denna förklaring genom att använda vetenskapliga metoder för att explicit koppla samman bevisen med det vetenskapliga påståendet (Berland & Reisner, 2008).

Under gruppdiskussioner får gruppmedlemmarna ett tillfälle att tillsammans resonera, konstruera hypoteser och formulera argument. De tillåts att tänka högt. I denna typ av diskussion växer således idéer fram och tar form allteftersom gruppmedlemmarna för en ”fram-och-tillbaka”-dialog som innehåller bland annat upprepningar, omdefinieringar och utveckling av idéer (Mueller, 2009).

En studie gjord av Jiménez-Aleixandre, Rodríguez och Duschl (1999) kring elevers

diskussioner, både i smågrupper och i helklasser, visar på att elever utvecklar argument när de ska formulera slutsatser som grundar sig i fakta. I samband med studien hade eleverna

undervisningssekvenser inom genetikområdet och vid undersökningstillfället fick eleverna problemuppgifter samt fick fakta givet i form av en hypotes. De hade även fått olika påståenden givna och uppgiften gick ut på att komma fram till vilket av dessa påståenden gruppen ansåg vara rätt och motivera valet. Eleverna visar på variationer i argumenten och ger också några få mer sofistikerade argument som innehåller berättiganden och stödjanden. De använder analogier och metaforer i sina formuleringar kring argumenten. Eleverna ger dock betydligt fler påståenden i jämförelse med att ge berättiganden och stödjanden och i de fall stödjanden formuleras är de oftast implicita. Oftast är elevernas påståenden inte underbyggda. Eleverna i denna studie hade inte erhållit någon särskild träning i argumentation men de hade blivit ombedda att i helklass redogöra för skälen till sina val, det vill säga att ge

berättiganden. Eleverna som var i åldrarna 14-15 (årskurs 9) visade också på att de sam-konstruerar argument genom att till exempel en elev ger ett påstående samt ett berättigande varpå en annan elev ger ett stödjande.

En studie gjord av Tavares, Jiménez-Aleixandre och Mortimer (2009) med liknande utgångspunkt kring elevers diskussioner, både i smågrupper och i helklasser, visar på att elever formulerar argument som innehåller både- fakta, påståenden, berättiganden, stödjanden och formulerar även motpåståenden. I samband med studien hade eleverna undervisningssekvenser kring evolution och vid undersökningstillfället fick de

problemuppgifter och två möjliga men kontrande förklaringar till problemuppgifterna varpå de skulle välja en av dessa och motivera varför. Studien visar också att eleverna, inte bara återger relevanta termer från minnet utan även lyckas använda dem på sofistikerade sätt för att ge mening åt ämnet som diskuteras. De använder även de teoretiska föreställningar de har kring ämnet och som de kommit i kontakt med tidigare för att stärka eller avvisa påståenden (Tavares, Jiménez-Aleixandre & Mortimer, 2009). Eleverna hade inte erhållit någon särskild träning i argumentation. Eleverna som var i åldrarna 17-18 (årkurs 12) sam-konstruerade argument genom att till exempel en elev ger ett påstående och ger en typ av berättigande samt försvarar det påståendet mot motpåståenden genom att hänvisa till fakta varpå en annan elev fördjupar dessa fakta och även dessa berättiganden.

I en studie av Osborne, Erduran och Simon (2004) hade 12 lärare fått träning i argumentationsteknik under ett år samt instruktioner i uppgifter som involverade

argumentationsteknik. Året efter valdes sex av dessa lärare ut, de som lyckats bäst, till att undervisa elever under ett år i argumentationsteknik med bland annat uppgifter kring argumentationsteknik. Eleverna var i åldrarna 12-13 (årskurs 8) och tränades således i

argumentationsteknik under ett år i smågrupper. De instruerades i samband med aktiviteterna hur de skulle föra, strukturera och rättfärdiga sina påståenden, detta i nära samarbete med läraren som var instruktören för aktiviteten. Studien visade på scenarion där elever sam-konstruerade argument genom att en elev ger ett påstående och andra elever refererar till fakta eller ger ett berättigande.

Chin och Osborne (2010) gjorde en studie på elever i åldrarna 12-14 som fick i uppgift att diskutera kring två olika grafer som påstods föreställa förloppet där is upphettades tills det förångades, där syftet var att komma fram till vilken som bäst förklarade förloppet. Eleverna fick diskutera i smågrupper och presentera ett skriftligt argument. Till sin hjälp fick de frågeställningar för att kunna strukturera upp ett argument del för del. Till detta fick de ett tillhörande argumentationsblad med de strukturella komponenterna i ett argument (TAP). Ett fokus låg på frågeställningar i studien. Studien visar att när elever ställer frågor till varandra under gruppdiskussioner tvingas själva konstruktionen av elevernas argument att belysas. Det

är kravet på förtydliganden, fakta och så vidare som gör att förklaringarna till dessa måste vara mer detaljerade och grundade. På detta sätt stimuleras ett samarbetsklimat där eleverna bidrar med flera ståndpunkter och där eleverna samarbetar för att nå en konsensus genom att tillsammans berättiga den framväxande gemensamma ståndpunkten. Detta är en form av sam-konstruerande av argument där en starkare typ av argument formuleras.

Studierna ovan visar på hur eleverna formulerar argument och visar exempel på hur de olika sätten att sam-konstruera argument kan gestalta sig.

3.2.2 Argumentationens betydelse och de naturvetenskapliga ämnesplanerna

Naturvetenskapen är samlingsnamnet för alla de olika delar som formar grunden för vår vetskap om vår fysikaliska omvärld. Denna vetskap om vår omvärld har tolkats utifrån naturvetenskapens företrädare under historiens gång. Naturvetenskapen är en slags subkultur till den vardagliga kultur vi normalt interagerar med, där sättet att resonera och kommunicera skiljer sig från det vardagliga språket (Sjøberg, 2000). Att lära sig naturvetenskapen innebär att man introduceras i det språk naturvetenskapen använder (Mortimer & Scott, 2003). Att tillgodogöra sig det naturvetenskapliga språket innebär således att ta till sig en slags kultur som har sin bakgrund i en tradition från det vetenskapliga samhället (Strömdahl, 2002). Denna tradition formad av dessa naturvetenskapens företrädare är en typ av socialt språk (Mortimer & Scott, 2003). Med socialt språk menas att dessa företrädare informellt satt agendan för vad som anses vara allmänt accepterat inom naturvetenskaplig kontext i form av till exempel resonemang och kommunikation.

Lemke (1990) skriver om betydelsen av att lära sig det naturvetenskapliga språket för att till fullo förstå naturvetenskapens sätt att resonera och kommunicera. Han påpekar att strukturen på dialogen är viktig och utgör en form av språklig bas som eleverna ska lära sig. Genom dialogen med läraren eller andra elever ska eleverna finna ett mönster i strukturen på dialogen och på så sätt lära sig att avgöra vad som är viktigt i sammanhanget, att kunna extrahera den vetenskapliga meningen, det relevanta innehållet.

I Gy11 (Skolverket, 2011) återkommer begrepp som ”analysera”, ”tolka”, ”formulera”, ”lösa problem”, ”reflektera” och ”kommunicera” för alla naturvetenskapliga ämnen. Som ett genomgående syfte från samtliga naturvetenskapliga ämnesplaner finns en variant av följande mening; ”Genom undervisningen ska eleverna ges möjlighet att utveckla ett

naturvetenskapligt perspektiv på vår omvärld” (skolverket, 2011). För att stödja utvecklingen i det naturvetenskapliga språket måste vetenskapliga begrepp och processer, metakognitiva processer, kritisk resonemangsförmåga och vetenskapens kulturella aspekter tränas

(Cavagnetto, 2010). Framförallt de tre sista förmågorna kan tränas genom att integrera

argumentation i klassrumsundervisningen som i sin tur fostrar till ett naturvetenskapligt språk (Cavagnetto, 2010).

En studie av Iordanou (2010) visar att elever i åldrarna 11-13 som erhåller träning i argumentation inom de naturvetenskapliga områdena kan överföra de färdigheter de lärt sig inom argumentationsteknik till de humanioraområdena. Det omvända förhållandet gäller också men överföringen av argumentationstekniska färdigheter från naturvetenskapliga områden till humanioraområden är större än vice versa. Således är argumentationstekniska färdigheter överförbara mellan olika ämnesområden.

Osborne, Erduran och Simon (2004) rapporterar att elever som har instruerats i argumentationsteknik från sina undervisande lärare, som i sin tur hade instruerats i argumentationsteknik, visade på förbättringar i kvalitén på elevernas argument. Dock rapporterar Shemwell och Furtak (2010) att om för stor tonvikt läggs på att själva

bevisföringen ska vara bra i argumentationen har det en tendens att hämma det utforskande och rika samtalet kring begrepp. Lärarens instruktioner i argumentationsteknik är viktig samt att skapa de rätta förhållandena för argumentation mellan eleverna. Simon, Eduran och Osborne (2006) rapporterar att flertalet av de lärare som genomgår träning i

argumentationsteknik också blir bättre på att undervisa argumentationsteknik i en

vetenskaplig kontext. Yeh och She (2010) rapporterar dock att till och med datorprogram kring vetenskapsinlärning innehållande en komponent av argumentationsträning resulterade i att elever förbättrade sin argumentationsförmåga och att även förändring i begreppsmässiga missuppfattningar förbättrades.

Chin och Osborne (2010) belyser att oenighet och kognitiva konflikter verkar vara en viktig pusselbit i möjligheterna att förändra begreppsmässiga missuppfattningar hos individer. Jonassen och Bosung (2009) hävdar att argumentationen innehåller en komponent av kritiskt tänkande och att lära sig att argumentera är att tillägna sig ett sätt att tänka som är avgörande för problemlösningsförmågan och som kan förändra begreppsmässiga missuppfattningar. I

gruppdiskussioner uppstår eventuella meningsskiljaktigheter som kan inducera en argumentation bland eleverna och i och med det uppstår också en strävan efter att nå en konsensus. Dock har oftast elever svårt för att konstruera bra argument. De ger inte fakta och berättiganden, har svårt att formulera fakta till sina påståenden eller så förlitar de sig endast på fakta till stöd för sina påståenden utan att ge varken berättiganden eller stödjanden (Chin & Osborne, 2010).

4 Metod

I det här avsnittet beskrivs hur urvalet är gjort med avseende på elever, gruppstorlek samt vilka etiska frågeställningar som beaktats. Genomförandet av observationen beskrivs samt en kort diskussion kring videoobservation som observationsform. Forskningsmetodiken beskrivs med hänvisning till litteratur. Sist beskrivs själva analysförfarandet och undersökningens tillförlitlighet. Avsnittet börjar med en beskrivning av det experimentet som eleverna får se och som de har i uppgift att förklara. Beskrivning innehåller information om experimentets historia och förklaringen på det fenomen som observeras under experimentets genomförande.

4.1 “Att elda ett ljus i ett kärl”

Experimentet som på engelska ibland refereras till som ”Burning a candle in a vessel” går till på det sättet att man tar en tallrik eller liknande, helst av den djupare sorten, och fyller den med vatten så att hela botten täcks med vatten. Djupet bör vara en halv till en centimeter. Vattnet kan med fördel vara färgat med karamellfärg för att synas bättre. När vattnet fyllts på i tallriken ställer man ett värmeljus i mitten av tallriken och tänder ljuset. När ljuset brinner tar man glaset och håller det upp- och nervänt samtidigt som man för det över ljuset och till slut ställer glaset på botten av tallriken. Nu är det bara att invänta och observera vad som händer (se bild 1).

Experimentet är över 2000 år gammalt, men det var först år 1777 som Lavoisier lyckades ge en korrekt förklaring på fenomenet tack vare att han använde noggrant konstruerade experiment för att testa sina hypoteser (Vera, Riviera & Núñez, 2011). Lavoisier kom fram till att den verkliga förändringen i volym under hela försöket är mindre än 1 % totalt. Den totala volymförändringen på 1 % gäller dock i ett slutet system. Den volymförändring man iakttar under experimentets gång är på grund av den termiska expansionen av luften i glaset.

Den volymförändring man får om man utför experimentet enligt bild 1 är på betydligt mer än 1 %. Förklaringen ligger i att när glaset väl placeras över ljuset sipprar (bubblar) en del av luften ut runt kanten på glaset dvs. från den luft som precis blivit innesluten i glaset. Det har att göra med den termiska expansionen av luften som ljuset skapar. Den trycker då ner vätskenivån i glaset i början av experimentet. Detta är svårt att observera och det är därför

som det länge rådigt en missuppfattning kring den riktiga förklaringen på fenomenet. Utförs experimentet i ett slutet system som Lavoisier gjorde uppstår inte detta fel.

Förklaringen till fenomenet är att luften först expanderas på grund av värmen från ljuset och när glaset ställs ner över ljuset så trycks vätskeytan först ner på grund av den

expanderande luften. Det är också i detta skeende som luft sipprar ut mellan glaset och botten på tallriken. En del av luftpartiklarna som först inneslöts av glaset försvann således ut. När ljuset slocknar så minskar luftens volym i glaset och således trycket. Trycket på vattenytan utanför glaset blir då högre än trycket på vattenytan innanför glaset. För att utjämna

tryckskillnaderna sugs vatten in mellan glaset och botten på tallriken tills det att trycket blir lika stort utanför som innanför glaset, det vill säga ett atmosfärstryck.

Experimentet berör fysikaliska men även kemiska principer och samband. Tryck, Pascals princip, allmänna gas lagen och molvolymen är några exempel som kan användas i

förklaringen på fenomenet. I allmänna gaslagen finns sambanden: tryck är proportionerligt mot temperaturen respektive tryck är omvänt proportionerligt mot volymen; båda sambanden är delar av allmänna gaslagen. Molvolymen är ungefär lika för alla gaser vid NTP.

De fysikaliska och kemiska principerna och sambanden gäller naturligtvis oavsett om du utför experimentet som Lavoisier eller inte. En förklaring kan ändå ges som inte tar hänsyn till felaktigheten.

Bild 1: Här är en bild på experimentet precis när glaset är satt över ljuset och ner över vattenytan. Här brinner fortfarande ljuset. Vattnet är rödfärgat för att synas bättre.

4.2 Urval

Undersökningen utfördes hösten 2011 på två olika kommunala gymnasieskolor i sydvästra Skåne i två olika städer. Kontakt togs med en undervisande lärare i kemi på respektive skola och de bistod med elever till undersökningen. Förutsättningen för studien var att det skulle vara gymnasieskolor och elever som läser naturvetenskapsprogrammet i årskurs två.

Videoobservationer gjordes på smågrupper med blandad sammansättning vad gäller kön och kunskapsnivå. Två observationer på respektive skola gjordes och sammanlagt gjordes fyra stycken (fyra grupper totalt). De olika gruppernas storlek och könssammansättning finns i tabell 1 nedan. Sammansättningen av grupperna var undervisande lärare på respektive skola ansvariga för men önskemål framfördes att läraren skulle sätta ihop grupper om 3-4 personer med blandad könsfördelning samt med olika kunskapsnivå. Samtliga elever gick

naturvetenskapsprogrammet i årskurs två och de båda undervisande lärarna på respektive skola hade gemensamt att de undervisade i kemiämnet.

Vad gäller elevernas individuella kunskapsnivå så gjordes det ingen undersökning. Det var lärarnas ansvar att utifrån författarens önskemål sätta ihop grupper med blandad

kunskapsnivå. Dock ansåg författaren inte att elevernas enskilda kunskapsnivå skulle vara avgörande för undersökningen men naturligtvis ändå påverka. Omfattningen skulle bli för stor att ta med och analysera dessa faktorer i ett mindre arbete som detta.

På skola A skedde observationerna på grupperna med ungefär en timmes mellanrum mellan grupperna. På skola B skedde observationerna med en dags mellanrum mellan grupperna.

Skola/Grupp # tjejer # killar Totalt antal elever

Skola A/Grupp 1 2 2 4

Skola A/Grupp 2 3 2 5

Skola B/Grupp 3 5 - 5

Skola B/Grupp 4 1 6 7

4.3 Etiska frågeställningar

Inför varje gruppobservation informerades eleverna att det ljud- och videomaterial som skulle samlas in var till för själva analysförfarandet och att författaren är den enda som skulle ta del av materialet samt att när analysen och arbetet var klart så skulle materialet raderas.

De informerades också om att de skulle vara anonyma i själva arbetet och att deras identitet inte var av något intresse för själva studien (Vetenskapsrådet, 2011). Innan

observationen genomfördes gjordes det klart för eleverna att om de inte ville delta så kunde de välja att inte vara med och därmed skulle de kunna lämna undersökningen direkt

(Vetenskapsrådet, 2011). Eleverna fick dock ingen beskrivning av vad syftet med

undersökningen var och vad själva studien gick ut på samt vad som avsågs att analysera i materialet. Detta för att inte påverka elevernas beteende i efterföljande grupper som skulle göra uppgiften.

4.4 Forskningsmetodik

Eftersom en analys ska göras på elevernas förklaring på fenomenet, deras argumentation och själva samarbetet under gruppdiskussionen så faller det mest naturligt att välja

videoobservation som datainsamlingsmetod på grund av dess fördelar att kunna granska materialet detaljerat i efterhand. En transkription görs av det insamlade materialet. Det insamlade materialet analyserades med hjälp av Toulmins modell för argumentationsmönster, TAP (Toulmin, 2003). En tolkning av nyckelbegreppen från TAP gjordes och applicerades sedan på textmaterialet vid själva analysförfarandet.

Ett öppet förhållningssätt gentemot det insamlade materialet behölls vid analysen i syfte att kunna analysera ytterligare information som kunde knyta an till forskningsfrågorna.

Forskningsmetodiken behövde således vara flexibel nog att ny intressant och relevant information skulle kunna inkorporeras i analysen av det insamlade materialet.

En forskningsmetodik som tillåter stor frihet vid bearbetning av forskningsmaterial är Grounded theory. Charmaz (2006) beskriver i inledningen till sin bok vad en

”Enkelt uttryckt, så består Grounded theory – metoder av systematiska men ändå flexibla riktlinjer för att samla och analysera kvalitativa data för att konstruera teorier grundat i data självt” (Charmaz, 2006 s. 2)

Charmaz (2006) menar att man genom ett tidigt analytiskt skrivande kan få en större frihet att konstruera sin egen originella analys av data. Man kan helt enkelt forma analysen efter vad man fått fram från den inledande analysen av insamlad data. Du fostrar helt enkelt ditt

analytiska seende på data. Även Bryman (2011) förstärker denna tolkning av Grounded theory som forskningsmetodiskt angreppsätt där en teori genereras utifrån de data man har samlat in, snarare än att det är en teori i sig självt. Dock belyser Bryman (2011) att tolkningen om vad Grounded theory egentligen är saknar konsensus i forskarvärlden.

Inom Grounded theory talar man om kärnkategorier (selektiv kodning) som kan sägas vara den röda tråden eller det centrala fokus utifrån vilket andra kategorier integreras (Bryman, 2011). Fokus i denna studie kring ”förklaring” skulle kunna liknas vid en kärnkategori.

Förutom ett öppet förhållningssätt till materialet behövs någon form av struktur. TAP står för strukturen vid analysprocessen och för den mer specificerade delen av frågeställningen rörande hur elever argumenterar i grupp. Förutom den strukturen så analyseras materialet med ett öppet förhållningssätt. I likhet med att man söker efter kritiska händelser i löpande

observationer så söktes materialet (transkripten) igenom efter ”kritiska händelser”, skeenden eller beteenden, det vill säga sådant som visar på användningen av argument enligt Toulmin eller visar på annan relevant information som kan tänkas utkristallisera sig (Johansson & Svedner, 2010).

Vid teorigenererande observationsstudier med en hög grad av struktur har det på förhand valts ut kategorier (TAP) som analysen av materialet grundar sig på (Einarsson, 2002). Dessa kategorier är relevanta för studien och frågeställningen. En låg grad av struktur innebär motsatsen. Kategorier kan vara skeenden eller beteenden som man på förhand har valt ut att man ska söka efter vid analysen av forskningsmaterialet. Johnsson och Svedner (2010) refererar till kategoriseringsobservationer där man på förhand tydligt kategoriserar skeenden som ska observeras. Eftersom ett öppet förhållningssätt togs gentemot det insamlade

materialet så lämnas det öppet att i efterhand lägga till fler kategorier. I studien används en blandning av låg och hög grad av struktur. Den låga graden av struktur ger en frihet i analysen av materialet, likt förhållningssättet i Grounded theory. Den höga graden av struktur och på förhand valda kategorier från TAP ger ett djup på den breda frågeställningen ”Hur förklarar elever i grupp…”, den grund undersökningen står på.

4.5 Videoobservationen

I denna undersökning användes videoobservation som metod för att samla data där rollen av ”observatör som deltagare” (Einarsson, 2002) intogs. Syftet med den passiva rollen var att så långt som möjligt försöka undvika att eleverna använde sig av ett redigerat tal. I det

redigerade talet är formuleringarna korta, välformulerade och finputsade. Talet är tillrättalagt. Elever ägnar sig åt redigerat tal när de till exempel när de ska avlägga någon form av

förklaring för en lärare. Vid gruppdiskussionerna övergår eleverna från det sonderande talet till det redigerade talet då de avlägger sin förklaring för att i samband med detta bli mer klar och entydig i sitt språk (Barnes, 1978). Det sonderande samtalet är i motsats till det

redigerade samtalet ett trevande, ofta tvekande tal där det förekommer omformuleringar och avbrutna ansatser samt ändringar i inriktningen (Barnes, 1978). Ett sonderande samtal kan uppstå i mindre grupper av jämbördiga elever (ej lärare inblandade) där risken är mindre för eleverna att känna sig utsatta bland annat genom att få sina hypoteser eller påståenden ifrågasatta av andra (Barnes & Todd, 1995). Risken att helt enkelt känna sig utsatt minskar. I ett sådant här samtalsklimat vågar eleverna ifrågasätta och utmana andras påståenden i högre grad. De tillåts ”att tänka högt”.

Observation som metod vid undersökningar har en lång historia och anses vara ”… ett pålitligt sätt att samla information om grupper” (Einarsson, 2002 s. 23).

Ett av fokusområdena i denna studie ligger på en argumentationsanalys av elevers

gruppdiskussioner varpå videoobservation som metod var lämplig för att kunna göra en exakt transkription av materialet. Till nackdelarna med öppen videoobservation hör att

undersökningspersonerna kan uppleva det som hotfullt att bli filmade, det kan hämma personerna och deras beteenden (Einarsson, 2002). Det kan tänkas att de, till exempel, börjar använda sig av redigerat tal.

4.6 Genomförandet av undersökningen

När kontakten togs med undervisande lärare på respektive skola framfördes information om att eleverna skulle se ett experiment och att de skulle få i uppgift att i grupp komma fram till en möjlig förklaring på fenomenet. Lärarna fick ingen information om vilket experiment eleverna skulle få se utan bara vad eleverna skulle bli ombedda att göra. Eleverna fick ingen förberedelse inför undersökningen annat än den information som respektive lärare gav.

Vid undersökningstillfället informerades eleverna om att de skulle få se ett experiment varpå de skulle få max 30 minuter att i gruppen diskutera kring en möjlig förklaring på fenomenet. Det gjordes också klart för deltagarna att den som genomförde undersökningen skulle vara helt passiv under tiden. Först när de ansåg sig ha en möjlig förklaring på

fenomenet skulle de påkalla uppmärksamhet och ge deras förklaring muntligt till undersökaren.

Det enda stöd eleverna fick var att de kunde, om de ville, använda sig av två stycken hjälpfrågor som låg placerade på bordet numrerade med 1 och 2. Numreringen avsåg att de skulle ta frågorna i nummerordning. Frågorna låg dolda så att deltagarna inte kunde se dem utan var tvungna att själva vända på dem. De fick information om att de kunde använda frågorna när som helst om de tyckte att de kört fast eller helt enkelt ville ha extrahjälp men att det var deras eget beslut ifall de ville använda sig av dem.

Kameran startades precis innan experimentet demonstrerades för eleverna av undersökande varpå huvudfrågan lästes upp och eleverna fick börja diskussionen.

Huvudfråga: Förklara varför vätskeytan stiger när ljuset slocknat. Hjälpfråga 1: Vilka andra förklaringsfaktorer kan tänkas finnas?

4.7 Analysförfarandet

Av det ljud- och videomaterial som samlades in från de fyra observationerna gjordes transkriptioner. Gruppernas slutgiltiga förklaringar analyserades med Toulmins modell (se figur 1). I samband med det gjordes en form av värdering på kvalitén av gruppernas förklaringar med hjälp av TAP, om argumenten var starka eller svaga, om eleverna

formulerade orsaksförklaringar/orsaksutsagor samt hur väl eleverna lyckades vara stringenta i sin förklaring. Därefter analyserades transkripten för att undersöka om eleverna

sam-konstruerade argument och hur det i så fall kunde gestalta sig. Även kvalitét på elevernas argument under diskussionsförloppet beaktas till viss del.

Här ska tilläggas att det inte görs en direkt jämförelse mellan gruppernas sätt att sam-konstruera argument, utan exempel belyses och diskuteras på hur de olika samarbetsformerna kan gestalta sig.

Själva processen kring användningen av TAP på transkripten gick till som så att när väl ett påstående identifierats söktes efterföljande (kringliggande) text igenom för att finna

eventuella fakta, berättiganden, stödjanden eller motpåståenden. Dessa kunde komma från eleven som yttrade påståendet eller från någon annan elev i diskussionen. Texten

genomsöktes och tolkades utifrån vad som kunde tänkas vara fakta, påstående, berättigande, stödjande och motpåståenden dels genom definitioner av nyckelbegreppen men också genom att studera exempel från andra författare som använt TAP, som Osborne, Erduran och Simon (2004), Chin och Osborne (2010), Jiménez-Aleixandre, Rodríguez och Duschl (1999), Simon, Eduran och Osborne (2006) samt Tavares, Jiménez-Aleixandre och Mortimer (2009).

I första steget analyserades gruppernas slutliga förklaringar med TAP för att se hur väl eleverna lyckades bygga upp ett argument utifrån kriterierna i TAP. En identifiering gjordes av eventuella nyckelbegrepp som förekom i gruppernas förklaringar. En avgränsning av TAP har gjorts till att bara omfatta de fyra nyckelbegreppen: fakta, påstående, berättigande och stödjande. Avgränsningen har gjorts pga. att eleverna redogör för en möjlig förklaring på fenomenet och då de anser att de diskuterat klart torde därför inga motpåståenden förekomma. Därefter tolkades om argumentet var av en starkare- eller svagare natur. För att argumentet ska vara starkare och således bättre underbyggt ska det finnas ett berättigande som stödjer påståendet, detta berättigande binder samman fakta och påstående. Om dessutom

Rangordningen av nyckelbegreppen var således; påstående, fakta, berättigande och stödjande.

Gruppernas förklaringar analyserades också utifrån hur väl de kunde formulera en

vetenskaplig förklaring det vill säga om grupperna formulerade vad som kunde tolkas som en orsaksförklaring eller en orsaksutsaga. Här ska tilläggas att det görs en subjektiv tolkning.

I ett försök att ytterligare bestämma kvalitén på gruppens argument analyserades hur väl gruppen lyckades formulera ett berättigande som tydligt knöt an påståendet med fakta på ett givet och naturligt sätt det vill säga att det finns en stringens mellan nyckelbegreppen. Liknande analys gjordes med begreppet stödjande, hur väl det knöt an till övriga nyckelbegrepp på ett stringent sätt och om det de facto var en referens till någon naturvetenskaplig lag eller dylikt. Stödjande kan ges både explicit och implicit. Även gruppens användning av för experimentet relevanta termer och begrepp från fysiken och kemin undersöktes, bland annat hur väl eleverna använde dessa och om eleverna verkade visa på förståelse genom hur de använde dessa. Utifrån dessa delar konstruerades ett enkelt

värderingsschema för att avgöra hur väl grupperna formulerade sina förklaringar. Här ska tilläggas att även här görs en subjektiv tolkning.

I andra steget analyserades hur gruppernas diskussionsförlopp såg ut. Tonvikt lades på konstruerande av argument. Dels om det fanns tecken som visade på att eleverna sam-konstruerade argument, dels hur det kunde gestalta sig. I samband med det identifierades sekvenser med hjälp av TAP för att avgöra var det förekom formuleringar av argument i diskussionen. Om flera elever bidrog till formuleringen av ett argument under själva diskussionsförloppet gjordes en tolkning om det rörde sig om ett sam-konstruerande av argument. Här ska tilläggas att själva argumenten eller kvalitén på argumenten som förekom inte var fokus utan istället hur eleverna sam-konstruerade argument. Ett scenario kan till exempel vara att en elev lägger fram ett påstående och en annan elev ger ett berättigande till det påståendet, med andra ord att olika elever bidrar med olika delar (nyckelbegrepp). Ett annat scenario är om en elev lägger fram ett påstående och även ger ett berättigande till det påståendet varpå en annan elev då stärker det berättigandet genom att presentera en

fördjupning av berättigandet (erbjuder fler abstraktionsnivåer), alternativt ger ett stödjande till berättigandet. Men det kan även tänkas förekomma scenarion där eleverna

sam-konstruerar argument tillsammans där en elev formulerar en hypotes eller ett argument genom att ge påståenden, berättiganden och så vidare och som blir stärkta av andra elevers

motpåståenden. Detta är några exempel som visar på om eleverna samarbetar genom ett sam-konstruerande av argument. Analysen av textmaterialet för att avgöra om sam-sam-konstruerande av argument förekom beaktades ovan nämnda punkter samt en jämförelse gjordes med exempel från Tavares, Jiménez-Aleixandre och Mortimer (2009), Jiménez-Aleixandre, Rodríguez och Duschl (1999), Osborne, Erduran och Simon (2004) samt Mueller (2009).

4.8 Validitet och reliabilitet

Som med alla studier och undersökningar kan validiteten och reliabiliteten påverkas av flera faktorer. Den mänskliga faktorn är en av dessa. Fullständig objektivitet vid analys av material som kräver tolkningsprocesser är inte möjlig så länge den mänskliga faktorn finns. Det som däremot går att göra är att försöka behålla ett kritiskt förhållningssätt till processen under hela arbetets gång. Till exempel kan vid användning av observationsscheman, som kräver

tolkningsprocesser, kontinuerlig avstämning göras med erkänd forskning på området som använder lika eller liknande metoder för att på så viss ge indikation på att en konsekvent tolkning behålls. Även en jämförelse, av studiens resultat eller delar av studiens resultat, kan göras med annan forskning för att stärka validiteten, så kallad korrespondensvaliditet

(Gunnarsson, 2002). Något som bland annat görs vid denna studie.

Vid analysen av gruppernas förklaringar och transkripten med TAP gjordes tolkningar av nyckelbegreppen i modellen både utifrån definitionerna och utifrån exempel från artiklar där författare använt TAP (se kapitel 3). Denna tolkningsprocess är subjektiv och innebär i sig att felaktigheter i både tolkningen av modellen och hur den appliceras vid analysen kan uppstå. Det finns en metodologisk svårighet i att bedöma både strukturen och komponenterna i ett material genom användningen av TAP som metod (Simon, Eduran & Osborne, 2006). Analysen av förklaringarnas kvalité med avseende huruvida grupperna formulerade sig lättförståeligt, stringent och använde relevanta termer och begrepp på ett acceptabelt sätt innebär också svårigheter. Huruvida eleverna använder ett för sammanhanget korrekt språk anger på inget sätt deras förståelse för fenomenet eftersom eleverna ofta använder metaforer och olika typer av hjälpord som de är bekanta med sedan tidigare och har erfarenhet av från undervisningen. Det är något som Rundgrens (2006) undersökning visar då han menar att

elever som uttrycker sig på ett icke-vetenskapligt språk ändå kan ha en naturvetenskaplig förståelse. Detta ger en till dimension av komplexitet vid analysen vad som utgör eventuella nyckelbegrepp i TAP samt tolkningen av kvalitén på förklaringarna då elevernas tal präglades av ett bitvis icke-vetenskapligt språkbruk under diskussionsförloppet och vid förklaringen. I och med att kontinuerliga avstämningar och jämförelser med annan liknande forskning på området görs med avseende på tolkningar av nyckelbegrepp, tolkningar av

diskussionsförlopp, resultat och så vidare som är relevant för studien ökar också validiteten och reliabiliteten (Gunnarsson, 2002). En slags kontroll görs alltså kontinuerligt så att mätningen görs på det som är relevant i sammanhanget (validitet) och att det görs på ett tillförlitligt sätt (reliabilitet) enligt Gunnarssons (2002) definitioner.

Ett observationsschema som tillkom under analysens gång var ett schema för att identifiera sekvenser där eleverna ägnade sig åt sam-konstruerande av argument. Enkelt uttryckt är det ett samarbete där eleverna konstruerar ett argument tillsammans. Detta är egentligen inget separat observationsschema utan grunden baseras på TAP men här studeras istället själva processen hur eleverna konstruerar ett argument tillsammans när väl en sådan sekvens upptäckts. Även här gjordes jämförelser med annan liknande forskning (se kapitel 3) men i det här fallet, när väl nyckelbegreppen i TAP identifierats i diskussionen mellan eleverna, är definitionen av ”sam-konstruerande av argument” så pass enkel att det räcker med att två eller flera elever bidrar med någon del (nyckelbegrepp) av argumentet för att det skall räknas som ett sam-konstruerande av argument. I och med denna enkelhet så blir validiteten hög om man bortser från själva tolkningen av nyckelbegreppen utan endast fokuserar på om det är en eller flera elever som står för uppbyggnaden av argumentet. Reliabiliteten blir hög om annan forskning bekräftar liknande resultat vid liknande undersökningar.

Andra faktorer som kan påverka reliabiliteten är begränsad information kring elevernas individuella förutsättningar eller kunskapsnivåer. En annan är hur eleverna fungerar i ett gruppsamarbete tillsammans, huruvida de kände sig trygga eller inte med varandra. I en trygg miljö är det lättare att känna att man kan komma till tals. Något som observeras i samtliga grupper vid undersökningstillfällena var att det fanns dominerande individer som var mer verbala än andra individer och således tog mer plats i diskussionen. I två exempel från två olika grupper verkade det finnas en mer dominant elev som verkade hämmande på

diskussionsklimatet och gjorde det mindre öppet och tryggt. En studie gjord av Sampson och Clark (2009) kring argument formulerade av grupper visar på att det spelar mindre roll för kvalitén om det är hög- eller lågpresterande grupper jämfört med själva gruppdynamikens

roll. Deras slutsats är att elevers enskilda förmågor inte automatiskt kan summeras till ett bättre resultat utan att resultaten och typen av argument eleverna konstruerar i allra högsta grad är beroende av på sättet vilket eleverna interagerar med varandra (Sampson & Clark, 2009). Deras resultat tyder på att gruppernas dynamik och arbetssätt är viktigt för att eleverna ska kunna producera bra resultat. Även att attityder och psykologiska faktorer hos enskilda gruppmedlemmar spelar stor roll för hur gruppens resultat blir. Sampson och Clark (2009) påpekar att det finns individer som kan inverka negativt på gruppers förklaringar. Dessa individer kan styra sättet på vilket de övriga medlemmarna i gruppen kan delta i samarbetet och även forma agendan för vad som ska göras (Sampson & Clark 2009). Att ett urval gjordes av elever från årskurs två på det naturvetenskapliga programmet stärker reliabiliteten då alla har samma programbakgrund. Dock, som nämnts, så finns ingen bakgrundsinformation kring elevernas individuella förutsättningar och kunskapsnivå som skulle stärka reliabiliteten ytterligare.

Hur själva upplägget av undersökningen och informationen till de som deltar i

undersökningen är också viktigt för reliabiliteten och validiteten. Det naturvetenskapliga fenomenet som eleverna fick iaktta, att de blev ombedda att förklara fenomenet samt att undersökningen gjordes på elevernas kemilektioner bidrog troligtvis alla till att skapa en medvetenhet att de befann sig i en naturvetenskaplig kontext. Detta i sin tur stärker reliabiliteten och validiteten.

Ett annat sätt att öka reliabiliteten vid själva utförandet av undersökningen är att så noggrant som möjligt utföra undersökningen så lika det går vid varje undersökningstillfälle, som också eftersträvades i denna undersökning. Ett problem med reliabiliteten kan uppstå om det är en ensam observatör som använder ett observationsschema vid olika tidpunkter. Det kan uppstå ett problem med överensstämmelsen vid bedömningarna om det sker vid olika tidpunkter (Bryman, 2011). Det kan vara dagsformen på observatören som kan avgöra överensstämmelsen. Här underlättar transkriberingar av ett ljudmaterial från undersökningar till att få ett samlat material som kan analyseras vid ett eller flera tillfälle. Det går också att återkomma till materialet hela tiden vid analysen och jämföra så att en tolkning av de olika gruppernas resultat sker på ett likartat sätt. Detta ökar reliabiliteten om en även en tydlig och detaljerad beskrivning av undersökningen gjorts då den också blir replikerbar.

I den här studien gjordes också video- och ljudobservationer samt transkriberingar för att få ett pålitligare material av vad eleverna sagt vid undersökningstillfällena samt att det hela

tiden går att återkomma till materialet. Till nackdelarna med att göra video- och

ljudobservationer hör att det kan inverka både på hur en grupp arbetar och deras resultat. Det kan hämma medlemmarna i gruppen och påverka negativt (Einarsson, 2002). Det kan även förändra gruppmedlemmarnas mer naturliga beteendemönster. Bryman (2011) talar om en ”reaktiv effekt” i samband med observationsstudier där undersökningens deltagare vet om att de blir observerade och detta kan således förändra deltagarnas naturliga beteenden. Genom att undersökningen genomförts som en videoobservation så kan detta påverka undersökningens validitet.

5 Resultat och analys

Resultaten och analysen presenteras grupp för grupp. Frågan om hur de förklarar det naturvetenskapliga fenomenet beskrivs per grupp. Frågorna hur de argumenterar och samarbetar under diskussionsförloppet sammanfattas under punkt 5.5 och 5.6.

Först presenteras gruppens förklaring i sin helhet och analysen av den. En diskussion förs i samband med det. Det ska tilläggas att nyckelbegreppet fakta kommer i det här fallet ifrån experimentet och är fenomenet att ”vätskeytan steg”. Detta är även vad huvudfrågan handlar om. Därefter följer analysen av gruppens diskussionsförlopp och på hur eleverna

argumenterar och samarbetar samt hur det gestaltar sig. Tonvikt läggs på elevernas sam-konstruerande av argument. I samband med det förs också en diskussion.

Innan undersökningstillfället fick eleverna inte någon förberedelse. Den enda

informationen de fick var från deras undervisande lärare, som delgav dem vad de skulle bli ombedda att göra. De kände inte till vilket experiment de skulle få se. Det ska nämnas att observatören inte hade någon vetskap om vad eleverna hade för förkunskaper på områdena fysik och kemi som är relevanta för experimentet de fick iaktta. Observatören gjorde ansatsen att eleverna redan under årskurs 1 blivit introducerade för de relevanta områdena som rör experimentet. Detta ingick i de första kurserna i fysik och kemi om man följer den gamla läroplanen i Lpf94 (skolverket, 2011).

Eleverna hade alla max 30 minuter på sig att komma fram till en möjlig förklaring på fenomenet. Dock använde ingen av grupperna den fulla tiden. Två grupper utnyttjade ungefär endast 10 minuters tid till att diskutera, de andra två grupperna använde ca 15 minuters tid till att diskutera.

Definitioner av förkortningar i följande text:

K – Kille (Kille 1, Kille 2 och så vidare) T – Tjej

O – Observatör

OBS! Det ska nämnas att K1/T1 används i samtliga fyra grupper och används endast för att skilja inbördes personer i grupperna.

5.1 Grupp 1

Grupp 1 bestod av två tjejer och två killar. Tiden de utnyttjade för diskussion var ungefär 10 minuter. Grupp 1:s förklaring på det naturvetenskapliga fenomenet:

T1: Ehmm… alltså ljuset slocknar ju och då tänker vi att då minskar eller sjunker temperaturen ganska fort. Och i och med att alltså... gasen var från början varm, gasen i glaset, och tog upp stor volym men när ljuset slocknade så sjönk, sjönk temperaturen och då minskade gasens volym i med, och därmed trycket och då kunde vattnet sugas in i glaset.

Grupp 1 ger påståendet att vattnet sugs in i glaset på grund av att trycket inuti glaset minskar. Att trycket inuti glaset minskar hänvisar de till att gasens (luftens) volym minskar. Att gasens volym minskar relaterar de till händelsen att ljuset slocknar och att temperaturen då sjunker. Antagandet görs att eleverna känner till att ljus som brinner värmer upp luften omkring och att när det slocknar så sjunker temperaturen. Det som utgör berättigandet i denna

förklaringssekvens och som binder samman påståendet med fakta är elevernas hänvisning till att tryckförändringen uppkommer på grund av volymförändringen av gasen som i sin tur uppkommer på grund av temperaturförändringen. De hävdar att en varm gas tar upp en stor volym och en kallare gas tar upp mindre volym. Eleverna lyckas inte ge någon explicit referens till att gastrycket är omvänt proportionerlig mot volymen eller att trycket är

proportionerlig mot temperaturen på gasen, med andra ord några naturvetenskapliga principer eller samband som styrker deras påstående. Däremot kan det tolkas som att de ger ett implicit stödjande till deras berättigande då de verkar bekanta med vad som händer med en gasvolym när temperaturen sjunker samt att trycket minskar om gasens volym minskar. Grupp 1 ger vad man kan anse är en acceptabel förklaring på fenomenet. Grupp 1 nämner inte något om att fenomenet skulle uppkomma för att lufttrycket inuti glaset och lufttrycket utanför glaset ska bli lika stort. Grupp 1 använder begrepp som tryck, temperatur, och gasvolym på ett

sofistikerat sätt för att ge mening åt sin förklaring. De använder begreppen på ett relevant sätt och kopplar samman dem på ett naturligt och stringent sätt vilket tolkas som att de förstår innebörden av dem.

Gruppen lyckas ge en acceptabel orsaksförklaring till fenomenet genom att ge flera stringenta och tydligt sammanhängande stegvisa förklaringar (initialvillkor) som kopplar samman vad som händer när ljuset slocknar (tidigare händelse) med att vätskan stiger

(skeendet). De tolkas som att gruppen har förståelse kring vad de diskuterar och implicit anger en orsakslag.

5.2 Grupp 2

Grupp 2 bestod av tre tjejer och två killar. Tiden de utnyttjade för diskussion var ungefär 15 minuter. Grupp 2:s förklaring på det naturvetenskapliga fenomenet:

K1: Ok… Ja, vätskeytan stiger för att ehhm, för att trycket ska bli lika stort där inne som där inne… där ute (Pekar på luften innanför glaset och utanför). Och det blir det om, det blir det om, för att… syret försvinner, eller vad kom vi fram till?

T1: Ja.

T2: Ja, alltså vätskan pressar ju ihop. K1: Ja, något sådant.

Grupp 2 ger påståendet att vattenytan stiger som en följd av att trycket (lufttrycket) strävar efter att bli lika stort innanför glaset som utanför glaset. Detta framkommer tydligare i videoupptagningen där K1 pekar mot luften innanför glaset och sedan mot luften utanför glaset. Här försöker de relatera tryckförändringen i glaset till att syret försvinner inuti glaset, detta kan ses som gruppens försök att ge ett berättigande som inte går att observera och styrka utan detta är en hypotes de kommit fram till i diskussionen. Tidigt i diskussionen kommer gruppen in på vilka förbränningsprodukter som bildas redan innan de valt att vända på någon hjälpfråga. De återkommer också fler gånger till detta i diskussionen. T2 fyller i med att tillägga att ”vätskan pressar ju ihop” och menar antagligen att när vätskan stiger i glaset pressar den ihop luften inuti glaset. Gruppen ger inget stödjande men lyckas inte heller ge något bra berättigande till sitt påstående. De lyckas inte knyta samman sitt påstående med fakta mer än på en ytlig hänvisning till att ”syret försvann”. Gruppen nämner ingenting om eventuella temperaturskillnader annat än när T1 ger ett påstående till hennes observation att trycket har med värmen från ljuset att göra. T2 ger en då ett motbevis och hänvisar till vardagliga erfarenheter vilket gör att T1 lämnar den hypotesen. Grupp 2 verkar bekant med förbränningsprocesser då de vet att syre förbrukas i sådana. De är dock i diskussionen osäkra på vilka förbränningsprodukter som bildas. Grupp 2 är mer trevande jämfört med grupp 1 och det är fler elever som deltar i förklaringen. Grupp 2 ger vad man kan anse en otillräcklig

förklaring på fenomenet. De ger överhuvudtaget inte temperaturbegreppet något utrymme i sin förklaring och de missar också att förklara varför syret försvinner. Det ska tilläggas att de verkar förstå att en av drivkrafterna för fenomenet är att lufttrycket innanför glaset och utanför glaset ska bli lika.

Gruppen lyckas inte ge en acceptabel orsaksförklaring till fenomenet. De lyckas inte ge sammanhängande stegvisa förklaringar (initialvillkor) som kopplar samman att syret försvann (tidigare händelse) med att vattnet steg. Det tolkas dock som att gruppen ger en orsaksutsaga, en början till en förklaring.

Det ska tilläggas att den tidigare händelsen i det här fallet är ett rent teoretiskt resonemang från gruppen som inte behandlar en observerbar händelse. I de övriga grupperna så anger de en tidigare händelse i form av en observerbar händelse.

5.3 Grupp 3

Grupp 3 bestod av fem tjejer. Tiden de utnyttjade för diskussion var ungefär 15 minuter. Grupp 3:s förklaring på det naturvetenskapliga fenomenet:

T5: Hur var det vi förklarade, att...?

T1: Att när nu, när det slocknar så blir det svalare där inne. Då minskar gasens volym och då blir trycket mindre och då... minsk

T5: Skapar det liksom ett sug som gör att vattnet dras in i glaset. T1: Ja.

Grupp 3 ger påståendet att vattnet sugs in i glaset för att trycket minskar inuti glaset. Att trycket inuti glaset minskar hänvisar de till att gasens volym minskar som en följd av att temperaturen sjunker när ljuset slocknar. Detta är berättigandet till påståendet som består i att tryckförändringen uppkommer på grund av volymförändringen av gasen som i sin tur

uppkommer på grund av temperaturförändringen när ljuset slocknar. Grupp 3:s förklaring liknar grupp 1:s och kan anses vara en acceptabel förklaring på fenomenet. Förklaringen innehåller samma relevanta begrepp som grupp 1 använder men istället används andra ord för temperatur. De använder begreppen på ett stringent och sofistikerat sätt för att ge mening åt sin förklaring och det tolkas som att de förstår innebörden av dem. Likt grupp 1 så ger inte

grupp 3 något explicit stödjande till sitt berättigande, men det kan tolkas som ett implicit stödjande då de också verkar bekanta med sambanden mellan begreppen. Grupp 3:s förklaring är kortare än grupp 1:s men den innehåller samma information och ger samma förklaring. Grupp 3 nämner heller inte något om att fenomenet skulle uppstå för att lufttrycket inuti glaset och utanför glaset skulle bli lika stort.

Gruppen lyckas ge en acceptabel orsaksförklaring till fenomenet genom att ge stringenta och tydligt sammanhängande stegvisa förklaringar (initialvillkor) som kopplar samman vad som händer när ljuset slocknar (tidigare händelse) med att vätskan stiger (skeendet). De tolkas som att gruppen har förståelse kring vad de diskuterar och implicit anger en orsakslag.

Det ska nämnas att grupp 3 inte formulerar sig lika bra och tydligt som grupp 1 men innehållet i förklaringen är i princip detsamma.

5.4 Grupp 4

Grupp 4 bestod av 1 tjej och 6 killar. Tiden de utnyttjade till diskussion var ungefär 10 minuter. Grupp 4:s förklaring på det naturvetenskapliga fenomenet:

K1: Ja... vi... det vi sa var att när vi sätter på... öhh, det här glaset så ljuset börjar slockna så allteftersom, alltså expanderar först luften, vilket gör först att vattnet trycks ut och sen så när luften börjar svalna så... luft här uppe tar upp större plats när det är varmt och det gör ju att när luften väl börjar svalna så blir det ju tryckskillnader, alltså det blir mycket lägre tryck här inne än vad det är ute i luften.

K1: Kompenseras eller?

K2: Så kompenserar det genom att vattnet sugs upp.

Grupp 4 ger påståendet att vätskenivån i glaset stiger för att kompensera för tryckskillnaden som uppstår mellan luften inuti glaset respektive utanför glaset. Tryckförändringen i glaset hänvisar de till den volymförändringen av luften som sker på grund av

temperaturförändringen när ljuset slocknar. Detta är berättigandet till gruppens påstående. Grupp 4:s påstående liknar grupp 2:s påstående. Grupp 4:s förklaring är dock mer detaljerad och består av ett tydligt förklarande berättigande med flera förklarande steg likt grupp 1:s och 3:s berättiganden. Dock ger inte heller grupp 4 något explicit stödjande men det kan tolkas som de ger ett implicit stödjande på samma sätt som det kan tolkas att grupp 1 och 3 gjort. En

skillnad från övriga gruppers förklaringar är att grupp 4 börjar sin förklaring med det som händer redan när glaset sätts över ljuset. I sin förklaring tar de med iakttagelsen att vattnet först trycks ner av den varma expanderade luften runt ljuset när glaset väl ställts över ljuset. Grupp 4 går alltså utöver frågeställningen och ger en förklaring som tar hänsyn till hela förloppet. De ger en acceptabel förklaring på fenomenet. Förklaringen innehåller relevanta begrepp precis som grupp 1 och 3, men man använder istället andra ord för temperatur och gasvolymen. De använder likt grupp 1 och 3 begreppen på ett stringent och sofistikerat sätt för att ge mening åt sin förklaring och det tolkas som att de förstår innebörden av dem.

Gruppen lyckas ge en acceptabel orsaksförklaring till fenomenet genom att ge stringenta och tydligt sammanhängande stegvisa förklaringar (initialvillkor) som kopplar samman vad som händer när ljuset slocknar (tidigare händelse) med att vätskan stiger (skeendet). De tolkas som att gruppen har förståelse kring vad de diskuterar och implicit anger en orsakslag.

Det ska tilläggas att denna förklaring skiljer sig från grupp 1:s och grupp 3:s förklaringar i det att gruppen påstår att vattnet stiger för att kompensera för tryckskillnaderna utanför- och innanför glaset. De ger ytterligare en abstraktionsnivå till deras förklaring jämfört med grupp 1 och grupp 3.

5.5 Gruppernas samarbete under diskussionsförloppet

Samtliga grupper visar på vad som tolkas som ett mestadels öppet samtalsklimat. De

samarbetar överlag effektivt och målmedvetet. Dock visar observationerna på att vissa elever är mer aktiva än andra och vissa elever deltar nästan inte alls i diskussionen. Det verkar som att de elever som är aktiva från början också är de som är mest aktiva under hela diskussionen och de elever som är inaktiva från början oftast är de som är mest inaktiva under hela

diskussionen. Observationerna visar också på att det verkar finnas vissa elever som är mer dominanta och verkar styrande i diskussionen, till och med hämmande i vissa avseenden.

Några diskussionsmönster som kunde observeras var att; elever relativt regelbundet ställde frågor till övriga medlemmar, ibland ställdes frågorna i syfte att ”vädra” idéer (dessa kunde tolkas som trevande påståenden där syftet verkade vara att de skulle vidimeras eller

vidareutvecklas av de andra), elever bad ibland om förtydliganden kring andra elevers påståenden, ibland kring själva observationen av experimentet.

Intressanta iakttagelser är att samtliga grupper gick utanför frågeställningen, “Förklara varför vätskeytan stiger då ljuset slocknat”, och både diskuterade och gav förklaringar på vad som hände innan ljuset slocknade. En grupp gav till och med en hypotes om vad som skulle hända om man kylde ner luften i glaset ännu mer. Grupp 4 ger till och med sin slutliga förklaring genom att förklara vad som händer redan innan ljuset slocknat. En annan

iakttagelse som görs är att eleverna försöker inkorporera både termer och begrepp från fysiken och kemin. De refererar till experiment de gjort i både fysik och kemi samt till och med relaterar till mer vardagliga fenomen de kommit i kontakt med.

5.6 Hur eleverna argumenterar

När det kommer till episoder i diskussionen där eleverna formulerade argument iakttogs att det hände att eleverna sam-konsturerade argument. Några scenarion på hur det kunde gestalta sig var när:

 En elev ger ett påstående varpå en andra elev ger ett mer detaljerat påstående som bygger på samma grunder och ger även fakta som styrker påståendet. Då ger en tredje elev ett motpåstående men de två första eleverna försvarar sitt påstående genom att ge ett övertygande berättigande. Eleverna formulerar tillsammans ett hållbart argument som innehåller; fakta, påstående och berättigande. De lyckas även försvara sitt påstående.

 En elev ger ett påstående varpå en andra elev ber om ett förtydligande av det

påståendet. Då ger en tredje elev fakta som styrker påståendet och en fjärde elev ger ett berättigande. Eleverna formulerar tillsammans ett hållbart argument som

innehåller; fakta, påstående och berättigande.

 Ett enklare argument formulerades när en elev ger ett påstående och ger även fakta till det varpå en andra elev fördjupar dessa fakta genom att ge mer detaljer.