Materians och energins bevarande

Materians och energins bevarande
En studie av gymnasieelevers uppfattningar
Matter and energy conservation
A study of high school students’ perceptions
Aldijana Puskar
Fakultet Teknik och naturvetenskap
Ämne/Utbildningsprogram Kemididaktik
Nivå/Högskolepoäng D-nivå 30 hp
Handledarens namn Björn Hellquist
Examinatorns namn Thomas Nilsson
Datum 2012-12-16
Löpnummer
Abstract
The purpose of this study is to investigate students' perceptions of matter and conservation of
matter and energy. This study is based on a quantitative analysis in the form of an electronic
questionnaire, which was preceded by a qualitative analysis in the form of structured
interviews and demonstrations.
It is fairly easy for students to understand matter in questions about objects in everyday life,
but more difficult in abstract concepts such as light, magnetic fields, shade, vacuum, heat and
sound. Half of the students answered that air is matter, which indicates "gas blindness" of the
other. Between 20 and 45 % of the students have poor knowledge of the structure of the atom.
It appeared that students have problems with matter and energy transformations in more
complex systems such as the carbon cycle, the water cycle and photosynthesis. Concerning
gas formation and gas knowledge it appeared that half of the students had knowledge about
the phenomena.
Keywords: Matter conservation, energy conservation, high school students' perceptions and
photosynthesis.
1
Sammanfattning
Syftet med denna studie är att undersöka elevernas uppfattningar om materians uppbyggnad
och om materians och energins bevarande. Den föreliggande studien baseras på en kvantitativ
analys i form av en elektronisk enkät, som föregicks av en kvalitativ analys i form av,
strukturerade intervjuer och demonstrationer.
Eleverna har kunskap om vardagsnära exempel, som till exempel vad en stekpanna är
uppbyggd av. De ansåg att dessa är exempel på materia men när det gäller mer abstrakta
begrepp som ljus, magnetfält, skugga, vakuum, värme och ljud uppvisar eleverna mer
osäkerhet och brist på kunskaper. Hälften av eleverna svarade att luft är materia, vilket tyder
på ”gasblindhet” hos de övriga. Mellan 20 och 45 % av eleverna har inte kunskap om atomens
uppbyggnad. Det framgick av studien att eleverna har svårt för materia- och
energiomvandlingar i mer komplexa system såsom kolets kretslopp, vattnets kretslopp samt
fotosyntesen. Gällande gasbildning och gaskännedom så framkom det att mer än hälften av
eleverna hade kunskap om det.
Nyckelord: Materians bevarande, energins bevarande, gymnasieelevers uppfattningar och
fotosyntesen.
2
Förord
Jag är en blivande gymnasielärare i kemi, naturkunskap och biologi. Under mina VFUperioder och vikariat har jag funnit att många elever har bristande kunskaper och att det råder
många missuppfattningar om materians uppbyggnad, fas- och energiövergångar samt kemiska
reaktioner. Redan då väcktes mitt intresse för detta ämnesområde som är av central betydelse
inom naturvetenskapen. Dessutom är kännedom om energiprincipen, massans bevarande,
förståelsen av att materia inte kan försvinna och att gaser är materia, ytterst viktig, inte minst
när det gäller miljöfrågor. Det går exempelvis inte att trolla bort avfall genom att elda upp det
eller dumpa det i sjöar och hav. Materia och energiomvandlingar ingår i bland annat kurserna
Naturkunskap A, Naturkunskap B och Kemi A (motsvarighet i de nya kursplanerna återfinns i
bilaga 4). Naturkunskap A har varit en obligatorisk kurs inom samtliga gymnasieprogram,
därför anser jag att detta arbetsområde är relevant för samtliga gymnasieelever.
3
Innehållsförteckning
Förord ...................................................................................................................................................... 3
1 Inledning............................................................................................................................................... 6
1.1 Syfte .............................................................................................................................................. 6
1.2 Frågeställningar ............................................................................................................................. 6
1.3 Varför ska elever lära sig om energi och materieomvandlingar? .................................................. 6
1.3.1 Förankring i styrdokument .................................................................................................... 6
1.3.2 Varför studeras naturvetenskap i skolan? .............................................................................. 7
1.4 Begreppsdefinitioner ..................................................................................................................... 8
2 Bakgrund ............................................................................................................................................ 10
2.1 Skolans ämnesteori ..................................................................................................................... 10
2.1.1 Skolans partikelmodell av materians uppbyggnad .............................................................. 10
2.1.3 Skolans modell av faser och fasövergångar ......................................................................... 10
2.1.4 Skolans modell av kemiska reaktioner ................................................................................ 11
2.1.5 Skolans modell av lösningar och blandningar ..................................................................... 12
2.1.6 Skolans modell av massans och energins bevarande ........................................................... 13
2.1.7 Skolans modell av fotosyntes och cellandning .................................................................... 13
2.2 Tidigare forskning ....................................................................................................................... 13
2.2.1 Elevernas uppfattningar om materians och atomens uppbyggnad ....................................... 13
2.2.2 Elevernas vardagsföreställningar gällande fasövergångar ................................................... 14
2.2.3 Elevernas vardagsföreställningar beträffande kemiska reaktioner ...................................... 15
2.2.4 Elevernas uppfattningar om lösningar och blandningar ..................................................... 15
2.2.5 Elevernas uppfattningar om materians bevarande ............................................................... 17
2.2.6 Elevernas uppfattningar om energiflödet ............................................................................. 17
2.2.7 Elevernas uppfattningar om fotosyntes och cellandning ..................................................... 18
2.3 Begreppsbildning ....................................................................................................................... 18
2.4 Vad lär sig elever av laborationer?............................................................................................. 19
3 Metod ................................................................................................................................................. 20
3.1 Metodval ..................................................................................................................................... 20
3.2 Urval av elever ............................................................................................................................ 20
3.3 Pilotstudie i form av strukturerade intervjuer ............................................................................. 20
3.4 Kvalitativ forskningsmetod- fenomenologisk studie i form av demonstrationer ........................ 22
3.5 Kvantitativ forskningsmetod i form av en elektronisk enkätundersökning ................................ 24
4
3.6 Bearbetning av data..................................................................................................................... 27
3.7 Etiska aspekter ............................................................................................................................ 28
3.8 Reliabilitet och validitet .............................................................................................................. 29
4 Resultat och analys ............................................................................................................................. 30
4.1 Resultat från demonstrationerna ................................................................................................. 30
4.2 Resultat från pilotstudien ............................................................................................................ 31
4.3 Resultat från den elektroniska enkäten ....................................................................................... 44
5 Diskussion .......................................................................................................................................... 55
5.1 Metoddiskussion ......................................................................................................................... 55
5.2 Resultatdiskussion....................................................................................................................... 56
6 Slutsatser ............................................................................................................................................ 59
7 Förslag på fortsatta studier ................................................................................................................. 60
8 Tack .................................................................................................................................................... 61
9 Referenser........................................................................................................................................... 62
Bilaga 1 Frågor till pilotstudien i form av strukturerade intervjuer....................................................... 65
Bilaga 2 Kort översikt över vad pilotstudiens frågor är avsedda att undersöka .................................... 72
Bilaga 3 Frågor till den elektroniska enkäten ........................................................................................ 75
Bilaga 4 Centrala innehåll i de nya kursplanerna KEMKEM01, NAKNAK01a1 och NAKNAK02
vilka aktualiserats i den föreliggande studien ....................................................................................... 78
Bilaga 5 Laborationshandledning för demonstrationer ......................................................................... 79
Bilaga 6 Sammanställning över vilka elever som deltog i studien utifrån kön, ålder respektive program
............................................................................................................................................................... 81
5
1 Inledning
1.1 Syfte
Syftet med denna studie är att undersöka elevernas uppfattningar om materians och energins
bevarande. Detta syfte prövas genom triangulering, där mer än en metod används för att
dubbelkontrollera att resultat erhållna från de olika metoderna överensstämmer med varandra.
1.2 Frågeställningar





Vad vet eleverna om materians uppbyggnad?
Resonerar eleverna till exempel som att allt som vi kan se, höra och/ eller känna på
består av materia?
Är eleverna medvetna om lagen beträffande massans bevarande och energiprincipen?
Förstår eleverna skillnaden mellan kemiska reaktioner, fasövergångar och
formändring?
Kan eleverna använda sina kunskaper beträffande materia- och energiomvandling i
mer komplexa system såsom fotosyntesen och vattnets kretslopp?
1.3 Varför ska elever lära sig om energi och materieomvandlingar?
1.3.1 Förankring i styrdokument
Inom ramen för kursplanen naturkunskap A har följande uppnåendemål (mål 5-8)
aktualiserats i den föreliggande studien:
 ”ha kännedom om energiomvandlingar, de olika energiformerna samt begreppet
energikvalitet”
 ”ha kunskap om hur naturliga kretslopp fungerar och de av människan skapade
materia- och energiflöden samt kunna termodynamikens lagar”
 ”kunna förklara miljöproblem utifrån studieinriktning samt aktivt resonera i
undervisningssammanhag gällande möjligheten att påverka utvecklingen”
 ”ha kännedom om hur livsstilen påverkar miljön och en hållbar ekologisk utveckling”
Angående naturkunskap B har följande uppnåendemål: 1, 4 och 5, lyfts fram i min
undersökning:
 ”kunna beskriva några vardagliga tillämpningar med hjälp av fysikaliska begrepp”.
 ”ha djupare kännedom beträffande några grundämnen, kemiska föreningar respektive
betydelsefulla kemiska begrepp vilka tillämpas i vardagslivet”.
Enligt kursplanen för kemi A har uppnåendemålen 4, 5, 7 och 8 aktualiserats i den
föreliggande studien:
 ”ha kunskap om några grundämnen, kemiska föreningar respektive moderna material,
vilka egenskaper de har, var de förekommer och i vilket kretslopp de ingår samt deras
betydelse till exempel i jordskorpan eller inom olika verksamhetsområden i
samhället”.
6



”gällande kemiska föreningar och reaktioner, kunna tolka, skriva och använda sig av
formler. Men även ha förståelse för ekvivalensförhållanden och därmed kunna föra
diskussioner angående stökiometriska resonemang samt utföra enkla beräkningar”.
”kunna tillämpa begreppen oxidation och reduktion och ange vilka industriella
respektive vardagliga tillämpningar de har”.
”ha kännedom om pH-begreppet, neutralisation, starka och svaga syror och baser samt
kunna diskutera jämvikter i samband med till exempel buffertförmågan och kunna
återkoppla detta till bland annat miljöfrågor”.
1.3.2 Varför studeras naturvetenskap i skolan?
För att ett skolämne skall kunna etableras och accepteras i en skola för alla, där
allmänbildning främjas, är det viktigt att kunna förespråka och motivera ämnets betydelse för
den enskilda individen och samhället i stort (Sjöberg 2010 s 211). Naturvetenskap som
allmänbildning är uppbyggt av tre dimensioner: naturvetenskap som produkt, process och som
social institution. Då det pratas om naturvetenskap som produkt avses det de idéer, begrepp,
lagar, modeller och teorier. Med naturvetenskap som process avses de metoder och arbetssätt
som praktiseras och ständigt pågår. När det talas om naturvetenskap som social institution
menas det att naturvetenskapen utgör en del av samhället och att dess betydelse i samhället
har ökat markant. Flera miljoner människor bedriver naturvetenskap på ett yrkesmässigt och
professionellt sätt. Det är nämligen så att man tror att 90 % av alla forskare genom tiderna
lever idag. Vetenskap handlar inte längre enbart om att söka efter sanning, utan den utgör en
integrerad del i det moderna samhället och ligger till grund för ekonomisk och teknisk
utveckling (Sjöberg 2010 s 213-215). Enligt Sjöberg finns det fyra bra argument för de
naturvetenskapliga ämnena i skolan (Sjöberg 2010 s 219-234):
1. Ekonomiargumentet som i stort sett handlar om att kunskaper i naturvetenskapliga
ämnen är helt enkelt ekonomiskt sett fördelaktiga. De utgör bra förberedelser inför
yrke och utbildning i ett högteknologiskt och vetenskapsbaserat samhälle.
2. Nyttoargumentets fokus är riktat mot att kunskaper och färdigheter i
naturvetenskapliga ämnen hjälper oss att bemästra vardagslivet, både den natur vi är
en del av, det vill säga biosfären men även teknosfären, det moderna samhället skapat
av människan.
3. Demokratiargumentet framhåller att naturvetenskaplig kunskap är en viktig
förutsättning för åsiktsbildning och ansvarsfullt deltagande i demokratin. Härvidlag
kan vi säga att i viktiga samhälleliga beslut är naturvetenskapliga och etiska
problemställningar sammanvävda.
4. Kulturargumentet antyder att naturvetenskapen är en viktig del av människans kultur.
Där är det skolans uppgift att ge det uppväxande släktet kännedom om den
mångfacetterade mänskliga kulturen och kunskapen.
Detta arbetsområde, speciellt kännedom om materians partikelmodell utgör en betydelsefull
aspekt för naturvetenskapen och är grundläggande för att kunna få en förståelse för den
moderna naturvetenskapen (Franco och Taber 2009). Margel et al (2008) menar att kännedom
om materians partikelmodell är ett av de mest betydelsefulla begreppen inom
naturvetenskapen och att en elementär förståelse för ämnet utgör viktiga förutsättningar för att
eleverna skall kunna utveckla en stark grund för fortsatta naturvetenskapliga studier. Samtliga
naturvetenskapliga ämnen innehåller områden där kunskaper om materia och energi är viktiga
för att kunna utveckla förståelse för dessa ämnen. Det framgick i två studier (Lee et al 1993;
7
Hwang och Chiu 2004) att de flesta elever inte har tillräckliga kunskaper om materians
partikelmodell och struktur för att dessa områden skall bli greppbara. För att exemplifiera
nämner vi följande områden och begrepp; kemiska reaktioner, aggregationstillstånd, värme
och värmeöverföring, ideala gaslagen och tryck. Materians och energins bevarande är
betydelsefulla begrepp för att kunna förstå miljöfrågor där bland annat molekyler som
koldioxid, kväveoxider, svaveloxider och tungmetalljoner är orsaken till de rådande och
eventuella framtida miljöproblem (Skolverket 1995).
1.4 Begreppsdefinitioner









Intervjuareffekt: faktorer som handlar om intervjuaren och kan komma att påverka hur
deltagarna svarar på frågorna. Det finns undersökningar som tyder på att faktorer som
intervjuarens etnicitet, kön och sociala bakgrund kan bidra till en skevhet i de svar
som respondenterna återger (Bryman 2008 s 229).
Skevhet: ger upphov till svarstendenser hos deltagarna som anses vara irrelevanta,
men utgör en ganska vanlig anledning till respondenternas svarsvariation. Med
svarstendenser hos deltagarna menas att respondenterna svarar på frågorna på ett
konsekvent sätt som samtidigt är irrelevant för det som efterfrågas. Social önskvärdhet
samt ja- och nejsägare är exempel på svarstendenser där deltagaren svarar på ett
konsekvent sätt, oberoende av vad det handlar om (Bryman 2008 s 223, 275).
Samtyckande, ja- eller nej sägare: innebär att vissa personer uppvisar en tendens att
konsekvent hålla med om eller ta avstånd från en uppsättning av frågor eller
påståenden (Bryman 2008 s 223).
Social önskvärdhet: den effekt som handlar om att man vill återge en positiv bild av
sig själv, vilket medför att vissa respondenter besvarar frågorna utifrån sina
uppfattningar gällande vad som är acceptabelt eller önskvärt (Bryman 2008 s 224).
Going native: man identifierar sig med de personer som studeras och tappar bort syftet
med undersökningen. Detta fenomen är mest framträdande bland etnografer vilka
ibland överidentifierar sig med människor som observeras och de slukas av deras bild
av världen, vilket leder till att de tappar bort sin roll och uppgift som forskare (Bryman
2008 s 363, 390).
Följdriktighet: med detta begrepp avses frågornas ordningsföljd som är en viktig
aspekt. Dels kan variation i ordningsföljden uppstå av att intervjuaren råkar glömma
bort en fråga men ändrad ordningsföljd kan även påverka respondenternas svar
(Bryman 2008 s 216).
Gasblindhet: innebär att vi inte kan inse att luft är en gasblandning, att vattenånga är
en gas som avgår från bland annat vattenytor, mark och vegetation samt att
utandningsluften innehåller mer koldioxid och mindre syre än inandningsluften
(Andersson 2011 s 212-213).
Biocentrisk: inom ramen för detta synsätt hävdar man att inte enbart mänskligt liv utan
även andra organismers liv har ett egenvärde. Vidare menar man att arter och
ekosystem inte i sig själva är levande varelser och kan inte tilldelas något egenvärde.
Alltså de fokuserar uteslutande på biologiska individer och inte på biologiska helheter
som arter och ekosystem (Stenmark 2000 s 133).
Teknosfären: de av människan skapade olika tekniska system som gör att vi kan
utnyttja atmosfär, biosfär, hydrosfär och litosfär för vår överlevnad (Andersson 2008 s
31).
8






Antropocentrisk: inom ramen för detta synsätt hävdas att endast människan bör
tillerkännas ett eget värde och att naturen enbart har ett instrumentellt värde (Stenmark
2000 s 27).
Triangulering: innebär att mer än en metod eller en datakälla används för att
undersöka sociala företeelser (Bryman 2008 s 354, 562). Det finns fyra olika former
av triangulering: metodologisk, data, teoretisk samt forskartriangulering.
Metodologisk triangulering: innebär att information insamlas med flera metoder för att
söka så giltig kunskap som möjligt (Wiedersheim 1991 s 27-29).
Data triangulering: information (mätningar, observationer, intervjuer, enkäter med
mera) samlas in från flera källor där man jämför resultaten (Wiedersheim 1991 s 2729).
Teoretisk triangulering: innebär att samma fenomen analyseras utifrån olika teoretiska
utgångspunkter (Wiedersheim 1991 s 27-29).
Forskartriangulering: innebär att olika forskare gör oberoende analyser av samma
fenomen (Wiedersheim 1991 s 27-29).
9
2 Bakgrund
2.1 Skolans ämnesteori
2.1.1 Skolans partikelmodell av materians uppbyggnad
Skolans partikelmodell, som grundar sig på Bohrs kvantmodell, går ut på att all materia är
uppbyggd av mycket små partiklar, vilka beter sig som hårda, fasta och oföränderliga objekt
(utom vid kemiska reaktioner). De kan inte ses med blotta ögat och avbildas oftast som cirklar
eller punkter. Alla partiklar besitter en inneboende rörelse, som ger upphov till kollisioner
emellan partiklarna vilka är direkt proportionella mot temperaturen hos materian. I gas är
tomrummet mellan partiklarna mycket större än det utrymmet som gaspariklarna själva
upptar. Gaspartiklarna fördelas jämnt i ett slutet system, vilket innebär att påverkan från
gravitationskraften är försumbar. Partiklarna påverkar varandra genom ömsesidig
attraktionskraft, som är direkt proportionell mot avståndet mellan dessa. Attraktionskraften i
gasfasen är försumbar utom vid högt tryck och låg temperatur då gasen kan kondensera eller
sublimera. I flytande och fast fas är partiklarna mycket närmare varandra och kan därmed
attrahera varandra ömsesidigt. Hos fasta ämnen är partiklarna ordnande i regelbundna
mönster, där varje partikel kan vibrera endast kring ett fast läge. I vätskor däremot är
partiklarna oregelbundet arrangerade och kan röra sig friare, dock inte lika fritt som i gasfas
(Nordlab Materiens byggnad s 9).
Olika ämnen består av olika partiklar, men alla partiklar av ett givet grundämne eller kemisk
förening är identiska. En blandning (här likställs ordet ”blandning” med ordet kemisk
förening) består av två eller flera partikelslag. Vid en kemisk reaktion uppträder partiklarna
som om de vore uppbyggda av en eller flera delar, kallade atomer, vilka bevaras i antal vid
reaktionen. Alltså vid en kemisk reaktion försvinner det inga atomer, det sker bara en
omarrangering (Nordlab Materiens byggnad s 9).
2.1.3 Skolans modell av faser och fasövergångar
Materia kan förekomma i tre olika aggregationstillstånd- fast, flytande och gas. I fast form
sitter partiklarna på bestämd plats. Partiklarna är ordnade men de vibrerar kring bestämda
jämviktslägen. I flytande form, det vill säga vätska, rör sig partiklarna mer än i fast fas, de
befinner sig nära varandra men på grund av att värmerörelsen är så stor sitter partiklarna inte
längre på bestämda platser. I gasform däremot är värmerörelsen så stor att partiklarna rör sig
fritt och de står inte längre i kontakt med varandra, förutom när de kolliderar med varandra.
De olika aggregationsformerna betecknas enligt följande: s (solidus) för fast form, l (liquidus)
för flytande form och g för gasform (Borѐn 2011 m.fl. s 12-13).
Fasövergångar medför ingen ändring av det atomslag eller molekylslag som ett ämne består
av. Det som förändras är partiklarnas sätt att röra sig och hur de är ordnade. Om en mängd av
ett givet ämne genomgår fasändring så förändras inte dess massa, den förblir den samma. Man
säger att massan bevaras eller konserveras (Nordlab Materiens faser s 10). För att
exemplifiera de olika fasövergångarna skall vattnets fasövergångar betraktas.
Vi utgår ifrån en isbit, det vill säga vatten i fast form som tillförs värmeenergi. Det som
händer är att temperaturen ökar och då ökar även partiklarnas rörelseenergi. Vid en viss
10
temperatur blir partiklarnas vibrationer så starka att de övervinner de krafter som håller
partiklarna på bestämda platser. Då smälter isen och övergår till flytande fas, det vill säga det
vi i dagligt tal kallar vatten. Fortsätter man att tillföra värmeenergi ökar temperaturen tills den
når kokpunkten, då kokar vattnet. Vid det laget har partiklarnas rörelseenergi blivit så hög att
de kan lösgöra sig fria från varandra och avgå från vätskan, vilket innebär att vattnet förgasas.
Men fasövergång vätska till gas kan inträffa även vid en temperatur som understiger
kokpunkten, där molekyler i vätskeytan som har tillfälligt hög rörelseenergi och bryter sig
loss från grannmolekylerna och lämnar vätskefasen i form av ånga. Denna process benämns
avdunstning (Andersson S, Sonesson A, m.fl. 1994 s 136).
Beträffande kondensation så innebär det att ett ämne, till exempel vattenånga övergår från
gasform till flytande form, det vill säga vatten. På partikelnivå innebär det att rörelseenergin
för partiklarna minskar kraftigt och därmed minskar även avståndet mellan partiklarna varvid
de binds till varandra (Andersson S, Sonesson A, m.fl. 1994 s 136). Gällande stelning eller
frysning så innebär det, att ett ämne i flytande form, exempelvis vatten som kyls ner, övergår
till fast form, det vill säga is. På partikelnivå innebär det att vätskepartiklarna kommer att röra
sig allt långsammare så att attraktionskrafterna mellan partiklarna tilltar. Vid en viss
temperatur kommer partiklarna att ha så låg rörelseenergi att de låser sig fast vid varandra.
Sublimering innebär att det fasta ämnet övergår direkt till gas utan att först smälta. Tvärtom
om utgångsmaterialet är en gas, så kommer den vid avkylning att övergå direkt till det fasta
ämnet utan att först genomgå kondensation. Denna process kallas deposition. Figuren nedan
är tagen från en bok i gymnasiekemi A, där denna process benämns felaktigt som sublimering
(Andersson S, Sonesson A, m.fl. 1994 s 134).
Gas
(ånga)
Stelning
Fast
ämne
Vätska
Smältning
Figur 2. Olika typer av aggregationsformer (Andersson S, Sonesson A, m.fl. 1994 s 136).
2.1.4 Skolans modell av kemiska reaktioner
I vår omgivning sker hela tiden många olika kemiska processer, såsom fotosyntes,
cellandning, celldelning och tekniska framställning av ämnen och material. Vid en kemisk
reaktion ombildas utgångsämnen till nya ämnen med andra egenskaper. Utgångsämnena
benämns reaktanter och de nya ämnen som bildas kallas produkter. Kemisk reaktion innebär
att de ingående atomer och/ eller molekyler som utgör reaktanterna reagerar med varandra och
bildar ett eller flera nya ämnen. Reaktanterna kommer att struktureras om, arrangeras om så
att de bildar ett nytt ämne/ nya ämnen med helt andra egenskaper. Viktigt att skilja mellan en
11
kemisk reaktion och fasövergång samt formändring av materian (Nordlab Kemiska reaktioner
s 137). Generellt kan en kemisk formel skrivas enligt följande:
Reaktant (er) → produkt (er)
Detta kan tecknas enligt nedan:
A+B→C+D
Det finns flera olika typer av reaktioner, bland annat förbränningsreaktioner,
fällningsreaktioner, syra-basreaktioner, redoxreaktioner med mera (Zumdahl 2000 s 147).
Endoterma reaktioner är sådana reaktioner som kräver energi, där energi måste tillföras
systemet, där reaktanterna upptar energi från sin omgivning. Vid exoterma reaktioner däremot
avges energi från systemet till omgivningen, oftast i from av värme. Alla
förbränningsreaktioner är exoterma reaktioner (Atkins 2002 s 31).
2.1.5 Skolans modell av lösningar och blandningar
Blandningar består av två eller flera grundämnen och/ eller kemiska föreningar som
fysikaliskt blandats ihop. De kan vara homogena eller heterogena och förekomma i de tre
olika aggregationsformerna; fast, flytande och gas. I en heterogen blandning kan partiklarna
urskiljas med blotta ögat, till exempel granit, medan i en homogen blandning kan partiklarna
inte urskiljas med blotta ögat, till exempel havsvatten och olika typer av legeringar såsom
brons, mässing och rostfritt stål med mera. Hur två ämnen interagerar med varandra vid
blandning är ytterst beroende av ämnenas egenskaper. Löslighetsregeln lyder: ”lika löser lika”
(Nordlab Blandning, lösning och vattnets kretslopp s 9-10). Jonföreningar och polära ämnen
löser sig ofta i polära lösningsmedel som till exempel vatten. Opolära ämnen löses upp i
opolära lösningsmedel medan organiska föreningar som innehåller en eller flera
hydroxidgrupper är ofta lösliga i vatten (Andersson S, Sonesson A, m.fl. 1994 s 145). Typiskt
för blandningar är att de ingående ämnena kan utvinnas eller återvinnas genom fysikaliska
förfaranden såsom avdunstning, kristallisation, destillation, filtrering, flotation med mera
(Nordlab Blandning, lösning och vattnets kretslopp s 9).
Figur 3. Olika typer av blandningar (Nordlab Blandning, lösning och vattnets kretslopp
s 9).
12
2.1.6 Skolans modell av massans och energins bevarande
Materia är allt som har volym och massa. All materia är uppbyggd av partiklar som kan vara
atomer, molekyler och joner men även protoner, neutroner samt elektroner. I ett slutet system
förblir massan den samma, även om systemet genomgår transformationer av olika slag. Lagen
om massans bevarande lyder: ”massa kan varken försvinna eller nyskapas”. Alltså är massan i
ett slutet system konstant. När en kemisk reaktion sker i ett slutet system, är reaktanternas
massa lika med produkternas massa (Andersson 2008 s 335).
Energi är förmågan hos materiella system att åstadkomma förändringar i sig själva eller i
omgivningen (Andersson 2008 s 231). De olika energiformerna är elektrisk energi, mekanisk
energi (lägesenergi och rörelseenergi), värmeenergi, strålningsenergi, kemisk energi och
kärnenergi. Energiprincipen lyder: ”energi kan varken förstöras eller nyskapas utan bara
omvandlas från en form till en annan” (Frid 2011 s 7).
2.1.7 Skolans modell av fotosyntes och cellandning
Fotosyntesen är förutsättningen för nästan allt liv på jordytan. Genom fotosyntesen bildas det
så mycket näring och syre att det räcker både för växternas och algernas egen
ämnesomsättning och så att det blir näring och syre till övriga levande organismer. För att
fotosyntes ska ske behövs det klorofyll, solljus, koldioxid och vatten varvid det bildas syre
och druvsocker enligt nedan:
koldioxid + vatten → druvsocker + syre
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Fotosyntesen sker i växterna och algerna, framför allt i bladen men också i gröna stjälkar,
gröna foderblad och omogna gröna frukter. Klorofyllet är det gröna pigmentet som absorberar
solljusets energi i fotosyntesen och som återfinns i kloroplasterna. Det finns klorofyll a,
klorofyll b och karotenoider vilka deltar i fotosyntesen och absorberar solljus i
våglängdsintervallet 400-750 nanometer. Fotosyntesen består av ljusreaktionen som är
bunden till tylakoidmembranerna inuti kloroplasterna och koldioxidfixeringen som sker i
kloroplasternas stroma (Hjorth 2005 s 80-82).
Cellandning eller respiration är den omvända processen till fotosyntesen:
socker + syre → koldioxid + vatten
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
Respiration är som synes en förbränningsreaktion.
2.2 Tidigare forskning
2.2.1 Elevernas uppfattningar om materians och atomens uppbyggnad
Elevernas uppfattningar om materians och atomens uppbyggnad kan sammanfattas enligt
nedan (Nordlab Materiens byggnad s 10):
A. Materia är kontinuerlig
B. Partiklarna återfinns i kontinuerlig materia
C. Partiklarna är ämnet och de besitter ämnets makroskopiska egenskaper
D. Egenskaperna hos ett ämne i en viss aggregationsform beror på de ingående
partiklarnas egenskaper.
13
Då eleverna i en israelisk studie ombads att åskådliggöra hur luftpartiklarna fördelas i en
sluten E-kolv så framkom det att de uppfattar luften som en enda partikelmassa utan något
tomrum (Andersson 2008 s 214-217). Eleverna har en tendens att överföra makroskopiska
egenskaper på atom- och molekylnivå, exempelvis svavel är gult- svavelatomer är gula.
Eleverna brukar ofta tillskriva de ingående atomerna och molekylerna samma egenskaper som
förenigen i sig har (Andersson 2008 s 340-342). Enligt denna modell skulle eleverna tillskriva
syre- och vätemolekylerna samma egenskaper som vattnet har (Andersson 2008 s 344).
I en studie bestående av grundskoleelever i åk 9 samt gymnasieelever i åk 2 och åk 3 på natur, teknik-, ekonomi- respektive humanistisk inriktning ombads eleverna att kryssa för de
ämnen som de anser är uppbyggda av atomer. Det framkom att eleverna vet att människa,
olja, en muskelcell, en kastrull och en tulpan är uppbyggda av atomer. Däremot har de
bristande kunskaper om diffusa begrepp som magnetfält, ljusstråle, vakuum, elektron och
kärlek (Nordlab Materiens byggnad s 14). Studierna tyder på att fasta objekt, mat och
organismer oftast betraktas som materia medan atomer och molekyler inte betraktas som
materia eftersom man inte kan ta på enstaka atomer och molekyler och väga de (Andersson
2011 s 217).
2.2.2 Elevernas vardagsföreställningar gällande fasövergångar
I en Israelisk studie där elever i 5-12 årsåldern deltog, ombads de sortera föremål i grupperna
fast, flytande respektive varken fast eller flytande. Många elever sorterade flytande vätskor
samt de stela kroppar rätt. Hälften av eleverna hade svårt för att sortera mjuka och/eller
böjbara kroppar, medan de flesta eleverna hade svårt för att sortera pulver rätt (Nordlab
Materiens faser s 14).
Utifrån de elevsvar som framkommit vid flertal undersökningar gällande fasövergångar anses
nedanstående utvärderingsmall vara representativ, där respektive svar tillskrivs en av följande
kategorier (Nordlab Materiens faser s 16):
A. Förflyttning: Ett ämne förändras inte utan förflyttas bara.
B. Modifiering: Ett ämne behåller sin identitet, men dess egenskaper ändras.
C. Transmutering: Omfattar förändringar där betydande mängd materia försvinner,
vilket inte är förenligt med den naturvetenskapliga teorin.
D. Kemisk reaktion: Fasändringar tolkas som kemiska reaktioner.
E. Det bara blir så: Det sker spontant av sig självt.
I en intervjustudie med israeliska elever i 5-11 årsålder ombads eleverna att förklara vad som
hänt med vattnet när någon spillt vatten på golvet och golvet efter ett tag blivit torrt.
Huvudsakligen tolkade eleverna detta antingen som förflyttning eller modifiering. De yngsta
eleverna (i 5- årsålder) ansåg att vattnet försvinner, vilket tyder på att de tolkar det som
transmutering (Nordlab Materiens faser s 16).
I en studie utförd på Nya Zeeland intervjuades elever i 8-17 årsålder beträffande kokande
vatten, ombads eleverna förklara vad de bubblor som bildas består av. Mestadels tolkade
eleverna detta antingen som förflyttning, där de ansåg att bubblorna består av luft som tillförs
utifrån eller som transmutering, där vattnet övergår till luft på grund av värmen (Nordlab
Materiens faser s 16). Vissa elever som haft kemiundervisning tolkade detta som en kemisk
reaktion (Nordlab Materiens faser s 17).
14
I en australiensk intervjustudie bestående av elever i 6-7 samt 11-12 årsålder undersöktes
elevernas uppfattningar om olika fasövergångar. Eleverna i 6-7 årsålder förklarade
avdunstning och kondensation utifrån förklaringskategorierna associationer och förflyttning.
De äldre eleverna förklarade avdunstning och kondensation som fasändring, associationer
samt förflyttning (vattencykeln). Associationsförklaringen antyder att eleverna är osäkra på
principen om materians bevarande i samband med fasändringar. Det framgick att eleverna var
mer bekanta med fenomenet avdunstning än kondensering (Nordlab Materiens faser s 19).
2.2.3 Elevernas vardagsföreställningar beträffande kemiska reaktioner
I en engelsk studie ombads 250 elever i 16-18 årsålder att förklara vad som händer då en
brustablett löses upp. Det framkom att 37 % av eleverna ansåg att den avgivna gasen inte
bildas då tabletten reagerar med vatten, utan finns från början i tabletten (Andersson 2008 s
352). I båda dessa studier kan elevuppfattningar tillskrivas förflyttningskategorin.
I svensk nationell utvärdering fick högstadieelever besvara hur mycket kommer avgaser att
väga, då en bil tankas med 50 kg bensin och körs tills tanken är tom. Vissa elever ansåg att det
blir mindre än 50 kg då avgaserna väger nästan inget samt att en hel del bensin omvandlas till
värme och rörelseenergi. Ungefär 15 % av eleverna svarade att bensinen förbrukas i bilen och
försvinner, där bara en liten del blir till avgaser. Båda dessa elevuppfattningar är exempel på
transmutering. I det ena fallet transmuteras partiklarna till värme och rörelseenergi och i det
andra fallet transmuteras bensin till ingenting. En anledning till dessa vardagsföreställningar
är förmodligen människan gasblindhet (Nordlab Kemiska reaktion s 7).
Det framkom i exemplet med bensin och avgaser ovan, att en del elever som genomgått
kemiundervisning angav kemiska förklaringar såsom (Nordlab Kemiska reaktion s 10):
 ”Bensinen förenar sig med luftens syre. Det gör att avgaserna väger mer än 50 kg”.
 ”Mer än 50 kg. Bensinen reagerar med syre och bildar till största delen CO2 och H2O”.
I en studie ombads elever i årskurs 6-9 att förklara vad som händer när stålull antänds, man
låter den brinna varvid vågskålen med stålullen sjunker ned och slår i botten och stålullen
erhåller en mörk färg. Några vardagsföreställningar gällande detta var (Andersson 2008 s
354):
 ”Stålullen som har brunnit har blivit kol. Kol väger mer”.
 ”Ett ämne i stålullen förvandlades och blev tyngre när det blev uppvärmt”.
Detta tolkningsförfarande är exempel på en transmutering.
I en amerikans intervjustudie, ombads 14 kemistuderande på high school att balansera
reaktionen där kvävgas reagerar med vätgas och bildar ammoniak. Alla studenter svarade
balanserade formeln rätt. Men när de ombads att åskådliggöra detta genom att rita
molekylerna så var det en hel del som hade fel. Detta beror på att de hade bristande kunskaper
i stökiometri och att de inte kunde referera till den atomära världen. Deras bilder tyder på att
de har kunskaper om massans bevarande (Andersson 2008 s 357).
2.2.4 Elevernas uppfattningar om lösningar och blandningar
I de undersökningar som gjorts, gällande elevernas uppfattningar om olika lösningsprocesser
så framkom följande (Nordlab Blandning, lösning och vattnets kretslopp s 14):
 Elevförklaringar utgår ifrån vardagsbegrepp. Materien uppfattas som kontinuerlig.
15


En hel del svar innehåller vetenskapliga begrepp, som dock tillämpas fel eller ger en
ofullständig förklaring.
Endast några få svar visar tecken på integrerad vetenskaplig förståelse.
I en fransk intervjustudie ombads ca 300 elever i 11-14 årsålder att besvara öppna frågor med
fokus på lösningsprocessen. Det framkom att de flesta eleverna anser att något måste göras för
att ett ämne ska lösa sig: blanda, tillsätta, röra om, skaka, upphetta med mera. Ämnet som
därmed löses upp kan enligt eleverna då smälta, brytas upp, försvinna eller lösas upp. Detta
tankesätt är i riktlinje med uppfattningen att materia är kontinuerlig och statisk. Denna
elevuppfattning, som innebär att en yttre agent behöver införas, gör det svårt att förstå att två
ämnen i kontakt, ”av sig själva” tenderar att tränga in i varandra (Nordlab Blandning, lösning
och vattnets kretslopp s 15).
Elevuppfattningar gällande lösningar härstammar i stort sett från vardagliga sammanhang till
exempel socker i kaffe/te/vatten/mjölk eller salt i vatten. Merparten av eleverna tillskriver
fenomenet upplösning enbart förfarandet då fasta ämnen löses i vätskor. Enstaka äldre elever
nämner mjölk i vatten och ännu färre nämner målarfärg och lösningsmedel (Nordlab
Blandning, lösning och vattnets kretslopp s 15).
I en svensk pilotstudie som riktar sig till grundskoleelever i åk 8 och gymnasieelever på naturoch teknikprogrammet, ville man kartlägga elevernas uppfattningar gällande lösning.
Eleverna ombads förklara två fall. I det ena lades en sockerbit i ett glas kallt vatten som
observerades efter 20 minuter och i det andra fallet lades en sockerbit i ett glas varmt vatten
som observerades efter 5 minuter, då nästan inget socker syns längre. I grova drag är de mest
representativa elevsvaren i åk 8: ”sockret löses upp” och ”socker löser sig snabbare i varmt
vatten”. För gymnasieeleverna framträder mer differentierade och mer avancerade svar där de
återkopplar till vissa begrepp såsom bindningarnas styrka, partiklarnas inneboende
egenskaper, energi, kemisk reaktion, löslighet och homogen blandning. Några av de mest
frekventa svaren bland gymnasieeleverna är (Nordlab Blandning, lösning och vattnets
kretslopp s 17):
 Kallt vatten innehåller lite energi som kan överföras till atomerna. Om atomerna inte
tillförs någon energi kommer de inte heller att hoppa runt och bilda nya ämnen, varvid
upplösningen går långsammare.
 Sockret har lösts upp i vattnet och reagerat med H2- och O2- molekylerna.
 Sockret har lösts då det har bildats en homogen blandning av socker och vatten. Alltså
har kolhydratmolekylerna lagt sig i mellanrum mellan H2O molekylerna och på så sätt
blandats.
 Rörsockret (C12H22O11) har löst sig i vattnet. Vattnet är en dipol och rörsocker är
bundet med vätebindningar som är väldigt lika vattnets vätebindningar. Likheten gör
att vattendipolerna kan dra loss sockermolekylen varvid det bildas en homogen
blandning.
 När vattnet är varmt tillförs mer energi till molekylerna i lösningen och får dessa att
lättare lösgöras.
 När ett ämne blir varmare ökar partikelavståndet i ämnet som underlättar för ämnet att
lösas i vatten. Man säger att lösligheten ökar med stigande temperatur.
 Anledningen till att det går snabbare i varmt än i kallt vatten är att det i varmt vatten
finns en större inneboende partikelrörelse (värmerörelse) som gör att fler molekyler
kommer i kontakt med sockerbiten, vilket leder till att den löses upp snabbare.
16
2.2.5 Elevernas uppfattningar om materians bevarande
Det har gjorts en hel del studier för att undersöka elevernas uppfattningar av materians
bevarande i samband med förbränningsreaktioner, formändring, fasändring, upplösning samt
kemisk reaktion. I en undersökning med svenska elever i åk 9 ombads eleverna att besvara på
frågan om det finns mindre-, lika mycket eller mer fosfor, efter att fosfor har antänts i en
sluten kolv. Nästan hälften av eleverna svarade att det bildas mindre då rök väger inget och att
vikten brinner upp. Detta tyder på att eleverna inte är förtrogna med principen gällande
materians bevarande. Nästan en fjärdedel svarade att inget har upptagits och att atomerna
väger lika mycket, vilket tyder på att de har kännedom om massans bevarande (Nordlab
Materiens bevarande s 7).
I experimentet med stålull, svarade knappt en tredjedel med: ”stålull blir tätare efter att det
brunnit ner, eftersom massa smälter samman och blir tyngre”. Den här elevuppfattningen
tyder på att elever anser att detta beror på formändring och densitet (Nordlab Materiens
bevarande s 8).
I en israelisk studie omfattande elever i 5-13 årsålder undersöktes elevernas uppfattningar
beträffande formändring. Eleverna fick förklara om två likadana bollar som väger lika
mycket, fortfarande kommer att väga lika mycket efter att den ena bollen har tillplattas. Det
framkom att ingen utav femåringarna ansåg att bollarna kommer att väga lika mycket medan
åttiofem procent av de äldre eleverna ansåg att bollarnas massa förblir densamma. I samma
studie fick eleverna även förklara att om allt vatten i en bägare avdunstar kommer den
vattenångan som avgår att väga lika mycket som det ursprungliga vattnet. Studien tyder på att
kännedom gällande massans bevarande förekommer hos elever först från cirka 10 årsålder. De
elever som menar att vattenånga väger mindre anser att ånga saknar eller har försumbar vikt
(Nordlab Materiens bevarande s 13).
För att kartlägga elevernas uppfattningar beträffande upplösning, utfördes en intervjustudie i
England med elever i åldrarna 7, 9, 11, 14 och 16 år. I stort sett gick det ut på att eleverna
skulle besvara om ett glas vatten och en äggkopp med socker skulle väga lika mycket om
sockret hälldes i vatten. Hälften av de yngre eleverna i 7-11 årsålder respektive tvåtredjedelar
av de äldre eleverna i åldern 14-16 ansåg att vikten förblir detsamma. Alltså har de visat prov
på kännedom gällande massans bevarande och tenderade att anse att massorna adderas till
varandra (Nordlab Materiens bevarande s 13).
2.2.6 Elevernas uppfattningar om energiflödet
I en svensk studie som gjordes 1995 ombads elever i åk 9 att förklara vart den energi som når
jorden tar vägen. Av de tillfrågade menade 33 % att solenergin växelverkar med geofysiska
system och därmed värmer jorden och vattnet, absorberas respektive reflekteras, ger upphov
till vatten och/eller vågkraft etcetera. Trettiofem procent av eleverna var av den åsikten att
solenergin påverkar biologiska system och på så sätt är en förutsättning för liv, deltar i
fotosyntesen, går till växter och djur samt ger upphov till fossila bränslen och biobränslen
(Andersson 2008 s 62). Båda svarkategorierna har en biocentrisk syn (avsnitt 1.3) på
energiflödet genom naturen. Av de tillfrågade eleverna förknippade 22 % energiflödet med
teknosfären och hade en antropocentrisk syn (avsnitt 1.3). De menade att solenergin driver
tekniska system såsom solceller och värmer hus. Av alla tillfrågade korrespondenter hade 31
% ej svarat. Det framkom i den svenskastudien, utförd 1995 med åk 9 elever att eleverna
17
associerar solstrålning med växter. Men deras förklaringar är ofullständiga då inga elever
nämner sambandet sol- växter- förbränning av ved. Likväl råder det en avsaknad av koppling
mellan inkommande solstrålning samt vattencykel och därmed även länken mellan
hydroelektricitet. Denna brist beror på det rådande undervisningssättet, där det fokuseras på
materians omvandling snarare än på energiomvandlingar i samband med förklaringar gällande
vattnets kretslopp (Andersson 2008 s 62-63).
2.2.7 Elevernas uppfattningar om fotosyntes och cellandning
I en svensk studie bestående av elever i åk 9 fick eleverna följande frågeställning:
”På ett kallhygge planeteras småplantor som efter trettio år vuxit till en stor skog som
tillsammans väger flera ton. Varifrån har dessa flera tusentals ton biomassa kommit”? Det
framgick att 23 % menade att träden växer och blir tyngre ju äldre de är. Medan 28 % ansåg
att biomassan kommer från vatten och näring som träd sugit upp från marken (Andersson
2008 s 139, Nordlab Formativ utvärdering med fotosyntes som exempel s 71). Utav de elever
som genomgått kemiundervisning är det relativt få som anger luften och luftens koldioxid
som en källa till massökningen. Relativt få elever menar att solljuset är anledningen till
massökningen, vilket tyder på att gränsen mellan materia och energi är oklar (Nordlab
Formativ utvärdering med fotosyntes som exempel s 62).
I en engelsk studie ombads elever i 13-16 årsålder att svara på ett antal frågor gällande
respiration. Kartläggningen utmynnade i en lista bestående av missuppfattningar.
Nedanstående missuppfattningar framhålls (Andersson 2008 s 141):
 57 % ansåg att respiration sker uteslutande i lungorna
 27 % menade att växter inte respirerar utan endast utför fotosyntes
 22 % var av den uppfattningen att växter förbrukar koldioxid då de respirerar och
bildar syre
 17 % tänkte att en del organismer respirerar ibland
 13 % menade att en del organismer, speciellt ryggradslösa djur, respirerar inte
2.3 Begreppsbildning
Barn lär sig begrepp när de exponeras för något visuellt, audiellt och/eller emotionellt ett antal
upprepade gånger. De har svårt för att lära in abstrakta begrepp, vilka inte går att peka på eller
se samt de begrepp som innehåller negationen ”inte” är betydligt svårare för barnen att lära in
och kräver mycket subtila tankeprocesser. Dewey, Piaget och Vygotskij ansåg att experiment
skulle underlätta inlärning av vetenskapliga begrepp och lagar samt åskådliggöra bättre hur
olika variabler samvarierar (Arfwedson 2008 s 37-39).
Det har utarbetats många modeller för hur nya begrepp och principer lämpligen bör läras in.
En av de, är den cykliska inlärningsmodellen som framtagits av en amerikansk forskare och
består av tre faser (Arfwedson 2008 s 40):
1. Utforskandet där elever observerar och undersöker några växter utan någon kunskap
om hur dessa klassificeras.
2. Begreppsintroduktionen där läraren illustrerar i samband med muntliga genomgångar,
med hjälp av film eller annat material försöker förklara de aktuella begreppen och
principerna.
18
3. Begreppstillämpningen då eleverna förstått hur klassificeringen går till och tillämpar
det genom att klassificera växterna.
Schoultz (2000) och Driver (1983) menar att forskning gällande naturvetenskaplig
begreppsbildning tyder på att elever utvecklar teorier och uppfattningar om den
naturvetenskapliga världen innan de stöter på den i skolundervisningen. Dessa uppfattningar
benämns som vardagsföreställningar och är väldigt starka och svåra att ändra på i
undervisning. För att eleverna ska förstå vetenskapliga begrepp såsom fotosyntes och
cellandning, måste den naturvetenskapliga undervisningen bedrivas på ett sådant sätt att
vardagsföreställningar knyts an till det vetenskapliga tänkandet, anser Andersson (2001) och
Driver (1983). De menar att det är ytterst viktigt att som lärare utgå ifrån elevens nuläge, det
vill säga befintliga kunskaper.
2.4 Vad lär sig elever av laborationer?
Mycket talar för att populariteten av och tilltron till naturvetenskapen ökar genom
användandet av laborationer. Laborationerna handlar om det praktiskt arbete,
hypotesprövning och iakttagelser, vilka är karaktärristiska för naturvetenskapen. Eleverna ska
pröva sin hypotes utifrån de iakttagelser de gör för att se vad dessa verkligen säger om
naturen. Detta undersökande tillvägagångssättet uppmuntrar till ett allmänt kritiskt tänkande
och ger en metod för att skapa kunskap som är användbar även i andra sammanhang
(Strömdahl 2002 s 97).
De naturvetenskapliga teorierna och de praktiska försöken samexisterar i någon sorts
ömsesidig symbios, de bär upp varandra. Många studier tyder på att laborationerna och det
praktiska arbetet förstärker en uppfattning av naturvetenskapen som en samling fakta, som
inte går att ifrågasätta. Om så blir fallet motarbetar vi syftena med att laborationerna skall
hjälpa eleverna att se sammanhang och att tänka kritiskt (Strömdahl 2002 s 99). Människor lär
sig i möten där mellanrum uppmärksammas och relationer skapas till det som redan står fast,
vilket innebär att mellanrummet fylls. För att förstå sig på hur och vad elever lär sig i
samband med laborationen bör man studera hur de uppmärksammar mellanrum och hur de
tillämpar det som står fast i olika möten för att fylla mellanrummen med relationer. Viktigt att
beakta är att viss kunskap kan läras ut bara i samband med laborationer, det vill säga är
kontextuell och situationsbunden. Det innebär att kunskapen anses vara bunden till den
praktiska verksamheten i vilken den tillämpas, där vederbörande socialiserats in i
verksamheten. Grundpelaren bakom den praktiska kunskapen är att ”veta hur” till skillnad
mot att ”veta att” som är knutet till det teoretiska. Med ”veta hur” betraktas här, att både ha
förmågan att göra något och ha en förståelse för vad är det man gör. Medan aktiviteten pågår
måste man hela tiden ha en insikt i vad det är man gör (Gustavsson 2002 s 86).
19
3 Metod
3.1 Metodval
Den föreliggande studien inleddes med en pilotstudie i form av strukturerade intervjuer med
mestadels slutna frågeställningar. Därefter utfördes demonstrationerna med samma
elevgrupper. Resultat från pilotstudien sammanställdes och analyserades. De mer komplexa
och öppna frågeställningarna som eleverna hade svårt för, togs bort vid utformandet av den
elektroniska enkäten. Slutligen utförs triangulering, där resultat från de olika metoderna
jämförs för att dubbelkontrollera om resultaten överensstämmer (Bryman 2008 s 354, 562).
3.2 Urval av elever
Då undersökningar görs i syfte att ta reda på hur vanligt något är eller hur någon egenskap
fördelar sig bland människor görs oftast slumpmässiga stickprov, så kallade obundna
slumpmässiga urval. Fördelen med slumpmässiga stickprov är att de ger möjligheten att
generalisera slutsatser från ett stickprov till hela populationen (Larsson 1986 s 29).
Det förfaringssätt som jag tillämpat är målinriktat eller målstyrt urval, det vill säga där
deltagarna inte väljs på ett slumpmässigt sätt. Syftet med det målstyrda urvalet är att på ett
strategiskt sätt välja ut en uppsättning av individer som är representativa och relevanta för de
forskningsfrågor som formulerats (Bryman 2008 s 392).
Det strategiska urvalet till min fenomenologiska studie i form av demonstrationer,
pilotstudien i form strukturerade intervjuer samt till den elektroniska enkäten baseras på
gymnasielever tillhörande yrkes- respektive högskoleförberedande program på två respektive
tre gymnasieskolor i två respektive tre kommuner i Jönköpings län. Meningen med detta var
att välja en uppsättning av elever som är typiska och representativa för den svenska
gymnasieskolan. Det vill säga en grupp bestående dels av de elever som har
högstadiekunskaper samt har läst bara naturkunskap A och dels av de elever som läst flera
naturvetenskapliga kurser på gymnasiet. I pilotstudien deltog 42 killar respektive 25 tjejer i
17-19 årsålder från natur, teknik, el och energi, frisör respektive samhällsprogrammet. Den
elektroniska enkäten besvarades av 40 killar respektive 10 tjejer i 17-22 årsåldern vilka går på
teknik, natur, komvux, el och energi respektive samhällsprogrammet. I den föreliggande
studien deltog totalt sett 117 elever (se bilaga 6 för den exakta fördelnigen).
3.3 Pilotstudie i form av strukturerade intervjuer
Några av de vanligaste nackdelarna med intervjuer är att det kan uppstå missförstånd på grund
av oklart formulerade frågor, intervjuarens tonfall, att respondentens missuppfattar frågan, att
respondenten minns fel, att intervjuaren antecknar informationen på felaktigt sätt eller att
informationen utvärderas felaktigt (Bryman 2008 s 203).
Den typ av intervju som jag valt är strukturerade gruppintervjuer. Dessa består av slutna
frågor med givna svar eller kryssfrågor, men även av en del öppna frågor där ett antal
gruppmedlemmar diskuterar dessa frågeställningar (Bryman 2008 s 206). Fördelen är att
risken för diverse svarsfluktuationer minskar och man behöver inte oroa sig för att
20
intervjuaren inte hinner skriva ner allt respondenten säger eller feltolkar det som sägs
(Bryman 2008 s 205). Dessutom är det fördelaktigt på så sätt att samma frågor ställs till
samtliga respondenter (Bryman 2008 s 214).
Det är viktigt att i egenskap av intervjuare skapa en tillitsfull, avslappnande och fungerande
relation. Respondenten skall känna sig bekväm och vara villig att svara på frågor. Men det
gäller att upprätthålla en balansgång mellan vänligt beteende men inte alltför slappt, för då
föreligger det risk att intervjun drar ut på tiden och att respondenten svarar på ett visst sätt för
att göra intervjuaren till lags (Bryman 2008 s 213). Det finns en antydan till att egenskaper
hos intervjuarna såsom kön, etnisk bakgrund och socioekonomisk status kan påverka
respondenternas svar. Några andra aspekter som kan leda till svarsskevhet är samtyckande
eller ja- och nejsägare samt social önskvärdhet. Beträffande ja- och nejsägarna så innebär det
att de har en benägenhet att konsekvent antingen samtycka eller motsätta sig en uppsättning
av frågor eller påståenden. Gällande social önskvärdhet så innebär det att respondenten svarar
på ett sätt som denne uppfattar som godtagbart eller önskvärt (Bryman 2008 s 223). Det har
formulerats tio krav för att upprätthålla en framgångsrik intervju, nämligen att intervjuaren
skall vara; insatt, strukturerad, tydlig, visa hänsyn, sensitiv, öppen, styrande, kritisk, komma
ihåg och tolka. Dessutom skall intervjuaren ta hänsyn till etiska aspekter samt upprätthålla en
balansgång mellan att inte prata alltför mycket och att inte vara för tystlåten (Bryman 2008 s
420).
Pilotstudien i form av strukturerade intervjuer utfördes med mestadels frågor bestående av
fasta svarsalternativ men även en del öppna, mer komplexa frågor. En pilotstudie skall
egentligen alltid utföras innan man sätter igång med den egentliga enkät- eller
intervjuundersökningen. Meningen med detta är inte enbart att säkerställa att frågorna
fungerar på ett avsett sätt utan också för att tillförsäkra sig om att undersökningen i sin helhet
fungerar (Bryman 2008 s 258). Pilotstudie är ytterst viktig då man skall genomföra en
enkätundersökning, eftersom det inte finns någon intervjuare till hands som kan besvara
eventuella funderingar. Fördelar med pilotundersökningar är att de möjliggör för forskaren att
undersöka om den information som kommuniceras ut till intervjuare och respondenter är
lämplig och fullständig samt om frågornas ordningsföljd är bra. Det utkristalliseras även vilka
frågor som respondenterna har svårt för, tenderar att hoppa över eller blir genererade av. Då
den riktiga undersökningen består mest av slutna frågor, kan vi i pilotundersökningen ta med
öppna frågor för att få oss en uppfattning om vilka fasta svarsalternativ som är lämpliga
(Bryman 2008 s 259).
De strukturerade intervjuerna gick tillväga så att eleverna först och främst informerades om
syftet med denna undersökning samt att deltagandet är frivilligt och att alla svar är anonyma.
Därefter har deltagarna tilldelats en papperskopia var, där frågorna med tillhörande
flervalssvarsalternativ framgår. Eleverna har delats in i mindre grupper om cirka två till tre
personer. Totalt sett fanns det cirka trettio grupper. Eleverna intervjuades gruppvis, där jag
satt med de och vi gick igenom fråga för fråga. Jag lät dem diskutera kring svaren, för att
bilda mig en uppfattning om hur de resonerar. De ombads, att när de väl kommit fram till
svaret och när de känner sig säkra, att kryssa för det/de rätta svaren. Mestadels hade jag en
passiv roll men ibland fungerade jag som en bollplank och passade på att ställa följdfrågor.
De strukturerade intervjuerna bestod av tjugofem frågor (återfinns i bilaga 1) och utfördes
som omnämns ovan, på två skolor i två olika kommuner i Jönköpings län med gymnasieelever
tillhörande både yrkes- och högskoleförberedande program. Tidsåtgången som eleverna hade
till sitt förfogande var mellan tjugo och trettio minuter. Huvudsyftet med de strukturerade
intervjuerna var att undersöka elevernas uppfattningar om materia- och energiomvandlingar.
21
Undersökningsmetoden som tillämpades här, för att pröva de olika frågeställningar, var den
samtalande formen. Alltså om det framgår att eleverna kan mer, när frågeställningen ställs
muntligt och besvaras ihop med andra elever, istället för skriftligt och individuellt (Strömdahl
2002 s 46). Den föreliggande strukturerade intervjun fungerade också som pilotstudie varvid
det framkom om frågorna fungerat på ett avsett sätt. Det utkristalliseras även vilka frågor som
respondenterna har svårt för, tenderar att hoppa över eller blir genererade av. En kort översikt
över vad pilotstudiens/ de strukturerade intervjuernas frågor är avsedda att undersöka
återfinns i bilaga 1. Frågeställningarna 1, 2, 4, 5, 7-11, 14-19 samt 21 är tidigare beprövade
frågeställningar.
3.4 Kvalitativ forskningsmetod- fenomenologisk studie i form av demonstrationer
Den typ av observationsstudie som jag valt att tillämpa är strukturerad observation, där min
roll är som deltagande observatör (Bryman 2008 s 266). Jag utförde ett par demonstrationer
(enligt bilaga 5) varvid jag lät eleverna diskutera kring detta. Min avsikt med detta var att få
en uppfattning om hur eleverna upplever dessa skeenden och vilka är deras uppfattningar om
det som hände. Nackdelen med det är att det föreligger en risk för ”going native”, det vill säga
att man identifierar sig med de personer som skall studeras och att man tappar bort fokus
(Bryman 2008 s 363).
Strukturerade observationer jämfört med intervjuer och enkäter ger mer tillförlitlig
information om olika händelser, bättre precision med avseende på val av tidpunkt, varaktighet
och frekvens samt bättre precision beträffande variablernas tidsmässiga ordningsföljd.
Nackdelar med strukturerade observationer kan tillskrivas den reaktiva karaktären såsom
försökskanineffekten, rolleffekten, själva undersökningen och mätningen som
påverkansfaktor samt systematisk skevhet i reaktionerna. I grova drag handlar det om att
människor förändrar sitt beteende för att de vet att de observeras (Bryman 2008 s 275).
En fenomenologisk studie går ut på att beskriva hur fenomenen i omvärlden uppfattas av
människor. Man fokuserar på innebörder istället för förklaringar, samband eller frekvenser.
Fenomenologer eftersträvar att beskriva hur något framstår för dessa människor och inte hur
något egentligen är (Larsson 1986 s 13).
Syftet med försök 1, med värmeljus är att:






Undersöka om eleverna kan förklara att stearin övergår från fast till flytande form.
Påvisa att det krävs en yttre påverkan för detta, i form av tändsticka eller tändare, varvid det
tillförs värme.
Påvisa att det krävs syre för all typ av förbränning inklusive cellandning.
Undersöka om eleverna känner till att det bildas vatten och koldioxid vid förbränning
av bränslen men även vid cellandning.
Undersöka om eleverna kan förklara att kemisk energi i form av stearin omvandlas till
strålningsenergi i form av ljus samt värmeenergi som avges till omgivningen.
Under diskussionen knyta an till miljöproblematiken, det vill säga att vi människor
släpper ut koldioxid till atmosfären i samband med förbränning av bränslen ifrån bilar,
industrier, elproduktion med mera.
22
Syftet med försök 2, med stålull är att:



Undersöka om eleverna kan förklara att det skett en kemisk reaktion med luftens syre.
Påvisa att materia inte försvinner utan bara omvandlas till andra former.
I samband med diskussionen knyta an till miljöproblemen, det vill säga att vi inte kan
bli av med farliga kemikalier genom att bara elda upp dem.
Syftet med försök 3, med BTB och utandningsluft är att:



Undersöka om eleverna kan förklara att koldioxid i utandningsluften har lösts i vatten
och att det bildats kolsyra som är sur.
Då BTB har gult omslag vid sura pH-värden så ändras färgen till gult.
Knyta an i diskussionssammanhang till miljöproblemen, det vill säga att utsläpp av
koldioxid kan förutom förstärkt växthuseffekt även leda till försurning av sjöar.
Syftet med försök 4, med brustablett är att:



Undersöka om eleverna kan förklara att det susande ljudet beror på gasbildning.
Undersöka om eleverna vet vilken gas som bildas då vi löser en brustabell och varifrån
denna kommer. De anser kanske att gasen inte bildats utan att den fanns i tabletten
från början.
Knyta an till liknande vardagsföreteelser, till exempel när vi bakar med bakpulver så
bildas det också koldioxid som gör att deg jäser. När vi öppnar en kolsyrad läsk så
avgår det bubblor från flaskan, dessa utgörs av koldioxid som innan fanns löst i läsken
i form av kolsyra, under ett högre tryck.
Huvudsyftet med demonstrationerna var att undersöka elevernas uppfattningar om materiaoch energiomvandlingar. För detta ändamål valdes några försök ut, vilka representerar bland
annat en; förbränningsreaktion, oxidationsreaktion, syra-basreaktion men även gasbildning
samt upplösning. Undersökningsmetoden som tillämpades här, för att pröva de olika
frågeställningarna var av praktisk karaktär i form av försök. Detta gjordes för att undersöka
om det framgår att eleverna har lättare att ta till sig laborativ/ praktisk kunskap, det vill säga i
samband med kontextuellt lärande (Strömdahl 2002 s 104-105, Gustavsson 2002 s 86).
Inledningsvis informerades eleverna om syftet med studien och att deltagandet är frivilligt
samt att samtliga svar kommer att behandlas anonymt. I en skola tillfrågades eleverna om det
gick bra att spela in deras diskussioner och de samtyckte. I den andra skolan däremot spelades
diskussionen inte in utan det gjordes anteckningar. Anledningen till detta var att vissa kan
uppfatta inspelningen som lite hotfull vilket kan ha en hämmande effekt på diskussionen.
Demonstrationerna utfördes både i yrkes- och högskoleförberedande klasser. Efter varje
försök tilläts eleverna att diskutera kring det som hänt och vad det beror på. Samtidigt gick jag
runt i de olika grupperna för att ta del av deras resonemang, för att skapa ett tillitsfullt och
öppet klimat samt för att föra anteckningar. Jag hade en inte helt passiv roll, då jag gick runt
och passade på att ställa följdfrågor.
23
3.5 Kvantitativ forskningsmetod i form av en elektronisk enkätundersökning
Enkäter och strukturerade intervjuer är två ganska likartade forskningsmetoder. Den
väsentliga skillnaden är att det vid en enkätundersökning inte finns någon intervjuare
närvarande, utan de enskilda respondenterna får besvara frågorna på egen hand. Överlag har
enkäterna färre frågor för att undgå enkättrötthet, främst färre öppna frågor där frågorna är
utformade på ett sätt som är lätta att förstå.
Fördelen med enkäter jämfört med intervjuer är att de kan distribueras massvis till flera
respondenter på en och samma gång. Enkättekniken är billigare att administrera och kan
tillhandahållas ett större urval personer som är geografiskt spridda. Viktigt att beakta är att
enkäterna kanske inte kommer tillbaka inom en förväntad tid på grund av att det tar flera
veckor innan respondenten returnerar dessa till avsändaren. Enkäterna medför ingen
intervjuareffekt. De är mer flexibla att arbeta med, då respondenterna själva kan välja att
besvara enkäten när de har möjlighet och tid (Bryman 2008 s 228). Det är ytterst viktigt att ha
tydliga instruktioner om hur respondenten skall besvara slutna frågor. De ombeds kanske till
exempel att sätta kryss, stryka under eller ringa in (Bryman 2008 s 236). Viktigt att ha i
åtanke är att undvika långa frågor, dubbla frågor, mycket generella frågor, ledande frågor,
flertydiga frågor, frågor som innehåller negationer och tekniska uttryck samt att se till att
svarsalternativen överensstämmer, dels med den slutna frågan, dels med de inbördes
svarsalternativ (Bryman 2008 s 254).
Nackdelen är att när respondenterna skall besvara enkäten så finns ingen till hands som kan ge
dem respons och återkoppling beträffande eventuella undringar. Inom ramen för
enkätundersökningen finns det inte heller handlingsutrymme för att ställa uppföljningsfrågor
som vid en intervju. Detta gäller främst öppna frågor där respondenten ombeds att fördjupa
sina svar. En annan nackdel är att respondenten kan se alla frågor på en gång, det blir en
skevhet som har med frågornas ordningsföljd att göra. Detta gör att frågorna kanske inte
kommer besvaras i den ordningsföljd som man tänkt sig. Det faktum att man aldrig kan vara
säker på vem det är som svarar på enkäten kvarstår också. Samtidigt som man inte kan styra
över alla andra individer som kan tänkas påverka den tilltänkta respondenten.
Enkätundersökningar är också mindre lämpade för de med läs- och skrivsvårigheter samt för
de som inte talar svenska bra (Bryman 2008 s 230). En av de främsta begränsningarna med
enkäter är att de innebär ganska stora bortfall, mycket större än om man valt att göra
intervjuer (Bryman 2008 s 231).
Den typ av enkät som tillämpats i den föreliggande studien består mestadels av slutna frågor
(se bilaga 3). Detta underlättar bearbetning eller så kallad kodning av svaren. Öppna frågor
används som ett komplement till detta för att fånga upp intressant spontanitet i
respondenternas svar. Fördelen med slutna frågor bestående av givna svarsalternativ är att de
kan förtydliga syftet med en viss fråga för respondenten. Ibland kan respondenterna
missuppfatta frågan eller vara osäkra på dess egentliga innebörd varför en beskrivning av de
olika svarsalternativen kan förtydliga det hela (Bryman 2008 s 245).
Vederbörande rektorer tillfrågades om tillstånd att utföra den internetbaserade
enkätundersökningen i vissa klasser. Rektorerna fick ett mail där syftet med studien framgick,
samt att deltagandet är frivilligt och att svaren behandlas konfidentiellt. På vissa skolor
besvarades enkäten klassvis på lektionstid. Medan på andra skolor, lades det ut på
webbportalen och kurshemsidor en direktlänk till enkäten, där eleverna själva fick välja när de
24
ville besvara frågorna. I vissa fall fick några klasser mailutskick med direktlänken från
läraren. Frågeställningarna 2, 4, 5, 7-10, 13-17 samt 19 är tidigare beprövade frågeställningar.
Tabell 1. Kort översikt över vad den elektroniska enkätens frågor är avsedda att
undersöka
Undersöknings Uppgift Uppgiften skall undersöka om
Aktuellt
område
eleverna:
uppnåendemål
respektive
centraltinnehåll
1
Har läst bara naturkunskap A eller flera
Inget
Allmän
naturvetenskapliga ämnen på gymnasiet
personlig fråga
eller till och med endast naturorienterade
ämnen på högstadiet.
2
Förstår vad som består och vad som inte
Kemi A punkt 4,
Elementära
består av atomer.
Kemi 1 punkt 1
kunskaper om
samt Naturkunskap
materia
2 punkt 1-2.
3
Har en känsla för hur många grundämnen Kemi A punkt 4,
det finns.
Kemi 1 punkt 1
samt Naturkunskap
2 punkt 1 och 2.
Inser att socker i fastform nu återfinns
Naturkunskap B
Fasövergångar 4
flytande form, i lösningen eller anser ”att punkt 4 samt Kemi
det försvinner”.
1 punkt 6.
8
Inser att vatten övergår från flytande
Naturkunskap B
form till fast form eller anser de istället
punkt 4, Kemi A
att vattenånga försvinner. Men även om
punkt 5, Kemi 1
de återger en mer fullständig förklaring
punkt 6 samt
och även anger syrgas.
Naturkunskap 2
punkt 2.
11
Inser att sterin övergår till flytande form
Naturkunskap A
och att det krävs en yttre påverkan, i form punkt 5 samt Kemi
av tändsticka, varvid det tillförs värme.
1 punkt 6-7.
14
Har lättare att förstå fasomvandlingar i
Naturkunskap B
samband med vardagsnära exempel.
punkt 4 samt Kemi
1 punkt 6.
20
Förklarar hur materia i fast, flytande
Kemi 1 punkt 1-2
respektive gas är uppbyggt utifrån
samt Naturkunskap
partikelmodellen.
2 punkt 2.
22
Förklarar inte bara materia- utan även
Naturkunskap A
energiomvandlingar som sker i vattnets
punkt 6, Kemi A
kretslopp.
punkt 4,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2.
25
Materia- och
energiomvandl
ingar samt
kännedom om
gaser
Kemiska
reaktioner
9, 10, 11, Har kännedom om materians- och
14, 22
energins bevarande samt förklarar att det
skett en kemisk reaktion med luftens
syre.
21
Förklarar att strålningsenergi från solen
omvandlas till kemisk energi samt att
kolförenigar genomgår olika
omvandlingar, från koldioxid i luften till
druvsocker, som utför växternas
energireserv.
5
Inser att det skett en kemisk reaktion med
luftens syre eller anser de istället att
ämnet har packats ihop, genomgått
formändring eller ombildats till kol (det
vill säga de förknippar all förbränning
med kol).
Förklarar att järn har rostat, det vill säga
oxiderats samt inser att luftens syre i
PET-flaskan förbrukats vilket leder till att
flaskan tillplattats.
6
7
Inser att ärg är en kopparförening som
ännu inte har bildats, utan bildas först då
koppar oxideras av luftens syre.
9, 10, 11
Förklarar att det skett kemisk reaktion
mellan bränslet och luftens syre vid
förbränningen.
12
Förklarar att koldioxid i utandningsluften
har lösts i vatten och bildat kolsyra som
är sur. Då BTB har gult omslag vid sura
pH-värden så ändras färgen till gult.
Inser att förbränning är en kemisk
reaktion samt att de inser skillnaden
mellan kemisk reaktion, fasändring samt
formändring.
13
26
Naturkunskap A
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Naturkunskap A
punkt 6-8, Kemi A
punkt 4,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Naturkunskap B
punkt 5, Kemi A
punkt 5 och 7 samt
Kemi 1 punkt 4 och
7.
Naturkunskap B
punkt 5, Kemi A
punkt 5 och 7 samt
Kemi 1 punkt 4 och
7.
Naturkunskap B
punkt 5, Kemi A
punkt 5 och 7 samt
Kemi 1 punkt 4 och
7.
Naturkunskap A
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Kemi A punkt 8,
Kemi 1 punkt 3 och
7.
Naturkunskap A
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
Lösning,
gasbildning
och
gaskännedom
15, 16
Har kännedom om vilken gas som bildas.
17
Inser att det bildas koldioxid då vi löser
en brustablett. Alltså att den inte fanns i
tabletten från början utan bildas via en
kemisk reaktion.
Har kännedom om vilka gaser luften
består av och att luften i sig är en gas.
Har kännedom om molekylernas
inneboende rörelse och egenskaper.
18
19
punkt 2 och 5.
Naturkunskap B
punkt 5 samt Kemi 1
punkt 2 och 7.
Naturkunskap B
punkt 5 samt Kemi 1
punkt 2 och 7.
Naturkunskap 2
punkt 1.
Kemi A punkt 4
samt Kemi 1 punkt
1.
3.6 Bearbetning av data
Pilotstudien i form av strukturerade intervjuer (avsnitt 3.3) har dokumenterats skriftligt. De
elevsvaren som har framkommit har bearbetats vidare på olika sätt. Svaren med fasta
svarsalternativ har presenterats i excel i form av stapel- eller cirkeldiagram. Beträffande de
öppna frågorna, så är det de riktiga, mest frekventa elevsvaren som återges i tabellform, utan
någon som helst ändring. Det är de vanligast förekommande elevsvaren som tjänstgör som en
kodningsmall vid bearbetningen av data. Varje typ av elevsvar har tolkats utifrån de olika
utvärderingskategorierna i avsnitt 2.2, fast en aning modifierade:
A. Förflyttning innebär att ett ämne inte förändras, utan förflyttas bara. Om vi betraktar
exempelvis frågan, vad de gasbubblor som bildas då vatten kokar består av, framkom
det att vissa elever svarade luft. De anser att den luft som fanns i den omgivande
miljön har flyttas till vattnet och finns nu i gasbubblorna.
B. Modifiering går ut på att ett ämne behåller sin identitet, men dess egenskaper ändras.
Alla reaktioner där ett ämne övergår från en aggregationsform till en annan, till
exempel när is smälter eller när vatten förångas, är exempel på modifiering.
C. Transmutering omfattar förändringar där betydande mängd materia försvinner, vilket
inte är förenligt med den naturvetenskapliga teorin. De elevtolkningar, där det bland
annat framhålls att materia försvinner vid förbränning eller att vattnet försvinner vid
kokning är exempel på transmutering.
D. Kemisk reaktion i den föreliggande studien omfattar endast reaktioner där ett ämne har
reagerat och bildat ett nytt ämne. Fasändringar utesluts, de betraktas inte som kemisk
reaktion.
E. Det bara blir så, innebär att eleverna anser att det sker spontant av sig självt, utan att
kunna förklara det närmare.
Utformningen av den elektroniska enkäten baseras på pilotstudien. Härvidlag framkom det att
de öppna, komplexa frågeställningarna beträffande fotosyntesen, kolets- och vattnets
kretslopp uppfattades av eleverna som diffusa, abstrakta och avancerade. Eftersom
svarsfrekvensen var ganska låg valdes frågeställningen gällande koletkretslopp bort, men
frågeställningar gällande fotosyntes och vattnets kretslopp behölls eftersom de är av central
betydelse och av elementär karaktär för den föreliggande studien. Det framkom även, att
eleverna uppvisade svårigheter i förståelsen av partikelbilderna (bilaga 1, fråga 23), vilka
åskådliggör de olika fasövergångarna. Detta i kombination med den elektroniska enkätens
27
databasbegränsningar gällande infogade bilder, ledde till att dessa frågeställningar plockades
bort men även fråga 8 (bilaga 1). Kontentan av detta är att det har skett en förskjutning av
frågornas nummerordning. Det innebär exempelvis att fråga åtta i den elektroniska enkäten
och fråga åtta i pilot enkäten/ de strukturerade intervjuerna inte avhandlar samma sak.
Den elektroniska enkäten utfördes via enkättjänsten, surveymonkey. Frågorna med fasta
svarsalternativ åskådliggörs i form av cirkel- och stapeldiagram, medan de frågorna med
öppna svarsalternativen sammanställs i tabellform. En del av diagrammen, där det fanns bara
ett svarsalternativ sammanställdes direkt via enkätdatabasen. De frågorna där flera av svaren
är korrekta, sammanställs separat i en excelfil, i form av stapeldiagram. Beträffande de öppna
frågorna, så är det de riktiga, mest frekventa elevsvaren som återges i tabellform, utan någon
som helst ändring. Gällande frågorna som handlar om att para ihop rätt svarsalternativ med
rätt påstående, gällande kemiska reaktioner respektive fasövergångar, har det bara redogjorts
för de korrekta svaren (figur 19, 20, 26, 35 och 36).
På x-axeln i stapeldigramen återfinns de olika svarsalternativen, medan på y- axeln anges det
hur många procent som svarat på respektive svarsalternativ. I cirkeldiagramen anger varje
”tårtbit” hur många procent av eleverna som svarat på respektive alternativ. De olika
svarsalternativen anges till höger om cirkeldiagramen. Programmet slår ihop slumpvis två
alternativ, vilka delas upp och förklaras med ytterliga ett cirkeldiagram, till höger om det stora
cirkeldiagramet.
Beträffande demonstrationerna så har dessa i samtliga fall dokumenterats skriftligt men i vissa
fall så har de även spelats in. I resultatdiskussionen knyts det an dels till de frågeställningarna
i avsnitt 1.2, dels till de arbetsområden som tas upp i tabell 1 och bilaga 2 samt till
utvärderingskategorierna (3.6).
Svaren från samtliga metoder analyseras inte utifrån vilken grupp, program, skola eller kön
eleverna tillhör. Vid sammanställning och resultatanalys betraktas eleverna som två olika
populationer, en som deltog i strukturerade intervjuer och demonstrationer samt en som deltog
i den elektroniska enkäten.
3.7 Etiska aspekter
Elementära etiska frågor handlar om frivillighet, integritet, konfidentialitet och anonymitet för
de personer som är direkt inblandade i forskningen. Bland de huvudsakliga etiska principerna
som gäller för bland annat svensk forskning återfinns nedanstående principer:



Informationskravet som innebär att forskaren ska informera samtliga personer som
deltar i studien om den föreliggande undersökningens syfte (Bryman 2008 s 131). Mer
ingående innebär det även att försökspersonerna skall erhålla en rättvisande och
begriplig beskrivning av undersökningsmetoderna (Johansson & Svedner 2010 s 20).
Samtyckeskravet innebär att deltagarna har rätt att själva bestämma om de vill
medverka i en undersökning. Om det nu är fallet att någon är minderårig brukar även
föräldrars eller vårdnadshavares intyg krävas (Bryman 2008 s 132). Deltagarna skall
upplysas inte bara om att de kan avböja att delta, utan också att de när som helst kan
avbryta sin medverkan utan negativa påföljder (Johansson & Svedner 2008 s 20).
Konfidentialitetskravet innebär att uppgifter om alla de personer som deltagit i studien
skall behandlas med största möjliga konfidentialitet. Personuppgifter måste förvaras
28

på ett säkert sätt så att obehöriga inte får tillträde till dem (Bryman 2008 s 132).
Deltagarna skall känna sig säkra på att deras anonymitet skyddas. Det ska inte utifrån
den färdiga rapporten vara möjligt att identifiera vare sig skola, lärare eller elever
(Johansson & Svedner 2010 s 20).
Nyttjandekravet innebär att de erhållna uppgifterna om enskilda personer får endast
brukas på ett sådant sätt så att de tjänar forskningsändamålet (Bryman 2008 s 132).
3.8 Reliabilitet och validitet
Reliabilitet eller tillförlitlighet handlar om huruvida resultaten från en undersökning blir
desamma om undersökningen upprepas på nytt, eventuellt av andra forskare eller om
resultaten påverkas av slumpmässiga eller tillfälliga variabler. Den ger oss ett mått på
följdriktigheten, överensstämmelsen och pålitligheten av det som undersöks. God reliabilitet
kan innebära god generaliserbarhet. Högre reliabilitet kan erhållas om fler personer
undersöks. Reproducerbarheten ökar ju fler som deltar i studien (Bryman 2008 s 49, 160).
Felkällor som kan ha varit av betydelse för studien och dess validitet är att eleverna
missuppfattat en uppgift till följd av dess formulering eller att de av misstag satt kryss i fel
ruta. Det kan även vara fallet att eleverna inte orkat skriva utförliga svar på öppna frågor där
förklaring erfordras, hittat på eller gissat svar. Tillämpning av öppna frågor har ofta fått kritik
då de kan få deltagarna att ge uttryck för idéer och uppfattningar som de kanske egentligen
inte har (Bryman 2008 s 160). För att komma tillrätta med detta har jag försökt att ta med
svarsalternativet, ”vet ej”, på så många frågor som möjligt.
Interbedömarreliabilitet, som huvudsakligen går ut på att bedöma i hur stor utsträckning två
eller fler observatörer är samstämmiga beträffande kodningen av de beteenden som ingår i
observationsschemat har inte aktualiserats i detta fall. Det som skall beaktas i detta fall är
däremot intrabedömarreabilitet, som handlar om graden av överrensstämmelse då
observationsschemat tillämpas av samma person men vid olika tidpunkter (Bryman 2008 s
273).
Validitet eller giltighet handlar om huruvida de slutsatser som framkom i en undersökning
tyder på att man har mätt det man avsett att mäta (Bryman 2008 s 50).
Genom att använda sig av beprövade frågeställningar som upprepats skapas en enkät som kan
frambringa sådana data som erfordras för att uppnå studiens syfte. För att säkerställa att
frågorna i enkäten återspeglar det viktigaste med undersökningen användes även vissa
frågeställningar från tidigare forskning. Studiens validitet ökades i och med
pilotundersökningen, då det kunde fastställas om frågorna uppfattas på rätt sätt, om de
utvärderar det som avses i denna studie men även deras följdriktighet och om de är tydligt
formulerade för att reducera andelen misstolkningar (Bryman 2008 s 258, 259).
29
4 Resultat och analys
4.1 Resultat från demonstrationerna
Demonstrationerna utfördes enligt bilaga 5, på två olika gymnasieskolor i två olika kommuner
i Jönköpings län, med sextiosju elever tillhörande både yrkes- och högskoleförberedande
program (sammanställning över vilka elever som deltagit utifrån ålder, kön och program
återfinns i bilaga 6).
1. Försök med värmeljus
 Alla elever svarade att ljuset kommer att slockna. Mestadels svarade de att det
beror på att syret tar slut. Men vissa utav eleverna svarade även: ”Luften kommer
att ta slut” samt ”Det beror på kvävet”.

När det gäller delfrågan varför det behövs tändsticka/ tändare så var de två mest
frekventa svaren: ”För att få det att brinna” samt ”För att det behövs energi”.

Nästan alla kunde förklara att imman som bildas är vattenånga och att sterinet
smälter. Vissa svarade en aning mer omfattande som att stearinet övergår från fast
till flytande form.

När det gäller energiomvandlingarna (kemisk energi → strålnings energi +
värmeenergi) så var det en del av eleverna som kunde redogöra för detta. Men i de
flesta fallen kunde eleverna besvara frågan först efter att jag ställt följdfrågor, det
vill säga i samråd med läraren.

Beträffande den generella slutsatsen angående förbränning av kolväteföreningar,
svarade hälften av eleverna att det är en yttre påverkan i form av energi som
frigörs samt syre som möjliggör förbränning samt att det bildas koldioxid och
vattenånga. Efter att jag ställt följdfrågor kunde nästa alla elever besvara frågan
fullständigt, det vill säga under samråd med läraren.
2. Försök med stålull
I samband med den föreliggande undersökningsmetoden framkom oftast följande svar:
”reagerar med luften, reagerar med syret, blir tyngre, packas ihop så att den får högre densitet
samt att den ombildas till kol”.
3. Försök med BTB och utandningsluft
I princip svarade alla elever att det blir surt. Vissa förklarade att det beror på att vi andas ut
koldioxid. Några förklarade mer utvecklat, att det beror på att utandningsluften innehåller
koldioxid och när den löser sig i vatten bildats det kolsyra. Även här framkom det att fler
elever kunde återge ett mer fullständigt svar efter att jag ställt följdfrågor, alltså i samråd med
läraren.
4. Försök med brustablett
I samband med den föreliggande undersökningsmetoden framkom oftast följande svar:
”Brustabletten löser sig och det brusar/ susar, det bildas gasbubblor, det bildas koldioxid samt
att tabletten löser sig, det vill säga går från fast till flytande form och det bildas koldioxid”.
30
4.2 Resultat från pilotstudien
De strukturerade intervjuerna där frågorna återfinns i bilaga 1, utfördes enligt avsnitt 3.3 med
samma elevunderlag som i 4.1 (sammanställning över vilka elever som deltagit utifrån ålder,
kön och program återfinns i bilaga 6).
I den föreliggande studien är det uppgifterna 1, 2 och 3 som ska undersöka om eleverna
förstår vad som består och vad som inte består av atomer samt om de har en kännedom om
hur många grundämnen det finns.
1. Vad är materia?
87
97
96
78
75
97
94
76 81
51
24
15
12 15
4
4
Figur 4. Stapeldiagramet visar hur många procent av eleverna som anser att en viss kategori är
materia.
Mellan 75 och 97 % av elever anser att atom, smutspartiklar, stekpanna, molekyl, vitsippa,
kanin, muskelcell, smör och vatten är exempel på materia. Bara drygt hälften av eleverna
anser att luft är materia vilket tyder på ”gasblindhet”. Mellan 4 och 24 % av respondenterna
anser att ljus, magnetfält, skugga, vakuum, värme och ljud är exempel på materia.
2. Vad består av atomer?
93
84
45
34
87
81 82
87
37
30
33
28
21
19
6
12
Figur 5. Stapeldiagramet visar hur många procent av eleverna som anser att en viss kategori
består av atomer.
31
Mellan 81 och 93 % av eleverna anser att luft, molekyl, vitsippa, kanin, muskelcell och vatten
består av atomer. Gällande de mer abstrakta begreppen som ljusstråle, magnetfält, skugga,
vakuum, värme och ljud tycker 6-33 % av respondenterna att det består av atomer.
Beträffande frågor om atomens minsta beståndsdelar, tycker mellan 30 och 45 % av eleverna
att de består av atomer. Detta tyder på att mellan 30 och 45 % av eleverna inte har kunskap
om atomens uppbyggnad.
3. Ungefär hur många grundämnen finns det?
78%
ett
tio
hundra
tusen
tio tusen
18%
21%
3%
0%
1%
Figur 6. De olika cirkelsektorerna visar hur många procent av eleverna som svarat på en viss
kategori gällande uppskattningen av det ungefärliga antalet grundämnen.
Det framkom att 78 % av eleverna har kännedom om hur många grundämnen det finns, på ett
ungefär.
4. I en bägare finns det 1000 g vatten. Vi tillsätter 300 g
florsocker och rör om tills allt har löst sig. Vad väger nu
florsockerblandningen i bägaren?
mindre än 1000 g
19%
60%
10%
11%
52%
exakt 1000 g
mellan 1000 g och 1300 g
exakt 1300 g
8%
mindre än 13000 g
Figur 7. Figuren visar procentsatsen elever som besvarat hur den sammanlagda massan av
vatten och florsocker påverkas när dessa blandas ihop.
Av de tillfrågade är det 52 % som anser att det kommer att väga exakt 1300 g. Detta antyder
att eleverna tolkar detta som fasövergång och har en kännedom om massans bevarande.
Resterande 48 % tycker att massan minskar, vilket tyder på att de tolkar detta som en
transmutering (se avsnitt 3.6) samt att de inte har kännedom om massans bevarande.
32
Tabell 2. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett beträffande
stålullsexperimentet samt fördelningen mellan dessa.
5. På en balansvåg hängs upp lika stora och lika tunga stålullsbitar på varsin
sida. Balansvågen är därmed tarerad så nu antänder vi den ena stålullstussen
och låter den brinna. Vågskålen med stålullen som brunnit sjunker ned och slår
i underlaget. Förklara varför!
Elevsvar
Det blir så.
Det blir kol och det är tyngre än ull.
Den får tätare densitet. Den har tagit upp syre.
Den blir tyngre.
När syre kommer ihop med järnet väger det mer.
Massan ökar. Tar upp syre.
När stålull förbränns bildas järnoxid som väger mer än
stålull.
Stålull reagerar med syre och järnoxid bildas.
Elden gör att partiklarna binds samman och väger mer.
Den väger mer när den är varm.
Kvar blir stålpartiklar som väger mer än ull.
Den blir lättare.
Det blir kemisk reaktion.
Det förbränns och går från fast form till värmeenergi.
Vet ej!
Utvärderingskategorier
enligt avsnitt 3.6
%
1
4
3
12
6
6
10
Det bara blir så
Transmutering
Modifiering
Modifiering
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
15
1
1
3
6
3
3
26
Kemisk reaktion
Modifiering
Modifiering
Modifiering
Transmutering
Kemisk reaktion
Transmutering
Ingen
I 40 % av svaren fanns det en antydan till att eleverna ansett att det skett en kemisk reaktion
som är den rätta utvärderingskategorin. Drygt en fjärdedel (26 %) kunde inte besvara frågan. I
13 % respektive 20 % av svaren framkom att eleverna tolkade ovanstående stålullsexperiment
som en transmutering respektive som en modifiering.
Tabell 3. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett beträffande
stålullsexperimentet i uppgift 6 samt fördelningen mellan dessa.
6. Vi stoppar stålull i en mjuk PET flaska, fyller på med vatten, men låter en del
vara fritt från vatten. Morgonen därpå när vi kollar flaskan har den tillplattats/
skrumpnat ihop en aning och stålullen har fått en rödbrun färg. Förklara vad
som har hänt!
Elevsvar
Har rostat.
Missfärgad.
Den har rostat och sugit upp syre.
Den har dragit åt sig vatten och rostat.
Stålullen rostar och för att den ska rosta så behövs syre
och det tas av syret i flaskan och därför skrumpnas
flaskan.
Den har korroderats/ oxiderats.
Det har skett en kemisk reaktion.
Ullen har skapat det.
Den har kokat.
Vet ej!
33
Utvärderingskategorier
enligt avsnitt 3.6
%
36
3
9
5
9
Kemisk reaktion
Modifiering
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
10
2
1
1
24
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
Modifiering
Modifiering
Ingen
I 71 % av svaren fanns det en antydan till att eleverna ansåg att det skett en kemisk reaktion,
som är den rätta utvärderingskategorin. Knappt en fjärdedel (24 %) av eleverna kunde inte
besvara frågan medan 5 % tolkade detta förfarande som en modifiering.
7. Det rödaktiga koppartaket blir efter ett tag grönt, det
har bildats ärg. Var finns ärg innan taket börjar byta färg
det vill säga börjat ärga? Sätt ett kryss!
Den finns i luften
22%
54%
48%
Den finns i koppartaket
24%
6%
Den har ännu inte
bildats
Figur 8. Svarskategorier för beskrivning av koppar i uppgift 7 samt fördelningen mellan
dessa.
Det framkom att 48 % av eleverna svarade att ärgen ännu inte har bildats, vilket tyder på att
de har förståelse för att detta är en kemisk reaktion. Endast 6 % kunde inte besvara frågan,
medan 22 % respektive 24 % tolkade detta som en modifiering respektive som en förflyttning.
8. Lite träflis läggs på en askkopp och täcks med en bägare
(fall 1). Träflis antänds (fall 2). Aska erhålls (fall 3). Vad
skulle man observera om allt vägdes i alla tre fallen? Sätt
ett kryss!
I fall 1 skulle man få
högst vikt
21%
I fall 2 skulle man få
33%
högst vikt
3%
15%
I fall 3 skulle man få
12%
högst vikt
31%
Annat svar
Vet ej!
Figur 9. Svarskategorierna för beskrivning av förbränningen av träflis i uppgift 8 (bilaga 1)
samt fördelningen mellan dessa.
Endast 12 % svarade ”annat svar”, vilket tyder på att de har en förståelse för massans
bevarande. Resterande 88 % har inte kännedom om massans bevarande. Gällande
energiomvandlingarna i fråga 8 så framkom följande svar:
 Kemisk energi→ värmeenergi→ omgivning.
 Först har vi ett fast material som sedan förbränns och blir till aska och gaser som är
lättare än träflis. Energin är först lagrad i ämnena (kemisk energi) och frigörs sedan
som ljus och värme.
 Lagrad energi omvandlas till värmeenergi.
 Kol reagerar med syre och bildar koldioxid och vatten som bildas vid förbränning av
kolväten.
 Innan reaktion: kol + syre. Under reaktion: kol + syre + koldioxid. Efter reaktion: kol
(som är kvar) + koldioxid + vatten.
34
9.Vattnet i bägaren på en värmeplatta kokar. Man ser då
att bubblor bildas och stiger upp till vattenytan. Vad
innehåller dessa bubblor? Sätt kryss!
Luft
3%
Vattenånga
24%
Koldioxid
9%
Syre
12%
Väte
49%
3%
12%
Vet ej!
Figur 10. Resultat för uppgift 9 där eleverna skall avgöra vad de gasbubblor består av, som
bildas då vatten kokar.
Av de tillfrågade svarade 49 % att det bildas vattenånga, vilket tyder på att de tolkade detta
som en modifiering, alltså som en fasövergång och inte som en kemisk reaktion. Endast 9 %
av eleverna kunde inte besvara frågan, medan 3 % svarade felaktigt, att gasbubblorna består
av väte. De elever som svarat att gasbubblorna består av koldioxid (9 %) respektive syre (24
%) har svarat rätt och i riktlinje med förflyttningskategorin (den koldioxid och syrgas som
fanns löst i vattnet lämnar vattnet när trycket och temperaturen ökar).
Beträffande energiomvandlingarna i fråga 9 så förekom nedanstående svar:
 Energin kommer först från elektriciteten och omvandlas sen till värme (18 %).
 Värmeenergi överförs till vattnet som förångas och stiger till ytan i form av vattenånga
(11 %).
 När vattentemperaturen ökar, ökar rörelseenergin. Det behövs mer plats. Bubblorna
stiger mot ytan så småningom blir rörelseenergin så stark att ånga bildas (8 %).
10. Bilen tankas fullt med 52 kg bensin och körs tills tanken
är tom. Nu ska vi ta reda på hur mycket materia i form av
avgaser har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad blir
resultatet? Sätt ett kryss!
Mycket mindre än 52 kg
Mindre än 52 kg
33%
Cirka 52 kg
21%
22%
15%
Mer än 52 kg
Mycket mer än 52 kg
1%
21%
Vet ej!
9%
Figur 11. Svarskategorierna för beskrivningen av förbränningsreaktionen i uppgift 10 samt
fördelningen mellan dessa.
I den föreliggande studien är det bland annat uppgifterna 10 och 11 som ska återge elevernas
uppfattningar om materia- och energiomvandlingar samt kemiska reaktioner.
Drygt hälften (54 %) av eleverna svarade att det blir mer än 52 kg respektive mycket mer än
52 kg, vilket tyder på att de tolkar det som en kemisk reaktion mellan bränslet och luften.
Knappt en tredjedel (30 %) av eleverna ansåg att det blir mindre respektive mycket mindre än
35
52 kg, vilket tyder på transmutering. Av de tillfrågade svarade 15 % att det blir ca 52 kg,
vilket tyder på att de tolkar uppgiften som en modifiering.
Angående energiomvandlingarna i fråga 10 så förekom nedanstående svar:
 Vätskan blir till gas. Energin kommer från motorn och blir värme och försvinner ut
genom avgasröret (3 %).
 Energin finns lagrad i bensinen. Kemisk energi tillförs. Strålningsenergi → kemisk
energi → rörelseenergi → värmeenergi (23 %).
 Energi försvinner inte det bara omvandlas (2 %).
 Det försvinner ut i naturen och åker runt i ett kretslopp (2 %).
Figur 12. Exempel på elevsvar på fråga 10.
11. Bilen tankas fullt med 52 kg etanol och körs tills tanken
är tom. Nu ska vi ta reda på hur mycket materia i form av
avgaser som har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad
blir resultatet? Sätt ett kryss!
27%
17%
19%
9%
18%
9%
19%
Mycker mindre än 52 kg
Midre än 52 kg
Cirka 52 kg
Mer än 52 kg
Mycket mer än 52 kg
Vet ej!
Figur 13. Svarskategorierna för beskrivningen av förbränningsreaktionen i uppgift 11 samt
fördelningen mellan dessa.
Det finns en antydan till att 36 % av eleverna anser att det skett en kemisk reaktion, eftersom
de tycker att det blir mer respektive mycket mer än 52 kg. I 38 % av fallen tycker eleverna att
det blir mindre respektive mycket mindre än 52 kg, vilket tyder på att eleverna tolkar detta
som en transmutering. De 17 % som svarade cirka 52 kg, anser att det skett en modifiering.
Endast 9 % av eleverna kunde inte besvara frågan.
Det var några enstaka respondenter som besvarade delfrågan gällande materia- och
energiomvandlingarna. Följande svar framkom:
 Etanol består av kolväten, till exempel rapsolja (2 %).
 Strålningsenergi → kemisk energi → rörelseenergi → värmeenergi (9 %).
 I bensinen rörelseenergi (2 %).
 3 O2 + C2H5OH → 2 CO2 + 3 H2O (5 %).
36
12.Vi tänder en tändsticka och antänder ett stearinljus med
den.
a)Varför behövs tändsticka (eller tändare för den delen)?
8%
16%
15%
23%
52%
8%
1%
För att överkomma
aktiveringsenergin
För att det ska brinna/
antändas
Värme
Syre
Det måste tillföras
energi
Vet ej!
Figur 14. Beskrivningen av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen
av förbränningsreaktionen i uppgift 12 a samt fördelningen mellan dessa.
I stort sett anser nästan alla elever (92 %) att det krävs en yttre påverkan i form av energi,
exempelvis en tändsticka för att det skall brinna. Resterande 8 % anger att det behövs syre för
att det ska brinna, detta tyder på att de anser att det vid all typ av förbränning krävs syre.
12. b) Varför slocknar ljuslågan om vi täcker över med en
bägare?
87%
Syre förbrukas
Vet ej
13%
13%
Figur 15. Resultat för uppgift 12 b där eleverna skulle redogöra för varför ljuset slocknade om
vi täckte över med en bägare.
Det framkom att övervägande del (87 %) av eleverna anser att ljuslågan slocknar eftersom
syre förbrukas. Detta tyder på att de har en generell kännedom om förbränningsreaktioner, det
vill säga att det krävs syrgas för att de ska ske. Endast 13 % kunde inte besvara frågan.
37
12. c) Förklara vilka materia- och energiomvandlingar som
sker då ett stearinljus brinner!
Kemisk energi→värme
Värme → ljusenergi
4%
3%
2%
3%
15%
Syre och bränsle reagerar
Eld
76%
18%
43%
3%
Från stearin till ånga
Värmeenergiomvandling
9%
Kemisk→värme +
ljusenergi
Stearin + syre→något +
koldioxid
Figur 16. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen av
förbränningsreaktionen i uppgift 12 c samt fördelningen mellan dessa.
Ingen av eleverna angav materiaomvandlingar i samband med detta. Något vaga svar förelåg
om materiaomvandling (3 % av elevsvaren), dock snarare i form av fasövergång (modifiering
se avsnitt 2.2.2) återfanns i 3 % av elevsvaren. Beträffande energiomvandlingar ansåg 16 %
av eleverna att detta är en transmutering. I 45 % av fallen finns det antydan till att eleverna
tolkade detta som förbränningsreaktion (kemisk reaktion se avsnitt 3.6).
2%
13. När vi häller i vatten till en höjd av ett par centimeter i en
bägare och tillsätt ett par droppar BTB (indikator) får vattnet
en grön färg. Då vi blåser utandningsluft genom vattnet med
hjälp av sugröret ändras vattnets färg till gult. Förklara vad h
Det blir surt
Kemisk reaktion
4%
21%
9%
Koldioxid → syra
29%
12%
13%
Koldioxid är gul
30%
5%
4%
Det blir surare då koldioxid tillförs
Ändrar färg på grund av syre
Med BTB kollar man om något är
surt eller basiskt.
I vår utandningsluft finns
koldioxid→ bildar kolsyra→ surt
Vet ej!
Figur 17. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen av
syra-basreaktionen i uppgift 13 samt fördelningen mellan dessa.
38
Svarskategorierna 2, 3, 5, 7 och 8 i figur 17 tyder på att 51 % av eleverna förstår att det skett
en kemisk reaktion (se avsnitt 2.2.2). De 32 % av eleverna som svarade enligt svarskategori 1
och 4, tolkar detta som en modifiering. I 4 % av fallen (svarskategori 6) tolkar eleverna detta
som en transmutering. Resterande 13 % kunde inte besvara frågan.
1%
14. Vi droppar några droppar stark saltsyra (HCl) på en bit
kalksten (CaCO3). Då börjar det fräsa, det bildas bubblor!
Förklara vad som hänt!
Kemisk reaktion
2%
18%
Syran fräter sönder
kalksten
Det bildas kolsyra som är
sur
Det sker en neutralisation
54%
55%
24%
Eld
1%
Vet ej!
Figur 18. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen av
syra-basreaktionen i uppgift 14 samt fördelningen mellan dessa.
Drygt hälften (54 %) av eleverna kunde inte besvara frågan medan 1 % svarade felaktigt.
Knappt en fjärdedel (24 %) ansåg att det skett en kemisk reaktion. De resterande 21 % tolkar
detta som en transmutering (se avsnitt 3.6). I två av fallen hade eleverna svarat mer utförligt
och med kemisk reaktion enligt nedan:
 Intensiv reaktion mellan syra och bas, bildar salt, vatten och koldioxid/ kolsyra.
 2 HCl + CaCO3 → H2CO3 + CaCl2.
15. Vad är en kemisk reaktion? Sätt kryss! Observera att
fler än ett alternativ är rätt!
82
67
67
27
13
3
T-sprit
brinner
Vatten
kokar
Is smälter
Järnspik Aluminium
En bit
rostar
oxideras papper rivs
av
Figur 19. Resultat för uppgift 15, uttryckt i procent, där eleverna ska avgöra om de beskrivna
händelserna är exempel på en kemisk reaktion.
Mellan 67 och 82 % av eleverna tycker att det sker en kemisk reaktion när T- sprit brinner,
järnspik rostar samt när aluminium oxiderar. Detta tyder på att de har kännedom om vad en
kemisk reaktion är. Mellan 13 och 27 % tolkade vattnets fasövergångar felaktigt som en
kemisk reaktion. I 3 % av fallen tolkade eleverna felaktigt en formändring som en kemisk
reaktion.
39
16. Vilken fasövergång är det?
82
75
81
81
57
Smör fräser i Vatten fräser i
en stekpanna: en stekpanna:
Kokning
Kokning
De blöta
När vi blåst ut När du blåser
kläderna
ett stearinljus mot en kall
torkar:
kallnar
vindruta:
Avdunstning
stearinet: Kondensering
Stelning
Figur 20. Resultat för uppgift 16, uttryckt i procent, där eleverna ska para ihop de beskrivna
händelserna med korrekt fasövergång. Vid sammanställningen av elevsvaren i figur 20
redogörs endast för andelen korrekta svar.
Mellan 75 och 82 % svarade rätt gällande fasövergångarna; kokning, avdunstning, stelning
samt kondensering. Bara drygt hälften (57 %) hade förstått att det handlar om kokning då
vatten fräser i en stekpanna.
17.Vilken gas bildas då vi löser kalcium(Ca) i vatten (H 2O)?
Sätt ett kryss!
Koldioxid
Vätgas
2%
Syrgas
77%
21%
2%
Figur 21. Svarskategorierna för beskrivningen av gasbildningen i uppgift 17 samt
fördelningen mellan dessa.
Korrekt svar angav 77 % av eleverna, medan resterande 23 % svarade felaktigt.
18.Lös
Löslite
lite jäst
jäst ii ljummet
dudu
får
18.
ljummet vatten.
vatten. Tillsätt
Tillsättsocker
sockeroch
ochmjöl
mjölsåsåattatt
en
deg.
Lägg
degen
i
en
aluminiumform.
Ställ
formen
i
en
skål
och
häll
får en deg. Lägg degen i en aluminiumform. Ställ formen i en skål i
kalkvatten.
Ställ enStäll
uppochnervänd
bägare bägare
över formen
och låt
ochlite
häll
i lite kalkvatten.
en uppochnervänd
över formen
försöket
stå
en
tid
så
att
degen
börjar
jäsa.
Vad
är
det
som
gör
attsom
degen
och låt försöket stå en tid så att degen börjar jäsa. Vad är det
jäser? Sätt kryss!
Syrgas bildas
20%
68%
28%
Vätgas bildas
40%
Etanol bildas
12%
Koldioxid
bildas
Figur 22. Svarskategorierna för beskrivningen av gasbildningen i uppgift 18 samt
fördelningen mellan dessa.
40
De eleverna som svarade att det har bildas koldioxid och etanol har besvarat frågan korrekt
(68 %).
19.Förklara vad som händer då vi löser en brustablett i ett
glas vatten!
Brustabletten löses upp
8%
3% 3%
En kemisk reaktion
Det brusar
19%
30%
Det smälter
6%
56%
5%
Det försvinner
Det bildas kolsyra
Den löses upp och
koldioxid avdunstar
Figur 23. Sammanställningen av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid
beskrivningen av lösningsreaktionen i uppgift 19 samt fördelningen mellan dessa.
Den mest frekventa svarskategorin (56 %) är ”brustabletten löses upp”. Detta tyder på en
uppfattning om modifiering liksom svarsalternativet (3 %), det smälter. Svarsalternativen, det
försvinner (5 %), det bildas kolsyra (6 %) samt kemisk reaktion (8 %) påvisar att eleverna
tolkar detta som transmutering, förflyttning respektive kemisk reaktion. Det rätta
svarsalternativet, ”den löses upp och koldioxid avdunstar” förekom i 19 % av svaren.
3%
20.Vilken gas består luften mest av? Sätt ett kryss!
27%
36%
48%
12%
Koldioxid
Syre
Ädelgaser
Kväve
Vet ej!
22%
Figur 24. Svarskategorierna beträffande den gas som luften består mest av samt fördelningen
mellan dessa.
Endast 36 % av eleverna har kännedom om vilken gas luften består mest av. Av de tillfrågade
elevrna svarade 22 % att det är koldioxid respektive 27 % att det är syre. Det finns en
antydan till att eleverna resonerat utifrån vilken växthusgas som har ökat mest de senaste åren
samt vilken gas det är som vi andas in. I vissa fall (3 %) angav eleverna att luften består till
största delen av ädelgaser.
41
21. Om man tar av skruvkorken på en acetonflaska kan
man efter ett tag känna en acetonlukt. Vilket av följande
alternativ beskriver bäst vad som händer? Sätt ett kryss!
*Alternativ 1
**Alternativ 2
40%
***Alternativ 3
16%
35%
****Alternativ 4
19%
Vet ej!
14%
11%
Figur 25. Svarskategorierna beträffande uppgift 21 samt fördelningen mellan dessa.
*Alternativ 1: Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Då de tränger in i näsan kan man känna en lukt.
**Alternativ 2: En lukt sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan. Näsan kan känna lukten.
***Alternativ 3: Ångor sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan. Näsan kan känna lukten.
****Alternativ 4: Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Från molekylerna strömmar en lukt ut. När molekylerna
är nära näsan kan man känna denna lukt.
De 65 % som svarat att det är alternativ 1, 2 respektive 3 har svarat felaktigt och de har inte
kännedom om molekylernas inneboende rörelse och förstår inte att det har skett en
avdunstning. Det var 19 % av respondenterna som besvarade frågan korrekt (alternativ 4) och
uppvisade en förståelse för molekylernas inneboende rörelse. Endast 16 % kunde inte besvara
frågan.
22.Vad visar partikelbilderna(*)?
Välj ett av orden kemisk reaktion, lösning, avdunstning,
smältning, stelning och kondensation!
51
39
36
28
Smältning
Kemisk reaktion
Avdunstning
Stelning
Figur 26. Resultat för uppgift 22 där eleverna ska avgöra om partikelbilderna åskådliggör en
smältning, kemisk reaktion, avdunstning eller stelning.
(*)
Smältning
Kemisk reaktion
Avdunstning
Stelning
Det framkom att mellan 19 och 25 % svarade rätt gällande de olika fasomvandlingarna medan
en tredjedel svarade rätt beträffande kemisk reaktion. Beträffande uppgift 23 (se bilaga 1), där
42
eleverna skulle förklara materia- och energiomvandlingen i fotosyntesen så var
svarsfrekvensen överlag inte så hög. Bland de få inkommande svaren framkom följande:
 Strålningsenergi/ värmeenergi → kemisk energi. Koldioxid blir till druvsocker (15 %).
 Druvsocker (12 %).
 Rätt kemisk formel för fotosyntesen (6 %).
I endast en tredjedel av svaren fanns det en antydan till att eleverna hade förståelse för de
materia- och energiomvandlingar som sker i fotosyntesen. Gällande uppgift 24 (se bilaga 1),
så var svarsfrekvensen väldigt låg även här. Endast fyra svar erhölls:
 Vi andas ut koldioxid och växter tar upp det. Djur äter det och dör, sen bryts det ner
(ett svar).
 Växter = druvsocker; Döda växter = ren kol; Förbränning = koldioxid; Kemisk energi
(ett svar).
 Det går alltid från kol till koldioxid (två svar)
Det framkom att endast 6 % av eleverna hade kännedom om de materia- och
energiomvandlingar som sker i kolets kretslopp men det var ingen av eleverna som kunde
beskriva de fullständigt. Angående uppgift 25 (se bilaga 1) så var svarfrekvensen något högre
än i uppgift 24 men ändå mycket låg.
25.Förklara materia- och energiomvandlingen som sker i
vattnets kretslopp!
9%
53%
Avdunstning→kondensering
→regnar→rinner till havet
53%
Blir till vattenånga→fångas
38%
av molnet
Vet ej!
Figur 27. Sammanställningen av svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen av
materia- och energiomvandlingar i vattnets kretslopp.
Knappt hälften av eleverna (47 %) hade en förståelse för de fasövergångar som sker i vattnets
kretslopp medan 53 % inte kunde besvara frågan.
43
4.3 Resultat från den elektroniska enkäten
Den elektroniska enkäten där frågorna återfinns i bilaga 3, utfördes enligt avsnitt 3.3, på tre
olika gymnasieskolor i tre olika kommuner i Jönköpings län, med femtio gymnasieelever,
tillhörande både yrkes- och högskoleförberedande program (sammanställning över vilka
elever som deltagit utifrån ålder, kön och program återfinns i bilaga 6).
I den föreliggande studien är det uppgifterna 2 och 3 som ska undersöka om eleverna förstår
vad som består och vad som inte består av atomer samt om de har en kännedom om hur
många grundämnen det finns.
2. Vad består av atomer?
72
72 72 76 72
28 30
76
30
20
14
20
14
6
10
6
Figur 28. Stapeldiagramet visar hur många procent av de tillfrågade eleverna som angett att en
viss kategori i uppgift 2 består av atomer.
Mellan 72 och 76 % av eleverna anser att luft, molekyl, vitsippa, kanin, muskelcell och vatten
består av atomer. Gällande de mer abstrakta begreppen som ljusstråle, magnetfält, skugga,
vakuum, värme och ljud tycker 6-20 % av respondenterna att det består av atomer.
Beträffande frågor om atomens minsta beståndsdelar, tycker mellan 20 och 30 % av eleverna
att de består av atomer. Detta tyder på att mellan 20 och 30 % av eleverna inte har kunskap
om atomens uppbyggnad.
3. Ungefär hur många grundämnen finns det? Sätt ett kryss
vid rätt alternativ!
1
90%
0%
8%
0%
2%
8%
0%
10
100
1000
10000
Vet ej!
Figur 29. De olika cirkelsektorerna visar hur många procent av de tillfrågade eleverna som
svarat på en viss kategori i uppgift 3, gällande det ungefärliga antalet grundämnen.
Det framkom att 90 % av eleverna har kännedom om hur många grundämnen det finns, på ett
ungefär.
44
4. I en bägare finns det 1000 g vatten. Vi tillsätter 300 g
florsocker och rör om tills allt har löst sig. Vad väger nu
florsockerblandningen? Sätt ett kryss och förklara ditt svar!
42%
2%
6%
32%
16%
4%
4%
Mindre än 1000 g
Exakt 1000 g
Mellan 1000 g och 1300 g
Exakt 1300 g
Mindre än 1300 g
Vet ej!
Figur 30. Figuren visar procentsatsen elever som besvarat hur den sammanlagda massan av
vatten och florsocker påverkas när dessa blandas ihop i uppgift 4.
Av de tillfrågade är det 42 % som anser att det kommer att väga exakt 1300 g. Detta antyder
att eleverna tolkar detta som fasövergång och har en kännedom om massans bevarande. Det
var 2 % av elever som inte kunde besvara frågan. Resterande 56 % tror att massan minskar,
vilket tyder på att de tolkar detta som en transmutering (avsnitt 3.6) samt att de inte har
kännedom om massans bevarande.
Tabell 4. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett beträffande
stålullsexperimentet i uppgift 5 samt fördelningen mellan dessa.
5. På en balansvåg hängs upp lika stora och lika tunga stålullsbitar på
varsin sida. Balansvågen är därmed tarerad så nu antänder vi den ena
stålullstussen och låter den brinna. Vågskålen med stålullen som
brunnit sjunker ned och slår i underlaget. Förklara varför!
Elevsvar
Järn oxideras
När det brinner försvinner kolet
Stålull reagerar med syre och blir
tyngre
Stålull brinner och bildar kol
Det blir tätare
För att ull väger mer i flytande
form
Balansvåg
En kemisk reaktion sker och en ny
kemisk förening bildas som även
innehåller syre
Vet ej!
Utvärderingskategorier
enligt avsnitt 3.6
%
12
20
28
Kemisk reaktion
Transmutering
Kemisk reaktion
4
10
2
Transmutering
Modifiering
Modifiering
2
4
Ingen/ övrigt
Kemisk reaktion
18
Ingen/ övrigt
I knappt hälften (44 %) av svaren fanns det en antydan till att eleverna ansåg att det skett en
kemisk reaktion som är det korrekta svaret. Knappt en fjärdedel (24 %) tolkade detta som en
transmutering. I 12 % av svaren framkom det att eleverna tolkade denna händelse som en
modifiering. Endast 2 % av eleverna hade inte besvarat frågan medan en femtedel tolkade
detta som något utöver de angivna utvärderingskategorierna (avsnitt 3.6).
45
Tabell 5. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett beträffande
stålullsexperimentet i uppgift 6 samt fördelningen mellan dessa.
6. Vi stoppar stålull i en mjuk PET flaska, fyller på med vatten, men
låter en del vara fritt från vatten. Morgonen därpå när vi kollar flaskan
har den tillplattats/ skrumpnat ihop en aning och stålullen har fått en
rödbrun färg. Förklara vad som har hänt!
Elevsvar
Har rostat.
Den har korroderat/ oxiderats.
Den har rostat och sugit upp
syre.
Den har dragit åt sig vatten och
rostat.
Stålullen rostar och för att den
ska rosta så behövs syre och det
tas av syret i flaskan och därför
skrumpnas flaskan.
Det har skett en kemisk
reaktion.
Det rostar och förlorar atomer.
Atomer har flyttats till PETflaskans vägg och gjort den
skrymplig.
Den reagerar med innehållet
och sväller upp.
Vet ej!
Utvärderingskategorier
enligt avsnitt 3.6
%
18
24
10
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
Kemisk reaktion
14
Kemisk reaktion
2
Kemisk reaktion
2
Kemisk reaktion
2
2
Transmutering
Förflyttning
2
Kemisk reaktion
24
Ingen/ övrigt
I 72 % av svaren fanns det en antydan till åsikten att det skett en kemisk reaktion, som är den
rätta svarskategorin. I 2 % av fallen ansåg eleverna att det handlar om förflyttning respektive
transmutering medan 24 % inte kunde besvara frågan.
7. Det rödaktiga koppartaket blir efter ett tag grönt, det har
bildats ärg. Var finns ärg innan taket börjar byta färg det
vill säga ärga? Sätt ett kryss!
Den finns i luften
16%
54%
54%
30%
0%
Den finns i koppartaket
Den har ännu inte
bildats
Vet ej!
Figur 31. Svarskategorierna för beskrivning av koppar i uppgift 7 samt fördelningen mellan
dessa.
Det framkom att 54 % av eleverna svarade att den ännu inte har bildats, vilket tyder på att de
har förståelse för att detta är en kemisk reaktion. Av de tillfrågade var det 16 och 30 % som
tolkade detta som en modifiering (den finns i koppartaket) respektive förflyttning (den finns i
luften). Alla har besvarat frågan.
46
8. Vattnet i bägaren på en värmeplatta kokar. Men ser då
att bubblor bildas och stiger upp till vattenytan. Vad
10%
innehåller dessa bubblor? Sätt kryss!
Luft
18%
Vattenånga
2%
Koldioxid
8%
6%
Syre
52%
12%
Väte
Vet ej!
Figur 32. Resultat för uppgift 8 där eleverna skall avgöra vad de gasbubblor består av, som
bildas då vatten kokar.
Av de tillfrågade svarade 52 % att det bildas vattenånga, vilket tyder på att de tolkade detta
som en modifiering, alltså som fasövergång och inte som kemisk reaktion. Endast 2 % kunde
inte besvara frågan, medan 46 % angav svar vilka tyder på transmutering.
9. Bilen tankas fullt med 52 kg bensin och körs tills tanken
är tom. Nu ska vi ta reda på hur mycket materia i form av
11% avgaser har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad blir
resultatet? Sätt ett kryss! Mycket mindre än 52 kg
11%
Mindre än 52 kg
Cirka 52 kg
27%
42%
15%
21%
Mer än 52 kg
Mycket mer än 52 kg
15%
Vet ej!
Figur 33. Svarskategorierna för beskrivning av förbränningsreaktionen i uppgift 9 samt
fördelningen mellan dessa.
I den föreliggande studien är det bland annat uppgifterna 9 och 10 som ska återge elevernas
uppfattningar om materia- och energiomvandlingar samt kemiska reaktioner.
Knappt hälften (40 %) av eleverna svarade att det blir mer än 52 kg respektive mycket mer än
52 kg, vilket tyder på att de tolkar det som en kemisk reaktion mellan bränslet och luften.
Drygt en tredjedel (32 %) av eleverna ansåg att det blir mindre respektive mycket mindre än
52 kg, vilket tyder på eleverna tolkar detta som transmutering. Av de tillfrågade svarade 12 %
att det blir ca 52 kg, vilket tyder på att de tolkar det som modifiering.
10. Bilen tankas fullt med 52 kg etanol och körs tills tanken
är tom. Nu ska vi ta reda på hur mycket materia i form av
avgaser har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad blir
resultatet? Sätt ett kryss!
Mycket mindre än 52 kg
Mindre än 52 kg
22%
Cirka 52 kg
10%
22%
40%
Mer än 52 kg
18%
Mycket mer än 52 kg
10%
Vet ej!
18%
Figur 34. Svarskategorierna för beskrivning av förbränningsreaktionen i uppgift 10 samt
fördelningen mellan dessa.
47
Det finns en antydan till att 40 % av eleverna anser att det skett en kemisk reaktion, eftersom
de tycker att det blir mer respektive mycket mer än 52 kg. I 28 % av fallen tycker eleverna att
det blir mindre respektive mycket mindre än 52 kg, vilket tyder på att eleverna tolkar detta
som en transmutering. De 10 % som svarade cirka 52 kg, anser att det skett en modifiering.
Knappt en femtedel (22 %) kunde inte besvara frågan.
Tabell 6. Beskrivning av de olika svarskategorierna som eleverna angett vid beskrivningen av
förbränningsreaktionen i uppgift 11 a samt fördelningen mellan dessa.
11. Vi tänder en tändsticka och antänder ett stearinljus med den.
a) Varför behövs det tändsticka (eller tändare för den delen)?
Elevsvar
(%)
För att överkomma aktiveringsenergi
10
För att det ska brinna
26
För att tillföra värme
40
Vet ej!
24
I stort sett anser 76 % av eleverna att det krävs en yttre påverkan i form av tillförd energi för
att det skall brinna. Resterande 24 % kunde inte besvara frågan.
Tabell 7 Resultat på fråga 11 b där eleverna skall redogöra varför ljuslågan slocknar om vi
täcker över med en bägare.
11. b) Varför slocknar ljuslågan om vi täcker över med en bägare?
Elevsvar
(%)
Syre tar slut och det krävs syre för att det ska 96
brinna.
Vet ej!
4
Det framkom att i stort sett alla elever (96 %) anser att ljuslågan slocknar eftersom syre
förbrukas. Detta tyder på att de har en generell kännedom om förbränningsreaktioner, det vill
säga att det krävs syrgas för att de ska ske. Endast 4 % kunde inte besvara frågan.
Tabell 8 Resultat på fråga 11c) där eleverna skall redogöra vilka materia- och
energiomvandlingar som sker då ett stearinljus brinner samt fördelning mellan dessa.
11. c) Förklara vilka materia- och energiomvandlingar som Utvärderingskategorier
sker då ett stearinljus brinner!
enligt avsnitt 3.6
Elevsvar
(%)
Kemisk energi omvandlas till värmeenergi
22
Transmutering
Fast-flytande-gasform, det blir värmeenergi
14
Modifiering
Stearin smälter och det bildas koldioxid
4
Kemisk reaktion
Lägesenergi till värmeenergi
2
Transmutering
Stearin smälter
2
Modifiering
Syre blir kväve
2
Transmutering
Syre
2
Transmutering
Varmt
2
Transmutering
Vet ej
50
Ingen
Ingen av eleverna förklarade materiaomvandlingar på mikronivå, det vill säga i form av
reaktanter och produkter, utan snarare på makronivå, i form av fasövergång (återfanns i 16 %
48
av elevsvaren). Beträffande energiomvandlingar ansåg 30 % av eleverna att detta är en
transmutering. Endast i 4 % av fallen finns det antydan till att eleverna tolkade detta som en
kemisk reaktion (avsnitt 3.6). Hälften av respondenterna kunde inte besvara frågan.
Tabell 9. Beskrivning av de olika svarskategorier som eleverna angett vid beskrivning av
syra-basreaktionen i uppgift 12 samt fördelningen mellan dessa.
12. När vi häller i ett par centimeter vatten i en bägare och
Utvärderingskategorier
tillsätt ett par droppar BTB (indikator) får vattnet en grön
enligt avsnitt 3.6
färg. Då vi blåser utandningsluft genom vattnet med hjälp
av sugröret ändras vattnets färg till gult. Förklara vad som
har hänt!
Elevsvar
(%)
Koldioxid påverkar BTB och ändrar färg.
26
Kemisk reaktion
Den blir sur när du blåser på den.
20
Modifiering
pH- förändring. Det bildas kolsyra.
14
Kemisk reaktion
Den gröna färgen påvisar neutralt och när vi
10
Modifiering
blåser på den blir den surare.
Ändrar färg.
2
Modifiering
Vet ej!
28
Ingen
Det påvisades i 40 % av fallen att eleverna förstår att det skett en kemisk reaktion (avsnitt
3.6). Knappt en tredjedel (32 %) av eleverna tolkar detta som modifiering. Resterande 28 %
kunde inte besvara frågan.
13. Vad är en kemsik reaktion? Sätt kryss!OBS fler än ett
alternativ är rätt!
96
94
82
28
26
14
T-sprit
brinner
Vatten
kokar
Is smälter
Järnspik
rostar
Aluminium
En bit
oxideras papper rivs
av
Figur 35. Resultat för uppgift 13 där eleverna ska avgöra om den beskrivna kategorin är
exempel på en kemisk reaktion.
Mellan 82 och 96 % av elever tycker att det sker en kemisk reaktion när T- sprit brinner,
järnspik rostar och aluminium oxideras. Detta tyder på att de har kännedom om vad en kemisk
reaktion är. Mellan 26 och 28 % tolkade felaktigt vattnets fasövergångar som kemisk reaktion.
I 14 % av fallen tolkade eleverna felaktigt en formändring som en kemisk reaktion.
49
14. Vilken fasövergång är det?
68
68
62
54
44
Smör fräser i Vatten fräser i
en stekpanna: en stekpanna:
Kokning
Kokning
De blöta
När vi blåst ut När du blåser
kläderna
ett stearinljus mot en kall
torkar:
kallnar
vindruta:
Avdunstning
stearinet:
Kondensering
Stelning
Figur 36. Resultat för uppgift 14 där eleverna ska para ihop de beskrivna kategorierna med
aktuell fasövergång. Vid sammanställningen av elevsvaren i ovanstående uppgift redogörs
endast för andelen korrekta svar.
Mellan 54 och 68 % svarade rätt gällande fasövergångarna smältning, avdunstning, stelning
samt kondensering. Knappt hälften (44 %) har förstått att det handlar om kokning då vatten
fräser i en stekpanna.
15. Vilken gas bildas då vi löser kalcium (Ca) i vatten
(H2O)? Sätt ett kryss!
Koldioxid
Vätgas
62%
14%
Syrgas
24%
10%
Vet ej!
14%
Figur 37. Beskrivning av de olika svarskategorier som eleverna angett vid beskrivning av
syra-basreaktionen i uppgift 15 samt fördelningen mellan dessa.
Korrekt svar angav 62 % av eleverna, 24 % svarade felaktigt och 14 % kunde inte besvara
frågan.
50
16. Lös lite jäst i ljummet vatten. Tillsätt socker och mjöl så
att du får en deg. Lägg degen i en aluminiumform. Ställ
formen i en skål och häll i lite kalkvatten. Ställ en
uppochnervänd bägare över formen och låt försöket stå en
tid så att degen börjar
42
28
42
26
22
Syrgas bildas Vätgas bildas Etanol bildas
Koldioxid
bildas
Vet ej
Figur 38. Svarskategorier för beskrivning av gasbildning i uppgift 16 samt fördelning mellan dessa.
De eleverna (42 %) som svarat att det bildas etanol och koldioxid har svarat rätt.
10%
8%
17. Förklara vad som händer då vi löser en brustablett i ett
glas vatten!
Tabletten löses upp
En kemisk reaktion
14%
28%
36%
32%
6%
2%
Det brusar
Koldioxid bildas
Det går över från fast
till flytande och gas
Den oxiderar
Vet ej
Figur 39. Sammanställning av de olika svarskategorier som eleverna angett vid beskrivning av
lösningsreaktionen i uppgift 17 samt fördelningen mellan dessa.
Den mest frekventa svarskategorin (32 %) är att brustabletten löses upp. Detta tyder på
modifieringskategorin liksom svarsalternativet (6 %), det går från fast till flytande och gas.
Svarsalternativen, den oxiderar (2 %), koldioxid bildas (10 %) samt kemisk reaktion (14 %)
påvisar att eleverna tolkar detta som en kemisk reaktion.
51
18. Vilken gas består luften mest av? Sätt ett kryss!
Koldioxid
Syre
Ädelgaser
Kväve
Vet ej!
14%
50%
52%
22%
12%
2%
Figur 40. Svarskategorierna i uppgift 18, beträffande den gas som luften består mest av samt
fördelningen mellan dessa.
Hälften av eleverna har kännedom om vilken gas luften består mest av. Av de tillfrågade
svarade 12 % det är koldioxid respektive 22 % att det är syre. Det finns en antydan till att
eleverna resonerat utifrån vilken växthusgas har ökat de senaste åren samt vilken gas är det vi
andas in. Vissa (14 %) svarade att luften består till största delen av ädelgaser.
21. Om man tar av skruvkorken på en acetonflaska kan
man efter ett tag känna en acetonlukt. Vilket av följande
alternativ beskriver bäst vad som händer? Sätt ett kryss!
*Alternativ 1
26%
10%
**Alternativ 2
28%
36%
10%
18%
***Alternativ 3
****Alternativ 4
Vet ej!
Figur 41. Svarskategorierna beträffande uppgift 19 samt fördelningen mellan dessa.
*Alternativ 1: Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Då de tränger in i näsan kan man känna en lukt.
**Alternativ 2: En lukt sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan. Näsan kan känna lukten.
***Alternativ 3: Ångor sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan. Näsan kan känna lukten.
****Alternativ 4: Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Från molekylerna strömmar en lukt ut. När molekylerna
är nära näsan kan man känna denna lukt.
De 72 % som svarat att det är alternativ 1, 2 respektive 3 har svarat felaktigt och de har inte
kännedom om molekylernas inneboende rörelse och förstår inte att det skett en avdunstning.
Det var 18 % av respondenterna som svarat rätt, de hade förståelse för molekylernas
inneboende rörelse. Endast 10 % kunde inte besvara frågan.
52
2%
10%
20 a) Förklara hur atomerna/molekylerna är ordnade då
materia förekommer i fast fas!
Nära varandra
Jättenära
44%
44%
24%
20%
Långt
Nära varandra, stilla
och organiserade
Figur 42. Sammanställning av de olika svarskategorier som eleverna angett uppgift 20a
beträffande förklaringen om hur atomerna/ molekylerna är ordnade i fast fas samt
fördelningen mellan dessa.
I 74 % av fallen svarade eleverna i stort sett rätt. Knappt en fjärdedel (24 %) kunde inte
besvara frågan medan 2 % svarade fel.
20 b) Förklara hur atomerna/molekylerna är ordnade då
materia förekommer i gasfas!
6%
Långt ifrån varandra
18%
Mycket långt ifrån
24%
varandra
26%
Rör sig mycket,
50%
utspridda
Nära
2%
Vet ej
Figur 43. Sammanställning av de olika svarskategorier som eleverna angett uppgift 20b
beträffande förklaringen om hur atomerna/ molekylerna är ordnade i gasfas samt fördelningen
mellan dessa.
I 74 % av fallen svarade eleverna i stort sett rätt. Knappt en fjärdedel (24 %) kunde inte
besvara frågan medan 2 % svarade fel.
20 c) Förklara hur atomerna/molekylerna är ordnade då
materia förekommer i flytande fas!
Inte så nära som i fast
Mellanting mellan gas
och fast
26%
44%
22%
24%
Nära varandra
20%
Långt ifrån varandra
8%
Vet ej
53
Figur 44. Sammanställning av de olika svarskategorier som eleverna angett uppgift 20c
beträffande förklaringen om hur atomerna/ molekylerna är ordnade flytande fast samt
fördelningen mellan dessa.
Drygt hälften av eleverna (56 %) svarade rätt. Knappt en fjärdedel (24 %) kunde inte besvara
frågan medan 20 % besvarade frågan felaktigt.
21. Förklara vilka reaktanter respektive produkter är vid
fotosyntesen!Vilken typ av energi bildas det och vilken typ
av energi krävs för att fotosyntesen skall ske?
Koldioxid+solljus+vatten
4%
4%
→syre+druvsocker
2%
Koldioxid blir till socker
34%
48%
56%
Koldioxid blir till syre
Kemisk energi
8%
Felaktig formel för
fotosyntesen
Vet ej
Figur 45. Sammanställning av de olika svarskategorierna som eleverna angett i uppgift 21, där
de skulle ange vilka är reaktanterna respektive produkterna vid fotosyntesen samt vilken typ
av energi krävs det respektive vilken typ av energi bildas det vid fotosyntesen.
Av de tillfrågade var det 40 % som besvarat frågan rätt. Knappt hälften (48 %) kunde inte
besvara frågan medan 12 % svarat felaktigt. Det var ingen som besvarat fullständigt, där både
materia- och energiomvandling framgår.
2%
36%
22. Förklara materia- och energiomvandlingen som sker i
vattnets kretslopp!
62%
62%
Avdunstning→kondensering
→nederbörd
När vattnet avdunstar tas
energi upp. När det sedan
kondenserar avges energi.
Vet ej
Figur 46. Sammanställning av elevsvar i uppgift 22 beträffande materia- och
energiomvandlingar i vattnets kretslopp.
Det var 38 % av eleverna som svarat korrekt medan 62 % kunde inte besvara frågan. Av de
korrekta svaren var det endast 2 % som angav den korrekta energiomvandlingen.
54
5 Diskussion
5.1 Metoddiskussion
I den föreliggande pilotstudien, i form av strukturerade intervjuer som består av givna
flervalsalternativ fick respondenterna själva fylla i enkäten. På så sätt behöver inte
intervjuaren känna sig stressad över att hinna dokumentera skriftligt allt som sägs. Fördelen
med strukturerade intervjuer är att risken för stora svarsfluktuationer samt missuppfattningar
hos både intervjuaren och respondenten elimineras. Samtidigt säkerställs det att samma
frågeställningar ställs till samtliga deltagare (Bryman 2008 s 205-206, 214). En annan fördel
är att intervjuaren har möjlighet att ställa följdfrågor. I den föreliggande pilotstudien, där det
ställdes följdfrågor, framhålls det att de öppna frågorna besvarades i högre omfattning och
mer utförligt än i samband med den elektroniska enkäten. Fördelen med den elektroniska
enkäten är att den kan distribueras till många respondenter, och att den kan besvaras när
respondenten har tid. Nackdelen är att när respondenterna ska svara enkäten, finns det inte
någon intervjuare tillgänglig, som kan övervaka och se till att rätt person svarar samt för att
reda ut eventuella undringar. De slutna frågorna med givna svarsalternativ underlättar
tolkningen. En annan fördel med den elektroniska enkäten är att respondenten, inte kan
fortsätta till nästa fråga utan att ha besvarat den föregående frågan (enkättjänstens funktion).
På så sätt erhålls fullständig svarsfrekvens för samtliga enkäter. För att reducera antalet
felaktiga svar och gissningar, har därför alternativet ”vet inte” lagts till. Datainsamlingen från
den elektroniska enkäten är betydligt lättare än från de strukturerade intervjuerna.
Strukturerade observationer däremot, i form av demonstrationer, ger mer tillförlitlig
information om olika händelser (Bryman 2008 s 275). Dessutom uppmuntrar praktiska försök
till ett allmänt kritiskt tänkande och ger en metod för att skapa kunskap som är användbar
även i andra sammanhang (Strömdahl 2002 s 97).
För att säkerställa att frågorna i enkäten återspeglar det viktigaste med undersökningen
användes även vissa frågeställningar från tidigare forskning. Studiens validitet ökades tack
vare pilotundersökningen, där det utkristalliseras om frågorna uppfattas på rätt sätt, om de
utvärderar det som avses i denna studie men även deras följdriktighet och om de är tydligt
formulerade för att reducera andelen misstolkningar (Bryman 2008 s 258, 259).
Kontentan av detta blir att validiteten i den föreliggande studien anser jag vara hög. Detta
beror dels på litteraturgenomgången, dels på pilotstudien men det beror också på att det även
användes vissa frågeställningar från tidigare forskning. Reliabiliteten i den föreliggande
studien anser jag vara god. Bättre reabilitet hade kanske erhållits om fler elever hade deltagit i
studien.
55
5.2 Resultatdiskussion
Resultatdiskussionen förs utifrån följande undersökningsområden; elementära kunskaper om
materia, fasövergångar, materia- och energiomvandlingar samt kännedom om gaser, kemiska
reaktioner samt lösning, gasbildning och gaskännedom (tabell 1 samt bilaga 2). I
resultatdiskussionen kommer det även att knytas an till frågeställningarna (avsnitt 1.2).
Beträffande konkreta, vardagsnära exempel som atom, smutspartiklar, stekpanna, molekyl,
vitsippa, kanin, muskelcell, smör och vatten så framgick det att mellan 75 och 97 % av
eleverna ansåg att dessa är exempel på materia. Bara hälften tyckte att luft är materia, vilket
tyder på ”gasblindhet” (Andersson 2011 s 212-213). Angående de mer abstrakta begreppen
som ljus, magnetfält, skugga, vakuum, värme och ljud så framkom det att mellan 4 och 24 %
av eleverna har felaktigt ”materiatänk”. När eleverna istället skulle ange vad atomer består av,
erhölls liknande svarsmönster. Det framkom att eleverna hade lättare för att förstå att
konkreta, vardagsnära, exempel som atom, smutspartiklar, stekpanna, molekyl, vitsippa,
kanin, muskelcell, smör, vatten och luft består av atomer. Det kunde påvisas i samband med
båda undersökningsmetoderna att eleverna hade svårt för de mer abstrakta begreppen som
ljus, magnetfält, skugga, vakuum, värme och ljud. I båda studierna framkom det att mellan 20
och 45 % av eleverna inte har kunskap om atomens uppbyggnad. Det framhålls i båda
undersökningsmetoderna att en övervägande del av eleverna, har kännedom om hur många
grundämnen det finns, på ett ungefär.
I svaren på de uppgifter som skulle undersöka elevernas förståelse för fasövergångar så finns
det en antydan till att eleverna tolkade fasövergångar både som transmutering och som kemisk
reaktion. Då eleverna skulle besvara vad som händer med den totala massan om vi blandar
1000 g vatten och 300 g socker, var det bara mellan 42 och 52 % som svarade att massan blir
1300 g, som är det korrekta svaret. Resten av eleverna ansåg att massan skulle minska, vilket
tyder på att de tolkat det som transmutering. Liknande resultat erhölls även i en engelsk
studie, där bland annat elever i åldern 14 - 16 år deltog (Nordlab Materiens bevarande s 7). I
samband med ett vardagsnära exempel, då vatten kokar, ombads eleverna förklara vad de
gasbubblor som bildas då vatten kokar, består av till övervägande del, svarade mellan 49 och
52 % att det är vattenånga, vilket är det korrekta svaret. Resten av eleverna ansåg att detta är
transmutering. Förvisso kommer de gasbubblorna att innehålla även lite syrgas, koldioxid och
kvävgas men till övervägande delen består de av vattenånga. När samma frågeställning
undersöktes i en studie på Nya Zeeland, där elever i åldern 8 - 17 intervjuades, framkom det
att vissa elever ansåg att det är luft i bubblorna att och denna tillförs utifrån, det vill säga de
tolkar det som förflyttning (Nordlab Materiens faser s 16). Då eleverna ombads att förklara
den materiaomvandling som sker när stearinljus brinner, fanns det en antydan till att (16 % i
den elektroniska enkäten respektive 3 % i pilotstudien) av eleverna hade en förståelse för att
det har skett en fasomvandling. När eleverna ombads att para ihop de beskrivna händelserna
med korrekt fasövergång, så framkom det att mellan 54 och 68 % (elektronisk enkät)
respektive mellan 75 och 82 % (pilotstudien) svarade rätt gällande fasövergångarna
avdunstning, stelning samt kondensering. Båda metoderna påvisade att eleverna har svårt för
att förstå att det handlar om kokning när vatten fräser i en stekpanna.
Eleverna hade svårt för att tolka partikelbilderna, vilka representerar smältning, kemisk
reaktion, avdunstning respektive stelning. Det framkom att mellan 19 och 25 % hade svarat
rätt gällande de olika fasomvandlingarna medan en tredjedel svarat rätt beträffande kemisk
reaktion. Liknande problematik uppmärksammades i en amerikansk studie, där kemistudenter
ombads att balansera reaktionen, där kvävgas reagerar med vätgas och bildar ammoniak. Alla
56
svarade rätt men när de ombads att åskådliggöra detta genom att rita molekylerna så var det
en hel del som hade fel (Andersson 2008 s 357). I den elektroniska enkäten fick eleverna
förklara hur atomerna/molekylerna är ordnade då materia förekommer i fast-, gas- respektive
flytande fas. Det framkom att 74 % hade förståelse för hur atomerna är ordnade i fastrespektive gasfas. Något lägre andel rätta svar (56 %) förelåg på frågan gällande flytande fas.
Beträffande materia- och energiomvandlingar i mer komplexa system som vattnets kretslopp,
framkom det att 38 % (elektroniska enkäten) respektive 47 % (pilotstudien) av eleverna hade
en förståelse för materiaomvandling. Det framhålls i en svensk studie, utförd 1995, att
eleverna i åk 9, länkar ihop solstrålning och växter. Elevernas förklaringar var dock
ofullständiga, då ingen av dem angav sambandet mellan sol, växter och förbränning av ved
(Andersson 2008 s 62-63). I samma studie framkom det att det var relativt få elever som
ansåg att det är luftens koldioxid och solljuset som är anledningen till de växande trädens
massaökning, vilket tyder på att uppfattningen om gränsen mellan materia och energi är oklar
(Andersson 2008 s 139, Nordlab Formativ utvärdering med fotosyntes som exempel s 71).
Det framkom i den föreliggande studien, att endast 2 % av eleverna, hade kännedom om de
energiomvandlingar som sker i vattnets kretslopp. Liknande resultat erhölls i en svensk studie
utförd 1995, där eleverna i åk 9 deltog. Det framhålls att det råder en avsaknad av en koppling
mellan inkommande solstrålning samt vattencykeln och därmed även länken till
hydroelektricitet (Andersson 2008 s 62-63). Denna brist beror på det rådande
undervisningssättet, där det fokuseras på materians omvandling snarare än på
energiomvandlingar i samband med vattnets kretslopp (Andersson 2008 s. 62-63).
Vid förbränning av bensin respektive etanol, där elevernas förståelse för främst
förbränningsreaktioner skulle undersökas, var det mellan 30 och 40 % av eleverna som tolkat
det som kemiska reaktioner. I pilotstudien framkom det att vissa elever hade förståelse för
energiomvandlingar medan i den elektroniska enkäten var det ingen som uppgav något om
energiomvandlingar. Några av eleverna hade till och med rätt kemisk formel. Detta tyder på
att eleverna visar mer kunskaper, när frågeställningen ställs muntligt och besvaras ihop med
andra elever (Strömdahl 2002 s 46). När samma frågeställning undersöktes i en svensk studie
med högstadieelever, innan och efter kemiundervisningen, framkom det att de ansåg att det
kommer att väga mindre, eftersom avgaserna inte väger något. Efter att ha genomgått
kemiundervisning ansåg eleverna att det kommer att väga mer än 50 kg, eftersom bensinen
förenar sig med luftens syre och bildar till största delen CO2 och H2O (Nordlab Kemiska
reaktion s 10). Beträffande händelsen då stearinljus brinner, var det ingen av eleverna som
beskrev materiaomvandlingar, något vagt återfanns det i sällsynta fall i form av
fasövergångar. I stort sett hade de flesta eleverna förståelse för att det skett en
förbränningsreaktion mellan bränslet och luftens syre. De flesta förstod också att det krävs en
yttre påverkan i form av tillförd värmeenergi för att reaktionen skall ske, alltså för att det ska
brinna. Nästan alla elever förstod att ljuset slocknar eftersom syret tar slut.
Om vi tittar på en annan typ av kemiska reaktioner, där det sker endast redoxreaktioner, så är
det uppgifterna om stålull som förbränns, stålull som stoppas i vatten samt ärgat koppartak
som ska undersöka elevernas förståelse för redoxreaktioner. Beträffande förbränning av
stålull, så var det drygt en tredjedel (34 % i pilotstudien) respektive nästan hälften (44 % i den
elektroniska enkäten) av eleverna som ansåg att detta är en kemisk reaktion, som är det
korrekta svarsalternativet. I en svensk studie, utförd med eleverna i årskurs 6-9, framkom det
att eleverna tolkat detta som en transmutering enligt: ”Stålullen som har brunnit har blivit kol.
Kol väger mer” samt ”ett ämne i stålullen förvandlades och blev tyngre när det blev
uppvärmt” (Andresson 2008 s 354). Uppgiften då stålull stoppas i vatten, kunde inte besvaras
av nästan en fjärdedel (24 %) i båda föreliggande undersökningarna. Händelsen åskådliggör
57
en vanlig vardagsföreteelse, nämligen rostning, som är en kemisk reaktion. Det fanns en
antydan, i 72 % av fallen i den elektroniska enkäten och i 71 % av fallen i de strukturerade
intervjuerna, till att eleverna ansåg att detta är en kemisk reaktion, som är det korrekta svaret.
Det framkom att ungefär hälften (48 % i pilotstudien respektive 54 % av de som besvarat den
elektroniska enkäten) av eleverna hade förståelse för att när koppartak ärgar, så sker det en
kemisk reaktion. Kontentan av det är att eleverna har bättre förståelse för redoxreaktioner än
för förbränningsreaktioner. Förvisso inträffar redoxreaktioner i samband med
förbränningsreaktioner. Men i den föreliggande studien är redoxreaktioner underordnade
andra aspekter som skall undersökas i samband med förbränningsreaktioner.
I den föreliggande studien framhölls det att eleverna har svårt för materia- och
energiomvandlingar i mer komplexa system såsom kolets kretslopp, vattnets kretslopp samt
fotosyntesen (se frågeställningar avsnitt 1.2). Beträffande kolets kretslopp, var det i princip
nollprocentig svarsfrekvens. Angående fotosyntesen, så var det en del av eleverna som hade
viss förståelse för energiomvandlingen men det var inte många elever som kunde förklara
materiaomvandlingarna. Det framhålls i en svensk studie, utförd 1995, att eleverna i åk 9,
länkar ihop solstrålning med växter. Elevernas förklaringar var dock ofullständiga, då ingen
av dem angav sambandet mellan sol, växter och förbränning av ved (Andersson 2008 s 6263). Relativt få elever ansåg att det är luftens koldioxid och solljuset som är anledningen till
de växande trädens massaökning, vilket tyder på att gränsen mellan materia och energi är
oklar (Nordlab Formativ utvärdering med fotosyntes som exempel s 62). Gällande vattnets
kretslopp så kunde eleverna beskriva materiaomvandlingar men endast 2 % förklarade
energiomvandlingar. Denna brist beror på det rådande undervisningssättet, där det fokuseras
på materians omvandling snarare än på energiomvandlingar i samband med vattnets kretslopp
(Andersson 2008 s. 62-63). Det framkom att eleverna i stort sett nästan alltid förklarat
materiaomvandlingarna på makronivå, utifrån fasövergångar snarare än på mikronivå utifrån
de ingående atomerna och hur dessa omarrangeras, det vill säga i form av kemiska formler.
Gällande gasbildning och gaskännedom så framkom det att mellan 68 och 77 % i pilotstudien
respektive 42 till 62 % i den elektroniska enkäten hade kännedom om vilken gas det bildas i
samband med olika reaktioner. I en engelsk studie ansåg 37 % av eleverna i 16-18 årsåldern
att den avgivna gasen inte bildas då brustabletten reagerar med vatten, utan att den fanns från
början i brustabletten (Andersson 2008 s 352). Samtliga tre undersökningsmetoder, tyder på
att eleverna har en tendens att tolka detta som en lösningsprocess utan att ange något om den
gasbildning som sker. Det framhålls att endast hälften (50 % i den elektroniska enkäten)
respektive knappt en tredjedel (30 % i pilotstudien) av eleverna hade kännedom om vilken gas
luften består mest av. De 22 respektive 27 % av eleverna som ansåg att luften består mest av
koldioxid respektive syre, kan vid sin tolkning ha utgått ifrån att koldioxid är den viktigaste
växthusgasen samt att syre är den gas vi andas in. Knappt en tredjedel (30 % i pilotstudien)
respektive drygt hälften (54 % i den elektroniska enkäten) av eleverna har kännedom om
molekylernas inneboende rörelse. (Fråga 21 i bilaga 1, fråga 19 i bilaga 3.) Beträffande
gasbildning i samband med mer komplexa system, såsom vattnets kretslopp var det 47 % (i
pilotstudien) respektive 38 % (i den elektroniska enkäten) som hade förståelse för den
avdunstning som sker i vattnets kretslopp. I en israelisk intervjustudie undersöktes
avdunstning av vatten, där det framkom att de yngsta eleverna i 5-årsåldern ansåg att vattnet
försvinner, de i 7-8 årsåldern ansåg att vattnet trängt ner i golvet medan de i 11-årsåldern
svarade att det ombildas till ånga bestående av osynliga partiklar (Nordlab Materiens faser s
14).
58
6 Slutsatser

Knappt hälften av eleverna har bristande kunskaper om atomens uppbyggnad.

Det framhölls att eleverna har oftast en tendens att associera materia med något man
kan se, höra, och/ eller känna på. En del elever hade svarat att skugga är materia, för
det är något man kan se. Enligt samma resonemang ansåg hälften av eleverna att luft
inte är materia, för det är något vi inte kan se.

Det framkom att mer än hälften av eleverna inte är medvetna om massans bevarande
och om energiprincipen.

Eleverna förstår skillnaden mellan kemiska reaktioner och formändring. Gällande
fasövergångar så finns det antydan till att eleverna tolkade fasövergångar både som
transmutering och som kemisk reaktion.

Beträffande förbränning av bensin respektive etanol, var det nästan hälften av eleverna
som ansåg att dessa är kemiska reaktioner. Däremot var det många elever som tyckte
att avgaserna kommer att väga mindre än det ursprungliga bränslet, eftersom gaser
väger inget. Detta tyder på gasblindhet samt bristande kunskaper i massans bevarande.

I den föreliggande studien framhölls det att eleverna har svårt för att förstå materiaoch energiomvandlingar i mer komplexa system såsom kolets kretslopp, vattnets
kretslopp samt fotosyntesen.
59
7 Förslag på fortsatta studier
Mina förslag på fortsatta studier är att fokusera mer på fotosyntesen, kolets och vattnets
kretslopp. Att genom demonstrationer påvisa att det finns koldioxid i luften och att det finns
stärkelse i bland annat frukt. För att åskådliggöra att det krävs solljus och klorofyll för att
fotosyntesen skall ske, kan några groddar sås och placeras i mörker respektive dagsljus och
sedan jämföras efter någon vecka. Dessutom kan energivärdet för exempelvis etanol mätas i
en kalorimeter, där det inledningsvis förklaras att etanol härrör från växter, såsom majs.
Därefter kan det föras en diskussion kring vilken typ av energi finns i etanol samt vilka
energiomvandlingar sker då vi kör bil. Istället för etanol kan även pellets förbrännas och med
hjälp av det värma upp vatten, där det inledningsvis förklaras att pellets tillverkas från träd.
Avslutningsvis kan det diskuteras vilka typer av energiomvandlingar sker när vi eldar pellets
hemma i värmepanna.
60
8 Tack
Ett stort tack till min handledare, Björn Hellquist på Högskolan i Jönköping samt min rektor,
Åsa Eriksson på Brinellgymnasiet som hjälpt till att föra projektet framåt.
Jag vill rikta ett tack till de lärare som lät mig ta dyrbar lektionstid till att genomföra de
strukturerade intervjuerna, den elektroniska enkäten samt demonstrationerna. Ett särskilt tack
till de elever som villigt svarade på alla frågorna samt de rektorerna som tillät mig att göra
undersökningarna.
Dessutom vill jag tacka mitt arbetslag som stått ut med mig under den påfrestande tiden.
Slutligen vill jag tacka min familj för allt deras stöd.
Värnamo, december 2012
Aldijana Puskar
61
9 Referenser
Andersson B.(2011) Att utveckla undervisning i naturvetenskap
Studentlitteratur, ISBN 978- 91- 44- 06896- 1
Andersson B.(2008) Att förstå skolans naturvetenskap
Studentlitteratur, ISBN 978- 91- 44- 05233- 5
Andersson S., Sonesson A., Tullberg A. (1994) Gymnasiekemi 1
Liber Utbildning AB, ISBN 91-634-0002-2
Arfwedson G.B., Arfwedson G. (2008) Didaktik för lärare
Stockholms universitets förlag, ISBN 978- 91- 7656- 518- 6
Atkins P., Paula J.D. (2002) Physical chemistry
Oxford University Press, ISBN 0- 19- 879285- 9
Borén H. m.fl. (2011) Kemiboken 1
Liber, ISBN 978- 91- 47- 08568- 2
Bryman A. (2008) Samhällsvetenskapliga metoder
Liber, ISBN 47- 09068- 6
Driver, R. (1983). The pupils as scientist? Milton Keynes: Open university press.
ISBN: 0-335-10178-X
Dysthe O. (2010) Det flerstämmiga klassrummet
Studentlitteratur, ISBN 978- 91- 44- 61631- 5
Ellervik U., Sterner O.(2007) Organisk kemi
Studentlitteratur, ISBN 978- 91- 44- 03721- 9
Forsell A. (2008) Boken om pedagogerna
Liber, ISBN 47- 05230- 1
Franco, A. G., & Taber, K. S. (2009). Secondary students’ thinking about familiar
phenomena: Learners’ explanations from a curriculum context where ‘particles’ is a key idea
for organizing teaching and learning. International Journal of Science Education, 31 (14),
1917-1952
Frid J. (2011) Energiteknik 1
Gleerups Utbildning AB, ISBN 978- 91- 40- 67498- 2
Gustavsson B. (2002) Vad är kunskap
Myndigheten för skolutveckling
Hjorth I. (2005) Ekologi för miljöns skull
Liber, ISBN 91- 47- 05104- 3
62
Hwang, B-T., & Chiu, S-F. (2004). The effect of a computer instructional model in bringing
about a conceptual change in students’ understanding of particulate concepts of gas. Paper
presented to the Proceedings of the 2004 informing science and information technology
education joint conference, Rockhampton, Australia. Retrieved from
http://2004.informingscience.org/ScheduleByTopicsPage4.htm
Håkansson R. (1995) Organisk kemi del 2- kemiska ämnesklasser
Johansson B., Svedner P.O. (2010) Examensarbetet i lärarutbildningen
Kunskapsfölaget i Uppsala AB, ISBN 91- 89040- 74- 0
Jönsson, G., & Nilsson, E. (2007). Tillämpad atomfysik. Lund: Teach Support
Larsson S. (1986) Kvalitativ analys
Studentlitteratur, ISBN 91-44-24331-6
Lee, O., Eichinger, D. C., Anderson, C. W., Berkheimer, G. D., & Blakeslee, T. D. (1993).
Changing middle school students’ conceptions of matter and molecules. Journal of Research
in Science Teaching 30(3), 249-270
I kunskapens namn (2007)
Lärarförbundet
Margel, H., Eylon, B-S., & Scherz, Z. (2008). A Longitudinal Study of Junior High School
Students’ Conceptions of the Structure of Materials. Journal of research in science teaching,
45(1), 132-152
Nordlab Materiens byggnad
Nordlab Materiens faser
Nordlab Materiens bevarande
Nordlab Kemiska reaktioner
Nordlab Blandning, lösning och vattnets kretslopp
Nordlab Energiflödet genom naturen och samhället
Shoultz, J. (2000). Att samtala om/ i naturvetenskap. Kommunikation, kontext och artefakt.
Linköping: Linköpingsuniversitet. ISBN: 91-7219-653-X
Sjöberg S. (2010) Naturvetenskap som allmänbildning
Studentlitteratur, ISBN 978- 91- 44- 05349- 3
Skolverket (2012) Kursplan för Naturkunskap A, 50 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/gymnasieskola-fore-ht2011/kursplaner/sok-amnen-och-kurser/subjectKursinfo.htm?subjectCode=NK
63
Skolverket (2012) Kursplan för Naturkunskap B, 100 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/gymnasieskola-fore-ht2011/kursplaner/sok-amnen-och-kurser/subjectKursinfo.htm?subjectCode=NK
Skolverket (2012) Ämnes och läroplan för Naturkunskap 1a1, 50 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/amnes-ochlaroplaner/nak?subjectCode=NAK&courseCode=NAKNAK01a1#anchor_NAKNAK01a1
Skolverket (2012) Ämnes och läroplan för Naturkunskap 2, 100 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/amnes-ochlaroplaner/nak?subjectCode=NAK
Skolverket (2012) Kursplan för Kemi A, 100 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/gymnasieskola-fore-ht2011/kursplaner/sok-amnen-ochkurser/subjectKursinfo.htm?subjectCode=KE&courseCode=KE1201#anchor_KE1201
Skolverket (2012) Ämnes och läroplan för Kemi 1, 100 poäng. Hämtad från
http://www.skolverket.se/forskola-och-skola/gymnasieutbildning/amnes-och-laroplaner/sokprogram-och-amnesplaner/subject.htm?subjectCode=KEM
Stenmark M. (2000) Miljöetik och miljövård
Studentlitteratur, ISBN 91-44-01220-9
Strömdahl H. (2002) Kommunicera naturvetenskap i skolan
Studentlitteratur, ISBN 91- 44- 04077- 6
Wickman P.O., Persson H. (2009) Naturvetenskap och naturorienterade ämnen i grundskolan
Liber, ISBN 47- 05333- 9
Wiedersheim P. F., & Eriksson, L. T., (1991) Att utreda, forska och rapportera.
Liber
Zumdahl S., Zumdahl S.A. (2000) Chemistry
Houghton Mifflin Company, ISBN 0- 395- 98581- 1
64
Bilaga 1 Frågor till pilotstudien i form av strukturerade intervjuer
1.Vad är materia?
Om du tycker att en atom är materia, så kryssar du i JA rutan. Om du däremot tycker att en
atom inte är materia, så kryssar du i NEJ rutan. Fortsätt sedan med resten av listan!
JA
NEJ
JA
NEJ
atom
□
□
kanin
□
□
smutspartiklar
□
□
muskelcell
□
□
stekpanna
□
□
smör
□
□
ljus
□
□
skugga
□
□
luft
□
□
vatten
□
□
magnetfält
□
□
vakuum
□
□
molekyl
□
□
värme
□
□
vitsippa
□
□
ljud
□
□
2. Vad består av atomer?
Om du tycker att en elektron består av atomer, så kryssar du i JA rutan. Om du däremot tycker
att en elektron inte består av atomer, så kryssar du i NEJ rutan. Fortsätt sedan med resten av
listan!
JA
NEJ
JA
NEJ
elektron
□
□
kanin
□
□
atomkärna
□
□
muskelcell
□
□
kvarkar
□
□
proton
□
□
ljusstråle
□
□
skugga
□
□
luft
□
□
vatten
□
□
magnetfält
□
□
vakuum
□
□
molekyl
□
□
värme
□
□
vitsippa
□
□
ljud
□
□
3. Ungefär hur många grundämnen finns det? Sätt ett kryss vid rätt alternativ!
□1
□10
□100
□1000
□10000
4. I en bägare finns det 1000 g vatten. Vi tillsätter 300 g florsocker och rör om tills allt har
löst sig. Vad väger nu florsockerblandningen i bägaren? Sätt ett kryss och förklara ditt svar!
□ mindre än 1000 g
□ exakt 1000 g
□ mellan 1000 g och 1300 g
□ exakt 1300 g
□ mindre än 1300 g
65
5. På en balans våg hängs upp lika stora och lika tunga stålullsbitar på varsin sida.
Balansvågen är därmed tarerad så nu antänder vi den ena stålullstussen och låter den brinna.
Vågskålen med stålullen som brunnit sjunker ned och slår i underlaget. Förklara varför!
6. Vi stoppar stålull i en mjuk PET flaska, fyller på med vatten, men låter en del vara fritt från
vatten. Morgonen därpå när vi kollar flaskan har den tillplattats/ skrumpnat ihop en aning och
stålullen har fått en rödbrun färg. Förklara vad har hänt!
7. Det rödaktiga koppartaket blir efter ett tag grönt, det har bildats ärg. Var finns ärg innan
taket börjar byta färg det vill säga börjat ärga? Sätt ett kryss!
□ Den finns i luften
□ Den finns i koppartaket
□ Den har ännu inte bildats
Förklara!
8. Lite träflis läggs på en askkopp och täcks med en bägare (fall 1). Träflis antänds (fall 2).
Aska erhålls (fall 3). Vad skulle man observera om allt vägdes i alla tre fallen? Sätt ett kryss!
□ I fall 1 skulle man få högst vikt
□ I fall 2 skulle man få högst vikt
□ I fall 3 skulle man få högst vikt
□ Annat svar
66
Förklara energi- och materiaomvandlingen! Vilka typer av atomer/ molekyler har vi före
reaktionen, under reaktionen och efter reaktionen? Var kommer energin ifrån samt vart tar
den vägen?
9. Vattnet i bägaren på en värmeplatta kokar. Man ser då att bubblor bildas och stiger upp till
vattenytan. Vad innehåller dessa bubblor? Sätt ett kryss!
□ Luft
□ Vattenånga
□ Syre
□ Väte
□ Koldioxid
Förklara energiomvandlingen!
10. Bilen tankas fullt med 52 kg bensin och körs tills tanken är tom. Nu ska vi ta reda på hur
mycket materia i form av avgaser som har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad blir
resultatet? Sätt ett kryss!
□ Mycket mindre är 52 kg
□ Mindre än 52 kg
□ Cirka 52 kg
□ Mer än 52 kg
□ Mycket mer än 52 kg
Förklara materia- och energiomvandlingen! Var finns energin från början? Vilken typ av
energi tillförs och vad blir det av den energin, vart tar den vägen?
67
11. Bilen tankas fullt med 52 kg etanol och körs tills tanken är tom. Nu ska vi ta reda på hur
mycket materia i form av avgaser som har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad blir
resultatet? Sätt ett kryss!
□ Mycket mindre är 52 kg
□ Mindre än 52 kg
□ Cirka 52 kg
□ Mer än 52 kg
□ Mycket mer än 52 kg
Förklara materia- och energiomvandlingen! Var finns energin från början? Vilken typ av
energi tillförs och vad blir det av den energin, vart tar den vägen?
12. Vi tänder en tändsticka och antänder ett stearinljus med den.
a) Varför behövs det tändsticka (eller tändare för den delen)?
b) Varför slocknar ljuslågan om vi täcker över med en bägare?
c) Förklara vilka materia- och energiomvandlingar sker då ett stearinljus brinner!
13. När vi häller i vatten till en höjd av ett par centimeter i en bägare och tillsätter ett par
droppar BTB (indikator) får vattnet en grön färg. Då vi blåser utandningsluft genom vattnet
med hjälp av sugröret ändras vattnets färg till gult. Förklara vad har hänt!
14. Vi droppar några droppar stark saltsyra (HCl) på en bit kalksten (CaCO3). Då börjar det
fräsa, det bildas bubblor! Förklara vad som hänt!
15. Vad är en kemisk reaktion? Sätt krys! Observera att fler än ett alternativ är rätt!
□ T-sprit brinner
□ Vatten kokar
□ Is smälter
□ Järnspiken rostar
□ Aluminium oxideras
□ En bit papper rivs av
16. Vilken fasövergång är det?
I den vänstra spalten nedan är fyra olika händelser beskrivna. I den högra spalten skall du, för
varje händelse, skriva ett av orden smältning, avdunstning, kokning, kondensering eller
stelning. Välj det ord som passar in bäst.
Smör fräser i en stekpanna __________________________
Vatten fräser i en stekpanna__________________________
De blöta kläderna torkar__________________________
När vi blåst ut ett stearinljus kallnar stearinet__________________________
När du blåser mot en kall vindruta__________________________
68
17. Vilken gas bildas då vi löser kalcium (Ca) i vatten (H2O)? Sätt ett kryss!
□Koldioxid
□Vätgas
□ Syrgas
18. Lös lite jäst i ljummet vatten. Tillsätt socker och mjöl så att du får en deg. Lägg degen i en
aluminiumform. Ställ formen i en skål och häll i lite kalkvatten. Ställ en uppochnervänd
bägare över formen och låt försöket stå en tid så att degen börjar jäsa.
Vad är det som gör att degen jäser? Sätt kryss!
□ Syrgas bildas
□ Vätgas bildas
□ Etanol bildas
□ Koldioxid bildas
19. Förklara vad händer då vi löser en brustablett i ett glas vatten!
20. Vilken gas består luften mest av? Sätt ett kryss!
□Koldioxid
□Syre
□Ädelgaser
□ Kväve
21. Om man tar av skruvkorken på en acetonflaska kan man efter ett tag känna en acetonlukt.
Vilket av följande alternativ beskriver bäst vad som händer? Sätt ett kryss!
□ Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Då de tränger in i näsan
kan man känna en lukt.
□ En lukt sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan.
Näsan kan känna lukten.
□ Ångor sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan. Näsan
kan känna lukten.
□ Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Från molekylerna
strömmar en lukt ut. När molekylerna är nära näsan kan man känna denna lukt.
69
22. Vad visar partikelbilderna?
Vita cirklar betecknar atomer av ett slag, mönstrade cirklar betecknar atomer av ett annat slag
och svarta cirklar betecknar atomer av ett tredje slag. Det har hänt något med atomerna frågan
är vad. Beskriv för varje fall vad har hänt!
Välj ett av orden kemisk reaktion, lösning, avdunstning, smältning, stelning och
kondensation! Ange om ämnet har mottagit energi, avgett energi eller varken mottagit eller
avgett energi!
____________________________________
_____________________________________
____________________________________
___________________________________
23. Förklara materia- och energiomvandlingen som sker vid fotosyntesen!
70
24. Förklara materia- och energiomvandlingen som sker i kolets kretslopp!
25. Förklara materia- och energiomvandlingen som sker i vattnets kretslopp!
71
Bilaga 2 Kort översikt över vad pilotstudiens frågor är avsedda att
undersöka
Tabell 10. Kort översikt över vad pilotstudiens frågor är avsedda att undersöka
Undersöknings
område
Uppgift
Uppgiften skall undersöka om eleverna:
Aktuellt
uppnåendemål
respektive
centraltinnehåll
Elementära
kunskaper om
materia
1,2
Förstår vad som består och vad som inte
består av atomer.
3
Har kännedom om hur många grundämnen
det finns.
4
Inser att socker i fast form nu återfinns i
flytande form, i lösningen eller ”att det
försvinner”.
9
Inser att vatten övergår från flytande till fast
eller anser de istället att vattenånga
försvinner. Men även om de återger en mer
fullständig förklaring och även anger syrgas.
12
Inser att stearin övergår till flytande form och
att det för detta krävs en yttre påverkan, i
form av tändsticka och syrgas.
16
Har lättare att förstå fasövergångar i samband
med vardagsnära exempel.
22
Förklarar hur materia i i fast, flytande
respektive gas är uppbyggt utifrån
partikelmodellen.
25
Förklarar inte bara materia- utan även
energiomvandlingar som sker i vattnets
kretslopp.
8, 9, 10,
12
Har kännedom om materians- och energins
bevarande samt förklarar att det skett en
kemisk reaktion med luftens syre.
Kemi A punkt 4,
Kemi 1 punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 1-2.
Kemi A punkt 4,
Kemi 1 punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 1 och 2.
Naturkunskap B
punkt 4 samt Kemi 1
punkt 6.
Naturkunskap B
punkt 4, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6 samt
Naturkunskap 2
punkt 2.
Naturkunskap A
punkt 5 samt Kemi 1
punkt 6-7.
Naturkunskap B
punkt 4 samt Kemi 1
punkt 6.
Kemi 1 punkt 1-2
samt Naturkunskap 2
punkt 2.
Naturkunskap A
punkt 6, Kemi A
punkt 4,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2.
Naturkunskap A
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Fasövergångar
Materia- och
energiomvandl
ingar samt
kännedom om
gaser
72
16, 21,
22
23, 24
Kemiska
reaktioner
5
6
7
8, 9, 10
12
13
Förklarar fasomvandlingarna kondensation,
sublimering och avdunstning på partikelnivå
samt knyter an till de energiomvandlingar
som sker i samband med detta.
Naturkunskap A
punkt 6-8, Kemi A
punkt 4,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Förklarar att strålningsenergi från solen
Naturkunskap A
omvandlas till kemisk energi samt att
punkt 6-8, Kemi A
kolföreningar genomgår olika omvandlingar,
punkt 4,
från koldioxid i luften till druvsocker, som
Naturkunskap 1a1
utgör växternas energireserv.
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Inser att det skett en kemisk reaktion med
Naturkunskap B
luftens syre eller anser de istället att ämnet
punkt 5, Kemi A
har packats ihop, genomgått formändring eller punkt 5 och 7 samt
ombildats till kol (det vill säga de förknippar
Kemi 1 punkt 4 och
all förbränning med kol).
7.
Förklarar att järn har rostat, det vill säga
Naturkunskap B
oxiderats samt inser att luftens syre i PETpunkt 5, Kemi A
flaskan förbrukats vilket leder till att flaskan
punkt 5 och 7 samt
tillplattats.
Kemi 1 punkt 4 och
7.
Inser att ärg är en kopparförening som ännu
Naturkunskap B
inte har bildats, utan bildas först då koppar
punkt 5, Kemi A
oxideras av luftens syre.
punkt 5 och 7 samt
Kemi 1 punkt 4 och
7.
Förklarar att det skett kemisk reaktion mellan Naturkunskap A
bränslet och luftens syre vid förbränningen.
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Förklarar att koldioxid i utandningsluften har Kemi A punkt 8,
lösts i vatten och bildat kolsyra som är sur. Då Kemi 1 punkt 3 och
BTB har gult omslag vid sura pH-värden så
7.
ändras färgen till gult.
Inser att förbränning är en kemisk reaktion
samt att de inser skillnaden mellan kemisk
reaktion, fasändring samt formändring.
73
Naturkunskap A
punkt 8, Kemi A
punkt 5, Kemi 1
punkt 6-7,
Naturkunskap 1a1
punkt 1 samt
Naturkunskap 2
punkt 2 och 5.
Lösning,
gasbildning
och
gaskännedom
14
Förklarar att det skett en kemisk reaktion
mellan saltsyra som är sur och kalksten som
är basisk.
15, 16
Har kännedom om vilken gas som bildas.
17, 18,
19
Inser:
Att det bildas vätgas då vi löser kalcium(Ca) i
vatten (H2O).
Att det bildas koldioxid vid jäsning.
Att det bildas koldioxid då vi löser en
brustablett. Alltså att den inte fanns i tabletten
från början utan bildas via en kemisk
reaktion.
Har kännedom om vilka gaser luften består av
och att luften i sig är en gas.
Har kännedom om molekylernas inneboende
rörelse och egenskaper.
20
21, 22
74
Kemi A punkt 8,
Kemi 1 punkt 3 och
7.
Naturkunskap B
punkt 5 samt Kemi 1
punkt 2 och 7.
Naturkunskap B
punkt 5 samt Kemi 1
punkt 2 och 7.
Naturkunskap 2
punkt 1.
Kemi A punkt 4 samt
Kemi 1 punkt 1.
Bilaga 3 Frågor till den elektroniska enkäten
1. Om dig själv:
Ålder:
Kön:
Program och årskurs:
Skola:
2. Vad består av atomer?
Om du tycker att en elektron består av atomer, så kryssar du i JA rutan. Om du däremot
tycker att en elektron inte består av atomer, så kryssar du i NEJ rutan. Fortsätt sedan med
resten av listan!
JA
NEJ
JA
NEJ
elektron
□
□
kanin
□
□
atomkärna
□
□
muskelcell
□
□
kvarkar
□
□
proton
□
□
ljusstråle
□
□
skugga
□
□
luft
□
□
vatten
□
□
magnetfält
□
□
vakuum
□
□
molekyl
□
□
värme
□
□
vitsippa
□
□
ljud
□
□
3. Ungefär hur många grundämnen finns det? Sätt ett kryss vid rätt alternativ!
□1
□10
□100
□1000
□10000
4. I en bägare finns det 1000 g vatten. Vi tillsätter 300 g florsocker och rör om tills allt har
löst sig. Vad väger nu florsockerblandningen i bägaren? Sätt ett kryss och förklara ditt
svar!
□ mindre än 1000 g
□ exakt 1000 g
□ mellan 1000 g och 1300 g
□ exakt 1300 g
□ mindre än 1300 g
5. På en balansvåg hängs upp lika stora och lika tunga stålullsbitar på varsin sida.
Balansvågen är därmed tarerad så nu antänder vi den ena stålullstussen och låter den
brinna. Vågskålen med stålullen som brunnit sjunker ned och slår i underlaget. Förklara
varför!
6. Vi stoppar stålull i en mjuk PET flaska, fyller på med vatten, men låter en del vara fritt
från vatten. Morgonen därpå när vi kollar flaskan har den tillplattats/ skrumpnat ihop en
aning och stålullen har fått en rödbrun färg. Förklara vad har hänt!
7. Det rödaktiga koppartaket blir efter ett tag grönt, det har bildats ärg. Var finns ärg innan
taket börjar byta färg det vill säga börjat ärga? Sätt ett kryss!
□ Den finns i luften
□ Den finns i koppartaket
□ Den har ännu inte bildats
Förklara!
75
8. Vattnet i bägaren på en värmeplatta kokar. Man ser då att bubblor bildas och stiger upp
till vattenytan. Vad innehåller dessa bubblor? Sätt ett kryss!
□ Luft
□ Vattenånga
□ Koldioxid
□ Syre
□ Väte
Förklara energiomvandlingen!
9. Bilen tankas fullt med 52 kg bensin och körs tills tanken är tom. Nu ska vi ta reda på
hur mycket materia i form av avgaser som har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad
blir resultatet? Sätt ett kryss!
□ Mycket mindre är 52 kg
□ Mindre än 52 kg
□ Cirka 52 kg
□ Mer än 52 kg
□ Mycket mer än 52 kg
Förklara materia- och energiomvandlingen! Var finns energin från början? Vilken typ av
energi tillförs och vad blir det av den energin, vart tar den vägen?
10. Bilen tankas fullt med 52 kg etanol och körs tills tanken är tom. Nu ska vi ta reda på
hur mycket materia i form av avgaser som har kommit ut ur avgasröret under tiden. Vad
blir resultatet? Sätt ett kryss!
□ Mycket mindre är 52 kg
□ Mindre än 52 kg
□ Cirka 52 kg
□ Mer än 52 kg
□ Mycket mer än 52 kg
Förklara materia- och energiomvandlingen! Var finns energin från början? Vilken typ av
energi tillförs och vad blir det av den energin, vart tar den vägen?
11. Vi tänder en tändsticka och antänder ett stearinljus med den.
a) Varför behövs det tändsticka (eller tändare för den delen)?
b) Varför slocknar ljuslågan om vi täcker över med en bägare?
c) Förklara vilka materia- och energiomvandlingar sker då ett stearinljus brinner!
12. När vi häller i vatten till en höjd av ett par centimeter i en bägare och tillsätter ett par
droppar BTB (indikator) får vattnet en grön färg. Då vi blåser utandningsluft genom
vattnet med hjälp av sugröret ändras vattnets färg till gult. Förklara vad har hänt!
13. Vad är en kemisk reaktion? Sätt krys! Observera att fler än ett alternativ är rätt!
□ T-sprit brinner
□ Vatten kokar
□ Is smälter
□ Järnspiken rostar
□ Aluminium oxideras
□ En bit papper rivs av
14. Vilken fasövergång är det?
I den vänstra spalten nedan är fyra olika händelser beskrivna. I den högra spalten skall du,
för varje händelse, skriva ett av orden smältning, avdunstning, kokning, kondensering
eller stelning. Välj det ord som passar in bäst.
Smör fräser i en stekpanna__________________________
Vatten fräser i en stekpanna__________________________
De blöta kläderna torkar__________________________
76
När vi blåst ut ett stearinljus kallnar stearinet__________________________
När du blåser mot en kall vindruta__________________________
15. Vilken gas bildas då vi löser kalcium (Ca) i vatten (H2O)? Sätt ett kryss!
□Koldioxid
□Vätgas
□ Syrgas
16. Lös lite jäst i ljummet vatten. Tillsätt socker och mjöl så att du får en deg. Lägg degen
i en aluminiumform. Ställ formen i en skål och häll i lite kalkvatten. Ställ en
uppochnervänd bägare över formen och låt försöket stå en tid så att degen börjar jäsa.
Vad är det som gör att degen jäser? Sätt ett kryss!
□ Syrgas bildas
□ Vätgas bildas
□ Etanol bildas
□ Koldioxid bildas
17. Förklara vad händer då vi löser en brustablett i ett glas vatten!
18. Vilken gas består luften mest av? Sätt ett kryss!
□Koldioxid
□Syre
□Ädelgaser
□ Kväve
19. Om man tar av skruvkorken på en acetonflaska kan man efter ett tag känna en
acetonlukt. Vilket av följande alternativ beskriver bäst vad som händer? Sätt ett kryss!
□ Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Då de tränger in i
näsan kan man känna en lukt.
□ En lukt sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan.
Näsan kan känna lukten.
□ Ångor sprider sig åt alla håll från acetonflaskan, men inga molekyler lämnar flaskan.
Näsan kan känna lukten.
□ Molekyler från acetonflaskan sprider sig åt alla håll från flaskan. Från molekylerna
strömmar en lukt ut. När molekylerna är nära näsan kan man känna denna lukt.
20. Förklara hur är atomerna/molekylerna ordnade då materia förekommer i de olika
aggregationstillstånden? Ex är de nära- eller långt ifrån varandra?
Fast fas:
Flytande:
Gasfas:
21. Förklara vilka är reaktanter respektive produkter vid fotosyntesen! Vilken typ av
energi bildas det och vilken typ av energi krävs för att fotosyntesen skall ske?
22. Förklara materia- och energiomvandlingen som sker i vattnets kretslopp!
77
Bilaga 4 Centrala innehåll i de nya kursplanerna KEMKEM01,
NAKNAK01a1 och NAKNAK02 vilka aktualiserats i den föreliggande
studien
Gällande kemi 1 framhålls följande centrala innehåll, punkt 1-4 samt 6-7 i den föreliggande
studien:
 ”Modeller och teorier för materians uppbyggnad och klassificering”.
 ”Kemisk bindning och dess betydelse för till exempel förekomst, egenskaper och
användningsområden för organiska och oorganiska ämnen”.
 ”Syra-basreaktioner, inklusive pH-begreppet och buffertförmågan”.
 ”Redoxreaktioner, inklusive elektrokemi”.
 ”Energiomsättningar vid fasomvandlingar och kemiska reaktioner”.
 ”Tolkning och skrivning av formler för kemiska föreningar och reaktioner”.
Inom ramen för naturkunskap 1a1 avhandlas endast centralt innehåll punkt 1 i den
föreliggande studien:
 ”Frågor om hållbar utveckling: energi, klimat och ekosystempåverkan.
Ekosystemtjänster, resursutnyttjande och ekosystemens bärkraft”.
Beträffande naturkunskap 2 har centrala innehåll punkt 1,2 och 5 aktualiserats i den
föreliggande undersökningen:
 ”Universums utveckling som förklaring till materians uppkomst och jordens
sammansättning”.
 ”Materians uppbyggnad, ämnens egenskaper, växelverkan, kretslopp och
oförstörbarhet. Samband och skillnader mellan energi och materia”.
 ”Organiska och oorganiska ämnen i vardag och samhälle. Industriella processer,
teknikutveckling och miljöperspektiv som rör framställning av moderna material,
livsmedel och andra produkter”.
78
Bilaga 5 Laborationshandledning för demonstrationer
1. Försök med värmeljus
A. Tänd ljuset.
B. Låt eleverna diskutera varför det behövs tändsticka/
tändare och vad som händer med stearinet?
C. Låt eleverna förklara vad som händer om vi ställer en
bägare upp och ner över ljuset?
D. Ställ bägaren upp och ner över ljuset. Be eleverna
förklara varför ljuset slocknade samt vad är det som
börjat bildas i form av imma?
E. Vilken generell slutsats kan vi dra gällande alla typer av
förbränningsreaktioner inklusive cellandningen?
2. Försök med stålull
A. Berätta inledningsvis för eleverna att stålull är
en form av järn.
B. Häng sedan upp två stålullsbitar på en
balansvåg så att vågen är balanserad.
C. Antänd den ena stålullstussen och låt den
brinna ut.
D. Vågskålen med den ena stålullstussen sjunker
sedan sakta ner och efter avslutad förbränning
har vågskålen slagit i underlaget.
E. Be eleverna förklara varför vågskålen sjunker
ner.
3. Försök med BTB och utandningsluft
A. Berätta inledningsvis för eleverna att
indikatorer används för att avgöra om en
lösning är sur eller basisk. Olika indikatorer har
olika färg i sur respektive basisk lösning.
B. Häll ett par centimeter vatten i en bägare.
Tillsätt ett par droppar BTB- indikator.
C. Blås utandningsluft genom vattnet med hjälp
av sugröret tills det blir ett färgomslag.
D. Be eleverna förklara vad det gula färgomslaget
indikerar samt varför det blev så.
79
4.
A.
B.
C.
D.
Försök med brustablett
Häll ett par centimeter kallt vatten i en bägare.
Lägg i en brustablett C- vitamin i vattnet.
Be eleverna förklara vad är det som händer.
Be eleverna förklara vad som händer om vi
istället tar varmt vatten?
80
Bilaga 6 Sammanställning över vilka elever som deltog i studien utifrån
kön, ålder respektive program
Tabell 10. Sammanställning av elever som deltog i pilotstudien samt i demonstrationerna
utifrån kön, ålder respektive program
Kön
Kille
Tjej
42 elever
25 elever
Ålder
17 år
18 år
19 år
36 elever
20 elever
11 elever
Program Teknik
Natur
El och energi Samhäll
Frisör
28 elever
10 elever
12 elever
13 elever
4 elever
Tabell 11. Sammanställning av elever som deltog i den elektroniska enkäten utifrån kön, ålder
respektive program
Kön
Kille
Tjej
40 elever
10 elever
Ålder
17 år
18 år
19 år
20-24 år
16 elever
20 elever
11 elever
3 elever
Program Teknik
Natur
El och energi Samhäll
Komvux
24 elever
10 elever
11 elever
3 elever
2 elever
81