Simulering eller demonstration i fysik undervisning?

Institutionen för didaktik

Examensarbete i utbildningsvetenskap 15 hp, vt 2011

Magisterexamen i undervisning och utbildning. Inriktning fysik/kemi mot gymnasieskolan.

Simulering eller

demonstration i fysik undervisning?

Hur olika typer av undervisningsformer påverkar begreppsförståelsen och inlärningen

Författare: Handledare:

Sofia Borg Segarra Marques Cortez Godinho Sven Ljungfelt

Betygsättande lärare: Examinator:

Martin Karlberg Guadalupe Francia

Sammanfattning

Syftet med studien är att utvärdera hur olika typer av undervisningsformer påverkar begreppsförståelsen och inlärningen. Här jämförs datorsimuleringar med demonstrationer.

Studien genomfördes på två grupper i Fysik A i årskurs 2 på gymnasiet, NV-programmet.

Innan studien påbörjades hade eleverna haft kontakt med det fysikaliska begreppet rörelse endast på högstadiet. Det vill säga, det som undersöktes var första kontakten på gymnasienivå. Samma diagnos användes före och efter studien. För att samla in data användes enkäter. Det visade sig att simuleringen var bättre när det gäller begreppsförståelsen av dragnings- och normalkraft. Att demonstration var någorlunda bättre i vad gäller friktionskraft innebär att man behöver hitta ytterligare en metod för att motverka den aristoteliska förförståelsen eftersom ingen av dessa två metoder gav tillfredsställande resultat.

Nyckelord: begreppsförståelse, dator i undervisning, simulering, demonstration, fysik

Innehåll

Inledning ...4

Avgränsning ...4

Syfte ...5

Frågor ...5

Disposition ...5

Bakgrund ...7

Historisk bakgrund ...7

Styrdokument ... 10

Kursplanerna för fysikämnet ... 10

Begreppsdefinition: Modellering, simulering, och demonstration ... 11

Teori och forskningsresultat ... 11

Metodologi ... 15

Val av metod ... 15

Diagnoser och enkäter ... 15

Urval ... 16

Bortfall ... 16

Forskningsetiska överväganden ... 17

Procedur ... 17

Upplägg ... 17

Simuleringar ... 18

Resultat ... 19

Tillfälle 1 samt diagnos 1 och diagnos 2 analys ... 19

Tillfälle 2 samt diagnos 3 analys ... 27

Enkät analys - Elevers syn på simuleringslaborationer ... 28

Sammanfattning ... 31

De viktigaste resultaten ... 32

Analysverktyg och teori - mätningarnas validitet, reliabilitet och generaliserbarhet ... 32

Resultatdiskussion i förhållande till tidigare forskning ... 33

Bidrag - återknytning till frågeställning och syfte förankrad i redovisade resultat ... 34

Fortsatt forskning ... 34

Litteraturförteckning ... 35

Tryckta referenser ... 35

Bilagor ... 39

Bilaga 1 – Missivbrev ... 39

Bilaga 2 - Diagnos 1 ... 40

Bilaga 3 - Diagnos 2 ... 42

Bilaga 5 – Enkät ... 46

Bilaga 6 – Simuleringsinstruktioner – Tillfälle 1 ... 47

Bilaga 7 – Simuleringsinstruktioner – Tillfälle 2 ... 49

Bilaga 8 – Sammanlagda resultaten för varje enskild elev – Tillfälle 1 – Diagnos 1 och 2. ... 52

Inledning

I mitt arbete under didaktik i fysik kursen har jag kommit i kontakt med den vanliga förförståelsen i fysik. Användning av ny teknik i undervisningen är någonting som nu ses mer och mer på i kurserna Fysik 1, 2 och 3 och inom fysikdidaktiken har man kommit fram till att det fungerar bra för att göra elever mer intresserade av fysikkurser.¹ I det här arbetet har jag därför valt att studera vilken inverkan datorsimuleringar har i jämförelse med traditionella demonstrationer för att råda bot på dessa vanligt förekommande felaktiga förförståelser inom fältet mekanik (rörelse).

Avgränsning

Som man kommer att se under teoridelen av detta arbete finns det flera problem inom fältet mekanik. Att täcka alla dessa problem skulle vara ett för stort område att studera bara på en termin och därför har jag valt att fokusera mig mest på den aristoteliska förförståelsen (det vill säga sammanblandning av kraft och rörelse), dragningskraft, normalkraft och friktion.

1 Thacker, B. A. (2003) Recent advances in classroom physics. Reports on Progress in Physics, 66:s. 1839.

Syfte

Syftet med detta arbete är att undersöka hur olika typer av undervisningsformer påverkar begreppsförståelsen och inlärningen – jag kommer att utvärdera två sorters undervisning, en där man använder en datorsimulering i fysik och en annan där man använder den traditionella demonstrationsmetoden. Detta för att försöka avgöra simuleringens för- och nackdelar i jämförelse med demonstrationer.

Frågor

Utifrån mitt syfte har jag valt att koncentrera mig på följande frågeställningar:

1) Vilken är påverkan av en simulering jämfört med påverkan av ett antal demonstrationer för att motverka välkända förförståelser inom fältet mekanik?

Speciellt hänsyn ges till att:

- kunna skilja mellan kraft och rörelse (undvika aristotelisk förförståelse);

- ta hänsyn till dragningskraft/föremålets tyngd;

- ta hänsyn till normalkraft;

- ta hänsyn till friktionskraft på rätt sätt.

2) Finns det skillnad mellan att använda sig av en simulering och att använda sig av en demonstration inom fysik?

3) Tycker eleverna mest om simuleringar eller demonstrationer?

För att besvara mina frågeställningar har jag använt mig av diagnostiska tester och en enkät.

Disposition

Jag börjar med att ta upp lite historisk bakgrund följt av vad styrdokumenten säger samt teori och forskningsresultat i de fysikområden som ska adresseras i detta arbete. Slutligen och som man kan se, under inledningen, finns det flera problem inom fältet mekanik. Att täcka alla dessa problem skulle vara ett för stort område därför har jag valt att fokusera mig på den aristoteliska förförståelsen, dragningskraft, normalkraft och friktion.

Under metodologi förklarar jag hur och varför jag har valt att presentera studien som jag gör. Jag har använt mig av både en enkät och flera diagnostiska tester och jag har undersökt två olika sätt för eleverna att arbeta med simuleringar: enskilt och i grupp. Efter metodologi kan man läsa resultatdelen där jag redovisar resultaten från studien utifrån mina frågeställningar.

Därefter kommer den sista delen som är en sammanfattande diskussion där jag behandlar de viktigaste resultaten, analyserar studiens validitet, reliabilitet och generaliserbarhet. Jag slutar med vad jag tycker är studiens bidrag och öppnar ett fönster inför framtiden där jag ger förslag på fortsatt forskning.

Bakgrund

Historisk bakgrund

Jag skulle vilja börja med att säga att den historiska bakgrunden är framtiden. Jag tror att i framtiden kommer vi att använda allt mer simuleringar för att lära oss. Vi undervisar nu en generation som är uppväxt med dator. Alla som har sett barn eller ungdomar framför ett datorprogram vet att de är vana att undersöka programmens möjligheter, att pröva sig fram.

Jag tycker därför att det är mycket sannolikt att ”framtidens klassrum” ska ha flera olika simulatorer, tillsammans med andra visuella/text lärande verktyg. Jag tror att vi är på väg in i en lärande värld där datorn kommer att vara lika självklar som pennan.

Didaktisk forskning inom det naturvetenskapliga området är inte ett gammalt forskningsfält. Datorsimuleringar har blivit allt mäktigare och tillgängliga för lärare i naturvetenskap under de senaste tre årtiondena.² Dagens lärare i naturvetenskap kan välja bland ett brett utbud av datorsimuleringar tillgängliga från många olika platser, däribland fritt tillgängliga webbplatser på internet, kommersiella webbplatser, och klientbaserad kommersiell programvara. Dessa simuleringar syftar till att underlätta NO-undervisning och inlärning genom förbättrad visualisering och interaktivitet med dynamiska modeller av naturfenomen.³

Tidigare forskning har visat att effekten av datorsimuleringar i studenternas lärande är positiv. Många av dessa studier har inriktats på inlärning av ett visst kunskapsinnehåll. Till exempel fann Akpan och Andre⁴ att elever som använde en simulering av en dissektion av en groda lärde sig betydligt mer anatomi än de som faktiskt utförde dissektioner. Trey och

2 Smetana, L., & Bell, R.L. (2007). Computer simulations to support science instruction and learning: A critical review of the literature. En artikel som presenterades på the Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, New Orleans, LA och som refereras av Trundle, K. C., Bell, R. L. (2010). The use of a computer simulation to promote conceptual change: A quasi-experimental study, Computers & Education 54, s.1078–1088.

3 de Jong, T., & Van Joolingen, W. (1998). Scientific discovery learning with computer simulations of conceptual domains. Review of Educational Research, 68, 179–201.

4 Akpan, J. P., & Andre, T. (2000). Using a computer simulation before dissection to help students learn anatomy. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 19, 297–313.

Khans⁵ undersökning visade att dynamiska datorbaserade analogier kan förstärka högskolestudenters inlärning av observerbara fenomen inom kemi. Dessutom upptäckte Huppert, Lomask och Lazarowitz⁶ att elever på gymnasiet som använde en datorsimulering på tillväxtkurvan av mikroorganismer bättre uppnår innehållsbaserade mål än de i kontrollgruppen. Forskare har också rapporterat framgångsrika datorsimuleringar för att stödja forsknings- och resonemangsfärdigheter. Till exempel rapporterar Monaghan och Clement⁷ att en datorsimulering var effektiv för att hjälpa eleverna att testa förutsägelser och senare utveckla mer exakta modeller av rörelse. Dori och Barak⁸ drog slutsatsen att en kombination av virtuella och fysiska modeller som används tillsammans med lektioner för att stötta lärande och rumslig förståelse av molekylära strukturer är bättre än traditionella föreläsnings/demonstrationsmetoder. Chang, Chen, Lin, och Sung⁹ jämförde lärande och förmågan till abstrakta resonemang hos gymnasieelever i fysik som genomfört en traditionell optiklaboration med dem som genomgått en liknande simulering. Resultaten visade att elever som använde simulering var bättre än elever som gjorde den traditionella laborationen.

Effekten av datorsimuleringar är dock nära kopplad till den pedagogik som används tillsammans med dem.¹⁰ Att bara ge tillgång till dator eller programvara utan noggrann uppmärksamhet på att stödja lärandet och utan att ge instruktioner leder sannolikt inte till önskade mål. Denna insikt har inspirerat vissa att utveckla specifika stöd för eleven för användning av instruktioner vid användning av datorsimuleringar.^11,12 Datorsimuleringar har

5 Trey, L., & Khan, S. (2008). How science students can learn about unobservable phenomena using computer- based analogies. Computers & Education, 51, 519–529.

6 Huppert, J., Lomask, S. M., & Lazarowitz, R. (2002). Computer simulations in the high school: Students’

cognitive stages, science process skills and academic achievement in microbiology. International Journal of Science Education, 24, 803–821.

7 Monaghan, J. M., & Clement, J. (1999). Use of a computer simulation to develop mental simulations for understanding relative motion concepts. International Journal of Science Education, 21, 921–944.

8 Dori, Y. J., & Barak, M. (2001). Virtual and physical molecular modeling: Fostering model perception and spatial understanding. Educational Technology and Society, 4(1), 61–74.

9 Chang Chen Lin & Sung (2008). Effects of learning support in simulation-based physics learning. Computers and Education, 51(4), 1486–1498.

10 Flick, L., & Bell, R. (2000). Preparing tomorrow’s science teachers to use technology: Guidelines for Science educators. Contemporary Issues in Technology and Teacher Education [Online serial], 1 (1). Available from http://www.citejournal.org/vol1/iss1/currentissues/science/article1.htm.

11 Chang Chen Lin & Sung (2008). Effects of learning support in simulation-based physics learning. Computers and Education, 51(4), 1486–1498.

många attribut som är potentiellt användbara för att främja kognitiv dissonans. Eftersom simuleringar är förenklade versioner av den naturliga världen, kan de fokusera elevernas uppmärksamhet mer direkt och målinriktat på själva fenomen.¹³ Simuleringar kan göra att eleven visualiserar föremål och processer på ett naturligt sätt, bortom förförståelsen.

Dessutom har många gånger simulering gjort att eleverna manipulerar variabler som ligger utanför användarnas kontroll i den riktiga världen. Mot bakgrund av dessa attribut har vissa hävdat att datorsimulationer har potential att främja kognitiv dissonans och konceptuella förändringar mer effektivt än direkt erfarenhet.¹⁴ Detta gäller särskilt för vetenskapliga begrepp som är bakvända, abstrakta och/eller inte lätt nås genom direkt observation.¹⁵ På grund av denna potential, har vissa forskare undersökt effekten av att använda datorsimuleringar för att uppnå önskade begreppsmässiga förändringar. Tidiga undersökningar^16,17 pekade på effektiviteten av användning av datorsimuleringar för en konceptuell förändring av undervisningen. Senare undersökningar har tagit upp möjligheten för simuleringar för att uppnå kognitiv dissonans. Till exempel, Gorsky och Finegold¹⁸ utforskade möjligheterna för en datorsimulering att framkalla kognitiv dissonans genom att simulera konsekvenserna av elevers alternativa föreställningar om kraft och rörelse. Det visade sig att simuleringen var bara måttligt framgångsrik i att skapa kognitiv dissonans, de studenter som upplevt kognitiv dissonans uppnådde, efter simuleringen, vetenskapliga insikter. Effekten av datorsimuleringar för att främja kognitiv dissonans och önskad begreppsmässig förändring stöds också av Bell och Trundle.¹⁹ Sedan gjorde de en till

12 Yaman, M., Nerdel, C., & Bayrhuber, H. (2008). The effects of instructional support and learner interests when learning using computer simulations. Computers & Education, 51(4), 1784–1794.

13 de Jong, T., & Van Joolingen, W. (1998). Scientific discovery learning with computer simulations of conceptual domains. Review of Educational Research, 68, 179–201.

14 Winn, W., Stahr, F., Sarason, C., Fruland, R., Oppenheimer, P., & Lee, Y. (2006). Learning oceanography from a computer simulation compared with direct experience at sea. Journal of Research in Science Teaching, 43, 25–42.

15 Allessi, S., & Trollip, S. R. (1991). Computer based instruction: Methods and development (2nd ed.).

Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.

16 Brna, P. (1987). Confronting dynamics misconceptions. Instructional Science, 16, 351–379.

17 Zietsman, A. I., & Hewson, P. W. (1986). Effect of instruction using microcomputer simulations and conceptual change strategies on science learning. Journal of Research in Science Teaching, 23, 27–39.

18 Gorsky, P., & Finegold, M. (1992). Using computer simulations to restructure students’ conceptions of force.

Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 11, 163–178.

19 Bell, R. L., & Trundle, K. C. (2008). The use of a computer simulation to promote scientific conceptions of moon phases. Journal of Research in Science Teaching, 45(3), 346–372.

undersökning²⁰ där de utforskade effekten av att integrera en datorsimulering i en frågebaserad instruktion före lärarnas genomgång om månen. Med hjälp av observationer av månen som samlats in uteslutande från simuleringen som grund för att uppnå kognitiv dissonans, flyttade majoriteten av deltagarna från alternativa till önskade vetenskapliga föreställningar. Özmen, Demirciog˘lu, och Demirciog˘lu²¹ evaluerade effektiviteten i begreppsförändrande texter tillsammans med animationer för att främja begreppsmässig förändring bland gymnasieelever i kemi. Resultat före, efter och försenad efter- administration av test med flervalsfrågor om föreställningar inom kemisk bindning visade att den experimentella gruppen förbättrades signifikant mer på eftertest och hade bättre bevarande av information på det försenade eftertestet.

Styrdokument

Kursplanerna för fysikämnet

Skolverket säger att eleverna ska ”ges möjlighet att använda datorstödd utrustning för insamling, simulering, beräkning, bearbetning och presentation av data.”²²

Vad säger de nya kursplanerna om simulering och om krafter?

I Fysik 1, FYSFYS01²³ där det står att eleven ska lära sig, inom Rörelse och krafter om krafter som orsak till förändring av hastighet och rörelsemängd.

I Fysik 3, FYSFYS03²⁴ där det står att eleven ska lära sig, inom Modellering och simulering, om ett undersökande mindre projekt där datorbaserad numerisk simulering används för att fördjupa och tillämpa valfritt område på en problemställning med anknytning till fysik. Och där det även står att eleven ska lära sig, inom Fysikens arbetssätt och matematiska metoder, om betydelsen av simuleringar för att testa, omvärdera och revidera hypoteser, teorier och modeller.

20 Trundle, K. C., Bell, R. L. (2010). The use of a computer simulation to promote conceptual change: A quasi- experimental study, Computers & Education 54, s.1078–1088.

21 Özmen, H., Demirciog˘lu, H., & Demirciog˘lu, G. (2009). The effects of conceptual change texts accompanied with animations on overcoming 11th grade students’ alternative conceptions of chemical bonding. Computers

& Education, 52, 681–695.

22 http://www.skolverket.se/sb/d/4168/a/23357/func/amnesplan/subjectId/FYS/titleId/Fysik (2011-04-08) 23 http://www.skolverket.se/sb/d/4168/a/23357/func/amnesplan/subjectId/FYS/titleId/Fysik (2011-04-08) 24 http://www.skolverket.se/sb/d/4168/a/23357/func/amnesplan/subjectId/FYS/titleId/Fysik (2011-04-08)

Begreppsdefinition: Modellering, simulering, och demonstration

I det här arbetet använder jag tre begrepp som ska definieras. Det första är modellering.

Modellering är ett sätt av att representera verkligheten på ett enklare sätt. Till exempel, Bohrs atommodell är en modell av en atom som är enklare än själva atomen men som är en bra representation för atomen som hjälper oss att bättre förstå atomen. Här menar jag med en simulering, eller datorsimulering, en modellering av något fysiskt fenomen som görs med hjälp av datorer. Datorsimulering har blivit ett viktigt verktyg i arbetet med modellering av många olika fenomen. En demonstration, däremot, är att visa själva fenomenet, här, framför eleverna i klassrummet. Inte alla fenomen kan direkt visas i klassrummet, andra fenomen blir enklare att förstå då man använder en simulering av fenomenet istället för att visa själva fenomenet. Därför blev jag intresserad av att se hur dessa två olika typer av undervisningsformer, simulering och demonstration, påverkar begreppsförståelsen och inlärningen.

Teori och forskningsresultat

Den mest utbredda förförståelsen inom mekanik kallas ofta den aristoteliska, eftersom den på flera punkter liknar Aristoteles beskrivning av kraft och rörelse.^25,26,27 Det vill säga, eleverna är i gott sällskap. Detta sällskap är tyvärr inte det bästa, det bästa är nog Newtons sällskap.

Hur tänker eleverna att världen fungerar jämfört med vad Newton tyckte?^28,29

25 Clement, J. (1982). Students’ preconceptions in introductory mechanics. American Journal of Physics, 50, 66- 71.

26 McCloskey, M. (1983). Naïve theories of motion. In D. Gentner, & A. Stevens (Eds.), Mental Models.

Hillsdale, NJ: Erlbaum.

27 Jimoyiannis, A., & Komis, V. (2003). Investigating Greek students’ ideas about forces and motion. Research in Science Education, 33, 375-392.

28 Andersson, B. (2001) ELEVERS TÄNKANDE OCH SKOLANS NATURVETENSKAP, FORSKNINGS-RESULTAT SOM GER NYA IDÉER, Stockholm: Skolverket, s.215-227.

29 Knight, R. D. (2004) Five Easy Lessons. Strategies for Successful Physics Teaching, San Francisco:

Addison Wesley, Pearson Education, Inc., s. 71-128.

Newtons första lag:

Eleverna uppfattar det som naturligt för en kropp att vara i vila om den inte påverkas av någon kraft. Newtons första lag säger att en kropp som inte påverkas av krafter kommer att fortsätta att röra sig med samma hastighet, det vill säga: a0

Newtons första lag är bara ett specialfall av Newtons andra lag;

Newtons andra lag:

Eleverna brukar ha en intuitiv rörelselag som säger att kraft och hastighet är proportionella och har samma riktning: F ~v

Enligt Newton är kraft och acceleration proportionella och har samma riktning: aF/m (men hastigheten behöver inte ha samma riktning som kraften).

Newtons tredje lag:

Eleverna tror inte på tredje lagen. De tror på dominansprincipen: Det vill säga, vid växelverkan dominerar de föremål som är större och/eller aktivt. De har svårt att isolera systemen från varandra och från området. De har svårt att identifiera aktion/reaktions kraftpar. De tycker att dessa två krafter appliceras på samma föremål. Vidare tror de inte att long-range krafter har någon reaktionskraft.

Newton säger att för varje aktion finns det en reaktion som är lika i värde men med motsatt riktning. Ingen kraft finns utan motkraft. Vi kan även vidare förklara lagen och säga som Knight³⁰ att:

1) Varje kraft görs på en av både delar av kraftens interaktionspar.

2) De två krafterna i paret agerar på två olika föremål.

3) De två krafterna i paret är lika stora men har motsatta riktningar. Det vill säga,

BonA AonB F

F  .

Andra relaterade förförståelser hos elever är att eleverna tycker att det bara finns krafter när man kan se en verkan (en kropp som deformeras; något som förändrar hastighet eller riktning). Därför tycker de att stillastående föremål inte utövar krafter. De brukar tänka på den som gör kraften på föremålen, inte på föremålen själva samt de krafterna som inte görs av någon/något som de ser (som till exempel, ytan – för friktion eller jorden – för

30 Knight, R. D. (2004) Five Easy Lessons. Strategies for Successful Physics Teaching, San Francisco:

Addison Wesley, Pearson Education, Inc., s.106.

gravitation). Därför brukar de inte tycka att friktion eller gravitation är krafter. Då det gäller gravitation, tycker de att utan luft finns det ingen gravitation.

Slutligen, tror eleverna inte heller på normalkraften.

När det gäller rörelse, sträcka, hastighet och acceleration är det viktigaste att eleverna vänjer sig vid användning av rörelsediagram och grafer för att tänka på problemen istället för att bara använda ekvationer.³¹ Vid användning av grafer måste de även tänka på vad lutningen och arean under grafen betyder och hur man går från en graf till den andra: s vs. t

→ v vs. t → a vs. t och tillbaka). Under min första VFU såg jag att eleverna hade problem med att tolka grafer och en bild säger ju mer än tusen ord. Därför tycker jag att det är viktig att de ska lära sig och öva på det. Jag drog alltid en parallell mellan följande grafer s vs. t i vad gäller hastighet och v vs. t i vad gäller acceleration. Till exempel, byter s vs. t grafen från positiv lutning till negativ så har föremålet börjat röra sig i motsatt riktning; Har v vs. t grafen negativ lutning innebär det istället att föremålet retarderas (negativ acceleration).

Att jobba på flera olika sätt

Eftersom olika elever behöver olika arbetsmetoder för att nå målen i kursplanen valde jag att eleverna skulle arbeta med simuleringar på två olika sätt. Under tillfälle 1 har eleverna arbetat enskilt. Individualiserad undervisning innebär ofta att elever arbetar enskilt med samma uppgifter – inte att undervisningen är anpassad till den elevens specifika behov.

Generellt jobbar eleverna mest ensamma på grund av individualisering, istället för att verkligen ha en undervisning à la carte. Därför ville jag se vad resultaten var av att arbeta på det sättet. Det finns dock ett stort antal elever som förlorar på att undervisningen blir alltmer individuell (studie från Skolverket³²). Detta eftersom de inte klarar att skaffa sig förståelse av begreppen på egen hand. I denna studie försöker jag se hur eleverna lär sig på egen hand med hjälp av datorer. Det som flera gånger saknas i individualiserad undervisning är det gemensamma samtalet som utvecklar begreppsförståelsen och tänkandet. Därför, under tillfälle 2, arbetade eleverna i grupp. Eftersom eleverna också lär sig av sina klasskamrater kan grupparbete ha fördelar. Grupparbetets fördelar är det att det kan vara socialt utvecklande, samt ha uppfostrande funktioner. Att grupparbete kan ”utveckla

31 Godinho, S. S. M. C., under arbete.

32 Skolverket (2009), Vad påverkar resultaten i svensk grundskola? Kunskapsöversikt om betydelsen av olika faktorer, Stockholm: Fritzes kundservice. Beställningsnr: 09:1127 ISBN: 978-91-85545-67-4

ömsesidig förståelse och lära sig att ta hänsyn till varandra. Förbereda eleverna för deltagande i arbetsliv och samhällsliv. (…) Flera tänker bättre än en. Det kommer fram fler idéer, och idéerna möter fler motidéer än vid individuellt arbete”.³³

När en elev förklarar för en annan så lär eleven sig bättre och kan också upptäcka att hon eller han egentligen inte helt och hållet förstått problemet – learning by teaching. ³⁴

Vidare och enligt Säljö³⁵ är det just samtalet som är viktigast i lärandeprocessen. Barn upptäcker inte världen runt sig själva utan de upptäcker den genom samtal med vuxna och andra barn (även med författaren av boken som barnet läser). Lärandet är som ett socialt samspel mellan människor. Jag håller med Säljö som också håller med Vygotsky.³⁶ Vygotsky menar att kunskapen först finns mellan människor i socialt samspel som senare tas av individer själva och då blir egen kunskap.

33 Stensaasen, S. & Sletta, Olav (2000) Gruppprocesser om inlärning och samarbete i grupper, Stockholm: Natur och Kultur, s. 33.

34 Grzega, Joachim/Schoener, Marion. "The Didactic Model LdL (Lernen durch Lehren) as a Way of Preparing Students for Communication in a Knowledge Society." Journal of Education for Teaching 34(3):

167-175

35 Säljö, R. 2007, 'Samtal som kunskapsform', i: Brusing & Strömqvist, 2007, Reflektioner och praktik i läraryrket, Studentlitteratur, Lund.

36 Crain, W. 2005, Theories of Development. Concepts and Applications. Fifth edition, New Yersey, USA:

Pearson. Och Vygotsky, L. S. (1934) Thought and language (A. Kozulin, översättare) Cambridge, MA: MIT Press 1986.

Metodologi

Val av metod

Jag använde mig av enkäter och diagnostiska tester för att undersöka hur simuleringarna fungerade och för att avgöra om de gav någon positiv effekt på elevernas begreppsförståelse och inlärning jämfört med demonstrationerna.

Diagnoser och enkäter

Enkäter och diagnoser är två exempel på snabba och billiga metoder som ger möjlighet att samtidigt fråga flera personer. Frågorna kan ställas på samma sätt till alla dessa personer och därför blir det lättare att standardisera svaren. Man kan göra jämförelser och även eventuellt generalisera. Det finns dock nackdelar med enkät/diagnosmetoden, till exempel har den som ställer frågorna inte kontroll över hur frågorna uppfattas. Den som svarar kan välja att inte svara på ett, flera och även alla frågor (bortfall). För att minska bortfall så mycket som möjligt så ska man välja gruppenkäter, där enkäten besvaras direkt.³⁷

I klassrummet flera samlas och lätt kan nås med ett frågeformulär. Sedan vet man även att svarsalternativen med fler graderingar och inget mittenalternativ ger en större sannolikhet att svaren kommer närmare verkligheten och vad eleverna verkligen tycker.³⁸ Motiveringar är dock önskvärt när det är en fråga som kräver ett bredare svar. Därför har jag valt olika sorts frågor i min studie både när det gäller enkät och diagnoser.

Diagnoser

Inför varje tillfälle 1A och 1B genomförde eleverna en diagnos – diagnos 1 – och samtidigt som eleverna fick ut det första testet berättades att testet inte påverkade betyg eller omdöme. Eleverna använde sin sifferkod utan någon signatur. Efterdiagnosen genomfördes några dagar senare, efter en helg för att eleverna skulle ha tid för att glömma

37 Magne, H. I. och Krohn, S. B. (1992): Forskningsmetodik – Om kvalitativa och kvantitativa metoder. Lund:

Studentlitteratur. Och SoS-rapport 1995:19 s.25f.

38 Trost, J. (2001). Enkätboken. 2., [rev.] uppl. Lund: Studentlitteratur

eller ta till sig det de lärde sig under undervisningstillfället. Eleverna svarade på två efterdiagnoser, ett efter tillfälle 1A eller 1 B – diagnos 2 – och ett till efter tillfälle 2A-2B – diagnos 3. Alla diagnoser gjordes under lektionstid. Diagnos 1 och 2 bestod i sin helhet av åtta frågor. Alla dessa frågor var öppna frågor. Tre frågor där man fick rita och fem svar där man fick skriva. Diagnos 3 bestod i sin helhet av fyra frågor Dessa frågor hade fasta svarsalternativ fast utan möjlighet till kommentar.

Enkäten

Enkäten³⁹ delades ut i helklass på lektionstid. Detta skedde alldeles efter att eleverna genomfört diagnos 3. Enkäten bestod i sin helhet av sex frågor. Tre av frågorna hade fasta svarsalternativ (utan möjlighet till kommentar) och två var öppna frågor. Enkäten adresserade, i detalj, frågeställning nummer 3) Tycker eleverna mer om simuleringar eller demonstrationer?

Urval

Den studerade klassen finns i en gymnasieskola i Uppland och eleverna går i årskurs 2 på NV-programmet. Klassen består av tjugotre elever som delas i två grupper, A och B, under några tillfällen, vanligtvis ett tillfälle varannan vecka där eleverna brukar laborera. Klassen består av två grupper: tre flickor och åtta pojkar i första gruppen - A och fem flickor och sju pojkar i andra gruppen - B. Eleverna A-L tillhör grupp A som fick delta i simuleringsmetod och eleverna M-T tillhör grupp B som fick delta i demonstrationsmetod.

Bortfall

Alla elever både i grupp A (bortfall) och i grupp B (externt bortfall) svarade på diagnoserna. Enkäterna och diagnoserna finns som bilagor.

39 Enkäten baseras på enkäten som användes i studien Genberg, L., Höglund, (2006) C.

Datorsimuleringslaborationer i fysik Rapport LV0605105.

Forskningsetiska överväganden

Såväl lärare, elever, klass som skola är anonyma i rapporten. Alla elever i klassen ingick frivilligt i undersökningen och både eleverna och rektor gav också skriftligt tillstånd för att undersökning skulle kunna göras i denna klass. Samtliga elever fick information om studien, metoden och de etiska riktlinjer som gäller för det humanistiska och samhällsvetenskapliga området.⁴⁰

Rektor, lärare och elever informerades om undersökningen. Lärarna gav sitt stöd muntligt medan rektorn och eleverna fick ett tillståndsbrev⁴¹ (bilaga 5) som rektor eller eleverna skulle skriva under. I brevet beskrivs undersökningen kort och eleverna informerades om att alla i undersökningen kommer att vara anonyma. Samtidigt fick varje elev välja en sifferkod som de skulle identifiera sig med under undersökningen.

Vidare fick eleverna och lärare muntligt veta att de när som helst kunde hoppa av studien utan att behöva motivera varför, att de uppgifter som lämnades skulle presenteras på ett sådant sätt att ingen skulle kunna identifiera dem och att uppgifterna inte skulle användas i något annat syfte än i studien.

På dessa sätt följde jag de fyra olika krav som enligt Vetenskapsrådet finns:

informationskravet, samtyckeskravet, konfidentialitetskravet och nyttjandekravet.

Procedur

Upplägg

Klassen består som sagt av två grupper, A och B. Grupp A har haft en lektion med demonstrationer – tillfälle 1A – då grupp B hade ett simuleringstillfälle – tillfälle 1B – senare har båda grupperna haft ytterligare ett tillfälle där de har haft både simulering och laboration, demonstrationer – tillfälle 2A och 2B. Läraren som undervisade i Fysik A bestämde hur undervisningen skulle genomföras i vad gäller demonstrationerna och författaren bestämde vilka simuleringar som skulle användas, men både innan och efter

40 Vetenskapsrådet (2002). Forskningsetiska principer inom humanistisk-samhällsvetenskaplig forskning.

Stockholm: Vetenskapsrådet.

41 Brevet följer i stort brevet som användes i studien Genberg, L., Höglund, (2006) C.

Datorsimuleringslaborationer i fysik Rapport LV0605105.

lektionen, diskuterade vi alltid hur det skulle gå/gick. Dessa elever var inte vana vid att använda sig av simuleringar under fysiklektioner.

Eftersom jag var intresserad av att mäta elevernas förståelse efter simuleringarna fick de göra samma diagnos före första studien (diagnos 1) och efter att första studien avslutats (diagnos 2).

Simuleringar

Eleverna som deltog i undersökningen fick inleda tillfälle 1A eller 1B med att fylla i första diagnostestet. Simuleringarna utfördes genom att eleverna arbetade framför en bärbar dator i skolans fysiklaborationssal. Eleverna fick jobba självständigt under tillfälle 1B eller i grupper om tre under tillfällena 2A och 2B. Under simuleringarna fick eleverna skriftliga instruktioner och sina frågor besvarade av mig eller läraren då det behövdes. Eleverna kopplade upp sig mot internet och följde sedan hänvisningarna i instruktionen.

Under första simuleringen användes en simulering från The Physics Education Technology, PhET, om krafter i en dimension (version 1.22).⁴² Under andra simuleringen användes en annan simulering från PhET om ett lutande plan (version 2.0).⁴³ Man kan se grafkvaliteten på följande bilder på simuleringarna.

Instruktionerna (bilagor 6 och 7) samt diagnostesterna (bilagor 2,3 och 4) som följde med simuleringarna baseras på dokument som man hittar på PhET webbsidan.⁴⁴

42 Fun, interactive, research-based simulations of physical phenomena from the PhET project at the Physics department, University of Colorado, USA, http://phet.colorado.edu/en/simulation/forces-1d (2010-11-06) 43 http://phet.colorado.edu/en/simulation/ramp-forces-and-motion (2010-11-06)

44 Baseras på Patricia Loebleins instruktioner http://phet.colorado.edu/en/simulation/ramp-forces-and- motion (2010-11-06)

Resultat

Jag redovisar resultaten från studien utifrån mina frågeställningar.

1) Vilken är påverkan av en simulering jämfört med påverkan av ett antal demonstrationer för att motverka välkända förförståelser inom fältet mekanik?

Speciellt hänsyn ges till att:

- kunna skilja mellan kraft och rörelse (undvika aristotelisk förförståelse);

- ta hänsyn till dragningskraft/föremålets tyngd;

- ta hänsyn till normalkraft;

- ta hänsyn till friktionskraft på rätt sätt.

2) Finns det skillnad mellan att använda sig av en simulering och att använda sig av en demonstration inom fysik?

3) Tycker eleverna mest om simuleringar eller demonstrationer?

Tillfälle 1 samt diagnos 1 och diagnos 2 analys

Första diagnosen – diagnos 1 – gavs i början på det första undervisningstillfället, fredagslektionen, till båda grupperna, A och B – tillfälle 1. Efter att eleverna följt respektive instruktion vid första undervisningstillfället svarar de igen på samma diagnos på måndagen, dvs. efter en helg – diagnos 2. Eleverna studerar inte under helgen inför diagnos 2 (de får frågan om de studerade eller inte i en enkät – enkät 1 – alldeles innan eleverna får diagnos 2). Det vill säga de måste använda sig av sitt långtidsminne⁴⁵ (inte arbetsminnet, behåller man inte informationen som långtidsminne så har man tid för att glömma under en helg det man gick igenom under lektionen, man behöver återkalla minnet). Enligt Ebbinghaus glömskekurva⁴⁶ så har man utan repetition redan glömt mer än 80 % av vad man lärde sig bara efter tre dagar.

45 Klingberg, T. (2011) Den lärande hjärnan, Natur & Kultur, Stockholm.

46Ebbinghaus, H. (1885) Memory: A Contribution to Experimental Psychology översatt av Ruger, H. A. &

Bussenius, C. E. (1913) http://psychclassics.yorku.ca/Ebbinghaus/memory9.htm (2011-05-22)

I diagnos 1 / diagnos 2 finns det fem frågor som ska svaras i form av text, frågor 1b, 2b, 2c, 3b och 3c. Dessa frågor är enkla att rätta som rätta eller felaktiga. Däremot de andra tre frågorna, 1a, 2a och 3a, ska inte besvaras med hjälp av text utan ska besvaras bara genom att rita, att rita pilar. Och då är frågan: Vad kan vara ett korrekt svar och vad är ett felaktigt svar för något?

Vi kan ta dragningskraft som ett exempel. Om eleven ska rita en pil som representerar dragningskraft som verkar på arkivskåpet, ska pilen alltid peka neråt (mot jordens centrum), ska det bara vara en pil, men den kan placeras på olika ställen. Bilden visar några exempel.

Svaren som accepteras representeras i blå och oacceptabla svar representeras i röd.

Från vänster till höger:

Först alternativ representerar dragningskraft med bara en pil, neråt, från föremålet mot jordens centrum.

Sedan representeras andra rätt alternativ, med bara en pil, dragningskraft neråt, från föremålets masscentrum mot jordens centrum.

Det tredje korrekta alternativet är en representation av dragningskraft, fortfarande med bara en pil, neråt (även om den inte applicerades direkt på föremålet). Efter rättning har jag bestämt att ta som rätt även de kraftpilar som är felapplicerade med tanke på att i ett free body diagram så applicerar man kraftpilarna på tyngdpunkten och inte på det stället där de fysiskt applicerades. Pilarna måste ändå ha rätt riktning för att tolkas som korrekta.

Fjärde alternativet är fel eftersom pilen pekar uppåt (inte neråt). Femte alternativet är fel eftersom den pekar bakåt (inte neråt). Det sista alternativet är också fel eftersom eleven representerar dragningskraft för arkivskåpet med flera pilar (inte bara en).

Beroende på om eleven representerar alla möjliga krafter eller inte och om de representeras på ett korrekt eller ett felaktigt sätt kan man få olika antal rätta och felaktiga svar på en och samma fråga.

Resultat från diagnos 1 och 2

De totala resultaten för varje enskild elev och för alla frågor finns i form av tabeller som bilaga (bilaga 8).

Här presenterar jag i tabell 1 resultaten för de fem frågorna som besvarades i form av text, frågorna 1b, 2b, 2c, 3b och 3c. Resultaten rör eleverna A-L (12 elever) som fick simuleringsundervisningen och även eleverna M-T (8 elever) som fick den traditionella undervisningen med demonstrationen.

Tabell 1. Simuleringsmetod (12 elever) vs. demonstrationsmetod (8 elever). Resultat från diagnos 1 och 2. Sammanfattning av resultaten före och efter för frågorna 1b, 2b, 2c, 3b och 3c.

Simulering Demonstration

Fråga Antal rätt FÖRE

Antal rätt EFTER

Antal fel FÖRE

Antal fel EFTER

Antal rätt FÖRE

Antal rätt EFTER

Antal fel FÖRE

Antal fel EFTER

1b 10 12¹ 1 0^1,4 10 6³ 0 3³

2b 12 13¹ 1 3³ 8 9¹ 2 1¹

2c 10 12¹ 8 1¹ 6 6² 5 3¹

3b 11 11² 1 1² 7 9¹ 3 1¹

3c 5 11¹ 5 0^1,4 5 8¹ 3 2¹

Total 48/12 59/12¹ 16/12 5/12¹ 36/8 38/8¹ 13/8 10/8¹

4 4,92 1,33 0,42 4,5 4,75 1,63 1,25

Rätt (efter-före) = 0,92 Fel (före-efter) = 0,91 Rätt (efter-före) = 0,25 Fel (före-efter) = 0,38 Noter: ¹ bättre resultat; ² lika resultat; ³ sämre resultat; ⁴ noll fel efter instruktion.

Som man kan se från tabell 1 var grupperna inte lika från början, demonstrationsgruppen hade flera korrekta svar och flera felaktiga svar jämfört med simuleringsgruppen. Dessutom var inte antalet elever lika men man kan inte direkt klassificera en grupp som sämre än den andra från början. Man kan även se från tabell 1 att större skillnader (resultaten före och efter instruktion) finns för simuleringsgruppen än för demonstrationsgruppen. Eleverna som fick simuleringsmetoden får fler rätt svar och dessutom får de färre fel svar.

För fråga 1b ser man att simuleringseleverna får bättre resultat och får inga fel efter undervisningen, däremot får demonstrationseleverna färre korrekta svar och fler felaktiga svar efter instruktionen. För fråga 2b ökar antalet rätta svar efter instruktionen för båda

metoderna, däremot visar sig tyvärr antalet felaktiga svar som minskar med demonstrationsmetod öka med simuleringsmetoden. Vad gäller fråga 2c ser man att resultaten förbättras med bara med ett undantag (gällande antal rätta svar så är det lika innan och efter instruktionen för demonstrationsmetoden). Däremot och gällande fråga 3b så ser man inte någon skillnad innan och efter undervisning i vad gäller friktionskraft då eleverna fick ta del av simuleringsmetoden. Man ser bättre resultat för den här frågan för eleverna som fick ta del av demonstrationsmetoden. Slutligen och vad gäller att applicera sina kunskaper i nya sammanhang (som testas med fråga 3c, gällande friktionskraft) så ser man att eleverna som fick ta del av simuleringsmetoden får mycket bättre resultat än de som fick ta del av demonstrationsmetoden.

Efter detta, i tabell 2 sammanfattar jag alla resultat före och efter undervisningen för simuleringsmetoden respektive demonstrationsmetoden.

I tabell 3A och tabell 3B presenterar jag en kvalitativ sammanfattning av resultaten före och efter undervisningen för dessa grupper. Där inkluderar jag resultaten från alla frågor 1a, 1b, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b och 3c.

Tabell 2. Simuleringsmetod vs. Demonstrationsmetod. Resultat från diagnos 1 och 2.

Sammanfattning av alla resultat före och efter

Simulering Demonstration

Elev Rätt(EFTER-FÖRE) Fel(FÖRE-EFTER) Elev Rätt(EFTER-FÖRE) Fel(FÖRE-EFTER)

A 14 0 M 2 2

B 20 0 N 10 1

C 6 1 O -8 -1

D 15 -2 P -1 -1

E 9 -2 Q 3 -2

F 8 -9 R 1 -1

G 18 -5 S 2 2

H 4 5 T 0 1

I -1 -1

J 6 0

K 3 0

L 9 0

Medelvärde 9 -1 Medelvärde 1 0

Tabell 3A. Simuleringsmetod. Resultat från diagnos 1 och 2. Kvalitativ sammanfattning av resultaten före och efter

Elev Resultat

A Innan simulering - inte någon normalkraftspil, inte heller gravitations pil; efter simuleringen så kommer de.

Blandar kraft med rörelse (aristoteliska förförståelse) även efter instruktion. Nämner friktion men ritar ingen pil för den.

B Innan simulering - inte någon normalkraftspil, inte heller gravitations pil eller friktionspil; efter simuleringen så kommer de. Visar fortfarande ha den aristoteliska förförståelsen.

C Skriver om friktionen men ritar aldrig pilen för den eller ritar den med fel riktning. Ritar de andra pilarna för applicerad kraft och gravitation med rätt riktning och relativ storlek.

D Ritar pilar som visar hänsyn till normal- och dragningskraft. Efter instruktionen tar eleven fortfarande inte hänsyn till friktionskraft på bilderna (bara i texten). Blandar ihop kraft med rörelse även efter instruktionen.

E Ritar pilar och visar att det finns blandning mellan rörelse och kraft. Tar hänsyn till friktionskraft.

F Ritar pilar som visar hänsyn till friktion och även till normal- och dragningskraft. Blandar ihop kraft med rörelse även efter instruktion.

G Ritar pilar som tar hänsyn till friktion och till normal- och dragningskraft. Visar även den felaktiga idén att det behövs en kraft för att ett föremål ska vara i rörelse. Efter simuleringen visar det inte längre i ord men fortfarande med pilarna.

H Visar att det finns dragningskraft men pilarna. I början ser det ut som om mannen gör en kraft som inte bara är riktad framåt utan också uppåt som om den skulle motverka dragningskraften men efter simuleringen är riktningen redan rätt. Pilarna visar att eleven blandar ihop kraft och rörelse även efter simuleringen. Efter simuleringen tar eleven hänsyn till normalkraften. Friktionskraft förekommer i texten men är aldrig med på bilderna.

I Innan simuleringen ritar pilar som tar hänsyn till friktion (i text) och till dragningskraft (på bilder). Blandar friktion med dragningskraft och blandar kraft med rörelse innan instruktionen. Efter instruktionen blandar fortfarande ihop kraft med rörelse och friktion med dragningskraft. Tar hänsyn till luftmotstånd men inte till normalkraften.

J Ritar pilar men med rätt riktning. Efter instruktionen tar eleven hänsyn till friktionskraftens riktning och relativa storlek. Ritningarna visar friktions pil även då boken inte längre rör på sig. Blandar kraft med rörelse innan och efter instruktion. Men eleven visar att han/hon är på rätt väg igenom att, efter instruktionen, förstå att boken inte kommer att stanna om det inte finns friktion. Tar inte hänsyn till normal- och inte heller till dragningskraft.

K Innan och efter instruktion blandar kraft med rörelse. Tar hänsyn till dragningskraft och friktion i texten och även till dragningskraft på bilden (efter instruktion: även friktion finns med på bild). Tar inte hänsyn till normalkraft.

L Tar hänsyn till friktion och även normalkraft finns med på en bild, efter instruktion. Blandar kraft med rörelse även efter simuleringen. Blandar ihop dragningskraft och friktion innan men inte efter instruktion.

Tabell 3B. Demonstrationsmetod. Resultat från diagnos 1 och 2. Kvalitativ sammanfattning av resultaten före och efter

Elev Resultat

M Innan och efter instruktion blandar kraft med rörelse då eleven ritar pilarna. Bara när skåpet rör på sig ritat eleven en pil. På bilden där det ska ritas en pil för kraft men innan skåpet hinner röra på sig ritas ändå ingen pil.

Säger att farten tar slut och därför stannar boken. Efter instruktionen nämner friktionen men ritar aldrig någon pil för den. Innan instruktion visar en pil för normalkraften men nämner den inte; pilen försvinner efter instruktionen efter instruktionen som gjordes i form av demonstration. Pilarna för rörelse istället för kraften finns innan och efter instruktionen.

N Innan (och ibland även efter) blandar kraft med rörelse då den ritar pilarna. Efter instruktion tar hänsyn till friktion och ibland även till dragningskraft.

O Tar hänsyn till friktion och även till luftmotstånd och gör även pilarna för den sista (som kommer att försvinna helt efter instruktion). Nämner den bara en gång efter instruktionen men ritar inte längre pilen. Efter instruktionen finns alltid en pil för rörelse som om den vore en kraft (ibland innan instruktion). Det finns ingen normalkraftspil (innan eller efter instruktion).

P Blandar mannens kraft med friktionskraft i ord efter instruktion. Pilarna finns för både kraft och rörelse innan och efter instruktion. Tror att om det inte finns kraft finns det inte heller rörelse: ” kraften minskar, då farten också minskar och då stannar den”.

Q Tar hänsyn till friktion genom att rita pilarna efter instruktion. Pratar redan om ett motstånd innan dess.

Blandar ihop rörelse med kraft även efter instruktionen. Nämnar luftmotstånd innan instruktion men inte efter.

R Blandar ihop mannens kraft med friktionskraft i ord efter instruktion. Blandar ihop rörelse med kraft även efter instruktionen.

S Adderar friktions och dragningskraft och tar inte hänsyn till olika riktningar som om de vore parallella. Blandar rörelse med kraft innan instruktion men inte längre efter. Tar hänsyn till friktion både innan och efter instruktion.

T Ritar redan innan instruktionen pilar för dragningskraft och normalkraft. Blandar ihop rörelsen med kraften även efter instruktionen. Tar hänsyn till friktionskraften.

Analys

Jämförelse av rätta svar för medelvärde(Simulering) och medelvärde(Demonstration) i procent ger följande (från tabell 2). Om man säger att simuleringsresultat motsvarar 100 % så kan man räkna ut hur mycket motsvarar demonstrationsresultatet på följande sätt:

( )

( ) = 100/9 = 11 %

Man ser att resultaten för rätta svar efter simuleringen ökar betydligt mer än efter demonstrationen.

Då man gör en jämförelse av felaktiga svar för Simuleringen och Demonstrationen visar man att man får i genomsnitt ytterligare ett fel efter simuleringen än efter demonstrationen där man i genomsnitt inte gör fler fel.

Tabell 4A. Simuleringsmetod. Resultat från diagnos 1 och 2. Sammanfattning av resultaten efter instruktion

Jag ville också analysera vilken sorts fel som förekommer även efter instruktionen samt vad som ändras under den. För det har jag valt några saker som eleverna skulle kunna efter instruktion, såsom att kunna: skilja mellan kraft och rörelse (eller, med andra ord, inte längre visa den aristoteliska förförståelsen); ta hänsyn till dragningskraft/föremålets tyngd; ta hänsyn till normalkraft; ta hänsyn till friktionskraft på rätt sätt.

Resultaten samlas i tabell 4A och tabell 4B.

Elev Kraft <-> Rörelse Aristotelisk förförståelse

Dragningskraft / Föremålets tyngd

Normalkraft Friktionskraft

A Kan ej Kan Kan Kan till viss del

B Kan ej Kan Kan Kan

C Kan ej Kan Kan ej Kan ej

D Kan ej Kan Kan Kan ej

E Kan ej Kan Kan ej Kan

F Kan ej Kan Kan Kan

G Kan ej Kan Kan Kan

H Kan ej Kan Kan Kan till viss del

I Kan ej Blandar med

friktion

Kan ej Blandar med

dragningskraft

J Kan ej Kan ej Kan ej Kan till viss del

K Kan ej Kan i viss del Kan ej Kan

L Kan ej Kan Kan Kan

Antal elever som kan

0/12 9/12 7/12 7,5/12

0 % 75 % 58 % 63 %

Tabell 4B. Demonstrationsmetod. Resultat från diagnos 1 och 2. Sammanfattning av resultaten efter instruktion

Från resultaten ser man tyvärr att ingen av dessa metoder hjälpte klassen att motverka den aristoteliska förförståelsen. Därför måste läraren hitta ett annat tillvägagångssätt för att lösa det.

När det gäller dragningskraft så kan man se att efter simuleringen kan 75 % av eleverna vad dragningskraft är för något och efter demonstrationen kan fortfarande inte 50 % av eleverna det. När det gäller normalkraft så kan 58 % av eleverna efter simuleringen vad normalkraft är för något och 13 % kan det efter demonstrationen. Slutligen, vad gäller friktionskraft, så visar det sig att efter instruktion kan 63 % av eleverna som simulerade vad friktionskraft är för något och 68 % av eleverna som fick demonstration. Men som man kan se skiljer sig resultaten inte mycket när det gäller friktionskraft.

Man måste definitivt hitta en annan metod för att gå emot den aristoteliska förförståelsen.

Generellt kan man se att det blev bättre resultat för eleverna som fick ta del av simuleringsmetoden men jag antar att det skulle vara bäst om eleverna skulle få både

Elev Kraft <-> Rörelse Aristotelisk förförståelse

Dragningskraft / Föremålets tyngd

Normalkraft Friktionskraft

M Kan ej Kan ej Kan ej Kan till viss del

N Kan ej Kan Kan ej Kan

O Kan ej Kan Kan ej Kan

P Kan ej Kan ej Kan ej Blandar med

applicerat kraft

Q Kan ej Kan Kan ej Kan

R Kan ej Kan ej Kan ej Blandar med

applicerat kraft

S Kan Blandar dessa krafter Kan

T Kan ej Kan Kan Kan

Antal elever som kan

1/8 4/8 1/8 5,5/8

13 % 50 % 13 % 69 %

simuleringen och en demonstration av friktionskraft eftersom båda metoder har sina starka sidor. Men det ser ut som om man måste hitta en annan metod för att gå emot den aristoteliska förförståelsen. För förförståelser som gäller dragningskraft och normalkraft är simuleringsmetoden bäst och för förförståelse gällande friktionskraft är demonstrationsmetoden bättre än simuleringsmetoden (men inte mycket bättre).

Efter dessa resultat bestämde jag mig för att prova en annan sak. Att undersöka vilka resultat man får om man gör en simulering i grupp (inte enskild som under första studie) eftersom det har visat sig att genom diskussion med andra, får eleverna en bättre bild av naturvetenskap.

Tillfälle 2 samt diagnos 3 analys

Eleverna har sedan ett antal lektioner under två veckor med sin lärare gått igenom några kapitel om mekanik och som sista undersökningstillfälle – tillfälle 2 – har eleverna en sista datorsimulering (The ramp activity: Calculating Net force on an incline) tillsammans med en annan laboration på en fredag, två veckor efter det första undersökningstillfället. Målet med datorsimuleringen var att eleverna skulle kunna rita ett free body diagram och beräkna den resulterande kraften på ett föremål på ett lutande plan. Den här gången gör eleverna simuleringen i grupp (som bestod av tre eleverna) istället för att göra den själva.

Efter helgen, på måndag svarar eleverna på en sista diagnos – diagnos 3 – och svarar på en sista enkät – enkät 2.

Tabell 5. Resultat från diagnos 3.

*Som inte var med på simulering och inte heller på demonstration

Vad som undersöktes med dessa frågor var det följande:

Antal elever (max 23) Simulering Demonstration Andra elever*

Svar Rätt

%

Fel

%

Rätt

%

Fel

%

Rätt

%

Fel

%

Rätt

%

Fel

% Fråga 1 19 83 4 17 11 92 1 8 5 63 3 37 3 100 0 0 Fråga 2 6 26 17 74 3 25 9 75 3 37 5 63 0 0 3 100 Fråga 3 19 83 4 17 11 92 1 8 6 75 2 25 2 67 1 33 Fråga 4 20 87 3 13 10 83 2 17 8 100 0 0 2 67 1 33

Fråga 1 – Summa av krafter (Net force) på ett lutande plan;

Fråga 2 – friktionskraft;

Fråga 3 – dragningskraft;

Fråga 4 – Summa av krafter (Net force) i 2D.

Av 23 elever: Fyra elever hade allt rätt (två gick simulering (S) – simulering (S); två fick ta del av demonstration (D) – simulering (S)). Tretton hade ett fel (åtta S-S; tre D-S; två

”andra”). Tre elever hade två fel (en S-S; två D-S) och tre elever hade tre fel (en S-S; en D-S;

en ”andra”).

Som man kan se från tabell 5 är fråga nummer 2 som skapar störst problem för eleverna.

Som förväntades, efter resultatet av första undersökningstillfället, är det eleverna som fick ta del av simuleringen som har mest problem med den.

Av de elever som svarade fel på fråga nummer 2, tror nio att det finns en kraft uppåt (märker inte att den kallas Ff som i friktion och glömmer att i det fallet kylskåpet skulle puttas uppåt så skulle också finnas en friktionskraft neråt). De andra åtta tror att kylskåpet faktiskt glider neråt men att farten ökar som om den resultanten FNET skulle peka neråt istället för uppåt som visas i figuren. Det visar sig, därför, att problem med friktionskraft fortfarande kvarstår hos några elever både efter två simuleringar och en demonstration och en simulering.

Vad gäller summa av krafter på ett lutande plan respektive summa av krafter i 2D (fråga 1 och fråga 4), så ser resultaten bättre ut för S-S eleverna för summa av krafter på ett lutande plan och bättre ut för D-S eleverna för summa av krafter i 2D.

Gällande att eleverna tar hänsyn till dragningskraft (som undersöktes med fråga 3) kan man se att resultaten för eleverna som gick S-S är resultatet bättre än för de andra som gick D-S.

Enkät analys - Elevers syn på simuleringslaborationer

För att vidare undersöka elevernas syn på hur simuleringsmetod fungerade gjordes en enkät för att undersöka vad eleverna själva tyckte om datorsimuleringar, i jämförelse med vanliga demonstrationer.

Eleverna svarade på olika frågor och själva enkäten kan hittas som bilaga i slutet av det här arbetet.