EXAMENSARBETE
"Det kommer onekligen att smälta" En studie om elevers föreståelse för vattnets fasförändringar
Malin Matti Emilia Stålnacke
Lärarexamen, grundnivå Lärarexamen, 210 hp
Luleå tekniska universitet Institutionen för konst, kommunikation och lärande
”Det kommer onekligen att smälta” En studie om elevers förståelse för vattnets fasförändringar
Malin Matti Emilia Stålnacke
Lärarutbildning Allmänt utbildningsområde C-nivå Institutionen för Konst, kommunikation och lärande Handledare: Per Högström Examinator: Ing-Marie Munkhammar
Förord Det känns bra att äntligen få skriva dessa ord. Det har varit både roligt och jobbigt att skriva detta examensarbete och vi är därför oerhört glada över att det äntligen är färdigt. Först och främst vill vi tacka varandra för ett bra samarbete och mycket tålamod. Vi riktar ett stort tack till de lärare och elever som deltagit i undersökningen, det är ni som gjort att detta arbete blivit av. Vi är även tacksamma för det stöd vi fått från alla runt omkring oss under arbetets gång. Ett speciellt tack till vår studiekamrat Anna Granberg för alla reflektioner och positiva samtal vi haft tillsammans. Vi vill även tacka vår handledare Per Högström för hans utmaningar och stora engagemang som väglett oss genom hela arbetet.
December 2011 Malin Matti och Emilia Stålnacke
Abstrakt Studiens syfte var att undersöka hur elever i årskurs två förstår vattnets fasförändringar i jämförelse med elever i årskurs fyra. Även elevernas kunskaper i förhållande till kursplanens centrala innehåll och kunskapskrav undersöktes. Studien baseras på 52 elever varav 24 i årskurs två och 28 i årskurs fyra. För att ta reda på hur eleverna förstod vattnets fasförändringar gjordes kvalitativa gruppintervjuer där eleverna fick förklara olika fenomen som visades för dem. Även intervjuer med lärarna för klasserna har gjorts för att ta reda på vilken undervisning eleverna har fått. I analysen har vi undersökt hur Piagets och Vygotskijs kunskapssyn återspeglas i elevernas sätt att använda begrepp och förklara fasförändringar. Resultatet visar att eleverna i årskurs två har vardagliga föreställningar om vattnets fasförändringar medan eleverna i årskurs fyra har en mer utvecklad förståelse och använder kemiska begrepp. De vardagliga föreställningarna som är vanliga i årskurs två förekommer även i årskurs fyra. Studiens resultat indikerar att elevernas vardagsföreställningar är svåra att förändra med den undervisning de fått. Det är därför viktigt med naturvetenskaplig undervisning redan i tidiga skolår för att eleverna ska få möjlighet och den tid som krävs för att förändra och utveckla sina föreställningar av naturvetenskapliga fenomen. Nyckelord: Naturvetenskapligt lärande, elevers vardagliga föreställningar, begreppsbildning, kemi, vattnets fasförändringar.
och
naturvetenskapliga
Innehåll 1. Inledning................................................................................................................................. 1 2. Bakgrund ................................................................................................................................ 2 2.1 Förklaring till ord och begrepp ......................................................................................... 2 2.2 Fasförändringar ................................................................................................................. 3 2.3 Piagets och Vygotskijs kunskapssyn ................................................................................ 3 2.4 Elever utvecklar begrepp .................................................................................................. 4 2.5 Vardagliga och vetenskapliga föreställningar av naturvetenskapliga fenomen ............... 5 2.6 Bearbetning av kunskap.................................................................................................... 6 2.7 Styrdokument.................................................................................................................... 7 3. Syfte ....................................................................................................................................... 9 3.1 Frågeställning ................................................................................................................... 9 4. Metod ................................................................................................................................... 10 4.1 Urvalsgrupp .................................................................................................................... 10 4.2 Genomförande ................................................................................................................ 10 4.2.1 Gruppintervjuer ........................................................................................................ 11 4.2.2 Datainsamling .......................................................................................................... 11 4.3 Fenomenografisk ansats som analysmetod ..................................................................... 11 5. Resultat ................................................................................................................................. 13 5.1 Undervisning .................................................................................................................. 13 5.2 Årskurs två ...................................................................................................................... 13 5.2.1 Var vatten finns och vad det består av ..................................................................... 13 5.2.2 Smältning, stelning och vattnets tre former ............................................................. 14 5.2.3 Kokning.................................................................................................................... 14 5.2.4 Kondensation ........................................................................................................... 14 5.2.5 Avdunstning ............................................................................................................. 14 5.2.6 Sammanfattning ....................................................................................................... 14 5.3 Årskurs fyra .................................................................................................................... 15 5.3.1 Var vatten finns och vad det består av ..................................................................... 16 5.3.2 Smältning och stelning ............................................................................................. 16 5.3.3 Kokning, kondensation och avdunstning ................................................................. 16 5.3.4 Sammanfattning ....................................................................................................... 16 5.4 Jämförelse mellan årskurserna........................................................................................ 18
5.5 Jämförelse med kursplanen ............................................................................................ 18 5.5.1 Årskurs två ............................................................................................................... 19 5.5.2 Årskurs fyra ............................................................................................................. 19 6. Diskussion ............................................................................................................................ 20 6.1 Metoddiskussion ............................................................................................................. 20 6.1.1 Validitet och reliabilitet ........................................................................................... 20 6.1.2 Urvalsgrupp .............................................................................................................. 20 6.1.3 Genomförande.......................................................................................................... 20 6.1.4 Gruppintervjuer ........................................................................................................ 21 6.1.5 Datainsamling .......................................................................................................... 22 6.1.6 Analysmetod ............................................................................................................ 22 6.2 Resultatdiskussion .......................................................................................................... 23 6.2.1 Undervisningens påverkan ....................................................................................... 23 6.2.2 Elevernas egna iakttagelser ...................................................................................... 24 6.2.3 Vattnets uppbyggnad................................................................................................ 24 6.2.4 Smältning och stelning ............................................................................................. 25 6.2.5 Kokning, kondensation och avdunstning ................................................................. 25 6.3 Avslutande reflektion och framtida forskning ................................................................ 26 Referenslista ............................................................................................................................. 28 Elektroniska resurser ............................................................................................................ 29 Bilaga 1 .................................................................................................................................... 30 Bilaga 2 .................................................................................................................................... 31 Bilaga 3 .................................................................................................................................... 32
1. Inledning Efter att ha läst kursen ”Barnen i naturen” har vi utvecklat ett intresse för det naturvetenskapliga ämnet. Det finns många intressanta problemområden inom naturvetenskap, ett av dem är hur elever förstår begreppen inom kemins område fasförändringar. Vi har genom verksamhetsförlagd utbildning i grundskolan erfarit att fasförändringar är något som är svårt för elever i tidiga skolår. Dessutom påvisar forskning inom samma åldersgrupp liknande resultat (Holgersson & Löfgren, 2004; Lindner, 2007; Löfgren & Helldén, 2005). Elever i olika åldrar har svårt att använda sig av begrepp inom området fasförändringar och även inom naturkunskapsämnet i sin helhet. Det är mer vanligt att elever använder sig av vardagliga begrepp som till exempel ånga istället för gas (Bar, 1989). Elevernas kunskaper kommer att jämföras med kursplanens centrala innehåll och kunskapskrav för årskurs tre och sex i vår studie. Vi anser att det är en relevant jämförelse eftersom kursplanen, som skolans verksamhet ska genomsyras av, behandlar begrepp inom området fasförändringar redan i årskurs sex och forskare menar att dessa är svåra för barn att förstå. Då kunskapskraven är uppsatta för årskurs tre och sex anser vi att vår studie är lämplig att utföra i årskurs två och fyra eftersom eleverna i årskurs fyra ska ha uppnått kunskapskraven för årskurs tre och eleverna i årskurs två ska vara på väg mot dessa. Kunskapskraven för årskurs sex kommer att beröras eftersom eleverna i årskurs fyra ska arbeta mot dem. Vår tanke är att eleverna i årskurs två inte har fått all undervisning som krävs för att nå upp till kunskapskraven för årskurs tre. Vi vill ta reda på detta eftersom vi som blivande lärare anser att det är intressant att veta var elevers förståelse ligger i förhållande till de mål som finns i styrdokumenten. Vår studie kan utveckla kunskaper om elevers förståelse av begrepp inom området fasförändringar i tidig skolålder. Den kan också vara en vägledning till lärare, om vilka begrepp inom området som är svåra för elever att förstå samt vad det beror på. För oss som blivande lärare kan denna studie utveckla våra kunskaper om elevers förståelse för olika begrepp inom vissa områden i kemin. Har vi kunskap om elevers förståelse för olika begrepp underlättar det för oss att ge elever goda förutsättningar för lärande. Om vi som lärare vet vilka begrepp som är svåra att förstå får vi även själva bättre förutsättningar för planering av undervisningen. Vi har fördelat litteraturen mellan oss och skrivit ner intressanta och viktiga delar för att sedan arbeta fram en gemensam text. Detta har skett på samma sätt i alla delar av uppsatsen. Intervjuerna med elever och lärare samt transkription av dem har gjorts tillsammans. Vi har även analyserat och diskuterat resultatet tillsammans. Diskussionen har skrivits tillsammans under ett gemensamt samtal om vad som ska finnas med. Vi anser därmed att vi tagit lika stort ansvar för uppsatsen.
1
2. Bakgrund Bakgrunden börjar med en förklaring av ord och begrepp som uppkommer flera gånger i texten. Sedan kommer en förklaring av området fasförändringar kopplat till vatten, vad det är och hur det kan förklaras på ett naturvetenskapligt sätt. Studien fokuserar på inlärning utifrån Piagets och Vygotskijs kunskapssyn och därmed innehåller bakgrunden en förklaring och jämförelse dem emellan. Därefter görs en beskrivning av tidigare forskning om hur elever utvecklar kunskap om och förståelse för naturvetenskapliga begrepp och vad som är viktigt att tänka på i skolans undervisning. Styrdokumenten är en viktig del i skolans värld eftersom skolans verksamhet ska präglas av den. Vår tolkning av skolans läroplan och kursplan i kemi för årskurs ett till tre samt årskurs sex är ett avslutande avsnitt i bakgrunden.
2.1 Förklaring till ord och begrepp I texten förekommer ord och begrepp som kan behöva en grundligare förklaring för att läsaren ska förstå texten bättre. Både termen barn och termen elev används. När utveckling och lärande från födseln behandlas används termen barn istället för elev. Med barn avses de i åldern innan skolålder och med elev de barn som går i skolan. Termen barn används när lärande beskrivs ur ett generellt perspektiv och termen elev när lärandet och utvecklingen gäller barn i skolan. När ordet fenomen används avses en företeelse, något som visar sig (Alexandersson, 1994). Ett vardagsfenomen kan vara en vanlig förekommande händelse i vardagen som till exempel att isen smälter på våren. Ett naturvetenskapligt fenomen kan vara att is smälter för att molekylernas rörelse ökar. I texten behandlas barns och elevers föreställningar om naturvetenskapliga fenomen, då används begreppen vardagsföreställning och naturvetenskaplig föreställning. Vardagsföreställning beskriver en föreställning om något naturvetenskapligt på en vardaglig nivå. Det kan till exempel vara en föreställning att vatten fryser till is för att det blir kallt. Föreställningen är grundad på egna upplevda erfarenheter som till exempel att vattenpölarna har stelnat när det varit kallt ute. En naturvetenskaplig föreställning till att vatten fryser till is är att vattnets fryspunkt är noll grader vilket medför att det stelnar när det är kallare än noll eller att molekylernas rörelse minskar när vattnet kyls ned. Termerna vardagligt begrepp och naturvetenskapligt begrepp förekommer ofta i texten. Ett vardagligt begrepp är till exempel ordet frysa. Frysa är i vardagsspråket en korrekt beskrivning av vad som händer när vatten läggs i frysen men även något som används som beskrivning till att vara nedkyld och känna sig frusen. När termen vetenskapliga begrepp används avses enligt naturvetenskapen korrekta begrepp. Begreppet frysa är enligt naturvetenskapen inte ett korrekt begrepp utan där bör istället begreppet stelna användas. Att inneha ett utvecklat molekylbegrepp innebär att förklaringar av vattnets fasförändringar görs på mikronivå. Det kan till exempel vara att vatten stelnar till is för att molekylernas rörelse minskar.
2
2.2 Fasförändringar Ett ämne som ändrar form och övergår från en fas till en annan kallas fasförändring. De fasförändringar som sker är när ett ämne övergår från fast till flytande, från flytande till gas, från gas till flytande eller från flytande till fast. Is som smälter till vatten är ett exempel på en av vattnets fasförändringar. Det är alltid samma molekyler före och efter en fasförändring. Skillnaden mellan två faser är hur molekylerna rör sig och vilket avstånd de håller till varandra. Mellan en fasförändring och en kemisk reaktion är skillnaden att det vid det sistnämnda bildas ett nytt ämne. En kemisk reaktion innebär att atomer reagerar med varandra och bildar nya molekyler. Vatten är partiklar med tomrum mellan varandra. Partiklar är enligt Svenska akademiens ordlista (2011) ”en smådel av ett ämne eller av materia”. Vatten består av atomerna väte och syre som tillsammans bildar vattenmolekyler. Den kemiska beteckningen för vatten är H2O. Vattenmolekylerna står aldrig stilla utan är i ständig rörelse. I en vattenpöl på golvet rör sig molekylerna i en väldig fart och den har från en dag till en annan avdunstat. Det beror på att molekylerna rör sig så snabbt att de ibland får sådan hög fart att de lämnar sin pöl. Vattnet har övergått till gasform, molekylerna har spridit ut sig en och en i rummet och det går inte längre att se dem. Denna process kallas för avdunstning. För att skynda på den kan energi tillföras. Det resulterar i att molekylerna rör sig ännu snabbare. När en tröja hängs på tork i solen kommer den att torka snabbare än om den hänger inomhus eftersom molekylernas rörelse ökar av solens värme. När vatten kokas på spisen är det värmestrålningen från plattan som gör att molekylerna rör sig fortare, det vill säga att vattnet till slut börjar koka. Om vattnet får koka utan lock kommer alla vattenmolekyler att tillslut vara utspridda i luften i och med att de rör sig så fort. Molekylernas rörelse minskar när energin avtar. När molekylerna når fönstret kommer det därmed att bildas kondens, vattenångan kyls ned och det blir flytande igen. När vatten stelnar minskar molekylernas rörelse. I is är molekylerna längre ifrån varandra än i flytande vatten. Det är därför is flyter på vatten. Vatten är det enda ämne där den fasta formen är lättare än den flytande. När isen smälter igen ökar molekylernas rörelse och molekylerna kommer närmare varandra.
2.3 Piagets och Vygotskijs kunskapssyn Det finns ett flertal kunskapsteoretiker som forskat om hur barn tillägnar sig och utvecklar kunskap. Studien fokuserar på Jean Piagets och Lev Vygotskijs olika kunskapssyn. De studerade hur barn konstruerar kunskap av sin livsvärld (Hwang & Nilsson, 2003). Piaget (1976) belyser att kunskap inte är något som kan överföras från en person till en annan utan att individen själv måste skapa den. Barns utveckling påverkas av både tidigare erfarenheter och den själsliga mognaden (Piaget, 1976). Piaget menar att människan tillägnar sig nya intryck och ny kunskap på två olika sätt, genom assimilation och ackommodation. Med assimilation menas att gammal kunskap kan berikas med ny, medan ackommodation innebär att kunskapen som en människa tidigare tillägnat sig måste förändras och anpassas efter den nya (Hwang & Nilsson, 2003). Vygotskij belyser precis som Piaget att barnet hela tiden tillägnar sig kunskap aktivt från omvärlden. Till skillnad från Piaget visar Vygotskij även att det sociala och kulturella sammanhang en människa befinner sig i har betydelse för inlärningen av ny kunskap. All kunskap en människa tillägnar sig är bunden till en kulturell situation och det sociala samspelet med omgivningen (Vygotskij, 2001). Det finns alltid någon kunskap sedan tidigare som utvecklar den nya kunskapen barn tillägnar sig. Barn lär sig från den dag de föds, genom att samtala med och härma de vuxna (Vygotskij, 1978). 3
Piaget beskriver barns utveckling i fyra faser. Faserna bygger på varandra vilket innebär att de uppkommer i samma ordning för alla barn (Hwang och Nilsson, 2003). Piaget (1976) hävdar att utvecklingsfaserna beskriver den mest gynnsamma utvecklingen och att den varken bör skyndas på eller saktas ner. Vygotskij (1978) anser däremot att barn måste få möta nya utmaningar som kräver egen ansträngning för att utveckla sina kunskaper. Dessa utmaningar som ingår i det Vygotskij kallar för den proximala utvecklingszonen kräver att en vuxen finns som stöd. Den proximala utvecklingszonen definierar Vygotskij (1978) som det avstånd som uppstår mellan barnets utvecklingsnivå vilken visar sig vid enskild problemlösning och den utvecklingsnivå som framträder när en vuxen vägleder och hjälper barnet vid problemlösning. "It is the distance between the actual developmental level as determined by independent problem solving and the level of potential development as determined through problem solving under adult guidance or in collaboration with more capable peers" (Vygotskij, 1978, s.86). Den proximala utvecklingszonen innebär för barns utveckling att med hjälp av en vuxen kunna lösa ett problem för att senare göra det på egen hand. I barnets tankevärld finns då en lösningsmetod som är under utveckling och på väg mot mognad. Det är viktigt att undervisningen i skolan syftar till att eleverna utvecklar ett djupare lärande. Därför måste nivån på undervisningen ligga så pass högt att den utmanar eleverna och ger dem möjlighet till utveckling (Vygotskij, 1978).
2.4 Elever utvecklar begrepp Inom naturvetenskapen finns mängder av begrepp som är svåra att förstå och använda sig av för både barn och vuxna. Pedersens (1992) studie visar att det fortfarande i årskurs nio finns elever som saknar ord och begrepp för att göra naturvetenskapliga förklaringar och därmed inte uppnår kursplanens mål. Skolan har en avgörande roll i utvecklingen av både de vardagliga och vetenskapliga begreppen hos barn. Beroende på hur undervisningen ser ut kommer begreppsutvecklingen ske på olika sätt. Det finns ett ytligt användande av begrepp hos barn i åldern före tonåren (Vygotskij, 2001). Att introducera ett förenklat molekylbegrepp för elever i tidig ålder är gynnsamt eftersom de gärna använder sig av ordet molekyl för att förklara naturvetenskapliga fenomen (Lindner, 2007). Ett förenklat molekylbegreppet kan innebära att olika sorters molekyler introduceras, som till exempel vattenmolekyler, luftmolekyler och trämolekyler. Det är viktigt att till en början införa vetenskapliga begrepp på ett okonventionellt sätt för yngre elever (Holgersson & Löfgren 2004). Molekylbegreppet ger elever något att grunda sina föreställningar på och utveckla sitt tänkande (Lindner, 2007). Det kan även vara ett bra verktyg för elever i tidig ålder att använda vid förklaringar av naturvetenskapliga fenomen samt ge dem bättre förutsättningar att i skolans senare del förstå mer avancerade förklaringsmodeller (Löfgren, 2009). Introduceras begreppen först i senare skolår hinner inte eleverna utveckla en förståelse för dem eftersom de är så pass abstrakta att utvecklingen tar lång tid (Harlen, 1998). Både Harlen (1998) och Vygotskij (2001) belyser att förståelsen för begreppen inte är fullständig förrän de kan användas i olika sammanhang. Många elever kan mycket om molekyler när de blir tillsagda att berätta om det, men har svårt att se kopplingen mellan sin egen uppfattning av molekylbegreppet och de vardagsfenomen som finns (Eskilsson, 2001; Lindner, 2007). Det beror troligtvis på att de fortfarande har kvar sina vardagsföreställningar vid sidan om de nyutvecklade partikelmodellerna. Trots ihärdig undervisning fortsätter elever att prata om fenomen på makronivå. Vilket i sin tur kan bero på en ovana att använda sin molekylmodell hos eleverna eller att de är för osäkra på modellen för att självmant använda den i samtal. Elever som spontant använder sig av molekylbegreppet i sina förklaringar är väldigt säkra på sin kunskap. Det innebär dock inte att alla elever som inte 4
gör detta är osäkra på sin kunskap utan det kan även bero på att de inte anser att molekylbegreppet behöver användas för att förklara något vardagligt. Det kan även vara så att eleverna har svårt att själva sammankoppla de olika delarna av kunskap till en helhet i sina förklaringar (Eskilsson, 2001). Eskilsson (2001) beskriver hur eleverna i hans studie utvecklar användandet av tidigare upplevelser som hjälp för att förklara naturvetenskapliga fenomen. Elevernas erfarenheter har stor betydelse när de talar om de fenomen vi diskuterar vid intervjuerna. Kvaliteten i hur eleverna anknyter till sina erfarenheter ökar under studien. Nästan tre fjärdedelar av eleverna använder sina erfarenheter när de beskriver mönster eller orsaker i den fjärde intervjun mot drygt hälften så många i den första. Det är också många som under projektet ser fler och fler kopplingar mellan sina erfarenheter och det vi talar om. Det kan bero på att de har en bättre förståelse av sina begrepp och därigenom ser kopplingarna. Det kan också bero på att de blir mer vana vid att tala om sina erfarenheter under projektet och att de vågar hänvisa till dem (Eskilsson 2001, s.186).
Det är vanligt att elever inte förstår skillnaden mellan de kemiska begreppen kemisk reaktion och fysikalisk förändring. Elever uppfattar ofta vatten och is som två olika ämnen. Ett problem som kan uppstå med en sådan uppfattning är att elever skulle kunna beskriva smältning som att ett nytt ämne bildas (Eskilsson, 2001). För att förstå ett visst begrepp inom naturvetenskapen behövs ibland en förståelse för de relaterade begreppen. Exempelvis för att förstå avdunstning kan det bli lättare om förståelse för molekylbegreppet redan finns (Löfgren, 2009). Det hjälper även många elever att på ett mer självsäkert sätt förklara till exempel avdunstning och kondensation. Holgersson och Löfgren (2004) visar dock att elever inte använder molekylbegreppet om de inte har användning för det. De visar även att användningen av det är låg i samtal om vatten (Holgersson & Löfgren, 2004). Det är inte förrän vid tio och elva års ålder elever börjar använda begreppen förångning och avdunstning. Förångning kan de förklara med ett molekylbegrepp men avdunstning är fortfarande en process eleverna refererar till varmt vatten (Löfgren, 2009). Eskilsson (2001) beskriver att avdunstning i förhållande till kokning är svårt att förklara utan ett partikeltänkande.
2.5 Vardagliga och vetenskapliga föreställningar av naturvetenskapliga fenomen Det finns skillnader och vissa mönster i elevers tänkande om naturvetenskapliga fenomen (Harlen, 2000). Med stigande ålder förändrar och utvecklar elever sina förklaringar för fenomen. De går från konkreta orsaker i sina förklaringar till mer rikare och detaljerade förklaringar och börjar se samband och likheter mellan olika fenomen desto äldre de blir. Eskilsson (2001) belyser att det troligen beror på att äldre elever har hunnit få mer erfarenhet av naturvetenskapen och därmed har fler upplevelser att utgå ifrån i sina förklaringar av fenomen. Bland elever i tidig skolålder är det vanligt att de förlitar sig till sina tidigare upplevda erfarenheter när de förklarar olika fenomen (Eskilsson, 2001; Holgersson & Löfgren, 2004; Lindner, 2007; Löfgren & Helldén, 2005). Vardagsföreställningar finns i alla åldrar men kommer till uttryck på olika sätt. Elever i tidig skolålder använder ibland sin naturvetenskapliga kunskap de tillägnat sig i skolan, som stöd för sina vardagliga föreställningar (Osborne & Cosgrove, 1983). Det är vanligt att elever blandar vardagliga och naturvetenskapliga förklaringar (Eskilsson, 2001; Lindner, 2007). Elever i åldern fem till åtta år utgår ofta från sig själva i sina föreställningar om naturvetenskapliga fenomen medan elever i åldern åtta till tolv år börjar påverkas av andra. Äldre elever har lättare att relatera sina egna erfarenheter till naturvetenskapliga förklaringar (Harlen, 2000). 5
I åldern sex till sju år har eleverna oftast ingen förklaring till hur kondens uppstår men de som har börjat utveckla en förklaring anger värme i sina svar. Vid nio års ålder använder många elever värme och luft i sina förklaringar till hur kondens uppstår (Löfgren & Helldén, 2005). Vid en situation då vatten spillts på golvet och elever ska förklara var vattnet tagit vägen säger de flesta fem- och sexåringar att vattnet försvinner, men kan inte berätta var eller hur. De har svårt att förknippa ånga med processen avdunstning eftersom de ofta anser att vattnet måste koka eller bli varmt för att det ska bildas ånga. Sju- och åttaåringar svarar oftast att vattnet trängt igenom eller sugits upp av golvet. Ibland nämner de att det finns hål i golvet där vattnet försvinner. Efter åtta års ålder börjar de flesta elever få en klarare uppfattning och svarar att vattnet åker upp i luften. Från åtta till elva års ålder utvecklas denna uppfattning och elever börjar mer och mer använda sig av ånga i sina förklaringar och i stor mån även ordet avdunstning (Bar, 1989).
2.6 Bearbetning av kunskap Redan från födseln börjar barn utveckla egna föreställningar om vardagsfenomen. När de kommer till skolan ska dessa föreställningar förenas med nya kunskaper och utvecklas mot vetenskapliga modeller (Vygotskij, 2001). Hodson (1998) och Sjøberg (2010) belyser vikten av att ta tillvara på elevernas vardagsföreställningar för att kunna styra deras förståelse åt rätt håll. Många vetenskapliga modeller elever lär sig kan vara abstrakta för dem och inte relatera till någon tidigare vardagserfarenhet påpekar Osborne och Cosgrove (1983). Elevers egna föreställningar om hur vardagsfenomen fungerar kan med hjälp av naturvetenskaplig undervisning påverkas. Undervisningen måste vara utformad utifrån elevernas föreställningar, annars kommer en del av dem inte att förändras, eller förändras på ett oönskat sätt (Osborne & Cosgrove, 1983). Det kan vara svårt för elever att med hjälp av tidigare erfarenheter förklara den nyvunna kunskapen på ett naturvetenskapligt sätt. De använder ofta en förklaring som verkar rimlig för dem själva. Ett exempel är en elev som hade föreställningen att något som inte flyter gör det om det är tillräckligt djupt. Den föreställningen gick inte att motbevisa av läraren och därmed gick inte elevens föreställning att förändra. För att hjälpa eleven att utveckla ett annat sätt att förstå fenomenet bör läraren presentera alternativa förklaringar. Det kan vara till hjälp om eleven kan knyta fenomenet till någon relevant erfarenhet (Harlen, 2000). En undervisning där eleverna får möjlighet att erfara innehållets objekt ur flera perspektiv ger möjligheter till ett förståelseinriktat lärande. I undervisningen ska det finnas med varierade exempel av samma lärandeobjekt för att eleverna ska få chansen till ett konstituerande av innehållet i undervisningen (Dimenäs, 2001). Det är viktigt att som lärare ha en helhetssyn på elevers utveckling och framsteg för att kunna förena de delar eleverna utvecklat med en helhetsförståelse. Det är inget eleverna kan göra på egen hand (Harlen, 2000). Utifrån sin studie visar Lindner (2007) att elevers egna föreställningar inom naturvetenskap kan vara svåra att förändra, de vill gärna hålla fast vid sin egen föreställning. Det är därför viktigt att ge eleverna möjlighet att dela med sig av sina tankar med andra och reflektera över sin egen utveckling eftersom det ger dem bättre möjligheter för lärande (Lindner, 2007). Den naturvetenskapliga undervisningen bör syfta till att elever förenar den nyvunna kunskapen med den gamla. Det är dock inte lätt eftersom alla barn förstår ett fenomen på olika sätt beroende på vilka förkunskaper de har. Det är därför viktigt att ta tillvara på elevernas förkunskaper för att kunna möta dem där de befinner sig (Harlen, 2000; Hodson, 1998; Sjøberg, 2010). 6
I den naturvetenskapliga undervisningen är det extra viktigt att läraren uppmuntrar alla elever till nyfikenhet och kritisk reflektion slår Harlen (2000) fast. Hon belyser vikten av att elever utvecklar respekt för bevis samt är villiga att förändra idéer i naturvetenskapen. Det kan till exempel innebära att elever som sällan ställer frågor uppmuntras att göra det för att utveckla sin nyfikenhet. Barn har ofta svårt att tro på något som skiljer sig från deras egna föreställningar om de inte får bevis på det. Det går inte att anta att elever tror på naturvetenskapen i samma utsträckning som vuxna gör, utan de måste få träning i detta. Det är därför viktigt att samtala med eleverna om deras föreställningar och hur de har förändrats. Benägenheten att förändra idéer är en nödvändighet för naturvetenskapen eftersom det ständigt kommer nya upptäckter. Det kan annars bli förvirrande om de går emot elevens egna föreställningar. Kritisk reflektion är också en viktig del eftersom det i naturvetenskapen inte alltid blir det resultat som önskats vid till exempel ett experiment. Då är det viktigt att kunna göra en kritisk reflektion kring hur det går att göra annorlunda för att få ett annat resultat (Harlen 2000). Experiment i undervisningen kan utveckla elevers förståelse och uttryckssätt kring ett särskilt fenomen. Vid experimenten är det viktigt med interaktion mellan lärare och elev där läraren finns som stöd för eleven och kan problematisera undervisningen för att utveckling ska ske (Dimenäs, 2001). Det bör finnas med redan från skolstart eftersom det är då elever är som mest angelägna att använda naturvetenskapliga förklaringar istället för vardagliga när de förklarar ett fenomen, slår Osborne & Cosgrove, (1983) fast. I de lektioner där fokus ligger på praktiska övningar istället för innehåll hamnar innehållet i bakgrunden. Om innehållet är i fokus hamnar görandet och undersökandet i bakgrunden dold av undervisningen (Dimenäs, 2001). Piaget (1976) anser att den experimentella undervisningen inte har låtit eleverna utveckla sin förmåga genom att försöka på egen hand. Han konstaterar att det är viktigt att eleverna får utforska själva eftersom det annars inte ger dem någon gripbar kunskap de kan återgå till vid ett senare tillfälle. Det är viktigt att inspirera eleverna att tänka själva och även motbevisa deras ibland oreflekterade svar så att de måste tänka en gång till (Piaget, 1976). Eller sagt med andra ord: om det finns något område där aktiva metoder i begreppets verkliga bemärkelse bör påbjudas, så är det inom det där man lär sig själva procedurerna för att göra experiment. Ett experiment ger nämligen inte en verklig erfarenhet, om man inte får göra det med full frihet att ta egna initiativ. Annars blir experimentet en ren drill utan pedagogiskt värde: man har inte till fullo kunnat förstå innebörden i de olika åtgärderna (Piaget, 1976, s.26).
2.7 Styrdokument I detta avsnitt tolkas skolans uppdrag och kursplanens mål för kemi och fasförändringar. För att kunna göra en jämförelse mellan elevernas kunskaper och kursplanens kunskapskrav och centrala innehåll krävs först och främst en tolkning av vad dessa innebär. Läroplanen med tillhörande kursplaner är det dokument som ska genomsyra hela skolans verksamhet, där finns de mål som ska uppfyllas av eleverna och även en beskrivning av vilket centralt innehåll undervisningen ska beröra. Skolans uppdrag är att uppmuntra eleven till ”utforskande, nyfikenhet och lust att lära” (Skolverket, 2011, s.13) vilket är tre viktiga delar av naturvetenskapen. Undervisningen i kemi ska syfta till att eleven ska kunna använda sin naturvetenskapliga kunskap i vardagliga situationer samt ges goda förutsättningar för fortsatta studier. Kunskaper inom ämnet gynnar även samhället ur ett flertal aspekter (Skolverket, 2011). ”Kunskaper i kemi har stor betydelse för samhällsutvecklingen inom så skilda områden som hälsa, resurshushållning, materialutveckling och miljöteknik. Med kunskaper om 7
materiens uppbyggnad och oförstörbarhet får människor redskap för att kunna bidra till en hållbar utveckling” (Skolverket, 2011, s.144). Kunskapskraven för årskurs tre framhäver att eleverna utifrån egna iakttagelser ska kunna berätta om vattnets tre faser. De ska känna till att det finns tre faser och att de heter is, vatten, och vattenånga (Skolverket, 2011). Det kan finnas elever i undersökningen som förstår vattnets fasförändringar på en högre nivå än vad kunskapskraven för årskurs tre kräver. Därför är det relevant att även kunskapskraven för betyget E i årskurs sex presenteras. För att uppnå betyget E ska eleverna ha kunskaper om vattnets uppbyggnad. De ska veta att vatten består av väte och syre samt att vattnets faser heter fast, flytande och gas. De ska kunna beskriva fasförändringar med hjälp av några kemiska begrepp, till exempel smältning, stelning, kondensering, förångning, kokning och avdunstning (Skolverket, 2011).
8
3. Syfte Syftet med denna studie är att undersöka hur elever i årskurs två förstår vattnets fasförändringar i jämförelse med elever i årskurs fyra. I studien kommer även elevernas kunskaper i förhållande till kursplanens kunskapskrav i kemi för årskurs tre och sex att jämföras.
3.1 Frågeställning
Vad får eller har eleverna fått för undervisning om fasförändringar? Hur förklarar eleverna vattnets fasförändringar? Använder de begreppen avdunstning, kondensation, stelning, smältning och kokning samt formerna fast, flytande och gas i samtal? Hur förhåller sig elevernas kunskaper i årskurs två respektive årskurs fyra till kursplanens kunskapskrav?
9
4. Metod 4.1 Urvalsgrupp Studien började med att fyra lärare på tre olika skolor kontaktades för att ta reda på om de var villiga att ställa upp i undersökningen. Därefter skickades ett brev (Bilaga 1) till varje lärare med kort information om vår studie och ett önskemål om att brevet skulle skickas vidare till föräldrarna, eftersom deras medgivande var en förutsättning för att eleverna skulle få delta i undersökningen (Vetenskapsrådet, 2002). Den undersökningsgrupp vi hade till förfogande bestod av 65 elever och fyra lärare. Efter tillstånd från föräldrar och sjukfrånvaro vid undersökningsdagen hade vi 13 bortfall varav två i årskurs två och elva i årskurs fyra. Den slutgiltiga undersökningsgruppen bestod av 52 elever varav 24 i årskurs två och 28 i årskurs fyra samt fyra lärare. De klasser som har ingått i undersökningen finns i en kommun i Norrbotten. Valet av skolor har gjorts utifrån ett bekvämlighetsval, vilket innebär att den urvalsgrupp som finns att tillgå används (Trost & Hultåker, 2007). De skolor som en av oss haft verksamhetsförlagd utbildning på kontaktades i första hand eftersom en bekantskap med både lärare och elever redan fanns. Tanken var att det skulle vara så lätt som möjligt att få lärarnas medgivande. Det är oftast positivt för en intervju om eleverna är bekanta med de som intervjuar (Doverborg & Pramling-Samuelsson, 2000).
4.2 Genomförande I studien har kvalitativa intervjuer använts eftersom det lämpar sig bäst för att ta reda på hur elever förstår fasförändringar. Den kvalitativa intervjun ger intervjuaren möjlighet att se hur elever förstår något (Trost, 2005; Dalen, 2008). För att ta reda på vilken undervisning eleverna hade fått gjordes intervjuer med läraren för varje klass (Bilaga 2). Under intervjuerna har olika fenomen visats för eleverna som de sedan fått förklara. Processen smältning visades genom att en isbit fick smälta i ett glas. För att visa övergångarna kokning, förångning och kondensation kokades vatten i en vattenkokare, sedan sattes en glasskål ovanför öppningen till den så att vattenångan bildade kondens. För att visa avdunstning blöttes ett par jeans som fick torka under intervjun. Innan varje fenomen visades gavs eleverna möjlighet att ställa hypoteser med syfte att få igång deras tankeverksamhet. Att elever får fokusera på något specifikt under en intervju är viktigt (Doverborg & PramlingSamuelsson, 2000). Om eleverna får möjlighet att fokusera sina tankar på vattnets fasförändringar under intervjun blir det lättare för dem att förklara för oss hur de tänker. Respekt och intresse har visats för eleverna för att motivera och engagera dem till att svara på frågorna. Det är viktigt att intervjupersonerna känner att de som intervjuar är intresserade av svaren de ger eftersom det annars finns risk att de intar en försvarsposition (Patel & Davidson, 2003). Öppna frågor har ställts eftersom de ger utrymme för öppna svar (Sundberg, 1994). Att eleverna erbjuds ett stort svarsutrymme är nödvändigt för att ta reda på hur de förstår fasförändringar. Detta innebär enligt Patel och Davidson (2003) att studien har en låg struktureringsgrad. Under alla intervjuer har en mall med intervjufrågor (Bilaga 3) använts, ordningen på frågorna har varierat beroende på vad intervjupersonerna svarat. Efter varje huvudfråga har följdfrågor ställts och då har det ibland passat med en varför-fråga. Däremot har varför-frågor undvikits i huvudfrågorna eftersom de ofta kan ställa till problem i ett 10
samtal (Patel & Davidson, 2003; Sundberg, 1994). Detta gör att studien antar en mellangrad av standardisering (Patel & Davidson, 2003). Alla intervjuer har skett under skoltid eftersom frågorna som ställs berör kunskaper som har anknytning till undervisning men också för att eleverna ska motiveras till att ställa upp på intervjun. För alla intervjuer har en lugn och avskild plats valts för att minska störningsmoment i möjligaste mån. Om en intervjuad elev blir avbruten under intervjun kan denne tappa koncentrationen (Doverborg & Pramling-Samuelsson, 2000). I så stor utsträckning som möjligt har en känd miljö tillgodosetts för eleverna, vilket är viktigt i intervjuer med barn (Kvale & Brinkmann, 2009). 4.2.1 Gruppintervjuer För att ta reda på vad eleverna kan som gemensam grupp har gruppintervjuer genomförts, vilket är ett bra redskap för att ta reda på hur en grupp tänker tillsammans. Positivt för gruppintervjuer är även att eleverna inte behöver känna sig otrygga ensam med en vuxen. Lärarna har valt ut grupper om tre till fem elever där de känner sig trygga med varandra för att undvika att olika roller antas i gruppen. Roller kan medföra att en del elever bara håller med vad de andra säger eller inte uttrycker sig alls. Vi har även varit tydliga med att intervjun inte är något test och att inget de säger är fel. För att få ut så mycket som möjligt av intervjun har vi försökt att visa intresse och engagemang för elevernas uttalanden samt försökt ställa relevanta följdfrågor som får dem att reflektera över samtalet. Att eleverna reflekterar över samtalet kan resultera i att de utvecklar sina idéer kring ett visst fenomen med hjälp av varandras reflektioner (Doverborg & Pramling-Samuelsson, 2000). 4.2.2 Datainsamling För att få med allt eleverna säger samt kunna gå tillbaka till intervjuerna vid analystillfället har de spelats in med en mobiltelefon. Det är svårt att hinna anteckna allt som sägs under en intervju (Doverborg & Pramling-Samuelsson, 2000). Ingen form av dokumentation där det går att identifiera undersökningsgruppen har samlats in vilket medför att den är anonym. Lärarna har därmed fått behålla brevet om medgivande från föräldrarna. I intervjuerna har det dock inte gått att hindra eleverna från att kalla sina kamrater vid namn vilket medfört att några intervjuer är konfidentiella. Undersökningsgruppen hålls därmed anonym med vissa undantag (Patel & Davidson, 2003).
4.3 Fenomenografisk ansats som analysmetod I tolkning och analys av insamlad data har en empiriskt grundad fenomenografisk ansats använts. Det innebär att det undersökningsgruppen uttryckt vid intervjuerna har analyserats och placerats in i beskrivningskategorier (Larsson, 1986). Kategorierna är indelade från ett till tre och har kvalitativa skillnader på olika sätt att uppfatta ett fenomen. Kategori 3 är högst rangordnad och Kategori 1 lägst (Alexandersson, 1994). Rangordningen är gjord i relation till kursplanens kunskapskrav i årskurs tre och sex. Under analysen gjordes först en avlyssning av de inspelade intervjuerna för att transkribera relevanta delar av dem. Relevanta delar av intervjun är när elever uttrycker kunskaper om vattnets fasförändringar. Elevernas uttryck analyserades och placerades in i de olika kategorierna. Kategori 1 motsvarar godtagbara kunskaper i årskurs tre och Kategori 3 motsvarar betygskriteriet E för årskurs sex. I Kategori 2 är elevernas uttalanden på väg mot Kategori 3. 11
Kategori 1 – Uttrycker vattnets egenskaper med vardagliga begrepp Eleverna uttrycker vardagliga begrepp om vattnets former som till exempel is, vatten eller imma. De kan även relatera vattnets egenskaper till egna iakttagelser som till exempel att det blir imma på spegeln i badrummet. Kategori 2 – Använder något kemiskt begrepp Eleverna kan ge exempel på egenskaper hos vatten som till exempel att vatten kan stelna till is eller att det består av vattenmolekyler. De använder något kemiskt begreppet i sina förklaringar. Kategori 3 – Utgår från naturvetenskapliga förklaringar Eleverna använder till viss del kemins begrepp i sina förklaringar av fasförändringar. Det kan till exempel innebära att eleven förklarar kokning som att molekylerna rör sig fortare och fortare eller att något som torkar kallas avdunstning. Eleverna kan till viss del relatera vattnets egenskaper till naturliga förlopp som till exempel att vatten finns i molnen.
12
5. Resultat För att hålla klasserna anonyma och samtidigt kunna skilja dem åt kallas de för klass A, B, C och D. Klass A och B är klasser i årskurs två och klass C och D är klasser i årskurs fyra. Årskurs två består av sex grupper varav fyra i klass A och två i klass B. Årskurs fyra består också av sex grupper, tre i varje klass. Kategorisering av gruppernas uttryck presenteras i tabell 1 för årskurs två och i tabell 2 för årskurs fyra.
5.1 Undervisning Intervjuerna med lärarna visade att tre av dem har undervisat i sin klass i tre terminer medan en av lärarna (klass B) endast haft undervisning i sin klass i en termin. Enligt det centrala innehållet för årskurs ett till tre ska vattnets olika former finnas med i undervisningen. Av intervjuerna framgick att klass A och B inte fått någon specifik undervisning om fasförändringar men att det förekommit samtal om vatten i olika situationer som till exempel att snö och is också är vatten. På frågan Har du eller någon annan lärare undervisat om fasförändringar? svarade läraren i klass B: ”Vi har pratat lite ytligt om det när vi har haft utedagar, varifrån vatten kommer och vart det finns vatten, att snö och is är vatten och så”. Klass C har inte haft någon specifik undervisning för just vattnets fasförändringar men de har pratat om vattnets uppbyggnad och de tre faserna när de behandlat andra områden inom naturvetenskapen. På frågan Hur har undervisningen gått till? svarar läraren i klass C: Det har nog varit i samband med att vi arbetat med något annat, då vi kommit in på det. Vi har pratat om H2O när vi arbetat om uppfinnare. Sett film om el och vattenkraft. Vi har pratat om Musse Pigg-figuren och varför det heter H2O, två H och ett O.
Klass D har inte haft någon undervisning av den intervjuade läraren men det framkommer att de fått undervisning i tidigare årskurser av annan lärare. Troligtvis har den undervisningen handlat om vattnets kretslopp. På frågan Har du eller någon annan lärare undervisat om fasförändringar? svarade läraren i klass D: ”Nej, det har jag inte. De har fått undervisning om det i årskurs två. Jag tror att de jobbade med vattnets kretslopp och gjorde lite olika experiment när vattnet fryser och så”.
5.2 Årskurs två Resultatet för intervjuer i årskurs två presenteras i förhållande till elevers uttalande om vad vatten är, vattnets tre former och vattnets fasövergångar. 5.2.1 Var vatten finns och vad det består av Intervjuerna med eleverna visade att en av sex grupper i årskurs två uttryckte att vatten finns i molnen (Tabell 1). I de övriga grupperna fanns endast uttryck om att vatten finns i sjöar, kranar och badhus. Endast en grupp nämnde vattnets kemiska beteckning, H2O. De kunde dock inte förklara vad det var. På frågan Vad består vatten av? svarade gruppen från klass B: ”H2O” (Kategori 2). På följdfrågan Vad är H2O? svarade de: ”H måste vara en förkortning på något, och O också” (Kategori 1). Två grupper hade inget svar på frågan vad vatten består av.
13
5.2.2 Smältning, stelning och vattnets tre former Alla grupper uttryckte att is smälter (Kategori 1) och en att vatten stelnar (Tabell 1). De andra fem grupperna använde det vardagliga begreppet fryser om vatten som stelnar. En grupp pratar om att vatten finns i olika former. På frågan Vad har vi på bordet? svarade en grupp i klass A: ”Olika former av vatten” (Kategori 3). På följdfrågan Vilka former är det? svarade samma grupp: ”Flytande och stelt” (Kategori 3) och pekade på vilken som var vilken. Grupperna kunde endast på makronivå beskriva vad som händer när vatten stelnar eller smälter (Tabell 1). Alla grupper hade föreställningen att vatten blir is när det förvaras kallt; i kylen, frysen eller utomhus och att is smälter till vatten när det är varmt. 5.2.3 Kokning När vatten kokades i vattenkokaren uttryckte tre av sex grupper att vattnet kokade (Tabell 1). De andra tre grupperna uttryckte att vattnet blev varmt och två av dem sa även att det kom ånga. Gasen som steg från det kokande vattnet benämndes olika av grupperna. På frågan Vad är det som kommer ut från vattenkokaren? svarade en grupp att det var vattenånga (Kategori 2), tre grupper att det var ånga (Kategori 2), en grupp att det var rök (Kategori 1) och den sjätte gruppen svarade inte alls. 5.2.4 Kondensation För att förklara uppkomsten av kondens i en skål som hölls ovanför vattenkokaren använde två grupper kyla i sina förklaringar och en grupp ånga (Tabell 1). De tre återstående grupperna hade ingen förklaring alls. Kondensen benämndes av tre grupper som imma och av tre som dimma (Tabell 1). Två grupper uttryckte att imman/dimman var vatten (Kategori 2), tre grupper uttryckte att det var ånga (Kategori 1) och en grupp uttryckte att det var varm luft (Kategori 1). Två grupper kunde koppla kondensen till dimma vid vatten medan de fyra andra grupperna inte kunde koppla den till någon egen iakttagelse. På frågan Var mer kan man se detta? svarade en grupp i Klass A: ”Dimma vid vattnet” (Kategori 1). 5.2.5 Avdunstning Alla grupperna visade vardagliga föreställningar om var vatten som avdunstar tar vägen. På frågan Vad har hänt med den blöta byxan? svarade alla grupper att det har torkat (Tabell 1). En av grupperna kunde förklara det på ett naturvetenskapligt sätt genom att säga att det åker ut i luften, medan de andra grupperna sa att det åker in i materialet. Gruppen kunde dock inte på mikronnivå förklara varför vattnet åkte ut i luften utan uttryckte att ”luften vill ha vatten” (Kategori 1). 5.2.6 Sammanfattning Sammanfattningsvis uttryckte en av sex grupper att vatten finns i molnen. Två grupper uttryckte att vatten består av vattenmolekyler och en grupp uttryckte den kemiska beteckningen H2O. De kunde dock inte förklara vad vattenmolekyler eller H2O är. Alla grupper hade endast vardagliga kunskaper om vattnets fasförändringar med undantag för processen kokning där hälften av grupperna uttryckte att vattnet kokar. Fyra grupper uttrycker att det kommer ånga från vattnet vid kokning men ingen grupp uttrycker det vid avdunstning utan tillförsel av energi. Endast en grupp nämnde att vatten som avdunstar ”åker ut i luften” 14
men hade ingen naturvetenskaplig förklaring till det. De begrepp som uttrycks av elever i årskurs två i denna studie är stelt, flytande, ånga, smältning, stelning och kokning. Tabell 1. Sammanställning av intervjusvar med exempelcitat från elevgrupper i årskurs två. 1-4 anger antal grupper och A och B anger vilken klass. I Kategori 1 uttrycks vattnets egenskaper med vardagliga begrepp, i Kategori 2 används något kemiskt begrepp och i Kategori 3 utgår svaren från naturvetenskapliga förklaringar. Då någon grupp inte svarat på en fråga finns gruppen inte med i tabellen.
Fråga
Kategori 1
Var finns vatten?
3(A) 2(B) ”I sjöar och hav”
Vad består vatten av?
1(B) ”Vatten”
Vad är is?
3(A) 2(B) ”Vatten som har frusit” 3(A) 2(B) ”Det fryser”
Vad händer när det blir is? Vad händer när is smälter?
Vad händer om vi slår på vattenkokaren?
Vad har hänt i skålen? [hölls upp och ner ovanför vattenkokaren] Varför blev skålen immig? Vad har hänt med den blöta byxan?
Kategori 2
Kategori 3 1(A) ”I luften”
2(A) 1(B) ”Vattenmolekyler” 1(A) ”Stelt vatten” 1(A) ”Det stelnar”
4(A) 2(B) ”Det blir vatten, det är för varmt och så smälter det” 1(A) ”Vattnet blir varmt”
3(A) 2(B) ”Det far upp vattenånga och så blir det mindre”
4(A) 2(B) ”Det blev imma”
2(A) 1(B) ”För att det kommer ånga från vattnet” 4(A) 2(B) ”Det har torkat”
Var har vattnet tagit 4(A) 1(B) vägen? ”Det har sugit sig igenom byxan och in genom huden”
1(B) ”Ut i luften”
5.3 Årskurs fyra Resultaten för intervjuerna i årskurs fyra presenteras på samma sätt som för årskurs två. I förhållande till elevernas uttalande om vad vatten är, vattnets tre former och vattnets fasövergångar. 15
5.3.1 Var vatten finns och vad det består av Intervjuerna med eleverna visade att tre av sex grupper i årskurs fyra uttryckte att vatten finns i luften och i molnen (Tabell 2). De resterande tre grupperna sa att vatten finns i hav och sjöar. Tre grupper uttryckte att vatten består av atomerna väte och syre och nämnde den kemiska beteckningen H2O (Tabell 2). En grupp sa att vatten består av vattenmolekyler och en annan att det består av partiklar. Den sjätte gruppen hade ingen naturvetenskaplig förklaring till vad vatten består av. 5.3.2 Smältning och stelning Alla sex grupper uttryckte att is smälter (Kategori 1) och två grupper att vatten stelnar (Tabell 2). En grupp pratade om is som stelnat och fast vatten medan fyra grupper uttryckte att is är fruset vatten och en grupp att det är vatten (Tabell 2). Grupperna förklarade endast på makronivå vad som händer när vatten stelnar eller smälter (Tabell 2). En grupp uttryckte att vatten blir is om det förvaras i minusgrader medan de fem andra sa att det måste vara i frysen. 5.3.3 Kokning, kondensation och avdunstning När vatten kokades i vattenkokaren uttryckte alla sex grupper att vattnet kokade och att det kom ånga (Tabell 2). Fyra grupper benämnde ångan som vattenånga, en femte grupp som ånga och den sjätte gruppen pratade om ånga som vatten i gasform. För att förklara uppkomsten av kondens i en skål som hölls ovanför vattenkokaren använde fyra grupper varmt vatten och ånga i sina förklaringar (Tabell 2). En femte sa att ångan har blivit kall och den sjätte gruppen hade ingen förklaring alls. Kondensen benämndes av fyra grupper som imma och av två som dimma (Tabell 2). Alla grupper kunde relatera den till egna erfarenheter och förklara att kondensen var vatten (Kategori 1). Tre av grupperna uttryckte att vatten som avdunstar blir ånga i luften (Tabell 2). De använde även begreppet avdunstar. De resterande tre grupperna sa att det torkar. Förklaringen till något som torkar var hos två grupper att det åker in i materialet och hos en grupp att det försvinner. 5.3.4 Sammanfattning Sammanfattningsvis har tre av sex grupper i årskurs fyra uttryckt att vatten finns i luften och i molnen. Tre grupper sa att vatten består av atomerna väte och syre och att den kemiska beteckningen är H2O. En grupp uttryckte vattnets tre former; fast, flytande och gas. Grupperna hade mest utvecklade uttryck om processerna kokning och avdunstning då fem av sex grupper sa att det kommer ånga som åker upp i luften när det kokar. En grupp i klass D uttrycker att ”det blir varmt och vattenånga som åker upp” på frågan Vad händer när vi slår på vattenkokaren? Vid avdunstning utan energitillförsel uttryckte tre av sex grupper att det blir ånga i luften. Tre grupper benämnde processen som att det avdunstar. De begrepp som uttrycks av elever i årskurs fyra i denna studie är fast, flytande, gas, ånga, smältning, stelning, kokning och avdunstning.
16
Tabell 2. Sammanställning av intervjusvar med exempelcitat från elevgrupper i årskurs fyra. 1-3 anger hur många grupper och C och D anger vilken klass. I kategori 1 uttrycks vattnets egenskaper med vardagliga begrepp, i Kategori 2 används något kemiskt begrepp och i Kategori 3 utgår svaren från naturvetenskapliga förklaringar. Då någon grupp inte svarat på en fråga finns gruppen inte med i tabellen.
Fråga
Kategori 1
Var finns vatten?
1(C) 2(D) ”I hav och sjöar”
Vad består vatten av?
1(D) ”Sånt man dricker”
Vad är is?
2(C) 3(D) ”Fruset vatten”
Vad händer när det blir is?
3(C) 1(D) ”Det fryser”
Vad händer när is smälter?
3(C) 3(D) ”Den smälter för att isen är kall och så blir det varmt, som en glass”
Vad händer om vi slår på vattenkokaren?
Vad har hänt i skålen? [hölls upp och ner ovanför vattenkokaren]
Varför blev skålen immig?
Vad har hänt med den blöta byxan?
Var har vattnet tagit vägen?
Kategori 2
1(D) ”Partiklar, små, små, små mojokslar”
2(C) 3(D) ”Det blir varmt och börjar koka och kommer vattenånga” 3(C) 3(D) ”Den blev immig, som mammas glasögon när hon öppnar diskmaskinen” 1(C) 3(D) ”För att det är ett vattenlager. Det är varmt vatten” 2(C) 1(D) ”Det har torkat”
Kategori 3 2(C) 1(D) ”I luften, uppe i molnen” 3(C) 1(D) ”Öh, det är syre och väte” 1(C) ”Det är typ stelnat och fast vatten” 2(D) ”Vattnet stelnar”
1(C) ”Det blir gas, det blir ånga. Vatten har ju tre former: flytande, fast och gas”
1(C) ”Ångan har blivit kall” 1(C) 2(D) ”Det har avdunstat och blivit vattenånga” 2(C) 2(D) ”Upp i luften, flyger omkring här någonstans”
1(C) 1(D) ”Det har försvunnit”
17
5.4 Jämförelse mellan årskurserna Eleverna i årskurs fyra har mer utvecklade uttryck om vattnets uppbyggnad och var vatten finns än eleverna i årskurs två. En av sex grupper i årskurs två uttrycker att vatten finns i molnen medan tre av sex grupper i årskurs fyra uttrycker att vatten finns i luften och i molnen. I årskurs två uttrycker två grupper att vatten består av vattenmolekyler men de vet inte vad det är. Tre grupper i årskurs fyra uttrycker att vatten består av atomerna väte och syre. De vardagsföreställningar som finns hos eleverna i årskurs två om vattnets fasförändringar finns även hos eleverna i årskurs fyra. Vid processerna smältning och stelning uttrycker alla grupper i årskurserna begreppet smälter och endast en grupp i varje årskurs begreppet stelnar. Skillnaden mellan årskurserna är att en grupp i årskurs fyra uttrycker att ”det måste vara noll grader och neråt” (Klass C) för att förklara hur vatten blir is. Båda årskurserna kan endast på makronivå förklara vad som händer när något smälter eller stelnar. Kokning är också en process som årskurserna endast kan förklara på makronivå. Dock skiljer sig kunskapen mellan årskurserna eftersom alla grupper i årskurs fyra uttrycker begreppet kokar medan endast hälften av grupperna i årskurs två uttrycker samma begrepp. I årskurs fyra uttrycker fem grupper att det kommer ånga från vattnet vid kokning och i årskurs två uttrycker fyra grupper samma sak. Ångan benämns som vattenånga av fyra grupper i årskurs fyra och av en grupp i årskurs två. Vad gäller processen kondensation har eleverna i årskurs fyra fler kopplingar till egna iakttagelser. På frågan Vad har hänt i skålen? svarade en grupp i Klass D: ”Den blev immig, som mammas glasögon när hon öppnar diskmaskinen” medan en grupp i Klass A svarade: ”Dimma vid vattnet”. Benämningen på kondensen var relativt lika i de olika årskurserna. I årskurs två benämndes den som imma av tre grupper och som dimma av de andra tre. I årskurs fyra benämndes den som imma av fyra grupper och som dimma av två. Förklaringen till vad imman var för något skiljde sig i årskurs två där två grupper uttryckte att det var vatten, tre grupper att det var ånga och en grupp att det var varm luft. I årskurs fyra uttryckte alla grupper att imman var vatten. Endast en grupp i årskurs fyra har en korrekt förklaring till varför det bildas kondens och uttrycker att ”ångan har blivit kall”. Resten av grupperna i årskurs fyra använder varmt vatten och ånga som förklaring medan grupperna i årskurs två använder kyla som förklaring. Avdunstning utan tillförsel av energi är den process där skillnaden är störst mellan årskurserna. I årskurs fyra uttrycker hälften av grupperna begreppet avdunstning och säger att vattnet blir vattenånga i luften medan det i årskurs två endast förekommer en grupp som uttrycker att vattnet åker ut i luften. På frågan Var har vattnet tagit vägen? svarar en grupp i årskurs två: ”Det har torkat” medan en grupp i årskurs fyra svarar: ”Det har blivit vattenånga”.
5.5 Jämförelse med kursplanen En jämförelse mellan elevernas uttryck och kursplanens kunskapskrav har gjorts med utgångspunkt i kategorierna.
18
5.5.1 Årskurs två I årskurs två förhåller sig gruppernas uttryck bra till kunskapskraven för årskurs tre då många uttryck uppfyller kraven. Enligt kunskapskraven ska eleverna kunna berätta om vattnets olika faser utifrån egna iakttagelser (Skolverket, 2011). En grupp uttryckte till exempel att det blivit is i flaskan för att ”den har varit i frysen”. Gruppen kopplar därmed processen stelning till egna erfarenheter av att frysa något. Kunskapskraven framhäver även att eleverna ska kunna benämna vattnets tre faser med vardagliga begrepp. En grupp svarade att ”det värms och så blir det ånga” på frågan vad som händer när vi slår på vattenkokaren. Det finns uttryck i grupperna som är på väg mot att uppfylla kraven för betyget E i årskurs sex. För att få betyget E ska eleverna kunna berätta om vattnets uppbyggnad. En grupp uttrycker till viss del vattnets uppbyggnad genom att svara ”men det är ju molekyler det” på frågan Vad är vatten? Betyget E framhäver även att eleverna ska kunna benämna vattnets faser som fast, flytande och gas. En grupp uttryckte att vatten och is är ”flytande och stel” form. 5.5.2 Årskurs fyra I årskurs fyra förhåller sig gruppernas uttryck mycket bra till kunskapskraven för årskurs tre. De kunde på ett övertygande sätt relatera till egna iakttagelser som till exempel när en grupp uttryckte att skålen som hölls ovanför vattenkokaren ”blev immig, som mammas glasögon när hon öppnar diskmaskinen”. Många uttryck är på väg mot eller uppfyller kraven för Kategori 3. Grupperna kunde berätta om vattnets uppbyggnad samt beskriva några fasförändringar med kemiska begrepp. En grupp uttryckte till exempel att vatten består av ”syre och väte” och en annan grupp beskrev något som torkar med hjälp av begreppet avdunstning.
19
6. Diskussion 6.1 Metoddiskussion Metoden som används i studien diskuteras i olika avsnitt i förhållande till litteratur, validitet och reliabilitet.
6.1.1 Validitet och reliabilitet Frågor som alltid finns att ställa vid någon typ av studie är graden av validitet och reliabilitet. Det skiljer sig dock hur dessa frågor används i en kvantitativ och en kvalitativ studie. I en kvantitativ studie handlar frågan om validitet om rätt företeelse studeras. I en kvalitativ studie är syftet att utifrån analys av data försöka förstå hur någon annan förstår något och då handlar det istället om att utforska undersökningsgruppens uppfattningar. Reliabilitet handlar i en kvantitativ studie om hur noggrann mätningen av undersökningen är medan det i en kvalitativ studie handlar om hur väl beskrivningskategorierna kommer i uttryck i resultatet (Alexandersson, 1994; Patel & Davidsson, 2003). Reliabiliteten i denna studie handlar om hur vår tolkning av elevers uppfattningar beskrivs och stämmer överrens med kategorierna. Med hjälp av citat som vi placerat i olika kategorier har vi försökt visa hur vi tolkat och tagit ställning till dem. 6.1.2 Urvalsgrupp Vår urvalsgrupp har valts utifrån ett bekvämlighetsval (Trost & Hultåker, 2007) och resultatet går därför inte att generaliseras till att gälla hela Sveriges elever i årskurs två och fyra utan är relaterat till fyra klasser i en kommun i Norrbotten. De lärare som ingått i vår undersökningsgrupp har endast varit de som undervisar i de naturvetenskapliga ämnena i klassen. Därmed finns det troligtvis någon annan lärare som kan ha påverkat föreställningarna hos de elever vi intervjuat, det kan vara från tidigare årskurser, aktiviteter på förskolan eller under fritidsverksamheten. För att få ett mer tillförlitligt resultat vad gäller undervisningen eleverna har fått i förhållande till deras kunskaper hade det varit av intresse att även intervjua de lärare eleverna har mött tidigare. Det var dock inte möjligt för oss eftersom det fanns klasser i urvalsgruppen med elever som tidigare gått på olika skolor. Det har även funnits fall där det varit oklart vilken lärare eleverna haft i tidigare årskurs eller på fritids. Från den ursprungliga urvalsgruppen fick vi ett bortfall på 13 elever, två i årskurs två och elva i årskurs fyra. Det var fem bortfall på grund av sjukdom och de övriga på grund av att eleverna inte fått med sig godkännande från föräldrarna till skolan. Hur lång tid i förväg lärarna valde att skicka ut blanketten till föräldrarna är för oss oklart, vilket naturligtvis kan ha påverkat om eleverna hade med sig intyget tillbaka. Om inte bortfallet funnits hade vi haft fler elever att intervjua och det är möjligt att vi kunnat redovisa fler uppfattningar av vattnets fasförändringar. Vi anser dock inte att bortfallet har påverkat resultatet nämnvärt. 6.1.3 Genomförande Vi valde, som tidigare beskrivits, att visa olika fenomen för eleverna under intervjuerna. Vi upplevde att det fungerade bra och fick igång elevernas tankeverksamhet kring de olika fenomenen, precis som Doverborg och Pramling-Samuelsson (2000) beskrivit. Att eleverna fick fokusera sina tankar på vattnets fasförändringar under intervjun underlättade för dem att 20
berätta för oss hur de tänkte. Eleverna fick se alla vattnets fasövergångar förutom stelning. Att de inte fick se det fenomenet kan påverka resultatet negativt men eftersom det är ett så vardagligt fenomen tror vi inte att det spelar någon större roll. I Norrbotten är vintern kall och alla elever i skolan som vistats utomhus under den tiden har bevittnat stelningsprocessen. Stelning är även något som tar lång tid och därför är svårt att visa för eleverna under en intervjusituation. När vi visade processen kokning och förångning för eleverna använde vi oss av en vattenkokare. Vi hade velat koka vatten i en kastrull för att ge eleverna en överblick över hela processen. Att använda vattenkokare medförde att eleverna inte kunde se när vattnet började koka utan endast när vattenångan steg från vattenkokaren. Detta kan såklart ha en inverkan på resultatet och det hade troligtvis blivit annorlunda om eleverna fått se vattnet koka i en kastrull. Det hade även medfört att vi hade kunnat visa att vatten som kokar utan lock tillslut endast blir vattenånga i luften. Vi hade även kunnat visa fenomenet kondensation i en mer vardaglig situation, det vill säga på insidan av locket vid kokning i en kastrull. Detta var dock inte möjligt då det inte fanns någon tillgång till spis i de rum vi utförde intervjuerna. Vi har observerat både negativa och positiva aspekter av att visa processen avdunstning utan tillförsel av energi genom att spruta vatten på ett par jeans och låta dem torka under samtalets gång. Eftersom jeansen består av mycket tyg kan eleverna tro att vattnet sprids ut i det och på så sätt torkar. Ett tyg är kanske inte det lättaste materialet att visa avdunstning från. Däremot kan det vara så att en del elever relaterar de blöta jeansen med tvätt som hänger på tork och därmed har föreställningen att vattnet åker ut i luften. Ett bättre sätt att visa avdunstning på hade varit att ha ett glas med vatten ståendes under en längre tid där det går att se att volymen minskar. Detta var dock inte möjligt att visa under intervjun. Det kan däremot ha varit bra att använda jeansen då vi ville få fram elevernas föreställningar och inte det rätta svaret. Förutom bristen på spis i de rum vi fick tillgång till har miljön varit bra vid intervjuerna. Vid två tillfällen blev vi störda av att någon kom in i rummet vilket enligt Doverborg och Pramling-Samuelsson (2000) kan medföra att eleverna tappar koncentrationen. Vi upplevde dock att eleverna snabbt fick tillbaka koncentrationen och att det inte störde intervjuerna nämnvärt. 6.1.4 Gruppintervjuer Vi har under arbetets gång uppmärksammat att det är svårt att göra intervjuer med barn, trots våra tidigare erfarenheter. Det krävs mycket träning för att bli en bra intervjuare och vi anser att det hade varit bra med träning innan, för att få ett mer rättvist resultat genom hela studien. Vi upplevde att vi blev bättre och bättre intervjuare för varje genomförd intervju och kan så här i efterhand tycka att vi borde gjort några testintervjuer innan vi började med de riktiga. Det svåraste med barnintervjuer är enligt våra slutsatser att veta om eleverna förstår frågorna på det sätt vi vill att de ska förstå dem. För att i så stor utsträckning som möjligt ge eleverna möjlighet att förstå frågorna på det sätt vi vill har vi visat de olika fenomenen för eleverna samtidigt som vi pratat om dem. Det har resulterat i att eleverna fått möjlighet att ställa hypoteser först för att sedan diskutera hur väl hypoteserna stämde med vad som faktiskt hände. De öppna frågorna vi ställt har utvecklat ett slags samarbete mellan eleverna. Intervjuerna blev mer som samtal där eleverna utbytte tankar med varandra samt hjälptes åt för att göra varandras tankar fullständiga. Vi var själva aktiva i samtalet för att som Doverborg och Pramling-Samuelsson (2000) beskriver, ge eleverna känslan av att vi var 21
engagerade och intresserade av vad de sa. Det gjorde även att vi hela tiden kunde ställa följdfrågor till eleverna för att de skulle utveckla sina svar. Den delen av gruppintervjuer tycker vi har fungerat bra. Det som dock varit svårt med intervjuerna var att alla elever inte kom till tals, precis det Doverborg och Pramling-Samuelsson (2000) varnade för. Några elever har varit väldigt tysta och bara sagt något enstaka ord medan andra har varit väldigt pratglada och alltid varit först med att svara på en fråga. Detta kan såklart ha olika orsaker, allt från att eleven var blyg inför oss eller gruppen till att hon eller han bara var trött eller hade en dålig dag. Några orsaker går därmed inte alltid att påverka. Vi försökte engagera alla elever genom att ge dem uppmärksamhet samt fråga efter fler svar på en fråga. Vid några intervjuer har en av oss varit bekant med eleverna vilket har medfört att de vågat uttrycka sig mer avslappnat. För att i största möjliga mån inte skapa någon osäkerhet hos eleverna har vi presenterat oss för hela klassen samt låtit eleverna frivilligt delta i intervjuerna. Vår övergripande upplevelse är ändå att nästan alla elever vågade uttrycka sig i de grupper vi intervjuat vilket kan vara en förtjänst av att lärarna valde ut grupperna åt oss. Det var endast en grupp där det förekom elever som inte uttalade sig alls. I någon grupp har det dock funnits självsäkra elever som lyckats övertala de andra i gruppen att tro likadant som en själv, trots att föreställningen eleven haft varit felaktig. När det skedde försökte vi visa att alla svarsalternativ var lika viktiga och vi frågade efter fler förklaringar. Detta gjorde i vissa fall att eleverna svarade annorlunda medan det i andra fall inte hjälpte. 6.1.5 Datainsamling Under intervjuerna valde vi att spela in samtalet eftersom vi ansåg precis som Doverborg och Pramling-Samuelsson (2000), att det skulle blir för stressigt att både prata och anteckna samtidigt. När vi berättade att vi skulle spela in intervjuerna var det några elever som först reagerade negativt, det var dock inget vi märkte av senare under intervjuerna. I de flesta intervjuerna var dock inspelningen inget problem och många elever tyckte det var roligt. Vi har valt att låta elever och lärare vara anonyma i vår undersökning för att de inte ska bli utpekade på något sätt. Det medförde att vi inte fick samla in någon information som kan göra att undersökningsgruppen går att identifiera (Patel & Davidson, 2003). Under några få intervjuer förekom att eleverna kallade varandra vid namn, vilket medför att de intervjuerna är konfidentiella. Eftersom det bara är vi som har tillgång till det inspelade materialet är det ingen som kommer kunna identifiera någon från urvalsgruppen. Eleverna har i de flesta fall även varit anonyma för oss, vi har inte antecknat några namn och det går inte alltid att identifiera vem som säger vad på ljudinspelningen. Detta gör att vi inte kan säga hur många elever som sagt vad utan att vi enbart kan ange hur många grupper som uttrycker något. 6.1.6 Analysmetod Att tolka och analysera det eleverna uttryckt har varit en svår del i analysarbetet. När vi lyssnade igenom intervjuerna transkriberade vi delar av dem som vi ansåg vara av relevans för vår undersökning. Detta för att undvika irrelevant data samt personliga tolkningar. När vi analyserade elevernas uttalanden placerade vi varje uttalande i en av kategorierna ett till tre. Kategorierna utformades utifrån kunskapskraven för årskurs tre samt kunskapskraven för betyget E i årskurs sex. Att studien även innefattar kunskapskraven i årskurs sex beror på att vi ville visa den stora skillnaden mellan kunskapskraven samt kunna göra en jämförelse av elevernas uttalanden. De uttalanden som har en djupare kunskap än vad kunskapskraven för årskurs tre beskriver bör enligt oss jämföras med årskurs sex kunskapskrav eftersom det är nästa mål eleverna ska sikta mot. 22
Dessa tre kategorier har varit till stor hjälp i vår tolkning och analys, vi har utifrån dem kunnat utgå från olika kriterier för att placera in elevernas uttalanden. Det svåraste har varit att vara konsekvent i bedömningen hela tiden. Vi har under analysens gång fått omplacera de uttalanden vi från en början inte satt i rätt kategori. För att det inte ska bli olika bedömning vid olika tillfällen gäller det att hela tiden återgå till kategorierna för att påminnas om vad de står för. Det är något vi blivit bättre och bättre på under arbetets gång. Det är viktigt att komma ihåg att våra kategorier inte är några betygskriterier och inte anger vilka kunskaper en viss elev har. Utifrån vår analys går det endast se vad eleverna som grupp har uttryckt.
6.2 Resultatdiskussion Resultatet diskuteras i olika avsnitt i förhållande till tidigare forskning.
6.2.1 Undervisningens påverkan Av resultatet framgår att elever i årskurs två inte fått någon specifik undervisning om vattnets fasförändringar och att de till största del visar vardagliga föreställningar om fenomen. Vi kan utifrån det slå fast att eleverna har utvecklat vardagsföreställningar om fenomen trots att de inte fått någon undervisning. I enlighet med vad Vygotskij (2001) beskriver, konstaterar vi att barn ständigt lär sig och tar till sig kunskaper från omvärlden. För att utveckla de vardagsföreställningar som eleverna har är vi eniga med Lindner (2007) om att de måste få naturvetenskaplig undervisning redan i de tidiga skolåren. Det är även nödvändigt för att eleverna ska hinna nå kunskapskraven för årskurs sex eftersom begreppsutvecklingen som Vygotskij (2001) beskriver är en process som tar lång tid. Eleverna har i flera fall uppnått djupare förståelse än vad kunskapskraven för årskurs tre kräver samt visat intresse att utveckla sina föreställningar. Eftersom kunskapskraven för årskurs tre och sex skiljer sig mycket från varandra anser vi att eleverna bör få undervisning som siktar mot årskurs sex och ger mer utmaning. Vygotskij (1978) skulle säga att en sådan undervisning gör att eleverna befinner sig i den proximala utvecklingszonen. Av resultatet framgår att eleverna i klass C har fått undervisning om vattnets uppbyggnad medan klass D har fått undervisning om vattnets kretslopp. Det framgår inte om de har fått undervisning om fasförändringar. Utifrån analysen kan vi konstatera att elevernas uttryck i årskurs fyra befinner sig på en högre nivå än vad kunskapskraven för årskurs tre kräver. Att uttrycken från eleverna i årskurs fyra är på väg att uppfylla kunskapskraven för årskurs sex tror vi beror på att de har fått undervisning om vatten. Det kan även som Eskilsson (2001) beskriver, bero på att eleverna har fått tillräckligt mycket vardaglig erfarenhet av fenomen att de klarar av att koppla dem till olika naturvetenskapliga fenomen. Eleverna visade både vardagliga och vetenskapliga föreställningar då de uttryckte både vardagliga och naturvetenskapliga begrepp under intervjuerna. Vi kunde med andra ord i likhet med Lindner (2007) konstatera att det är vanligt att dessa blandas innan fullständiga begrepp är utvecklade. Vi anser som Osborne och Cosgrove (1983) beskriver att undervisningen måste utgå från elevernas föreställningar för att de ska kunna förändras på ett önskvärt sätt. Vi tror även att det är gynnsamt för eleverna om undervisningen tar till vara på deras tidigare erfarenheter. Eleverna i årskurs fyra har djupare förståelse för vattnets fasförändringar än eleverna i årskurs två. Detta beror med största sannolikhet på att årskurs två inte fått någon undervisning om vatten. Undervisningen eleverna i årskurs fyra har fått har troligen förändrat och utvecklat 23
deras vardagliga föreställningar om fenomen till mer naturvetenskapliga. Vi kan dock se att vardagliga föreställningar fortfarande finns kvar hos eleverna i årskurs fyra precis som Osborne och Cosgrove (1983) beskriver. För att eleverna ska kunna förena deras föreställningar med ny kunskap krävs ännu mer undervisning. Kunskapskraven för årskurs tre är låga i förhållande till de i årskurs sex då de går från att uttrycka vattnets egenskaper med vardagliga begrepp till att använda naturvetenskapliga förklaringar. Det tror vi kan medföra att lärare för årskurserna ett till tre begränsar sin undervisning om vatten till att endast gälla undervisning om experiment och de tre faserna på makronivå. I det centrala innehållet framhävs att vattnets tre former och övergångarna där emellan ska finnas med i undervisningen för årskurs ett till tre (Skolverket, 2011). Vattnets uppbyggnad nämns inte men finns med i kunskapskraven för årskurs sex. Detta tror vi kan medföra att molekylbegreppet inte introduceras förrän i årskurs fyra vilket i sin tur kan medföra att eleverna inte hinner utveckla begreppen ordentligt för att nå upp till kunskapskraven i årskurs sex. Det eftersom begreppsutvecklingen är en lång process och kräver mycket tid. Vi tror det kan vara en bra idé att, precis som Holgersson och Löfgren (2004) beskriver, introducera ett förenklat molekylbegrepp redan från årskurs ett. 6.2.2 Elevernas egna iakttagelser Precis som Eskilsson (2001) och Lindner (2007) belyser har vi sett att det är vanligt att elever utgår från egna erfarenheter när de förklarar fenomen. Eleverna i årskurs fyra uttrycker ofta samband mellan egna erfarenheter och naturvetenskapliga fenomen. En grupp i klass D förklarar att det bildas kondens ”om man duschar väldigt varmt och väldigt länge då kommer det på speglarna, då är det ånga”. Här utgår gruppen från sina tidigare erfarenheter av att duscha för att förklara processen kondensation. Bland eleverna i årskurs två har vi sett att det inte är lika vanligt att de utgår från sina tidigare erfarenheter när de förklarar naturvetenskapliga fenomen, men det förekommer vid processerna stelning och smältning. Där kopplar de sina erfarenheter av kyla och värme till fenomenen. Att just stelning och smältning är lätta för elever att koppla till egna iakttagelser tror vi beror på att det är något så vardagligt för dem eftersom det sker naturligt under året. Att eleverna bor i en kommun i Norrbotten där vintern är kall kan också vara en orsak. 6.2.3 Vattnets uppbyggnad En grupp i årskurs två nämner den kemiska beteckningen för vatten trots att de inte fått någon undervisning om vatten. Vi tror att eleverna fått begreppet från någon annan i deras omgivning, äldre syskon eller barnprogram. Det kan även vara så att läraren någon gång har nämnt den kemiska beteckningen men inte reflekterat över att det varit undervisning om vatten. Gruppen kan inte förklara vad H2O är utan säger att det är ett annat namn för vatten. Det kan kanske vara så att de har hört ordet i samband med vatten. Lindner (2007) beskriver att elever i tidig skolålder gärna använder ordet molekyl när de förklarar naturvetenskapliga fenomen, detta var dock inget vi uppmärksammade i vår studie. Tre grupper i årskurs två uttryckte att vatten består av vattenmolekyler men ingen använde molekylbegreppet i sina förklaringar. Det var endast när vi frågade vad vatten består av som de tre grupperna pratade om molekyler. Detta tror vi har att göra med att eleverna inte fått någon undervisning om vattnets uppbyggnad och helt enkelt inte har något molekylbegrepp att återgå till. Fyra grupper i årskurs fyra uttryckte att vatten består av väte och syre när vi frågade vad det bestod av, men pratade inte mer om det i resten av intervjun. Grupperna pratar även om vattnets uppbyggnad på mikronivå som ”små, små, små mojokslar”. Det tolkar vi 24
som att eleverna har börjat utveckla ett molekylbegrepp. Att grupperna pratar om väte och syre men inte använder ett molekylbegrepp för att förklara fasförändringar tror vi kan bero på att eleverna fått undervisning om vattnets uppbyggnad men inte om fasförändringar på mikronivå. Det kan också bero på att de inte ansåg att molekylbegreppet var nödvändigt att använda, precis som Holgersson och Löfgren (2004) uppmärksammade i sin studie. 6.2.4 Smältning och stelning Eleverna i årskurs två uttrycker endast vardagliga begrepp i sina förklaringar av processen stelning. I årskurs fyra finns det två grupper som uttrycker att något stelnar, alla andra uttrycker det vardagliga begreppet fryser. Båda årskurserna pratar om smältning och stelning på makronivå. Vi tror precis som Lindner (2007) att det kan vara en följd av att de inte har utvecklat något molekylbegrepp. Det kan vara lättare för eleverna att förklara ett fenomen om de innehar ett sådant. Vad gäller stelning har vi inte uppmärksammat att någon grupp uppfattade vatten och is som två olika ämnen som Eskilsson (2001) påstod var vanligt. 6.2.5 Kokning, kondensation och avdunstning Alla grupper i årskurs två uttryckte att vatten blir varmt i vattenkokaren, men bara tre av sex grupper uttryckte att vattnet kokar. Vi tror att fler grupper hade uttryckt begreppet kokar om vi använt en kastrull istället för en vattenkokare, eftersom det troligen är en mer vardaglig erfarenhet. En kastrull ger även eleverna större möjlighet att tydligt se att vattnet kokar. Det var inte alla grupper som uttryckte att det var en vattenkokare utan det förekom även andra slags kokare i deras uttryck, som till exempel tekokare. Detta kan medföra att grupperna inte ansåg det nödvändigt att uttrycka begreppet koka då de redan sagt att det var en kokare. Vi jämför detta med Holgersson och Löfgrens (2004) slutsatser om att elever inte alltid använder naturvetenskapliga begrepp i vardagliga situationer. För att förklara processen kondensation var det två grupper i årskurs två som använde kyla i sina förklaringar och en grupp ånga. Det var tre grupper som inte gav något svar alls när vi frågade hur det kom sig att det blev imma i skålen. Detta kan jämföras med Löfgrens och Helldéns (2005) forskning där de kom fram till att elever i åldern sex till sju år nästan aldrig har förklaringar till hur kondens uppstår utan att det är mer vanligt vid nio års ålder. De menar att elever i tidiga skolår oftast använder värme i sina förklaringar. Detta stämde inte i vår studie där istället kyla förekom som en förklaring bland eleverna i årskurs två. En möjlig förklaring till det kan vara att eleverna relaterar uppkomsten av kondens till att glasskålen var kall. Det kan även vara så att eleverna uppmärksammat kondens när det varit kallt ute, till exempel på bilrutan. I årskurs fyra i vår studie var det endast en grupp som inte kunde ge någon förklaring till varför det uppkom kondens. Fyra grupper angav varmt vatten och ånga i sina förklaringar och en grupp ansåg att kondensen uppstod eftersom ångan blivit kall. Återigen avviker vårt resultat med Löfgrens och Helldéns (2005). En anledning kan vara att eleverna i årskurs fyra har hunnit gå vidare från att använda värme och luft i sina förklaringar till att använda varmt vatten och ånga. En grupp har utvecklat en enligt naturvetenskapen korrekt förklaring till varför det bildas kondens. I årskurs två benämndes kondensen i skålen som imma av tre grupper och som dimma av de andra tre. Att båda begreppen förekom tror vi kan bero på att både orden i sig och deras innebörd är så pass lika att det är svårt att skilja dem åt. Båda begreppen är vardagliga då imma används för att beskriva kondens och dimma för att beskriva samlad vattenånga i luften. Eleverna har troligtvis hört båda begreppen av andra i sin omgivning och relaterar de 25
erfarenheterna till kondens. Därmed är vårt resultat likt flertalet andra studier, däribland Löfgrens och Helldéns (2005). I årskurs fyra använder fyra grupper begreppet imma och två grupper begreppet dimma för att benämna kondensen. Det är i och med det fler grupper i årskurs fyra än i årskurs två som uttrycker begreppet imma. Vi tror att det kan bero på att eleverna i årskurs fyra fått fler erfarenheter att utgå ifrån när de utvecklat de vardagliga begreppen. I vår studie har vi precis som Löfgren och Helldén (2005) uppmärksammat att elever har lättare att relatera vattenånga till vatten som kokar än något som avdunstar utan energitillförsel. I årskurs två uttrycker fyra grupper att det kommer ånga när vattnet kokar men ingen gör det när vattnet från byxan avdunstar. En grupp uttrycker däremot att vattnet åker ut i luften. I årskurs fyra uttrycker alla grupper att det kommer ånga när vattnet kokar men endast tre när vattnet från byxan avdunstar. Vi kan därmed se skillnad mellan årskurs två och fyra där grupperna har fler utvecklade begrepp samt har en mer generell förståelse för vattenånga då de kan använda den i fler sammanhang. Vi anser dock att deras begreppsförståelse inte är fullt utvecklad då de inte använder molekylbegreppet i sina förklaringar. Det är möjligt att grupperna i årskurs två relaterar ånga till något de kan se eftersom de nämner ånga vid kokning men inte när det avdunstar från byxan, men i våra intervjuer är detta inget som uttrycks. I likhet med tidigare forskning, bland annat Bar (1989) och Löfgren och Helldén (2005) kan vi se att ånga är den av vattnets former som är svårast för elever i tidiga skolår att förhålla sig till. Eleverna i årskurs två har svårt att förklara var vattnet på våra byxor tar vägen när det torkar. Vi kan i likhet med Bar (1989) se att det är vanligt att elever uttrycker att det åker in i materialet, i vårt fall fem av sex grupper. Eleverna i årskurs fyra har fortfarande svårt att förklara var vattnet tar vägen men där kunde vi se att fyra av sex grupper uttrycker att vattnet åker ut i luften, även detta resultat i likhet med Bar (1989). Han menar att föreställningen att vattnet åker ut i luften utvecklas efter årskurs två. Tre grupper i årskurs fyra uttrycker begreppet avdunstning i samband med att byxan har torkat men kan inte på mikronivå förklara vad det innebär. Grupperna säger att vatten som avdunstar blir vattenånga i luften. Att de inte kan förklara processen på mikronivå tror vi beror på att de inte hunnit utveckla ett molekylbegrepp. Vi ser likheter mellan vår och Löfgrens (2009) studie där hon uppmärksammade att förståelse för ett begrepp kan kräva förståelse för ett relaterat begrepp. I detta fall skulle grupperna behövt ett molekylbegrepp för att kunna förklara avdunstning. Därmed anser vi precis som Vygotskij (2001) och Harlen (1998) att begrepp inte är färdigutvecklade förrän de går att använda i olika sammanhang.
6.3 Avslutande reflektion och framtida forskning Inför vårt kommande yrke som lärare har denna studie varit lärorik då vi fått möjlighet att undersöka hur elever i årskurs två och fyra förstår fasförändringar. Vi har även fått ta del av mycket forskning kring elevers lärande i naturvetenskap och hur viktigt det är med naturvetenskaplig undervisning i de tidiga skolåren. Det vi lärt oss kan gynna oss i vårt kommande yrke då vi kommer göra vårt bästa för att få in så mycket naturvetenskap som möjligt i undervisningen. Det kan även gynna oss då vi tillsammans med eleverna har fått uppleva fler sätt att förstå fasförändringar. Det har utvecklat vår egen förståelse för naturvetenskapen. Att vi fått erfara elevers olika sätta att förstå fasförändringar på har gjort att vi utvecklat vårt intresse för att förändra dem i tidiga skolår.
26
Jämförelsen vi gjort, av hur elevernas uttryck förhöll sig till kursplanen, har gjort att vi fått träning i att utgå från kursplanen i bedömning av elevers uttryck. Vilket är något vi kommer göra ofta i vårt kommande yrke. I och med att vi analyserade kunskapskraven för både årskurs tre och sex har vi uppmärksammat den stora skillnaden dem emellan vilket gjort att vi fått upp ögonen för hur viktigt det kan vara att blicka framåt i undervisningen. Då vi upptäckte att eleverna i årskurs två till stor del uppfyllt kunskapskraven för årskurs tre fick vi ytterligare belägg för den stora skillnaden och vikten av att sikta framåt. Under studien har vi blivit bättre på att intervjua elever vilket är positivt då det är något vi kommer ha användning för i vårt kommande yrke. En bra intervjuteknik är bra för att ta reda på elevers förkunskaper samt för att få dem att berätta hur de tänker. Vi har även utvecklat vår förmåga att förstå och tolka intervjuer. Studien visar att elever i årskurs två och fyra inte använder molekylbegreppet för att förklara fasförändringar. Med tanke på att eleverna ska använda molekylbegreppet enligt kunskapskraven för årskurs sex skulle det vara intressant med en longitudinell studie som undersöker vilken betydelse en tidig introduktion av ett förenklat molekylbegrepp har för att eleverna ska nå kraven i årskurs sex.
27
Referenslista Alexandersson, M. (1994). Metod och medvetande. Diss. Göteborg : Univ.. Göteborg. Backman, J. (2008). Rapporter och uppsatser. (2., uppdaterade [och utök.]. uppl.) Lund: Studentlitteratur. Bar, V. (1989). Children's views about the water cycle. Science Education, 73(4), 48-500. Dalen, M. (2008). Intervju som metod. (1. uppl.) Malmö: Gleerups utbildning. Dimenäs, J. (2001). Innehåll och interaktion: om elevers lärande i naturvetenskaplig undervisning. Avh. Göteborg : Univ., 2001. Göteborg. Doverborg, E. & Pramling Samuelsson, I. (2000). Att förstå barns tankar: metodik för barnintervjuer. (3., [omarb.] uppl.) Stockholm: Liber. Eskilsson, O. (2001). En longitudinell studie av 10-12-åringars förståelse av materiens förändringar. Diss. Göteborg : Univ., 2001. Göteborg. Harlen, W. (1998). Teaching for Understanding in Pre-Secondary Science. I K. G. Tobin & B. J. Fraser, red.: International Handbook of Science Education I (s.183-197). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. Harlen, W. (2000). The teaching of science in primary schools. (3. ed.) London: David Fulton. Hodson, D. (1998). Teaching and learning science: towards a personalized approach. Buckingham: Open University Press Holgersson, I. & Löfgren, L. (2004). A long-term study of students' explanations of transformations of matter Canadian Journal of Science, Mathematics and Technology Education, 4(1), 77-96. Hwang, P. & Nilsson, B. (2003). Utvecklingspsykologi. (2., rev. uppl.) Stockholm: Natur och kultur. Kvale, S. & Brinkmann, S. (2009). Den kvalitativa forskningsintervjun. (2. uppl.) Lund: Studentlitteratur. Larsson, S. (1986). Kvalitativ analys: exemplet fenomenografi. Lund: Studentlitteratur. Lindner, A. (2007). Avdunstning och molekyler: en longitudinell studie av hur grundskoleelever utvecklar sina uppfattningar om avdunstningsfenomen. Licentiatavhandling (sammanfattning) Kalmar: Högskolan i Kalmar. Löfgren, L. (2009). Everything has its processes, one could say: a longitudinal study following students' ideas about transformations of matter from age 7 to 16. Diss. (sammanfattning) Lund: Lunds universitet.
28
Löfgren, L. & Helldén, G. (2005). Following Young Students’ Understanding of Three Phenomena in which Transformations of Matter Occur. International Journal of Science and Mathematics Education. 6(3), 481-504. Osborne, R. & Cosgrove, M. (1983). Children's Conceptions of the Change of State of Water. Journal of Research in Science Teaching, 20(9), 825-838 Patel, R. & Davidson, B. (2003). Forskningsmetodikens grunder: att planera, genomföra och rapportera en undersökning. (3., [uppdaterade] uppl.) Lund: Studentlitteratur. Pedersen, S. (1992). Om elevers förståelse av naturvetenskapliga förklaringar och biologiska sammanhang: [Students' understanding of scientific explanations in relation to biological contexts]. Diss. Stockholm: Univ.. Stockholm. Piaget, J. (1976). Framtidens skola: att förstå är att upptäcka. Stockholm: Forum. Sjøberg, S. (2010). Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik. (3., rev. uppl.) Lund: Studentlitteratur. Sundberg, L. (1994). Samtal i skolan: en bok om samtalsarbete för personal i skolan. Solna: Ekelund. Skolverket (2011). Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011. Stockholm: Skolverket. Trost, J. (2005). Kvalitativa intervjuer. (3. uppl.) Lund: Studentlitteratur. Trost, J. & Hultåker, O. (2007). Enkätboken. (3., [rev. och utök.] uppl.) Lund: Studentlitteratur. Vetenskapsrådet (2002). Forskningsetiska principer inom humanistisksamhällsvetenskaplig forskning . Stockholm; Vetenskapsrådet: Vällingby; Elanders Gotab. Vygotskij, L.S. (1978). Mind in society: the development of higher psychological processes. Cambridge, Mass.: Harvard U.P.. Vygotskij, L.S. (2001). Tänkande och språk. Göteborg: Daidalos.
Elektroniska resurser Svenska akademiens ordlista. (2011). Partiklar. Hämtat från: http://www.svenskaakademien.se/svenska_spraket/svenska_akademiens_ordlista/saol_pa_nat et/ordlista (läst 2011-12-31).
29
Bilaga 1 Hej föräldrar! Vi är två lärarstudenter som skriver vårt examensarbete och ska ta examen i januari 2012. I vårt examensarbete ska vi undersöka elevers förståelse för vattnets fasförändringar i förhållande till kursplanen och jämföra elevgruppens kunskaper mellan år två och fyra. Vi kommer att intervjua elever i grupper och önskar därmed att få ert medgivande att ert barn får medverka i undersökningen. Vi kommer att spela in intervjuerna för att kunna återgå till dem i vår analys. I vårt examensarbete kommer eleverna och skolan att vara anonym. Jag godkänner härmed att mitt barn får delta i undersökningen: Barnets namn:___________________________ Skola:_________________________________________ Klass:______ Målsmans underskrift:____________________________ Lämna in till ditt barns lärare så fort som möjligt. Tack på förhand! Emilia Stålnacke och Malin Matti Vid frågor kontakta oss på:
[email protected] eller
[email protected]
30
Bilaga 2 Intervju med lärare för årskurs två och fyra Hur länge har du haft denna elevgrupp? Har du eller någon annan lärare undervisat om fasförändringar för denna elevgrupp? Hur har undervisningen gått till? Hur tänkte du när du la upp undervisningen på det sättet? Vad var syftet med undervisningen?
31
Bilaga 3 Intervju med elever i årskurs två och fyra Vi blöter våra byxor Vad kommer hända med våra blöta byxor om ett tag? Visar eleverna den frysta flaskan, flaskan med vatten och en isbit i ett glas Vad är det här? Vad är is? Vad är/består vatten (av)? Vart mer finns vatten? Hur har det blivit is i den frysta flaskan? Vad kommer hända med isbiten i glaset om vi låter den vara där ett tag? Tar fram vattenkokaren och kokar vatten Vad tror ni kommer hända när vi slår på denna? Vad händer? Vad är det som kommer ut från vattenkokaren? Vart tar det vägen? Tar fram en glasskål och sätter över vattenkokaren Vad tror ni kommer hända om vi sätter glasskålen över vattenkokaren? Vad händer? Vad är detta (visar imman i skålen)? Hur kom imman på skålen? Vart mer kan du se detta? Låter eleverna känna på det fuktiga glaset Hur känns det? Visar isbiten i glaset Vad har hänt med isbiten? Hur ska vi göra om vi själva vill göra is? Vad händer när det blir is? Tittar på byxan vi sprutade vatten på Vad har hänt med den blöta byxan?
32
