Gas, flytande eller fast, vad är skillnaden?: Elevers uppfattningar om materiens faser och fasövergångar i årskurs 4-5.

Självständigt arbete II, 15 hp

Gas, flytande eller fast, vad är skillnaden?

Elevers uppfattningar om materiens faser och fasövergångar i årskurs 4-5.

Författare: Isabell Fredriksson Handledare: Karina Adbo Examinator: Mats Lindahl Termin: VT19

Ämne: Naturorienterande ämnen

Nivå: Avancerad nivå Kurskod: 4GN09E

Abstrakt

Studiens syfte är att synliggöra hur elever i årskurs 4-5 beskriver och karaktärisera begreppen fast, flytande och gasform. Studien ämnar även att lyfta fram vilka uppfattningar elever har om materiens fasövergångar.

Studien är kvalitativ och baseras på semistrukturerade intervjuer. Intervjuerna genomfördes på en skola i södra Sverige, där 20 elever från årskurs 4 och 5 deltog i undersökningen.

Resultatet i denna studie visar att det finns en variation i elevers beskrivande och hur de karaktärisera begreppen fast-, flytande- och gasform. Resultatet visar att eleverna beskriver och karaktärisera begreppen fast, flytande och gas på två nivåer, det de kan se och uppleva (yttre egenskaper), samt det som de inte kan se (inre egenskaper) med blotta ögat. Det som framkom är att eleverna främst väljer att beskriva begreppen med yttre egenskaper först där de utgår från vad de kan se och sina upplevelser av materiens faser.

Vidare visar resultatet att det finns svårigheter för elever att kategorisera vilken fas materien befinner sig i vid kategorisering av konkret rekvisita.

I resultatet av elevernas uppfattningar om fasövergångarna upptäcktes det sex kategorier i studien: förflyttning av materia, förklaring som inte beskriver processen, förklaring med fasövergångens process, animistiska beskrivningar, kemisk reaktion och förändring i partiklarnas storlek. Elevernas uppfattningar är varierande och visar att det finns brister i begreppsbildningen för faserna och fasövergångarna. En annan brist som också upptäcks är förståelsen för massans bevarande.

Nyckelord

Begrepp, elever, faser, fasövergångar, grundskolan, kemi, materia, partiklar, naturkunskap, årskurs 4-5.

Tack

Ett stort tack till min handledare Karina Adbo med din värdefulla handledning genom projektets gång. Tack till alla elever och lärare som har medverkat och gjort denna studie möjlig. Slutligen vill jag också skänka ett stort tack till min familj och mina närmaste vänner som har stöttat mig genom hela utbildningen.

Innehåll

1 Inledning ____________________________________________________________ 1

2 Bakgrund ___________________________________________________________ 2 2.1 Lärande som socialt och individuellt __________________________________ 2 2.1.1 Utveckling av teoretiska kunskaper ________________________________ 2 2.2 Hur är naturvetenskap uppbyggt _____________________________________ 2 2.2.1 Vetenskap som uppbyggd av begrepp ______________________________ 2 2.2.2 Det naturvetenskapliga innehållet av begreppen fast, flytande och gas ____ 3 2.3 Tidigare forskning ________________________________________________ 5 2.3.1 De olika faserna ______________________________________________ 5 2.3.2 Fasövergångar _______________________________________________ 5 3 Syfte och frågeställningar ______________________________________________ 7

4 Metod ______________________________________________________________ 8 4.1 Undersökningsmetod ______________________________________________ 8 4.2 Datainsamling ____________________________________________________ 8 4.2.1 Urval _______________________________________________________ 8 4.2.2 Avgränsningar ________________________________________________ 8 4.2.3 Intervjuer ____________________________________________________ 8 4.2.4 Genomförande av intervjuer _____________________________________ 9 4.2.5 Inspelning och transkribering ____________________________________ 9 4.2.6 Tolkning och Analys __________________________________________ 10 4.3 Etik ___________________________________________________________ 10 4.4 Metodkritik _____________________________________________________ 11 4.5 Vetenskapliga kriterier ____________________________________________ 11 4.5.1 Validitet ____________________________________________________ 11 4.5.2 Reliabilitet __________________________________________________ 12 5 Resultat och analys __________________________________________________ 13

5.1 Hur beskriver elever och vad karaktäriserar elevers beskrivning för begreppen gas, fast och flytande form? ___________________________________________ 13

5.1.1 Yttre egenskaper i fast-, flytande- och gasform. _____________________ 13 5.1.2 Inre egenskaper i fast-, flytande- och gasform. ______________________ 16 5.2 Vilka uppfattningar har elever i årskurs 4-5 om materiens fasövergångar? ____ 18 5.2.1 Förflyttning av materia ________________________________________ 18 5.2.2 Förklaring som inte beskriver processen __________________________ 18 5.2.3 Förklaring med fasövergångens process ___________________________ 19 5.2.4 Animistiska beskrivningar ______________________________________ 19 5.2.5 Kemisk reaktion ______________________________________________ 20 5.2.6 Förändring i partiklarnas storlek ________________________________ 20 6 Diskussion __________________________________________________________ 21

6.1 Resultatdiskussion och slutsats ______________________________________ 21 6.1.1 Slutsats _____________________________________________________ 23 6.2 Metoddiskussion _________________________________________________ 23 7 Praktisk implikation och vidare forskning _______________________________ 25 Referenser ___________________________________________________________ 26 Figurförteckning ______________________________________________________ 29

Bilagor _______________________________________________________________ I Bilaga A Intervjuguide _________________________________________________ I Bilaga B Missivbrev _________________________________________________ III

1 Inledning

All materia på jorden består av olika ämnen som förekommer i tre faser: fast flytande och gas (Andersson et al, 1993). Under skolans kemiundervisning ska elever i årskurs 4-6 ges möjlighet att ”använda kemins begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara kemiska samband i naturen” (Skolverket 2017, s 186, a). Kemi och dess begrepp har däremot många elever svårt att skapa en förståelse för, eftersom ämnet till stor del är teoretiskt (Wandersee et al., 1993; Driver et al., 1994; Helldén, 1994;Andersson, 2001).

Den kemi som upplevs i vardagen, det vill säga det som går att se med blotta ögat (makroskopisk-nivå), förklaras i skolan på en subatomär och teoretisk nivå. Eleverna ska lära sig kemin med hjälp av partiklarna och atomernas beståndsdelar, med andra ord partikelteorin (Skolverket 2017, s 186, a).

Enligt Skolverket (2017, a) ska elever bilda en förståelse av de olika faserna och dess övergångar mellan fast-, flytande- och gasform genom att förklara partiklars rörelser.

Dessa fasövergångar möter eleverna i sin vardag i form av luft, regn och is. För att skapa en förståelse för fasförändring, bör eleverna kunna karaktärisera flytande- och fast form enligt Stavy och Stachels forskning.

I TIMSS rapporten 2015 framgår det att svenska elever i årskurs 4 har ett sämre resultat i ämnena fysik och kemi, än de visar i ämnena biologi och geovetenskap. Rapporten delar upp elevernas kunskap i de olika nivåerna: elementär-, medelgod-, hög- och avancerad nivå. På elementär nivå visar eleverna grundläggande kunskaper om materiens egenskaper. På medelgod nivå kunde eleverna tillämpa några egenskaper hos materien.

På den höga nivån visar och tillämpar eleverna kunskaper om materiens egenskaper och dess olika tillstånd. Slutligen på den avancerade nivån visar eleverna förståelse av egenskaper för kemiska förändringar hos materien. Resultatet visar att 14 % av eleverna i årskurs fyra som deltog i undersökningen ligger på elementär nivå, 35 % på medelgod nivå, 36 % på hög nivå och 11 % på avancerad nivå. 4 % av de svenska eleverna når däremot inte upp till den elementära nivån. I jämförelser med de andra länderna (EU- och OECD-länder) som deltog i undersökningen visar resultatet överlag att svenska elever ligger högre än genomsnittet (Skolverket, 2016).

Trots att svenska elever visar goda resultat i TIMSS-rapporten rörande naturvetenskap, visar det samtidigt att de svenska eleverna är svagast i bland annat ämnet kemi, i jämförelse med de andra ämnena. Denna studie inriktar sig därmed på att synliggöra hur elever i årskurs 4-5 beskriver och karaktärisera materiens faser. Dessutom ämnar studien att lyfta fram vilka uppfattningar elever har om materiens fasövergångar.

2 Bakgrund

2.1 Lärande som socialt och individuellt

I denna studie anses lärande vara både socialt (Vygotsky, 1978), individuellt (Mackenzie

& Veresov, 2013), dynamiskt och icke-linjärt (Fleer, 2015). I det individuella lärandet lägger olika individer märke till olika saker, och tolkar sedan dessa på olika sätt. Detta faktum är en av de mest vetenskapligt undersökta fenomen inom den didaktiska litteraturen: Barns varierande förståelse för vardagsfenomen. Det är också här i barns beskrivningar av vardagsfenomen som undervisning bör ta sin början (Vygotsky, 1978).

Undervisning kan beskrivas som en utveckling av tidigare erfarenheter (Vygotsky, 1981).

Vygotsky (1981;1978) använder begreppet, proximala utvecklingszonen, för att beskriva den potentiella utvecklingen som barn kan nå med stöd av någon som hjälper till att utveckla tidigare erfarenheter. Lärandet är dessutom dynamiskt och icke linjärt, vilket innebär att lärandet inte alltid följer en rak linje (Fleer, 2015). Till exempel i en lektionssituation har läraren en linjär tanke med sin undervisning av lärandet. Det betyder däremot inte att lärandet är linjärt för eleverna. Under lektionen kan händelser ske som stör den enskilda eleven. Eleven blir därmed distraherad och tappar fokus på lektionens innehåll och får därför med sig bara delar av innehållet och inte helheten. Detta resulterar till att elevens lärande blir dynamiskt och icke-linjärt.

2.1.1 Utveckling av teoretiska kunskaper

Ett av det viktigaste stegen i utvecklingen av teoretiska kunskaper är förmågan att generalisera och skapa symboler, som kan flyttas mellan olika miljöer. Ett exempel på detta (Fleer, 2015) är förmågan att rita kartor. På en karta kan det exempelvis förenkla träd och buskar genom att representera dessa med en symbol. Genom denna generalisering har teoretisk kunskap skapats. Nästa karta blir då enklare att rita eftersom symbolerna redan är skapade. Inom kemi är teoretisk abstrakt kunskap avgörande för förståelse.

2.2 Hur är naturvetenskap uppbyggt

2.2.1 Vetenskap som uppbyggd av begrepp

Naturvetenskap är uppbyggd av begrepp som bygger på varandra i olika begreppsstrukturer (Lemke, 1990). Skillnaden mellan ett begrepp och ett ord är till exempel att peka på en katt och säga ordet katt. Begreppet katt innefattar flera kunskaper och inte enbart det verbala, exempelvis går det att beskriva att en katt har päls, fyra ben etcetera. Begreppet katt inkluderar även mer information;

 Visuella - en bild på en katt,

 Känsel - kommer ihåg hur det känns att klappa en katt,

 Ljudet- hur en katt låter,

 Lukt- hur den luktar (Eshach, 2006).

Att ha förståelse för enskilda begrepps betydelse ger därför ingen större förståelse, eftersom de vetenskapliga begreppsstrukturerna är systematiskt uppbyggda. Istället bygger begreppen på att skapa en förståelse för hur begreppen relaterar med varandra och även hur de definieras (Lemke, 1990). De begrepp och begreppsstrukturer som är relevanta för denna studie presenteras nedan.

2.2.2 Det naturvetenskapliga innehållet av begreppen fast, flytande och gas Andersson et al. (2003) ger följande beskrivning av materien och dess olika former:

“I fasta fasen (tillståndet) är partiklarna relativt tätt packade, har givna platser, vibrerar kring sina jämviktslägen men är starkt bundna till sina närmaste grannar. Om energi tillförs så ökar vibrationerna, vilket märks på att temperaturen i systemet stiger.

– I flytande fasen (tillståndet) är partiklarna relativt tätt packade. De kan glida över varandra och är ej så starkt bundna till varandra som i fasta fasen. De rör sig om varandra, och om energi tillförs så ökar deras medelhastighet, vilket märks på att temperaturen i systemet stiger.

– I gasformiga fasen (tillståndet) är partiklarna i medeltal ganska långt ifrån varandra (i förhållande till sin storlek). Avståndet är vid atmosfärstryck c:a 10 gånger så stort som i fasta eller flytande fasen. Det innebär att volymen är c:a 1000 gånger större än för samma ämne i fasta eller flytande fasen. Varje partikel rör sig med hög hastighet i en rak linje tills den kolliderar med en annan partikel. Då ändrar den riktning och fart. Farten varierar därför, men är i genomsnitt hög (500 m/s).” (Andersson et al., 2003 s 76)

I ett läromedel för årskurs 5, Koll på NO, introduceras faserna genom att beskriva vattnets faser och ge exempel på när det går att se dessa. Exempelvis när vatten värms i en kastrull och börja bubbla övergår vattnet till ånga (Hjernquist & Rudstedt, 2012). Vatten används ofta för att beskriva ämnens fasövergångar, det beror på att det är det enda ämnet på jorden som kan befinna sig i alla tre faser vid vad vi upplever som normal temperatur. Ämnet är också billigt och ofarligt att experimentera med (Andersson, 2001). Materiens olika faser (fast, flytande och gasformigt) introduceras med hjälp av partiklars rörelse som förklaringsmodell (Hjernquist & Rudstedt, 2012).

Partiklarna vid fasövergångar kan beskrivas som joner/molekyler. Joner är atomer som antingen har avgett eller tagit upp elektroner från en annan atom och får därför en positiv eller negativ laddning. I naturen attraheras de negativa och positiva jonerna och dras samman på grund av att de har olika laddning, en sådan förening kallas för jonförening.

Molekyler är atomer som delar ett eller flera elektronpar och kallas molekylär förening.

Metaller finns även naturligt. I en metallförening bidrar alla atomer med sina elektroner till ett gemensamt elektronfält. I naturen förekommer däremot atomer i fritt tillstånd endast i gasform (Andersson, 2001).

Begreppet fast form beskrivs på följande vis att joner/molekyler sitter ihop utan att kunna röra sig fritt och när ett ämne övergår till fast fas kallas det stelning (Hjernquist &

Rudstedt, 2012). Oavsett vad materien är uppbyggd av, är egenskaperna detsamma i faserna. I en jonförening är det då jonerna som sitter nära och vibrerar och är det en molekylär förening är det molekylerna som sitter nära och vibrerar. I en metall så är det metallatomerna som sitter nära och vibrerar, det går även att säga joner för metallatomerna eftersom atomerna har avgett sina elektroner till ett gemensamt elektronfält (Andersson, 2001). Begreppet flytande form beskrivs ofta igenom att jämföra den flytande formen emot den fasta på följande sätt; när värme tillförs så börjar jonerna/molekylerna röra sig mer än i den fasta formen och sitter inte lika tätt som i fast form. I det stadiet säger man att ämnet smälter. Tillsätter man mer värme rör sig jonerna/molekylerna snabbare och kan röra sig långt från varandra, ämnet har då gått över till gasform. Att ett ämne går från flytande till gasform kallas att ämnet förångas

(Hjernquist & Rudstedt, 2012). Vid en fasövergång så förändras inte massan vilket betyder att vattens molekyl H2O inte förändras mellan olika fasövergångar utan det är bara avståndet mellan molekyler/joner, och deras rörelse som förändras mellan fasövergångar. Viktigt och även svårast är att tänka sig att luft består av partiklar. Denna kunskap är viktigt för att förstå materiens kretslopp och för förståelse av att partiklar sprids och flyttas mellan olika faser naturligt på vår jord (Andersson, 2001).

Enligt Skolverket (2017, b) behöver elever ha med sig kemiska begrepp för att kunna beskriva kemiska sammanhang i naturen och i samhället. Skolverket hävdar att om eleverna är förtrogna med begreppen, ger det en bra grund för dem att resonera och värdera olika resultat såsom laborationer. För att få förståelse för fasövergångarna förespråkar Skolverket för partikelmodellen. I årskurs 1-3 ska eleverna ha blivit förtrogna med vattnets fasövergångar med hjälp av deras egna erfarenheter. I årskurs 4-6 ska eleverna bli förtrogna med att förklara vad som konkret händer i fasövergångarna på en partikelnivå. De ska med andra ord kunna beskriva partiklarnas rörelser beroende på vilken fas materien befinner sig i (Skolverket, 2017, b).

Figur 1 Partikelmodell på faserna. Bild målad av Isabell Fredriksson

2.2.3 Naturvetenskapligt lärande

Wells (1999) förklarar att vetenskapliga begrepp lär sig eleverna genom att kombinera sitt vardagstänkande tillsammans med en annan individ som kan hjälpa till att utveckla vardagserfarenheter och vardagsbegrepp. Vardagsbegreppen har eleverna format genom sina dagliga erfarenheter av omvärlden. Att utveckla vardagsbegrepp på detta sätt innebär att lära sig dem nerifrån och upp. Till exempel kan ett litet barn förknippa alla fyrfotade djur som hundar, men efter ett tag lär sig barnet att alla fyrfotade djur inte är enbart hundar utan de kan även vara till exempel katter. Denna kunskap utvecklar barnet genom att i vardagliga situationer möta olika djur, och slutligen kan de även utveckla att känna igen olika raser av hundar. Vetenskapliga begrepp bygger på en abstrakt förståelse, eftersom det inte motsvarar det vi spontant ser. Detta innebär att vetenskapliga begrepp måste läras omvänt, det vill säga uppifrån och ned, jämfört med de vardagliga begreppen. På så sätt kan läraren ge eleverna ord successivt för att skapa en relation mellan begreppen och företeelsen. Med andra ord går det att synliggöra skillnaden mellan att resonera vardagligt - och vetenskapligt begrepp. Däremot är de vardagliga begreppen en viktig bas för elevernas lärande av vetenskapliga begrepp och dess definitioner, eftersom de sedan kan koppla det till sina egna erfarenheter (Wells, 1999).

Vetenskapliga begrepp bör introduceras i tidig ålder för att influera elevernas vetenskapliga språk. Användning av vetenskapligt språk inger en insikt på hur ett

vetenskapligt samtal låter. På så sätt ges det möjlighet för eleverna att upptäcka mönster i det vetenskapliga språket som i sin tur kan skapa utvecklingsmöjligheter i vetenskapligt tänkande (Eshach, 2006). För att eleverna ska skapa en djupare förståelse för partikelteori och för begreppet atom, krävs det att lärandet sker i en progression. En lämplig introduktion av begreppet atom är att visa en enkel partikelmodell av materien. Först introduceras gas och sedan både vätska och fast form. Detta ska generera att elever får en förståelse för egenskaperna hos fast form, flytande form och gasform, samt även fasövergångarna. Genom att öva på en partikelmodell (se figur 1) kan kemins mer avancerade nivåer utvecklas, såsom miljöproblem. Exempelvis global uppvärmning bli mer greppbart för eleven med partikelmodellen, då det målas upp en tydligare bild.

Eftersom partikelmodellen visar massans bevarande ger det kunskapen att alla atomer som finns från början kommer att finnas kvar efteråt också, med skillnaden att de är omarrangerade. Partikelmodellen ger dessutom möjlighet för elever att testa naturvetenskapligt modelltänkande. Exempelvis vid observationer kan partikelmodellen användas för att förklara vad som har observerats, vilket skapar ett samspel mellan modellen och observationen. Detta arbetssätt leder till att eleverna använder en naturvetenskaplig process (Andersson et al., 1993).

Animism

Ofta när barn beskriver naturvetenskapliga fenomen på något som är icke-levande till exempel vatten, använder de ibland egenskaper och beteende som finns hos levande.

Dessa egenskaper och beteende innefattar att det icke-levande kan utföra aktiva handlingar, att de väljer att göra det medvetet. Detta fenomen kallas för animism.

Exempel på sådana beskrivningar är två barn som beskriver när de ser imma i en tillsluten burk. Den ena beskriver att det som finns inuti burken inte kan andas och kvävs eftersom det har blivit gammalt. Den andra förklarar att luften som är inuti dör och förmultnar (Hellden, 1992).

2.3 Tidigare forskning

2.3.1 De olika faserna

I en tidigare studie om elevers tankar av materiens olika faser deltog 200 israeliska elever mellan 5-12 år. Studien innefattade att eleverna fick kategorisera 30 föremål i fast eller flytande form. Studiens resultat visar att samtliga elever placerade lättflytande vätskor rätt och 85 % av eleverna från 7-12 år placerade även trögflytande vätskor rätt. Eleverna hade däremot svårigheter att placera pulver, 60 % av eleverna placerade pulver i en grupp de hade namngett som varken flytande eller fast form. En av de slutsatser som framkom av denna studie är att om eleverna har svårt att definiera vad som är fast och flytande, kommer de få svårigheter att förstå baskunskapen för partikelteorin (Stavy och Stachel refererad i Andersson et al. 2003).

2.3.2 Fasövergångar

Andersson et al. (1993) utförde en undersökning som berörde elevernas kunskap om materia. Undersökningsgruppen var på över 3000 elever i årskurs 9 med fokus på begreppsförståelse samt att “utvärdera ett begränsat antal viktiga områden av grundskolans naturvetenskap” (Andersson et al. 1993, s 8). Undersökningen involverade inga experimentella uppgifter utan bestod av papper-och penna-uppgifter. Uppgifterna som behandlade fasövergångarna var varierande, exempelvis skulle eleverna fylla i vilken fasövergång det är i en specifik händelse till exempel den regnvåta asfalten torkar.

Eleverna skulle välja ett av begreppen: smältning, kokning, avdunstning kondensering eller stelning för att besvara vilken fasövergång som beskrivs. Resultatet visade att över

80 % av eleverna hade 3 eller 4 rätt av 4 vilket visar att de kunde använda sina kunskaper i omvärlden. När eleverna däremot ska förklara vad bubblorna innehåller från en kastrull med kokande vatten blir resultatet sämre då 29 % av eleverna har rätt på frågan.

En av uppgifterna visar att en stor del av eleverna har svårt att skilja på materiens fasövergångar och kemiska reaktioner. Resultatet visar att 75 % av eleverna har rätt på bilderna som visar stelning, däremot på bilderna som visar kondensation och smältning visar att de hade 44 % rätt på vardera.

I sin sammanfattning av fasövergångarna visar resultatet att det fanns brister i begreppsbildningen trots att antal rätt svar var procentuellt högre. Andersson et al. (1993) hävdar i denna undersökning att det är viktigt att ha förståelse för begreppen om faser och fasövergångar för att kunna förstå högstadiets nivå i naturkunskap.

Tidigare forskning visar att materias fasövergångar och dess begrepp inte är självklart för elever och att det finns en problematik med att särskilja dem. Denna studie kommer därför att inrikta sig på elever i årskurs 4-5 och deras uppfattningar i detta område.

3 Syfte och frågeställningar

Studiens syfte är att synliggöra hur elever i årskurs 4-5 beskriver och karaktärisera begreppen fast, flytande och gasform. Studien ämnar även att lyfta fram vilka uppfattningar eleverna har om materiens fasövergångar.

 Hur beskriver elever begreppen fast, flytande och gasform?

 Vad karaktäriserar elevers beskrivning av begreppen fast, flytande och gasform?

 Vilka uppfattningar har elever i årskurs 4-5 om materiens fasövergångar?

4 Metod

4.1 Undersökningsmetod

Forskningsmetod anses bestå av två olika karaktärer, kvalitativ och kvantitativ metod.

Den kvalitativa metoden kan ses som en strategi som lägger vikt på ord, snarare än vid kvantitet (Bryman 2017; Bell 2015). Den kvalitativa metoden används för att erhålla kunskap om samhällsprocesser (Ahrne & Svensson, 2015).

Det som utmärker en kvalitativ forskning är att denna metod belyser deltagarnas synsätt och deras åsikter (Granziano & Raulin, 2013). Den kvalitativa metoden går ut på att

”försöka hitta mönster i totaliteten av egenskaper” (Larsen 2014, s.24). En av de främsta fördelarna som kvalitativ metod har är att den kan anpassas, det vill säga är flexibel för både situationen och utvecklingen (Eliasson, 2013). Den kvalitativa metoden passade därför väl med denna studie eftersom den lägger tyngd i elevernas synsätt och beskrivningar. I och med detta harmonierar denna metod med studiens syfte eftersom denna ansats kan ge mer information och då även gå mer in på djupet.

4.2 Datainsamling

4.2.1 Urval

Studiens urval omfattar ett bekvämlighetsurval vilket enligt Bryman (2008) innebär att forskaren väljer personer som råkar vara tillgängliga för forskaren. Eftersom denna studie omfattar elevers beskrivningar i årskurs 4-5, blev det naturligt att välja elever från tidigare möten genom den verksamhetsintegrerade utbildningen. Studien genomfördes på en liten skola i sydöstra Sverige, varav 20 elever intervjuades. Bland intervjuerna var det 12 elever från årskurs 5 och åtta elever från årskurs 4.

4.2.2 Avgränsningar

För att besvara studiens syfte och frågeställningar har 4 avgränsningar gjorts.

 Elevens perspektiv: Studien lägger vikt på elevernas perspektiv och hur de resonerar. Studien lägger inte vikt på hur lärare ser på ämnet.

 Elever i årskurs 4 - 5: Studien lägger vikt på elever i årskurs 4 - 5 och inkluderar inte årskurs 6, vilket grundar sig utifrån bekvämlighetsurvalet.

 Fasövergången från flytande till gas: Studien lägger vikt på fasövergången från flytande till gas. Fasövergången från gas till flytande ingår ej i studien.

 Fasövergången från fast till flytande: Studien lägger vikt på fasövergången flytande till fast. Fasövergången från flytande till fast ingår ej i studien.

4.2.3 Intervjuer

Intervjusamtal är ett tillvägagångssätt som används i den kvalitativa metoden (Ahrne &

Svensson, 2015). Fördelen med intervjuer är att mötet, ansikte-mot-ansikte minskar bortfall av svar och att den som intervjuar enkelt kan gå in på djupet genom att ställa följdfrågor om det anses nödvändigt. Detta kan bidra till en helhetsförståelse och missförstånd kan då undvikas (Larsen, 2014). På så sätt är intervjuer flexibelt och relativt

fritt strukturerat. Vidare sker insamling av data främst genom öppna frågor, då ja- och nej-svar undviks och intervjuobjekten ges en frihet till individuella svar utifrån deras egna perspektiv på ämnet (Larsen, 2014). Med detta i åtanke utformades studiens intervjufrågor (se bilaga A) med öppna frågor som ledde till att elevernas svar blev individuella och dessutom gavs det möjlighet att ställa följdfrågor dels, för att bekräfta svaren men även för undvika missförstånd. Quinlan (2011) framhäver dock att detta kan vara mer komplext att tolka än den kvantitativ data.

I en semi-strukturerad intervju är det vanligt med en lista över specifika ämnen och/eller utvalda frågor inom ämnet som berörs. En sådan lista benämns som en intervjuguide och den ger en mall åt intervjun. Den som intervjuar kan ställa nya frågor som gensvar på intervjuobjektets svar (Bryman, 2016). Eftersom studiens syfte är att få en djupare förståelse av elevers beskrivningar och uppfattningar om faser och fasövergångar var semistrukturerade intervjuer nödvändigt för att kunna ställa frågor utöver de frågor som redan fanns i intervjuguiden. Detta för att få en mer tydlig bild och minska risken att missa viktiga aspekter under intervjuerna. Därför fungerade intervjuguiden som en mall under intervjuerna. I en del fall har inte stödfrågor behövts, medan i andra fall har de varit nödvändiga t.ex. när intervjuobjekten har svarat, jag vet inte. Detta bidra till att intervjuguiden inte följts till punkt och pricka.

4.2.4 Genomförande av intervjuer

För att få eleverna att beskriva och karaktärisera faserna mer ingående under intervjun, medtogs det rekvisita. Eleverna fick under intervjun kategorisera rekvisitan i kategorierna fast, flytande och gas och därefter motivera sina val. Detta medförde att det blev lättare att tolka elevernas beskrivningar av materiens olika faser. Rekvisitan som eleverna fick kategorisera var: Mjöl, grus, socker, vatten, flytande tvättmedel, honung, sirap, gummiband, gem, en träbit och tre behållare med luft. Valet av rekvisitan baserades på Stavy och Stachels (1985) tidigare forskning som visar att elever har svårt att placera trögflytande vätskor och pulver i rätt kategori. För denna studie var detta moment intressant eftersom det synliggjorde mer ingående hur eleverna tänker.

Eleverna fick även under intervjun besvara frågor om fasövergångarna från fast till flytande form och från flytande till gasform. Istället för att enbart ställa frågan till dem så fick eleverna samtidigt uppleva övergångarna. Aceton medtogs för att demonstrera hur fasövergången från flytande till gas sker. Kokosfett demonstrerade fasövergången från fast till flytande form. Eleverna fick hantera olika typer av rekvisita. Först fick eleverna aceton i handen och fick då förklara vad som skedde med vätskan. Därefter fick de kokosfett i handen, och sedan förklara fenomenet.

4.2.5 Inspelning och transkribering

Forskning som baseras på kvalitativa undersökningar lägger inte bara vikt vid vad intervjuobjektet säger utan även hur de uttrycker sig (Bryman, 2016). Efter att fått godkännande att spela in intervjuerna av målsman kom ljudinspelningar att ske vid varje intervju. Det är vanligt att ljudinspelningar sker vid intervjuer, detta medför att den som intervjuar bli mer uppmärksam, då hen kan delta bättre eftersom det inte krävs att den som intervjuar för anteckningar samtidigt (Bryman 2016).

Transkribering som sker efter avslutad intervju medför att forskaren kommer närmare sin data. Det blir mer enkelt att plocka ut samband och det blir även mer tydligt att identifiera mönster och nyckelbegrepp (Bryman, 2016). Transkribering av data genomfördes efter intervjuerna för att kunna urskilja kopplingarna mellan empirin och teorin tydligt. I

översättningen av ljudinspelningarna till skrift, antecknades de exakta orden som intervjuobjektet sa i så stor mån som möjligt, för att inte äventyra deras verkliga mening.

4.2.6 Tolkning och Analys

Tolkning har varit en betydande del genom hela studiens gång, då processen kräver tolkningar i alla delar av studien. Vid tolkningen lästes intervjuerna igenom från början till slut, för att skapa en helhetsbild. Därefter fokuserades det på de olika delarna, det vill säga de olika rubrikerna med dess underfrågor för att tolka det i relation till helhetsuppfattningen som tidigare erhållits. Detta tillvägagångssätt benämner Backman et al. (2012) som ”den cirkulära tolkningsprocessen”, som innebär att analys av de olika delarna kan ge en ny förståelse av helheten och tvärtom.

Backman et al. (2012) betonar även att forskarens egna och omedvetna attityder, värderingar och uppfattningar kan ha en inverkan. Detta kallas förståelsehorisont.

(Backman et al. 2012). Detta tar sitt ursprung ur ett hermeneutiskt synsätt som innebär

”tolkningslära”, det vill säga tolkning av innebörden av symboler, text, upplevelser, handlingar med mera (Wallen 1996). Med detta i åtanke innebär det att min förståelsehorisont och även min förkunskap kring ämnet kan medföra att jag inte helt har varit objektiv, eftersom mitt undermedvetna kan ha påverkat min tolkning av intervjuobjektens svar. Tack vare min förkunskap, kan detta leda till att jag förstått och tagit till mig på ett mer djupt plan. Detta kan ses både som positivt och negativt för studien. Vid analys av data har samma tänk och tillvägagångssätt använts vid analys av samtliga intervjuer. Detta för att försöka minimera avvikelser som kan påverka datans trovärdighet och i sin tur studien.

Utifrån databearbetningen har resultatet delats upp i olika kategorier som utgår från studiens frågeställningar. Kategorierna i de två första frågeställningarna har analyserats för att tolka elevernas förståelse av begreppen fast, flytande och gasform och hur de karaktärisera dessa. Enstaka ordval men framförallt meningar har därför analyserats från intervjuerna. Kategoriseringen i den tredje frågeställningen har delvis tagit inspiration från Anderssons (1993) studie av elevers uppfattningar av fasövergångar, såsom förflyttning av materia och kemisk reaktion. De övriga kategoriseringarna har byggt på med samma metod som i de första två frågeställningarna. För att belysa resultatet har citat från intervjuerna valts ut.

Exempel på dataanalys: “Sen är den inte lika synlig ibland, som typ luften. Ja man kan inte se det om man bara kollar ut såhär. Man måste typ förstora den eller nåt.”

- Elev A

Citatet ovan analyserades under kategori yttre egenskaper hos gas och karaktäriseras som osynligt/genomskinligt. Detta innebär att under tolkningsprocessen plockades nyckelord och begrepp ut, då de har relevans för studien, se de understrukna delarna av citatet.“Sen är den inte lika synlig ibland, som typ luften. Ja man kan inte se det om man bara kollar ut såhär. Man måste typ förstora den eller nåt.”

4.3 Etik

Eftersom denna studie grundar sig på människor ska dessa fyra huvudkraven tas i beaktning: informationskravet, samtyckeskravet, konfidensialitetskravet och nyttjandekravet (Vetenskapsrådet, 2017).

De elever som deltog i undersökningen informerades om studiens syfte, samt om deras roll i studien i form av ett missivbrev (se bilaga B). Vidare informerade missivbrevet om att deltagandet av studien var frivillig och att deras identitet kommer att skyddas. Missivbrevet var utformat med ett skriftligt samtycke för vårdnadshavarna att godkänna både för intervju och även ljudinspelning av eleven.

Intervjuerna genomfördes enskilt tillsammans med forskaren och i studien är alla deltagande är anonyma och konfidentiella. Detta innebär att inga namn eller igenkänningstecken finns med (Torst, 2010). I studien benämns deltagarna med en bokstav istället och blir refererade som elev A-T. Datainsamlingen som består av inspelade ljudfiler från intervjuerna är endast tillgänglig för samtliga som är involverade i studien (Denscombe, 2016). Ljudfilerna kommer att förstöras efter avslutad kurs.

4.4 Metodkritik

När det kommer till kvalitativa studier betonar Bryman och Bell (2017) att metoden kritiseras för sin subjektivitet. Detta eftersom att forskarens egen tolkning och personliga uppfattning påverkar. Vidare fortsätter resonemanget med att en forskare kan skapa en nära relation till intervjuobjekten och detta kan tendera att påverka hur forskaren urskiljer och tolkar svaren, och i sin tur då subjektiviteten (Bryman & Bell, 2017).

4.5 Vetenskapliga kriterier

Vid samhällsvetenskaplig forskning och empirisk studie finns det två centrala kriterier för forskningsresultatet, validitet och reliabilitet. Forskningen bedöms utifrån dem två kriterierna (Andersen 1994; Malterud 1998). Validitet avser att mäta det som är av avsikt att mäta, det vill säga det som visar på att studien är giltig. Reliabilitet betyder att mätinstrumenten är pålitliga. Det syftar till att den data som samlats in genom undersökning är pålitlig. Reliabiliteten bygger på tillförlitlighet, det vill säga om resultatet påverkas av tillfälligheter som slumpen. Eller om fenomenet skulle undersökas på nytt, skulle resultatet bli detsamma och ge ett liknande resultat (Wallén 1996; Malterud 1998).

4.5.1 Validitet

Validitet handlar om att ha kontroll i varje steg av processen och inte bara tänka på den i slutresultatet (Kvale & Brinkman, 2014). Att ha kontroll i alla steg innebär att tolka och ifrågasätta resultatet, för att vara säker på att det som ska undersökas speglar det som var avsett att undersökas. Den framtagna kunskapens validitet speglar även vilka metoder som är mest lämplig vid insamling av empiri, det vill säga datainsamlingen i relation till studiens syfte och frågeställning (Kvale & Brinkman 2014). Validitet kan delas in i två typer, intern - och extern validitet. Den externa validitet handlar om resultatets generaliserbarhet, det vill säga överförbarheten och den interna validiteten bygger på trovärdigheten, exempelvis genom forskningsprocessens påverkan på den kunskap som framtagits i studien (Bryman 2011; Malterud 1998).

Validitet innebär även att avgöra hur giltig kvalitén är på de utförda intervjuerna och kontrollera validitet på den information som framtagits. Slutresultatets validitet påverkas även av hur intervjuerna översätts från muntligt till skriftligt språk vid transkriberingen, det vill säga att inte förlora den rätta innebörden och sedan även hur texten tolkas och analyseras (Kvale & Brinkman, 2014). En hög validitet är mer enkelt att uppnå i kvalitativa undersökningar, eftersom respondenten har en möjlighet att ge mer information och förklaringar kring ämnet som respondenten finner relevant (Larsen,

2014). Hur validitet appliceras i denna studie redovisas i kapitel 6 under rubriken 6.2 metoddiskussion.

4.5.2 Reliabilitet

Reliabilitet i en studie skulle kunna förklaras genom hur upprepning av undersökningen bedöms och om resultatet blir likvärdigt skulle studien anses pålitlig (Wallén 1996;

Bryman & Bell 2017). Hur väl resultat kan överföras på en annan miljö är avgörande för den externa reliabiliteten (Bryman och Bell, 2017). Vid kvalitativa intervjuer är det mer svårt att påvisa hög reliabilitet än vid kvantitativa studier. Detta eftersom det är osannolikt att intervjuerna tolkas på samma sätt, av den orsaken att forskarens roll påverkar (Larsen, 2014). Kvale och Brinkman (2014) anser att reliabilitet innebär hur väl studien kan replikeras vid en annan situation. Exempelvis kan det ifrågasättas om studiens respondenter vid ett annat tillfälle skulle ge andra svar, det vill säga svar som skiljer sig från första gången. Enligt författarna kan förändrade svar vid olika intervjuer ha påverkats av den som intervjuar. Då intervjuaren kan oavsiktligt influerat svaren genom att exempelvis ställa olika formuleringar på samma fråga eller ledande frågor. Bryman och Bell (2017) förklarar att reliabiliteten i tolkningsprocessen är den interna reliabiliteten.

Hur reliabilitet appliceras i denna studie redovisas i kapitel 6 under rubriken 6.2 metoddiskussion.

5 Resultat och analys

5.1 Hur beskriver elever och vad karaktäriserar elevers beskrivning för begreppen gas, fast och flytande form?

I analysen och tolkningen av intervjuerna med eleverna framkommer det att eleverna beskriver fasernas form på två olika nivåer. Kategorierna bygger därför på dessa två nivåer, yttre egenskaper och inre egenskaper. När eleverna beskrev de olika fasernas former beskrev de främst dess egenskaper som går att se med blotta ögat och utifrån sina upplevelser, vilket kategoriseras som yttre egenskaper. Eleverna beskrev även de olika fasernas former på en subatomär nivå, vilket kategoriseras som inre egenskaper.

5.1.1 Yttre egenskaper i fast-, flytande- och gasform.

I den första kategorin yttre egenskaper framkom det tre egenskaper som karaktäriserar hur eleverna beskrev faserna: rörelse hos materien, ingen rörelse hos materien.

Upplevelser av materien. Dessa presenteras här nedan.

Rörelse hos materien

Eleverna karaktäriserar den flytande och fasta fasen med rörelse som går att se hos materien. De beskriver dessa faser med ordval som exempelvis rinnigt, rörligt, flyter iväg.

Dessa beskrivningar kategoriseras därför under rörelse hos materien.

Resultatet visar att 16 av 20 elever beskriver att flytande är något som är rinnigt till exempel när en behållare med vätska vänds upp och ned, rinner vätskan ned mot det som i det läget är bägarens botten.

“Nä men den är så att om man bara häller den upp och ned eller såhär så börjar den rinna snabbt. och sen kan man bara skaka den lite så ser man att det rör sig väldigt såhär mycket.” - Elev A

Några av eleverna kategoriserade rekvisitan socker, mjöl och grus under kategorin flytande med motiveringen att det rinner ned. Dessa elever vände på behållaren med sockret och fick en liknande effekt som de fick med vatten, sirap och flytande tvättmedel.

Däremot beskrev några elever att grus också rör sig och har rinnande egenskaper, men att det ändå finns en skillnad mellan den fasta och flytande fasen. En av dessa elever som lade socker, mjöl och grus i den fasta fasen och motiverade detta följande;

“Det är inte lika flytande, för det är ju rinnigt men fast. Det är liksom t.ex. klumpigt, inte lika rinnigt.” - Elev F

Vidare visar resultatet att 5 av 20 elever beskrev den flytande formen som rörligt och ritar upp detta som vågor. När de kategoriserade rekvisitan valde några elever att lägga mjöl, socker, grus och gummiband i den flytande fasen. Elev N motivera detta val;

“För att de rörde sig. Den här vet jag inte (visar gummibandet). Jag visste inte vart den skulle vara.” - Elev N

När eleverna kategoriserade rekvisitan i de olika faserna, resulterade det att 20 av 20 elever lägger vatten, sirap och flytande tvättmedel i den flytande fasen eftersom de kunde

se att det rör sig. Gummibandet skapade däremot en osäkerhet hos eleverna som beskrev den fasta fasen som orörlig eller att det inte går att töja. Därför valde dem att lägga gummibandet i den flytande fasen eftersom den delvis är rörlig. En annan elev kategoriserade även aluminium och papper som flytande eftersom de också är rörliga och går att ändra form på. Därför utesluter några elever att dessa är fasta eftersom de beskriver att fast form inte är formbar. Elev Q som lade aluminium och papper i kategori flytande motiverade detta följande;

“För dem här rör sig. Det går ändra form.” - Elev Q

Ett flertal elever var tveksamma över vilken kategori som mjölet, gruset och sockret skulle ligga i, och några av dem valde att lägga dessa mittemellan två kategorier. Genom att lägga dessa mellan de olika kategorierna skulle det betyda att de varken är fast eller flytande eller varken flytande eller gas. Elev P studerade behållarna länge genom att vända de upp och ned för att se hur rekvisitan rörde sig. Figur 2: visar att elev P har lagt mjöl mellan fast och flytande. Socker och grus ligger mellan flytande och gas.

Figur 2 Bild på elev P:s kategorisering

Ingen rörelse hos materien

När eleverna beskriver den fasta fasen beskriver de flesta den som att det inte finns någon rörelse hos materien och att den stanna kvar i sin form oavsett om den ligger i ett glas eller på bordet. Denna kategori benämns därför som ingen rörelse hos materien.

Resultatet visar att 8 av 20 elever beskrev att den fasta formen stannar kvar i sin form eller att den sitter ihop på ett annat sätt än den flytande formen. Eleverna tar gruset som exempel för att beskriva varför den befinner sig i fast fas och inte flytande trots att den inge en flytande effekt av att den är rörlig.

“Som vi tar stenen som jag sa, om man släpper den, då stannar den på samma ställe eller om det är många små fasta former som grus, om man har det och häller så åker det också iväg fast det hänger ihop.” - Elev I

I kategoriseringen av rekvisitan placerade 20 av 20 elever gem och träbiten i den fasta gruppen. Övrig rekvisita i fast form exempelvis aluminium, mjöl etcetera, varierade som tidigare nämnt ovan mellan kategorierna fast, flytande eller gas.

Upplevelser av materien

Många av eleverna utgick från sina egna upplevelser av de olika faserna när de beskriver dem. Deras upplevelser av materien i de olika faserna beskrevs exempelvis med följande ordval: löst, blött. går att ta på, kladdigt, klumpigt, torrt, hårt, osynligt/genomskinligt, och lätt.

Resultatet visar att 6 av 20 elever beskrev fast form som hårt och refererade till att det är svårt att ta sönder, eller att det går att bryta av. Många av eleverna gav exempel på träbiten som var en av rekvisitan i intervjun, och förklarade att den var hård och går att dela i två bitar. För att dela träbiten påvisade eleverna att det krävs kraft, detta visade de genom att ta träbiten och dela den med händerna.

“Hård och inte lika lätt att ta sönder.[…] Detta är fast för man kan knäcka den” - Elev O Många av eleverna beskriver att den fasta och flytande fasen går att ta på, men att känslan är olika beroende på vad det är. I den flytande fasen beskriver många av

eleverna att det känns blött och löst, de liknar det som att det fastna på handen när de tar på det. Den fasta fasen beskriver de istället att den är torr och hård att ta på, eller om det exempelvis är slime att det då istället känns klibbigt i handen.

“Det är något som vi kan ta på […] Ibland känns det klibbigt om det är slime man håller i. - Elev D

I beskrivningen av gasformen utgår eleverna helt utifrån sina upplevelser. Resultatet visar att 14 av 20 elever beskrev att gas är något som inte går att se, att det är genomskinligt eller osynligt. Vissa av dessa elever refererade även till att luft är en gas som vi inte kan se.

“Sen är den inte lika synlig ibland, som typ luften. Ja man kan inte se det om man bara kollar ut såhär. Man måste typ förstora den eller nåt.”

- Elev A

“Den syns inte men den finns överallt runtom oss, men vi kan inte se den om det inte är avgaser för det kan man ju se. Och moln kan man ju också se. Men luften, det är ju det som finns runtom oss men det kan vi inte se.” - Elev D

Ett flertal elever beskrev att gas är bland annat rök, imma eller vattenånga. När eleverna ritade gas valde många att rita rök från en brasa, eller en kastrull med vatten som står på spisen där det ryker vattenånga från kastrullen. Många elever beskrev gas på detta sätt. Elev M beskrev däremot gas med flera egenskaper som att det också är lätt, det vill säga att vikten på gas är lätt och att den går att trycka ihop.

“Man ser det inte men det finns ändå. Det är ganska lätt. Man kan trycka ihop det.” - Elev M

I kategoriseringen av rekvisitan placerade 20 av 20 elever de tre behållarna med luft under kategorin gas. Ett fåtal elever var osäkra på om gummibandet är gas. De resonerade att gummibandet borde vara gas eftersom det inte passade in i de andra kategorierna. En annan elev chansade på att mjölet skulle vara en gas eftersom det enligt eleven inte heller passade in i de andra kategorierna. 2 av 20 elever lade även aluminium i kategorin gas, varav den ena eleven resonerade följande;

“Jag är osäker på om detta är någon gas. Den här tror jag faktiskt att det är gas för om man skulle elda upp den här så skulle det bli gas.” - Elev A

Elev A visar en uppfattning på att aluminium kan övergå till gasform genom att tillföra värme, men glömmer bort vilken fas den befann sig i nu och lägger den därför i

kategorin gas.

5.1.2 Inre egenskaper i fast-, flytande- och gasform.

I kategorin inre egenskaper framkom det att eleverna beskriver flytande, gas och fast form med två egenskaper: Materia är uppbyggt av partiklar, partiklarnas rörelser avgör fasen och förändring i partiklarnas storlek.

Materia är uppbyggt av partiklar

Majoriteten av eleverna beskriver att materia är uppbyggt av atomer, molekyler eller partiklar. Resultatet visar att 15 av 20 elever beskrev att det finns molekyler och atomer i all materia, men att det däremot krävs en speciell utrustning för att kunna se dem.

“Ja, det finns molekyler eller atomer.” - Elev N

“Kanske om man hade ett sånt mikroskop så kanske man skulle kunna se vattenmolekyler.” - Elev I

Många av eleverna kände till att vatten består vattenmolekyler och ritade upp på ett papper hur dessa ser ut. En av eleverna beskriver även att vattenmolekylens form liknar formen på Musse Piggs huvud.

“Det är som de här H2O-grejerna. Dem ser ut som Musse Pigg” - Elev J

Figur 3 Bilden visar elev J:s ritning av vattenmolekyl

En annan elev beskriver avståndet mellan partiklarna och antyder att det finns en avgörande skillnad beroende på vilken fas materian befinner sig.

“[...] Men det är iallafall inte som fast, för fast sitter ju nästan ihop och gas är väldigt utspritt och det här är ett mellanting.” - Elev P

Figur 4 Elev P:s ritning av partiklarna i de olika faserna

Partiklarnas rörelser avgör fasen

Resultatet ovan visade att elever var medvetna om att materia är uppbyggt av partiklar i alla faser. Det är däremot mellan 3-8 elever som beskriver partiklarnas rörelser i de olika faserna. De beskriver att det är rörelserna hos partiklarna som bestämmer vilken fas materian befinner sig i. De flesta elever förklarar att partiklarna sitter fast när de befinner sig i den fasta fasen och att de kan röra sig snabbare när temperaturen ökar. I citatet nedan beskriver elev K detta följande;

“Jag tror ganska många molekyler, fast dem sitter fast då, för det är ju kallt. Och dem rör sig snabbare när det är varmt. “ - Elev K

Elev O beskriver följande hur partiklarna rör sig i de olika faserna;

“Dem är snabba runt och hoppar och då tar dem mer plats när det är gas. I fast rör de sig ingenting, eller dem rör sig jättelångsamt. Och i flytande rör de sig lite snabbare, mittemellan.” - Elev O

Förändring i partiklarnas storlek

Över hälften av eleverna hade en uppfattning av att partiklarnas storlek varierade beroende på vilken fas de befinner sig i. Enligt 12 av 20 elever varierar partiklarnas storlek i de olika faserna, fastän det består av samma molekyler, exempelvis vattenmolekyler. Elevernas tankar om hur storlekarna varierar skiljer sig däremot.

Resultatet visar att 2 av 20 elever anser att partiklarna i fast form är mindre i storlek än vad de är i flytande form. Det är däremot flera av eleverna som antyder att partiklarna som befinner sig i fast form blir större än de är i den flytande formen. Elev L är en av de eleverna som har en uppfattning av att partiklarna i fast form är större än i den flytande formen.

“De (partiklarna i fast form) kanske är större än dem flytande.” - Elev L

Några av eleverna som antyder att partiklarna är större i fast form har dock en uppfattning av att antalet partiklar också blir mindre. Att antalet partiklar blir mindre motiverar de med att några dör eller flyr på grund av att de fryser. Nedan följer några exempel på deras resonemang;

“Lika stora som vattnet tror jag. Eller kanske lite större fast mindre, för de kanske dör när det blir för kallt.” - Elev F

“Det beror på hur kallt det är. För vissa gånger försvinner partiklarna när det blir väldigt kallt. Dem ungefär flyr eller nåt. Dem fryser och sen blir det så att dem bara försvinner. Dem som är kvar har blivit lite större för att dem försöker hålla värmen dom små som är kvar.” - Elev S

Vidare visar resultatet att eleverna tror att partiklarna som befinner sig i gasform är mindre än de som befinner sig i flytande eller fast form. Detta på grund av att de blir så små att de inte längre gå att se när de befinner sig i gasform.

4 av 20 elever antyder att partiklarna är lika stora oavsett i vilken form de befinner sig i. Däremot påpekar eleverna att i fast form, is i detta fall, tar partiklarna större plats eftersom de sitter ihop.

5.2 Vilka uppfattningar har elever i årskurs 4-5 om materiens fasövergångar?

Elevernas uppfattningar om materiens fasövergångar varierar. Följande kategorier upptäcktes i elevernas uppfattningar: Förflyttning av materia, förklaring med enbart ord utan att benämna processen, fasändring, animistiska beskrivningar, kemisk reaktion och förändring i partiklarnas storlek.

5.2.1 Förflyttning av materia

I kategorin förflyttning av materia kategoriseras elevernas svar som innefattar att materian enbart har förflyttat sig. Stor majoritet av eleverna förklarar att vätskan från acetonet förflyttas in i huden. Eleverna ger olika beskrivningar över hur detta sker, till exempel att acetonet sjunker in i huden, huden suger upp eller lade sig på huden. Många elever var däremot osäkra när de förklarade detta fenomen och svarade att antingen sjönk partiklarna in i huden och blev fast eller att det försvann i luften.

“Antingen så försvann dem i luften eller så åkte dem ner i huden.”- Elev L

“Dem åker in i huden.” - Elev Q

5.2.2 Förklaring som inte beskriver processen

I kategorin förklaring som inte beskriver processen kategoriseras elevernas svar som inte innefattar någon förklaring hur fasövergången sker i partikelnivå. 2 av 20 elever förklarade fasövergången med enbart ord och gav därför ingen djupare förklaring av materiens förändring. I övergången från fast till flytande förklarade eleverna att det smälter. Dessa elever hade inget svar på vad det berodde på.

Övergången från flytande till fast beskrev vissa elever med enbart ord gas.

“Det har dunstat, blitt ånga eller gas.” - Elev H

“Antingen kan det blitt gas eller för jag tror inte att den kan har runnit in i handen.

Jag tror det måste har blivit någon gas eller nåt.” - Elev A

5.2.3 Förklaring med fasövergångens process

I kategorin förklaring med fasövergångens process kategoriseras elevernas svar som innefattar en korrekt beskrivning av fasförändringen. De flesta av eleverna, 13 av 20, förklarade att materien ändra fas på grund av värmen från kroppen. Många av eleverna förklarade att värmen i kroppen som ligger runt 37 grader påverkar materian när den kommer i kontakt med handen. Detta innebär att när kokosfettet ligger i handen, påverkas den av kroppens temperatur och övergår från fast till flytande form. Några av dessa elever beskriver även att detta påverkar därmed partiklarnas rörelse i kokosfettet, att de blir mer rörliga i kontakt med värme.

“De (partiklarna) blir ju lite flytande då, först var ju fast och då sitter de ihop lite mer. När de smälter så släpper dem lite varandra.” - Elev P

“[...] för det kanske är för huden är ju 37 grader liksom och då kanske den smälter för det är för varmt.” - Elev F

Elev E lyfter även fram ordet energi i detta sammanhang.

“De (partiklarna) blir typ mer spralliga eller vad man ska säga. De får mer fart, dem får mer energi.” - Elev E

5.2.4 Animistiska beskrivningar

I kategorin animistiska beskrivningar kategoriseras elevernas svar som innefattar att partiklarna har egenskaper som finns hos levande organismer. Ett fåtal elever överför dessa egenskaper till partiklarna såsom känslor och dödlighet.

En elev förklarade att ungefär hälften av partiklarna i acetonet dör och att det är anledningen till att vätskan på handen försvinner. Eleven antydde även att de partiklar som dör, dör på grund att det är starkt. Vad eleven menar med att det är starkt, kan dels innebära att acetonet avger en stark doft. Dels antydde eleven att vissa partiklar skulle vara mer tåliga än andra i acetonet. Vilket i sin tur kan tolkas att det finns skillnader i partiklarna som acetonen består av.

“Många olika sorters partiklar i detta tillfället dör. För att det är så starkt så dör dem och när de dör, så blir det en fläck utan partiklar. Men alla partiklar dör inte utan vissa klarar det och vissa klarar det inte. Om man säger att det fanns 20 000 partiklar så kanske det bara finns 10 000 kvar.” - Elev S

En liknande förklaring med att hälften av partiklarna dör uppgav elev F, som förklarade vad som händer när partiklarna befinner sig i flytande form och går över till fast form.

Eleven beskrev detta med ämnet vatten;

“Om det kanske var till exempel 8 miljoner partiklar i vattendroppen så kanske det är fyra miljoner kvar. För att hälften kanske dör för att det blir för kallt.” - Elev F

I fasövergången från fast till flytande förklarar elev O att partiklarna känner sig fria och vill leka när kokosfettet smälter i handen.

“Dem kanske känner sig fria och vill ut och leka lite.” - Elev O

5.2.5 Kemisk reaktion

I kategorin kemisk reaktion kategoriseras eleverna som förklarade med att materiens ämne omvandlas. Resultatet visar att 2 av 20 elever uppfattar att kokosfettet omvandlas till vatten när det blir flytande.

”Dem blir till vatten typ.” - Elev J

“Kanske att den förvandlas till vatten.” - Elev R

Elev J säger att kokosfettet blir vatten, detta är svårt att tolka vad hen menar, då det kan tolkas på två sätt. Eleven kan exempelvis mena att partiklarna i kokosfettet har blivit flytande som vatten, eller så tror eleven att allt som är flytande är vatten. Elev R är däremot mer tydlig med att kokosfettet förvandlas till vatten.

Elev G antyder att det uppstår en kemisk reaktion med kokosfettet på grund av acetonet, och att det är därför kokosfettet smälter och blir flytande.

“För att det var den här syran innan och när man lägger på det så smälter.” - Elev G

5.2.6 Förändring i partiklarnas storlek

I kategorin förändring i partiklarnas storlek kategoriseras elevernas svar som innefattar att partiklarnas storlek förändras beroende på vilken fas de övergår till. Resultatet visar att 2 av 20 elever påstår att partiklarnas storlek förändras när de går från fast form till flytande. Eleven påstår att partiklarna blir mindre i storlek när de går från fast till flytande form.

6 Diskussion

6.1 Resultatdiskussion och slutsats

Resultatet visar att eleverna beskriver och karaktärisera begreppen fast, flytande och gas på två nivåer, det de kan se och sina upplevelser (yttre egenskaper) och det som de inte kan se (inre egenskaper) med blotta ögat.

Det som kommer naturligt till eleverna när de beskriver begreppen är främst de yttre egenskaperna. Eleverna beskriver begreppen med inkludering av informationen visuella, ljud och känsel, till exempel hårt, blött, osynligt/genomskinligt (Eshach, 2006). Med detta i åtanke beskriver eleverna de olika faserna med hjälp av sina erfarenheter (Wells, 1999).

Då Wells antyder att dessa erfarenheter är viktiga för att skapa förståelse för de naturvetenskapliga begreppen, visar resultatet att det är elevernas vardagsbegrepp som dels skapar problematik hos dem när de kategorisera olika ämnen speciellt svårt var det att kategorisera socker, grus och mjöl. Detta eftersom de utgick från sina beskrivningar i de yttre egenskaperna, exempelvis att flytande är något som är rörligt och rinnigt. Många av eleverna lade därför socker, grus, mjöl i kategorin flytande. Även den trögflytande honungen hamnade av majoriteten i kategorin fast, eftersom de inte kunde se att det rörde sig. Detta resultat påvisar samma resultat som Stavy och Stachel (Stavy och Stachel 1985 refererad i Andersson et al. 2003) såg i sin studie på 80-talet. Detta problem är fortfarande vanligt, trots vetskapen om det.

Vidare visar resultatet i denna studie att de elever som hade svårt att kategorisera trögflytande vätskor eller pulveraktigt material, kunde oavsett sin osäkerhet beskriva sin förståelse av de olika faserna med hjälp av partikelteorin (Andersson et al., 1993). Många av dessa elever, var de som gick i årskurs 4. Detta motbevisar Stavy och Stachels (Stavy och Stachel 1985 refererad i Andersson et al. 2003) påstående att det skulle vara svårare för dessa elever att förstå partikelteorins baskunskap. Det som bör tas i beaktning är att utveckling har skett sedan dess i form av läroplan och även den individuella utvecklingen (Mackenzie & Veresov, 2013). Vad det gäller den trögflytande honungen kunde eleverna ana att den tillhörde kategorin flytande. Däremot valde många av eleverna att lägga den i kategorin fast, eftersom den vid tillfället inte rörde sig när de vände behållaren upp och ned. Däremot hade ett fåtal elever ett annat knep för att kategorisera rekvisitan, de skakade på behållarna istället, och använde både hörsel och syn för att avgöra vilken kategori den tillhörde. Eleverna som gjorde detta kan ha använt sig av sina tidigare erfarenheter (Wells, 1999) av hur flytande/fast låter när den skakas i en behållare.

I kategorin inre egenskaper visade resultatet att majoriteten av eleverna kunde beskriva att begreppen fast, flytande och gas består av partiklar. Detta är den viktigaste kunskapen för att förstå vår omvärld (Andersson, 2001). Det var däremot färre elever som kunde beskriva begreppen med partiklarnas rörelse i de olika faserna. När eleverna förklarade partiklarnas rörelse i den ena fasen, beskriv de också skillnader jämfört med de andra faserna. För att beskriva begreppen var de oftast tvungna att beskriva dem ihop, eftersom beskrivningarna bygger på varandra (Lemke, 1990). Istället för att beskriva att partiklarna vibrerar mot varandra i fast fas (Andersson, 2001; Andersson, 2003; Hjernquist &

Rudstedt, 2012) beskriver eleverna att de sitter fast i varandra eller att de rör sig långsamt.

Eleverna som har kommit till detta stadie med sin förståelse av begreppen visar ändå att de är på väg att lära sig dessa begrepp trots att det inte är en helt korrekt beskrivning än.

Däremot motiverar många elever att rörelserna hos partiklarna beror på vilken temperatur det är, vilket också visa en förståelse för begreppen. För att införskaffa sig kunskap om begreppen behöver eleverna stöd av en person som kan hjälpa dem att utveckla sina tidigare erfarenheter (Vygotsky, 1978;1981), vilket det indikerar på eftersom en elev kunde koppla att när kokosfettet smälte i handen är det detsamma som när smör smälter i varm stekpanna.

Vidare påvisar resultatet att det finns en variation när eleverna beskriver vissa faser, eller alla faser med partikelteorin (Andersson, 1993). Vissa beskrev fast form, men inte flytande och gasform. Den variation av beskrivningar som ges visar att lärande är inte linjärt och att det skiljer mellan olika individer (Fleer, 2015). Troligtvis har eleverna fått ta del av kunskapen, men inte varit tillräckligt fokuserade. De elever som beskrev partiklarna i materien utan hjälp av partikelteorin, har troligtvis inte blivit bekväma eller introducerade av partikelteorin än.

Storleken på partiklarna förändras beroende på vilken fas de befinner sig i enligt många av eleverna. Under kategorin inre egenskaper visar resultatet även att det finns en stor variation av elevernas tankar om partiklarnas storlek under faserna. Några elever tänker att partiklarna blir större i den fasta fasen, och vad det kan beror på skulle kunna vara att vatten oftast används i skolan för att lära ut faserna (Andersson, 2001). Vatten i fast form brukar beskrivas att den tar större plats (behöver mer yta), än vad den behöver i den flytande formen. Det kan med andra ord bero på ett missförstånd som antagligen har tolkats av den enskilde individen, de tror att partikeln blir större (Mackenzie & Veresov, 2013). Några av eleverna förklarar att antalet partiklar minskas och detta beror på att de dör (Helldén, 1992) eller försvinner.

Förändring i partiklarnas storlek är en kategori som återfanns i elevernas uppfattningar av fasövergångarna fast till flytande och flytande till gas. Sammanlagt upptäcktes förflyttning av materia, förklaring som inte beskriver processen, förklaring med fasövergångens process, animistiska beskrivningar, kemisk reaktion och förändring i partiklarnas storlek. I kategorierna förflyttning av materia, förklaring som inte beskriver processen, animistiska beskrivningar, kemisk reaktion och förändring i partiklarnas storlek visar resultatet att eleverna har svårt att applicera deras förståelse av begreppen till sina vardagliga erfarenheter. Eleverna tolkar fasövergångarna på sina egna sätt (Mackenzie & Veresov, 2013) och drar slutsatser utifrån deras egna vardagliga erfarenheter (Wells, 1999). Ett exempel på detta är eleverna som adderar animistiska beskrivningar hos partiklarna (Helldén, 1992). Eleverna besitter troligtvis kunskap att om en människa blir tillräckligt nedkyld, dör personen och kan därmed applicera samma tänk till partiklarna. Eleven som tolkar att partiklarna känner sig fria och vill ut och leka, utgår kanske från sin egen erfarenhet. Eleven kanske tänker att det inte är roligt när partiklarna sitter fast i varandra, utan att det är roligare att vara fri och kunna leka istället.

Under kategorin förklaring med fasövergångens process visar resultatet att många av eleverna kunde förknippa temperatur med fasövergång (Andersson, 2001). En av dessa kunde även få fram ordet energi i sin förklaring, att det är energi som tillförs från värmen, som i sin tur ger partiklarna energi (Andersson et al., 2003). Dessa elever visar att deras begreppsförståelse av faserna och fasövergångarna är goda, och att det kanske är med hjälp av partikelteorin som de har fått förståelse för massans bevarande (Andersson et al., 1993).