Den oavsiktliga transpositionen
-En studie av hur programmering kommer till uttryck i en matematik- och tekniklektion
Anna Perez
Linköpings universitet - Institutionen för beteendevetenskap och lärande Examensarbete inom teknik, 9AXTK7, 15 hp
Vårterminen 2020 Handledare, Maria Svensson Examinator, Magnus Hultén English title: The accidental transposition
LIU-ÄGR7-9-N-A--20/01--SE
Den oavsiktliga transpositionen
-En studie av hur programmering kommer till uttryck i en matematik- och tekniklektion
Anna Perez
Sammanfattning
I augusti 2018 blev det obligatoriskt att följa den reviderade läroplanen där programmering har införts i ämnena teknik och matematik (Skolverket, 2017).
I denna studie har syftet varit att identifiera vilken kunskap som synliggjorts då lärare inkluderat programmering som ett innehåll i undervisning i ämnena teknik och matematik på grundskolan. Den synliggjorda kunskapen har sedan ställts i relation till det centrala innehållet i teknik och matematik. Studien är en
kvalitativ observationsstudie med datainsamling från två lektioner där två lärare har samplanerat en tekniklektion och en matematiklektion. Som teoretisk
utgångspunkt har teorin om den didaktiska transpositionen av kunskap använts.
Resultatet av studien visar vilka svårigheter som finns för lärarna att undervisa med ett programmeringsinnehåll på sådant sätt att lektionerna blir relevanta för ämnena teknik och matematik. Den kunskap som i första hand behandlades på lektionerna relaterar inte till det som var avsikten, dvs centrala innehållet i teknik eller matematik med programmeringsinnehåll.
Nyckelord
Programmering, Scratch, didaktisk transformation av kunskap, teknikundervisning, matematikundervisning
Innehållsförteckning
Inledning ... 0
Programmering i skolan ... 0
Införandet av ämnet Datakunskap på gymnasiet ... 1
Införandet av programmering i grundskolan ... 1
Tidigare forskning om programmering i skolan ... 2
Syfte och frågeställningar ... 3
Teoretiska utgångspunkter ... 4
Den didaktiska transpositionen av kunskap ... 4
Programmering och datalogiskt tänkande ... 4
Programmeringsspråket Scratch ... 5
Metod ... 7
Urval ... 7
Genomförande... 7
Tekniklektionen ... 7
Matematiklektionen ... 9
Analysprocessen ... 10
Etiska aspekter ... 10
Resultat... 11
Blockläggning ... 11
Personifiering av användarvyn ... 12
Användning av programmeringsspecifik terminologi ... 13
Sammanfattning ... 16
Diskussion ... 17
Kunskaper synliggjorda i studien ... 17
Begränsningar hos programmeringsspråket ... 18
Oavsiktlig transposition ... 18
Slutsats ... 19
Förslag på fortsatta studier ... 20
Litteraturlista ... 20
0
Inledning
Genom mitt arbete som lärarutbildare i teknikdidaktik, har jag kommit i kontakt med verksamma lärare som fortbildar sig för att bli behöriga att undervisa i teknik på grundskolan. De kurser jag undervisar i har ett innehåll som utgår från grundskolans kursplan i teknik. När grundskolans kursplan förändrades år 2018 med tillägget att programmering ska ingår i teknik- och matematikundervisningen medförde det att vi på lärarutbildningen förändrade våra kursplaner för att tillgodose de nya behoven (Skolverket, 2017). Genom de diskussioner jag haft med verksamma lärare på fortbildningskurserna har jag förstått att många lärare avsätter mycket tid och resurser för programmering i sin undervisning i teknik och att de känner press från omgivningen att göra så. Lärarna uttrycker dessutom en oro eftersom de upplever att de inte behärskar programmering men ändå ska undervisa sina elever. Detta får till följd att de förlitar sig till stor del på färdiga lektionsupplägg från läromedelsföretag eller lektionsupplägg på Internet. Lärarna talar om programmering som en specifik undervisningsaktivitet och planeringen av lektioner sker utifrån det materiel som tillhandahålls av till exempel AV-media eller andra resurser. En genomgående tendens bland de lärare som jag mött i mitt arbete är att de beskriver sin egen undervisning utifrån de materiel som används, Bee-Bot, Blue-Bot, Micro:Bit, Lego WeDo osv) och inte kring vilket lärande som sker i skolämnet. Jag upplever en stor skillnad i hur lärarna beskriver sin undervisning när de pratar om teknikundervisning med ett
programmeringsinnehåll jämfört med när de pratar om undervisning i teknik utan
programmeringsinnehåll. När de pratar om sin undervisning, med programmeringsinnehåll, tenderar de att lyfta fram specifika artefakter och övningar där de beskriver undervisningen som lustfylld med nöjda elever, roliga aktiviteter och temaveckor med programmering. Våra diskussioner om
teknikundervisning brukar annars handla om innehållets koppling till ämnet, verklighetsförankring och vilken didaktik som behövs för att ge ett lärande i vårt ämne, men varför blir diskussionerna
annorlunda med ett programmeringsinnehåll?
Jag har blivit nyfiken på att studera undervisning där programmering är ett innehåll och jag har valt att studera dels en matematiklektion och en tekniklektion på grundskolan eftersom programmering införts i huvudsak i dessa båda ämnen och att jag har tidigare arbetat som lärarutbildare även i
matematikdidaktik.
Denna studie bidrar till det didaktiska forskningsområdet, inom programmering i skolan, genom att beskriva hur två lärare i svensk grundskola undervisar med ett programmeringsinnehåll i ämnena matematik och teknik där samma programspråk (Scratch) används.
Programmering i skolan
I detta kapitel görs en översikt över hur programmering tidigare har behandlats i både grundskola och gymnasieskola. I själva verket har programmering inte varit en del av undervisningen på grundskolan förrän införandet 2018 men däremot har grundskolan berörts till stor del av de satsningar som gjorts för att digitalisera skolan (Player-Koro, 2018). I början på 2000-talet var många grundskolor
involverade i projekt som handlade om 1-till-1 satsningar och IKT i skolan (Player-Koro, 2012). Med IKT, informations och kommunikationsteknik, menas behandlingen av de digitala verktyg som används vid kommunikation. Skolverket har efter dessa satsningar klargjort att de önskar ett ännu mer digitaliserat arbetssätt som dessutom innefattar datalogiskt tänkande, digital kompetens men även programmering i och med sitt nya införande år 2018. (Hellmark Knutsson & Nilsson, 2015)
1
Programmering har funnits som eget ämne i den svenska gymnasieskolan tidigare men har nu återinförts på samma sätt som i grundskolan, som del av existerande skolämnen. I nästa avsnitt presenteras hur programmering blev ett ämnesinnehåll på gymnasiet samt hur programmering har införts på grundskolan från och med 2018. Som avslutning görs en överblick av tidigare forskning kring undervisning och programmering.
Införandet av ämnet Datakunskap på gymnasiet
När ämnet Datakunskap infördes på 80-talet valde Skolverket att Datakunskap skulle läsas av elever på naturvetenskaplig linje. Valet att implementera programmering på just den naturvetenskapliga linjen visade sig i efterhand få oönskade effekter på de intentioner Skolverket hade på ämnets införande. Skolverkets syfte var att tillmötesgå den påtagliga teknikutvecklingen i samhället där en yrkesutbildning för programmerare behövdes, dock blev utfallet inte som väntat då naturvetenskaplig linje framförallt hade ett teoretiskt perspektiv. Elever på naturvetenskaplig linje hade siktet inställt på eftergymnasiala studier och var i första hand inte intresserade av en yrkesutbildning
(Regeringskansliet, 2017).
Att valet ändå föll på att införa ämnet på just naturvetenskaplig linje, tros vara att på 80-talet höjdes starka röster emot att införa programmering i skolan med anledning till att programmering ansågs vara alltför tidskrävande och tekniskt och inte passade i skolan. (Clements & Gullo, 1984; Cuban, 1986;
Dahland, 1990; Palumbo & Michael Reed, 1991; Pea & Kurland, 1984; Sloane, Assadi, & Linn, 1988) I Sverige gjorde man då valet att inte införa programmeringen på alla linjer i gymnasieskolan utan man valde ut den linje där de mest studiemotiverade eleverna fanns.
Målgruppen, där ämnet infördes, var övervägande pojkar och det blev en kulturkrock mellan elever på naturvetenskaplig linje och de lärare som fick i uppgift att undervisa målgruppen i ämnet datakunskap.
De utvalda lärarna var yrkeslärare och arbetade vanligtvis inte på naturvetenskaplig linje och lärarna var vana vid en undervisningspraktik där ämnet lärs ut praktiskt snarare än teoretiskt. (Rolandsson, 2015)
Enligt Rolandsson ansåg flertalet av lärarna att elever inte är mottagliga för teori förrän de arbetat praktiskt tillräckligt länge, vilket var det motsatta sättet som eleverna på naturvetenskapliga linjen var vana vid att inhämta kunskap på. Slutsatsen från lärarnas sida var alltså att arbetssättet inte passade den valda elevgruppens “personligheter” och att hälften av lärarna ansåg att alla elever inte kan lära sig att programmera eftersom det är för komplext (Rolandsson, 2015). Resultatet av införandet på naturvetenskaplig linje blev inte den yrkesutbildning för programmerare som Skolverket önskade utan snarare att det fick effekten att verka exkluderande då lärarna ansåg att endast de elever som innehar logisk och analytisk förmåga kan lära sig att programmera. Slutsatsen var att lärarrollen är central i hur programmering utvecklas i klassrummet och eventuell transformation av kunskap sker endast med hjälp av lärarens relation till ämnet. (Rolandsson, 2015)
Införandet på 80-talet skedde till en liten målgrupp, programmering som ett eget ämne med en programmerare som undervisande lärare. När programmering infördes på grundskolan 2018, fanns en annan utgångspunkt där programmering inte skulle ses som eget ämne vilket beskrivs ytterligare i nästa avsnitt.
Införandet av programmering i grundskolan
Regeringen gav 2015 Skolverket i uppdrag att förändra grundskolans läroplan, kursplan eller ämnesplaner för att tydliggöra det uppdrag som skolan har i att stärka elevernas digitala kompetens.
Argumenten, som Skolverket hade, för de nya förändringarna i kursplanerna, var att tillmötesgå teknikutvecklingen i Sverige och i omvärlden. År 2017 fastställde sedan Regeringen att det är viktigt att alla skolelever i Sverige ska på ett eller annat sätt få undervisning i digitalisering och datalogiskt tänkande (Regeringskansliet, 2017).
2
Inför Skolverkets beslut om 2018 års införande av programmering i kursplanerna gjordes en översikt av Kjällander, Åkerfeldt, and Petersen (2016). I översikten beskrivs hur andra länder har valt att implementera programmering i skolan och i grova drag fanns två vägar för författarna att föreslå till Skolverket; programmering som eget ämne eller programmering i existerande skolämnen. För att kunna ge Skolverket en rekommendation om hur programmering bör införas i svensk skolan utgick författarna från forskning om programmering inom datavetenskap i brist på skolforskning. I översikten beskriver författarna att det saknas vetenskaplig granskad empirisk forskning om programmering i svensk skola så därför kan inte införandet sägas vila på vetenskaplig grund och dessutom finns inte tillräcklig beprövad erfarenhet. Författarna beskriver en internationell samstämmighet till att införa programmering i skolan men att det finns kritiska aspekter som Sverige bör ta i beaktande så som;
bristen på forskning, bristen på lärare som kan undervisa i programmering och bristen på digitala resurser.
Forskningsöversikten jämför hur länder i Europa och även i USA och Asien har valt att införa programmering i skolan. I översikten framgår det att sexton av arton EU-länder redan 2015 har infört programmering i läroplanen och vissa har valt att göra ett eget ämne medan andra infört
programmeringen i matematik eller naturvetenskap. Länder som nämns mer ingående är England och Finland, där England har infört programmering som eget ämne i grundskolan medan Finland har lagt in programmering i kursplanerna för matematik och slöjd från årskurs 1. Författarna lyfter fram både argument för och emot ämnesövergripande införande och trots att forskningsöversikten inte kunde ge ett entydigt svar på vilken väg som Sverige bör välja så valde författarna att föreslå en förläggning av programmeringen i teknik och matematikämnet. Förslaget som författarna valde att föreslå hade stor likhet med hur Finland valt att implementera programmering då slöjdämnet i Finland är vår svenska motsvarighet till teknikämnet. Att författarna föreslår Finlands väg är kanske inte så överraskande då Finland i skolsammanhang ofta ses som en förebild i Sverige med tanke på senaste tidens PISA- resultat.
Översikten visar inga övervägande fördelar för förslaget till att implementera programmering i befintliga skolämnen utan förslaget kunde likagärna blivit det andra alternativet då författarna poängterar en stor risk med ett ämnesövergripande införande nämligen att ingen tar ansvar när det ligger på allas ansvar.
Tittar man på det centrala innehållet i teknikkursplanen för åk 4-6, kan två av 17 punkter kopplas till programmering. När det gäller det centrala innehållet i kursplanen i matematik för åk 4-6, kopplas en av 26 punkter till programmering. Vilka anges nedan:
Matematik
• Hur algoritmer kan skapas och användas vid programmering. Programmering i visuella programmeringsmiljöer.
Teknik
• Hur datorer styrs av program och kan kopplas samman till nätverk.
• Att styra egna konstruktioner eller andra föremål med programmering.
(Skolverket, Läroplan och kursplaner för grundskolan, 2011)
Dessa exempel från kursplanen ger en bild av hur regeringen vill att programmering ska ingå i undervisningen. Det finns även viss forskning kring programmering som presenteras i nästa stycke.
Tidigare forskning om programmering i skolan
Forskning som behandlar programmering i grundskolan är inte något nytt utan redan på 70-talet introducerade Papert Logo-programmering anpassad för yngre barn (Papert, 1980). Språket som Papert utvecklade var ett textbaserat språk men begränsat till att förflytta en ”Turtle” sk
Turtlegeometry. Detta språk betraktas som förebilden till Scratch där textkommandon nu ligger i block och att förflyttningar kan ske inte bara av en ”Turtle” utan att figurerna kan bytas ut. Paperts vision var att barnen skulle utveckla en generell problemlösningsförmåga i matematik genom att arbeta med
3
programmering. På senare tid har dock flera studier visat att denna önskade transfereffekt uteblir, både i förhållande till Logo-programmering (Pea & Kurland, 1984) och i förhållande till programmering i Scratch (Kalelioglu & Gülbahar, 2014; Scherer, 2016). Programmeringsspråket Scratch förekommer även i en studie där det undersöks hur elever lär sig uttrycka matematik genom programmering och denna studie påvisar att lärarna är i behov av stöd för att någon koppling mellan ämnet matematik och programmering ska ske (Benton, Hoyles, Kalas, & Noss, 2017).
Flertal studier på gymnasie- och högskolenivå rapporterar om att elever/studenter har problem med att lära sig att programmera i ett textbaserat programmeringsspråk (McCracken et al., 2001; Robins, Rountree, & Rountree, 2003; Rolandsson, 2015). Motsvarande studier har gjorts i grundskolan och visar att samma problem uppkommer även då programmering sker i visuellt programspråk. Eleverna verkar sakna en förståelse för vad blocken representerar (Grover & Basu, 2017). Andra studier pekar också mot att transfereffekt saknas gällande problemlösningsförmåga i matematik (Kalelioglu &
Gülbahar, 2014). Denna studie visar att elever som arbetar med problemlösning i Scratch i åk 5, har svårt att ta med kunskaper om problemlösning från en situation till en annan, även om Scratch används vid båda tillfällena (Kalelioglu & Gülbahar, 2014). Denna studie och även andra lyfter fram lärarens roll som viktig för att vägleda eleverna mot en förståelse för användning av programmeringsspråket (Ivarsson, 2003; Lye & Koh, 2014; Pea & Kurland, 1984; Rolandsson, 2015).
Många lärare upplever en osäkerhet om hur man undervisar i programmering (Sentance & Csizmadia, 2017; Webb et al., 2017), och gemensamt för en del av den forskningen som berörts ovan är att författarna är överens om att det råder brist på didaktisk forskning som synliggör lärarens roll. Dock finns en samstämmighet kring att lärarna har en viktig roll för att utveckla elevers
programmeringskunskaper (Ivarsson, 2003; Lye & Koh, 2014; Pea & Kurland, 1984; Rolandsson, 2015; Sentance & Csizmadia, 2017; Webb et al., 2017). Det finns viss internationell forskning som behandlar programmering på grundskolenivå däremot är forskning om elevers lärande och
programmering i den svenska grundskolan mycket begränsad (Kjällander et al., 2016).
Syfte och frågeställningar
Programmering är ett inslag i matematik och teknikundervisningen idag men än så länge finns inte så många studier kring vilka effekter som undervisningen har eller vad det är som eleverna i grundskolan möter i undervisningen. För att bidra till ytterligare kunskap vad gäller programmering som en del av matematik- och teknikundervisning har denna studie till syfte att fokusera på det tredje steget i den didaktiska transpositionen av kunskap, det vill säga visa vilken kunskap eleverna kan möta i en undervisningssituation där programmering ingår.
Syftet med studien är alltså att undersöka hur matematik och teknik kommer till uttryck i undervisning med programmeringsinnehåll.
Mer specifikt avser studien att undersöka:
• Vilken kunskap synliggörs i en undervisningssituation där lärarna undervisar i matematik och teknik med ett programmeringsinnehåll?
• På vilket sätt relaterar denna kunskap till det centrala innehållet i teknik och matematik?
4
Teoretiska utgångspunkter
I mina forskningsfrågor söker jag en sammankoppling mellan den kunskap som synliggörs i klassrummet och den kunskap som det centrala innehållet syftar till. För att kunna ge svar på mina forskningsfrågor har jag därför valt att använda mig av teorin om den didaktiska transpositionen av kunskap (Chevallard, 1989). Denna teori är ett av de centrala begreppen som används inom den antropologiska teorin om didaktik (Bosch & Gascón, 2014). Teorin används för att beskriva den process och omformning som kunskap går igenom innan kunskapen når fram till eleverna.
Den didaktiska transpositionen av kunskap
I skolor har det införts ett innehåll knutet till datavetenskapen där Skolverket har beslutat att innehållet ska ingå i flera av kursplanerna och dessutom genomsyra all undervisning (Gericke, 2017)
(Skolverket, Uppdrag om nationella it-strategier i skolväsendet, 2016). Det som skett är att man använder kunskap som traditionellt tillhör en viss vetenskap, i det här fallet datavetenskap, och använder det inom två andra ämnen som är mer etablerade i grundskolan än vad datakunskap är. Vad teorin om den didaktiska transpositionen belyser är att kunskap som existerar inom en vetenskaplig disciplin har en annan roll och funktion än den kunskap som existerar inom ett skolämne. Den vetenskapliga kunskapen är inte nödvändigtvis formad i syfte att undervisas om, utan kräver att den omvandlas för att bli undervisningsbar. Processen kallas för didaktisk transposition eller didaktisk omvandling (Chevallard, 1989). Den didaktiska omvandlingsprocessen beskrivs av Gericke (2017), och han menar att det sker en omformning av ämnet redan när det förflyttas från sin vetenskapliga disciplin för att anpassas till styrdokumenten såsom läroplanen och kursplanerna. Processen visas med hjälp av Bild 1.
Bild 1. Didaktisk transposition av kunskap (Fritt efter Bosch & Gascón, 2014)
I det första steget i den didaktiska transpositionen sker en stor gallring av kunskap eftersom vetenskapsområdet är betydligt större och mer omfattande än vad läroplanerna har möjlighet till att beskriva. Det är mellan det första och andra steget som Skolverket tar hjälp av forskning i området för att kunna formulera sina skrivningar i läroplanerna.
Det sker ytterligare didaktisk transposition då läraren tolkar läroplanerna till en faktisk undervisning och det är detta steg i transpositionen som jag väljer att belysa i min studie. Det sista steget behandlar den kunskap eleverna tolkar och skapar en förståelse kring utifrån den undervisningen som de fått.
Det som jag alltså valt att studera är hur kunskaper som beskrivs i läroplaner tolkas och omarbetas av lärarna till kunskaper som de undervisar om. Kunskaper från vetenskapen, datalogi, har genomgått en transformation och skolanpassats när läraren får läroplanen i sin hand.
Programmering och datalogiskt tänkande
Datavetenskapen eller datalogin, som den även kallas, är ett brett område som berör de teoretiska grunderna för hur datorer med hjälp av programvara utför beräkningar, hanterar information mm.
Inom datalogin ses datorprogram som matematiska algoritmer, vilka analyseras och studeras för att kunna användas för att lösa problem effektivt. Det är häri man hittar det som dataloger refererar till datalogiskt tänkande (Computational Thinking). Dataloger menar med detta begrepp den
5
problemlösningsprocess som används för att hitta mönster, generaliseringar, abstraktioner eller algoritmer för lösningar (Wing, 2006). Bland de begrepp och det innehåll som ”skolanpassats” finns just det datalogiska tänkandet, där paralleller dras till matematik med sina mönster, abstraktioner och algoritmer. I det centrala innehållet för årskurs 4-6 i matematik beskrivs detta som att eleverna ska veta hur algoritmer skapas och används vid programmering.
Programmering är ett delområde inom datalogin som handlar om hur man instruerar en maskin för att utföra ett visst arbete. För att kommunicera med datorns hårdvara används ett programspråk för att skriva instruktionerna. Programspråken kan ha olika abstraktionsnivåer beroende på hur nära hårdvarans ursprungliga språk de är. Hårdvarans språk är uppbyggt i binär kod och för att göra kommunikationen mellan hårdvaran och programmeraren snabb och effektiv översätts den binära koden till mer användarvänliga programspråk. Några exempel på programspråk är Java, C++ och Pascal. Att programmera var länge betraktat som tidskrävande och svårt att förstå men utvecklingen har gått framåt och fokuserats på att göra programmeringen snabbare och enklare att hantera, men gemensamt med alla språk är att de har sin utgångspunkt i den binära koden som datorn är uppbyggd av. Programmeringsspråken har över tid förändrats och anpassats till användarna och dessutom anpassats för att fungera i en skolmiljö. De språk som utvecklats för att användas av barn och elever är framförallt visuella programmeringsspråk, exempelvis Scratch där färdiga kommandon är
sammanfogade i ”block”. Eleven placerar blocken i den ordningsföljd som man vill att kommandona ska utföras. Detta är vad som benämns som blockprogrammering.
Min studie beskriver två lärare som samplanerat matematik- och tekniklektionen med ett
programmeringsinnehåll och där lektionspassen ligger direkt i anslutning till varandra endast med kort rast emellan. Lärarna i studien har valt att använda programmeringsspråket Scratch, vilket är det språk som har fått störst genomslag som visuellt programmeringsspråk i skolan.
Programmeringsspråket Scratch
Att ett programmeringspråk blir så populärt som Scratch har blivit kan ha att göra med att det är gratis, det finns färdiga lektionsplaneringar på svenska och att Scratch är utvecklat av ett projekt styrt från MIT, Massachusetts Institute of Technology. Det är dessutom enkelt att själv som användare växla språk vilket gör att Scratch är tilltalande att använda i flerspråkiga klasser. MIT Scratch Team beskriver programmeringsspråket så som:
”Scratch hjälper ungdomar att lära sig tänka t kreativt, resonera systematiska och att samarbeta - viktiga förmågor för livet i 21 århundradet.”
Språket och dess färdiga steg-för-steghandledningar är anpassat i ålderskategorier från åldrarna 8 till 16 och dessutom finns utvecklat en version av språket som är anpassat för barn mellan 5 och 7 år som innehåller symboler och denna version kallas Scratch JR. Det finns handledningar både för lärare och för elever tillverkade av MIT Scratch Team men även handledningar upplagda av andra användare.
Användare kan skapa sig konto för att gå med i en online-community där man kan dela med sig av projekt och skaffa ”vänner”.
När man utför programmering i Scratch lägger man samman block med förutbestämda kommandon till längre instruktioner som sedan kopplas till de figurer som man vill ska utföra de givna
instruktionerna. Programmeringsvyn är uppdelad i fyra olika ytor, Blockbibliotek, Script-yta, Sprite- lista och Scen (Bild 2).
6
Bild 2. Programmeringsvyn i Scratch
Blocken dras från Blockbiblioteket ut till Script-ytan där de pusslas ihop med varandra för att bilda en sammanhängande instruktion. Blocken ligger färgsorterade i blockbiblioteket utefter menyer sorterade på vilken händelse de utför, tex rörelse, ljud etc. Totalt finns det åtta menyer att välja block inom.
Sammankopplingen av figur och instruktion sker i Sprite-listan, där man väljer figur, så kallad Sprite.
I den sista ytan som kallas för Scen syns den valda figuren och där utför figuren vad den är instruerad till att göra. I den här tredje ytan, Scenen, kan även olika bakgrunder väljas, tex sandstrand, bondgård etc.
Användaren har många möjligheter till att anpassa sin programmeringsvy utefter sitt eget tycke då det finns många bakgrunder, ljud och figurer att välja mellan. Dessutom går det att anpassa figurerna med hjälp av klädslar, hårfärger mm.
Språkversionen Scratch JR finns som app till Ipad och är uppbyggd på likartat sätt men gränssnittet är mer anpassat för yngre åldrar, mer bilder och mindre text.
I blockbiblioteket återfinns fem av de åtta funktionsmenyerna som även finns i Scratch. En förändring i Scratch JR är att blocken benämns som klossar. Även här är klossarna färgkodade utefter vilken meny de tillhör i biblioteket och färgerna överensstämmer i båda språkversionerna.
Användaren kan även i den här versionen förändra sin användarvy genom att välja olika bakgrunder och figurer.
Bild 3. Programmeringsvyn i Scratch JR Script-yta
Sprite-lista Scen
Blockbibliotek
Blockbibliotek
Script-yta Sprite-lista
Scen
7
Metod
Jag har valt att studera den didaktiska transformation av kunskap som sker i ämnena matematik och teknik i lärarnas undervisning. För att få svar på mina forskningsfrågor om vilken kunskap som synliggörs då lärarna undervisar i de här två ämnena med ett programmeringsinnehåll har en kvalitativ forskningsansats valts.
Kvalitativ forskning innebär ett datainsamlande av förhållandevis få personer där forskaren går på djupet med de personer som ingår i studien (Bryman, 2011). I min studie genomfördes observationer av två undervisningstillfällen i matematik och teknik, med programmering som huvudinnehåll, för att få en bild av hur programmering kommer till uttryck i klassrummet.
Observationerna spelades in med ljud och bild och analyserades sedan med hjälp av innehållsanalys (Hsieh & Shannon, 2005).
Urval
Den utvalda skolan är en kommunal F-6 med närmre 500 elever i en mindre stad i södra Sverige.
Eleverna på skolan är till största del boende i området kring skolan och är ett socioekonomiskt starkt område med få utlandsfödda barn. Urvalet till studien har skett utifrån något som Bryman (2011) benämner som ett målinriktat urval, vilket menas att forskaren väljer aktivt ut medverkande till studien som är relevanta för forskningsfrågorna. Detta har skett då skolan som valdes ut har under längre tid arbetat med digitala verktyg i undervisningen och anses av sig själva vara framåt inom digitalisering och programmering då några av skolans ledord är IT och digitala verktyg. Urvalet av lärare har även det varit målinriktat då rektor föreslagit lärare utifrån sina kunskaper i digitalisering och
programmering.
De lärare som medverkat i studien är två grundskollärare där en av lärarna, som jag i fortsättningen kommer att benämna som TK-läraren, undervisar i teknik, naturorienterande ämnen, matematik och svenska medan den andra läraren, MA-läraren, undervisar i engelska och matematik i den studerade elevgruppen i årskurs 5. TK-läraren är förstelärare på skolan med uppdrag att ansvara för
utvecklingsinsatser inom naturvetenskap och teknik.
Lärarna undervisar och planerar tillsammans i både matematik och teknik. Elevgruppen består av 28 elever med något fler flickor än pojkar i klassen. Lärarna har i förväg blivit informerade om att studien handlar om programmeringsinnehåll i teknik- och matematikundervisning och utifrån det har lärarna själva valt ett tillfälle för videoinspelning.
Genomförande
Inspelningen gjordes under ett tillfälle där en längre lektion var uppdelad i dels en tekniklektion och dels en matematiklektion. Under båda lektionerna fanns en huvudlärare och en hjälplärare och de två lärarna i studien bytte roll vid byte av lektionsinnehåll. Innehållet på respektive lektion hade
samplanerats av båda lärarna. Respektive lektion var ca 50 minuter lång och hade ett snarlikt upplägg med teorigenomgång, arbete parvis och slutligen en avslutande diskussion/sammanfattning.
Närvarande under lektionerna var totalt 22 elever och de båda lärarna.
Inspelningen gjordes med hjälp av en robotkamera; Swivl som upptar ljud från objektet samtidigt objektet videoinspelas. Objektet under lektionstillfällena är huvudläraren. Nedan beskrivs lektionerna mer i detalj.
Tekniklektionen
Tekniklektionen är uppdelad i en introduktion som följs av parvis arbete och därefter en
sammanfattning. Läraren disponerar tiden så att 12 minuter ägnas åt introduktionen och därefter 33 minuter till parvis arbete och 2 minuter till sammanfattning.
8
Teknikläraren börjar lektionen med att presenterar det som de tidigare gjort i området programmering och det sker med hjälp av frågor liknande ”kommer ni ihåg när vi…..”. Här hjälps eleverna och läraren åt att räkna upp de digitala verktyg som de använt sig av och de aktiviteter som de gjort. Klassen har i början på höstterminen arbetat med programmering men har sedan haft biologi fram till höstlovet och inspelningen görs veckan efter höstlovet så det är några veckor sedan eleverna programmerade.
Saker som nämns är Scratch JR, Scratch på Cromebooks, Bee-Bot, Pro-Bot, tittat på avsnitt ur Programmera mera. Läraren har förberett en digital presentation i PowerPoint som samtidigt visas på storskärm för eleverna och där de nämnda sakerna finns uppskrivna.
Därefter går läraren över till att prata om vad de har utvecklat under tiden då de arbetat med programmering. Läraren beskriver vilka förmågor som har tränats och då syns på tavlan orden:
samarbete, problemlösningsförmåga och kommunikationsförmåga. Eleverna får beröm för att de inte frågat så mycket om hjälp då de programmerat, utan att de löst problem som uppstått tillsammans istället för att ropa på läraren. Den här inledningen, där läraren ställer korta frågor till eleverna, tar fem minuter och är mest en monolog av huvudläraren.
Sedan tar läraren fram dagens uppdrag på tavlan och säger att målet med dagens lektion är att hon vill se vad eleverna kommer ihåg. På tavlan står följande:
Mål med lektionen
Använda era kunskaper om blockprogrammering för att programmera en fest.
Du ska kunna ändra bakgrund, rörelse, text mm.
Läraren säger till eleverna att deras uppdrag är att de ska ”programmera en fest” och det ska göras i Scratch JR. Läraren visar på PowerPoint (Bild 4) följande punktlista över vad som ska utföras på lektionen:
Dagens uppdrag
Ni ska programmera en fest i Scratch JR. (På en fest kan man prata med varandra, dansa, lekar, tävlingar mm)
• Välja olika figurer
• Välja olika bakgrunder
• Någon eller några av figurerna ska förflytta sig på skärmen.
• Någon eller några av figurerna ska prata med varandra.
• Lägg till en rubrik
Bild 4.Tk-läraren beskriver Dagens uppdrag
Läraren påminner eleverna om att de får se tillbaka på de gamla uppdragen som de gjort tidigare då de övat på samma moment som ska utföras idag och som eleverna har sparade på sina Ipads.
Eleverna ska arbeta två och två, med samma uppdrag dock med var sin Ipad. Här poängterar läraren att eleverna ska arbeta tillsammans genom att komma överens om vilket festtema de ska ha. Eleverna har ändå möjlighet att göra personliga val genom att som exempel välja annan hårfärg på figurerna än vad
9
bänkkamraten väljer. När eleverna känner sig klara ska de räcka upp handen och visa upp resultatet för en lärare.
Efter introduktionen som beskrivits ovan arbetar eleverna parvis och båda lärarna går runt och hjälper till. Eleverna är aktiva med att hitta rätt bland blocken, välja festtema och deltagare till sin fest och eleverna samtalar under tiden med varandra. Under det parvisa arbetet är det inte någon som signalerar att de är klara för att visa upp sin fest för någon av lärarna.
Läraren bryter sedan arbetet för en kort sammanfattning där eleverna informeras om att de kommer att få ytterligare ett tillfälle på sig för att färdigställa uppdraget. Hon visar målet för lektionen på tavlan igen och säger att alla är på god väg att klara detta. Det som lyfts fram är att de snart klarar att byta bakgrund, få figurerna att röra sig och vilka block man använder vid vilken situation.
Målet poängteras igen: läraren ville se vad de kunde i Scratch JR. Här säger läraren sedan att ”de kunskaperna vi nu har från Scratch JR ska vi ta med oss när vi går över till svårare program som Scratch”.
Läraren på tekniklektionen gör sedan en övergång till matematiklektionen och säger till eleverna att
”de ska fortsätta med Ipadsen fast i ett helt annat program och nu i matematik”.
Matematiklektionen
Lärarna byter roller och lektionen startar precis som tekniklektionen med en genomgång av vad som ska ske under lektionen. Upplägget är att eleverna ska använda sig av programmering för att öva multiplikationstabellen och de ska bekanta sig med två block i Scratch som de inte har använt sig av tidigare. Matematiklektionens uppgifter består av tre delmoment som uppvisas för eleverna på tavlan.
Skapa ett block i Scratch 1 Logga in på Scratch
2 Gör koden för att skapa en egen multiplikationsuppgift
3 Gör ditt program mer personligt genom att till exempel ändra texten i blocken ”säg….i
….sekunder” (det lila blocket) Eller byt bakgrund och sprite till sin egen
Bild 5. Ma-läraren beskriver uppgiften
Det som också är nytt, förutom de två blocken, är att eleverna kommer att arbeta i Scratch från Ipadsen istället för att använda webbversionen på Cromebook, vilket de tidigare gjort vilket de tidigare gjort då de arbetat med denna version av Scratch.
Läraren visar de två nya blocken på tavlan och beskriver vilken funktion de har.
Eleverna arbetar parvis med kodningen i 12 minuter och därefter bryts lektionen av läraren för diskussion i helklass. Därefter uppmanas eleverna att försätta sina Ipads i helskärmsläge, låta dem ligga kvar på bänkarna och sedan förflytta sig runt i klassrummet för att testa varandras
10
multiplikationsuppgifter. Eleverna har arbetat parvis med en gemensam Ipad och totalt finns nu 11 multiplikationsuppgifter att lösa men något har gått fel och flera elever har råkat radera sin uppgift precis innan de ska rotera runt vilket gör att några par vill inte riktigt avsluta sitt arbete när läraren bryter för att gå vidare. Ytterligare problem uppstår då några elever har skrivit in ett felaktigt svar i sin uppgift så eleverna som går runt och övar, förstår inte vad som blir fel. Totalt finns då 5 fungerande multiplikationsuppgifter utlagda på bänkarna, om man räknar bort de felaktiga och de raderade, som går att öva multiplikation på. Eleverna går runt i klassrummet i ca fem minuter för att öva
multiplikation på varandras uppgifter. Sedan avrundar läraren lektionen.
Analysprocessen
Materialet består av inspelat videomaterial på ca 2h och observationer gjorda på plats. Materialet har sedan analyserats med hjälp av innehållsanalys.
Innehållsanalys går att genomföra både som en kvantitativ metod och en kvalitativ metod och är en flexibel analysmetod för att analysera data. I den kvantitativa metoden räknar man ord och begrepp i texten som analyseras, medan man i den kvalitativa metoden istället söker efter teman i en text (Bryman, 2011). Teman har koppling till det fenomen eller företeelse som man är intresserad av, i denna studie eftersöks tillfällen då programmering kopplas till kunskaper i teknik och matematik. Vid kvalitativa innehållsanalyser söker forskaren efter ämnesområden eller teman i ett material genom att gruppera materialet under olika kategorier (Hsieh & Shannon, 2005). Här kan forskaren redan innan bestämt sig för vilka kategorier eller teman man eftersöker eller så sker genomgången helt
förutsättningslöst, dvs utan förutbestämda kategorier och låter kategorierna växa fram i processen.
Forskaren identifierar mönster eller teman som sedan kodas och kategoriseras. Denna process kan benämas som konventionell innehållsanalys med kännetecken av att den är en induktiv metod där koder och kategorier kommer direkt ur texten. (Hsieh & Shannon, 2005)
Ett annat kännetecken för den konventionella innehållsanalysen är även att presentationen av de teman som framkommer ofta illustreras i form av korta citat från texten. (Bryman, 2011)
Metoden har valts här för att ge nya insikter och en bred beskrivning av en situation. Analysprocessen påbörjades genom att inspelningarna studerades vid flera tillfällen i sin helhet för att få en helhetsbild över innehållet för att därefter transkriberas till en text. Efter upprepad genomläsning av texten och återkoppling till inspelningen utkristalliserades två tentativa kategorier som beskrev hur
programmering kom till uttryck under lektionerna i både matematik och teknik. Dessa kategorier prövades på forskarkollegor och därefter genomfördes ytterligare genomläsning av data och
kategorierna reviderades och blev slutligen tre till antalet. Den första kategorin beskriver kunskaper relaterade till blockläggning. Nästa kategori beskriver den förändringar som sker av användarvyn och den sista kategorin berör användningen av programmeringsspecifik terminologi. All data sorterades under kategorierna i form av citat och bilder.
Etiska aspekter
De etiska överväganden som har använts i studien följer riktlinjerna från Vetenskapsrådets fyra etiska krav.(Gustafsson, Hermerén, & Petersson, 2005)
Informationskravet: Medverkande lärare och elever i studien har både skriftligt och muntligt fått information om studiens innehåll och eftersom eleverna är minderåriga har även brev sänts ut till vårdnadshavare om tillstånd för bild och ljudinspelning.
Samtyckekravet: Vid informationen har alla medverkande upplysts om att de själva väljer om de vill medverka i studien eller ej och att de när som helst kan avbryta sin medverkan.
Konfidentialitetskravet: Under hela studien förblir alla medverkande och även skolan helt anonym och kodning har skett vid transkribering då det är hänvisat till ” läraren” eller ”eleven”.
Nyttjandekravet: Alla medverkande har upplysts om i vilket syfte studien görs och vad den ska användas till.
11
Resultat
I de två lektionerna i teknik och matematik använder eleverna programmeringsmiljön Scratch Jr respektive Scratch. Den kunskap relaterat till programmering i teknik och matematik som lektionerna behandlar kan delas in i tre kategorier. Dessa är följande:
1. Blockläggning
2. Personifiering av användarvyn
3. Användning av programmeringsspecifik terminologi
Den första kategorin är blockläggning, som avser kunskaper i hur man använder ett visuellt
programspråk för att programmera. Med blockläggning menas att elever väljer ut block ur en meny som sedan läggs i en viss ordning till ett fungerande program. Den andra kategorin är personifiering av användarvyn som beskriver den möjlighet som Scratch erbjuder användaren för att anpassa användargränssnittet, genom att förändra bakgrund, klädslar eller figurer, men som inte är
blockläggning och därför inte heller kan betraktas som programmering i Scratch. Den sista kategorin berör användningen av programmeringsspecifik terminologi, vilken beskriver det språk, de ord och begrepp, som används av lärarna för att instruera, förklara och motivera för eleverna den kunskap som behandlas genom de aktiviteter som eleverna involveras i.
Dessa tre kategorier kommer att användas i nästa avsnitt för att beskriva den kunskap som eleverna möter i de två lektionerna i teknik respektive matematik. I de citat som används finns understrykningar som använts i analysen för att tydliggöra kunskaper som läraren betonar och även bilder i form av skärmdumpar.
Blockläggning
Under tekniklektionen förväntas eleverna att arbeta med den uppgift som innebär att eleverna ska
”programmera en fest” genom att använda Scratch JR. Till denna uppgift finns flera moment varav två av de totalt fem moment innebär att eleverna använder Scratch JR för att skapa kod (blockläggning).
Dessa är följande:
• Någon eller några av figurerna ska förflytta sig på skärmen.
• Någon eller några av figurerna ska prata med varandra.
TK-läraren instruerar eleverna på följande sätt samtidigt som hon visar uppdraget på tavlan:
Det ni ska göra här i uppgiften är att ni ska välja lite olika figurer eller ”spritar” som ska vara med på er fest. Ni ska välja vilka olika bakgrunder man ska befinna sig på. Någon eller några av figurerna ska förflytta sig på skärmen, alltså de ska röra sig, hoppa, studsa, gå, springa eller vad man nu väljer att göra. Någon eller några av figurerna ska prata med varandra, alltså säga något till någon annan.
Ni ska också lägga till en rubrik på skärmen.
I citatet ovan framgår vilka block, inom menyn Rörelse, som läraren förväntar sig att eleverna ska använda sig av i blockläggningen. Läraren betonar att eleverna hittar de block de ska använda sig av i Rörelsemenyn. Omfattningen av den blockläggning som eleverna instrueras att använda på Tk- lektionen behandlar alltså, förutom start -och stoppblocken, en av fyra menyer.
Den kortaste möjliga blockläggningen, som även några elever utnyttjar, är att slutföra uppgiften genom att lägga tre block efter varandra, nämligen, Start, Rörelseblock och Stopp. Resten av eleverna använder fler block i sin blockläggning och på så sätt förlänger sin kodning.
Under matematiklektionen ska eleverna programmera ett matematiktest i Scratch. Läraren visar den färdiga lösningen för eleverna på tavlan där det framgår vilka block som ska användas och i vilken ordningen de ska placeras. På tavlan bredvid koden står att eleverna även ska göra programmet mer personligt genom att ändra texten i de lila blocken (se Bild 6).
12
Bild 6. Koden som läraren visar för eleverna på tavlan
Med andra ord, blockläggning behandlas på matematiklektionen på så sätt att eleverna ska härma den programmering som finns på tavlan genom att själva leta i sitt blockbibliotek efter samma block och lägga i den ordning som lärarens figur visar. De block som används i uppgiften har inte funktionen att kunna beräkna den eftersökta multiplikationen utan det rätta svaret måste eleverna beräkna och själva föra in i svarsblocket. Det som också sker på matematiklektionen är att eleverna ändrar på texten i två av blocken som båda är från utseendemenyn, med detta menar läraren att eleverna gör programmet personligt.
Sammanfattning -Blockläggning
Det som sker på båda lektionerna är att den tid som eleverna använder för blockläggningen, som är det moment som kan betecknas som programmering, är kraftigt begränsad (fåtal minuter) i förhållande till andra moment som eleverna utför med hjälp av Scratch Jr och Scratch.
De elever som, på tekniklektionen, ägnar lite mer tid åt blockläggningen gör det dock genom att förlänga sin kod genom att lägga till fler rörelseblock mellan start- och stoppblocken. Eleverna kan välja block fritt ur rörelsemenyn och placera blocken efter varandra. Denna förlängning av kod sker på elevernas initiativ och är inte kopplad till någon uppgift som läraren presenterat för dem, förutom att läraren uppmanat eleverna att uppvisa sin kreativitet. Förlängning av kod sker inom samma meny och inget nytt utforskande från elevernas sida och är då inte svårare än att lägga koden med endast tre block utan tar bara mer tid i anspråk.
På matematiklektionen sker ingen utveckling av den kod som finns presenterad på tavlan utan eleverna kopierar lösningen som finns. Några elever ändrar i den text som presenterats för dem men de flesta behåller det förslag som läraren gett.
Personifiering av användarvyn
På tekniklektionen arbetar eleverna med att ”programmera en fest” med de återstående tre av totalt fem momenten som berör personifiering av användarvyn:
• Välja olika figurer
• Välja olika bakgrunder
• Lägg till en rubrik
Som beskrivits ovan har eleverna övat på momenten vid andra lektionstillfällen så att personifiera sin användarvy är repetition.
Läraren säger:
… däremot ska ni göra samma fest, med undantaget att du kanske vill byta hårfärgen på en figur, du kanske vill ha det blont eller du vill ha det mörkt men det ska vara samma innehåll. Ni får välja vilka figurer eller spritar ni vill och det är här det kreativa som vi har pratat om kommer in. Detta är viktigt
13
(sveper med handen över tavlan med uppdraget på) det kan ju vara en djurfest eller vad det nu är det går ju lika bra, det är ju inte det som jag tittar på utan att ni får ihop det till ett bra program.
I citatet framgår att läraren betonar vilken variation eleverna ska göra i användarvyn och att eleverna på så sätt kan visa upp kreativitet. Momentet kommer i fokus vilket visas av att läraren i detta sammanhang betonar att eleverna ska få ihop ett bra program. I Scratch JR finns verktygen för figur- och bakgrundsbyten lättåtkomligt vilket Bild 7 nedan visar.
Bild 7. Handverktyget pekar på menyn där bakgrunder väljs
I versionen Scratch JR finns många val att göra för att utforma sin vy och det utforskar eleverna på tekniklektionen. Följande citat visar att eleverna har haft fullt upp med att utforska vilka
valmöjligheter som finns och behöver mer tid till detta.
TK-Läraren:
När jag har gått runt nu och tittat när ni programmerat en fest så ser jag att en del nästan är klara och andra är inte riktigt och det betyder ju att ni behöver göra detta vid ett tillfälle till sen så att man blir färdig utifrån uppdraget. Men det vi kan titta på här vad vi hade för mål med lektionen (sveper handen över målen som är skrivna på skärmen) så ser jag att alla är på god väg att kunna göra detta och en del kan inte ens sluta.
De stora valmöjligheterna som Scratch JR erbjuder verkar göra att eleverna får svårt att bestämma sig och inte kommer vidare för att slutföra uppgiften.
Att byta bakgrund och figur återkommer under matematiklektionen då eleverna uppmanas att utföra samma sak som de utfört på tekniklektionen fast här i den andra språkversionen, Scratch. En av deluppgifterna för eleverna är att göra programmet mer personligt och då genom att byta bakgrund och figur. I språkversionen Scratch så utförs bytena på liknande sätt som i Scratch JR, även här med flertalet variationsmöjligheter.
Sammanfattning -Personifiering av användarvyn
På båda lektionerna utnyttjas största delen av undervisningstiden på detta innehåll som handlar om att eleverna ändrar utseendet på användarvyn. TK-läraren betonar att det innebär möjligheter för eleverna att vara kreativa, men inom valda ramar medan matematikläraren benämner detta som att eleverna gör programmet personligt. Noterbart är även att personifiering av användarvyn, inte kan kopplas till ett teknik- eller matematikinnehåll. Att personifiera sin användarvy kräver inte någon blockläggning, vilket då inte betecknas som programmering.
Användning av programmeringsspecifik terminologi
Båda versionerna av Scratch är visuella miljöer med termer och begrepp tillhörande dels
programmering men framförallt programspråket Scratch. Under denna rubrik beskrivs hur lärare och elever använder sig av en terminologi kopplad till programmering.
Vid ett tillfälle ber Ma-läraren en elev att svara på följande:
14
”Om vi ska beskriva det här programmet, hur skulle vi göra det?”
Citatet nedan visar elevens förklaring och i Bild 8 visas koden som eleven beskriver.
Elev: Först så frågar programmet vad tre gånger sex är och sedan svarar ju den där nere och då är ju svaret arton, å då säger den grejen där nere ”rätt svar”
Bild 8. Koden som Ma-läraren vill att eleven ska tolka.
I citatet framgår att eleven läser texten på blocken ”fråga” och ”säg” och gör detta till en mening.
Elevens beskrivning av programmet är kopplad till ordningen i blocken och funktionen av de valda blocken istället för att beskriva vad programmet kommer att utföra, dvs öva multiplikation och ge respons. Eleven verkar sakna en terminologi för att benämna blocken. Eleven använder ”den där” och
”grejen” istället för att benämna dem som block med ett speciellt utförande.
Ytterligare avsaknad av terminologi återfinns även hos Ma-läraren vilket visas i följande citat.
MA-läraren:
Och då har man ju grejerna man kan göra här (sveper med handen över vänstra delen av tavlan där menyraden återfinns) och man väljer. Och man väljer ju utifrån vad man vill ha för någon färg. Sedan ska man ju ha sina koder, sina block och lägga dem här. Det är där det kommer att ske sen. Och sen om man vill testa den i helskärm så gör man det genom att använda denna (pekar uppe i högra hörnet).
I citatet framgår MA-läraren använder samma terminologi som eleven och inte de begrepp som kan användas i Scratch eller i andra programmeringsspråk.
Eleverna kan utföra uppgifterna på båda lektionerna genom att följa de färger som blocken är indelade i när de söker efter block/klossar för att lägga sin kod. MA-läraren väljer att hänvisa blocken till dess färg vilket de nedanstående citaten får tjäna som exempel på detta:
MA-läraren: Gör ditt program mer personligt genom att till exempel ändra texten i blocken ”säg….i
….sekunder”, det lila blocket.
MA-läraren: Och många här var det att de missat att den här måste vara blå annars funkar det inte.
MA-läraren: Och man väljer ju utifrån vad man vill ha för någon färg.
Den färgterminologin som MA-läraren använder kan överföras och användas i båda språkversionerna men utnyttjas dock inte på lektionerna då TK-läraren istället benämner blocken efter deras funktion vilket framgår av citaten nedan:
TK-läraren: Det ni ska göra här i uppgiften är att ni ska välja lite olika figurer eller spritar som ska vara med på er fest. Någon eller några av figurerna ska förflytta sig på skärmen, alltså de ska röra sig, hoppa, studsa, gå, springa eller vad man nu väljer att göra. Någon eller några av figurerna ska prata med varandra, alltså säga något till någon annan.
TK-läraren: På en fest kan man göra lite olika saker beroende på vad man gillar att göra för saker, man kan prata med någon annan, figur, kompis. Man kan bugga, dansa, man kan leka olika lekar, tävlingar osv.
15
Att teknikläraren inte använder att hänvisa till klossarnas färg i språkversionen Scratch JR kan ha att göra med att det inte finns lika många menyer att hålla reda på eller att eleverna endast väljer klossar ur en och samma meny på tekniklektionen.
På båda lektionerna används ordet spel med en koppling till programmering. På tekniklektionen används ordet då läraren tillsammans med klassen repeterar vad det är de gjort vid tidigare lektioner inom området programmering och följande dialog uppkommer:
TK-läraren: Vi lånade Cromebooks från AV-Media och vad var det för spel vi jobbade med?
-Scratch. (elev)
TK-läraren: Bra, kommer någon ihåg vad det var för något spel vi skulle göra?
-Det var en skalbagge som skulle springa ett race, eller nåt. (elev)
TK-läraren: Javisst, det var en skalbagge som skulle följa en bana och där fick ni ju läsa
instruktionerna och lösa på egen hand. Efter givna instruktioner, eller hur? Sedan var det en val som kunde äta munkar, en labyrint och så det fanns ju flera spel som ni kunde jobba med.
Dialogen visar att eleverna och framförallt läraren använder ordet spel för att beskriva det som de tidigare har gjort i programmeringsspråket Scratch.
På matematiklektionen använder MA-läraren ordet spel då hon i den avslutande reflektionen frågar klassen:
MA-lärare: Men vad skulle vi kunna göra med det här programmet för att det ska bli mer av ett spel av det? Det ska bli att man kan skriver in att man kan få vilket tal som helst och man kan skriva tillbaka och att den rättar. Hur skulle vi kunna göra då? För att det ska bli ett spel som vi kan ha vilken multiplikation som helst? Då funderar ni två minuter tillsammans med grannen. Vad behöver vi lägga till i vår programmering för att det ska bli mer av ett spel av det?
I citatet framgår att MA-läraren benämner blockläggningen (multiplikationstestet) med ett spel. Värt att notera är dock att på tavlan står det:
Programmet ni gjort är ganska enkelt. Vad saknas för att programmet ska bli mer användbart för en elev som behöver öva på multiplikation?
Läraren väljer att byta ut ordet användbart mot ordet spel när hon pratar till klassen.
Två begrepp som är specifika för Scratch och övas på under båda lektionerna är att byta figur och byta bakgrund. I båda versionerna ser det snarlikt ut då man utför de här två uppdragen.
I Scratch JR, Bild 9, hanterar programmet ”byt figur ”genom att addera figurer i vänsterfältet, här i form av en groda. Att man arbetar med grodan markeras på två sätt; fältet med grodan är upplyst och övriga figurer är nersläckta och grodan visas i svartvitt bredvid sin kod. Raderas grodan så raderas även kodningen för grodan men övriga figurer är kvar med sin kod. Om man vill utföra samma uppdrag i Scratch, Bild 10, så markeras figuren, här en katt på samma två sätt som i Scratch JR.
Bild 9. Scratch JR, där ”byt figur” är i fokus Bild 10. Scratch, där ”byt figur” är i fokus
16
Lärarna har tidigare uppmärksammat skillnaden mellan språken som att det ena programmet är lättare och det andra svårare. Vilket citatet nedan visar.
TK-läraren:
Så utifrån vad vi hade för mål med dagen så jag ville se vad ni kunde för här har vi ju jobbat med block en del och jag vill att vi tar med oss de kunskaperna när vi ger oss på svårare saker sen. Och Scratch är ju lite svårare än detta, den här är ju enkel men vi valde att börja för att vi skulle ha lite koll på blocken och vad de betydde och att man skulle kunna lösa problem tillsammans.
Det framkommer inte i citatet ovan vad det är som är lättare eller svårare i versionerna och inte heller vilka kunskaper eleverna förväntas ta med sig till den andra språkversionen. Men följande sekvens visar att eleverna inte har uppmärksammat betydelsen av ”byt figur”.
Det som sker på matematiklektionen är att eleverna raderar sin ursprungliga figur (med kodningen) då de vill byta figur, enligt instruktionerna i uppgift 3, och därmed finns ingen multiplikation kvar att öva på. Klassen upplevs därför som orolig precis innan alla ska rotera runt i klassrummet för att testa varandras multiplikationer. När eleverna sitter på sina platser förklarar läraren varför det varit oroligt i klassen och varför det inte riktigt fungerat så som det var tänkt.
MA-Lärare: Sedan såg ni att om ni tog bort ”spriten” (figuren) så försvinner ju själva
programmeringen också, för det är ju den ”spriten” som ni har programmerat. För då försvinner ju själva programmeringen också, så det är nog därför det har försvunnit för vissa.
I citatet framgår att eleverna har utfört en handling utan förståelse för vilken verkan begreppet ”byt figur” har i deras program.
Sammanfattning -Användning av programmeringsspecifik terminologi
I denna kategori är det märkbart att det verkar finnas en avsaknad av ord och begrepp både kopplade till det använda programspråket och till programmering generellt. Istället ersätts denna terminologi med en färgterminologi som är användbar inom språkversionerna Scratch, men som dock ej utnyttjas i båda versionerna. Denna färgterminologi är inte är användbar utanför Scratch.
På båda lektionerna förekommer ordet spel och det är lärarna som initierar användningen av ordet.
Elevernas agerande tyder även på att de inte har tillräcklig förståelse för betydelsen av de begrepp som övas mycket på under båda lektionerna och hur begreppen används i förhållande till de funktioner som utförs.
Sammanfattning
De forskningsfrågor som studien har haft för avsikt att besvara är följande:
• Vilken kunskap synliggörs i en undervisningssituation där lärarna undervisar i matematik och teknik med ett programmeringsinnehåll?
• På vilket sätt relaterar denna kunskap till det centrala innehållet i teknik och matematik?
De kunskaper som har identifierats i studien har delats in i tre kategorier, blockläggning, personifiering av användarvyn och användning av programmeringsspecifik terminologi.
Blockläggningen som sker på tekniklektionen omfattar den kortaste kod som är möjlig att utföra i ett visuellt programmeringsspråk och endast ett fåtal av eleverna förlänger sin kod. Denna förlängning tillför inte något ytterligare till den kunskap jämfört med om koden läggs med tre block. På
17
matematiklektionen kopieras en färdig lösning vid blockläggningen och konsekvenserna av detta är att eleverna koncentrerar sig på att hitta blocken i de färgkodade menyerna. Detta moment är det som ägnas kortast tid åt på lektionen. Istället är det personifiering av användarvyn som i särklass ägnas mest tid åt på lektionerna och eleverna blir heller inte klara med detta på tekniklektionen. Anledningen till att eleverna behöver ytterligare tid för uppgiften kan troligtvis vara att eleverna har svårt att
bestämma sig på grund av alla de valmöjligheter som Scratch och Scratch JR har. Den terminologin som används på lektionerna är ett informellt språk baserat på de färger som blocken har alternativt deras funktion. Här märks en avsaknad av allmängiltiga begrepp inom programmering och även begrepp kopplade till programmeringsspråket Scratch.
När det gäller kopplingen mellan den synliggjorda kunskapen och det centrala innehållet från
läroplanerna så kan det som betecknas som relevant ur teknik- och matematikperspektiv vara följande:
Multiplikationstabellen ingår i matematikundervisningen men möjliggör liten färdighetsträning för eleverna då det är få uppgifter att öva på. Nivån på multiplikationerna är betydligt lägre än vad man kan förvänta sig av multiplikation i årskurs 5 och det är därför oklart vad det bidrar med till innehållet i matematik med programmeringsinnehåll. Algoritmen för att göra detta multiplikationstest sätts samman genom att kopiera det läraren visar på tavlan så kunskaper om hur algoritmer kan skapas och användas vid programmering är inte direkt synliggjorda. Programmeringsspråket som används är en visuell programmeringsmiljö vilket nämns i centrala innehållet i matematik. Det som i sin tur utförs på lektionen i teknik är att eleverna får sin figur att prata eller röra sig, tex genom att få den att hoppa, studsa eller dansa. Även om eleverna får figurerna att röra sig kan detta, ur ett teknikperspektiv, inte betraktas som att eleverna styr ett föremål eftersom det saknas en tydlig avsikt med det som figurerna utför.
Sammanfattningsvis så synliggörs varken kunskap i teknik eller matematik. Koppling mellan teknik, matematik och programmering saknas nästan helt i min studie, likt tidigare forskning där Scratch förekommer (Benton et al., 2017). Lektionerna behandlar till största del personifieringen av användarvyn.
Diskussion
Kunskaper synliggjorda i studien
Programspråket Scratch har utvecklats med syftet att väcka intresse och sprida kunskap i programmering för barn. Dock har Scratch utvecklats utanför ramen för skolkontexten, vilket illustreras i Bild 11. De steg i den didaktiska transpositionen av kunskap som har en skolkontext är steg 2, 3 och 4 vilka har markerats i bild 11 som en enhet, medans den vetenskapliga kunskapen tillsammans med Scratch ligger utanför skolkontexten.
Studien visar att det finns avbrott i den didaktiska transpositionen mellan steg två och tre (Bild 11).
Dvs den kunskap som undervisas relaterar till största del till något annat än det som läroplanen i teknik och matematik avser med programmering (steg ett och två, Bild 11). Lärarna använder sig av ett programmeringsspråk, i detta fallet Scratch, vilket kan ge uppfattningen att de kunskaper som undervisas behandlar programmering. Min studie visar dock att största delen av undervisningstiden ägnas åt moment som inte betecknas som programmering (tex kodläggning i rätt ordning), utan Scratchspecifika kunskaper (tex byte av bakgrund, färger), därav den streckade linjen mellan den vetenskapliga kunskapen och Scratch (Bild 11). Troligtvis beror detta på den anpassning av språket som gjorts för att språket ska bli användarvänligt.
18
Bild 11. Transposition av kunskap i undervisning med ett programmeringsinnehåll Det som framkommer i studien är att de intentioner som Skolverket haft vid införandet av programmering i kursplanerna för matematik och teknik riskerar att inte bli till verklighet i
klassrummet. Även om min studie endast grundar sig på ett fall har jag kunnat koppla flertalet av mina resultat till tidigare forsning. Att lärarens relation till ämnet är av yttersta vikt för att kunskap ska kunna förmedlas, (Ivarsson, 2003; Lye & Koh, 2014; Pea, 1987; Rolandsson, 2015), aktualiseras även i min studie då de lärare jag studerat har utbildning i skolämnena matematik och teknik men dock inte i programmering. En effekt är att det som lärarna gör som programmering, inte nödvändigtvis är programmering utan istället handlar om programspråkets uppbyggnad och estetiska utformning. Min studie grundar sig på det inspelade materialet i klassrummen vilket därmed inte har gett lärarna en möjlighet att själva berätta om sina intentioner med lektionerna och de didaktiska val de gjort. Att intervjua lärarna på djupet och ställa följdfrågor i form av stimulated recalls hade gett studien ytterligare en dimension, dock fanns inte möjlighet eller tid till detta. Resultaten i min studie kan ses som relativt tillförlitliga eftersom lärarna fått välja ut lektioner själva som de ansåg visa hur de arbetar med teknik och matematik integrerat med programmering. Detta har gjort att jag vid analys av min data har kunnat förlita mig på att lärarna arbetar med ämnena integrerat med programmering.
Begränsningar hos programmeringsspråket
Eleverna i klassen som studerats är i åldern 11-12 år och har använt Scratch JR som introduktion till programmeringsspråket. Det verkar inte vara till någon fördel med att eleverna i studien har börjat med versionen som är riktad till barn mellan 5-7 år eftersom lärarna inte utnyttjar att de har i grunden samma programmeringsspråk på lektionerna. Paralleller kan dras mellan språkversionerna och vyerna, funktionsmenyer och färger är likvärdiga men lärarna använder sig av olika sätt att beskriva blocken.
Tk-läraren hänvisar till blockens utförande medan Ma-läraren till dess färg. Eleverna hade troligtvis varit mer behjälpta av att lärarna använder sig av ett gemensamt sätt att benämna blocken på, som istället utgår från programmeringsspecifika begrepp och inte knutna till det språk som används. Dock är det osäkert om elevernas förståelse för blockens funktion hade ökat då tidigare forskning visar på att även om visuella språk används så har eleverna svårt att förstå vad blocken betyder (Grover & Basu, 2017). Både matematiklektionen och tekniklektionens uppgifter innehåller kodläggning och estetisk utformning av programmeringsvyn, där största delen av båda lektionerna ägnas åt den estetiska utformningen av programmeringsvyerna. Här kanske det är till nackdel att båda versionerna används eftersom utformningen av vyn har ännu fler valmöjligheter i Scratch än i Scratch JR och tenderar att ta ännu mer tid i anspråk på lektionen.
Oavsiktlig transposition
Studien visar de brister i den didaktiska transformationen där försök görs att anpassa
vetenskapsområdet, datalogi, till att bli ett innehåll som passar in i teknik och matematik. Trots att lärarna har olika mål att arbeta mot på lektionerna i ämnena teknik och matematik tenderar de till att arbeta med samma innehåll och samma mål. I min studie framgår det att de två studerade lektionerna inte har någon stor skillnad i vilken kunskap som förmedlas även om lektionerna är i två olika ämnen.
19
Programmering för yngre elever har anpassats och gjorts så att miljön är visuell i språken och lärarna i min studie väljer det programmeringsspråk som är det vanligast förekommande visuella språket i svensk skola. Den visuella miljön, som Scratch har, inbjuder till att arbeta med den estetiska
utformningen av vyn, vilket kan tolkas som att det är programmering eftersom man använder sig av ett programmeringsspråk. Att sysselsätta sig med den estetiska utformningen med alla de möjligheter som finns är tidsödande och inte ger kunskaper i vare sig teknik, matematik eller programmering. Tidigare studier (Ivarsson, 2003; Lye & Koh, 2014; Pea, 1987; Rolandsson, 2015)har poängterat att lärarens roll är viktig för att ge eleverna förståelse för det material som används vid programmering och kanske är det just det som även jag ser i min studie att denna vägledning saknas.
Ett begrepp som jag stött på mycket under studien är ordet kreativitet. Det förekommer på mina studerade lektioner, i läroplanen och även utvecklarna av Scratch använder ordet. Det är ett ord med en positiv klang men vad som sker är att när eleverna arbetar med Scratch stödjer
programmeringsspråket en kreativitet, med hjälp av sitt gränssnitt. Denna kreativitet riktas i första hand riktas mot den estetiska utformningen av vyn. Genom att göra de estetiska valen enkla att tillgå för användaren påverkar programmeringsspråket hur användaren använder verktyget. I studien förstärker även lärarna denna kreativitet genom att flertalet av de uppgifter som eleverna ska utföra på lektionerna behandlar just denna kreativitet. I studien påpekar läraren att eleverna är självgående och nöjda och kanske har det med denna kreativitet att göra men kanske är detta en felriktad
skolanpassning av språket som istället kan kallas för en barnanpassning. Programmeringsspråket stödjer inte på samma sätt elevernas kreativitet i förhållande till teknik eller matematik.
Ett annat begrepp som förekommer i flertalet av de handledningar som finns kopplade till Scratch och även på mina lektioner är ordet spel. I handledningarna är många uppgifter utformade så att spel ska konstrueras eller spelas och båda lärarna i min studie använder också ordet spel på ett sätt som kan tolkas som att programmering är synonymt med spel. Eventuellt kan även detta tolkas som en anpassning till att göra programmeringen anpassad till barn.
Transpositionen som sker kan betraktas som oönskad eftersom ingen av den kunskap som synliggörs i klassrummet finns beskrivet i styrdokumenten. Lärarna i studien förlitar sig på de resurser som finns tillgängliga för programmering men är samtidigt inte medvetna om att den kunskap som behandlas i klassrummet istället relaterar till funktioner i Scratch snarare än kunskap i ämnena teknik och matematik. Den transposition som sker är lärarna omedvetna om och är troligtvis oavsiktlig.
Slutsats
Den kunskap som behandlas på lektionerna är starkt knutna till det valda programspråket och
lektionerna blir en övning för eleverna att bemästra vissa aspekter av Scratch. Scratch inbjuder till att variera i menyerna då detta är lättillgängligt och kan ägnas mycket tid åt. Tillverkarna av Scratch är dock tydliga med att användarna ska ha stora möjligheter för att vara kreativa i personifieringen, dock är detta inte något som ingår i våra styrdokument i varken teknik eller matematik. I likhet med flera andra studier (Ivarsson, 2003; Lye & Koh, 2014; Pea & Kurland, 1984; Rolandsson, 2015) visar denna studie att lärarnas val och kunskap om hur programmering ska bli en del av ett ämnesinnehåll har stor betydelse för vilka kunskaper som synliggörs.
Lärarna i studien valdes ut eftersom de var erfarna i undervisning med programmering. Trots detta ser vi svårigheter som de har att koppla samman ämne och programmering. Möjliga orsaker kan vara bristen på didaktisk kunskap i programmering samt den otydlighet som finns i styrdokumenten vilket medför ett tolkningsutrymme för lärarna.
Den kunskap som synliggörs är alltså en kunskap som inte är kopplad till läroplanerna i teknik eller matematik utan är en kunskap om programmeringsspråket Scratch.
Skolverket valde, på relativt svaga grunder, att förlägga programmering i ämnena teknik och
matematik. I min studie kan inte ses någon fördel med att programmering har tillförts ämnena teknik
