Hansblom, Claud g, Maria Examensarbete
Natur, Miljö, Samhälle Examensarbete i fördjupningsämnet (Naturorientering, teknik och lärande) 15 högskolepoäng, avancerad nivå Hur elever uppfattar begreppet energi How students perceive the concept of energy Claudia Hansblom Maria Lindskog Grundlärarexamen med inriktning mot arbete i årskurs 4-6, 240 högskolepoäng. 2015-05-07 Examinator: Nils Ekelund Handledare: Leif Karlsson 1 Förord Vi är två lärarstuderande som har valt att skriva vårt examensarbete i par. Litteraturen som används inom arbetet har vi delat upp mellan varandra för läsning, och vi bearbetade därefter informationen tillsammans genom diskussioner. Metod, resultat och slutsats är genomförda och skrivna gemensamt. Vi vill tacka vår handledare Leif Karlsson för gott samarbete och givande handledning under vår skrivprocess. Vi vill även tacka de lärare och elever i årskurs 5 som ställt upp på enkätundersökningar och intervjuer. Utan er hade arbetet inte gått att genomföra! 2 Sammanfattning Syftet med vårt examensarbete har varit att undersöka hur elever uppfattar begreppet energi i årskurs 5. Teorierna vi valde att utgå från grundar sig på ett konstruktivistiskt- och sociokulturellt perspektiv. Inom den tidigare forskningen presenteras fyra olika undersökningar, varav två är genomförda med äldre elever/studenter och två är genomförda med yngre elever. Vi har valt att använda undersökningar som är genomförda med äldre elever/studenter eftersom vi inte hittat mycket genomförd forskning i årskurs 5. I vår metod valde vi att använda oss av enkäter och intervjuer. Båda metoderna utgick från öppna frågor och flervalsfrågor. Resultatet vi kom fram till var att elever i årskurs 5 i huvudsak uppfattar energibegreppet ur ett vardagligt perspektiv, medan resterande elever uppfattar begreppet som vetenskapligt. När det kommer till skillnaden i uppfattningarna mellan elever i årskurs 5 och i årskurs 8 har båda åldersgrupperna svårt att uppfatta energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv, utan uppfattar det ur ett pseudovetenskapligt- eller vardagligt perspektiv. Nyckelord: elever, energi, pseudovetenskapligt, uppfattningar, vardagligt, vetenskapligt, årskurs 5 och 8, ålder 11-12 och 14-15. 3 4 Innehållsförteckning 1. Inledning och bakgrund.................................................................................. 8 1.1 Definitioner av begreppet energi ............................................................... 9 1.1.1 Vetenskapligt...................................................................................... 9 1.1.2 Pseudovetenskapligt ......................................................................... 10 1.1.3 Vardagligt ............................................................................................. 11 2. Syfte och frågeställning ................................................................................. 12 3. Litteraturgenomgång .................................................................................... 13 3.1 Teori ........................................................................................................ 13 3.1.1 Jean Piaget ........................................................................................ 13 3.1.2 Lev Vygotskij ................................................................................... 14 3.2 Tidigare forskning ................................................................................... 15 3.2.1 Papadourisa & Constantinoua .......................................................... 15 3.2.2 Saglam-Arslan .................................................................................. 16 3.2.3 Svedholm & Lindeman .................................................................... 17 3.2.4 TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study) 2011 ........................................................................................................... 18 4. Metod och genomförande ............................................................................. 21 4.1 Sökningsprocess och urval ...................................................................... 21 4.2 Enkät........................................................................................................ 22 4.2.1 Databearbetning av enkäter .............................................................. 24 4.3 Intervju .................................................................................................... 24 4.3.1 Databearbetning av intervjuer .......................................................... 25 4.4 Reliabilitet och validitet .......................................................................... 26 4.5 Etiska ställningstaganden ........................................................................ 27 5. Resultat, analys och teoretisk tolkning........................................................ 29 5 5.1 Hur uppfattar elever i årskurs 5 begreppet energi sett från ett vetenskapligt, pseudovetenskapligt och vardagligt perspektiv? ................... 29 5.1.1 Enkät................................................................................................. 29 5.1.2 Intervju ............................................................................................. 32 5.2 Vilka skillnader finns i uppfattningen av energibegreppet mellan årskurs 5 och årskurs 8?............................................................................................. 36 6. Diskussion....................................................................................................... 39 6.1 Reflektion av tidigare forskning ............................................................. 39 6.2 Reflektion av undersökningens resultat .................................................. 41 6.3 Slutsats .................................................................................................... 43 6.4 Förslag till vidare forskning .................................................................... 44 7. Referenser ...................................................................................................... 45 Bilaga 1 ............................................................................................................... 49 Bilaga 2 ............................................................................................................... 50 Bilaga 3 ............................................................................................................... 52 Bilaga 4 ............................................................................................................... 54 6 7 1. Inledning och bakgrund Det var under termin sju, vi satt på en föreläsning som behandlade det naturvetenskapliga ämnet fysik. Diverse ämnen, så som potentiell- och kinetisk energi, betraktades från olika synvinklar och diskuterades utifrån olika frågeställningar, då det plötsligt slog oss. Vi tittade på varandra med funderande blick och ställde oss frågan vad begreppet energi är samt hur det uppfattas av elever. I denna stund insåg vi att detta begrepp var något vi var intresserade av att undersöka mer utförligt. Därmed utformades detta examensarbete som en följd av våra tankar från föreläsningen. Helldén, Jonsson, Karlefors & Vikström (2010) berättar att begreppet energi började användas på 1800-talet och är ett centralt begrepp inom de naturvetenskapliga ämnena och i undervisningen av dem i skolan. Energibegreppet är ofta svårt att förstå eller tolka, anser Areskoug & Eliasson (2012). Av den anledningen bör lärare vara försiktiga så att begreppet energi inte misstolkas av eleverna. Enligt Areskoug & Eliasson (2012) kan detta undvikas genom att sätta in begreppet i ett sammanhang och utgå från till exempel ett problem eller tema i undervisningen. Helldén et al. (2010) menar att energi är ett mycket abstrakt begrepp som inte går att se eller väga, vilket med andra ord innebär att energi är "ingenting". Men vad är då energi? Areskoug & Eliasson (2012) menar att ur ett kunskapsteoretiskt perspektiv är energibegreppet konstruerat av människan för att kunna beskriva skeenden i natur, samhälle och teknik. Enligt dem är energibegreppet fundamentalt i fysiken och är svårt att definiera på ett icke formellt och icke matematiskt sätt. Trots det infinner sig begreppet i den naturvetenskapliga undervisningen, där lärare ska bidra till att elever utvecklar sin uppfattning om begreppet energi utefter individuella "behov, förutsättningar, erfarenheter och tänkande" (Skolverket, 2011 s.14). I läroplanen står det att "Undervisningen ska bidra till att eleverna utvecklar förtrogenhet med fysikens begrepp /.../ samt förståelse för hur de formas i samspel med erfarenheter från undersökningar av omvärlden" (Skolverket, 2011 s. 127). En sådan situation genererar frågan om hur elever uppfattar begreppet energi i fysik. 8 1.1 Definitioner av begreppet energi Energi kan generellt definieras på följande matematisk inriktade sätt: 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 den 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 ett visst tal, och när vi observerat hur naturen utför sina tricks och räknar ut talet igen, så får vi samma resultat (Feynman, Leighton & Sands, 1963 kap. 4-1). Andersson (2008) förklarar att energibegreppet kan uppfattas som en abstrakt kvantitet, eftersom det inte går att observera med sinnena, medan Helldén et al (2010) klargör att energibegreppet är en mänskligt konstruerad matematisk princip. Areskoug & Eliasson (2012) anser däremot att begreppet energi används i samhället i olika sammanhang/kontexter som de karaktäriserar som det vetenskapliga, det pseudovetenskapliga och det vardagliga. Vår undersökning kommer mest att fokusera på det vetenskapliga perspektivet. Det pseudovetenskapliga och det vardagliga perspektivet blir inte lika lätt att undersöka då det lättare kan ifrågasättas eftersom det kan handla om personliga känslor eller åsikter. Vår undersökning kommer att utgå från det vetenskapliga, det pseudovetenskapliga och det vardagliga perspektivet. 1.1.1 Vetenskapligt Vad som klassas som vetenskap är, enligt Sjøberg (2010), inte enkelt att definiera eftersom vetenskapen är nyanserad och svår att beskriva. Vidare klargör Sjøberg (2010) att alla vetenskapliga påståenden bör på ett eller annat sätt förankras i den verklighet som observeras. Det som avgör om något är sant eller inte bestäms utifrån vad som har observerats. Sjøberg (2010) skriver: I vetenskapen uppfattas det som ett ideal att man dyrkar förnuftet och den rationella argumentationen. Känslor hör inte hemma i en vetenskaplig argumentation. Likadant uppfattas det som ett ideal att man håller avstånd till de problem man undersöker. 9 Personlig distans och icke-inblandning är klara ideal, och den kunskap man försöker etablera ska i möjligaste mån vara av teoretisk, universell och abstrakt karaktär. /.../ Vidare försöker man i vetenskapen undvika varje antydan till något övernaturligt, ockult eller mystiskt. Målet kan sägas vara att få bort myter och mysticism, och det finns ingen plats för gudar, änglar, schamaner eller andar. /.../ I vetenskapen ställer man stränga krav på empiriska belägg, man frågar alltid om evidens eller bevis för ett påstående eller en hypotes (s. 351). Skillnaden mellan bevis och evidens klargörs inte av Sjøberg (2010) när han beskriver uppfattningen av vetenskap. En tolkning kan vara att ett bevis i allmän bemärkelse är en serie logiska steg från ett antal antaganden till en slutsats. Evidens kan tolkas som ett vetenskapligt belägg som är till för att stödja eller motarbeta en vetenskaplig teori eller hypotes. I skolan används det vetenskapliga energibegreppet i den naturvetenskapliga undervisningen (Molander, 2007). Detta kan vara när exempelvis en lärare pratar med eleverna om potentiell- och kinetisk energi i fysik. Potentiell energi (lägesenergi) är den energi en kropp har när den befinner sig i ett visst läge och påverkas av en kraft från ett fält, såsom när en cykel står uppe på en backe (gravitationsfält). Kinetisk energi (rörelseenergi) är den energi en kropp har när den är i rörelse, när cykeln rullar ner för backen. 1.1.2 Pseudovetenskapligt I Oxford English Dictionary (OED) förklaras pseudovetenskap som en låtsas och förfalskad vetenskap utifrån en samling av föreställningar om världen som är förvrängd, men trots det betraktas av (pseudo)vetenskapsmän som grundade på vetenskapliga teorier och metoder. Definitionen av energi inom området pseudovetenskap, menar Lundström (2010), är den energi som inte hävdas vara vetenskapligt bevisad. Exempel på sådan energi kan vara mental energi, healing och andlig energi. Den mentala energin är exempelvis att olika individer kan påverka varandra eller djur med hjälp av tankens kraft. Det kan vara när personer kommunicerar genom tankar. Vad gäller healing är även denna pseudovetenskaplig av det skäl då det, enligt Lundström (2010), är en metod som hävdas kunna bota sjukdomar, trots att den inte är vetenskapligt testad. Andlig energi är exempelvis då individer känner av närvaron av en ej existerande individ, såsom spöken, änglar och demoner. 10 1.1.3 Vardagligt Det vardagliga energibegreppet kan i ett vardagssammanhang beskriva en sinnesstämning (Molander, 2007). Ett exempel är uttrycket ” jag har slut på energi” i betydelsen att en person inte är pigg längre. Ett annat exempel kan vara att en person ”får energi” av att motionera. Därutöver kan det handla om när en person är energisk och full av energi. Emellertid bör det påpekas att då individer använder sig av sådana uttryck betyder inte det att de tänker pseudovetenskapligt. Sjøberg (2010) klargör att begrepp så som energi är hämtade från vardagsspråket och har ändrat betydelse då de använts i vetenskapliga sammanhang, för att kunna bli ett redskap för kommunikationen. Energibegreppet har därmed, beroende på sammanhang, fått en annorlunda betydelse i ett vetenskapligt sammanhang än i det vardagliga. Här bör även framhävas att då vi använder begreppet energi i vår undersökning hänvisar vi till den vetenskapliga definitionen. Menar vi den vardagliga eller pseudovetenskapliga definitionen kommer detta att nämnas. 11 2. Syfte och frågeställning Syftet med vårt examensarbete är att undersöka hur elever uppfattar begreppet energi, i årskurs 5 mellan åldrarna 11-12. Vi vill även jämföra detta med äldre elevers, i årskurs 8 (1415 år), uppfattningar. Frågeställningar vi har bestämt oss för att undersöka, besvara och analysera inom arbetet är följande: 1. Hur uppfattar elever i årskurs 5 begreppet energi sett från ett vetenskapligt, pseudovetenskapligt och vardagligt perspektiv? 2. Vilka skillnader finns i uppfattningen av energibegreppet mellan årskurs 5 och årskurs 8? 12 3. Litteraturgenomgång I detta kapitel framkommer vilka teorier vi använder i vår undersökning och den tidigare forskning som utförts kring energibegreppet presenteras. Tidigare forskning som är genomförd riktar sig mest in på äldre elever/studenter, på högstadiet, gymnasiet och universitetet. 3.1 Teori Vår undersökning har utgått från två teorier som utvecklats av kunskapsteoretikerna Jean Piaget och Lev Vygotskij. Piaget och Vygotskij kännetecknas av ett konstruktivistiskt- och sociokulturellt perspektiv. Det konstruktivistiska perspektivet, menar Säljö (2004), bygger på Piagets idéer om kognitiva processer som sker inom individen, medan det sociokulturella perspektivet utvecklats från idéer Vygotskij hade som betonar vikten av en gemensam kultur och ett gemensamt språk för att lära genom interaktion med andra. Anledningen till att vi valde att utgå från dessa två teorier är då vi anser de vara viktiga och intressanta perspektiv. Dessa teorier har inom forskningen varit en betydande inspiration för lärande och utveckling (Säljö, 2004). 3.1.1 Jean Piaget Följande framställning av Piagets tänkande grundar sig nästan helt på Piaget & Garcia (1991) om ingen annan referens anges. Piagets teori, som grundar sig på ett konstruktivistiskt perspektiv, handlar om en individs tänkande samt hur dennes kognitiva processer utvecklas i form av handling och ett mer abstrakt tänkande. Piaget formulerade en egen stadieteori om utveckling. Denna stadieteori påbörjas i den senso-motoriska nivån och avslutas i den formaloperationella nivån. Piaget anser att utveckling är något som kommer inifrån. För att förstå utveckling menar han att man måste förstå barns tidigare erfarenheter som de erhållit genom sina sinnen. Med sinnen menas att exempelvis se, höra och känna sin omgivning. Dessa 13 erfarenheter som barn får av sina olika sinnesintryck valde Piaget att kalla för den sensomotoriska nivån. På detta sätt förde Piaget in den fysiska erfarenheten som en del av det växande intellektets grund. Inom den senso-motoriska nivån framställs barnet/eleven som en individ som via sinnesintryck förstår sin omvärld. I den formal-operationella nivån framställs barnet som en abstrakt tänkande individ som förstår samband och relationer. Sjøberg (2010) klargör att kunskaper skapas genom en aktiv process, i ett konstruktivistiskt sätt att se på lärande. Den aktiva processen, förklarar Sjøberg (2010) vidare, bildas då individer möter något de inte förstår. Resultatet av detta blir att det skapas en konflikt inom individen som därmed instinktivt vill söka svar och förståelse för det okända han/hon stöter på. När viljan att finna svar på denna konflikt inträffar, påbörjas den aktiva processen och vägen mot lärande tar fart (Sjøberg 2010). 3.1.2 Lev Vygotskij Följande framställning av Vygotskijs tänkande grundar sig nästan helt på Vygotsky (1978) om ingen annan referens anges. Vygotskijs teori, som baseras på ett sociokulturellt perspektiv, behandlar en individs gemensamma kultur och språk; att lära i interaktion med andra. Teorin utgår därmed från ett barns/elevs uppväxt och sociala värld, där individens kunskaper samt föreställningsvärld blir mer omfattande. Världen inkluderar barnets/elevens sätt att tänka, kommunicera och agera som utmärker dess sociokulturella omgivning. Piagets teori tar upp barns/elevers upptäckter om hur omvärlden fungerar i en objektiv mening medan Vygotskij betonar barns/elevers delaktighet i att erhålla kunskaper om de sätt att kommunicera och tänka om världen som man möter vid interaktion med andra. Enligt Säljö (2011) är individer alltid på väg mot att erövra nya sätt att tänka och att förstå sin omvärld. De är även beroende av social interaktion och stöd från andra. Denna idé är utgångspunkten för ett av Vygotskijs mest kända begrepp, den närmaste utvecklingszonen (zone of proximal development, ZPD) (Naeslund, 2007). Den närmaste utvecklingszonen innebär enligt Vygotskij att barnet/eleven befinner sig i en utvecklingsnivå där han/hon känner sig trygg med sin egen kunskap. För att komma till nästa utvecklingsnivå måste barnet/eleven ta hjälp av exempelvis lärare, föräldrar eller kamrater för att ta in ny kunskap. Utvecklingen från en nivå till en högre nivå är vad Vygotskij kallar den närmaste utvecklingszonen. När barnet/eleven befäst den nya kunskapen, då har han/hon kommit till nästa utvecklingsnivå. 14 I Vygotskijs teori, redogör Säljö (2011), finns en del förankringar till lärande och undervisning. Han klargör vidare att Vygotskij påpekat till exempel att lärande i skolan är en mer abstrakt process än den som äger rum i vardagen. I skolan möter barnet/eleven världen genom abstrakta kategorier och vetenskapliga begrepp, medan det i sin vardag möter den genom personliga erfarenheter. Begreppsbildning och lärande kan, menar Vygotsky (1978), bygga på en process ”som går från det lilla till det stora, man ser och övar små delar men förmår generalisera till principer och helheter” (s. 86). Denna bild vänder Vygotskij på då han anser att lärande i skolan oftast går från en generell och abstrakt syn till en mer specifik syn av exempelvis begrepp, termer och principer som kan kopplas till konkreta händelser och objekt (Vygotsky, 1978). 3.2 Tidigare forskning Vi har valt att referera till följande forskning eftersom att vi under vår sökningsprocess hade svårigheter att hitta forskning om elevers uppfattningar om energibegreppet som var genomförd i åldern 11-12 år. Detta då vi hittade ett begränsat urval av forskning. Vi använder oss av fyra undersökningar, där en av dessa är genomförd av TIMSS (Skolverket, 2012, 2014a, 2014b). I TIMSS finns ett resultat av deras undersökning i årskurs 4 och i årskurs 8 som handlar om begreppet energi. 3.2.1 Papadourisa & Constantinoua I en undersökning som Papadourisa & Constantinoua (2014) utfört på Cypern, behandlas 1112 åriga elevers förmåga att tillgodogöra sig undervisning och läromedelsinnehåll, om begreppet energi. Studien genomfördes utifrån frågeställningen: I vilken utsträckning hjälper elevernas interaktion med undervisning och läromedel dem att tillgodogöra sig energibegreppet som en konstruktion för att underlätta tolkningen hos funktionen av fysikaliska system? För att åstadkomma ett svar på frågeställningen utfördes med elever skriftliga öppna uppgifter som inkluderade påståenden som kunde räknas som naturvetenskapliga tolkningar. Påståenden eleverna skulle besvara var följande: 15 1) En glödlampa är ansluten till en sluten ljuskrets på grund av den elektriska ström som passerar genom den. 2) Temperaturen hos ett glas innehållande kallt vatten ökade eftersom det var kvar utomhus under lång tid på en varm dag. 3) Bin har sex fötter och vingar. 4) En sten som frigörs från någon höjd över marken kommer att falla nedåt på grund av den kraft som utövas av jorden på stenen. 5) En elektronisk enhet slutar fungera eftersom den har använts under en längre tid utan att byta batterier (Papadourisa & Constantinoua, 2014 s. 765, egen översättning). Det genomfördes individuella uppföljningsintervjuer i den del där det fanns skriftligt öppna uppgifter. Undersökningen genomfördes med 30 slumpmässigt utvalda elever. Papadourisa & Constantinoua (2014) visade att 8 % av de 64 elever som deltog, tog positiv ställning till påståendet att energi var konstruerat av forskare. 75 % av eleverna tog positiv ställning till påståendet att energi var upptäckt medan 17 % endast höll med om att energi var upptäckt, utan vidareutveckling, eller inte gav någon respons. Vi tolkar resultatet som att de flesta elever har uppfattningen om att energibegreppet är vetenskapligt. Författarna förklarar inte vad de menar med skillnaden mellan begreppen ’konstruktion’ och ’upptäckt’. Detta medför att läsaren inte får en tydlig bild av hur eleverna förstår eller uppfattar energibegreppet. För vår undersökning betyder detta att vi måste vara tydliga med att förklara för eleverna att de ska berätta om sina uppfattningar om begreppet energi. Detta för att få fram ett så trovärdigt resultat som möjligt. 3.2.2 Saglam-Arslan Saglam-Arslan (2010) genomförde en undersökning i Turkiet, som handlar om hur studenter på olika nivåer förstår energibegreppet. Syftet med undersökningen var att undersöka utvecklingen av förståelsen av energibegreppet hos studenter på olika nivåer och på olika institutioner. Detta gjordes genom att analysera studenternas förmåga att beskriva begreppet energi. Inledningsvis gjordes en pilotstudie. Därefter genomfördes ett prov som testade studenters förståelse för begreppet energi. Antalet deltagare var totalt 243. Dessa deltagare delades in i tre grupper: nybörjare, pre-experter och experter. Nybörjargruppen bestod av 160 studenter i motsvarande nivå som det svenska gymnasiet, där dessa studenter nyligen börjat utveckla sina kunskaper om energibegreppet i fysik. Pre-expertgruppen bestod av 69 blivande lärare som hade som mål att i framtiden undervisa på nybörjargruppens nivå. Dessa gick sin 16 sista kurs i fysik på universitetet, men det framgår inte vad som ingår i denna kurs. En motsvarande svensk student läser 90 hp i fysik. Den sista gruppen, experterna, bestod av 14 studenter som hade avslutat sin grundutbildning i fysik på universitetsnivå, och därefter skulle delta i ett mastersprogram vid samma universitet. Det första avsnittet i testet, som genomfördes av Saglam-Arslan (2010), bestod av frågan: Vad är energi? Det andra avsnittet bestod av att studenterna, med hjälp av grafritare, skulle rita grafer som beskriver situationer och händelser med hjälp av potentiell och kinetisk energi. Studenternas svar kategoriserades i en nivåskala från 0-4. Nivå 0 stod för att studenterna inte kunde ge något svar, medan nivå 1 stod för att studenterna gav ett ologiskt eller felaktigt vetenskapligt svar, men dock med en vetenskaplig terminologi. Nivå 4 stod för att studenterna gav ett korrekt vetenskapligt svar. I nivå 0-1 låg 35 % från nybörjargruppen, 11 % från pre-expertgruppen och 21 % från expertgruppen. I nivå 2-3 låg 10 % av nybörjargruppen och 11 % av pre-expertgruppen och inga av expertgruppen. I nivå 4 låg 55 % av nybörjargruppen och de svarade att ”energi är förmågan att utföra arbete” och 78 % av pre-expertgruppen svarade att ”energi definieras som förmågan att utföra arbete” (Saglam-Arslan, 2010 s. 306). 79 % av expertgruppen svarade att ”förmågan att utföra arbete kallas energi” (Saglam-Arslan, 2010 s. 306). Utifrån resultatet ser vi att majoriteten av eleverna uppfattade energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv. Eftersom författarna utgår från ett vetenskapligt perspektiv medför detta att de fokuserar på energibegreppet utifrån endast ett perspektiv. Då vi har valt att använda tre kategorier: vetenskap, pseudovetenskap och vardag, medför detta att vi har mer än ett perspektiv att utgå från. Detta gör att vi troligen inte kan erhålla en lika fördjupad förståelse för hur elever uppfattar energibegreppet, som om vi hade fokuserat på endast ett perspektiv. 3.2.3 Svedholm & Lindeman Svedholm & Lindeman (2012) undersökte i Finland, vilka föreställningar elever på gymnasiet har kring begreppet energi och varför de har dessa föreställningar. Frågeställningarna Svedholm & Lindeman (2012) utgick från var: Vad betyder det när folk säger att de känner sig energiska?; Vad refererar eleverna till när de talar om energi?; Är dessa uppfattningar relaterade till former av komplementär och alternativ medicin som fokuserar på begreppet energi? De genomförde enkätundersökningar, först som en förstudie. Efter tre till fyra veckor, efter undervisning om fysikens energibegrepp, genomfördes ännu en enkätundersökning kring föreställningar om energi, ett eftertest. Det framkom inte i artikeln om denna enkät var den 17 samma som genomfördes i förstudien. I resultatet kom Svedholm & Lindeman (2012) fram till att elevernas vetenskapligt grundade föreställningar var oberoende av de ontologiskt (läran om verkligheten) förvirrade energiföreställningarna. I resultatet framkom det dock inte något mer kring elevers föreställningar utifrån ontologin. Eleverna som förstod det vetenskapliga energibegreppet var lika benägna att ha pseudovetenskapliga föreställningar som de elever som inte uppfattade energibegreppet vetenskapligt. För vår egen undersökning innebär detta att vi inte kan veta med säkerhet om eleverna är på den vetenskapliga nivån eller inte. Vi ställer oss även frågan hur pass pålitlig undersökningen blir. Anledningen till att författarna gjorde denna tolkning var att eleverna bland annat använde sig av pseudovetenskapliga och/eller vardagliga associationer för att förklara sin uppfattning om energibegreppet. Med andra ord visade det sig, enligt Svedholm & Lindeman (2012), att elevernas föreställningar om energi var av samma typ som de som tror på det paranormala, att energi är exempelvis en mental egenskap eller healing. Utifrån de vetenskapliga, pseudovetenskapliga och vardagliga associationerna var andelen elever som hade vetenskapliga föreställningar 78 %. En femtedel associerade däremot energibegreppet till konkreta egenskaper av ett materiellt ämne, exempelvis att ha en färg eller vara något som man kan ta på. Emellertid förklarar inte författarna närmare vad de menar med att energibegreppet, hos de studerade, har konkreta eller paranormala egenskaper. Enligt detta resultat tolkar vi det som att 22 % av svaren skulle vara av pseudovetenskaplig eller vardaglig karaktär. 3.2.4 TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study) 2011 TIMSS (Trends in International Mathematics and Science Study) 2011 (Skolverket, 2012, 2014a, 2014b) rapporter är viktiga för vårt undersökningsområde. TIMSS (Skolverket, 2012, 2014a, 2014b) utförs i årskurs 4 och i årskurs 8. I TIMSS 2011(Skolverket, 2012) deltog, i Sverige, totalt 4 663 elever från 152 skolor i årskurs 4 och totalt 5 573 elever från 153 skolor i årskurs 8. I årskurs 4 ges mindre utrymme för fysik än vad det görs i årskurs 8. TIMSS (Skolverket, 2014a) menar att i årskurs 4 bedöms fysik och kemi som ett område då eleverna bara har begynnande kunskaper i de ämnena. Testen/proven som genomförs består av både öppna frågor som flervalsfrågor. Det finns även en enkät som behandlar attityder till ämnet. I undersökningen med elever i årskurs 4 har TIMSS (Skolverket, 2014a) delat in årskursen i olika ämnesområden. Vi har valt att fokusera på Energikällor och energianvändning, eftersom 18 det behandlar begreppet energi. Vad eleverna ska kunna, enligt TIMSS (Skolverket, 2014a), är ”begrepp med anknytning till energikällor och energins effekter innefattar värme, temperatur, ljus, elektricitet och magnetism. Eleverna bör kunna identifiera vanliga energikällor och ha viss förståelse för att varma föremål kan värma upp kalla föremål” (s. 50). I årskurs 8 bedöms däremot fysik och kemi som två separata områden då dessa elever har mer omfattande kunskaper och mer undervisning i var och ett av områdena. Testen/proven som genomförs består av både öppna frågor som flervalsfrågor. I undersökningen (Skolverket, 2014b) för elever i årskurs 8 bedömdes, även här, förståelsen för ämnesområdet Energiomvandlingar, värme och temperatur. TIMSS (Skolverket, 2014b) skriver vidare att: ”Begrepp som rör energiomvandlingar, värme och temperatur bedöms också i årskurs 8. Eleverna förväntas kunna identifiera olika former av energi, beskriva enkla energiomvandlingar samt tillämpa principen om energins bevarande i praktiska situationer. Eleverna förväntas även kunna relatera uppvärmning till energiöverföring och relationen mellan temperaturförändringar till förändringar i partiklars hastighet” (s. 52). TIMSS (Skolverket, 2014b) redogör för resultaten som berör energibegreppet i fysik från tre frågor som eleverna fick svara på i testet/provet. Den första och andra frågan var: Bilden visar hur vatten rinner från en tank och får ett skovelhjul att snurra. A. Vilken sorts energi har vattnet när det befinner sig i tanken? B. Vilken sorts energi har vattnet ögonblicket innan det träffar skovelhjulet? (Skolverket, 2014b s. 61) Resultatet på fråga A blev att 10,1 % svarade rätt genom att skriva antingen potentiell energi, gravitationsenergi, lagrad energi. 89,9 % av eleverna svarade antingen fel eller gav inget svar. Resultatet på fråga B blev emellertid att 20,9 % av eleverna svarade rätt genom att skriva kinetisk energi. Resterande 79,1 % svarade antingen fel eller gav inget svar. Den tredje frågan som elever i årskurs 8 fick svara på var: Vilka energiomvandlingar sker i en batteridriven ficklampa? a) elektrisk energi → mekanisk energi → ljusenergi b) kemisk energi → mekanisk energi → ljusenergi c) kemisk energi → elektrisk energi → ljusenergi d) kärnenergi → elektrisk energi → ljusenergi (Skolverket, 2014b s. 76) 19 Resultatet på denna fråga blev att 29,4 % av eleverna svarade rätt, vilket var svarsalternativ c, medan resterande 70,6 % svarade fel eller inte gav något svar. 20 4. Metod och genomförande I detta kapitel kommer sökningsprocessen, för att hitta material till examensarbetet, kort att nämnas och urvalet av material att redovisas. Utöver det kommer metoden för undersökningen att presenteras samt reliabilitet, validitet och etiska ställningstaganden att tas upp. Det bör även kort nämnas att metoden vi valde att använda oss av, för att undersöka elevers uppfattningar av begreppet energi, består av en enkätundersökning i helklass samt gruppintervjuer med tre elever från två olika skolor, i årskurs 5 mellan åldrarna 11-12. 4.1 Sökningsprocess och urval Vår metod för att få fram material till detta examensarbete har bestått av diverse sökningar via biblioteket och databaser. Till en början utgick vi från olika databaser, dessa var: ERIC via EBSCO, Google Scholar och Summon. ERIC via EBSCO är en databas med tillgång till akademiska artiklar och böcker med inriktning på pedagogik. Google scholar och Summon är emellertid databaser som fungerar likartat och ger tillgång till varierande akademisk litteratur som bland annat böcker, artiklar och uppsatser. Sökandet på dessa databaser medförde att vi kunde välja ut avhandlingar, forskningsrelaterade artiklar samt rapporter. Vid sökandet använde vi oss av följande sökord: age 10-12, barn, classroom, comparison, compulsory school, concepts, decision, education, energy, intervju, Jean Piaget, know, kognitiv utveckling, metod, physics, pseudoscience, school, science, scientific mindset, students, understanding, 12-year-old. Vi sökte även på fraserna: Att börja tala "biokemiska", Att intervjua barn, diskutera fysik. För att sedan begränsa vår sökning och därmed våra sökningsträffar, då dessa blev för omfattande vid vissa tillfällen, begränsade vi oss till publiceringsdatum från år 2000 och framåt. Vi bestämde oss sedan för att söka vidare efter ytterligare material genom att undersöka tidigare kurslitteratur som ingått i lärarprogrammet. Det medförde att vi valde ut ett flertal tryckta böcker samt läroplanen (Skolverket, 2011). Läroplanen togs med, eftersom det har en stor relevans i skolan och därmed även för oss som blivande lärare. Därefter beslöt vi oss för att ytterligare lägga till ett par avhandlingar och artiklar, som vi hittade genom att se i tidigare upphittat materials referenslistor. 21 Sökningarna som vi gjort gav oss dock ett begränsat utbud av material, där vi kunde dra nytta av få relevanta texter i området fysik och om begreppet energi, till vårt examensarbete. Arbetet har i och med detta resulterat i ett snävt omfång av information genom det upphittade och segregerade stoffet som under sökningsprocessen hittats. 4.2 Enkät Enkätundersökningen gjordes i tre klasser i årskurs 5, på två olika skolor med totalt 52 elever. Den första klassen deltog i en pilotstudie (se bilaga 2) för att vi skulle kunna testa hur väl våra frågor fungerade. Därefter besvarade två klasser en reviderad enkät (se bilaga 3). Vi skickade ut enkäterna till klassernas mentorer så att vi kunde få respons för eventuella ändringar. Pilotstudien och den reviderade enkäten bestod av fem frågor. Vi gick igenom frågorna innan de fick svara på enkäten genom att läsa den högt för samtliga klasser i helklass, och förklara svåra ord. Eleverna i pilotstudien hade arbetat med energibegreppet en gång tidigare i biologi, när de pratat om solen. Enkätfrågorna i den reviderade versionen utfördes i två klasser. Eleverna i dessa klasser hade inte arbetat med energibegreppet alls i skolan. Under vår vistelse i alla klasser berättade vi för eleverna att deras svar kommer att anonymiseras. Vi har även valt att ta med samtliga resultat, då såväl pilotstudien som den reviderade enkäten fungerade väl. Trost (2001) menar att för att en enkät ska vara bra bör den ha en fråga per fråga, använda vanligt språk, använda korta formuleringar, innehålla ett konsekvent språk samt inte använda krångliga ord. Eftersom vi var närvarande under tiden eleverna svarade på enkäterna, kunde förtydligande göras om det fanns otydligheter angående frågorna. Vi valde att först gå igenom samtliga frågor innan de fick svara på enkäten men även finnas där som stöd åt eleverna, genom att gå runt och besvara eventuella frågor som uppstod. Då vi valde att konstruera en "luftig" enkät var samtliga elever mer benägna att svara på hela enkäten. En ”luftig” enkät, med mindre text på en yta, är att föredra då den blir mer inbjudande och respondenterna är mer benägna att fullfölja den (Bryman, 2011). Enkätundersökningens nackdelar, enligt Bryman (2011), är att intervjuarna inte har möjlighet att ställa uppföljningsfrågor för att få ett uttömmande och fördjupat svar av respondenten. I pilotstudien valde vi att använda oss av, i huvudsak, öppna frågor. Den fråga som inte var av öppen karaktär var fråga 5 (se bilaga 2). Genom att använda sig av öppna frågor, menar 22 Bell & Lederman (2003), ges respondenterna mer frihet att uttrycka sina egna åsikter i en vetenskaplig kontext, samtidigt som detta bidrar till att undvika att våra åsikter som frågeställare införs. Fördelen med att använda sig av öppna frågor i en enkät, förklarar Bryman (2011), är att eleverna kan svara på frågorna med egna ord. Öppna frågor kan även vara bra att använda i en pilotstudie då svaren från denna studie kan användas till svarsalternativ för en reviderad enkät. Bryman (2011) skriver att ytterligare en fördel med öppna frågor är att respondenterna får möjlighet att associera fritt och att de inte leds in i en speciell riktning om hur han/hon ska tänka. Nackdelarna med öppna frågor är däremot att sammanställningen för intervjuarna är tidskrävande, då svaren måste kategoriseras och avkodas. Bryman (2011) tillägger att detta i sin tur kräver mer av respondenterna, genom att de behöver ge uttömmande svar. I den reviderade enkäten användes tre flervalsfrågor, fråga 1, 4 och 5 (se bilaga 3). Bryman (2011) menar att en fördel med att använda sig av flervalsfrågor är att det är lätt för oss som frågeställare att bearbeta svaren. Detta leder därmed till att jämförbarheten i svaren ökar och risken för variation minskar. Genom att använda flervalsfrågor i en enkät blir det enklare för respondenterna att förstå innebörden av en viss fråga. Frågorna är därmed både lättare för oss som frågeställare att ställa, och lättare för respondenterna att besvara. Bryman (2011) skriver dock att nackdelarna med att använda flervalsfrågor i en enkät är att svaren inte blir lika uttömmande som när öppna frågor ställs. Används flervalsfrågor finns möjligheten att inget av svarsalternativen stämmer in på respondenternas tankar och därmed kan det vara att respondenterna väljer att inte svara på frågan. Då elever tänker på olika sätt kan det, enligt Bryman (2011), skilja sig åt hur de tolkar svarsalternativen som presenteras. Vi valde att förklara samtliga ord innan eleverna besvarade enkäten och därmed fick eleverna en förståelse om vad vi menar med orden. När vi skapade våra enkätfrågor valde vi att utgå ifrån TIMSS (Skolverket, 2008b, 2008c, 2014a, 2014b) rapporter, eftersom denna undersökning består av såväl öppna frågor som flervalsfrågor. Vi valde att använda oss av enkäter med både öppna frågor som flervalsfrågor eftersom de gav oss under en kort period möjlighet att få in flera elevers uppfattningar om energibegreppet. Dessa kunde vi därefter bearbeta och reflektera över för att slutligen kunna besvara vår första frågeställning i detta arbete. 23 4.2.1 Databearbetning av enkäter Vi valde att tillsammans dela in elevernas enkätsvar i tre kategorier; vetenskap, pseudovetenskap och vardag. Vi gjorde detta tillsammans för att skapa oss en helhetsbild av var eleverna befinner sig svarsmässigt och för att göra det lätt för oss att diskutera eventuella frågetecken. Vi kunde även diskutera om det var något speciellt i elevernas svar som var värt att notera. I största möjliga mån försökte vi att, vid kategoriseringen av enkätsvaren, vara så objektiva som möjligt och inte lägga in egna värderingar. Alvehus (2013) menar att, enkätsvaren ska ses neutralt utifrån ett allmänt perspektiv. Poängen är att svaren ska bidra till en mer generell förståelse och utöka tolkningsrepertoaren. Det handlar därmed om, skriver Alvehus (2013), tolkningar av svaren som säger något av vikt till andra, som på samma sätt är intresserade av vad eleverna skrivit. Följande beslöt vi oss för att först dela upp enkätsvaren i kategorier och sedan undergrupper. Undergrupperna var fysik/kemi och biologi. Vi valde att dela in enkätsvaren på följande sätt eftersom att TIMSS (Skolverket, 2014a, 2014b) presenterar sina resultat utifrån fysik/kemi och biologi. 4.3 Intervju Semistrukturerade intervjuer genomfördes med 3 elever från de tre respektive klasserna, på de två olika skolorna. Valet om vilka elever som skulle delta i intervjun gjordes av mentorerna utifrån vilka elever som kände sig trygga i att delta i en intervju. Till en början inledde vi med att beskriva intervjuns syfte för respondenterna. Bryman (2011) menar att det är något som bör genomföras innan en intervju. Detta för att, som Vetenskapsrådet (u.å.) förespråkar, ge eleverna möjlighet till att, om de så önskar, kunna avböja delaktigheten i någon fråga eller undersökningen i helhet. Samtidigt talade vi om för respondenterna att vi kommer spela in allt som yttras via en mobiltelefon, för att kunna transkribera det som sagts och dra nytta av det för undersökningens ändamål. Under tiden som vi intervjuade eleverna utgick vi från ett frågeschema (se bilaga 4). Det för att, som Bryman (2011) beskriver det, underlätta för oss själva vid den krävande och stressande situationen och inte bli osäkra, ställa fel eller tappa bort någon fråga. Samtidigt är det värt att belysa att intervjuer av denna typ tillät oss att ställa frågor som anknyter till något av det som respondenten skrivit eller sagt tidigare (Bryman, 2011). Sandberg (2012) menar att det underlättar att ha något slags konkret material att utgå 24 från, som i detta fall var elevernas egna enkätsvar. Trots att svaren kan se olika ut, förklarar Sandberg (2012) vidare, behandlar svaren i stort sett samma sak, i vårt fall om hur eleverna uppfattar energibegreppet. Därmed behövde vi inte fullt ut följa vårt frågeschema med frågor vi skapat utan istället intervjua eleverna på ett mer öppet sätt som är närliggande en diskussion (Alvehus, 2013). Vid sådana intervjuer, förklarar Cederborg (2010), besvarar elever mer korrekt och med fler detaljer hur de menar och uppfattar saker och ting. Respondenterna kunde då även använda sig av, det Rundgren (2006) kallar för så kallade metaforer, hjälpord och deiktiska uttryck för att förklara energibegreppet och hur de uppfattar det. Emellertid kan, menar Alvehus (2013), det betraktas som en strikt lokal företeelse, där det som uttalas vid intervjutillfällena har liten betydelse utanför intervjuerna. Intervjufrågorna vi använde oss av gav oss möjlighet att utforska och fortsätta på respondenternas åsikter och beslutsfattande mer på djupet (Bell & Lederman, 2003). Det medförde att vi kunde reda ut eventuella missförstånd som eleverna haft vid besvarandet av enkäten, då de exempelvis inte förstod svåra ord (Bell & Lederman, 2003). Utöver det erbjöd intervjufrågorna fler röster att komma till uttryck, gav tillgång till andra respondenters sätt att få se och tänka på energibegreppet (Alvehus, 2013). Därtill gjorde intervjuerna att vi som intervjuare kunde komma närmre respondenternas tankar, känslor, erfarenheter och synpunkter som eleverna hade och komma med. Dock berättar Bryman (2011) att respondenterna kunde ha besvarat frågorna på ett visst sätt för att göra intervjuarna till lags eller för att skapa en positiv bild av sig själv. Resultatet kan ha blivit att eleverna besvarat frågan/frågorna på ett sätt som de antagit att vi ville ha. 4.3.1 Databearbetning av intervjuer Vi bestämde oss för att transkribera intervjuerna genom att fördela arbetet mellan oss, och vi transkriberade hälften var av varje inspelning. Uppdelningen beslöt vi oss för och göra då vi såg vinsten med att vara mer produktiva och effektiva i vårt arbete. På samma sätt fick var och en av oss fokusera på vissa frågor, vilket gjorde det lättare för oss att sedan jämföra respondenternas svar. Arbetet blev därmed inte tröttande vilket hade kunnat försämra kvalitén av transkriberingen och vi båda fick en känsla för varje respondents sätt att uttrycka sig. De färdigt transkriberade delarna ur varje inspelning slog vi sedan samman, varje intervju i respektive dokument. I största möjliga mån försökte vi transkribera varje inspelning efter 25 varje intervju. Bryman (2011) menar att fördelen med att transkribera efterhand är att det då finns möjlighet till att göra ändringar i nästa intervju. Dessutom kom vi ihåg intervjuerna och dess samtal med informationen mycket bättre. Genom att transkribera en inspelning skapade vi för respondenterna, vid intervjuerna, en medvetenhet och trygghet om att det som sägs kommer att uppfattas ord för ord (Alvehus, 2013). Trots det kunde inspelningen uppfattas som ett störningsmoment som därmed begränsat respondenternas öppenhet och val av hur de ville svara (Alvehus, 2013). Vid transkriberingen från ljudfilerna till skrift tog vi med uttryck som ”mm” och ”mhm” för att göra transkriberingen materiellt så korrekt som möjligt. När vi sammanställde dokumenten gick vi igenom dessa och diskuterade innehållet från varje intervju. Detta för att få en helhetsbild över vad eleverna sagt, för att sedan underlätta det för oss när vi skulle analysera vad som uttryckts. Vid analysen av de transkriberade intervjuerna beslöt vi oss för vilka utdrag vi kunde använda oss av i examensarbetet för att kunna redovisa vårt resultat på ett tydligt och strukturerat sätt. Därmed även kunna redovisa vårt resultat som utgick från våra frågeställningar och under dessa sedan dela in elevernas svar i olika kategorier och undergrupper. 4.4 Reliabilitet och validitet Under vår undersökning var vi båda medverkande vid samtliga metoder (enkäter och intervjuer) för att få fram ett resultat till vårt examensarbete. Reliabiliteten var därmed bredare i den mening då vi kunnat stötta varandra samt kunnat komplettera varandras frågor under bland annat våra genomgångar av enkät- och intervjufrågor (Bryman, 2011; Trost, 2001). Något annat som ökat reliabiliteten i vår undersökning var att alla frågor både i enkäten och i intervjun var formulerade med begripliga och vanliga ord för eleverna som deltog. Detta medförde att alla elever i stort sett kunde uppfatta frågorna på samma sätt, vilket gjort att vi under vår undersökning fick en hög grad av reliabilitet (Trost, 2011). En annan aspekt som höjt vår reliabilitet var att vi spelade in intervjuerna (Bryman, 2011). Dock klargör Bryman (2011) att inspelning av intervjuer kan leda till att respondenterna känner sig besvärade och på så vis hämmas deras svar. På samma sätt kan det vara så att eleverna besvarar frågorna på ett visst sätt för att göra intervjuarna till lags. Det kan även vara så att de helt enkelt missförstår frågan/frågorna som därmed måste förtydligas av de som intervjuar. Det kan resultera i att eleverna svarar på frågan/frågorna på ett sätt som de tror att intervjuarna vill att de ska svara 26 på. Emellertid vill vi passa på att säga att detta var ingenting vi noterade. Att vi sedan använde oss av ett frågeschema under intervjun, medför enligt Bryman (2011) en ökad tillförlitlighet. Detta eftersom att innehållet förklarar han, blir detsamma för eleverna, även om frågorna ställts olika, både vad gäller deras ordning och formulering. Undersökningens resultat blir därmed mer trovärdigt än om frågorna formulerats utifrån en så kallad ostrukturerad intervju (Bryman, 2011; Alvehus, 2013). Vi vill även här förtydliga att vi försökt att undvika att lägga in våra egna värderingar under vår undersökning med eleverna, exempelvis genom att säga "för mig är energi solstrålar som kroppen absorberar". Bryman (2011) anser att man ska undvika detta för att kunna styrka sina resultat och slutsatser i undersökningen. För att höja reliabiliteten ytterligare strävade vi efter att genomföra intervjuerna så likvärdigt som möjligt med eleverna, det vill säga tänka på valet av plats och tidpunkt (Trost, 2001). Vi skickade ut enkät- och intervjufrågorna till respektive mentorer för de tre klasserna i årskurs 5, så att vi kunde få respons för eventuella ändringar. Vi var medvetna om att detta kunde ha påverkat undersökningens reliabilitet genom att den minskat, då lärarna exempelvis försökt omformulera våra frågor i enkäten och intervjun. Detta genom att exempelvis be oss att ändra frågornas formuleringar till ett mer anpassat språk för eleverna. Vi valde att i vår undersökning utföra semistrukturerade intervjuer utifrån enkätsvaren. Detta gjorde det möjligt för oss att ställa följdfrågor som kunde ge oss utförliga svar vi var ute efter. Vi har i möjligaste mån försökt att utöver reliabiliteten även öka validiteten i vår undersökning. Det genom att utgå från både våra som tidigare studiers frågeställningar då vi utformat våra enkät- och intervjufrågor. Vi har dessutom undersökt vilka frågor som ställts åt eleverna som deltagit i TIMSS (Skolverket, 2008b, 2008c, 2014a, 2014b) rapporterna. Utöver det var vi fast beslutna över att under de semistrukturerade intervjuerna ställa alla frågor utifrån frågeschemat samt de tillhörande följdfrågorna som ingick i dessa. Slutligen beslöt vi oss för, för att få en så rättvis bild som möjligt, att bara undersöka elever i årskurs 5. Detta av den orsak då det var viktigt för oss att få en förståelse för hur elever i just årskurs 5 uppfattar begreppet energi. 4.5 Etiska ställningstaganden Under genomförandet av vår undersökning tog vi till en början kontakt med rektorer och lärare. Undersökningens genomförande godkändes från deras sida, där ett informationsbrev 27 (se bilaga 1) sedan delades ut till alla elever och föräldrar för att få deras samtycke till elevernas deltagande i vår undersökning. Vetenskapsrådet (u.å.) menar att samtycke bör inhämtas från uppgiftslämnaren, undersökningsdeltagaren och vårdnadshavare, om deltagaren är under 15 år. Som Vetenskapsrådet (u.å.) förespråkar, förklarade vi syftet med enkätundersökningen och intervjun för de berörda eleverna samt varför vi spelade in intervjuerna. Samtidigt berättade vi på vilket sätt informationen sedan skulle användas. Enligt Vetenskapsrådet (u.å.) ska det upplysas att deltagandet är utfört av fri vilja samt att all information som inhämtats i den aktuella undersökningen kommer att avidentifieras. Under vårt besök garanterade vi därmed eleverna anonymitet på deltagandet de valde att vara med på, genom att skolans samt elevernas namn uteslöts i vår undersökning. Vi garanterade dem även att ljudinspelningarna skulle raderas så fort vi transkriberat innehållet. 28 5. Resultat, analys och teoretisk tolkning I detta kapitel kommer resultaten för frågeställningarna att presenteras. Frågeställning ett besvarar vi utifrån enkäter och intervjuer som vi själva konstruerat och genomfört i årskurs 5. Resultaten från enkät- och intervjusvaren redovisas i olika kategorier och undergrupper. Frågeställning två besvaras utifrån resultatet från frågeställning ett samt resultatet från TIMSS (2012). Resultatet från TIMSS (2012) redovisas i kapitel 3.2 Tidigare forskning. 5.1 Hur uppfattar elever i årskurs 5 begreppet energi sett från ett vetenskapligt, pseudovetenskapligt och vardagligt perspektiv? 5.1.1 Enkät Vi har valt att redovisa resultaten baserade på enkätfråga två i både pilotstudien som i den reviderade enkäten. Detta för att resultatet på denna fråga hjälper oss att besvara vår frågeställning om hur elever i årskurs 5 uppfattar begreppet energi. De resterande frågornas svar väljer vi att inte presentera då vi använt dem som ett hjälpmedel för att åstadkomma en djupare förståelse för hur elever uppfattar energibegreppet. Detta genom att jämföra svaren på de olika frågorna på varje enskild enkät och sammanställa var enkät för sig som en helhet. Resultatet av vår undersökning var att 26,9 % av eleverna (14 st) svarade på ett vetenskapligt sätt. 73,1 % av eleverna (38 st) svarade på ett vardagligt sätt. Däremot var det inga elever som svarade på ett pseudovetenskapligt sätt. Vi har valt att presentera följande undergrupper procentuellt från den totala andelen elever (14 st) i kategorin vetenskap. 71,4 % (10 st) av dessa elever svarade utifrån ett perspektiv av fysik/kemi. 28,6 % av svaren (4 st) placerades in i undergruppen som har uppfattningar ur ett biologiskt perspektiv. I kategorin vardag presenteras undergrupperna procentuellt från den totala andelen elever (38 st). 26,3 % av svaren (10 st) placerades in i undergruppen utifrån fysik/kemi, medan 73,7 % av svaren (28 29 st) placerades in i undergruppen som utgår från ett biologiskt perspektiv. Den kategori som var övervägande i enkäterna som helhet har vi valt att fokusera på när det kommer till indelningen av dessa. I vissa av fallen var det svårare att placera in enkäterna i både kategorierna som i undergrupperna. Dock valde vi vid sådana situationer att dela in enkäterna efter majoriteten av svaren. Nedan förtydligas resultaten i form av tabeller: Vetenskap Pseudovetenskap Vardag 26,9 % 0,0 % 73,1 % Tabell 1. Tabellen visar den procentuella andelen elever som är placerade i kategorierna vetenskap, pseudovetenskap och vardag utefter sina angivna svar. Vetenskap Pseudovetenskap Vardag Fysik/Kemi 71,4 % 0,0 % 26,3 % Biologi 28,6 % 0,0 % 73,7 % Tabell 2. Tabellen visar den procentuella andelen elever som är placerade i undergrupperna fysik/kemi respektive biologi i varje kategori utefter sina angivna svar. Exempel på elevsvar från den vetenskapliga kategorin i undergruppen fysik/kemi i enkätfråga 2, reviderad version (se bilaga 3): Från solen kan man få energi och omvandla det till elektricitet. När man sover fyller man upp energin i kroppen. Mat fyller på energi. Åskblixt kan fångas av maskiner på ett hus som tar emot blixtens energi. Ovanstående svar är inriktat på såväl ett fysikaliskt perspektiv som ett biologiskt. Dock har vi valt att placera det i undergruppen fysik/kemi eftersom att de resterande fyra frågornas svar omfattande i övervägde mån ett fysikaliskt perspektiv. Exempel på elevsvar från den vardagliga kategorin i undergruppen fysik/kemi i enkätfråga 2, pilotstudie (se bilaga 2): Solen lyser ju av solenergi. Och till en lampa används energi för att den ska lysa. Man brukar få energi av att sova. Anledningen till varför vi valt att redovisa dessa exempel är då de båda utgår ifrån ett fysikaliskt perspektiv. I det första exemplet nämns att solen omvandlar energi till elektricitet. Därtill att energi kan utvinnas ur blixtar. I det andra exemplet sägs det att solen har solenergi 30 och att energi används åt belysning. Orsaken till varför det första exemplet är placerat i den vetenskapliga kategorin är eftersom att vi tror att detta elevsvar visar på en djupare förståelse då eleven använder ord som "omvandla". Detta tyder på, anser vi, att eleven förstår energiprincipen om att energi inte kan skapas eller förbrukas utan bara omvandlas mellan olika former (Areskoug & Eliasson, 2012). När eleven pratar om åskblixten så kan en tolkning av denna mening vara att eleven visar förståelse för att energi kan lagras. Det andra exemplet är placerat i den vardagliga kategorin eftersom att elevsvaret inte berör energi utifrån ett perspektiv som är tydligt nog att påvisa det vetenskapliga. När eleven till exempel skriver att det i en lampa används energi framkommer det inte var denna energi kommer från. Dessutom skriver eleven att energi är någonting man får av att sova. Eleven har i detta fall, menar vi, inte förstått energiprincipen där svaren dessutom inte förtydligas. Exempel på elevsvar från den vetenskapliga kategorin i undergruppen biologi i enkätfråga 2, pilotstudie (se bilaga 2): Maten ger oss energi. Men hur fungerar det? Jo det som vi äter ger oss energi för att det finns t.ex. kolhodrater, protain det leder till att i kroppen gör om protainen/kolhodrater till energi. Exempel på elevsvar från den vardagliga kategorin i undergruppen biologi i enkätfråga 2, pilotstudie (se bilaga 2): Solen ger oss och växter energi för att vi ska överleva. Solen ger också ljus på jorden och vitaminer. Orsaken till varför vi valt att redovisa dessa två exempel i undergruppen biologi är för att de båda berör energi ur ett biologiskt perspektiv. I det första exemplet berörs hur kroppen omvandlar kolhydrater och protein till energi. I det andra exemplet nämns det att solen ger växter och djur energi för att leva och även ljus samt vitaminer. Skälet till varför det första exemplet är placerat i den vetenskapliga kategorin är för att vi tror att eleven visar på en djupare förståelse då ord som "gör om" används. "Gör om" är ett uttryck vi tolkar som en synonym som eleven använder istället för ordet "omvandla" (se första elevsvar ovan, 5.1.1). Eleven visar förståelse för att det är kolhydraterna och proteinerna som omvandlas till energi i kroppen. Därmed påvisar eleven, menar vi, en förståelse för energiprincipen (Areskoug & Eliasson, 2012). Det andra exemplet är placerat i den vardagliga kategorin av den anledning då elevsvaret utgår från ett biologiskt perspektiv men inte ett vetenskapligt. Detta eftersom att eleven skriver att "solen ger vitaminer". En hypotes är att eleven kan ha fått denna uppfattning 31 från sina kamrater, föräldrar eller andra vuxna. Därutöver belyses solens mening för livet på jorden. Vi tror att det kan vara så att eleven försöker framhäva fotosyntesen genom att skriva "solen ger oss och växter energi för att vi ska överleva". Dock kan inte eleven förtydliga hur energin är kopplad till solen och därmed utgår svaret från ett vardagligt perspektiv. I vårt resultat såg vi att eleverna befann sig på olika utvecklingsstadier. Detta lade vi märke till vid genomgången av de olika enkätsvaren där exempelvis två elever skrev följande: Från solen kan man få energi och omvandla det till elektricitet. När man sover fyller man upp energin i kroppen. Mat fyller på energi. Åskblixt kan fångas av maskiner på ett hus som tar emot blixtens energi. (Elevsvar från den vetenskapliga kategorin i undergruppen fysik/kemi i enkätfråga 2, reviderad version) Man får energi på rasten/utomhus av solen. (Elevsvar från den vardagliga kategorin i undergruppen biologi i enkätfråga 2, pilotstudie) Det första elevsvaret påvisar en förståelse för att energi omvandlas och inte skapas eller bildas. Därmed tolkar vi att elevens svar befinner sig på den formal-operationella nivån, då denna kan uttrycka sig abstrakt. Eftersom att eleven har svarat på en enkät så beskriver han/hon sin uppfattning om energibegreppet på egen hand och utan stöd av andra. Eleven kan däremot komma att behöva stöd av exempelvis läraren eller kamrater att befästa ny kunskap, och därmed komma till nästa utvecklingsnivå. Det andra elevsvaret ligger på en lägre nivå då denna elev skriver att vi får energi från solen, inte att energi omvandlas. Eftersom elevsvaret är så pass kort blir det svårt att tolka hur abstrakt eleven uppfattar energibegreppet och vilken nivå eleven befinner sig på. För att eleven ska kunna ta sig till nästa utvecklingsnivå kommer eleven behöva stöd av exempelvis lärare och kamrater. När eleven efter att han/hon befunnit sig i den närmaste utvecklingszonen väl har befäst den nya kunskapen, har han/hon kommit till nästa utvecklingsnivå. 5.1.2 Intervju De tre intervjuerna utfördes med totalt nio elever. Utdragen vi väljer att presentera har vi kategoriserat in i kategorierna vetenskap, pseudovetenskap och vardag. I det första exemplet, som vi väljer att belysa, försökte en elev förklara sambandet mellan energi och elektricitet. Eleven valde att vid fråga två (se bilaga 3) skriva "när man använder dator, mobilladdaren och kablar" (elevsvar från den vardagliga kategorin i undergruppen fysik/kemi). När intervjun 32 med denna elev därefter genomfördes gav eleven en mer utförlig förklaring till hur denne uppfattar att energi används. E(lev)1: Jag skrev om elektricitet och då tänkte jag att…jag har skrivit att när man använder dator och mobilladdare och kablar. Då menar jag att det finns energi i datorn för att den ska kunna fungera. För att…om det inte kommer energi till datorn så kanske den inte fungerar. S(tudent)1: Men vänta nu…är det datorn som har energi eller? För att först sade du att det var datorn som hade energi, sen får den energi. E1: Alltså då menar jag att den får energi. S1: Av vaddå? Hur får den den energin? Hur är den uppkopplad? E1: Till en kabel. Alltså det finns olika dator, gammaldags och nya. Så då är det lite olika man tänker. Samtalet fortsatte: E1: Alltså jag tänkte på en gammaldags dator. S2: En sådan som står på ett bord som är inkopplad? E1: Ja, den har en sån låda där nere där man trycker på en knapp. Och då tänker jag att energin kommer därifrån där den vidare ska gå upp till datorn. S2: Hur tänker du då…jag tänker på en bärbar dator…hur får den energi? Där är ju ingen sladd i denna just nu (Pekar på en mobiltelefon). S1: Eller ni vet paddor? Dom har ju heller inte sladd. S2: Du behöver ju inte ha sladden i för att kunna använda den. Vad är det som händer där? E1: Då tänker jag såhär, det står ju batteri där uppe, hur mycket man använder. Och då är det typ så att om först…om man har använt jättemycket så lägger man en kabel till den och laddar den till 100. Sen är ju då energin i telefonen så att det varar länge. Desto mer man använder den desto mer slösar man. S2: Så du tänker att telefonen har energi som den använder sig av och sen försvinner den? 33 E1: Ja. Vi placerade in elevens enkätsvar samt uttalanden i intervjun under kategorin vardag. Undergruppen eleven placerades i är fysik/kemi. Orsaken till detta är då eleven pratade om elektricitet som är knuten till fysiken. Eleven berättade att energi är något som är förstörbar genom att säga "desto mer man använder den desto mer slösar man". Eftersom eleven tror att energin är något som försvinner så har eleven inte förstått energiprincipen om att energi är oförstörbar. Då eleven försökte förklara sina uppfattningar, utgick denne från olika objekt som exempelvis datorn och mobiltelefonen. Detta istället för att föra ett abstrakt resonemang kring energibegreppet kopplat till elektricitet. Vi tolkar det som att eleven ännu inte befinner sig riktigt i den formal-operationella nivån. Vi tror att eleven kan behöva stöd av exempelvis lärare och kamrater för att kunna förtydliga sina uppfattningar kring energibegreppet. Genom att få detta stöd befinner sig eleven i den närmaste utvecklingszonen. Det är först när eleven har befäst ny kunskap som han/hon har kommit till nästa utvecklingsnivå. En fråga som uppstår är hur resultatet hade påverkats om eleven hade fått det stöd av läraren eller kamraterna som han/hon behöver. Eleven förstår däremot att energi kan lagras i form av batteri genom att säga "sen är ju då energin i telefonen så att det varar länge". I det andra exemplet som presenteras nedanför använder sig elev av det Rundgren (2006) kallar för metaforer. Eleven använder sig av dessa för att förklarar energibegreppet och hur denne uppfattar det. Ett utdrag från intervju två där metaforer används i ett vardagligt sammanhang är: S1: Hur tänker du då? Hur tänker du att de ger oss energi? E2: Alltså mat får typ...sömn får oss...när man....hur ska man förklara. S1: Ta det lugnt. E2: Typ sömn när...när man sover och vaknar så får man energi. Och mat när man äter får man energi. Mat...mat är som bilarnas bensin typ. Värt att presentera här är även elevens enkätsvar där eleven skriver på fråga två (se bilaga 3) att "jag tror att mat används i matsal eller hemma eller så kan man ta med en maka till skogen" (elevsvar från den vardagliga kategorin i undergruppen biologi). Sambandet mellan vad eleven uttrycker i intervjun grundar sig på svaret denne ger i enkäten. Därmed gör eleven ett förtydligande utifrån sitt enkätsvar. Eleven diskuterar energi och samband som är knutna till detta begrepp genom att nämna mat och jämföra denna med bensin. Detta kan tolkas som 34 att eleven gör en koppling mellan energin och vardagen utifrån ett biologiskt perspektiv. Rundgren (2006) förklarar att elever kan missuppfatta/ha alternativa bilder av olika fysikbegrepp och samband. Ibland kan det vara så, berättar författaren vidare, att elever använder denna typ av alternativa bilder när de försöker förklara sin tolkning och uppfattning av begreppet. Dock används det snarast som förslag till tolkning på vägen mot sin uppfattning av energibegreppet och inte som fasta tolkningar. Utdraget från intervjun som redovisas ovan tolkade vi under intervjun som att eleven gjorde på ett sätt som kännetecknar ett förslag till en tolkning. Utöver det förankrade eleven förslaget till ett konkret exempel, där maten för människor motsvarar bensinen som finns i bilar. Vi tolkar utdraget som att eleven har svårt för att uppfatta energibegreppet som en abstrakt kvantitet. Därmed blir det svårt att säga i vilket utvecklingsstadium eleven befinner sig i. Eleven behöver även stöd av exempelvis lärare för att kunna befästa ny kunskap om begreppet och därmed komma till en högre utvecklingsnivå enligt Vygotskijs teori. I det tredje exemplet, under intervju tre vid fråga fem (se bilaga 4), uppstod en situation där eleverna började diskutera värme. Eleverna fick då möjlighet att argumentera, diskutera samt bolla tankar mellan varandra. Det medförde att eleverna kunde lära av samspelet mellan varandra. Därtill kunde de bilda sig en mer specifik syn av energibegreppet kopplat till värme. Eleverna gick på så sätt från en helhet i fysikområdet energi, till det specifika där eleverna relaterade värme till energibegreppet. Diskussionen eleverna hade löd såhär: E2: Värme är vetenskapligt. E1: Ja, eller? S1: Eller? Förklara för varandra nu varför ni väljer de så! E2: För att de är.....man kan....många har gjort en vetenskaps saker och så om värmer och visat hur det går till och så. S1: Alltså vetenskapliga bevis på hur det fungerar med värme. Är det så? E2: Ja. E1: Och det kunde också vara vardagligt. E2: Ja, vardagligt. E1: I hemmet. E3: Ja. 35 S1: Hur tänker ni nu då? Hur gör vi då? E3: Kroppsvärme! Kroppsvärme från när man är hemma eller i klassrummet. E2: Ja. E1: Mm. E2: Vardagligt. E1, E2, E3: Mm. E1: Vi tar vardagligt. E2: Vardagligt. 5.2 Vilka skillnader finns i uppfattningen av energibegreppet mellan årskurs 5 och årskurs 8? I TIMSS (Skolverket, 2014b) redovisas resultaten av den procentuella andelen elever som svarar rätt eller fel på frågor som berör begreppet energi. Detta görs i form av tester/prov medan vår undersökning baseras på enkäter och intervjuer. Skillnaden mellan TIMSS (Skolverket, 2014b) tester och våra enkäter samt intervjuer är att vi i utifrån dessa metoder önskar få fram elevernas uppfattningar oavsett vilka de är. TIMSS (Skolverket, 2014b) väljer emellertid att fokusera på korrekta och felaktiga svar eleverna ger. Vårt resultat från enkäten redovisas procentuellt utifrån elevernas uppfattningar om energibegreppet och intervjusvaren presenteras med hjälp av utdrag. De två undersökningarnas tillvägagångssätt skapar en problematik i att visa skillnader som finns i uppfattningen mellan elever i årskurs 5 och i årskurs 8. Detta genom att TIMSS (Skolverket, 2014b) använde slutna frågor i form av flervalsfrågor och att vi huvudsakligen använde öppna frågor i hur elever uppfattar energibegreppet. TIMSS (Skolverket, 2014b) redogör resultaten som berör energibegreppet i fysik från tre frågor som eleverna fick svara på i testet/provet. Den första och andra frågan var: Bilden visar hur vatten rinner från en tank och får ett skovelhjul att snurra. 36 A. Vilken sorts energi har vattnet när det befinner sig i tanken? B. Vilken sorts energi har vattnet ögonblicket innan det träffar skovelhjulet? (Skolverket, 2014b s. 61) Den tredje frågan som elever i årskurs 8 fick svara på var: Vilka energiomvandlingar sker i en batteridriven ficklampa? a) elektrisk energi → mekanisk energi → ljusenergi b) kemisk energi → mekanisk energi → ljusenergi c) kemisk energi → elektrisk energi → ljusenergi d) kärnenergi → elektrisk energi → ljusenergi (Skolverket, 2014b s. 76) 100,0% 79,9% 80,0% 60,0% 40,0% Fråga 1A, 1B, 2 20,1% 20,0% 0,0% Rätt Fel Figur 1. Sammanställning från TIMSS (Skolverket, 2014b) resultat för alla tre frågor som berör energibegreppet. Kolumnerna visar den procentuella andelen korrekta och felaktiga svar eleverna gav. Resultatet för vår undersökning med elever i årskurs 5 var: 80,0% 73,1% 60,0% 40,0% 26,9% 20,0% 0% 0,0% Vetenskap Pseudovetenskap Vardag Figur 2. Kolumnerna visar den procentuella andelen elever i denna undersökning som är placerade i kategorierna vetenskap, pseudovetenskap och vardag utefter sina angivna svar. Vid en jämförelse av TIMSS (Skolverket, 2014b) och vårt resultat går det att, i figur 1 och 2, utläsa, eleverna i såväl årskurs 8 som i årskurs 5, att det endast är en liten andel elever som utgår från ett vetenskapligt perspektiv. De elever, i årskurs 8, som svarar rätt på frågorna i TIMSS (Skolverket, 2014b) tolkar vi som att de utgår från ett vetenskapligt perspektiv 37 eftersom att eleverna kan visa på en förståelse kring vetenskapligt påvisade företeelser. Däremot framgår det inte från vilka andra kategorier de resterande svaren utgår från av de elever som svarar fel på frågorna. Detta skapar en problematik i hur vi ska tolka resultaten från undersökningen. Att utläsa hur stor andel elever i årskurs 5 som kan tänka abstrakt blir därmed svår. Sjøberg (2010) menar att elever utvecklar en förmåga att tänka abstrakt från 11 års ålder. I TIMSS (Skolverket, 2014b), för eleverna i årskurs 8, går det emellertid inte att utläsa om dessa elever har förmågan att tänka abstrakt. Eleverna i årskurs 8 bör däremot, utifrån Piagets utvecklingsteori, befinna sig i den formal-operationella nivån. Utifrån resultaten från TIMSS (Skolverket, 2014b), framgår det att eleverna i årskurs 8 behöver stöd av exempelvis lärare för att kunna besvara frågorna som berör begreppet energi. Detta genom att endast 20,1 % (se figur 1) av eleverna svarade rätt på de tre frågor som ställdes i undersökningen om energi. Eleverna i årskurs 5 besvarade frågorna i enkäten huvudsakligen utan stöd av andra, men detta betyder inte att eleverna inte behöver stöd av exempelvis lärare för att befästa ny kunskap enligt Vygotskijs teori. Däremot behövde de elever som deltog i intervjuerna stöd av oss eller sina kamrater när de skulle ge ett förtydligande på hur de uppfattade energibegreppet. Dessa elever befann sig i den närmaste utvecklingszonen där de var på väg mot att befästa ny kunskap och komma till en högre utvecklingsnivå. 38 6. Diskussion 6.1 Reflektion av tidigare forskning Utifrån den tidigare forskningen inom området energi, gjord av Papadourisa & Constantinoua (2014), har vi kommit fram till att de inte gjort samma indelning av kategorier (vardag, vetenskap, pseudovetenskap) som vi valde att göra i vår undersökning. Författarnas undersökning om energi utgick från det vetenskapliga perspektivet, medan vi i vår undersökning utgick från energibegreppet som en helhet. Papadourisa & Constantinoua (2014) kom fram till att de flesta elever uppfattade att energin var upptäckt. Vi tolkar detta som att dessa elever uppfattar energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv. De flesta av eleverna befinner sig då på den formal-operationella nivån där eleverna kan ta till sig abstrakta påståenden. De elever som hade en otydlig vetenskaplig tolkning skulle då befinna sig på en lägre nivå. De elever som hade en otydlig vetenskaplig tolkning och behöver hjälp av lärare, föräldrar eller kamrater befinner sig i den närmaste utvecklingszonen enligt Vygotskijs teori. När de eleverna har befäst den nya kunskapen har de kommit till nästa utvecklingsnivå. I vår undersökning visade vi att majoriteten av eleverna uppfattar energibegreppet ur ett vardagligt perspektiv. Orsaken till olika resultat kan vara att läroplanen på Cypern och läroplanen i Sverige skiljer sig åt. Eleverna på Cypern får kanske energibegreppet introducerat redan i de lägre årskurserna, medan eleverna i Sverige får undervisning om energibegreppet mer omfattande på högstadiet. Resultatet kan även bero på att eleverna på Cypern har en mer praktisk undervisning som är kopplad till det teoretiska än vad de svenska eleverna har. Tidigare genomförd forskning av Saglam-Arslan (2010) utfördes med studenter på universitetet samt elever på gymnasiet. Resultatet visade att majoriteten av eleverna/studenterna tolkade energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv. I och med att dessa elever är äldre befinner de sig på en mer avancerad nivå inom energiområdet. Detta eftersom att elever på gymnasienivå och uppåt har utvecklat sina uppfattningar om energibegreppet under en längre period. Vi tolkar resultatet som att eleverna/studenterna, som genomförde undersökningen på olika nivå, befinner sig på olika utvecklingsstadier enligt Piagets teori. De elever/studenter som har en högre utbildning befinner sig på en högre vetenskaplig nivå. De bör även ha genomgått fler proximala utvecklingszoner enligt 39 Vygotskijs teori. Eleverna i årskurs 5 har däremot begynnande kunskaper om energibegreppet (Skolverket, 2014a). Orsaken till detta är undervisningsinnehållet samt att upplägget skiljer sig åt i de olika årskurserna. I årskurs 5 undervisas fysikämnet och energibegreppet parallellt med kemi och bedöms som ett område, medan energibegreppet på gymnasie- och universitetsnivå undervisas separat. De tidigare studierna fungerade som en inspirationsskälla när vi utvecklade en nyfikenhet för hur elever i årskurs 5 uppfattar energibegreppet i fysik. I undersökningen som Svedholm & Lindeman (2012) genomförde visade det sig att eleverna som deltog i undersökningen uppfattade energibegreppet både som vetenskapligt och pseudovetenskapligt. De flesta eleverna uppfattade energibegreppet som vetenskapligt. Piagets teori beskriver utvecklingsstadierna som att du har nått nästa nivå när du har befäst ny kunskap. Kan man befästa ny kunskap men samtidigt ha en pseudovetenskaplig uppfattning? Enligt Vygotskij får individen nya sätt att se omvärlden när han/hon utvecklas till en högre nivå oavsett om du är gammal eller ung. I TIMSS (Skolverket, 2014b) svarade eleverna i årskurs 8 på frågor där det finns givna svarsalternativ. Detta resulterade i att vi inte kunde se hur dessa elever uppfattar energibegreppet på samma sätt som i vår egen undersökning. I vår egen undersökning går det inte att se vilka svårigheter eleverna har med att använda energibegreppet på ett vetenskapligt sätt. I TIMSS (Skolverket, 2014b) tester/prov kan eleverna däremot ha gissat rätt på frågorna som behandlar energi. På grund av att eleverna kan ha gissat rätt på frågorna så kan tillförlitligheten ifrågasättas, detta då eleven har en chans på fyra att svara rätt. Enligt TIMSS (Skolverket, 2012, 2014a, 2014b) undersökning kan vi se att yngre elever har svårare för att uppfatta energibegreppet som vetenskapligt. Vi tolkar det som att oavsett ålder följer vi Piagets olika utvecklingsstadier. Enligt Vygotskij möter eleven i skolan världen genom abstrakta kategorier och vetenskapliga begrepp, medan det i sin vardag möter den genom personliga erfarenheter. Problematiken med de resultat vi sett i undersökningarna är att när det gäller de pseudovetenskapliga och vardagliga uppfattningarna, kan det bli svårt att bedöma på vilken nivå individen befinner sig på och när han/hon tar sig till nästa nivå. 40 6.2 Reflektion av undersökningens resultat Resultatet av det insamlade materialet indikerar att elever i årskurs 5 i huvudsak uppfattar energibegreppet ur ett vardagligt perspektiv, medan resterande elever uppfattar begreppet som vetenskapligt. Anledningen till detta kan vara att eleverna utgår från sina vardagliga erfarenheter om begreppet, exempelvis reklam på TV och i affärer såväl som på bussen. I skolan presenteras emellertid energibegreppet för eleverna från ett vetenskapligt perspektiv. Vi tror att det vetenskapliga perspektivet kan medföra att eleverna skapar sig en bredare uppfattning om begreppet energi genom att exempelvis få ett större ordförråd. Molander (2007) menar samtidigt att samtal, mellan elever och mellan lärare och elever, kan gemensamt skapa en förståelse om energibegreppet och dess sammanhang. Lärare bör därmed kunna ge eleverna det stöd de behöver i undervisningen för att de ska kunna befästa ny kunskap och därmed komma till en högre utvecklingsnivå enligt Vygotskijs teori. Enligt Naeslund (2007) kan eleverna utvecklas genom att de skapar nya tankar. I läroplanen står det att lärarna ska bidra till att elever utvecklar sina uppfattningar av begreppet energi utefter individuella "behov, förutsättningar, erfarenheter och tänkande" (Skolverket, 2011 s.14). Dock brukar begreppet energi inte presenteras i undervisningen förrän i de högre årskurserna. Vi tror att eleverna i årskurs 5, som vi såg i vårt resultat, befinner sig på en lägre kognitiv nivå. Emellertid kan det vara så att eleverna, beroende på vilket språk de använder, befinner sig på en högre kognitiv nivå men att de inte har redskapen att kunna förmedla sina uppfattningar. Vi antar att eleverna i vår undersökning har svårare att tänka abstrakt. Eftersom att begreppet energi är abstrakt är det svårt för elever i de lägre årskurserna att bilda sig en uppfattning av vad energibegreppet innebär och omfattar. Detta kan vara en orsak till varför det komplexa energibegreppet inte nämns i de lägre årskurserna, då det har olika definitioner utifrån olika kategorier så som exempelvis vardag, vetenskap och pseudovetenskap. Enligt Sjøberg (2010) är eleverna i årskurs 5 på väg in i den formal-operationella nivån, vilket skapar en problematik för lärare att undervisa om ett så abstrakt begrepp som energi. Alla elever befinner sig kanske inte på denna nivå och detta kan då resultera i en svårighet för de elever som inte kan tänka i abstrakta banor. Då inga elever uppfattade energibegreppet som pseudovetenskapligt kan detta bero på att vi i vår undersökning valde att utgå från ett helhetsperspektiv. Följden av detta blev att vi valde att ställa i huvudsak öppna frågor. Eleverna fick därmed associera fritt till energibegreppet i såväl enkät- som intervjufrågorna. Frågorna blev i och med detta besvarade 41 utifrån elevernas egna erfarenheter och de utgick i huvudsak från ett vardagligt perspektiv. Molander (2007) och Naeslund (2007) menar att lärare bör kunna förankra elevernas tidigare erfarenheter till undervisningen för att ge eleverna chans till att se mening och samband som uttrycks vetenskapligt om energi. Utöver det se eventuella konflikter mellan det vardagliga språket och det vetenskapliga. Under intervjun fick eleverna stöd av oss att vidareutveckla sina uppfattningar om energibegreppet. Detta kan ha medfört att vi styrde in eleverna i en viss riktning, som gjorde att resultatet kan ha påverkats genom våra frågor och kommentarer under intervjun. När det kommer till en jämförelse av elever i årskurs 5 och elever i årskurs 8 så tolkar vi resultatet att eleverna i båda årskurserna, i huvudsak, inte uppfattar energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv. I TIMSS (Skolverket, 2014b), för eleverna i årskurs 8, går det inte att utläsa på vilken nivå eleverna befinner sig på utifrån Piagets utvecklingsstadier. Däremot bör dessa elever befinna sig i den formal-operationella nivån då elever redan i 11 års ålder utvecklar förmågan att tänka abstrakt (Sjøberg, 2010). Andelen elever i årskurs 8 från TIMSS (Skolverket, 2014b) undersökning som uppfattar energibegreppet vetenskapligt bör då vara större. Eftersom vi inte känner eleverna som utförde dessa tester/prov, går det inte att säga vilka uppfattningar eleverna som svarade fel på frågorna om energi hade. En anledning till det låga vetenskapliga resultatet kan ha varit att eleverna som deltog i undersökningens tester/prov råkade gissa rätt på frågorna som behandlar energi. En fråga som då dyker upp är, om några elever råkat gissa rätt bör det då inte förväntas att resultatet blir ännu lägre? På grund av att eleverna kan ha gissat rätt på frågorna så kan tillförlitligheten ifrågasättas, detta då eleven har en chans på fyra att svara rätt. Därmed blir det svårt att kategorisera in just de eleverna i enskilda kategorier. Att en större andel elever i årskurs 8 inte uppfattar energibegreppet som abstrakt kan bland annat bero på olika intryck från samhället, i form av reklam och annan social media, och egna erfarenheter. En annan anledning till att eleverna i årskurs 8 har svårt för energibegreppet kan vara undervisningen, att eleverna kanske inte har kommit i kontakt med energibegreppet tidigare. Detta kan då skapa en förvirring på grund av att de redan har en annan uppfattning om begreppet. Emellertid står det i läroplanen för årskurs 5 att "Undervisningen ska bidra till att eleverna utvecklar förtrogenhet med fysikens begrepp /.../ samt förståelse för hur de formas i samspel med erfarenheter från undersökningar av omvärlden" (Skolverket, 2011 s. 127). En tolkning av läroplanen kan vara att lärare därmed bör ge eleverna i årskurs 8 möjlighet till att utveckla en djupare förståelse. Undervisningen kan då inkludera exempelvis experimentella undersökningar. Vi tror att om eleverna i årskurs 8 dessutom hade fått stöd av lärare genom denna typ av undervisning hade 42 det kunnat resultera i att de utvecklar sin uppfattning om energibegreppet. Stödet av läraren kan hjälpa eleven att komma till en högre utvecklingsnivå enligt Vygotskijs teori om den närmaste utvecklingszonen. En kritik mot vår jämförelse av årskurs 5 och årskurs 8 är att vi har undersökt hur elever uppfattar begreppet energi, medan TIMSS (Skolverket, 2014b) undersökt vilka kunskaper elever har. Därmed bör vi ha utgått från en studie som undersökt hur elever i årskurs 8 uppfattar energibegreppet. Detta för att få ett mer korrekt inriktat svar, som berör detsamma som vi undersökt i vårt examensarbete. 6.3 Slutsats Slutsatsen av denna undersökning är att elever i årskurs 5 har generellt svårt att uppfatta energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv, då det är ett abstrakt begrepp med en rad olika definitioner. Vid en jämförelse av elever i årskurs 5 och årskurs 8 insåg vi i efterhand att TIMSS (Skolverket, 2012, 2014a, 2014b) undersöker endast kunskaper och inte elevers uppfattningar om energibegreppet. Därmed gjorde vi en egen tolkning av TIMSS (Skolverket, 2014a, 2014b) resultat för att kunna besvara vår andra frågeställning. Vi kom då fram till att eleverna i båda årskurserna, i huvudsak, inte uppfattar energibegreppet ur ett vetenskapligt perspektiv. Syftet med vår undersökning blev därmed uppnådd utifrån frågeställning ett som var att studera elevers, i årskurs 5, uppfattningar om energibegreppet. Emellertid besvarades inte frågeställning nummer två i lika stor utsträckning, där syftet var att jämföra elevers, i årskurs 5 och 8, uppfattningar om energibegreppet. Arbetet har som en helhet skapat en insikt hos oss som framtida lärare om att energibegreppet bör presenteras redan i de yngre åldrarna. Skälet till detta är då elever vid en tidig undervisning om begreppet kan, tror vi, få en förkunskap om energi. Detta gör i sin tur att de sedan i de högre årskurserna har bättre förutsättningar att kunna inta nya och bredare uppfattningar om begreppet. Vi har utöver detta även fått en förståelse om att elever befinner sig på olika kunskapsnivåer och utvecklingsnivåer. Detta medför att vi som blivande lärare måste kunna lägga upp vår undervisning på ett sätt som gör att vi kan nå varje elevs individuella behov, utefter deras förutsättningar och erfarenheter av energibegreppet. 43 6.4 Förslag till vidare forskning Förslag till vidare forskning kring detta ämnesområde kan vara att undersöka på vilket sätt undervisningen påverkar elevernas uppfattningar om begreppet energi. På vilket sätt kan tematisk undervisning vara en fördel eller nackdel för eleverna vid inlärning av det abstrakta begreppet energi? Hur bör lärare gå tillväga för att skapa en så adekvat undervisning som möjligt för att bidra till elevers utveckling av energibegreppet? En annan forskningsaspekt som kan vara intressant att undersöka är hur elevers vardagsförställningar kan ligga till grund för deras uppfattningar om energibegreppet. Vilka sociokulturella skillnader har betydelse för elevers uppfattningar om begreppet energi? Vilken skillnad utgör svenska som förstarespektive andraspråk i hur elever uppfattar begreppet? Vi skulle vilja avsluta detta examensarbete med ett citat av Albert Einstein: Fysiska begrepp är fria konstruktioner, skapade av människans intellekt. Även om det kan se ut så, är de inte entydigt bestämda av den yttre verkligheten (Albert Einstein i The Evolution of Physics, 1938 hämtat från Sjøberg, 2010 s. 80). 44 7. Referenser Alvehus, J. (2013). Skriva uppsats med kvalitativ metod: en handbok. 1. uppl. Stockholm: Liber AB. Andersson, B. (2008). Att förstå skolans naturvetenskap: forskningsresultat och nya idéer. 1. uppl. Lund: Studentlitteratur AB Areskoug, M. & Eliasson, P. (2012). Energi för hållbar utveckling: ett historiskt och naturvetenskapligt perspektiv. 2 uppl. Lund: Studentlitteratur AB Bell, R.L. & Lederman, N. G. (2003). Understandings of the Nature of Science and Decision Making on Science and Technology Based Issues. Science & Education. vol. 87 nr. 3, pp. 352-377. Tillgänglig: http://onlinelibrary.wiley.com.proxy.mah.se/doi/10.1002/sce.10063/abst ract [Hämtad 2015-02-10] Bryman, A. (2011). Samhällsvetenskapliga metoder. 2 rev uppl. Malmö: Liber AB Cederborg, A. (2010). Att intervjua barn: vägledning för socialsekreterare.[Elektronisk]. Stockholm: Stiftelsen Allmänna Barnhuset. Tillgänglig: http://www.allmannabarnhuset.se /wp-content/uploads/2013/11/Att_intervjua_barn.pdf [Hämtad 2015-02-04] Feynman, R., Leighton, R. B. & Sans, M. (1963). The Feynman lectures on physics. Vol. 1. Reading, USA: Addison-Wesley. Helldén, G., Jonsson, G., Karlefors, I. & Vikström, A. (2010). Vägar till naturvetenskapens värld: ämneskunskap i didaktisk belysning. 1. uppl. Stockholm: Liber AB Lundström, M. (2010). Vetenskap eller pseudovetenskap? En studie om elevers uppfattningar om naturvetenskap, pseudovetenskap och tillförlitlighet. Malmö: Holmbergs Molander, B-O. (2007). Tvetydighet som motor för kommunikation: döva och hörande elevers resonemang om energi. I Resultatdialog 2007: forskning inom utbildningsvetenskap. (2007). Stockholm: Vetenskapsrådet. ss. 99-104. Tillgänglig: http://www.cm.se/webbshop_vr/ pdfer/VR2007_10.pdf#page=25 [Hämtad 2015-02-10] Naeslund, L. (2007). Existentiella frågors innebörd i skolans praktik. I Resultatdialog 2007: forskning inom utbildningsvetenskap. (2007). Stockholm: Vetenskapsrådet. ss. 105-111. 45 Tillgänglig: http://www.cm.se/webbshop_vr/pdfer/VR2007_10.pdf#page=25 [Hämtad 201502-10] Papadourisa, N. & Constantinoua, C.P. (2014). An Exploratory Investigation of 12-Year-Old Students' Ability to Appreciate Certain Aspects of the Nature of Science through a Specially Designed Approach in the Context of Energy. International Journal of Science Education. vol. 36 nr. 5, pp. 755 - 782. Tillgänglig: http://www.tandfonline.com.proxy.mah.se/doi/abs /10.1080/09500693.2013.827816#.VNnHBOaG-So [Hämtad 2015-02-10] Piaget, J. & Garcia, R. (1991). Toward a logic of meanings. 10. uppl. New Jersey: Lawrence Erlbaum Assosiates, Inc. "pseudoscience, n.". OED Online. (December 2014). Oxford University Press. Webb. Tillgänglig: http://www.oed.com/view/Entry/153794?redirectedFrom=pseudoscience+ [Hämtad 2015-02-04] Rundgren, C.J. (2006). Att börja tala ’biokemiska’ - Betydelsen av metaforer och hjälpord för meningsskapande kring proteiner. Nordic Studies in Science Education. vol. 2 nr. 3, pp. 3042. Tillgänglig: https://www.journals.uio.no/index.php/nordina/article/view/412 [Hämtad 2015-02-16] Saglam-Arslan, A. (2010). Cross-Grade Comparison of Students’ Understanding of Energy Concepts. Jorunal of Science Education and Technology. vol. 19, nr.3, pp. 303-313. Tillgänglig: http://dx.doi.org.proxy.mah.se/10.1007/s10956-009-9201-3 [Hämtad 2015-0313] Sandberg, G. (2012). På väg in i skolan: Om villkor för olika barns delaktighet och skriftspråkslärande. [Elektronisk]. Diss. Uppsala: Acta Universitatis Upsaliensis. No. 6. Tillgänglig: http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A561240&dswid=8791 [Hämtad 2015-01-28] Sjøberg, S. (2010). Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik. 3 rev. uppl. Lund: Studentlitteratur AB Skolverket (2011). Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011. Stockholm: Skolverket 46 Skolverket (2012). TIMSS 2011 Svenska grundskoleelevers kunskaper i matematik och naturvetenskap i ett internationellt perspektiv. Rapport 380. [Elektronisk]. Stockholm: Elanders Sverige AB. Tillgänglig: http://www.skolverket.se/om-skolverket/publikationer/ visa-enskild-publikation?_xurl_=http%3A%2F%2Fwww5.skolverket.se%2Fwtpub%2Fws %2Fskolbok%2Fwpubext%2Ftrycksak%2FRecord%3Fk%3D2942 [Hämtad 2015-03-02] Skolverket (2014a). TIMSS 2011 Uppgifter i naturvetenskap, årskurs 4. Rapport 402. [Elektronisk]. Stockholm: Typoform AB. Tillgänglig: http://www.skolverket.se/omskolverket/publikationer/visa-enskild-publikation?_xurl_=http%3A%2F%2Fwww5 .skolverket.se%2Fwtpub%2Fws%2Fskolbok%2Fwpubext%2Ftrycksak%2FRecord%3Fk%3D 3268 [Hämtad 2015-03-05] Skolverket (2014b). TIMSS 2011 Uppgifter i naturvetenskap, årskurs 8. Rapport 403. [Elektronisk]. Stockholm: Typoform AB. Tillgänglig: http://www.skolverket.se/omskolverket/publikationer/visa-enskild-publikation?_xurl_=http%3A%2F%2Fwww5 .skolverket.se%2Fwtpub%2Fws%2Fskolbok%2Fwpubext%2Ftrycksak%2FRecord%3Fk%3D 3269 [Hämtad 2015-03-05] Svedholm, A.M. & Lindeman, M. (2012). Healing, Mental Energy in the Physics Classroom: Energy Conceptions and Trust in Complementary and Alternative Medicine in Grade 10–12 Students. Science & Education. vol. 22 nr. 3, pp. 677-694. Tillgänglig: http://link.springer.com.proxy.mah.se/article/10.1007/s11191-012-9529-6 [Hämtad 2015-0210] Säljö, R. (2004). Föreställningar om lärande och tidsandan. I Selander, S (red.), Kobran, nallen och majjen (2003). Tradition och förnyelse i svensk skola och skolforskning. Stockholm: Myndigheten för skolutveckling. ss. 71-89. Tillgänglig: http://www.distans.hkr.se /ita101/texter/saljo_forestallningar_om_larande_ur_kmn.pdf [Hämtad 2015-02-20] Säljö, R. (2011). L. S. Vygotskij: Forskare, pedagog och visionär. I Forssell, A. (red.) (2011). Boken om pedagogerna. 6. uppl. Stockholm: Liber. ss. 153-177. Trost, J. (2001). Enkätboken. 2. uppl. Lund: Studentlitteratur AB Vetenskapsrådet (u.å.). Forskningsetiska principer inom humanistisk: samhällsvetenskaplig forskning. [Elektronisk]. Stockholm: Elanders Gotab. Tillgänglig: http://www.codex.vr.se/ texts/HSFR.pdf [Hämtad 2015-01-19] 47 Vygotsky, L.S. (1978). Mind in society: the development of higher psychological prossesses. 20. uppl. Harvard: President and Fellowos of Harvard Collage. 48 Bilaga 1 Hej! Vi är två lärarstuderande från Malmö Högskola som går grundlärarutbildningen årskurs 4-6. Just nu håller vi på att göra ett examensarbete som handlar om hur elever tolkar begreppet energi. Därmed undrar vi om ert barn får vara delaktig i vår undersökning som består av en enkät och en intervju. Självfallet kommer ditt barns deltagande att anonymiseras där namn, ålder, skola m.m. kommer att avidentifieras. Ja, vi godkänner att vårt barn deltar i undersökningen. Nej, vi godkänner inte att vårt barn deltar i undersökningen. Datum: _______________ Elevens namn:_________________________ Vårdnadshavares underskrift: ____________________________ Tack på förhand! Vänligen, Claudia & Maria 49 Bilaga 2 50 51 Bilaga 3 52 53 Bilaga 4 54
© Copyright 2024