Fysikprov Vad testar de? En undersökning om överensstämmelsen mellan kursplanens mål och provuppgifternas utformning

Transkript

1 MALMÖ HÖGSKOLA Lärarutbildningen Gymnasielärare Vt 00 Examensarbete 5p Fysikprov Vad testar de? En undersökning om överensstämmelsen mellan kursplanens mål och provuppgifternas utformning Den nya läroplanen medför en ny kunskapssyn, och en ny utvärdering av elevers kunskaper. Arbetet innehåller en undersökning om vad som testas på fysikprov, genom att prov från gymnasiekolan samlats in och analyserats med avseende på vilka problemtyper som förekom på proven. Avslutningsvis diskuteras huruvida resultatet av undersökningen överensstämmer med styrdokumentens mål. Nyckelord: gymnasieskolan, fysik, prov, kursplan, mål, läroplaner, betyg, kategorisering Författare : Roger Carlsson Joakim Ryning Handledare:Lars Jakobsson

2 Innehållsförteckning 1 Bakgrund Syfte Metod Kategorier Gruppen Formler Gruppen Förståelse och resonemang Gruppen Experiment Resultat Diskussion Diskussion om vår metod Diskussion om resultatet Diskussion om vad som saknas på proven och i undersökningen Diskussion om undersökningens tillförlitlighet Diskussion om vad vi kunde gjort annorlunda Diskussion om olika kategoriseringar Avslutning Källförteckning...21 Appendix 1: Enheten för pedagogiska mätningars klassificeringsmall

3 1 Bakgrund Den 1 juli 1994 fick de frivilliga skolformerna en ny läroplan (Lpf94) och med den infördes en ny kunskapssyn i gymnasieskolan som bl.a. medförde att det relativa betygsystemet byttes ut mot ett målrelaterat betygsystem. För eleverna betyder det att deras betyg inte längre beror på hur väl de presterar i förhållande till klassen eller årskursen utan nu får de chansen att visa att de uppnått en viss kunskapsnivå och sedan får de betyg därefter. Om de uppnår ett visst mål får de alltså ett i förväg bestämt betyg. Det låter enkelt, men hur ligger det egentligen till? Vilka är målen de förväntas uppnå och hur utvärderas det om eleven verkligen uppnått de angivna målen? För att besvara frågorna ovan måste olika styrdokument konsulteras. Till sin hjälp har läraren bl.a. läroplan, programmål och kursplan. Läroplanen styr undervisningen som helhet, programmålen styr undervisningens inriktning och kursmålen styr undervisningens innehåll. I dokumenten nämns både mål att sträva mot och mål att uppnå. Målen gäller både lärare och elever, och det är lärarens skyldighet enligt skollagen att utifrån styrdokumenten göra sitt yttersta för att hjälpa varje elev att uppnå de angivna målen. I kursplanen i fysik nämns mål att uppnå efter olika delar av kursen, t.ex. ska eleven efter avslutad fysikkurs A ha kunskap om värme, temperatur och tryck. Hur målen ska uppnås nämns det däremot inget om, men läraren skall utgå från den enskilde elevens behov, förutsättningar, erfarenheter och tänkande 1 och sträva efter att eleverna utvecklar sin kunskap om centrala fysikaliska begrepp, storheter och grundläggande modeller, utvecklar sin förmåga att tala och skriva om samt reflektera över fysikaliska fenomen, modeller och begrepp, utvecklar sin förmåga att kvantitativt och kvalitativt beskriva, analysera och tolka fysikaliska fenomen och skeenden i vardagen, naturen, samhället och vardagslivet, utvecklar sin förmåga att föreslå, planera och genomföra experiment för att undersöka olika fenomen samt att beskriva och tolka vad som händer genom att använda fysikaliska begrepp och modeller, utvecklar sin förmåga att med hjälp av moderna tekniska hjälpmedel samla in och analysera data samt simulera fysikaliska fenomen och skeenden, tillägnar sig kunskap om fysikens idéhistoriska utveckling och hur denna har påverkat människans världsbild och samhällets utveckling, utvecklar förmåga att analysera och värdera fysikens roll i samhället 2. I kursplanen nämns generella betygskriterier 3 för varje kurs, som sedan omarbetas på varje skola. I fysik är de generella betygskriterierna snarlika de mål att sträva mot som anges i kursplanen och som citerats ovan. Punkterna ovan är även en kortfattad beskrivning av vad ämnet fysik är. Fysikens metoder är desamma för dem som läser fysik A på gymnasiet och för dem som forskar i ämnet på hög nivå. Det är bara innehållet som skiljer. Eftersom fysik delvis är ett studieförberedande ämne baseras elevens betyg på dennes förmåga att angripa och lösa olika fysikaliska problem, vare sig de är av praktisk eller teoretisk natur. Enligt Lpf94 4 skall läraren vid betygsättning utnyttja all tillgänglig information om elevens kunskaper i förhållande till kraven i kursplanen, 1 Lpf94 s Kursplan, ämnet Fysik (internet ) 3 Kursplan, Fysik A och Fysik B (internet ) 4 Lpf94 s. 35 3

4 beakta även sådana kunskaper som en elev tillägnat sig på annat sätt än genom den aktuella undervisningen, beakta såväl muntliga som skriftliga bevis på kunskaper och göra en allsidig bedömning av kunskaperna och därvid beakta hela kursen. Huruvida eleven uppnått ett visst mål utvärderas kontinuerligt på olika sätt, varav prov är ett. En anledning till att det förekommer prov inom olika kursavsnitt är att eleverna ska få visa att de kan anpassa sitt tillvägagångssätt och sin problemlösningsförmåga efter situationen, och därigenom dels visa att de förtjänar ett visst betyg (om proven utgör ett betygsunderlag), dels få den förtrogenhet med modelltänkande 5 som är central inom ämnet fysik och som genomsyrar hela naturvetarprogrammet 6. 5 att omsätta en icke rutinartad situation till matematiska samband som resulterar i slutsatser om situationens natur (författarnas anm.) 6 NV Naturvetenskapsprogrammet ( ) 4

5 2 Syfte Syftet med det här arbetet är att göra en inledande undersökning om på vilka grunder betygssättningen sker i ämnet fysik. Att göra en fullständig undersökning om på vilka grunder betygsättningen sker i ämnet fysik skulle vara ett för stort arbete, därför avgränsas undersökningen till prov och provuppgifter. Målet är att undersöka vilka problemtyper 7 som förekommer på proven och diskutera hur väl det överensstämmer med kursplanen. Frågeställningar: Vilka problemtyper förekommer på proven? Hur är fördelningen av olika problemtyper med avseende på kurs och kursavsnitt? Diskutera huruvida det saknas någon problemtyp jämfört med vad som anges i kursplanen. 7 uppgift som utvärderar vissa specifika kunskaper (författarnas anm.) 5

6 3 Metod Metoden kan beskrivas i sju steg: 1. Samla in prov från lärare på gymnasieskolor i Lund och Malmö. 2. Utifrån provuppgifterna identifiera olika problemtyper. 3. Definiera olika kategorier, där varje kategori svarar mot en av de identifierade problemtyperna. 4. Dela in provuppgifterna i de olika kategorierna. 5. Dela in kategorierna i grupper. 6. Jämföra fördelningen av kategorier och grupper för olika kurser och kursavsnitt. 7. Diskutera om någon punkt i kursplanen, eller annat styrdokument, saknas i kategoriseringen. Nio lärare på tre olika skolor ställde upp, och totalt undersöktes 59 prov och 872 uppgifter. Identifieringen av problemtyper gjordes genom att samtliga prov analyserades. När en ny problemtyp upptäcktes definierades en ny kategori. Arbetet fortsatte tills inga nya kategorier kunde definieras utifrån de undersökta provuppgifterna. 3.1 Kategorier Kategorierna är: Fakta, Enkel formel, Beräkning i flera steg, Samband, Uppskattning, Tillämpning, Graf, Förstå och förklara, Sammanhang, Planera och redogöra, Sluten mätuppgift samt Öppen mätuppgift. För varje kategori presenteras en problemtyp genom att det anges vad som krävs av eleven för att kunna lösa en uppgift ur kategorin. Det anges också minst ett exempel på en typisk provuppgift ur kategorin, hämtad från något av de undersökta proven. För att kunna överblicka kategorierna lättare är de indelade i grupperna Formler, Förståelse och resonemang samt Experiment, där alla kategorier inom en grupp kan anses snarlika. Indelningen av kategorier i olika grupper har gjorts dels beroende på om de snarlika kategorierna överlappar varandra eller inte, dels beroende på om uppgiften är teoretisk eller praktisk. Inom gruppen Formler ligger kategorierna väldigt nära varandra. Konsekvensen blir att det är oundvikligt med överlappning och därför införs en hierarkisk struktur. Varje ny kategori inom gruppen är därför en utbyggnad av föregående där problemtypens svårighetsgrad (enligt betygskriterierna) hela tiden ökar enligt numreringen. Inom grupperna Förståelse och resonemang samt Experiment finns ingen överlappning mellan kategorierna och därmed heller ingen hierarkisk inbördes ordning mellan kategorierna. Det förekommer även en hierarkisk ordning mellan grupperna. Gruppen Förståelse och resonemang är en utökning av gruppen Formler eftersom det ibland krävs rutinartade beräkningar för att lösa t.ex. olika tillämpningsuppgifter. Det som skiljer grupperna åt är att det krävs mer förarbete i gruppen Förståelse och resonemang än i gruppen Formler. Det är just förarbetet som är det viktigaste för att lösa uppgiften, och när det är gjort återstår en problemtyp som kan vara densamma som en kategori inom gruppen Formler (t.ex. om det krävs en Beräkning i flera steg). Indelningen i kategorier tar hänsyn till förarbetet och inte den efterföljande beräkningen. 6

7 Tillämpning Graf Förstå och förklara Sammanhang Förståelse och resonemang Formler Experiment Uppskattning Planera och redogöra Öppen mätuppgift Sluten mätuppgift Samband Beräkning i flera steg Enkel formel Fakta Bild 1: Ovanstående bild visar gruppernas förhållande till varandra och kategoriernas inbördes hierarkiska struktur. 7

8 3.1.1 Gruppen Formler Här sammanfattas de problemtyper som kräver någon form av beräkning. Gruppen Formler är uppbyggd efter ett hierarkiskt system, d.v.s. att varje föregående kategori ingår i den nya. Skillnaden är att något nytt tillkommer, t.ex. mer avancerade beräkningar eller att eleven själv måste teckna samband eller uppskatta olika storheter. 1 Fakta För att lösa uppgiften måste eleven känna till en formel, formulering, definition eller historisk händelse. Uppgifter som placeras i den här kategorin testar ofta utantillkunskaper. Enheten för elektrisk strömstyrka, 1 A, är en av grundenheterna i SI-systemet. Hur definierar man denna enhet? 2 Enkel formel För att lösa uppgiften måste eleven sätta in givna värden, eller värden som hämtas från formelsamling, i en känd formel eller enkelt samband. Uppgifter som placeras i den här kategorin är ofta av rutinkaraktär. Hur stor energi krävs för att smälta 2,0 kg is vid smältpunkten? 3 Beräkning i flera steg För att lösa uppgiften måste eleven i mer än ett steg utnyttja givna värden, eller värden som hämtas från formelsamling, i ett eller flera samband. Uppgifter som placeras i den här kategorin är konstruerade för att eleven ska använda en enkel formel mer än en gång. Ljudets fart i koldioxid bestämdes med Kundts rör. Då röret var fyllt med luft erhölls noder på 4,0 cm avstånd från varandra och då det fylldes med koldioxid blev motsvarande avstånd 3,0 cm. Temperaturen var den samma i båda försöken. Beräkna ljudets fart i koldioxid om ljudhastigheten i luft bestäms till 340 m/s. 4 Samband För att lösa uppgiften måste eleven kunna ställa upp ett eller flera samband baserat på en fysikalisk princip eller definition. Uppgifter som placeras i den här kategorin är en utökning av beräkning i flera steg eftersom det krävs mer kreativitet och eget tankearbete innan beräkningen kan inledas. Uppgifterna är sällan av rutinkaraktär. Man lägger 25 g is med temperaturen -20 C i en termos med 250 g vatten med temperaturen 21 C. Beräkna sluttemperaturen. En svart asfaltväg i centrala Afrika belyses av solen, som står i zenit. Vi antar att asfalten mottar strålningseffekten 1,3 kw/m 2. Hur hög blir asfaltens temperatur? Asfalten antas vara absolut svart. 5 Uppskattning För att lösa uppgiften måste eleven själv göra lämpliga uppskattningar och approximationer. Uppgifter som placeras i den här kategorin är en kombination av de fyra ovanstående, men syftet med uppgiften är ofta att testa om eleven kan göra rimliga antaganden och inse att svaret är rimligt. 8

9 Om några månader kommer du förmodligen att ligga och sola på någon skön sandstrand. Gör några rimliga antaganden för att uppskatta hur många fotoner som kommer att träffa din hud under en sekund Gruppen Förståelse och resonemang Problemtyperna inom den här gruppen är sådana att det inte nödvändigtvis krävs några beräkningar för att lösa uppgiften. Det gäller istället att på något sätt resonera sig fram till ett svar. Uppgifterna testar därför ofta den fysikaliska förståelsen. Vissa uppgifter testar även om eleven klarar att tillämpa sin kunskap på ett nytt okänt problem. 6 Tillämpning För att lösa uppgiften måste eleven utifrån fysikaliska baskunskaper kunna analysera, beskriva, tolka eller tillämpa givna teoretiska förutsättningar eller fakta. Uppgifter som placeras i den här kategorin ger oftast eleven någon form av teori eller fakta att bearbeta. I texten anges t.ex. hur något icke genomgånget fysikaliskt fenomen fungerar, som eleven sedan ombeds utnyttja för att resonera sig fram till vad det frågades efter i uppgiften. En elektrisk koppling innehåller en spänningskälla och tre glödlampor. Alla glödlampor lyser. Då en av lamporna skruvas ur slocknar en av de två övriga lamporna. Rita ett kopplingsschema som fungerar på detta sätt. Du vet (förhoppningsvis) att föremål faller lika snabbt oberoende av massan om man kan försumma luftmotståndet. Om man inte kan försumma luftmotståndet gäller nedanstående. Luftmotståndet beror främst av två faktorer, den fallande kroppens form och dess hastighet. När ett fallande föremål accelererar ökar hela tiden luftmotståndet och blir till slut lika stor som tyngdkraften. I detta läge finns ingen accelererande kraft mer och hastigheten ökar inte mer. Lös uppgiften nedan med hjälp av ovanstående teori. En man och en kvinna hoppar samtidigt i fallskärm från ett flygplan. De utlöser omedelbart sina skärmar. De har samma form men mannen väger dubbelt så mycket. Vem når marken först? 7 Graf För att lösa uppgiften måste eleven utifrån fysikaliska baskunskaper kunna analysera, beskriva, tolka eller tillämpa en given graf. Uppgifter som placeras i den här kategorin är i princip identiska med tillämpning ovan. Skillnaden är att teorin presenteras i en graf, t.ex. som ett resultat av en mätning, och inte som en text. Vid en experimentell undersökning av den fotoelektriska effekten får monokromatiskt ljus av olika våglängder belysa en fotocells ljuskänsliga yta. För varje våglängd bestämmes den s.k. spärrspänningen U s och våglängden λ erhålles. Våglängd λ (nm) Spärrspänning U s (V) 590 0, , ,11 Rita på papper eller med hjälp av grafritande räknare ett diagram över sambandet mellan strålningens frekvens och spärrspänningen. Bestäm med hjälp av diagrammet a. ett värde på Plancks konstant b. gränsvåglängden för fotoelektrisk effekt. Om räknare används måste metod och delresultat redovisas. 9

10 8 Förstå och förklara För att lösa uppgiften måste eleven utifrån fakta och fysikalisk förståelse kunna tolka och förklara en given situation i ord. Uppgifter som placeras i den här kategorin är direkta motsatsen till tillämpningsuppgifter. Här beskrivs ofta en situation som eleven ombedes förklara. Det ges alltså inga ledtrådar i form av teori, utan eleven måste själv förstå vad det är för fysikaliskt fenomen som beskrivs i uppgiften och därur kunna dra slutsatser om vilka fysikaliska verktyg som behövs för att förklara den givna situationen. Under ett kraftigt åskväder är det mycket säkert att sitta i en bil. Varför? Kalle tycker att det är väldigt varmt i köket en skön sommardag. Han stänger alla dörrar och fönster och öppnar kylskåpsdörren för att sänka temperaturen. Går det att göra köket kallare på det sättet? Du måste motivera svaret. 9 Sammanhang För att lösa uppgiften måste eleven i ord beskriva en händelse innehållande givna fysikaliska begrepp. Uppgifter som placeras i den här kategorin är formulerade så att det ges ett antal nyckelord som eleven ombedes sätta i ett sammanhang. Eleven måste då skriva ett stycke om ett visst fysikaliskt fenomen eller begrepp med hjälp av de angivna nyckelorden. Redogör för hur vår modell av materiens struktur ser ut. Använd gärna figur som hjälp. Följande ord skall vara med: atom, atomkärna, elektron, kvark, neutron, nukleon och proton Gruppen Experiment I den här gruppen har alla kategorier en praktisk karaktär. Eleven ska antingen planera eller utföra ett försök. 10 Planera och redogöra För att lösa uppgiften måste eleven själv skriftligt planera eller redogöra för ett försök. Uppgifter som placeras i den här kategorin kan både vara praktiska och teoretiska, men har det gemensamt att själva planeringen eller redogörelsen är viktigast. Med hjälp av en luftkuddebana med tillhörande vagn kan man ganska enkelt bestämma farten hos en liten projektil, t.ex. från ett luftgevär. Antag att du får i uppgift att utföra ett sådant försök. Beskriv utförligt hur du tänker utföra det, vilka mätningar du gör och hur du beräknar farten. Du måste också tala om vilka fysikaliska lagar du använder. I en av våra laborationer bestämde vi ljudhastigheten i en plexiglasstav med hjälp av ett s.k. Kundts rör. Staven spändes fast på mitten, så att den ena änden stack in en bit i röret. Röret var fyllt med lite korkspån. Beskriv laborationen genom a. text som beskriver hur vi åstadkom longitudinella svängningar i plexiglasstaven b. en figur som visar hur de stående vågorna ser ut i plexiglasstaven och röret c. en text som visar hur man beräknar ljudhastigheten i plexiglas i laborationen. 11 Sluten mätuppgift För att lösa uppgiften måste eleven utföra ett försök enligt instruktion. Uppgifter som placeras i den här kategorin är sådana att eleven själv ska utföra försöket eller mätningen med tillhandahållen utrustning och instruktion. 10

11 Bestäm spisplattans temperatur. På spisen står varma järn- och mässingscylindrar. Använd en kalorimeter av cellplats, vatten och våg samt CBLtermometer till att bestämma en av cylindrarnas temperatur. Antag att spisplattans temperatur är densamma som cylinderns. 12 Öppen mätuppgift För att lösa uppgiften måste eleven utföra ett försök utan instruktion. Uppgifter som placeras i den här kategorin är sådana att eleven själv ska utföra försöket eller mätningen utan tillhandahållen utrustning eller instruktion. Bestäm densiteten för vätskan i bägaren. Svara med enheten g / cm 3. 11

12 4 Resultat Nedan redovisas resultaten av undersökningen i diagramform. Diagrammet nedan visar vilka problemtyper som förekommer på proven. Huruvida någon problemtyp saknas diskuteras i (5.3). Samtliga provuppgifter A n t a l Fakta Enkel formel Beräkning i flera steg Samband Uppskattning Tillämpning Graf Förstå och förklara Sammanhang Planera försök Sluten mätuppgift Öppen mätuppgift Kategori Diagram 1 Diagrammen nedan visar hur fördelningen av olika problemtyper varierar med avseende på kurs. Fördelning mellan grupperna Kurs A Fördelning mellan grupperna Kurs B 5% 4% 31% 32% 64% 64% Formler Förståelse och resonemang Experiment Diagram 2 Diagram 3 Formler Förståelse och resonemang Experiment 12

13 Diagrammet nedan visar hur fördelningen av olika problemtyper varierar med avseende på kursavsnitt. Fördelning mellan grupperna A n d e l 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ellära Kursprov Mekanik Modern fysik Optik Våglära Kursavsnitt Formler Förståelse och resonemang Experiment Diagram 4 13

14 5 Diskussion Vi har inte kunnat hitta någon tidigare undersökning som vår. Därför finns det en hel del att diskutera om bl.a. vår metod, vårt resultat och om vad vi kunde gjort annorlunda. 5.1 Diskussion om vår metod För att en undersökning ska kunna anses vetenskaplig måste metoden vara så välpreciserad att någon annan som följer metoden ska få samma resultat. Vi är medvetna om att det antagligen inte går att definiera entydiga kategorier, utan det kommer att bli missförstånd någonstans. Vi har testat våra kategorier på olika testpersoner, och därmed fått feedback på vad som kunnat missförstås och ändrat det. Efteråt har vi även lagt till exempel på de olika problemtyperna. Vi är därför ganska säkra på att om någon annan använder våra kategorier kommer de fram till ungefär samma resultat som vi. Vi har valt att räkna abc-uppgifter som olika uppgifter eftersom det ofta rör sig om olika problemtyper. Det är möjligt att det gör att resultatet blir något missvisande, eftersom en abcuppgift får flera markeringar medan en vanlig uppgift bara får en. 5.2 Diskussion om resultatet Diagram 2, 3 och 4 visar att fördelningen av problemtyper ser likadan ut om vi delar upp dem efter kurs eller kursavsnitt, och vi tolkar det som en försäkring om att undersökningen lett fram till ett entydigt resultat som visar hur fördelningen av problemtyper faktiskt ser ut. Att gruppen Förståelse och resonemang är procentuellt sett större för kursavsnitten Optik och Ellära än för de övriga kursavsnitten i diagram 4 beror på att det förkommer många tillämpningsuppgifter just inom de områdena. Det rör sig t.ex. om att konstruera bilder i optiken eller att rita kopplingsschema i elläran. Någon annan generell slutsats går inte att dra ur diagrammet. En slutsats som däremot går att dra ur alla diagrammen är att gruppen Formler är alldeles för stor. Naturligtvis måste proven testa olika beräkningsuppgifter, men vi tolkar uppenbarligen kursplanen och betygskriterierna annorlunda än provkonstruktörerna. I betygskriterierna nämns ordet rutinberäkning endast en gång och eftersom kursplanen strävar mot att eleven ska skriva, reflektera, beskriva, analysera, tolka, planera och värdera tycker vi att beräkningar borde uppta mycket mindre utrymme än vad de faktiskt gör. Det är viktigt att komma ihåg att kategorierna inte säger något om uppgiftens svårighetsgrad i praktiken. Vår uppfattning är att uppgifter ur gruppen Förståelse och resonemang rent fysikaliskt är svårare än uppgifter ur gruppen Formler, eftersom de testar problemtyper som ger ett högre betyg enligt betygskriterierna och innehåller mer fysik. Formelgruppen borde alltid ligga på godkändnivån medan Förståelse och resonemang kan ge G, VG eller MVG. Tyvärr tycker ofta provkonstruktören att en uppgift med svår matematik också är en svår fysikuppgift. En konsekvens av det är att kategorin Beräkning i flera steg är klart överrepresenterad och därför innehåller många MVG-uppgifter, trots att de uppgifterna ofta innehåller väldigt lite fysik. 14

15 Uppgifter i kategorin Samband innehåller mer fysik än de övriga uppgifterna i gruppen Formler (undantaget uppskattning, men det förekommer bara en sådan uppgift). Även om vi tar bort alla uppgifter från kategorin Samband ur gruppen Formler så motsvarar formelgruppen ändå 45% av alla uppgifter. Med bakgrund av ovanstående diskussion om överrepresentation av beräkningsuppgifter på proven ställer vi oss frågan om det är traditionen eller kursplanen som styr proven, och kanske även undervisningen, i fysik? Vår åsikt är att fysik är ett väldigt traditionellt skolämne, och att det inte riktigt hunnit med i omställningen till den nya läroplanen, med allt vad det innebär. Vi kan inte se någon signifikant skillnad på de prov vi hade när vi själva gick på gymnasiet och de vi undersökte. Detta trots att vi båda tog examen med de relativa betygen som betygsystem. Vi bör dock tillägga att vissa lärare vi rådfrågat har varit positivt överraskade över att det bara varit 63% uppgifter i formelgruppen. 5.3 Diskussion om vad som saknas på proven och i undersökningen Vi nämnde i bakgrunden begreppet modelltänkande och att det är ett viktigt begrepp i ämnet fysik och på NV-programmet som helhet. Av de uppgifter vi undersökt är det bara kategorin Uppskattning som kommer nära modellering, och det förekommer endast en uppskattningsuppgift (se diagram 1). Med tanke på hur modellbegreppet betonas i styrdokumenten är det naturligtvis inte bra att det inte förekommer fler sådana uppgifter på proven än vad det gör i vår undersökning. Vi är medvetna om att alla kunskaper inte testas på proven, och att det kanske inte ens är önskvärt att det görs. Samtidigt tycker vi att det är en brist att t.ex. inte modellering förekommer oftare på proven än vad det faktiskt gör. I kursplanen anges modelltänkandet som ett syfte med ämnet fysik och det är viktigt att eleverna vet att teorier och modeller är mänskliga tankekonstruktioner som kan förändras i ljuset av nya rön. Återigen måste vi ställa oss frågan om det faktiskt är kursplanen och betygskriterierna som styr vilka uppgifter som finns med på proven? Kanske tycker lärarna att uppgifter av den här karaktären är för svåra, men då bör de kanske lägga om undervisningen och öva mer sådana uppgifter istället för att inte ta med dem på proven. Författarna vill här gärna påpeka att det i programmålen för NV programmet står att lärarna tillsammans ska samverka för att hjälpa eleverna att utveckla ett vetenskapligt förhållningssätt och modelltänkande. Därför bör, enligt vår tolkning av styrdokumenten, även lärare i andra ämnen bidra till elevernas vilja att utnyttja och utveckla modeller i vardagen, naturen, samhället och vardagslivet. På samma sätt ska fysikläraren bidra till elevens språkutveckling. På de undersökta proven förekommer inte många skrivuppgifter, så vi hoppas att det ägnas tid åt det på lektionerna. Det är icke att förglömma att proven inte bara är viktiga för läraren i dennes utvärdering, utan de är naturligtvis viktiga för eleven också. Det är på proven eleven ges störst chans att visa att denne uppnått de mål som krävs och av egen erfarenhet (och via diskussion med andra lärarkandidater) vet vi att elever uppfattar de kunskaper som utvärderas på proven som viktiga att kunna. 15

16 I kursplanen står att kunskapen byggs upp i ett samspel mellan å ena sidan experiment och observationer och å andra sidan modeller och teorier. Även i skolans fysikundervisning har experimentet en central roll. Genom laborativa inslag övar eleverna sina färdigheter att planera experiment, använda mätinstrument och analysera mätdata. Att ställa hypoteser och göra experiment för att undersöka fenomen, testa modeller eller revidera dem utgör väsentliga inslag. Kunskaperna används för att diskutera och förklara företeelser i vardagen, naturen och i samhället. Om undervisningen i skolan läggs upp så att eleverna tränar sina laborativa färdigheter på laborationer undrar vi hur de utvärderas? Betygsättningen ska vara individuell. De flesta laborationer utförs i grupp, och då ges det även instruktioner och ledtrådar av laborationsledaren. Vi tycker det är konstigt att de experimentella uppgifterna utgör en så liten del av de provuppgifter vi undersökt (se samtliga diagram). Vi känner förvisso inte till hur lärarna valt att lägga upp sin undervisning, de kanske utvärderar de laborativa färdigheterna på något annat sätt, men vår åsikt är att det bör förekomma laborativa inslag på varje prov, oavsett hur undervisningen ser ut. Det bör tilläggas att vi båda tycker att det förekommer för få laborativa inslag i fysikundervisningen (baserat på egna upplevelser och erfarenhetsutbyte med andra lärarkandidater) och att det kan ha påverkat vår bedömning vad det gäller antalet laborativa uppgifter på proven. Arbetet kontrollerar proven och inte undervisningen, men slutsatsen om att det är för få experimentella uppgifter på proven står fast. Vid identifieringen av problemtyper och indelningen av provuppgifter i kategorier har vi inte tagit hänsyn till uppgiftens innehåll och formulering. Vi observerade att väldigt få uppgifter var formulerade för att testa något utanför kursplanen, men kan inte styrka våra observationer med statistik eftersom det aldrig ingick i vår ursprungliga idé att testa uppgifternas innehåll och formulering. Återigen poängteras att det kanske inte är önskvärt att testa alla kunskaper på proven, men om läroplanen och programmålen prioriterar exempelvis miljöfrågor anser vi att det bör förekomma uppgifter med miljöaspekter på proven. På samma sätt prioriteras användning av andra språk än svenska, och då är det inte otänkbart att det bör finnas någon uppgift formulerad på engelska på proven. Samma sak gäller även t.ex. etik och idéhistoria, som båda prioriteras i styrdokumenten. De flesta kontrollerade uppgifterna var standarduppgifter vad det gäller formulering, och ovan nämnda aspekter förekom i princip inte alls. Observera att det inte krävs, men det är vår åsikt att kunskaper som ska läras ut bör utvärderas på prov, återigen av anledningen att vi tror att elever uppfattar de kunskaper som utvärderas på proven som viktiga att kunna. 5.4 Diskussion om undersökningens tillförlitlighet Frågan är om det går att dra några generella slutsatser baserade på vår undersökning? Det är naturligtvis tveksamt om vi fått samma kategorier om vi undersökt prov från andra skolor konstruerade av andra lärare eller om någon annan än vi definierat kategorierna, vilket är en svaghet med undersökningen. Det visste vi redan från början, och därför har vi valt att oftast jämföra de tre grupperna med varandra, eftersom vi är ganska säkra på att även om någon annan (eller vi själva) konstruerat andra kategorier hade grupperna ändå innehållit samma problemtyper. Vi anser också att stabiliteten i våra resultat visar att det är sannolikt att en annan indelning av problemtyper i kategorier hade lett fram till liknande resultat, då fördelningen mellan grupperna är i princip identisk för olika kurser och kursavsnitt. Om det tillkommit kategorier hade de gått in i någon av de redan existerande grupperna och problemtypen hade antagligen bara flyttats runt inom gruppen, och därmed inte påverkat förhållandet grupperna emellan. Att undersökningen påvisar samma fördelning oavsett kurs eller kursavsnitt borde vara 16

17 ett tecken på att det finns en föreställning hos lärare om vilka problemtyper som ska testas på proven, oavsett kurs eller kursavsnitt. Vi har tidigare i diskussionen ställt oss frågande till om proven faktiskt utgår från styrdokumenten, och vi tycker att det är berättigat att här ifrågasätta om de överhuvudtaget testar att eleverna nått upp till de mål som anges i kursplanen. Att 63% av uppgifterna är formeluppgifter (se diagram 1) trots att kursplanen antyder en mycket lägre siffra är inte bra. Förvisso kan proven trots det testa de andra problemtyperna också, men om proven utgör ett viktigt betygsunderlag sätts betygen på andra grunder än vad som anges i kursplanen. Vi måste vara självkritiska och inse att det finns en risk att om identifiering och definition av kategorier gjorts på ett sådant sätt att det blivit fler träffar i formelgruppen än vad det borde blivit. Det finns även en risk att vi vid indelning av problemtyper i kategorier placerat uppgifter i formelgruppen fastän de borde blivit placerade i en annan grupp (kanske som Tillämpning i gruppen Förståelse och resonemang). Att dessa båda felkällor skulle kunna ge upphov till speciellt många procentenheters avvikelse från 63% ställer vi oss tveksamma till. I vilket fall som helst skulle även 50% formeluppgifter varit en för hög siffra. Vi säger inget om hur många procent formeluppgifter det bör förekomma på proven, utan vi säger bara att 63% är helt för mycket. Positivt är dock att undersökningen visar på en mångfald, och att de allra flesta problemtyper testas på varje prov. Dock inte i den proportion vi hade hoppats på. 5.5 Diskussion om vad vi kunde gjort annorlunda Eftersom vi inte hade något annat arbete att jämföra med fick vi själva komma på de ramar, utifrån vilka vi ville undersöka proven. Under planeringen och under arbetets gång framkom olika alternativa metoder som kan vara av intresse ifall någon annan vill göra en liknande undersökning. I efterhand inser vi att vi borde undersökt både antal uppgifter (se diagram 1) och den maximala poängen på uppgifterna inom kategorin. Vi kontrollerade bara hur ofta olika problemtyper förekom, men inte hur många poäng provkonstruktören ansåg att uppgifterna var värda. Det hade varit intressant att kunna jämföra de olika fördelningarna med varandra, för kanske är formelgruppen inte lika dominant vad det gäller antalet poäng som för antalet uppgifter. Vi gissar att fördelningarna mellan de olika grupperna varit ganska lika varandra, eftersom många uppgifter som gav hög poäng var Beräkning i flera steg, men det är bara en gissning. Vad det gäller kategorierna visste vi redan innan vi började med arbetet att det fanns olika vägar att följa. Vi var intresserade av att undersöka provuppgifter, men visste inte exakt hur vi ville göra. Vi skulle kunna ha satt oss ner med styrdokumenten och konstruerat kategorier utifrån dessa. I så fall hade en eventuell undersökning blivit baserad på vilka problemtyper som borde finnas med på proven. Vi skulle också kunna ha använt oss av de kategorier som redan finns, och utnyttjas i Arbetsgruppen för nationella provs 8 klassificeringsmall. Vi såg dock en nackdel i det eftersom båda vägarna skulle leda till att vi jämförde teorin med verkligheten och inte tvärt om, som vi egentligen ville. Vi såg en uppenbar risk i att kategorier som var baserade på styrdokumenten skulle vara för breda, och att varje testad uppgift därmed skulle kunna placeras i flera olika kategorier. 8 Nationella provbanken i fysik (internet ) 17

18 I provbankens klassificeringsmall finns en kategori som heter modellering, och enligt våra resultat hade varit maximalt ett kryss för den kategorin. Samma sak gäller för andra problemtyper, t.ex. Öppna uppgifter. Provbanken anser att olika komplex beräkning (de nämner Enkel rutin, Flera steg och Problemlösning, vilket är ungefär detsamma som våra Enkel formel, Beräkning i flera steg och Samband) är ett mått på kognitiv nivå, medan vi hävdar att formeluppgifter är en egen kategori eftersom de sällan testar mer än just att eleven kan sätta in värden i en formel och få rätt svar, och att det i sin tur inte säger något om hur duktig eleven är i fysik. Provbankens klassificeringsmall är framtagen för uppgifter som ska vara med på nationella prov, och det säger sig nästan själv att de nationella proven har en annan ambitionsnivå än de prov vi undersökt. Vi valde alltså istället att basera våra kategorier på vilka problemtyper som fanns med på de undersökta proven, och därmed kunde vi i efterhand jämföra verkligheten med teorin, vilket var syftet med undersökningen. Nackdelen med att göra undersökningen som vi gjorde, d.v.s. att utgå från proven, är att det inte går att göra en objektiv bedömning av vilka problemtyper som saknas på proven. Vårt resultat visar vad som finns med, men eftersom styrdokumenten är öppna för tolkning kan vi inte säga att det borde varit på ett visst sätt. Våra kommentarer om vad som saknas på proven blir därför subjektiva, och kan inte redovisas som resultat, utan är förpassade till diskussionen. 5.6 Diskussion om olika kategoriseringar Nationella provbankens kategorisering skiljer sig från vår. Deras uppdelning i kategorier baseras på allt som har med uppgiften att göra, d.v.s. mer än bara problemtypen som vi är intresserade av. Varje kategori delar de sedan in i olika kriterier. Deras kategorier är kurs, kunskapsområde, kursmål, typ av redovisning, grad av öppenhet, typ av figur, uppskattad tid för att lösa uppgiften, kontext, perspektiv, kognitiv nivå, kognitivt innehåll, hjälpmedel och några kategorier som rör betygsättning. För varje uppgift bör det alltså gå att markera minst ett kryss för varje kategori, beroende på vilka kriterier som uppgiften passar in på. Vi är bara intresserade av problemtyper, och därför är det i första hand kognitiv nivå och kognitivt innehåll som är relevanta för vår undersökning. Kognitiv nivå har vi redan nämnt i (5.5), och det är kategorin kognitivt innehåll som är mest intressant att jämföra med våra kategorier, och provbanken anger kognitivt innehåll enligt nedan. Fakta: Algoritm: Begreppsförståelse: Resonemang: Uppgiften avser att kontrollera utantillkunskaper av faktakaraktär Uppgiften kan förväntas lösas enligt en inlärd procedur. Uppgiftens lösande förutsätter förtrogenhet med definitionen av begrepp så att den kan tillämpas i även icke standardbetonade sammanhang. Uppgiftens lösande förutsätter en inre men inte nödvändigtvis explicit redovisad logisk argumentation som leder till en slutsats utifrån valda 18

19 Modellering: Kommunikation: utgångsvillkor. Uppgiftens lösande förutsätter att eleven själv skall omsätta en företeelse eller ett händelseförlopp till matematiska begrepp och samband som sedan kan resultera i slutsatser om den behandlade icke rutinartade situationen. Uppgiften skall ge underlag för bedömning av förmågan att redogöra, beskriva, förklara eller på något annat sätt förmedla ett budskap och innehåller ofta en direkt uppmaning till detta. 9 Modellering Resonemang Begreppsförståelse Algoritm Fakta Bild 2: Bilden ovan är hämtad från nationella provbankens hemsida och visar att de tänkt sig en liknande hierarkisk struktur för sina kriterier som vi utnyttjat för kategorierna i vår formelgrupp. Eftersom några av de kriterier vi eftersträvar att undersöka inte omnämns under provbankens kognitiva innehåll är det naturligtvis svårt att jämföra de båda kategoriseringarna åt, men nedan gör vi ett försök att markera vilka av provbankens kriterier som passar mot våra kategorier. Fakta Algoritm Begreppsförståelse Resonemang Modellering Kommunikation Fakta x Enkel formel x Beräkning i flera steg x Samband x x Uppskattning x x x Tillämpning x x Graf x x Förstå och förklara x x x Sammanhang x Planera försök Sluten mätuppgift Öppen mätuppgift Provbanken nämner experimentella uppgifter under kontext, och det är därför vi inte kan anpassa några av deras kriterier för våra experimentella kategorier. I appendix 1 finns provbankens klassificeringsmall redovisad i sin helhet. För en utförligare beskrivning av vad övriga kategorier innebär hänvisar vi till deras hemsida (se källförteckning). 9 Nationella provbanken i fysik (internet ) 19

20 6 Avslutning Vi vill tacka alla de lärare som så generöst ställde upp och delade med sig av sina prov. Vi vill även tacka Henrik Geimer för hans tålamod när han hjälpte oss att definiera våra kategorier, och gav oss värdefull hjälp på vägen om vad som var svårt att förstå. Utan de som ställde upp och korrekturläste arbetet hade nog ingen läsare av texten blivit glad, så tack Linda, Camilla och Astrid för era feminina och icke-fysikaliska kommentarer. Slutligen vill vi naturligtvis tacka vår handledare, Lars Jakobsson, för att han delat med sig av sin erfarenheter om svårigheter med indelning av problemtyper, och för att han tillhandahållit material från nationella provbanken. 20

21 7 Källförteckning Lpf94 = Läroplan för de frivilliga skolformerna, Utbildningsdepartementet, 1994 NV Naturvetenskapsprogrammet, Skolverket, Kursplan, Fysik A och Fysik B, Skolverket, Kursplan, ämnet Fysik, Skolverket, Nationella provbanken i fysik = Klassificeringsanvisning från enheten för pedagogiska mätningar vid Umeå universitet, Arbetsgruppen för nationella prov,

22 Appendix 1 Enheten för pedagogiska mätningars klassificeringsmall: Nr Uppgift ursprung A,B A tom Fysikens grunder E l &Magn Fysikens modeller F lerval 0,1,2,3 0 = Ingen fig A. <5 Abstrakt H istoriskt E nkel rutin F akta G rafritande K ortsvar Dekoration B Tillämpningar Miljö Flera steg A lgoritm Symbolhanterand e M ekanik Experiment L ångsvar Förtydl I llustr C Undervis.rel I nternationell P roblemlösning O ptik Tolka och E ssä Tolk F igur/diag D E xperiment E tiskt pres. exp T ermod Fysikens EX periment Tolk/Avl T abell E. >30 tillämp V ågrörelse Natvetskap världs (ekv) procedure, B egreppsförståelse R esonemang M odellering Projekt M ått K ommuniktion Grä nsp Fig Tid Kontext Perspektiv Kognitiv Kognitiv Hjälpm Total G VG VG+ nivå inneh (krävs) sum po po po Dator IG/G G/V G G G-VG VG VG+ KursKursomr Kursmål Redov-typ Grad av öppenhet Betygnivå 22