INSTITUTIONEN FÖR DIDAKTIK OCH
PEDAGOGISK PROFESSION
”Tanken är en av luftens fåglar, i en bur av ord kan den nog fälla ut vingarna men inte flyga”
En studie av högstadieelevers förståelse av luftens materiella egenskaper
Soheila Shafizadeh Lakhtaki
Uppsats/Examensarbete: 15 hp Program och/eller kurs: KPU
Nivå: Grundnivå
Termin/år: Vt/2018
Handledare: Bjørn Friis Johannsen
Examinator: Helena Pedersen
Rapport nr: VT18-2930-017-LKXA1G
Abstract
Engelsk titel: “For thought is a bird of space, that in a cage of words may indeed unfold its wings but cannot fly”: A study of secondary school students’ conceptions of the material properties of air Uppsats/Examensarbete: 15 hp
Program och/eller kurs: KPU
Nivå: Grundnivå
Termin/år: Vt/2018
Handledare: Bjørn Friis Johannsen
Examinator: Helena Pedersen
Rapport nr: VT18-2930-017-LKXA1G
Nyckelord: Vardagsföreställningar, kunskaper, högstadieelever, luft
Syfte: Syftet med denna studie är att genom kartläggning av högstadieelevers
vardagsföreställningar och kunskaper om luftens materiella egenskaper belysa eventuella skillnader i elevers förståelse inom detta område. Avsikten är också att undersöka hur högstadieelever resonerar om luftens materiella egenskaper före och efter att de har fått undervisning i ämnet.
Teori: Studien tar avstamp i Vygotskijs sociokulturella perspektiv och idén om den närmaste utvecklingszonen (Zon of Proximal Development, ZPD). Studien utgår även från Piagets idé om ekvilibrium.
Metod: Metoden i detta arbete är en kvantitativ surveyundersökning vilken avser att genom en enkätundersökning få en representativ kartläggning av
högstadieelevers förståelse av och kunskaper om luftens materiella egenskaper.
Resultat: Studien visar att sannolikheten att elever utvecklar spontana vetenskapliga begrepp och idéer om luftens materiella egenskaper är liten och att elever troligen behöver undervisas i ämnet för att kunna utveckla adekvata begrepp och kunskaper inom detta område. Resultaten visar att elevers förvärvade kunskaper inte alltid är stadiga och kan ändras mellan uppgifterna samt att en del elever förmodligen behöver längre tid för att kunna införliva nya
vetenskapliga kunskaper som de får genom undervisningen. Studien visar även att skolans vetenskapliga kunskaper och begrepp kan glömmas bort.
Förord
”Tanken är en av luftens fåglar, i en bur av ord kan den nog fälla ut vingarna men inte flyga”.
Detta citat av Khalil Gibran (1883-1931) har valts ut som uppsatsens rubrik för att belysa vikten av elevers tankar och vardagsföreställningar.
Jag vill framföra ett varmt tack till alla som har stöttat mig i arbetet med denna uppsats, mina underbara handledare, Mikael Ströberg och Anna Thureborn, på min VFU skola och alla elever som har deltagit i studien. Tack Bjørn Friis Johannsen, på Göteborgs universitet för allt stöd och vägledning.
Jag vill rikta ett varmt och stort tack till min älskade make Hadi och älskade dotter Elina för att ni så tålmodigt har stått ut med mig och stöttat mig under studiens gång. Tack för att ni alltid har funnits där för mig. Tack för att ni finns i mitt liv.
Göteborg i maj 2018
Soheila Shafizadeh Lakhtaki
Innehållsförteckning
1 Inledning...1
1.1 Syfte...1
1.2 Frågeställningar...2
2 Bakgrund...3
2.1 Tidigare forskning...4
2.2 Teoretiska perspektiv...5
3 Metod...7
3.1 Forskningsetik...9
3.2 Dataanalys...9
4 Resultat och analys...10
5 Diskussion...18
5.1 Studiens tillförlitlighet och validitet...19
5.2 Framtida forskningsstudier...20
6 Avslutning...21
7 Referenslista...22
Bilaga 1...24
Bilaga 2...25
Bilaga 3...27
1 Inledning
Utgångspunkten för detta arbete ligger i behovet av att skapa en brygga mellan elevers förkunskaper, tidigare erfarenheter och de förväntade lärandemålen vid undervisning i naturkunskap. Detta behov belyses tydligt i läroplanen för grundskolan där det står att
”läraren ska ta hänsyn till varje enskild individs behov, förutsättningar, erfarenheter och tänkande” (Skolverket, 2011). En kartläggning av elevers vardagsföreställningar och förståelse utgör ett viktigt steg i lärarens strävan att kunna utgå från elevers tidigare
erfarenheter och tänkande samt att beakta varje elevs behov och förutsättningar. Därav detta arbetes relevans.
Som lärare för grundskolans senare år samt gymnasieskolan med inriktning mot kemi faller det sig naturligt att ägna detta arbete åt att undersöka något område inom skolans
naturvetenskap och kemi. Inom naturvetenskapen är inte minst undervisning om det gasformiga tillståndet av betydande intresse då gaser ofta inte går att observera. Därför har undervisning inom detta område stor betydelse för hur elever förstår och resonerar om det gasformiga tillståndet. Ett bra exempel på ett ämne i gasform är luft. Kunskaper om luftens existens och materiella egenskaper är "ett första steg mot naturvetenskapliga begrepp"
(Andersson, 2008, s.346), vi andas in och lever hela vårt liv i luften. Kunskaper om luften är även ett centralt innehåll i NO redan på lågstadiet. "Luftens grundläggande egenskaper och hur den ska observeras" samt "luftens egenskaper och sammansättning" (Skolverket, 2011) är en av de centrala innehållen i kursplanen för kemi i årskurs 1–3 respektive 4–6. Arbete med fördjupning av dessa kunskaper samt koppling till partikelmodellen lyfts fram i det centrala innehållet i kursplanen för kemi i grundskolans årskurs 7–9, "Partikelmodell för att beskriva och förklara fasers egenskaper, fasövergångar och spridningsprocesser för materia i luft, vatten och mark" (Skolverket, 2011).
Att skapa en förståelse för luftens materiella egenskaper är viktigt då kunskap om luften ger grunden för att förstå betydelsefulla kemiska reaktioner i människas och andra organismers celler samt i vår omgivande miljö. Fotosyntes, förbränning och cellandning är bara några exempel på reaktioner där luftens syre och koldioxid har en avgörande roll. Men för att kunna hjälpa elever att tillägna sig dessa naturvetenskapliga begrepp och idéer ska man som lärare ha kunskaper om elevers vardagsföreställningar och förståelse samt ha kunskaper om hur elever förstår och resonerar om dessa naturvetenskapliga fenomen. Att ta reda på var elever står nu, att ha kunskap om elevers vardagsföreställningar och nuvarande kunskaper är ett viktigt moment i arbetet med planering av undervisning vilket också lyfts fram av Skolverket, undervisning ”ska främja elevernas fortsatta lärande och kunskapsutveckling med
utgångspunkt i elevernas bakgrund, tidigare erfarenheter, språk och kunskaper” (Skolverket, 2011). Därav detta arbetes syfte som kort beskrivs nedan.
1.1 Syfte
Syftet med denna studie är att genom kartläggning av högstadieelevers vardagsföreställningar och kunskaper om luftens materiella egenskaper belysa eventuella skillnader i elevers
förståelse inom detta område. Avsikten är också att undersöka hur högstadieelever resonerar om luftens materiella egenskaper före och efter att de har fått undervisning i ämnet.
1.2 Frågeställningar
De frågeställningar som denna studie avser att behandla listas nedan:
Hur resonerar högstadieelever om luftens materiella egenskaper och varför resonerar de på det sättet?
Vilka skillnader i högstadieelevers förståelse av och kunskaper om luftens materiella egenskaper föreligger mellan olika årskurser?
Hur påverkar undervisning om luftens materiella egenskaper högstadieelevers vardagsföreställningar och kunskaper inom detta område?
2 Bakgrund
Jean Piagets och andra forskares arbete med kognitiv utveckling hos barn tyder på att långt ifrån att börja som ett oskrivet blad har elever med sig uppfattningar och övertygelser om olika naturvetenskapliga fenomen till skolan. Dessa uppfattningar och övertygelser kan ibland vara motsägelsefulla eller beständiga mot modifieringar och förändringar, vilka påverkar undervisningens effektivitet (Driver, 1981).
Före undervisning har elever olika vardagsföreställningar om flera naturvetenskapliga företeelser vilka skiljer sig från vetenskapliga begrepp och idéer. Att skolans
naturvetenskapliga teorier och idéer glöms bort av många elever efter undervisning samtidigt som vardagsföreställningar står kvar är en annan aspekt av elevers vardagsföreställningar som har uppmärksammats i många studier (Andersson, 2008). Att utveckla bestående
naturvetenskapliga idéer och tänkande är skolans och undervisningens mål. Men vilken funktion har elevers vardagsföreställningar i detta sammanhang? Ska de betraktas som elevers kognitiva motståndare eller anses som värdefulla verktyg för både lärare och elever i deras arbete?
Elevers vardagsföreställningar har betecknats på olika sätt av lärare och forskare. Lärare som tycker att hon/han har gjort ett bra arbete har en benägenhet att kalla elevers ”konstiga svar”
för ”missuppfattningar”. Forskare vilka försöker förstå elevers sätt att resonera har bland annat använt beteckningar som ”spontana tankegång” (Viennot, 1979) och ”alternativa ramverk” (Driver,1981,1983). Användning av dessa beteckningar är ett sätt för både lärare och forskare att visa betydelsen av elevers vardagsföreställningar som är resultaten av elevers tänkande. Liksom forskare försöker elever förstå världen med hjälp av dessa
vardagsföreställningar. Därför ska elevers tankar och idéer betraktas som ett alternativ till vedertagna och etablerade vetenskapliga idéer och teorier (Andersson, 1986; Driver, 1981).
Vikten av barnens vardagsföreställningar betonas även i Piagets stadieteori där de konkreta operationernas stadium (vardagstänkande) presenteras som det första steget mot att uppnå det mest utvecklade stadiet (de formella operationernas stadium). Med andra ord, ett
vetenskapligt tänkande kräver och bygger på vardagliga tänkande och föreställningar (Andersson, 2008). Därför ska undervisning inom naturvetenskapen ta sin utgångspunkt i elevers vardagsföreställningar och skapa ett samspel mellan vardagligt och vetenskapligt tänkande. Detta samspel är en förutsättning för att elever ska få bestående kunskaper och idéer inom naturvetenskapen.
Som tidigare nämndes har kunskaper om det gasformiga tillståndet, luftens existens och materiella egenskaper stor betydelse för hur elever förstår och resonerar om andra naturvetenskapliga fenomen och kemiska rektioner. Att skapa en förståelse för luftens
materiella egenskaper är en uppmaning för lärare inom naturvetenskapen då vi har en tendens att inte omedelbart uppmärksamma hur luften kan uppfattas med våra sinnen vilket gör att elever har begränsade medvetna kunskaper om luften och dess materiella egenskaper innan de får undervisning i ämnet (Sére, 1986). Elever har olika vardagliga erfarenheter av luften innan de får undervisning om luften och dess materiella egenskaper, vi lever i luften, andas in luften, känner vinden och använder olika saker som utnyttjar luftens fysikaliska egenskaper, cykelpump, olika bollar, däck, sugkuddar och fläkt är bara några exempel. Elevers första vetenskapliga tänkande om luften byggs från vardagliga erfarenheter. Dessa första
vetenskapliga tankar är primitiva då barnen inte behöver någon tolkning eller förklaring för att till exempel sparka en boll eller blåsa upp en ballong. Enligt Ogborn (1985) leder behovet av att kunna förklara dessa erfarenheter till utveckling av barnens tänkande. Undervisning och experiment orsakar störningar i barnens vardagsföreställningar och resulterar i lärande. Enligt Stavy (1988) är kunskap om elevers vardagsföreställningar och hur de ändras med ålder och instruktion ett betydelsefullt verktyg för utveckling av bättre undervisningsmetoder som tar sina utgångspunkter i elevers förkunskaper och tidigare erfarenheter.
2.1 Tidigare forskning
Det har gjorts många studier om hur elever tänker och resonerar kring olika
naturvetenskapliga fenomen. Ett antal av dessa studier visar att elever har specifika vardagsföreställningar och idéer om naturvetenskapliga fenomen vilka skiljer sig från naturvetenskapliga idéer och föreställningar. Studierna har även visat att elevers
vardagsföreställningar ändras i liten utsträckning efter att de har fått undervisning(Stavy, 1988; Andersson, 1986). Resultaten från ett stort antal didaktiska undersökningar genomförda under 90-talet pekade på att elevers förförståelse om olika vetenskapliga fenomen skiljer sig väsentligt från vetenskapliga begrepp och idéer. Enligt dessa undersökningar påverkar elevers vardagsföreställningar deras vidare inlärning och kan bromsa elevers lärande då dessa
vardagliga tankar kan vara resistenta mot förändringar (Driver, 1989).
Men varför har intresset för elevers vardagsföreställningar, kunskaper och hur de förstår olika naturvetenskapliga fenomen ökat? Driver (1989) menar att då resultaten av undersökningar inom detta område riktar sig direkt till lärare inom naturvetenskapen genom att belysa rådande svårigheter i kommunikation och förståelse har studier inom detta fält uppmärksammats av många forskare. Dessa undersökningar grundas på det antagande att individen försöker förstå någonting nytt med hjälp av de existerande och nuvarande uppfattningar och föreställningar.
Därför argumenteras att ju mer lärare har kunskaper om elevers existerande föreställningar och förkunskaper desto bättre kan de utveckla elevers lärande genom att modifiera och ändra elevers vardagsföreställningar mot mer vetenskapliga tankar och idéer (Andersson, 1986).
Många forskare har intresserat sig för elevers föreställningar om det gasformiga tillståndet.
Luft är som nämndes tidigare ett bra exempel på ett ämne i gasform. Men vad säger litteraturen om elevers uppfattningar om luften och dess materiella egenskaper?
Med sina studier om barns begrepp om luft kunde Piaget till exempel visa att stillastående luft inte existerar för yngre barn (Piaget, 1930). Han kunde även visa att luft och gaser ofta förknippas med något immateriellt och oförklarligt (Johnson, 1998). Enligt Sére (1985) och Russel, Longden & McGuigan (1991) är de flesta barn i 11 årsåldern medvetna om luftens existens. Att många barn i 11–12 årsåldern ser luft som en enda massa vilken inte är flyttbar visade Sére (1986) med sina studier på franska barn innan de hade fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper genom att eleverna besvarade frågan, ”är det möjligt att ta med sig Floridaluft till New York?”. Sére (1986) undersökte även franska elevers förståelse av luftens materiella egenskaper och visade att de flesta elever som medverkade i studien kopplade ”mer luft” med ”mer massa eller tyngre” på samma sätt som de förknippade
”mindre luft” med ”mindre massa eller lättare” i olika situationer. Med andra ord visade studien att de flesta elever var medvetna om att luft har tyngd och massa. Eleverna fick även besvara en skriftlig fråga om hur vågutslaget skulle ändras om ett objekt innehöll mer luft.
Hälften av eleverna ansåg att vågutslaget skulle bli större medan 25% av eleverna tyckte att vågutslaget skulle blir mindre med motiveringen att ju mer luft desto lättare objektet blir och
att flytande föremål flyter bättre ju mer luft de innehåller på samma sätt som en boll studsar bättre när den pumpas upp. De flesta elever som deltog i den ovannämnda studien var
medvetna om att luft behövs för andning och förbränning av till exempel ett ljus men var inte medvetna om luftens betydelse i förhållande till andra fenomen. Trots det att 85% av eleverna hade kunskap om förekomsten av luft i ballonger ansåg bara 12% av dem att det är luften i en plastflaska med kork som gör det omöjligt att kunna pressa flaskan helt.
De flesta försök som involverar luft gäller stillastående luft. I en studie kunde Sére (1985) visa att samtliga elever i 12–13 årsåldern som deltog i undersökningen ansåg att stillastående luft inte har någon tryckkraft. Då många elever inte förknippar stillastående luft med någon kraft leder dessa försök till kommentarer som ”Ingenting händer. Luft trycker inte. Den gör ingenting” eller ”luft är för lätt för att kunna trycka” eller ”luft trycker på flaskans väggar bara när flaskan är stängd, luften i flaskan liknar en fånge när flaskan är stängd men när flaskan är öppen trycker inte luften på dess väggar, för luften är fri nu” (Sére, 1986). Men om lufttrycket är högre än atmosfärstrycket anser elever att luft har effekt och trycker på olika föremål.
2.2 Teoretiska perspektiv
Studien tar avstamp i Vygotskijs sociokulturella perspektiv. De centrala begrepp som är relevanta för denna studie ur ett sociokulturellt perspektiv är den närmaste (proximala) utvecklingszonen (Zon of Proximal Development, ZPD) (Vygotskij, 1978), scaffolding (Wood
& Wood, 1996) och vardagliga (spontana) och vetenskapliga begrepp (Lundgren, Säljö &
Liber, 2014).
Enligt Vygotskijs ide om den närmaste (proximala) utvecklingszonen är elever mottagliga för instruktioner och vägledning vid utvecklingszonen. Utvecklingszonen definieras som
skillnaden mellan elevens nuvarande kunskaper och de kunskaper som eleven kan uppnå i interaktion med mer erfarna individer, lärare i denna studie. Ett meningsfullt lärande kan bara ske i utvecklingszonen (Vygotskij, 1978). En kartläggning av elevers förkunskaper och förståelse är första steget mot att synliggöra elevers nuvarande kunskaper i syfte att planera nästa steg i lärandeprocessen. Meningsfullt lärande tar sin utgångspunkt i elevers nuvarande kunskaper samt erfarenheter och lärandeaktiviteten vägleder elever till att ta nästa steg i sin lärandeprocess. Därför är det viktigt att som lärare känna till elevers vardagsföreställningar och nuvarande kunskaper samt att utgå från dessa i all undervisning.
Scaffolding definieras som det stöd den som lär sig får av en mer kunnig person (det stöd som en elev får av en lärare, i denna studie) (Wood et al., 1996). Läraren leder eleven vidare i lärandeprocessen genom att ställa adekvata frågor vilka riktar elevens uppmärksamhet på det som är betydelsefullt (Lundgren et al., 2014).
Med vardagliga begrepp menar Vygotskij de begrepp som individen lär sig genom den dagliga interaktionen med sin omvärld, medan med vetenskapliga begrepp menar han de mer abstrakta begrepp som är vanligt förekommande inom vetenskapen. Enligt Vygotskij är elever beroende av skolan, lärare och undervisning för att tillägna sig och förstå vetenskapliga begrepp (Lundgren et al., 2014).
Det abstrakta tänkandet utvecklas vid tolv års ålder då barnet typiskt befinner sig i de formella operationernas stadium enligt Piagets stadieteori (Micucci, 1998). Att som lärare hålla sig i bakgrunden och låta barn förstå världen genom sina egna aktiviteter är budskapet av Piagets stadieteori. Piaget menar att om barn befinner sig på rätt utvecklingsstadium kan han/hon
anordna sin egen kunskap på egen hand (Lundgren et al., 2014). Men även Piaget betonar vikten av att ha kunskap om elevers vardagsföreställningar. Att som lärare vara medveten om elevers svårigheter med att förstå vetenskapliga idéer och begrepp och utgå ifrån dessa svårigheter i undervisningen främjar elevers lärande, menar Piaget.
Denna studie utgår även från Piagets idé om ekvilibrium. Enligt Piaget är tänkandets utveckling och lärande resultaten av en strävan mot att uppnå en jämvikt, ekvilibrium, med sin omgivning, att förstå omvärlden. En rubbad jämvikt kan återställas genom adaptation eller kognitiv anpassning. Adaptation och lärande uppstår genom ytterligare två processer,
assimilation och ackommodation vilka existerar samtidigt i alla lärande processer (Piaget, 1962/1995). För att ta del av ny kunskap som inte överensstämmer med befintliga kunskaper och erfarenheter använder individen sig av ackommodation vilken leder till en förändring eller förnyelse av existerande tankesätt och kunskaper. Assimilation kräver mindre
ansträngning då ny kunskap byggs på de tidigare och existerande erfarenheter och tankesätt (Lundgren et al., 2014). Med andra ord menar Piaget att lärande eller adaptation bygger på individens befintliga erfarenheter och kunskaper vilket uppnås genom addering av ny kunskap till befintliga erfarenheter och kunskaper samt modifiering och förändring av individens nuvarande kunskaper. Med avseende på detta faller det sig naturligt att som lärare ha kunskaper om elevers vardagsföreställningar och befintliga kunskaper inför en
lektionsplanering. Vetskapen om elevers förkunskaper och nuvarande kunskaper är ett betydelsefullt verktyg för lärare att kunna anpassa undervisningen efter elevers behov och befintliga erfarenheter och är en förutsättning för att uppnå lärandemålen.
3 Metod
Studien utgår från en kvantitativ surveyundersökning forskningsstrategi. För att skapa en representativ kartläggning av högstadieelevers vardagsföreställningar, kunskaper och förståelse om luftens materiella egenskaper har denna metod valts ut som den lämpliga forskningsstrategin i studien. Med tanke på undersökningens syfte och att eleverna kan läsa och förstå frågorna samt möjligheten att kunna få fram ärliga och fullständiga svar då eleverna lämnar in anonyma svar har frågeformulär/enkät valts ut som studiens datainsamlingsmetod (Denscombe, 2016).
Urvalsgruppen omfattar tre högstadieklasser, en klass från varje årskurs. Elever i årskurs 7 har vid två olika tillfällen deltagit i studien (se nedan). 14 elever i årskurs 9, 22 elever i årskurs 8 samt 16 och 23 elever i årskurs 7 före respektive efter undervisningen har deltagit i studien.
Data samlades in med hjälp av två frågeformulär som består av två respektive fyra flervalsfrågor och en öppenfråga. Studien har gjorts på min VFU skola.
Den första enkäten delades ut till elever i årskurs 7 innan de hade undervisats i ämnet i syfte att kartlägga elevers nuvarande kunskaper och vardagsföreställningar inför kommande lektioner. Detta gjordes i undervisningssyfte – i syfte att utveckla min undervisning och inte i forskningssyfte. I efterhand blev jag intresserad av att utveckla arbetet och har använt
resultaten av den första enkäten som underlag för analysen i denna studien. Den första
enkäten innehåller därför bara två flervalsfrågor och en öppenfråga, medan andra enkäten har varit mål för betydlig mer eftertanke.
Det andra frågeformuläret delades ut till elever i årskurs 7 efter att de hade fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper samt till elever i årskurs 8 och 9 i samband med denna studie. Det andra frågeformuläret innehåller fyra flervalsfrågor samt en öppenfråga, alltså samtliga frågor från första frågeformuläret med tillägg av två flervalsfrågor (fråga 1, 2 och 3 i det första frågeformuläret motsvarar fråga 1, 3 respektive 5 i det andra
frågeformuläret) (se bilaga 1 och 2). Det andra frågeformuläret inleds med
bakgrundsinformation om studien och en kort instruktion (se bilaga 2). Flervalsfrågorna besvaras av eleverna genom att sätta kryss vid det rätta svarsalternativet samt en motivering av valet.
För att undersöka om frågorna i enkäten är förståeliga för elever genomfördes en kvalitativ pilotstudie (kvalitativa intervjuer) före andra datainsamlingstillfället. Fyra eleverna från urvalsgruppen fick först besvara samtliga fem frågorna i enkäten och därefter gjordes en intervju med varje elev för att undersöka hur tydliga och begripliga frågorna var. Detta ledde till att fråga 1, 2 och 5 i enkäten korrigerades för att göra dem mer förståeliga för elever. I tabell 3 nedan har dessa korrigeringar markerats med fet och kursiv stil.
Fråga 1. Är det möjligt att flytta luften från vårt klassrum till ett annat klassrum? Motivera ditt svar.
Fråga 2. En flaska med kork vägs med en noggrann våg före och efter att vi pumpar ut luften ur den. Hur mycket väger flaskan efter att luften pumpas ut? Motivera ditt svar.
Fråga 3. Vad händer med en plåtdunk om vi pumpar ut luften ur den? Motivera ditt svar.
Tabell 1: Visar samtliga frågor i den utdelade enkäten vid första datainsamlingstillfället. Elever i årskurs 7 innan de har haft undervisning om luften och dess materiella egenskaper har besvarat dessa frågor.
Fråga 1. Är det möjligt att flytta luften från vårt klassrum till ett annat klassrum? Motivera ditt svar.
Fråga 2. Är det möjligt att flytta Göteborgsluften till Stockholm? Motivera ditt svar.
Fråga 3. En flaska med kork vägs med en noggrann våg före och efter att vi pumpar ut luften ur den. Hur mycket väger flaskan efter att luften pumpas ut? Motivera ditt svar.
Fråga 4. En boll pumpas upp lite och vägs med en noggrann våg. Därefter pumpas bollen upp så att den blir hård och vägs med samma våg igen. Hur mycket väger bollen efter att den pumpas upp och blir hård? Motivera ditt svar.
Fråga 5. Vad händer med en plåtdunk om vi pumpar ut luften ur den? Motivera ditt svar.
Tabell 2: Visar samtliga frågor i enkäten inför andra datainsamlingstillfället före korrigering.
Fråga 1. Är det möjligt att flytta en del av luften från vårt klassrum till ett annat klassrum?
Motivera ditt svar.
Fråga 2. Är det möjligt att flytta en del av Göteborgsluften till Stockholm? Motivera ditt svar.
Fråga 3. En flaska med kork vägs med en noggrann våg före och efter att vi pumpar ut luften ur den. Hur mycket väger flaskan efter att luften pumpas ut? Motivera ditt svar.
Fråga 4. En boll pumpas upp lite och vägs med en noggrann våg. Därefter pumpas bollen upp så att den blir hård och vägs med samma våg igen. Hur mycket väger bollen efter att den pumpas upp och blir hård? Motivera ditt svar.
Fråga 5. Vad händer med en plastflaska/ PET-flaska om vi pumpar ut luften ur den?
Motivera ditt svar.
Tabell 3: Visar samtliga frågor i den utdelade enkäten vid andra datainsamlingstillfället. Elever i årskurs 7 efter att de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper samt elever i årskurs 8 och 9 har besvarat dessa frågor. Korrigeringar har markerats med fet och kursiv stil. För mer information om enkäten, se bilaga 2.
Syftet med fråga 1 och 2 i det andra enkäten är att studera elevers vardagsföreställningar och kunskaper om möjligheten att kunna flytta luften från en plats till en annan plats. Fråga 3 och 4 avser att undersöka elevers vardagsföreställningar och kunskaper om luftens materiella natur, att luft har tyngd och massa och fråga 5 avser att undersöka elevers förståelse av och kunskaper om att stillastående luft utövar krafter på angränsande föremål och ytor.
3.1 Forskningsetik
Innan andra enkäten delades ut till elever skickades ett brev till vårdnadshavare via skolans digitala plattform där de informerades om studien och dess syfte. I brevet framgick det att om inte barnet skulle delta i studien måste detta meddelas till de undervisande lärarna inom en viss tid. Då inga vårdnadshavare hörde av sig till de undervisande lärarna deltog samtliga elever i studien (för mer information om brevet se bilaga 3).
All data som har samlats in är anonymiserad. I analysen av resultaten har analytiska frågor som kan användas för att jämföra lärares och undervisnings effektivitet eller elevers
eventuella svårigheter uteslutits. I stället är denna studie fokuserad på att belysa elevers olika sätt att förstå och resonera om det aktuella ämnet.
3.2 Dataanalys
Data analyseras genom att procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs beräknas och jämförs med varandra. De argument som framförs av eleverna presenteras vid analys av resultaten och elevers ”spontana tankegång” (cf. Viennot, 1979) förklaras med hjälp av studiens teoretiska perspektiv och tidigare forskning inom området. Analysen görs för att komplettera och nyansera de kvantitativa resultaten från studien.
4 Resultat och analys
För att undersöka elevers förståelse av luftens rörlighet och flyttbarhet från ett ställe till ett annat har två huvudsakligen identiska frågor angående detta ställts till urvalsgruppen, fråga 1 och 2. Fråga 1 har ställts två gånger till elever i årskurs 7, både före och efter att de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper.
7* 7 8 9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Årskurs
Svarsfrekvens (% av total)
Figur 1. Procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs för fråga nummer 1 i den första och andra enkäten, ”Är det möjligt att flytta luften/en del av luften från vårt klassrum till ett annat klassrum?” (7*: elever i årskurs 7 innan de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper)
Elevers svar på fråga 1 visar att andelen elever som anser att det är möjligt att förflytta luften från ett klassrum till ett annat klassrum ökar efter att elever i årskurs 7 har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper. Den högsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 8 och den lägsta andelen rätta svar lämnas av elever i årskurs 9. De flesta elever motiverar sina svar med att ge förslag på en eller flera metoder med vilka luft kan förflyttas.
Några förslag som presenteras av elever är att ” man kan dra en tom burk genom luften i ett klassrum sedan stänga den, gå till ett annat klassrum och öppna den”, ”man kan andas in luften här inne sedan håller man andan och springer till ett annat klassrum och sedan andas ut”,” om man öppnar dörren kommer luften ut och kan flytta sig till ett annat klassrum”,” via ventilationen”,” möjligtvis genom en slang över till ett annat klassrum. Syremolekylerna skulle då förflyttas (vissa)”,” luftkonditionering”,” möjligt genom fläkt eller vind”. En elev använder partikelmodellen i sin förklaring ”det kanske inte skulle vara så enkelt men det är möjligt. Eftersom att luft är partiklar, små molekyler så går det att förflytta dem”.
Andelen elever i årskurs 7 som anser att luft inte kan förflyttas minskar efter att de har fått undervisning. De argument som framförs av dessa elever vilka anser att luften inte kan flyttas är att ”luft finns överallt. Man kan inte flytta på den”, ” för luften förnyas hela tiden” och att
”eftersom luften cirkulerar runt hela tiden, hur den vill”. Som nämndes tidigare anser dessa elever att luft är en enda massa och inte kan flyttas (Sére, 1986).
7 8 9 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Årskurs
Svarsfrekvens (% av total)
Figur 2. Procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs för fråga nummer 2 i andra enkäten, ”Är det möjligt att flytta en del av Göteborgsluften till Stockholm?”
Andelen rätta svar på fråga 2 följer samma mönster som i fråga nummer 1. Den högsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 8 och den lägsta andelen rätta svar lämnas av elever i årskurs 9. Andelen rätta svar ökar från årskurs 7 till årskurs 8 och minskar från årskurs 8 till årskurs 9. Återigen har de flesta elever motiverat sina svar med att ge förslag på en eller flera metoder med vilka luften kan förflyttas. Några förslag som framförs av elever är att ”luften blåser ju iväg”,” genom tåg eller flygplan där luften förs vidare” och ” om man använder en behållare som inte läcker ut luft”.
Andelen elever som anser att det är omöjligt att förflytta luften är lägst bland elever i årskurs 8 och högst bland elever i årskurs 9. Några argument som redovisas av dessa elever är att ”det är samma luft”, ” luft cirkulerar, hur ska man fånga och flytta luften? Så nej jag tror ej det”,
”för vi alla har samma luft så det spelar ingen roll” och att ” det är ett för stort avstånd mellan”. Dessa elever betraktar inte luft som ett ämne bestående av atomer och molekyler utan ser troligen luft som en enda sak, ”det är samma luft” framförs som ett argument av två elever. Att luft anses som en enda massa av elever kunde Sére visa med sina studier där han undersökte franska elevers förkunskaper om möjligheten att kunna förflytta gaser (Sére, 1986).
För att undersöka elevers förståelse av luftens materiella natur, att luft har massa och tyngd, har urvalsgruppen i denna studie besvarat två huvudsakligen identiska frågor angående detta, fråga 3 och 4. Fråga 3 har ställts två gånger till elever i årskurs 7, både före och efter att de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper.
7* 7 8 9 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Årskurs
Svarsfrekvens (% av total)
Figur 3. Procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs för fråga 3 i andra enkäten vilken motsvarar fråga 2 i första enkäten, ”En flaska med kork vägs med en noggrann våg före och efter att vi pumpar ut luften ur den.
Hur mycket väger flaskan efter att luften pumpas ut?” (7*: elever i årskurs 7 innan de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper).
Den högsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 8 och den lägsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 7 innan de har fått undervisning (7*). Frekvensen av det rätta svaret ökar efter att elever har fått undervisning samt från årskurs 7 till årskurs 8 men avtar från årskurs 8 till årskurs 9. Det argument som framförs av de flesta är att ”luft väger”.
Fråga 3 innehåller två inkorrekta svarsalternativ. 68,8% av elever i årskurs 7*, 56,5% i årskurs 7, 40,9% i årskurs 8 och 57% i årskurs 9 menar att flaskan väger lika mycket efter att luften pumpas ut ur den därför att luft inte väger något. En liten andel av eleverna i årskurs 7*,7 och 8 anser att flaskan väger mer efter att luften pumpas ut. Inga elever i årskurs 9 väljer detta svarsalternativ. Att en del elever tycker att flaskan väger mer efter att luften pumpas ut tros vara en följd av förförståelsen om att ”luft är lätt” och därför ”adderas luftens lätthet” till flaskan och gör flaskan lättare (en mer djupgående analys lämnas i anslutning till figur 4). Ett argument som framförs av elever i studien är att ”flaskan blir lättare med luften i som med en ballong”.
7 8 9 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Årskurs
Svarsfrekvens (% av total)
Figur 4. Procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs för fråga 4 i andra enkäten, ” En boll pumpas upp lite och vägs med en noggrann våg. Därefter pumpas bollen upp så att den blir hård och vägs med samma våg igen. Hur mycket väger bollen efter att den pumpas upp och blir hård?”
Andelen rätta svar per varje årskurs följer samma mönster som i fråga 3. Frekvensen av det rätta svaret ökar från årskurs 7 till årskurs 8 men avtar från årskurs 8 till årskurs 9. Den högsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 8 och den lägsta andelen rätta svar ges av elever i årskurs 7. Några av de argument som framförs är att ”luft väger”, ”om bollen blir hårdare blir den tyngre”, ”det är bara så”. De flesta elever motiverar sina svar med att ”luft väger”.
Även fråga 4 innehåller två inkorrekta svarsalternativ. 39,1% av elever i årskurs 7, 22,7% i årskurs 8 och 42,9% i årskurs 9 menar att bollen väger lika mycket efter att den pumpas upp och blir hård därför att luft inte väger något. 13% av elever i årskurs 7 och 22,7% av elever i årskurs 8 anser att bollen väger mindre efter att den pumpas upp. Inga elever i årskurs 9 väljer detta svarsalternativ. Återigen tros detta vara en följd av förförståelsen om att ”luft är lätt” och att ”luftens lätthet adderas till bollen och gör bollen lättare”. Ett argument som framförs är att
”luften lyfter upp bollen”.
Aristoteles införde distinktionen mellan materia och dess vikt. Enligt Aristoteles är vikten ämnets tillfälliga egenskap liksom färg och temperatur och är resultatet av två motsatta krafter, tyngd och lätthet. Aristoteles menade att lätthet orsakade en rörelse uppåt och tyngd orsakade en rörelse nedåt. Detta tankesätt kan även observeras bland elever där de till
exempel ger förklaringen att en boll som pumpas upp blir lättare därför att den studsar bättre.
Alltså en rörelse uppåt tolkas som att ämnet blir lättare. Ruth Stavy (1990) jämställer Aristoteles tankesätt med yngre elevers vardagsföreställningar och menar att precis som de antika filosofernas mentalbilder och tankesätt vilka har förändrats under historiens gång på grund av empirisk forskning och teoretiska överväganden kan elevers vardagsföreställningar och vardagliga begrepp förändras med hjälp av undervisning och lärande i naturvetenskapen.
Med andra ord försöker dessa elever förstå fenomenet med hjälp av assimilation. När elever gör erfarenheter av vilka föremål som är lätta respektive tunga utvecklar detta vissa kognitiva strukturer. Dessa strukturer kan assimilera att saker som rör sig uppåt är lätta och de som faller ner (rör sig nedåt) är tunga. Detta gör att en del elever anser att till exempel en
uppumpad boll blir lättare och väger mindre eftersom den studsar bättre (rör sig uppåt) eller
”att flaskan blir lättare med luften i som med en ballong” (ett argument som framförs av en elev). För att uppnå ett adekvat lärande behöver dessa elever istället ackommodera, det vill säga ändra sina kognitiva strukturer och sitt sätt att tänka, med hjälp av nya erfarenheter som utmanar de gamla. För att elever ska ackommodera måste de uppleva något som orsakar en kognitiv konflikt (Inhelder, Sinclair & Bovet, 1974) och obalans i förhållande till
omgivningen. Lundgren med flera (2014) resonerar på liknande sätt for att beskriva situationer där elever assimilerar eller behöver ackommodera för att tillägna sig nya kunskaper. Experiment och demonstrationer i klassrummet är ett sätt för lärare att skapa förutsättningar för elever att ändra sitt sätt att tänka, det vill säga ackommodera. Fråga 3 och 4 är exempel på bra underlag för sådana experiment och demonstrationer i klassrummet. Att uppleva något som orsakar en kognitiv konflikt, att väga en boll med en noggrann våg och se att den väger mer efter att den pumpas ut även om den studsar bättre (rör sig uppåt) gör att elevers sätt att tänka och agera ändras. Med andra ord måste dessa elever ackommodera för att återställa den rubbade obalansen med omgivningen och uppnå ekvilibrium (lärandet).
7* 7 8 9
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Årskurs
Svarsfrekvens (% av total)
Figur 5. Procentandelen av varje svarsalternativ per årskurs för fråga nummer 5 i andra enkäten vilken motsvarar fråga nummer 3 i den första enkäten, ”Vad händer med en plastflaska/ PET-flaska respektive plåtdunk om vi pumpar ut luften ur den? Motivera ditt svar.” (7*: elever i årskurs 7 innan de har fått undervisning om luften och dess materiella egenskaper)
Fråga 5 är en öppen fråga där elever beskriver med egna ord vad de tror kommer att hända med en plastflaska/ PET-flaska (i den andra enkäten) eller plåtdunk (i den första enkäten) när luften pumpas ut ur den samt motiverar sina svar. Andelen rätta svar per årskurs följer samma mönster som i fråga 1 och 2. Några svar som presenteras av eleverna är att flaskan ”drar ihop sig”,” blir mindre”, ”skrynklar ihop sig”, ”knycklas ihop”, ”trycks ihop”, ”vecklas ihop”,
”dras samman”, ”krymper ihop sig”, ”knölar ihop sig”, ”skrumpnar” och ”blir platt”.
43,8% av elever i årskurs 7*, 8,7% i årskurs 7, 4,6% i årskurs 8 och 28,6% i årskurs 9 har gett
”annat” svar på frågan. Några av de svar som framförs av dessa elever är att ”det blir vakuum”, ” flaskan blir hård”, ”den kanske rostar och går sönder”, ”inget, den väger lika mycket”, ”den väger mindre”, ”den har ej luft i sig, den väger lika mycket”. Men de flesta av dessa elever besvarar frågan med att ”det blir vakuum i flaskan”.
Inga elever i årskurs 9 motiverar sina svar. Elever i årskurs 7 både före och efter
undervisningen motiverar sina svar med att ”det blir vakuum/tomrum i flaskan”, ” det blir tomrum och flaskan försöker fylla ut det”, ”det blir tomrum och ett sug inne i flaskan”, ”för att det inte finns något syre i den” eller att ”flaskan dras ihop eftersom luften inte töjer ut/trycker ut PET-flaskan längre”.
13,6% av elever i årskurs 8 anser att luften utanför flaskan trycker på dess väggar och pressar ihop den vilket framförs som argument av dessa elever. Dessa elever har kunskaper om att stillastående luft utövar krafter på närbelägna föremål och ytor.
En liten andel av eleverna i årskurs 8 menar att på grund av luften inne i flaskan vilken trycker på flaskans väggar inifrån får flaskan sin unika form. När luften pumpas ut finns det ingen luft kvar inne i flaskan som trycker på dessa väggar inifrån och därför förlorar flaskan sin form. Dessa elever anser att innesluten luft kan utöva krafter på angränsande ytor men inte luften runtomkring. Med andra ord menar dessa elever att stillastående luft inte utövar några krafter på angränsande ytor. Några andra elever i årskurs 8 ger motiveringen att luft har volym och fyller utrymmet inuti flaskan. De hävdar att när luften pumpas ut trycks flaskan ihop därför att den som ger volym till flaskan (luften) försvinner. Dessa elever är medvetna om att luft har volym men anser inte att luft kan utöva krafter på närbelägna föremål. Att en del elever inte förknippar stillastående luft med någon kraft kunde Sére visa med sina studier där elever i 12-13 årsåldern deltog (Sére, 1985, 1986).
Resultaten visar att elever i årskurs 7 presterar bättre på samtliga frågor efter att de har undervisats i ämnet. Men varför lyckas inte alla elever i årskurs 7 prestera bättre och ge rätt svar på alla frågor efter undervisningen? En förklaring till varför alla elever inte lyckas tillägna sig dessa vetenskapliga begrepp kan hittas i Vygotskijs idéer. Enligt Vygotkij ”genom scaffolding inom ramen för utvecklingszonen kan man appropriera kunskaper som”
(Lundgren et al., 2014, s.306) den mer kunniga personen, lärare i denna studie, har. En förutsättning för att elever ska kunna ta till sig skolans vetenskapliga begrepp och kunskaper är att vägledning och lärande sker i den närmaste utvecklingszonen. Därför ska lärare göra en kartläggning av elevers nuvarandekunskaper samt vardagliga begrepp och föreställningar och utgå från dessa vid planering av all undervisning. Med andra ord ska nästa steg i
lärandeprocessen vara av sådan karaktär att elever inte kan bemästra på egen hand men kan genomföra med lärares stöd och vägledning. Detta kan vara en förklaring till varför vissa elever i årskurs 7 inte lyckas svara rätt på frågorna efter undervisningen. Lärandemålet ligger troligen på ett för hög nivå med avseende på dessa elevers tidigare erfarenheter och
vardagliga kunskaper och begrepp, vilket gör att de inte lyckas uppnå lärandemålen då vägledning och stöd inte sker i den närmaste utvecklingszonen.
7 8 9 0
10 20 30 40 50 60 70 80
Fråga 1 Fråga 2 Årskurs
Andelen rätta svar (% av total)
Figur 6. Andel elever i procent för varje årskurs som svarade rätt på fråga 1 respektive fråga 2 i andra enkäten.
Då fråga 1 och 2 är två huvudsakligen identiska frågor förväntas eleverna besvara dem på samma sätt. Resultatet visar att andelen elever som svarar rätt på fråga 1 är något högre än på fråga 2. Det långa avståndet mellan Göteborg och Stockholm tros vara den bakomliggande orsaken till något lägre andel rätta svar på fråga 2, ”det är ett för stort avstånd mellan”
motiverar en elev i årskurs 7 (en mer djupgående och detaljerad förklaring ges i anslutning till figur 7).
7 8 9
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Fråga 3 Fråga 4 Årskurs
Andelen rätta svar (% av total)
Figur 7. Andel elever i procent för varje årskurs som svarade rätt på fråga 3 respektive fråga 4 i andra enkäten.
Syftet med fråga 3 och 4 är att undersöka hur elever förstår och resonerar kring det faktum att luft har tyngd och massa. Återigen förväntas elever besvara dessa två frågor på samma sätt då de huvudsakligen är identiska. Resultatet visar att andelen rätta svar för fråga nummer 3 är något lägre än för fråga nummer 4 för elever i årskurs 7 och 8.
Av de elever som har svarat rätt på minst en av frågorna 1 och 2 har 62,5% i årskurs 9, 81,3%
i årskurs 8 och 64,7% i årskurs 7 lämnat rätt svar på båda två frågorna. Av de elever som har svarat rätt på minst en av frågorna 3 och 4 har 60% i årskurs 9, 63,6% i årskurs 8 och 25% i årskurs 7 lämnat rätt svar på båda två frågorna.
Men varför besvarar inte alla elever fråga 1 och 2 respektive 4 och 5 på samma sätt? Varför ger de rätt svar på en fråga men lämnar in fel svar på en annan liknande fråga? En möjlig förklaring till varför elever ger olika svar på liknande frågor ges av Stavy (1990). Han menar att inför en problemlösning aktiveras olika delar av elevers befintliga kunskaper och vetande.
Dessa aktiverade kunskaper tävlar med varandra så att den starkaste kunskapen och insikten vilken bestäms av elevers tidigare erfarenheter och framgångsrik användning av denna kunskap för att lösa andra typer av problem samt input från uppgiften vinner över de andra.
Ett fel svar kan betyda att elevers vardagliga kunskaper är starkare och vinner över deras vetenskapliga begrepp och kunskaper. Således även om elever har lämpliga kunskaper inom ett område uttrycks inte alltid dessa för att lösa det aktuella problemet och uppgiften. När kunskaper i elevers kognitiva system kanaliseras till relevanta problem och inte längre tävlar med logiskt tänkande och den korrekta kunskapen kopplad till den aktuella uppgiften är sannolikheten större att elever ger riktiga svar på uppgiften då elevers svar inte påverkas av obetydlig information från uppgiften eller irrelevanta kunskaper.
Med andra ord när elevers vardagliga begrepp och förkunskaper är starkare vinner dessa kunskaper över vetenskapliga kunskaper och logisk tänkande och elever svarar fel på uppgiften. För att kunna uppnå ett adekvat lärande där rätt kunskap används för att lösa ett problem ska vetenskapliga begrepp och teorier byggas på elevers befintliga vardagliga begrepp och kunskaper. Samspelet mellan vardagliga och vetenskapliga begrepp är en förutsättning för att elever ska kunna ta till sig skolans vetenskapliga begrepp och kunskaper (Andersson, 2008).
5 Diskussion
Resultaten av studien visar att andelen rätta svar ökar för samtliga frågor efter att elever har fått undervisning inom ämnet samt från årskurs 7 till årskurs 8, men minskar från årskurs 8 till årskurs 9. Elever i årskurs 8 presenterar alltid den högsta andelen rätta svar på samtliga frågor.
En möjlig förklaring till detta skulle vara att elever läser vidare om luftens materiella egenskaper och/eller om det gasformiga tillståndet i årskurs 8. Frågan ställdes till undervisande lärare via e-mejl. ”Dessa elever har främst läst det i sjuan” besvarade
undervisande lärare för årskurs 7, 8 och 9. Då eleverna inte undervisas mer i ämnet kan denna förklaring uteslutas.
En annan förklaring till åttornas bättre prestationer framställs av Stavy (1988). Han
undersöker hur israeliska studenter definierar begreppet ”gas”. Resultatet av studien visar att även om eleverna undervisas i ämnet i årskurs 7 definierar bara 45% av eleverna i årskurs 7
”gaser” som en form av materia direkt efter undervisningen. Först efter ett år, i årskurs 8, kunde de flesta elever definiera ”gaser” som en form av materia. Mätresultaten från min studie pekar i samma riktning som i Stavys undersökning, då elever i årskurs 8 alltid presenterar den högsta andelen rätta svar på samtliga frågor i enkätundersökningen. Stavy menar att en möjlig förklaring till varför elever i årskurs 8 presterar bättre än elever i årskurs 7 kan vara att en del elever behöver längre tid för att kunna införliva och assimilera de nya kunskaper och idéer som de lär sig genom undervisningen. Detta kan även förklaras med det sociokulturella perspektivet och dess syn på lärande och interaktioner mellan individer.
Vygotkij menar att till en början är elever beroende av hjälp från en mer kunnig person, lärare i denna studie, för att så småningom klara sig på egen hand. Elever i årskurs 7 är beroende av stöd från lärare och behöver undervisas i ämnet, vilket elevers bättre prestationer efter
undervisningen kan bekräfta. Men när elever behärskar ett ämne kan lärares stöd och vägledning upphöra då elever har förmågan att ta ansvar för sitt lärande och styra den (Vygotskij, 1978; Lundgren et al., 2014)., vilket elevers bättre prestationer i årskurs 8 bekräftar. Även om elever i årskurs 8 inte undervisas mer i ämnet presenterar åttorna den högsta andelen rätta svar på samtliga frågor.
Resultaten av denna studie visar även att andelen rätta svar för samtliga frågor ökar efter att elever undervisas i ämnet (se figur 1, 3 och 5). Detta kan tyda på att sannolikheten att elever utvecklar spontana naturvetenskapliga idéer och teorier inom detta område är liten och att elever troligen behöver undervisas inom ämnet för att kunna utveckla adekvata
naturvetenskapliga teorier om luftens materiella egenskaper, vilket även Vygotkij förespråkar i sin teori. Vygotskij menar att ”genom scaffolding inom ramen för utvecklingszonen kan”
(Lundgren et al., 2014, s. 306) eleven appropriera – eller anamma - den mer kunniga
personens kunskaper. Enligt Vygotskij är elever beroende av en mer kunnig persons hjälp och stöd, lärare i studien, för att kunna tillägna sig vetenskapliga begrepp. Då elever inte bemöter vetenskapliga begrepp i vardagen ska dessa begrepp förklaras för elever genom
undervisningen. Stöd och vägledning som ges i den närmaste utvecklingszonen ger förutsättningar för att eleven ska kunna tillägna sig dessa vetenskapliga begrepp och kunskaper.
Studien visar även att elevers förvärvade kunskaper inte alltid är stadiga och kan ändras mellan uppgifterna. Med andra ord kan elevers svar påverkas av irrelevanta detaljer i
uppgiften, vilket leder till olika svar på liknande frågor (se figur 6 och 7). Denna slutsats kunde även Stavy (1988) dra från en studie där han undersökte hur elever besvarade två huvudsakligen identiska frågor om gasers materiella egenskaper, att gaser har vikt och massa.
Resultaten från Stavys studie visade att elevers svar på dessa identiska frågor följde samma mönster samtidigt som andelen rätta svar på dessa två frågor var olika, vilket stämmer överens med resultaten av min studie (se figur 6 och 7). Andra forskare har också kunnat visa att elevers kunskaper inte är stabila och kan ändras mellan olika uppgifter (Clough & Driver, 1986; Stavy, Eisen & Yaakobi, 1987). Stavy menar att yngre elevers svar (upptill årskurs 7) påverkas av uppgiftens perceptuella komponenter. Detta leder till att elever använder irrelevanta delar av sina befintliga kunskaper vilka stöds av dessa perceptuella input för att besvara uppgiften.
Stavy (1988) föreslår i sin studie att vid undervisning inom ett område ska nya
kunskapsområden och problem belysas i så många sammanhang som möjligt för att uppnå en adekvat kunskapsutveckling och förståelse. På så sätt kan det undvikas att elever ger olika svar på huvudsakligen identiska frågor. Socialisering i naturvetenskapen kräver interaktion med omvärlden enligt ett sociokulturellt perspektiv. För att socialiseras in i naturvetenskapen och tillägna sig vetenskapliga begrepp och teorier ska eleven sättas in i olika situationer där de kan begripa omvärlden på ett mer grundläggande eller nytt sätt (Andersson, 2008; Lundgren et al., 2014).
Att andelen rätta svar sjunker från årskurs 8 till årskurs 9 kan vara konsekvensen av att vetenskapliga begrepp och kunskaper inte alltid är bestående och kan glömmas bort. En annan förklaring till niornas sämre prestationer presenteras av Stavy (1990). Han menar att när elever skaffar sig nya kunskaper kan dessa tävla med befintliga relevanta kunskaper och logiskt tänkande. Därefter inriktas kunskaperna på relevanta problem när elever lär sig applicera och genomföra de nya kunskaperna på adekvata frågeställningar (Stavy, 1990).
Andersson (2008) menar att ett vetenskapligt tänkande ska bygga på vardagliga begrepp, kunskaper och föreställningar. En undervisning som inte tar sin utgångspunkt i elevers vardagliga kunskaper och förståelse lyckas inte utveckla lärandet. Samspelet mellan
vardagliga och vetenskapliga begrepp och kunskaper är en förutsättning för att elever ska få bestående kunskaper och idéer inom ämnet. Frånvaro av detta samspel kan vara en möjlig förklaring till niornas sämre prestationer.
5.1 Studiens tillförlitlighet och validitet
Studien kan antas ha hög validitet eftersom den mäter det som är avsett att mätas, det vill säga elevers vardagsföreställningar och kunskaper om luftens materiella egenskaper. De frågor som har ställts till eleverna är i stort sätt hämtade från tidigare forskningsstudier (cf. Sére, 1985, 1986) och visats kunna undersöka elevers förståelse och kunskaper om luftens materiella egenskaper.
Men är resultaten av dessa mätningar reproducerbara? Har studien även hög reliabilitet?
Studiens reliabilitet kan ifrågasättas då irrelevanta faktorer kan ha påverkat mätresultaten. Då två frågor i den första utdelade enkäten och fyra frågor i den andra enkäten är flervalsfrågor kan gissning vara ett problem (Wikström, 2013). För att minska risken för gissningar ska samtliga svar motiveras. Detta framgår av instruktionen samt tydliggörs med texten ”motivera ditt svar” efter varje fråga. Trots detta motiveras inte alla inlämnade svar, vilket gör det svårt att bedöma om en del elever har besvarat frågorna baserade på egna förståelser och kunskaper
eller bara har gissat rätt/fel. En annan irrelevant faktor som tros ha påverkat mätresultaten är att vissa elever kan ha skrivit av intill sittande kompisens svar istället för att ange egna tankar och kunskaper. Bortfall vid den första enkätutdelningen kan också nämnas som en irrelevant faktor, vilket kan ha påverkat studiens tillförlitlighet, endast 16 elever i årskurs 7 deltog i studien innan de fick undervisning om luften och dess materiella egenskaper då många elever inte var närvarande vid det första enkätutdelningstillfället.
Ytterligare en faktor som kan påverka tillförlitligheten för en enkätundersökning är att frågorna i enkäten missförstås av respondenterna. Som nämndes tidigare har en kvalitativ pilotstudie (kvalitativa intervjuer) med syftet att ta fram ett tydligt och förståeligt
frågeformulär genomförts innan enkäterna delades ut för andra gången. Detta har minskat risken för missförstånd i samband med andra enkätundersökningstillfället. Mätresultaten från första enkätundersökningen där deltagarna är elever i årskurs 7 före undervisningen kan ha påverkats av denna faktor. Med andra ord kan resultaten från första enkätundersökningen med klass 7* vara mindre reliabla.
I följande text presenteras förbättringsåtgärder för framtida forskningsstudier inom detta område för de som är intresserade av att göra studier inom fältet.
Då antal elever i varje årskurs som har deltagit i studien är olika samt att ett antal elever i studien inte ger några motiveringar till sina svar blir det svårt att kunna dra några generella slutsatser. För att göra studien mer tillförlitlig och generaliserbar ska urvalsgruppen bestå av homogena elevgrupper från varje årskurs. Enkätundersökningen ska kombineras med
intervjuer där elever som lämnar ofullständiga eller otydliga svar intervjuas i syfte att ta fram mer tillförlitliga svar och minska sannolikheten att elever gissar sig till rätt svar. Men en longitudinell studie där samma elevgrupp följs upp under tre år, från årskurs 7 innan de har undervisats i ämnet fram till årskurs 9, erbjuder den mest tillförlitliga och valida studien inom detta fält.
5.2 Framtida forskningsstudier
Detta område ger utrymme för många vidare studier inom fältet. Nedan listas några tänkbara studier inom området.
Är elevers förvärvade naturvetenskapliga kunskaper bestående?
Hur besvarar elever identiska frågor om olika naturvetenskapliga företeelser?
Undersöka om det finns något samband mellan elevers vardagsföreställningar om och förståelser av olika naturvetenskapliga fenomen och föräldrars utbildningsbakgrund?
Undersöka elevers vardagsföreställningar och kunskaper om andra naturvetenskapliga fenomen såsom gasers materiella egenskaper, fasers egenskaper och fasövergångar, konservation av massa och tyngd, olika kemiska reaktioner i människas kropp och i omgivningen och många andra naturvetenskapliga företeelser.
Men andra ord för den som är intresserad av att studera elevers tankar, förståelse och kunskaper inom naturvetenskapliga företeelser finns det många bra möjligheter att kunna designa, planera och genomföra studier och undersökningar inom fältet. Det är bara fantasin som kan sätta gränser!
6 Avslutning
Resultaten av studien visar att sannolikheten att elever utvecklar spontana vetenskapliga begrepp och idéer om luftens materiella egenskaper är liten och att elever troligen behöver undervisas i ämnet för att kunna utveckla adekvata vetenskapliga begrepp och teorier inom detta område. Studien visar att elevers förvärvade kunskaper inte alltid är stadiga och kan ändras mellan uppgifterna samt att en del elever förmodligen behöver längre tid för att kunna införliva nya vetenskapliga begrepp och kunskaper som de får genom undervisningen.
Resultaten av studien visar även att skolans vetenskapliga kunskaper och begrepp kan glömmas bort.
