Två elevers ifyllda experimentrapporter

Fotodokumentation

Bilder på hur eleverna i årskurs tre formade modelleran för att försöka få den att flyta:

Många elever formade den till en skål eller båt.

En elev använde sig bara av en liten bit av leran och lyckades få den att flyta.

En annan elev försökte att göra en flotte av modelleran, men den kunde dock inte flyta.

När eleverna fått modelleran att flyta fick de testa att lasta med suddgummi och plastmynt.

Lisas och Jennys lärandetillfälle med eleverna i årskurs tre

Vi (Jenny och Lisa) har nu genomfört varsitt lärandetillfälle med den andre som observatör i samma klass. Klassen var uppdelad i två grupper med cirka tio elever i varje. De båda lärandetillfällena kommer att presenteras tillsammans i och med att de genomfördes på ett liknande sätt. Tillsist kommer vi att ta upp måluppfyllelse samt några reflektioner.

Efter att vi presenterat oss och innehållet samlades eleverna i en ring på golvet framför tavlan. De blev tillfrågade om de visste vad en hypotes betyder, det visste de inte så det fick förklaras. Eleverna fick sedan komma med förslag till hypoteser om vad som skulle hända när vi släppte ner en klump av modellera (som var lila) i en glasburk med vatten. Samtliga förslag skrevs upp på tavlan och här presenteras några utvalda: ”Den går sönder”, ”Vattnet blir lila”, ”Den sjunker”, ”Den löser upp sig”, ”Om man tar upp den igen blir den kanske mjukare”, Den blir mindre”, ”Den sjunker men leran förändras inte”, ”Den stelnar”, ”Den kommer att flyta”. När alla elever fått ge förslag till hypotes skickades lerklumpen runt så de fick känna på den. Efter det utfördes experimentet och vi släppte ner leran i kallt vatten. Den sjönk och eleverna tyckte att den blivit lite hårdare. Utförandet skrevs också upp på tavlan med hjälp av elevernas förslag. Vi poängterade att utförandet skulle vara så tydligt att någon som inte varit med skulle kunna genomföra ett likadant genom att läsa det som skrivits. Varför sjönk den, frågade vi eleverna. Några svar vi fick var; ”Den hade ingen luft i sig”, ”Den var för tung”, ”Vattnet trycker ner den”. Tyngdkraften från lerklumpen var större än vattnets lyftkraft, lerklumpen trängde inte undan lika mycket vatten som den vägde. Detta illustrerades med en bild på tavlan:

För att synliggöra begreppet volym ställde vi glasburken fylld med vatten till bredden i en vid kruka. Lerklumpen släpptes i vattnet och lika mycket vatten som lerklumpens volym rann över kanten. Det konstaterades åter igen att tyngdkraften från leran var större än vattnets lyftkraft.

Eleverna fick nu en utmaning, de skulle försöka få en klump av modellera att flyta. De delades in i par och fick varsin experiment rapport som de skulle fylla i hur de trodde de skulle göra för att få den att flyta. När de skrivit färdigt hypotesen fick de varsin klump av modellera och en burk med vatten. Eleverna testade nu olika sätt och under tiden dokumenterade de genom att skriva eller rita hur de gjorde på rapporten. Några av eleverna som blev löste utmaningen tidigt fick även fundera över hur konstruktionen på lerklumpen påverkade lastförmågan. De testade att lasta så många plastmynt som möjligt. Under experimentets gång hördes kommentarer som till exempel, ”Forma den som en båt, de flyter ju!” ”Det här var roligt!” ”Var det därför du intervjuade oss om båtar?”

Nu var det dags att knyta ihop säcken och eleverna samlades åter igen i en ring framför tavlan. Där lästes sagan om Arkimedes, eftersom experimentet bygger på hans princip, alltså Arkimedes princip. Elevernas tankar kring varför den sjönk respektive flöt lyftes fram, de menade att formen hade betydelse och kanterna var tvungna att vara höga och att det inte fick förekomma några sprickor/hål så att vatten kunde läcka in. De menade också att det var lättare att forma när leran var mjuk. En elev gjorde en jämförelse med en hink, en hink utan vatten är lätt och kan flyta och en som är fylld med vatten är tung och sjunker. Med andra ord konstaterades att så länge tyngdkraften är större än lyftkraften sjunker föremålet, föremålet står för tyngdkraften och vattnet för lyftkraften. Tyngdkraften strävar neråt och lyftkraften uppåt, är de lika flyter föremålet. Det handlar om att öka båtens (lerklumpens) volym utan att öka vikten för att få den att flyta. Vi applicerade experimentet på båtar och berättade att en båt måste tränga undan lika mycket vatten som dess vikt för att den ska flyta. Stora båtar kan ta tyngre last än en liten båt. En elev berättade att hon sett att det står maxvikt på båtar och drog en slutsats om dess betydelse. Experiment rapporten samlades in för utvärderingen av måluppfyllelsen.

Måluppfyllelse
Vi kan se att de elever som skriftligt eller muntligt dragit en slutsats har konstaterat att formen har betydelse för flytförmågan samt att den sjönk när den blev för tung (tog in vatten eller lastades för tungt). Detta anser vi är grunden till att förstå Arkimedes princip. Alla elever fick möjlighet att utforma varsin lerklump till ett flytande föremål och därmed praktisera ett naturvetenskapligt arbetssätt. De fysikaliska begreppen; lyftkraft, tyngdkraft, volym, Arkimedes princip samt hypotes var ord som vi frekvent använde och försökte tydliggöra innebörden av. Några av våra mål utifrån kursplanerna i teknik, kemi och fysik var att eleverna skulle utifrån en hypotes genoföra ett experiment där de skulle utföra en enkel konstruktion och därefter dra en slutsats, detta har de fått utföra under vårt lärandetillfälle.

Reflektion
Vi vill framföra att dagens båda lärandetillfällen har varit givande för oss båda och förhoppningsvis för eleverna. Att observera varandra har varit utvecklande då man kan ta till sig av den konstruktiva kritiken. Under lärandetillfället fick alla elever som ville komma till tals och man försökte ta tillvara och vara lyhörd på deras svar, genom observationerna kunde dessa kloka kommentarer citeras och reflekteras över i efterhand. Vi har dock några tankar kring hur och vad vi kunde ha gjort på ett annat sätt. Vi anser att det designade innehållet var lämpligt i och med att det handlade om en lektion på 80 minuter vardera. Prioritering under de båda lärandetillfällena har varit att eleverna skall få en förståelse istället för att endast göra därför hann inte alla elever skriftligt redovisat sina slutsatser. För att synliggöra begreppet volym och Arkimedes princip ännu mer kunde en våg och en tyngre lera eller ett annat tyngre föremål använts för att väga vattnet som rann över glasburkens kant när leran släpptes i vattnet. Det handlar om didaktiska val och vi är i slutändan nöjda med de val vi har gjort. Handledaren hade några tankar kring hypotes och hade nyligen av en professor hört att det inte var lämpligt att användas vid arbetet med yngre barn då det ska stå för processen. När vi ställde frågan, vad de tror skulle hända när vi släppte ner lerklumpen i vattnet, fick vi några påståenden angående att lerklumpen bland annat skulle lösas upp. Detta tror vi har att göra med deras erfarenheter av den lera som finns utomhus. Här kunde vi tydliggöra genom att använda oss av begreppet modellera under hela lärandetillfället istället för att ”bara” lera. I experimentrapporten torde vi lämnat mer plats för eleverna att skriva sina hypoteser. Angående pararbetet tog en del elever inte vara på kamratens framgångsrika upptäckter utan valde att gå sin egen väg. Detta var kanske ändå bra att man löste utmaningen på sitt eget vis. Ett par valde att fokusera på vattnets egenskaper (kallt, varmt och med tvål i), vi lät dem undersöka detta och det intressanta var att det här var inget som vi från början hade trott att de skulle lägga fokus på. Ett konstaterande är att gruppernas sammansättning har betydelse för lärandetillfället, en grupp var betydligt lugnare därför kom de igång och arbetade effektivare och mer tid kunde läggas till slutsats och diskussion. Det finns en utförligare saga om Arkimedes men vi har medvetet valt bort vissa delar då det i dessa delar handlar mer om densitet, detta skulle kunna vara en progression i fortsatt arbeta inom området flyta – sjunka.

Förskoleperspektiv och mål

Gruppen har utgått ifrån en frågeställning ”hur båtar kan flyta”. På det sättet får vi reda på barnens förkunskaper och deras tankar kring ämnet. Barnen på förskolan ska få upptäcka och utveckla nyfikenhet kring ämnet naturkunskap och att experimenten förhoppningsvis väcker tankar hos barnen. Även att utförandet sker på ett lekfullt sätt menar vi vara av vikt eftersom barnen är i förskoleåldern. Urvalen som vi gjort vid planering av experiment, är bland annat att barngruppen inte ska vara för stor då barnens frågor får större plats om gruppen är mindre som ett exempel. Vi har valt att inleda med en saga för förskolebarnen (sagan finns tidigare i bloggen). Detta för att det förhoppningsvis fångar barnens intresse redan från början. Sagan slutar med en uppgift som ska lösas och den gör barnen tillsammans med oss, barnens tankar och teorier är i fokus. Vi kommer under tiden samt efter experimentet förklara och låta barnens frågor synas och besvaras av oss. Barnen experimenterar i grupp då de finns mycket att lära av varandra, samt att de barn som inte är frågvisa även får chans att lyssna och lära och se vad som händer under experimentets gång.

Detta är några urval som gruppen har gjort vid planeringen av experiment med förskolebarn.
Vad som ska vara med och vad som ska uteslutas i de olika momenten med barnen är betydande, dels för barnens vidare intresse samt kunskap kring ämnet naturvetenskap. Barnen i förskolan ska få en inblick i naturkunskapen och de ska få höra olika begrepp för att de senare i skolåldern ska känna igen sig i och hört talas om fenomenet förut.
Sjöberg (2000) menar att ämnet naturkunskap är ett redskap för barnen att bära med sig genom livet och inte bara för framtidens experter. Utan att ämnet är viktigt för alla barn och elever. Vi menar med detta att barn bör få tillfälle att experimentera och testa sig fram inom ämnesområdet tidigt i livet. Redan tidigt ge barnen olika redskap för att de senare ska kunna utveckla goda färdigheter i ämnet och att barnens intresse och nyfikenhet väcks. Förskolelärare ska skapa ett intresse och inspirera barnen i förskolan, detta menar vi vara en bra grund för barnen att sedan i skolan känna till och vara bekant med vissa delar av naturvetenskapen, för att i skolan kunna bygga vidare på tidigare erfarenheter. Sjöberg (2000) menar även att allt lärande måste börja där barnen befinner sig. Med concept cartoon så utgick vi ifrån barnens förförståelse och vi fick reda på vart barnen befann sig och kunde då utgå ifrån dem till stor del då vi planerade.
Andersson (2008) menar att de yngre barnen behöver träning i att kunna beskriva vad som händer under experimentarbete. Det krävs att barnen har ett rikt språk för att kunna förklara med sina egna ord sin teori. Detta har vi valt att barnen i förskolan ska få träning i då de efter experimentet ska rita och måla vad som hände under genomförandet och träna sig på att beskriva och bli bekanta med att experimentera.

Mål

I kursplanen för ämnet kemi kan vi läsa följande:

Eleven ska kunna genomföra experiment utifrån en hypotes och formulera resultatet. (Sid. 63).

”befästa upptäckandes fascination och glädje och människans förundran och nyfikenhet så väl inför vardagslivets fenomen som naturens uppbyggnad”. (Sid. 59).

I läroplanen för det obligatoriska skolväsendet, förskoleklassen och fritidshemmet Lpo 94 kan vi läsa följande:

Eleven ska känna till och förstå grundläggande begrepp och sammanhang inom de naturvetenskapliga … kunskapsområdena. (sid. 10).

Ämnesdidaktiken + skolperspektivet

Didaktik handlar i mångt och mycket om de val man gör inför ett undervisningsmoment (Sjöberg, 2000; Klaar, 090130). Klaar menar likt Sjöberg att ämnesdidaktiken handlar om den punkt där ämnesteorin och pedagogiken möts. Det handlar alltså om att göra val; Vad vill jag att eleverna ska lära sig, varför ska de lära sig det, vilken relevans har det och på vilket sätt ska det lärandet möjliggöras. Sjöberg menar också att ämneskunskaper är viktiga för att läraren ska kunna göra välgrundade ämnesdidaktiska val. Klaar understryker vikten av att vara medveten om vilka val man gör och även vad man väljer bort och varför. Klaar belyser också vikten av att göra sina val med utgångspunkt i elevernas förkunskaper för att de ska kunna skapa relationer mellan det de redan kan och den nya kunskapen. Detta för att ett effektivare och mer varaktigt lärande ska bli möjligt.

Vi har alla i gruppen känt ett behov av att utöka våra teoretiska kunskaper inom vårt valda ämnesområde för att kunna göra de välgrundade val som Sjöberg (2000) talar om. Dessa kunskaper har vi inhämtat dels genom litteratur och faktasidor på internet samt personer med stora kunskaper inom ämnet. Våra nyvunna kunskaper har vi sedan diskuterat fram och tillbaka i gruppen för att finna rätsida på krångliga begrepp och samband. Dessa diskussioner har även hjälpt oss att hitta olika förklaringssätt som vi tror att förskolebarnen respektive eleverna kommer att kunna ta till sig och förhoppningsvis förstå.


Skolperspektivet

Precis som för förskolebarnen har vi för eleverna valt att utgå ifrån en frågeställning där vi sökt svar på deras uppfattning om och förkunskaper kring hur båtar kan flyta. Med utgångspunkt i elevernas svar samt läroplans- och kursplansmål har vi sedan formulerat de mål vi vill att eleverna ska uppnå.

Teorin kring hur båtar, och andra föremål flyter innefattar en mängd olika principer, som tidigare redogjorts för i bloggen. Ur detta spann av teori har vi varit tvungna att utröna vad som är viktigast för just det experiment vi valt att genomföra med eleverna, vilka begrepp som är centrala och hur stor vikt som behöver läggas på olika moment för att eleverna ska nå en måluppfyllelse. Vi har valt ut tyngdkraft, lyftkraft och volym som viktiga begrepp men valt bort andra begrepp som exempelvis densitet och Newton (N), då vi menar att för många begrepp istället kan röra till det för eleverna. Andersson (2008) belyser vikten av progression i det naturvetenskapliga arbetet med eleverna och en sådan kan ligga i att tillföra ytterligare begrepp i sammanhanget och experimentera utifrån dessa. Vi menar att de begrepp vi valt att introducera eleverna för lägger en god grund för att de i framtiden förstå ytterligare begrepp.

Hur vi valt att lägga upp vår lektion har arbetats fram genom att diskutera ordningen på de olika lektionsmomenten för att se för- och nackdelar ur ett ämnesdidaktiskt perspektiv. Det har varit många val att ta ställning till och för att nämna ett sådant exempel tar vi teoridelen som eleverna ska få ta del av. Vår ursprungliga tanke var att lägga teoridelen sist för att eleverna skulle ha sina erfarenheter från experimentet att hänga upp teorin på. Efter ytterligare diskussion kom vi fram till att teoridelen kanske borde ligga först, så att eleverna hade den med sig in i experimentet, men vi ansåg att begreppen förmodligen skulle bli för abstrakta när någon av oss endast berättade om dem. Då provade vi istället tanken att första delen av experimentet (när den runda lerklumpen släpps i vattnet) genomförs av någon av oss. Eleverna är istället med och ställer hypotes/-er och beskriver genomförandet, som vi sedan skriver upp på tavlan. Resultatet och slutsatsen, alltså varför det blev som det blev, att lerklumpen sjönk, hjälper vi eleverna att förklara och här kommer teorin in. Efter det presenteras problemet vi vill att eleverna ska försöka lösa; att forma lerklumpen så att den flyter och de sätter igång att experimentera. Varför vi till slut valde att göra så är för att eleverna då får med sig de viktiga begreppen in i sitt experimenterande och den naturvetenskapliga nivån på experimenterandet höjs, anser vi, samt att vi då på ett mer konkret sätt kan visa och förklara begreppen.
Här visar vi tydligt att vi gör medvetna, reflekterade val samtidigt som vi är medvetna om vad vi väljer bort och varför.

Något vi i gruppen är överens om är vikten av ämneskunskaper för att kunna (och våga) ta steget in i naturvetenskapen tillsammans med eleverna, för hur ska man kunna förklara, undervisa och vägleda eleverna i något som man själv inte kan. Sjöberg (2000), Garbett (2003) och Ahlrik (090129) med flera, konstaterar samma sak; Att vara påläst är en viktig bas för att kunna göra välgrundade (ämnes-)didaktiska val.

Ämneshistorik

Arkimedes

Arkimedes levde på 200-talet f.Kr., han var matematiker, ingenjör, astronom och antikens främste vetenskapsman. Han är troligtvis mest känd för upptäckten av Arkimedes princip, som beskriver den kraft som påverkar ett föremål nedsänkt i vätska (Poirier Martinsson, 2005). Enligt Andersson (2008) uppkom lagen när kung Hieron av Syrakusa vände sig till Arkimedes och ville ta reda på om hans guldkrona verkligen bara innehöll guld. Arkimedes kände till densiteten för guld och kunde han bara bestämma kronans volym var det bara att dividera vikten med volymen. Han funderade länge på hur han skulle lösa problemet och en dag när han badade kom han på att vattnet som trängdes undan när han gick i badet var lika med volymen av hans kropp. Problemet var löst och det gällde nu att sänka ner kronan i vattnet för att ta reda på om den var gjord av endast guld. Aaboe (1969) menar att Arkimedes hade en nödvändig egenskap för att vara ett geni, han kunde lägga allt fokus på problemet han försökte lösa och utestängde allt annat under tiden.

Karlsson (090311) menade att Arkimedes konstaterade hur flytning går till. Volymen har betydelse för lyftkraften, det är till exempel svårare att få ned en badboll i vattnet som väger 1 kg än en tennisboll som väger lika mycket. Lyftkraften på en kropp är lika med tyngden av undanträngd vätska. Om till exempel en sten släpps ner i en skål med vatten kommer den att tränga undan lika mycket vatten som sin volym, då en stens volym är för liten i jämförelse med vikten kommer den att sjunka. Är tyngdkraften större än lyftkraften kommer föremålet att sjunka, lyftkraften beror på volymen och tyngdkraften på massan. När något flyter är tyngdkraften och lyftkraften lika, det ”läcker ut” lika mycket vatten som kroppen väger. Till exempel, en båt som väger 10 000 ton måste tränga undan 10 000 ton med vatten för att flyta. Om båten skulle knycklas ihop väger den fortfarande 10 000 ton men den skulle inte tränga undan tillräckligt med vatten för att flyta. Volymen eller formen är alltså avgörande för att ett föremål ska flyta.

Densitet
Densitet är ytterligare en faktor som har inverkan på flytförmågan. Både volymen på kroppen och vattnets densitet ger lyftkraft. Saltvatten har högre densitet än sötvatten och det är därför det är lättare att flyta i havet i jämförelse med en insjö (Karlsson, 090311).

Experimentet
För att en modellereklump ska flyta måste den tränga undan lika mycket vatten som den väger, så länge tyngdkraften är större än lyftkraften kommer leran att sjunka. Om leran är formad som en boll kommer den att sjunka efetrsom för lite vatten gentemot massans vikt trängs undan. Formas däremot leran som en båt ökar volymen och därmed trängs mer vatten undan, lerklumpens form måste alltså ändras för att den ska flyta.

Referenser
Aaboe, A. (1969). Antikens matematik från baylonierna till Ptolemaios. Prisma Magnum: Stockholm.

Andersson, G. (2008). Grundskolans naturvetenskap. Helhetssyn, innehåll och progression. Lund: Studentlitteratur.

Karlsson, K. (090311). Natur och Teknik. Skövde: Handledning på högskolan i Skövde.

Poirier Martinsson, R. (2005). Arkimedes, matematiker, vapenmakare, stjärnskådare. Nordsteds: Stockholm.

Experimentrapport

Rapporten består av två sidor och är tänkt att användas i skolan.