Kan man skapa energi?: En variationsteoretisk studie av hur elever i årskurs 4-6 kan utveckla förståelse för energibegreppet.

Kan man skapa energi?

En variationsteoretisk studie av hur elever i årskurs 4-6 kan utveckla förståelse för energibegreppet.

Amanda Granström

Grundlärare, årskurs 4-6 2020

Luleå tekniska universitet

Institutionen för konst, kommunikation och lärande

Syftet med den här studien var att få kunskap om hur elever i årskurs 4–6 kan utveckla sin förståelse för det naturvetenskapliga begreppet energi med variationsteorin som teoretisk utgångspunkt. Frågorna jag ville ha svar på var vilka kritiska aspekter för begreppet eleverna måste få möjlighet att urskilja för att förstå begreppet på ett specifikt sätt och hur undervisningen kan utformas för att synliggöra dessa kritiska aspekter. I bakgrunden behandlas tidigare forskning om lärande och undervisning om energi, det naturvetenskapliga språket kontra det vardagliga, elevers förståelse av begreppet energi, skolans styrdokument och rollen som forskande lärare. Med mig själv som lärare har data samlats in genom förtest i form av gruppintervjuer och eftertest, videofilmning och ljudinspelningar från lektionstillfällena.

Genom att använda variationsmönster i undervisningen skapades möjligheter för eleverna att urskilja vad energiprincipen innebär, att energi inte kan skapas eller förstöras utan endast omvandlas, att det vardagliga språkets sätt att tala om energi skiljer sig från det naturvetenskapliga och att energi är mer än bara den elektricitet vi använder. Resultatet visar att elevernas förståelse för begreppet energi står i relation till hur undervisningen formades och de kritiska aspekterna behandlades.

Nyckelord: energibegreppet, variationsteori, undervisning i naturvetenskap, årskurs 4–6

Förord

Till slut nådde även jag mållinjen som stundtals känts så långt borta, det finns några jag vill tacka som stöttat och hjälpt längs vägen…

Erica, aldrig längre än ett samtal bort. Lika många dagar som vi suttit och skrivit på våra uppsatser, minst lika många timmar har vi i telefonen. Vi har skrattat, vi har gråtit, utan dig hade det aldrig gått!

Min handledare Anna Vikström, som påminde mig om att jag var normal när jag tvivlade, som piskade på med hårda ärliga ord och som hjälpte mig att få ihop den här uppsatsen.

De elever som ställde upp i min studie och gjorde det hela möjligt, utan elevernas röst hade det inte blivit någonting.

Min familj och vänner som peppat, hejat och alltid trott på mig när jag själv inte gjort det. Men om jag inte hade oroat mig hade jag kanske inte klarat det?

Älvsbyn, juni 2020

Amanda Granström

Innehållsförteckning

1. Inledning………1

2. Syfte och forskningsfrågor………...2

3. Bakgrund………...3

3.1 Undervisning och lärande i naturvetenskap………..3

3.1.1 Naturvetenskaplig undervisning och elevers lust att lära ……….………….4

3.1.2 Språkutvecklande arbetssätt i alla ämnen………..5

3.1.3 Ord, begrepp och trösklar för förståelse ………...…6

3.2 Begreppet energi………...7

3.2.1 Skillnaden mellan en vardaglig och en naturvetenskaplig beskrivning av energi………8

3.2.2 Elevers förståelse för begreppet energi………..9

3.3 Styrdokument………..10

3.3.1 Kursplanen i Fysik………11

3.3.2 Bedömning och kunskapskrav……….11

3.4 Forskande lärare………..12

4. Teoretisk utgångspunkt………..14

4.1 Variationsteori……….14

4.1.1 Lärandets objekt………14

4.1.2 Kritiska aspekter………15

4.1.3 Variationens betydelse……….15

5. Metod………...17

5.1 Kvalitativ metod………..17

5.2 Urvalsgrupp………...17

5.3 Forskningsetiska principer………..…18

5.4 Genomförande av lektionsserien……….18

5.5 Datainsamling………...20

5.5.1 Ljudinspelade gruppintervjuer som förtest………..……20

5.5.2 Ljud- och videoinspelning av undervisningen……….21

5.5.3 Eftertest – Exit tickets………..21

5.6 Bearbetning, tolkning och analys………22

6. Resultat………24

6.1 Kritiska aspekter elever måste urskilja för att förstå begreppet energi………...24

6.1.1 Att förstå energiprincipen – energi kan inte skapas, förstöras utan endast

omvandlas……….24

6.1.2 Vardagsspråket är något helt annat än det naturvetenskapliga språket…25 6.1.3 Energi är mer än bara den elektricitet vi använder………...…26

6.1.4 Försvårande av urskiljandet och språkets betydelse……….27

6.2 Utformning av undervisningen – variationsmönster………...…28

6.2.1 Kontrast – energi och materia………..………….…28

6.2.2 Variationsmönster som möjliggör förståelse för energiprincipen.……….29

6.2.3 Variationsmönster som gör det möjligt att urskilja skillnaden på det vardagliga och vetenskapliga språket………..………..30

6.2.4 Variationsmönster som möjliggör förståelse för de olika energiformerna………30

6.3 Sammanfattande resultat……….30

7. Diskussion………32

7.1 Metoddiskussion……….32

7.1.1 Realibilitet och validitet………...34

7.2 Resultatdiskussion………...35

7.2.1 Hur förhåller sig elevers förståelse av lärandeobjektet till de möjligheter undervisningen erbjudit?...35

7.2.2 Vad innebär det att förstå energi begreppet, vad är det man kan då?…...36

7.2.3 Teoretisk förankring………..………...37

7.2.4 Vad kan resultatet betyda för den naturvetenskapliga undervisningen?...38

7.3 Hur påverkar detta mig och mitt framtida yrke?...38

8. Förslag till fortsatt forskning……….39

Referenser

Bilaga 1 – Brev till vårdnadshavare Bilaga 2 – Lektionsplanering

Bilaga 3 – Intervjufrågor Bilaga 4 – Exit ticket

1. Inledning

Naturvetenskapliga teorier och begrepp hör till mänsklighetens verkligt stora intellektuella landvinningar. Dessa utgör en stor nödvändighet för vårt samhälle, till exempel för att underhålla infrastrukturen, bota sjukdomar, hantera miljöproblem, hitta system för energianvändning och för att förstå den jord som vi lever på. I allt detta har skolan ett stort ansvar, att förvalta och bidra till att utveckla denna kunskap (Andersson, Bach, Olander, &

Zetterqvist, 2005). Ansvaret hamnar inte bara på skolan utan hos mig som blivande lärare.

Under min lärarutbildning kom jag att fundera på begreppet energi. Hur kan något som är så viktigt och som hela tiden finns omkring oss vara ingenting? Hur kan man egentligen förklara hur energi fungerar när det är någonting som vi inte kan se? Hur kan man skapa de inre bilderna för elever som inte förstår språket? Hur kan jag själv formulera vad energi egentligen är? Vad innebär det egentligen att förstå begreppet energi, vad är det då man kan? Detta är frågor som dök upp när jag började fundera på hur jag ska kunna synliggöra begreppet för mina framtida elever, då energi är ett begrepp som är svårt för elever att förstå och för lärare att förklara.

Ytterligare en svårighet i naturvetenskapliga undervisningen är alla andra svåra abstrakta begrepp som ämnet innehåller, ord som eleverna behöver för att förstå ämnet, alltså omöjliga att klara sig utan, men svåra att få dem att verkligen förstå innebörden av.

Jag har i studien valt att studera mig själv och min egen undervisning då detta är något som ligger i linje med min framtida yrkesroll och utvecklar mig som lärare. Både genom att det stärker och fördjupar mina ämneskunskaper inom fysiken men också för att utveckla min egna förmåga att möta elever. Som blivande lärare är det en viktig förmåga att kritiskt kunna granska mig själv och min egen undervisning, vilket är avsikten att göra i denna uppsats. Att alltid ha viljan att förbättra sig själv som lärare tror jag är en viktig aspekt i yrket, att alltid ha viljan att utvecklas, för bättre kan man alltid bli. I denna studie har jag studerat hur elevernas uppvisade förståelse förhåller sig till de möjligheter i lärande som undervisningen erbjudit.

2. Syfte och forskningsfrågor

Syftet med studien är att få kunskap om hur elever i årskurs 4–6 kan utveckla sin förståelse för ett naturvetenskapligt begrepp.

Forskningsfrågor:

1. Vilka kritiska aspekter för begreppet energi måste eleverna få möjlighet att urskilja för att förstå begreppet på ett specifikt sätt?

2. Hur kan undervisningen utformas för att synliggöra dessa kritiska aspekter?

3. Bakgrund

I detta avsnitt kommer tidigare forskning och styrdokument som är relevanta för studiens syfte att beskrivas. Undervisning och lärande i naturvetenskap och särarten hos det naturvetenskapliga språket kommer att behandlas. Begreppet definieras tillsammans med forskning om elevers förståelse för begreppet energi. Detta sätts i relation till läroplanen för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011: reviderad 2019, i fortsättningen kallad Lgr11 (Skolverket, 2019).

3.1 Undervisning och lärande i naturvetenskap

Skolan har en väldigt viktig roll i samhället, den ansvarar för kommande generationers grundläggande utbildning och fostran till demokratiska medborgare. Detta uppdrag formuleras i skolans styrdokument som består av till exempel skollag, läroplan och kursplaner. I naturvetenskaplig undervisning är en grundläggande utgångpunkt att världen går att förstå och att vi vill förstå oss på den (Östklint, Johansson & Anderberg, 2012). I kursplanen för fysik kan man läsa att ”Undervisningen ska bidra till att eleverna utvecklar förtrogenhet med fysikens begrepp, modeller och teorier samt förståelse för hur de formas i samspel med erfarenheter från undersökningar av omvärlden” (Skolverket 2019, s.174–175).

En ständigt pågående diskussion förs om relationen mellan naturvetenskap och skolans naturvetenskap. Enligt Roberts (2007) finns det sju olika grundläggande motiv och tyngdpunkter i den naturvetenskapliga undervisningen i skolan, vad den bör innefatta och varför.

1. För att varje individ ska klara sig bra i samhället, till exempel matens och hushållets kemi och inom fysiken behandla frågor som handlar om energi och värme i hemmet.

Naturvetenskapen är viktig och nödvändig för olika sysslor i vår vardag, man har alltså nytta av kunskapen.

2. Samhället behöver kunniga naturvetare. Eleverna bör få en djupare förståelse för hur naturvetenskapen är uppbyggd med modeller, bevis och teorier.

3. Varje elev ska kunna bygga upp sin egen kunskap och förståelse för olika fenomen inom naturvetenskapen, förstå betydelsen av dem och kunna se dess sammanhang.

4. Eleverna skall ges ett naturvetenskapligt kunnande så att de kan fatta kloka beslut utifrån sin kunskap. Detta så att de längre fram kan och vill delta i samhällets beslutsprocesser och även kunna skilja på värderingar och naturvetenskap.

5. Undervisningen skall erbjuda kunskaper om de metoder och kunskaper som krävs för att göra vetenskapliga undersökningar. Detta eftersom samhället behöver individer som behärskar vetenskapliga metoder och färdigheter.

6. Individen bör kunna förklara vetenskapliga skeenden korrekt. Eleven bör ha kunskap om grundläggande fakta som är allmänt accepterade för att kunna tolka det som sker i omvärlden.

7. Det är viktigt att bygga en stabil grund inom naturvetenskapen som man sedan kan bygga vidare på i fortsatta studier.

3.1.1 Naturvetenskaplig undervisning och elevers lust att lära

I Skolinspektionens rapport Fysik utan dragningskraft (2010) betonas att kunniga och engagerade lärare ökar elevers lust att lära. Det framkommer också att kvaliteten på undervisningen i naturvetenskap många gånger är bristfällig, vilket i sin tur kan utgöra en anledning till att kunskapsresultaten dalar och att många elever uppfattar ämnet som oinspirerande och tråkigt. Hos yngre barn råder det inte några tvivel om att lusten att lära i skolan finns enligt Kullberg (2004). Men vad händer egentligen sen? När det gäller elevers intresse och motivation i fysikämnet tenderar det att sjunka under de senare åren i grundskolan.

Lindahl (2003) menar att eleverna redan i årskurs 5 är mindre intresserade av de naturorienterande ämnena än andra skolämnen.

Många gånger upplever eleverna innehållet, det vill säga det som lärarna undervisar om, som varken intressant eller relevant. Innehållet beskrivs ofta som irrelevant, eleverna förstår inte vad de ska använda den naturvetenskapliga kunskapen till. Detta bidrar till att de naturvetenskapliga ämnena upplevs som meningslösa och tråkiga. Dessutom drar Lyons (2006) en alarmerande slutsats och menar att det framstår som att skolan inte bara misslyckas med att engagera eleverna med mediokert intresse för naturvetenskap utan även avskräcker elever som hade ett intresse för naturvetenskap innan de började få undervisning i ämnet.

Stadler (2008) har undersökt hur läraren uppfattar betydelsen av ämneskunskap inom sitt ämne och för sitt läraruppdrag. Vad som framkom var att lärare som besitter god kunskap inom ämnet känner en större säkerhet i samspelet med elever, föräldrar och kollegor. Om läraren upplever att hen behärskar sitt ämne kan detta också påverka hur engagerad och fri läraren känner sig både i planeringen av undervisningen men också i genomförandet. Detta engagemang påverkar också hela processen från tolkningen av styrdokumenten till förberedelsearbetet av ett ämnesområde och genomförandet av lektionerna. Under lektionerna gör denna säkerhet inför ämnet att läraren är bättre rustad att föra en dialog med eleverna om sådant som eleverna tar upp, som de finner intressant och kan utveckla detta vidare, något som upplevs som positivt både för läraren och eleverna. Lärares utbildning och professionella kunskap är alltså en viktig aspekt att ta med när man studerar elevers lärande (Stadler, 2008).

Lärare som är framgångsrika i att göra fysikundervisningen intressant och lustfylld utgår ofta i från egna erfarenheter och bygger inte sin undervisning på enbart läromedlet (Lindqvist, Emanuelsson, Lindström, & Rönnberg, 2003). Andersson (2001) hävdar att ett sätt att motivera eleverna i de naturvetenskapliga ämnena är att lärare hittar elevernas individuella tankenivå och föreställningsvärld och utifrån dessa hittar lämpliga sätt att utmana dem.

3.1.2 Språkutvecklande arbetssätt i alla ämnen

Naturvetenskaperna borde rimligen vara i högsta grad relevanta för eleverna för att förstå aktuella fenomen som energiförsörjning, klimatförändringar eller hälsoaspekter relaterade till kost. Trots det är det en stor andel elever som inte ser de naturvetenskapliga ämnena som relevanta för ett liv utanför skolan. En orsak till detta låga intresse för ämnet ligger inte sällan i språkliga hinder(Molander, 2016).

Forskning visar att i alla ämnen så är språket vårt främsta verktyg för lärande (Cummins, 2007, Gibbons 2013). Det är genom språket som vi kommunicerar med andra, utvecklar ny kunskap och som hjälper oss att redovisa vad vi lärt oss. Genom språket kan eleverna visa vad de förstått men också vad de behöver mer stöd med för att komma vidare. När läraren sedan ska bedöma elevernas kunskap är detta ofta genom språkliga uttrycksformer. Att använda sig av språkutvecklande arbetssätt innebär inte att göra avkall på ämnets innehåll utan snarare så ökar detta elevernas förutsättningar att lära sig mer om innehållet. Att skriva och läsa ämnesadekvata texter, föra samtal, förstå samband och dra slutsatser är förmågor som utvecklas om undervisningen innehåller språkutvecklande inslag (Skolverket, 2014).

Fysik är ett ämne som innehåller många abstrakta begrepp, detta leder till att vissa elever får svårigheter som inte är knutna till förståelsen eller kunskapen om ämnet utan som kan kopplas till det ämnesspecifika språket. Trots detta så menar Gibbons (2013) att det är viktigt att språket inte förenklas för mycket i undervisningen. En förenkling av språket skulle kunna innebära att det mer eller mindre också blir en förenkling av det ämnesmässiga innehållet. Vilket i sin tur leder till att eleverna går miste om ämnesspecifik och språklig utveckling och att de inte i sin tur kommet att använda de begrepp som associeras med ämnet. Bratt (1986) hävdar till och med att det är omöjligt att tala om, eller visa, vilka kunskaper man besitter inom de naturorienterande ämnena om man inte har tillgång till lämpliga och ämnesspecifika ord att uttrycka kunskapen med. Därför är det viktigt att som lärare arbeta språkutvecklande inom alla ämnen och aktivt se till att eleverna får med sig de språkliga uttryck de behöver för varje specifikt ämne.

De engelska forskarna Wellington och Osborne (2001) menar att mycket av den forskning som finns visar på att det vetenskapliga språket är det största hindret för elevers lärande, i och med att den viktigaste förutsättningen för att lära sig naturvetenskap är att lära sig naturvetenskapens språk. Deras tankar grundar sig på att undervisning i naturvetenskap mycket handlar om att faktiskt lära sig det naturvetenskapliga språket, vilket inte är helt lätt men att det finns strategier för att göra det. En av de största utmaningarna med det naturvetenskapliga språket är den mängd begrepp och ord det innehåller. Många av dessa ord och begrepp, såsom energi, har dessutom olika betydelse i ett naturvetenskapligt sammanhang än vad det har i ett vardagssammanhang.

Då energi är något som vi inte kan uppleva med våra sinnen är det viktigt att undervisa och studera mycket kring begreppen för att förklara vad energi handlar om (Andersson, 2008a).

Även Young (2005) trycker på vikten av att lärare undervisar i ordförståelse. Genom att öva ord utvecklar eleverna en djupare förståelse för texter i naturvetenskap och intresset kan då öka för ämnet. Begreppen som förekommer ofta inom ett område är till för att knyta samman

innehållet och kunskapen. Om eleverna skall förstå en vetenskaplig text, då måste de först få möjligheten att lära sig språket. Inom naturvetenskapen används ett vetenskapligt språk som är en förutsättning att behärska för att eleverna ska förstå vad de läser och innehållet i texten. Om denna förutsättning inte finns kan det leda till att det bildas en klyfta mellan elevens egen förståelse och naturvetenskapen. Vidare beskriver Young (2005) olika strategier som lärare kan använda sig av för att förtydliga begrepp. Genom att sätta in de naturvetenskapliga begreppen i meningsfulla sammanhang kan det resultera i att elever får en bättre förståelse för dem. Att kombinera vetenskapliga begrepp med andra ord som eleverna redan kan, kan göra att de kan dra paralleller mellan begreppen vilket kan leda till att de förstår sammanhanget. En annan strategi kan också vara att istället ge motsatsen till begreppen eller att kategorisera dem så att eleverna förstår vad det handlar om.

3.1.3 Ord, begrepp och trösklar för förståelse

Ord är precis som bilder ett uttrycksmedel. Sjøberg (2000) menar att begrepp är ett redskap som människan konstruerat för att förstå världen. Areskoug (2006) skriver att begrepp inom naturvetenskapen är ett instrument som hjälper oss att samla, systematisera och utveckla vår kunskap om världen.

Meyer och Land (2003) beskriver vad de kallar tröskelbegrepp. Med det menar de att det finns begrepp inom olika områden som är har förmågan att göra att elever förstår och ser saker på ett nytt sätt. Dessa begrepp är ofta komplexa men samtidigt grundläggande för ämnet. Får eleverna en förståelse för dessa begrepp börjar de tänka som yrkesverksamma inom det området som studeras.

För att lära sig ett tröskelbegrepp är utgångspunkten elevens begränsade förståelse. Tidigare förståelse möter då nya tankar och elevens tänkande utmanas. Detta kan upplevas som både jobbigt och svårt, då det skapar funderingar fram och tillbaka och försök att reda ut nya tankar.

När eller om eleven sedan förstår det nya begreppet öppnas en ny värld som eleven kan bygga vidare på. Förståelsen för hela området kommer att bli begränsat om eleven inte förstår eller får med sig begreppet. Lärarens roll blir här mycket viktig, att hjälpa till och identifiera var svårigheterna och missförstånden ligger och därifrån stötta och hjälpa vidare (Stokes, King &

Libarkin 2007). När läraren har identifierat ett tröskelbegrepp inom ett område är nästa steg enligt Baillie, Bowden och Meyer (2013) att fundera på hur det går att variera lärandet av begreppet för eleverna. Här kan variationsteorin som sedan kommer att beskrivas vara till hjälp för läraren. Meyer och Land (2005) menar att när läraren ser vilka hinder som eleverna stöter på i lärandet av ett begrepp så kan man med hjälp av små variationer hjälpa eleverna. När man arbetar med tröskelbegrepp menar Meyer (2016) att det är viktigt att förstå att alla elevers upplevelser kommer att vara olika eftersom de är olika individer som alla har olika förkunskaper. Eftersom tröskelbegreppen är så grundläggande för ett helt område är det viktigt att gå in på djupet, variera, sätta in begreppet i olika sammanhang men också reflektera kring detta. Begrepp eleverna behöver förstå kopplat till ämnesområdet energi för elever på mellanstadiet kan vara energikälla, energimottagare och tecken på energiöverföring. Dessa begrepp sätts sedan in i en energikedja vilket är nödvändigt för att förstå energiprincipen

(Andersson, 2008b). Stokes et al. (2007) ställer dock en del frågor kring tröskelbegreppen. De funderar bland annat om tröskelbegreppen är allmängiltiga eller personliga, men redogör för att det finns idéer om vilka begrepp som skulle kunna vara relevanta inom olika områden men inget fastställt på något sätt.

3.2 Begreppet energi

Begreppet energi är något som använts länge, det började att användas på 1800-talet och är idag ett centralt begrepp inom alla naturvetenskaper (Helldén, Högström, Jonsson, Karlefors &

Vikström 2015). Men att svara på frågan vad energi egentligen är beror på vem du frågar. Att definiera innebörden av begreppet energi är alltså inte alltid helt lätt. Areskoug, Ekborg, Lindahl och Rosberg (2013) menar till och med att energi är ett så pass komplext begrepp att det är näst intill omöjligt att definiera. Richard Feynman, nobelpristagaren i fysik 1965, väljer att förklara begreppet energi på följande vis:

Det finns en kvantitet, som vi kallar energi, som förblir oförändrad vid de många förändringar som sker i naturen. Detta är en mycket abstrakt idé, därför att det är en matematisk princip. Den säger att det finns en numerisk kvantitet som inte ändras när något händer. Det är inte en beskrivning av en mekanism eller något konkret. Det är bara ett egendomligt faktum att vi kan räkna ut att ett visst tal, och när vi observerat hur naturen utför sina tricks och räknar ut talet får vi samma resultat. (Citerat i Andersson 2008a)

Andersson (2008a) beskriver energi som en abstrakt kvantitet som får saker att hända utan att för den delen förbrukas. Energi får alltså saker att hända men är inte orsaken till att något händer. Areskoug et al. (2013 s. 52) väljer att beskriva det på följande vis: ”Energi är oförstörbar, den kan varken skapas eller förintas. Men energi omvandlas mellan olika energiformer, och energiomvandlingar medför att någonting händer. Energi som omvandlas av sig själv blir mindre och mindre användbar och alltmer utspridd i omgivningen”.

Helldén et al. (2015 s.63) fastslår tre viktiga grunder för energibegreppet:

• Energi har ingen massa och kan inte vägas.

• Energi kan varken nybildas eller förbrukas, utan bara omvandlas i olika former.

• Energi är förmågan att uträtta ett arbete, att åstadkomma förändringar med materian.

Allt arbete kräver energi.

Energin förekommer i en rad olika former, omvandlas och flödar. Areskoug et al. (2013) redogör för sju olika former. Rörelseenergi, termisk energi, kärnenergi, strålningsenergi, lägesenergi, elektrisk energi och kemisk energi. De olika formerna samverkar på många sätt med varandra och är aktiva i olika processer.

Energiprincipen innebär att energi inte kan skapas eller förstöras utan enbart omvandlas mellan olika former (Hewitt, 2010). Hewitt (2010) skriver också att energiomvandlingar mellan olika former kan följas i alla händelser på jorden. Areskoug (2006) tillägger också att energi kan omvandlas från energiformer med hög kvalitet till energiformer med låg energikvalitet.

3.2.1 Skillnaden mellan en vardaglig och en naturvetenskaplig beskrivning av energi

I läroplanen under syftesbeskrivningen i ämnet fysik kan man läsa att ”Undervisningen ska skapa förutsättningar för eleverna att kunna skilja mellan naturvetenskapliga och andra sätt att skildra omvärlden” (Skolverket 2019, s.174–175). Många begrepp som används inom naturvetenskapen är också användbara för att beskriva vardagliga fenomen, en del av dessa begrepp får dessutom en annan betydelse i vardagen jämfört med i naturvetenskapen (Ekborg, Johansson, Lindahl, Nilsson, Svensson & Zeidler, 2018). Energibegreppet är ett sådant begrepp som ofta används i vardagsspråket, men med en helt annan innebörd än i det naturvetenskapliga.

Det kan handla om utryck som ”vi får mer energi när vi vilar” eller att ”vi gör oss av med energi när vi rör på oss”. Detta leder till att många människor tänker på energi som något levande, något som kan skapas och ta slut men ur ett naturvetenskapligt perspektiv är det fel.

Vardagsanvändningen av ordet ställer på sätt och vis alltså till det för den naturvetenskapliga förståelsen inom området (Andersson, 2008a). Precis som Andersson (2008a) så redogör Opitz, Harms, Neumann, Kowalzik och Frank (2015) att energi är ett begrepp som har ett stort utrymme i massmedia och ofta används på ett vardagligt sätt. Detta leder till att eleverna ofta får en förståelse för begreppet som något konkret medan det i själva verket är väldigt abstrakt.

Tidigare ansåg man att undervisningen skulle leda till att elevernas tidigare, mer vardagliga uppfattningar om ett begrepp, skulle ersättas av vetenskapliga korrekta förklaringar och modeller. Idag däremot vet vi att eleverna kan lära sig att utrycka sig vetenskapligt korrekt, utan att tidigare sätt att uttrycka sig ersätts. Det handlar om att lära sig att anpassa sitt sätt att tala på

De olika energiformerna

Rörelseenergi Energin som ett föremål har när det är i

rörelse.

Termisk energi Energin som omvandlas när temperaturen på

materia ökar eller minskar.

Kärnenergi Energin som frigörs vid klyvning eller

sammansmältning av atomkärnor.

Strålningsenergi Energin som strålar ut från till exempel solen.

Lägesenergi Energin som ett föremål har när det befinner

sig i ett visst statiskt läge.

Elektrisk energi Energin som transporteras i elledningar

Kemisk energi Energin som frigörs när lägesenergin i

kemiska bindningar omvandlas i kemiska reaktioner.

ett sätt som motsvarar den aktuella praktikens explicita eller implicita krav. Undervisningen behöver därför uppmärksamma den naturvetenskaplig innebörden i de olika begreppen när de introduceras och tydliggöra hur de används i den aktuella praktiken(Molander, 2016).

Andersson skriver att eleverna kommer med sitt ”kunskapsbagage” av vardagsföreställningar när de kommer till skolan. Dessa föreställningar och begrepp är fyllda med erfarenhet, medan de naturvetenskapliga begreppen snarare är fyllda med generalitet, systematik och

förklaringsförmåga. För att titta på världen ur ett naturvetenskapligt perspektiv krävs att eleverna har en uppfattning om världen utifrån ett vardagsperspektiv. För att sedan kunna integrera dessa två tankesätt är det viktigt att motivera och stimulera eleven till att gå mellan vardagstänkande och det naturvetenskapliga tänkandet. Detta leder till ett förbättrat lärande för elevens beständiga förståelse inom kunskapsområdet (Andersson 2008b).

3.2.2 Elevers förståelse för begreppet energi

Eleverna i Sverige värderar matematik och naturvetenskap lägst i skolan och har dessutom ett lågt självförtroende inom ämnet naturvetenskap (Skolverket, 2016). Naturvetenskapen är ett ämnesområde med många ämnesspecifika begrepp, vilka används för att skapa och uttrycka olika teorier och modeller. För många elever är det svårt att förstå de naturvetenskapliga begreppen som avser det abstrakta, sådant som inte kan iakttas (Ekborg, Johansson, Lindahl, Nilsson, Svensson & Zeidler, 2018). Ett sådant begrepp är energi.

Energi är förmågan ett objekt har att kunna utföra ett fysikaliskt arbete. Energi finns lagrat i objekt i olika former (Hewitt, 2010). Begreppet energi är något som är ett fundament inom alla delar av naturvetenskapen, från förmågan att utföra arbete i fysiken, till de kemiska processer som omvandlar energi inom kemin, till användningen av energi i organismer inom biologin.

Men begreppet är dock främst rotat inom fysiken, där det förklaras på sin mest elementära nivå.

Inom naturvetenskapen är förklaringarna på energi abstrakt, förklaringarna grundar sig i matematiska teorier och härledningar. Denna abstrakta förklaringsmodell är något elever har svårt att förstå (Andersson, 2008a). Areskoug och Eliasson (2017) menar därför att lärare bör vara försiktiga vid undervisningen av begreppet så att det inte misstolkas av eleverna.

Andersson (2001) har undersökt vad elever har för uppfattningar om olika begrepp och fenomen inom naturvetenskapen, bland annat energi. Han har då kunnat se att eleverna kommer till lektionerna med olika vardagsföreställningar om de naturvetenskapliga begreppen eller fenomenen som ofta inte stämmer överens med de vetenskapliga förklaringarna. När eleverna sedan får naturvetenskaplig undervisning om begreppen verkar de vetenskapliga förklaringarna samexistera med vardagsföreställningarna, för att sedan efter lektionens slut åter igen bytas ut till förmån för vardagsföreställningarna. Detta anses bero på att elevernas förförståelse kopplat till vardagsföreställningar om begreppet gör att de inte kan nå den begreppsförståelse som de behöver inom naturvetenskapen. Samtidigt som det hade varit svårt att bygga upp den vetenskapliga förståelsen om eleven helt saknat någon vardagsföreställning (Andersson, 2001).

Maharaj-Sharma och Sharma (2014) kom i sin studie fram till att elever i de lägre åldrarna ofta pratade om energi utifrån vardagliga upplevelser eller som ofullständiga idéer, medan de äldre

eleverna kopplade det de kunde om energi till det de lärt sig i skolan. Att följa matematiska härledningar och resonemang är också svårt för elever. Detta då elevernas tidigare kunskap om att tolka sådana resonemang är väldigt begränsade, det är något man lär sig inom de högre stadierna i naturvetenskap (Andersson 2008b).

Elever har en tendens att se levande organismer endast som energiförbrukare. De ser alltså inte hur energin förs vidare, omvandlas från dessa. Även cyklar och bilar brukar uppfattas som energiförbrukare. Detta synsätt kommer från sammanhangen vardag och samhälle, korrekt vore att prata om att det är själva energislaget som förbrukas och omvandlas (Andersson 2001). Inom naturvetenskapen är språket specifikt, modeller och begrepp utrycks och förklaras på ett specifikt vis. Motsvarande fenomen utrycks inom vardagligt språk på ett helt annat vis. Vilket språk som används för att förklara omvärlden och naturen ger helt olika betydelser och ger olika perspektiv. Det finns alltså två olika diskurser som förklarar samma fenomen men på två olika sätt. Den naturvetenskapliga diskursen med alla begrepp och förklaringar kan vara väldigt svårtillgänglig för eleverna, särskilt om de är bekanta med förklaringar från vardagsdiskursen (Schoultz 2002).

Eleverna tycks ha svårt att förstå energiprincipen, det vill säga att den varken kan skapas eller förstöras utan endast omvandlas. Mest troligt skulle de kunna lära sig om energins bevarande inför ett prov, men risken skulle sedan vara stor att de sedan faller tillbaka på tidigare vardagsföreställningar igen (Andersson 2001). Även Schoultz (2002) menar på att även om eleverna skulle börja behärska den naturvetenskapliga diskursen, och använda sig av det naturvetenskapliga språket under laborationer eller i studier av naturvetenskapliga texter, så är det inte säkert att de skulle kunna applicera detta utanför dessa miljöer. Därför bör termerna och begreppen användas i många olika diskurser, för att ge eleverna möjlighet att förstå innebörden av begreppen i olika situationer (Schoultz 2002). En slutsats kan vara att energibegreppet ur vetenskaplig synvinkel används slarvigt, vilket leder till att elevernas uppfattning om omvärlden inte överensstämmer med den naturvetenskapliga förklaringsmodellen (Andersson 2008a).

3.3 Styrdokument

I Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet (2019) beskrivs motiven till varför respektive ämne finns i de olika årskurserna. Varje ämnes kursplan består av syfte, centralt innehåll, vilka förmågor eleverna skall utveckla samt kompletteras med kunskapskrav.

Kursplanen inleds alltid med ett syfte som beskriver vilka kunskaper eleverna skall få möjlighet att utveckla i och genom undervisningen. Syftet avslutas med några punkter som innefattar de långsiktiga målen med ämnet. Målen sammanfattar vilka ämneskunskaper som i slutändan skall betygsättas och därav finns en relation mellan målen och kunskapskraven. All planering och genomförande av undervisning i skolan skall alltså ha sin utgångspunkt i syftet och målbeskrivningen för ämnet. Det centrala innehållet beskriver i sin tur det ämnesinnehåll som eleven ska få möta i sin undervisning. De olika delarna i det centrala innehållet kan få olika mycket utrymme av undervisningen och kombineras på olika sätt. Utifrån elevernas behov och intresse kan också annat innehåll läggas i undervisningen som inte står med i det centrala

innehållet. Innehållet står i punktform och är uppdelat i ett antal olika kunskapsområden, detta betyder inte att det är olika arbetsområden i undervisningen utan är enbart ett sätt att strukturera innehållet i ämnet. Punkterna kan komma att kombineras inom och mellan olika kunskapsområden men också mellan olika ämnen (Skolverket, 2017). Energi är ett mycket stort område i läroplanen och ingår i alla de vetenskapliga ämnena men här kommer fokus att ligga på ämnet fysik.

3.3.1 Kursplanen i Fysik

”Naturvetenskapen har sitt ursprung i människans nyfikenhet och behov av att veta mer om sig själv och sin omvärld. Kunskaper i fysik har stor betydelse för samhällsutvecklingen inom så skilda områden som energiförsörjning, medicinsk behandling och meteorologi. Med kunskaper om energi och materia får människor redskap för att kunna bidra till en hållbar utveckling.”

(Skolverket, 2019, s.174).

Centralt innehåll i årskurs 4–6

Fysiken i naturen och samhället

• Energins oförstörbarhet och flöde, olika typer av energikällor och deras påverkan på miljön samt energianvändningen i samhället (Skolverket 2019, s.176).

Fysiken och vardagslivet

• Energiflöden mellan föremål som har olika temperatur. Hur man kan påverka energiflödet, till exempel med hjälp av kläder, termos och husisolering (Skolverket 2019, s.176).

Fysiken och världsbilden

• Några historiska och nutida upptäckter inom fysikområdet och deras betydelse för människans levnadsvillkor och syn på̊ världen (Skolverket 2019, s.177).

Det avsedda lärandeobjektet i denna studie var energins oförstörbarhet och flöde utifrån det centrala innehållet för fysik i årskurs fyra till sex. Eleverna skulle ges möjlighet förstå att energin inte kan skapas eller ta slut utan endast omvandlas mellan olika former och vilka dessa olika former kan vara.

3.3.2 Bedömning och kunskapskrav

Kunskapskraven i läroplanen beskriver vilka kunskaper som krävs för godtagbara kunskaper i slutet av årskurserna 1 och 3 samt de olika betygsstegen för årskurs 6 och 9. De är framtagna och formulerade utifrån de långsiktiga målen och det centrala innehållet för varje ämne.

Lösryckta ur sitt sammanhang så säger inte kunskapskraven något om nivån på elevens

kunnande, utan för det krävs tolkning av kunskapskraven i förhållande till syftet, det centrala innehållet och undervisningen. Kunskapskraven används som ett verktyg för att bedöma elevens kunskaper vid betygssättningen och för att ge omdömen i årskurs 1–5 om elevens kunskapsutveckling. Vid betygssättning skall kvalitén på elevens kunnande värderas utifrån kunskapskraven avgöra vilket betyg som bäst motsvarar elevens kunskaper. Viktigt är att kunskapskraven inte ligger till grund för planering av undervisningen. Vid planering och genomförande av undervisning är det ämnets syfte och centrala innehåll som är grunden, men avstämningar mot kunskapskraven bör göras då de ska användas som stöd för att samla in ett brett och varierat underlag inför betygssättningen. Vid betygssättning i årskurs 6 är det däremot kunskapskraven som skall utgöra grunden, men även då med hänsyn tagen till syfte, centralt innehåll, elevernas förmågor och den undervisning som bedrivits (Skolverket, 2017). Ett samspel mellan syfte, centralt innehåll, de förmågorna eleverna utvecklat och kunskapskraven är alltså alltid nödvändigt.

Kunskapskrav för betyget E i årskurs 6

Eleven kan samtala om och diskutera enkla frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle genom att ställa frågor och framföra och bemöta åsikter på̊ ett sätt som till viss del för samtalen och diskussionerna framåt.

Eleven har grundläggande kunskaper om fysikaliska fenomen och visar det genom att ge exempel på och beskriva dessa med viss användning av fysikens begrepp.

(...)Eleven kan också beskriva och ge exempel på energikällor, energianvändning och isolering med viss koppling till energins oförstörbarhet och flöde. (...)Eleven kan också berätta om några naturvetenskapliga upptäckter och deras betydelse för människors levnadsvillkor.

(Skolverket 2019, s.179–180) I kunskapskraven används värdeord för att beskrivande kvalitativa skillnader på kunskapsnivåer för de olika betygsstegen. För att de ska bli så tydliga och enhetliga som möjligt har varje betygssteg ett begränsat antal värdeord och dessa används endast för det betygssteget.

Uttrycket ”mycket goda” används till exempel uteslutande på A-nivån, oavsett ämne. Alla värdeorden är fetmarkerade i texten för att förtydliga skillnaden mellan kunskapskraven (Skolverket, 2017).

3.4 Forskande lärare

Skolans pedagogiska verksamheter ska vara forskningsbaserade och dessa krav ökar, frågan är däremot vilken slags forskning verksamheten behöver? (Carlgren, 2011). Skollagen anger att undervisningen skall vila på vetenskapliggrund och beprövad erfarenhet (2010:800 1 kap. 5 §).

Spänningsfältet mellan praktik och teori i lärarutbildningen men också i verksamheten är ett område som är väl be forskat men också omdiskuterat. Bland annat har man studerat om och i så fall hur lärare tar till sig forskningsresultat i sin praktik. Frågan har varit om det finns några spår av teorin i praktiken? Dessa frågor grundar sig i att det finns en tankefigur som innebär att lärare skall ta emot kunskap som produceras av andra och i andra sammanhang. Samtidigt som sådan forskning inte alltid syftar till att ge kunskap för lärare om klassrumsarbete och

undervisning, utan snarare att skapa kunskap om praktiken. För att lösa problemet med gapet mellan teorin och praktiken kan en möjlighet vara att göra lärarna delaktiga i produktionen av kunskap som senare skall utgöra den vetenskapliga basen som deras vardagliga arbete skall bygga på. Lärarna skall alltså inte enbart vara konsumenter av kunskap utan också producera den. Genom att det är lärarna som ställer forskningsfrågorna, utifrån sina vardagsproblem, och undersöker den egna praktiken så innebär det att en annan typ av kunskap skapas. Utifrån detta har olika typer av ”lärarforskning” prövats, i form av forskningscirklar och learning studies bland annat. De kan ha olika inriktningar, syften och upplägg men bedrivs ofta tillsammans med forskare från akademin, denna forskning görs alltså tillsammans med lärarna och inte på eller för dem (Runesson, 2011). Resultatet av dessa lärar- och forskarsamarbeten visar att det sker en förändring av praktiken och att lärarna får ökat självförtroende och blir mer medvetna (Rönnerman, 2011).

En modell för skolutveckling och forskning är som ovan nämnt learning study. I en learning study studerar flera lärare tillsammans hur man på bästa sätt kan undervisa elever att förstå ett visst lärandeobjekt som tycks vara svårt för eleverna. I en cyklisk process studeras sedan relationen mellan undervisningen och elevernas lärande genom att revidera och analysera undervisningen och dess resultat (Vikström, 2015). I ett kollegialt samarbete lyfts och diskuteras de kritiska aspekterna för lärandeobjektet och elevernas sätt att resonera och förstå lärandeobjektet när undervisningen startar undersöks. Utifrån detta formas och planeras den kommande undervisningen och följs sedan upp efter varje undervisningstillfälle i en cyklisk process. I en learning study används variationsteorin som verktyg, teorin kommer att beskrivas nedan, och i ett kollektivt arbete studeras relationen mellan undervisning och elevernas lärande (Helldén et al., 2015).

Förhoppningen är att lärares eget deltagande i forskning skall bidra till en bättre praktik i och med att pedagogerna får vara delaktiga i att ställa för dem relevanta forskningsfrågor och delta i de lärandeprocesser som forskningen studerar. Det har också visat sig att det ger goda resultat även utanför själva forskningsprocessen, lärarna blir mer säkra i sin förmåga att främja elevers lärande, mer aktiva att identifiera och lösa problem i sin undervisning och att identifiera områden för förbättring genom att ställa frågor till praktiken. Aktionsforskning bygger på antagandet att de som jobbar som lärare är de som har bäst kunskap om sin praktik och därför också bäst lämpade att identifiera områden som behöver utvecklas eller förändras (Rönnerman, 2011).

4. Teoretisk utgångspunkt

Patel och Davidson (2011) beskriver teori som ett system av antaganden som hjälper oss att förstå den del av verkligheten som skall studeras. Utifrån olika teorier kan en så stor mängd information som möjligt förstås och förklaras kring ett visst studieobjekt. Variationsteorin är den teori som legat som utgångspunkt för denna studie och använts som ramverk och guidande princip från planering, genomförande till utvärdering och analys av undervisningen.

Dagens naturvetenskapliga undervisning innehåller enligt Roberts (2007) mycket av ”den korrekta förklaringen” där anledningen till varför eleverna ska lära sig något är för att det är sant. Vidare menar Vikström (2015) att den traditionella naturvetenskapliga undervisningen bygger på att ge elever många exempel om samma sak för att visa på dess likheter i syfte att eleverna skall få en generell förståelse för de olika begreppen. Variationsteorin lyfter i motsats till detta att det är minst lika viktigt att visa på skillnader. Lo (2014) ger exemplet att begreppet

”varm” inte kan urskiljas utan begreppet ”kall”, om det vore så att allt i världen hade samma temperatur så skulle de inte gå att urskilja begreppen.

4.1 Variationsteori

Variationsteorin har sitt ursprung i den fenomenografiska forskningstraditionen, vilket är en forskningsansats med syfte att beskriva de kvalitativa skillnaderna på hur människor upplever eller ser samma fenomen. Med variationsteorin som teoretiskt ramverk är det möjligt att studera undervisning, lärande och relationen däremellan (Helldén et al., 2015).

4.1.1 Lärandets objekt

Variationsteorins utgångpunkt är lärandets objekt. Lärandets objekt är förmågan att förstå något på ett specifikt sätt. Det avsedda lärandeobjektet är de målsättningar läraren har med sin undervisning och det läraren utgår från i sin planering för att erbjuda eleverna möjligheten att nå de uppsatta målen. För att få fram ett specifikt lärandeobjekt, det vill säga ett visst sätt att förstå något, krävs att specifika kritiska aspekter urskiljs (Lo, 2014).

Vid själva lektionstillfället genomförs sedan det iscensatta lärandeobjektet, det vill säga de möjligheter till lärande som uppstår vid undervisningstillfället. Detta förutsätter urskiljande av de kritiska aspekterna vilket i sin tur kräver någon form av variation eller kontrast. Genom att erbjuda genomtänkta variationsmönster i undervisningen möjliggörs urskiljandet av de kritiska aspekterna (Helldén et al., 2015). När lärandeobjektet iscensätts i undervisningen, formas lärandets rum, som erbjuder möjligheterna och begränsningarna för lärandet.

Det erfarna lärandeobjektet är det som den enskilda eleven får med sig från undervisningssituationer. Det eleven tar med sig beror dock inte bara på det lärande som möjliggjordes vid undervisningstillfällena utan även vilka erfarenheter eleverna hade sen tidigare, deras motivation och vilka förutsättningar som fanns spelar också in. Varje enskild elev går sedan från lektionen med sitt eget individuella erfarna lärandeobjekt, som kan vara en

förståelse för alla, eller i alla fall kanske någon, av de kritiska aspekterna i det avsedda lärandeobjektet (Helldén et al., 2015).

4.1.2 Kritiska aspekter

Kärnan i variationsteorin är att om vi skall förstå något på ett visst sätt så krävs det att vi kan urskilja de kritiska aspekterna för lärandeobjektet. (Helldén et al., 2015). Genom att först definiera lärandeobjektet och försöka reda ut vad det innebär att förstå i det här fallet begreppet energi, så kan frågan vad är det man kan då man ”kan” ställas. Det som inledningsvis ska problematiseras är det avsedda lärandeobjektets kritiska aspekter, det vill säga de aspekter som eleverna måste få möjlighet att urskilja för att nå den förståelse som är önskvärd (Vikström, 2015). Då måste de kritiska aspekterna för just den specifika elevgruppens förståelse av begreppet eller fenomenet identifieras. Läraren kan då använda sig av nedanstående frågor för att försöka närma sig de preliminära kritiska aspekterna hos lärandeobjektet:

• Vad är det som skiljer ett sätt att se på något, eller förstå något, från ett annat sätt att se på̊

samma sak?

• Vilken förmåga vill vi att just denna barn- eller elevgrupp ska utveckla? På vilket sätt vill vi att barnen ska förstå just detta innehåll? (Helldén et al., 2015, s. 26)

Svaren på dessa frågor och tidigare forskning om elevers förståelse för ett begrepp eller fenomen kan användas för att identifiera preliminära kritiska aspekter för det avsedda lärandeobjektet. Viktigt är också att inledningsvis ta reda på vad eleverna redan förstår, vilka kritiska aspekter de redan uppfattat och vilka de ännu inte fått möjlighet att få syn på (Lo, 2014).

Med andra ord identifieras de kritiska aspekterna utifrån lärandets objekt samt elevernas förförståelse. Nya kritiska aspekter kan även framkomma i undervisningsprocessen och göras möjliga att urskilja för eleverna för att utveckla förståelsen för lärandeobjektet (Vikström, 2005).

4.1.3 Variationens betydelse

Variationsmönster kan användas för att förbättra lärande, för att skapa möjligheter för elever att urskilja de kritiska aspekter som identifierats. Vid undervisning ligger tyngdpunkten ofta på att använda exempel som visar på likheter, men enligt variationsteorin räcker det inte att förlita sig på enbart likheter. För att bli medveten om en enskild aspekt krävs en viss medvetenhet om skillnader, aspekten kan urskiljas om den kontrasteras mot något. Någon urskiljning är inte möjlig utan att erfarit vissa skillnader, men det kan inte förekomma någon erfaren skillnad utan att samtidigt erfarit mints två saker som är lika (Lo, 2014).

Urskiljning, samtidighet och variation (eller skillnad) hör alltså ihop. Att urskilja en viss egenskap genom att titta på dess likheter med andra exempel går inte. För att förstå en egenskap krävs att det jämförs med en andra egenskaper. Att lära sig av likheter skapar generalisering, men för att se likheter krävs medvetenhet om respektive egenskap, vilket krävs för att kunna se

likheterna. Utan att se skillnad så går det inte att urskilja likheter. De kritiska aspekterna för ett begrepp urskiljs genom att det konstraseras mot andra icke-exempel av begreppet (Lo, 2014).

Att skapa variationsmönster är ett användbart verktyg för att strukturera undervisningen så att eleverna har möjlighet att lära sig det avsedda lärandeobjektet. Men om eleven lär sig det som läraren förväntar sig beror på om eleverna kan erfara och urskilja variationsmönstret eller inte (Lo, 2014).

5. Metod

I detta avsnitt presenteras den metod som har använts för att besvara studiens forskningsfrågor.

Avsnittet beskriver studiens urval och avgränsningar, vilka forskningsetiska principer som studien tagit hänsyn till, liksom hur data insamlats och bearbetats.

5.1 Kvalitativ metod

Studien är av kvalitativ karaktär och baserad på den metod som bäst ansågs kunna samla in den information som behövs för att kunna besvara de forskningsfrågor som formulerades. Jacobsen (2017) menar att den kvalitativa forskningsmetoden lämpar sig när intresset ligger i att skapa klarhet i ett begrepp eller fenomen, metoden används oftast när man vill få fram hur människor förstår och tolkar olika givna situationer. Att söka förståelse istället för att förklara eller förutsäga ett fenomen är oftast det som görs när den kvalitativa forskningsmetoden används och är en passande metod om intresset ligger i att ta reda på människors uppfattningar eller upplevelser av någonting (Backman, Gardelli, Gardelli, & Persson, 2012). Att mäta verkligheten i siffror anses inom denna metod vara svårt och datainsamling görs istället genom exempelvis samtal och intervjuer, vilket sätter ord på hur situationer och annat upplevs. I och med att respondenten kommer med sin förståelse, vilket räknas som den korrekta, så består den data som samlas in ofta av flera individuella uppfattningar och upplevelser (Jacobsen, 2017).

Då studiens syfte är att öka kunskapen om hur elevers förståelse för begreppet energi kan utvecklas, och hur jag i min lärarroll kan stödja denna utveckling ligger studiens syfte väl i linje med Skollagens (SFS 2010:800 1 kap. 5 §), formulering om att undervisningen ska vila på vetenskaplig grund och beprövad erfarenhet.

5.2 Urvalsgrupp

Urvalet av respondenter till denna studie baserades till största del på det formulerade syftet och forskningsfrågorna, då dessa avgör vilken grupp det passar att inrikta sig på (Eriksson- Zetterquist & Ahrne, 2015). De elever som deltog i min studie går i årskurs fem, innehållande 25 elever, i en liten skola i en av Norrbottens inlandskommuner. Deltagande elever i studien blev slutligen 19 stycken. Eftersom jag under tiden jag studerat på universitetet jobbat i klassen föll det sig naturlig att utföra min studie där. Detta innebär att urvalet kan benämnas som ett bekvämlighetsurval, då valet av respondenter föll på det som var enkelt och bekvämt för mig (Jacobsen, 2017). Eftersom en del av min studie bestod av deltagande observation var det också en fördel att jag i min forskarroll var känd av eleverna sedan tidigare (Patel & Davidson, 2011).

Förutsatt att eleverna och vårdnadshavarna godkände deltagandet var tanken att hela klassen skulle delta, då alla elever skulle gynnas i sitt lärande av att delta i studien och de undervisningsmomenten som ingick. Till de kvalitativa gruppsamtalen valdes elever ut som ansågs kunna resonera på olika sätt och inte utifrån om de klassas som hög- eller lågpresterande.

Eftersom jag jobbat mycket i klassen innan valde jag tillsammans med nuvarande klassföreståndaren ut vilka elever som ansågs passande för uppgiften.

5.3 Forskningsetiska principer

När forskning genomförs måste alltid innehåll och tillvägagångssätt genomsyras av etiska ställningstaganden. Vetenskapsrådet (2002) beskriver fyra etiska krav på hur forskning bör bedrivas. Informationskravet innebär att forskaren är skyldig att redovisa studiens syfte för deltagarna. Samtyckeskravet innebär att deltagarna har rätt att avbryta sitt deltagande när som helst och har då ingen skyldighet att informera om orsaken till det. Deltagarna måste lämna sitt samtycke till att delta i studien, ingen person kan alltså delta mot sin vilja och detta är ett beslut forskaren måste respektera. När personer under 15 år deltar i ett forskningsprojekt krävs samtycke av vårdnadshavarna, därför skickades ett brev ut till alla vårdnadshavare om studiens syfte och genomförande där de fick godkänna sina barns medverkan (se bilaga 1).

Nyttjandekravet innebär att insamlad data inte får användas för andra ändamål än forskning.

Deltagarna har enligt konfidentialitetskravet rätt till att vara anonyma under hela studien, vilket innebär att studien skall genomföras med en sådan sekretess att ingen ska kunna spåra de personer eller platser som studien är grundad på. Inför denna studie har jag tagit del av de riktlinjer och regler som finns.

Vad gäller de etiska hänsyn som måste tas i en studie som denna så är nog konfidentialitetskravet det viktigaste och självklaraste. Jag har därför gjort allt jag kan för att bevara elevernas anonymitet. I resultat avsnittet används därför fingerade namn på eleverna.

När det gäller barn har de små möjligheter att hävda sin egen integritet och kunna stå för sina egna tolkningar då de oftast inte själva valt att delta i forskningen utan deras vårdnadshavare har gett sitt godkännande. Det är därför viktigt att hela tiden beakta barnens integritet och handla på så sätt att de inte känner sig obekväma i situationen. Johansson (2003, s.45) skriver därför att ”Ansvaret för barns integritet och för att barns perspektiv kommer till uttryck vilar på forskaren.” Detta gäller inte bara vid genomförandet av studien utan är viktigt att tänka på då man som forskare sammanställer och presenterar sitt resultat (Johansson, 2003).

5.4 Genomförande av lektionsserien

Denna studie genomfördes genom att först definiera ett avsett lärandeobjekt, energins oförstörbarhet och flöde, och vilka preliminära kritiska aspekter som undervisningen måste erbjuda eleverna att få syn på. Ett förtest gav mig möjlighet att få syn på elevernas förkunskaper och utgjorde en grund för min lektionsplanering. Sedan genomfördes en lektionsserie innehållande tre lektioner (se bilaga 2).

Det avsedda lärandeobjektet var att förstå energiprincipen som beskriver energins oförstörbarhet och flöde, att energi inte kan försvinna utan bara omvandlas i olika former. Att förstå energiprincipen, och tidigare forskning om elevers förståelse av denna, gav mig de preliminära kritiska aspekter jag ville lyfta i min undervisning. Detta innebar att eleverna skulle få möjlighet att förstå hur energikedjor ser ut, till exempel att en energiomvandling kan börja med den kemiska energi de fick tillgång till när de åt frukost, hur denna energi omvandlas till rörelseenergi när de springer och slutligen till den värmeenergi de sedan avger. De bör också ha förståelse för att energimängden är konstant på vår jord, att denna mängd varken kan bli mer

eller mindre utan endast omvandlas. En annan kritisk aspekt som identifierades innan undervisningen var att vardagsspråkets energibeskrivningar skiljer sig från det naturvetenskapliga sättet att beskriva energi. I stort sett varje dag stöter eleverna på ordet energi i ett vardagligt sammanhang, ”gå och lägg dig så får du mer energi” eller ”gå ut och ta lite luft så får ni mer energi” men detta handlar om något helt annat än det naturvetenskapliga begreppet energi som har energiprincipen som grund. Förutom de preliminära kritiska aspekterna som tidigare forskning visat på framkom ytterligare aspekter genom förtestets gruppintervjuer och även dessa togs hänsyn till i lektionsplaneringen. Exempelvis att eleverna kopplade energi enbart till elektricitet som vi använder i vår vardag. Lektionerna hade alla olika längd, men den totala undervisningstiden blev 115 minuter.

Första lektionen började med att introducera ämnet för hela gruppen, de elever som dagen innan deltagit i intervjuerna visste redan vad lektionen skulle handla om. Lektionen började med att vi gjorde en gemensam tankekarta kring begreppet energi, för att synliggöra hela gruppens förförståelse. Sedan såg vi en kort film (2 minuter), ”Snabbkoll på energi” (Ur play, 2019). Vi samtalade sedan om de olika ord och begrepp filmen tog upp men också vad den visade om de kritiska aspekterna för energiprincipen och olika energiformer. Tillsammans hjälptes vi åt att minnas vad energiprincipen innebär och vilka olika energiformer som finns men också var de finns.

Den andra lektionen inleddes med en återkoppling till lektionen innan, för att hjälpa eleverna att åter knyta an till lärandeobjektet, begreppen från dagen innan gicks igenom igen. Därefter lästes en faktatext om energi. Vi pratade om vad som inte är energi, genom att jämföra med materia. Jag gav konkreta exempel på kontraster som synliggjorde energins egenskaper och eleverna fick i uppgift att på en bild identifiera olika former av energi.

(Naturskyddsföreningen, 2015)

Under den tredje lektionen som genomfördes i direkt anslutning till den andra utfördes ett experiment för att försöka skapa förståelse för energins oförstörbarhet och flöde och hur energi

omvandlas mellan olika former. Experimentet gick ut på att sätta en elev i en stor kartong med en termometer för att se vad som händer med temperaturen i lådan. Testet pågick i sex minuter och temperaturen avlästes varje minut. Därefter fick eleverna skriva ner iakttagelser, resultat och slutsatser av experimentet innan vi slutligen formulerade detta gemensamt. Efteråt ritade vi tillsammans en energikedja som illustrerade hur energin omvandlats och hur värmen kommer till lådan: från solens strålar (strålningsenergi), via maten och kroppen (kemisk energi) och slutligen omvandlas till värme i lådan (värmeenergi). Vi ritade också en liknande energikedja för en elektrisk apparat som illustrerade hur energin från ett kraftverk kan omvandlas till den elektriska energin som får apparaten att fungera och sedan omvandlas till värme. I slutet av den tredje lektionen genomfördes ett individuellt eftertest för att kunna analysera det erfarna lärandeobjektet.

5.5 Datainsamling

Nedan beskrivs de olika datainsamlingsmetoder som använts och varför just dessa val har gjorts.

5.5.1 Ljudinspelade gruppintervjuer som förtest

För att ta reda på vilka preliminära kritiska aspekter som finns för lärandeobjektet är det viktigt att elevernas förkunskaper dokumenteras och analyseras (Helldén et al., 2015). Kvalitativa gruppintervjuer genomfördes som förtest dagen innan första lektionen skulle genomföras, i två grupper med 4 elever i varje grupp. Innan intervjun informerades eleverna om hur deras bidrag skulle komma att användas samt att deltagandet var anonymt (Patel & Davidsson, 2011).

Båda gruppintervjuerna spelades in med ljudupptagning, med hjälp av en mobiltelefon som inspelningsverktyg, vilket både elever och vårdnadshavare var informerade om innan och hade godkänt. Ljudinspelning användes för att allt eleverna sade skulle dokumenteras och kunna analyseras i efterhand. Den totala längden på intervjuerna blev 25 minuter. Att endast ta anteckningar vid intervjuer gör att det är lätt att gå miste om data, vid ljudinspelning registreras alla svar vilket är en stor fördel (Patel & Davidson, 2011). Valet att intervjua i grupp i stället för enskilt föll på studiens fokus att ta reda på hur en grupp elever kan utveckla kunskap för ett visst begrepp. Doverborg och Pramling-Samuelsson (2012) menar att gruppintervju är att föredra om studiens syfte är att ta reda på hur en grupp elever uppfattar eller förstår ett visst begrepp. När man intervjuar i grupp är det dock viktigt att den som leder intervjun är uppmärksam på vilka roller som finns i gruppen. Det är viktigt att beakta förutsättningarna för samtligas möjligheter att komma till tals, både den pratglada och blyga eleven. En fördel med att intervjua eleverna i grupp är att de får ta del av kamraternas reflektioner och tänkande vilket kan föra samtalet vidare (Doverborg & Pramling-Samuelsson, 2012). Vid utformningen av frågeställningarna (bilaga 3) tittade jag på tidigare forskning om elevers förståelse för begreppet energi. Frågorna som ställdes handlade om vad energi är, var energi kommer ifrån, om energi kan ta slut och hur vi får tillgång till och använder energi. Dessutom ställdes följdfrågor beroende på elevernas svar.

5.5.2 Ljud- och videoinspelning av undervisningen

Vid lektionstillfällena användes ljudinspelning med en mobiltelefon fäst på mig själv som dokumentation. Detta möjliggjorde att en stor del av elevers frågeställningar och resonemang samlades in, så att detta sedan kunde analyseras och användas i resultatet. En av fördelarna med att göra ljudinspelningar är att deltagarnas samtal går att lyssna på flera gånger vid behov när transkribering och analys av data skall göras. Men det var inte bara respondenternas röst som var värdefullt att samla in, inspelningen av min röst var betydelsefull vid analysen av min egen insats. Att lyssna till sin egen röst för att höra vad som utförts bra och mindre bra är mycket lärorikt (Trost, 2010). För att kunna analysera det iscensatta lärandeobjektet och det lärandeobjekt som formades i praktiken valde jag att komplettera ljudinspelningen med att videofilma lektionsserien men hjälp av en iPad på ett stativ uppställd mitt i klassrummet.

Hela studien kan beskrivas som en deltagande observation vilket innebär att forskaren själv deltar under observationen, detta kan ha både för- och nackdelar. Mitt eget deltagande gjorde det möjligt bepröva erfarenheterna av min egen undervisning. En fördel kan vara att deltagandet ger en närhet till det som skall studeras vilket möjliggör att upptäcka fler företeelser som hade kunnat missats om forskaren inte deltagit själv. Nackdelen däremot kan vara att deltagandet kan påverka det som skall studeras till det negativa och göra analysen mer subjektiv (Backman et al., 2012).

I och med den deltagande observationen möjliggjorde det att jag på nära håll kunde undersöka det iscensatta lärandeobjektet, alltså det som skedde i undervisningen och variationen i hur eleverna uppfattade detta (Lo, 2014). Vid aktionsforskning blir läraren delaktig i produktionen av kunskap och gapet mellan teori och praktik minskar. Detta leder till att läraren blir mer medveten vid lärandetillfällena och då ökar också möjligheten för lärande (Runesson, 2011).

För att samla data till min deltagande observation användes ljud- och videoinspelning och kompletterades med att jag efter varje lektion antecknade iakttagelser och reflektioner över min egen undervisning och elevernas agerande.

5.5.3 Eftertest – Exit tickets

För att få syn på elevernas erfarna lärandeobjekt och för att kunna analysera relationen mellan min undervisning och elevernas kunskapsutveckling genomfördes ett eftertest där alla eleverna fyllde i varsin exit ticket. Exit ticket, eller på svenska även kallade utgångsbiljett eller lärkvitto, innebär att i slutet av lektionen eller lektionsserien får eleverna möjlighet att förklara hur de till exempel uppfattat målet, genomgången eller instruktionen. Utformningen av exit tickets kan se olika ut, både i innehåll eller formuleringar. Det kan vara frågor eleverna ska svara på eller meningar som skall avslutas till exempel ”Idag har jag lärt mig...”. Exit tickets kan genomföras skriftligt men också muntligt, till exempel genom att ge varje elev en kort stund var i slutet av lektionen för att berätta vad de upplevt som lektionens kärna. Svaren läraren får in kan antigen läsas översiktligt för att få en snabb uppfattning eller läsas mer systematiskt. Visar det sig att de flesta svarat i linje med lektionens syfte och mål kan arbetet efter planeringen fortsätta. Men

visar det sig att eleverna inte svarat i linje med det avsedda lärandets objekt, behöver man stanna upp och fundera och möjligtvis planera om kommande lektion (Diaz, 2014). Den exit ticket som utgjorde studiens eftertest innehöll liknade frågeställningar som de som ställdes i intervjuerna innan lektionsserien (se bilaga 4). Detta gjorde det möjligt att få syn på i vilken grad det erfarna lärandeobjektet överensstämde med det avsedda.

Vid eftertestet synliggjordes det erfarna lärandeobjektet, det som eleverna faktiskt fick med sig från undervisningen (Helldén et al., 2015). De frågor som ställdes vid eftertestet skiljde sig något från de frågorna om ställdes i de inledande gruppintervjuerna. De inledande gruppintervjuerna bestod av övergripande frågor för att guida eleverna mot begreppet energi, vilket är en bra strategi vid intervjuer med yngre elever (Doverborg & Pramling, 2012). Vid eftertestet var frågorna mer specifika eftersom ämnet var inarbetat vid tillfället. Frågorna som ställdes vid eftertestet berörde exempelvis även innebörden av energiprincipen. Genomförandet av för- och eftertest är att sätt att undersöka hur elever uppfattar saker och ting. Av vikt är då att frågorna är av analytisk karaktär och de kritiska aspekterna hos lärandeobjektet ska vara i fokus (Lo, 2014).

5.6 Bearbetning, tolkning och analys

Innan jag började med undervisningen och lektion ett transkriberades de två gruppintervjuer med totalt åtta elever som gjordes innan lektionerna. Efter transkribering, tittade jag efter de kritiska aspekterna, stämde de preliminära och hittade jag någon mer för mitt fortsatta arbete med lektionsplaneringen. Efter genomförda lektioner transkriberades även videofilmen och ljudinspelningen till skriven text för att kunna göra en analys av det iscensatta lärandeobjektet och vad eleverna erbjöds för undervisning under lektionsserien. Som analysverktyg användes variationsteorin för att studera relationen mellan undervisning och lärande. Här blir det viktigt att förstå vad som visades och vad som inte visades, samt vad som hände och inte hände. Det är också viktigt att uppmärksamma vad som sades eller inte sades i samspelet mellan läromedel, lärare och elever (Helldén et al., 2015). Transkriberingen av den insamlade data från lektionsserien skedde i dagarna efter att lektionerna genomfördes, detta för att viktiga detaljer inte skulle glömmas bort. I resultatavsnittet har alla eleverna benämnts med fingerade namn.

Empiriskt material Total omfattning

Ljudinspelning 120 minuter

Videofilm 102 minuter

Transkriberat material 36 sidor (dataskrivna) Anteckningar efter lektionerna 1 ½ sida

När datan sedan bearbetades skedde en viss datareduktion, vilket är vanligt och innebär att data som inte har relevans för studien plockas bort (Backman et al., 2012). Datareduktionen skedde vid genomgången av transkriberingen för att få en mer övergripande bild av materialet.

Transkriberingen lästes sedan igenom flera gånger för att jag skulle bli förtrogen med materialet, vilket är en nödvändighet för att analys av data ska bli möjlig (Rennstam &

Wästerfors, 2011). Jag valde att färgkoda min transkribering efter de olika kritiska aspekterna.

Varje kritisk aspekt fick sin egen färg och sedan strök jag under det material som hörde till vardera aspekt. På så sätt kunde jag sedan sortera och bena ut vad som hörde till vad. Jag markerade också de variationsmönster som formades i undervisningen i relation till de kritiska aspekterna. Jag tittade också på det språk jag använde och på vilket sätt de kunde vara avgörande för elevernas lärande.

Det avsedda lärandeobjektet, det iscensatta lärandeobjektet samt elevernas erfarna lärandeobjekt jämfördes med varandra för att se hur elevernas förståelse för begreppet förhöll sig till de möjligheter som min undervisning erbjudit. Med andra ord analyserades hur min planering och genomförandet av lektionerna förhöll sig till vad eleverna sedan visade förståelse för.