Modeller för ljus

advertisement
Fakulteten för teknik- och naturvetenskap
Avdelningen för fysik och elektroteknik
Robin Möller
Modeller för ljus
En jämförelse mellan svenska
och engelska läroböcker
Models of light
A comparison between Swedish
and English textbooks
Examensarbete 15 högskolepoäng
Lärarprogrammet
Datum:
Handledare:
Karlstads universitet 651 88 Karlstad
T fn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60
[email protected] www.kau.se
2011-05-09
Margareta Enghag
Abstract
This report aims to compare how different models of light are treated the Swedish textbooks Ergo
Fysik A and Ergo Fysik B compared with the English textbook Advancing Physics AS. What
emerges is that Ergo Fysik A almost exclusively describes the ray model and is giving the light ray
an incorrect definition. Ergo Fysik B describes the wave model initially based on general wave
behaviour and the photon model based on the photoelectric effect. Advancing Physics AS presents
other methods to explain phenomenons of light. The ray model is barely dealt with and concepts in
which in Swedish textbooks are described from the ray model is instead explained using the wave
model and photon model. The conculsions I draw is that Advancing Physics AS is much more
modern and interesting than the Swedish textbooks and presents completely different methods to
explain phenomenons than what is done with the ray model. It also appears that the ray model is
disappearing from the Swedish textbooks because of the new curriculum which is good and
necessary because it eliminates hybridmodels which may confuse students.
Keywords: physics textbooks, light models, physics education
2
Sammanfattning
Denna rapport ämnar att jämföra hur ljusets olika modeller behandlas de svenska läroböckerna Ergo
Fysik A och Ergo Fysik B jämfört med den engelska kursboken Advancing Physics AS. Det som
framkommer är att Ergo Fysik A nästan enbart beskriver strålmodellen och ger begreppet stråle en
felaktig definition. Ergo Fysik B beskriver vågmodellen till en början utifrån generellt vågbeteende
och fotonmodellen utifrån den fotoelektriska effekten. Advancing Physics AS presenterar andra
metoder att förklara fenomen som ljuset uppvisar. Strålmodellen behandlas knappt och begrepp som
i svenska läroböcker beskrivs utifrån strålmodellen förklaras istället här med hjälp av vågmodellen
och fotonmodellen. Slutsatser jag drar är att Advancing Physics AS är betydligt modernare och
intressantare än de svenska läroböckerna och presenterar helt annorlunda metoder för att förklara
fenomen än vad som görs med strålmodellen. Det verkar även som om strålmodellen är på väg att
försvinna ur de svenska läroböckerna i och med de nya ämnesplanerna vilket är bra och nödvändigt
då det eliminerar hybridmodeller som kan förvirra elever.
Nyckelord: läroböcker i fysik, ljusmodeller, fysikundervisning i gymnasiet
3
1. INLEDNING.................................................................................................................................... 5
1.1 Bakgrund ...................................................................................................................................... 5
1.2 Syfte............................................................................................................................................. 5
1.3 Frågeställning ............................................................................................................................... 5
1.4 Metod ........................................................................................................................................... 5
2. LITTERATURSTUDIE ................................................................................................................... 6
2.1 Bakgrund till olika modeller........................................................................................................... 6
2.1.1 Strålmodellen.......................................................................................................................... 6
2.1.2 Vågmodellen .......................................................................................................................... 6
2.1.3 Fotonmodellen ........................................................................................................................ 7
2.2 Problematik .................................................................................................................................. 7
2.2.1 Kunskaper från grundskolan .................................................................................................... 7
2.2.2 En stråle, fysikalisk storhet eller matematik? ............................................................................. 8
2.2.3 Förvirring kring modeller ........................................................................................................ 8
2.2.4 Hur fotonen introduceras ......................................................................................................... 9
2.3 Möjligheter ................................................................................................................................... 9
2.3.1 En metod för att förklara brytning ............................................................................................ 9
2.3.2 En metod för att förklara det elektromagnetiska spektrumet ......................................................10
2.3.3 Vågmodellen, linser och reella bilder.......................................................................................10
2.4 Läroboken ...................................................................................................................................10
2.4.1 Problem med lärobokens text ..................................................................................................10
2.4.2 Problem med bilder i läroboken ..............................................................................................11
2.4.3 Vad tycker lärare om Advancing Physics AS?..........................................................................11
2.5 Läroplaner ...................................................................................................................................12
2.5.1 GY2011 ................................................................................................................................12
2.5.2 Fysik 1 ..................................................................................................................................12
2.5.3 Fysik 2 ..................................................................................................................................12
2.5.4 Fysik 3 ..................................................................................................................................13
2.5.5 Kursplanen för Fysik A ..........................................................................................................13
2.5.6 Kursplanen för Fysik B...........................................................................................................13
3. METOD OCH ANALYS ............................................................................................................... 13
3.1 Metodbeskrivning ........................................................................................................................13
3.1.1Text .......................................................................................................................................13
3.1.2 Analys av bilder .....................................................................................................................14
3.1.3 Jämförelse av begrepp och tillämpningar .................................................................................14
4. RESULTAT .................................................................................................................................... 14
4.1 Beskrivning av böckerna...............................................................................................................14
4.1.1 Ergo Fysik A och B................................................................................................................14
4.1.2 Advancing Physics AS ...........................................................................................................15
4.2 Matriser .......................................................................................................................................16
4.3 De olika modellerna introduceras ..................................................................................................19
4.3.1 Strålmodellen.........................................................................................................................19
4.3.2 Vågmodellen .........................................................................................................................19
4.3.3 Fotonmodellen .......................................................................................................................19
4.4 Olika fenomen .............................................................................................................................20
4.4.1 Brytning ................................................................................................................................20
4.4.2 Reflektion..............................................................................................................................21
4.4.3 Linser....................................................................................................................................21
5. DISKUSSION ................................................................................................................................ 22
5.1 Resultatdiskussion ........................................................................................................................22
5.2 Metoddiskussion ..........................................................................................................................25
5.3 Implikationer för läroböcker och framtida undervisning ..................................................................25
6. SLUTSATS .................................................................................................................................... 25
7. REFERENSER .............................................................................................................................. 27
4
1. INLEDNING
1.1 Bakgrund
Fysikaliska modeller uttrycker hur vår värld beter sig och har under hela historien utvecklats för att
beskriva fenomen äldre modeller inte klarar av. Ett exempel är Newtons syn på gravitation som
ändrades radikalt i och med Einsteins idéer. Betyder detta då att Newtons modell kan förkastas och
inte gäller längre? Nej. Newtons andra lag är en av de fundamentala hörnstenarna i vetenskapliga
förklaringar, men den måste ändras när vi närmar oss ljusets hastighet. Likaså tar den allmänna
relativitetsteorin över helt när man arbetar på väldigt stora system. (Robertson, 2008)
Ett annat exempel på när en modell passar bättre än en annan är ljuset, för vilket det inte finns
mindre än tre modeller. Strålmodellen är den som lärs ut i grundskolan och den modell elever först
kommer i kontakt med. (Lpo94) Det är också den modell som introducerar ljus i de flesta
gymnasieböcker idag. Den andra modellen för ljus är vågmodellen och kan förklara fenomen som
strålmodellen inte duger till, t.ex. interferensmönster. Bland annat så kan inte strålmodellen heller
förklara varför en skugga inte blir helt skarp. Den tredje är partikelmodellen, eller fotonmodellen,
som förklarar ytterligare saker som varken strål- eller vågmodellen kan, däribland den
fotoelektriska effekten. Alla dessa modeller lämpar sig för olika saker men man kan inte säga att en
modell är bättre än en annan. (Robertson, 2008)
I och med den nya skolplanen GY2011 och de nya ämnesplanerna i fysik står den svenska
gymnasieskolan inför ett stort skifte i hur ljus ska beskrivas. Då ljuset och dess egenskaper är ett
centralt begrepp inom fysiken ämnar denna rapport att belysa likheter och skillnader mellan de nya
ämnesplanerna och en gymnasiekurs i England, som nyligen (2000) genomgick en skolreform.
1.2 Syfte
Syftet är att undersöka hur ljuset och dess strål-, våg- och fotonmodeller beskrivs och introduceras i
läroböcker som behandlar den svenska gymnasiekursen i fysik jämfört med den engelska
gymnasiekursen Advancing Physics AS.
1.3 Frågeställning
 Vilka för- och nackdelar för elever kommer av olika sätt att introducera de olika
ljusmodellerna?
 Hur behandlas de olika modellerna för ljus i Ergo Fysik jämfört med Advancing Physics
AS?
 Hur behandlas ljus i de nya ämnesplanerna för fysik jämfört med de nuvarande
kursplanerna?
1.4 Metod
Denna rapport kommer att granska de nya svenska ämnesplanerna och fokusera på de avsnitt som
behandlar ljus. Detta kommer att ställas mot den Engelska kursboken Advancing Physics AS samt
de svenska kursplanerna för Fysik A och B. Den svenska läroboken Ergo Fysik kommer att
undersökas med utgångspunkt i hur ljusets olika egenskaper och modeller introduceras och hur väl
det stämmer överens med de nuvarande kursplanerna. Då läroboken är ett redskap och hjälpmedel
för läraren i undervisningssituationen kommer även Ergo Fysik ställas mot den engelska kursboken.
Metoden presenteras ingående senare i rapporten.
5
2. LITTERATURSTUDIE
2.1 Bakgrund till olika modeller
2.1.1 Strålmodellen
Strålmodellen av ljus är den modell av ljus som har den längsta historien. Antikens greker
spekulerade i hur människan kan se. Olika idéer presenterades men det var Euklides (300-talet f Kr)
teorier som fick bäst genomslag. Hans syn på saken bestod i synstrålar, för vilka han postulerade ett
visst beteende. Under 800-talet ökades intresset för ögats struktur samt seendet och en filosof och
vetenskapsman i Bagdad vid namn Alkindi (813-873) tänkte sig att seendet måste orsakas av en
fysiologisk påverkan på ögat av någonting utifrån. Här var det alltså en ökad kunskap om ögat som
kopplade synen till något fysikaliskt som går in i ögat. Dessa idéer utvecklades av Alhazen (9651039) som bland annat noterade att om man står i ett mörkt rum med ett hål i taket som släpper in
ljus så kvarstår ett synintryck av hålet. En betydligt bättre förklaring kring ljuset, och därmed
synens, kom på 1600-talet då Johannes Kepler presenterar sina satser kring ljuset, de fyra första
återgivna nedan:
Sats
Sats
Sats
Sats
1. Ljus har egenskapen att flöda eller att utsändas av sin källa mot en avlägsen plats.
2. Från en godtycklig punkt sker flödet efter ett oändligt antal linjer.
3. Ljuset självt har förmåga att utbreda sig till oändligheten.
4. Linjerna längs vilka denna emission sker är räta och kallas strålar.
Kepler kan alltså tillskrivas vara strålmodellens upphovsman, men ganska snart upptäcktes att
strålmodellen inte kunde förklara allt. (Andersson & Kärrqvist, 1981)
När kan strålmodellen då användas? Bill Robertson (2008), aktiv inom NSTA (National Science
Teachers Association) och författare till fysikpedagogiska böcker, skriver att ljus i läroböcker
domineras av strålmodellen. Den här modellen fungerar utmärkt till att förklara varför skuggor
uppkommer, relationen mellan infallande och reflekterad vinkel, hur en hålkamera fungerar och hur
linser i teleskop, mikroskop och kikare fungerar. Om strålmodellen kunde förklara alla egenskaper
hos ljuset skulle det inte behövas några andra modeller. Det finns flera olika sätt att visa att
strålmodellen inte är allmängiltig. Man kan exempelvis ta en ficklampa och lysa mot en vägg samt
ställa något i vägen för ljuskonen. Om strålmodellen hade varit den enda modellen hade skuggan av
föremålet som står i vägen vara helt skarp. Nu är den inte det, och detta måste betyda att
strålmodellen inte är allmängiltig, även om den kan användas till att förklara många fenomen.
Strålmodellen är en bra modell, men man måste vara tydlig med vilka begränsningar den har.
(Robertson, 2008)
2.1.2 Vågmodellen
Idéerna kring denna modell växte fram under sent 1600-tal och 1700-talet. Under denna period är
det främst två läger som förordar två skilda modeller för ljuset. Den ena är en partikelteori vilken
ses naturlig enligt Isaac Newton (1643-1727) då olika färger i solspektrum bryts olika mycket.
Robert Hooke (1635-1703) och Christiaan Huygens (1629-1695) däremot är förespråkare för
vågmodellen på grund av ljusets interferens- och polarisationsegenskaper. Partikelteorin har dock
flest anhängare vid den här tidpunkten. Vid en mätning av ljusets hastighet i mitten av 1800-talet
framkommer det dock att ljusets hastighet är lägre i tätare medium. Detta står i strid med
partikelteorin som förutsäger högre hastigheter i tätare medium på grund av attraktion i gränsytan.
Vågmodellen tar här över och blir allmänt accepterad. (Forkman, 2001)
För att förklara exempelvis diffraktion behövs alltså en annan modell, vågmodellen. Antag att man
6
har en punktkälla som sänder ut ljus. Detta ljus ska passera en smal gång. Med strålmodellen hade
man endast fått en punkt av ljus på en skärm bakom gången, men det är inte vad man observerar.
Istället sprider ljuset ut sig och par på skärmen en bred fläck. Det är såhär exempelvis vattenvågor
beter sig när de möter hinder och härifrån är steget inte långt att betrakta ljus som en vågfront.
Vågmodellen innehåller oscilleringar av elektromagnetiska fält och är en modell som kan förklara
en hel del fenomen som strålmodellen inte kan förklara. (Robertson, 2008)
2.1.3 Fotonmodellen
Den tredje modellen har sitt ursprung i Plancks arbete om svartkroppsstrålning där han kommer
fram till att energin i ljus är proportionellt med ljusets frekvens. Han kallar denna energi
elektromagnetiskt kvanta. Einstein bygger vidare på denna idé och beskriver den fotoelektriska
effekten med utgångspunkt i Plancks arbete och hävdar att ljus består av dessa elektromagnetiska
kvanta (Forkman, 2001).
Den fotoelektriska effekten, tillsammans med andra experiment, leder alltså fram till en tredje
modell för ljuset, fotonmodellen. Fotoner har en energi som är direkt proportionell med frekvensen
på ljuset och uppvisar bland annat partikelegenskaper vilket används till att förklara den
fotoelektriska effekten. Atomer kan endast absorbera en foton i taget och om en foton har tillräckligt
med energi så kan den slå loss en elektron från atomen. Denna fotonmodell av ljus förklarar mer än
bara den fotoelektriska effekten. Till exempel så stämmer den överens med modellen för atomen där
elektroner har diskreta energinivåer och sänder ut eller absorberar fotoner då de går från en nivå till
en annan. (Robertson, 2008)
Namnet foton myntades av den amerikanska fysikern Gilbert N Lewis som tyckte att termen
”ljuskvanta” inte var passande. Han presenterade i en artikel begreppet ”foton” vilket togs emot väl
av övriga fysiker. Fotonen är en elementarpartikel som varken har massa eller laddning. Positionen
i rummet kan inte bestämmas och den färdas alltid med hastigheten c, varför den aldrig är i vila. Det
var dock inte förrän 1922 som fotonen faktiskt påvisades av Arthur Compton. (Milant’ev, 2005)
2.2 Problematik
2.2.1 Kunskaper från grundskolan
Elever som kommer till gymnasiet har i grundskolan läst om ljus i den mån kursplanen för fysik i
grundskolan givit anvisningar om
Mål som eleverna ska ha uppnått i slutet av det nionde skolåret
[…]
 ha insikt i hur ljus utbreder sig, reflekteras och bryts samt hur ögat kan uppfatta ljus
Kärrqvist (1981) har i en rapport som ingår i EKNA-projeketet (Elevtänkande och kurskrav i
högstadiets Naturvetenskapliga undervisning) undersökt bland annat vilka föreställningar elever har
innan undervisningen börjar och hur elevernas föreställningar ser ut efter undervisningen.
Rapporten i fråga tar upp tankar hos elever som lärare kan tänkas ställas inför i
undervisningssituationer.
Kärrqvist (1981) talar om elever i högstadiet som kan bilda sig en uppfattning om vad ljus är via ett
vardagligt språkbruk, till exempel ”Det är dåligt ljus här inne, det ljusnar, det är ljust”. Vidare
skriver Kärrqvist (1981) att många läromedel inom fysik i högstadiet tar för givet att eleverna vet att
ljus existerar och utbreder sig i rummet trots att det inte syns. Fetherstonhaugh m.fl. (1987) skriver
om detta och påpekar att elevers uppfattningar om ljus ofta är felaktiga och ihållande. De påpekar
7
att språket som används måste vara strikt vetenskapligt och inte blandas med vardagligt språk. I
EKNA-rapporten konstateras att högstadiets läromedel snabbt kommer in på tillämpningar och
lämnar lite utrymme till förståelse kring vad ljus är för något.
Bach (2001) skriver om varför ämnet optik ska behandlas i grundskolan. Han påpekar att optik är
lämpligt för att introducera ett naturvetenskapligt arbetssätt för elever. Naturvetenskapen vilar på
två fundament, det axiomatiskt-deduktiva där logiska konsekvenser härleds ur ett antal
grundantaganden samt det hypotetiskt-deduktiva arbetssättet, där man testar de härledda
konsekvenserna. Lärare och elever kan formulera enkla teorier och testa dem med experiment och
på så sätt bygga upp en teori om ljusets egenskaper. Bach (2001) påpekar vidare att ett idéhistoriskt
kunnande och egen erfarenhet av hypotetiskt-deduktivt tänkande kan bidra till förståelse av den
intellektuella dynamiken inom naturvetenskapen.
I och med skolreformen Lgr 11 så kommer synen på ljus som eleverna kommer in i gymnasiet med
förändras. Följande står att läsa om ljuset i kursplanen för fysik i grundskolan

Ljusets utbredning, reflektion och brytning i vardagliga sammanhang. Förklaringsmodeller för hur ögat
uppfattar färg.
2.2.2 En stråle, fysikalisk storhet eller matematik?
Bach (2001) skriver även om illustrationer i läromedel. Även om rapporten handlar om högstadiet
tar den upp en bild som återfinns i gymnasieläromedel. Bilden representerar ett stearinljus som
ljuskälla med centimeterlånga pilar som utgår från stearinljuset. Han skriver att elever kan få
intrycket av att ljusstrålarna ”finns” i den närmaste omgivningen runt ljuskällan men att det inte är
uppenbart att de ”finns” längre bort. Ingenting i illustratio nen hjälper eleverna att förstå att varje
punkt i ljuslågan sänder ut ljus i alla riktningar.
I en fysikbok för gymnasiet (Alphonce m.fl., via Bach 2001) beskrivs en ljusstråle som den väg
ljuset utbreder sig efter. Dock övergår denna förklaring till att tilldela ljusstrålen fysikaliska
egenskaper. I en annan (Ekstig m.fl., via Bach 2001) kan man läsa ”Ljus kan beskrivas med
ljusstrålar”. Denna formulering kan tolkas som att ljusstrålar och ljus inte är samma sak men efter
denna inledning görs ingen skillnad. Kepler, som kan anses vara optikens grundare, skriver dock
(via Andersson & Kärrqvist 1981, s 12) ”Från en godtycklig punkt sker flödet efter ett oändligt antal
räta linjer.” samt ”Linjerna längs vilka denna emission sker är räta och kallas strålar.”. Här är det
tydligt att ljusstrålen är en matematisk konstruktion vilken är skild från ljus som fenomen och är
icke att finna i naturen. Hubber (2005) skriver även att en stråle är en geometrisk konstruktion som
beskriver utbredningen av ljuset som kan betraktas som en våg eller en partikel.
2.2.3 Förvirring kring modeller
I en longitudinell studie (Hubber, 2005) undersöktes hur elevers mentala bild av ljus förändrades
över tiden. Vad som framgår i den är att ljusstrålar av vissa elever fortfarande ses som ljus, inte en
modell för ljus. En elev svarar på frågan ”Have you ever thought about light travelling in waves?”
på följande sätt
No, not at all... never really liked being taught that. I sort of like rays, like the way we have drawn all our
diagrams, we have done them in rays of light, not waves. […] When you're little and you hear the rays of
sunlight and stuff you always hear rays, you never hear waves... (Hubber, 2005, sid 427)
En annan elev svarar dock ”I actually picture them as light themselves but I know it's just showing
the direction of light...”. Senare i studien kommer det fram att större delen av eleverna ser en stråle
som något fysikaliskt och säger att strålar består av fotoner. En av slutsatserna som dras är att andra
8
modeller för ljus än strålmodellen måste läras ut tidigare eftersom det kan skapa problem att ändra
synsättet från geometrisk optik och gå till nya förklaringsmodeller för olika ljusfenomen samt att
många elever skapar ”hybridmodeller” av ljuset
Vidare påpekar Hubber (2005) att försiktighet måste tas när man lär ut ljusets natur för att skilja
olika modeller från varandra och vara tydlig med att modellerna representerar helt olika idéer. Det
måste också komma fram att vetenskapliga modeller representerar idéer om verkligheten, inte
verkligheten själv. Hubber (2005) citerar Justi och Gilbert vilka skriver att en förståelse för
historiska modeller är nödvändigt i kursplaner för att eliminera hybridmodeller som kan
uppkomma. Tee Oon och Subramaniam (2009) skriver mer om detta och påpekar att
vetenskapshistoria ökar intresset och lär elever att det är många års forskning som ligger bakom det
vi vet idag. De drar slutsatsen att historiska aspekter är en väg att gå för att få fler människor
intresserade av fysik.
I en undersökning gjord bland högskolestudenter (Ambrose, 1999) framkommer det att studenter
även i högskolan har problem med att skilja geometrisk optik och strålmodellen från vågmodellen
och använder sig istället av hybridmodeller. Studenterna är medvetna om att de båda modellerna
existerar men kan inte avgöra i vilket fall vilken modell som ska användas. I vissa fall visste de
även vilken modell som skulle användas men förstod inte hur den skulle användas för att förklara
fenomen.
2.2.4 Hur fotonen introduceras
Jones (1991), vid tidpunkten aktiv vid University of Sussex, skriver hur modern fysik ofta
introduceras med den fotoelektriska effekten. Han påpekar att övergången från klassisk mekanik till
kvantmekanik oftast ger en hybridmodell som baseras på forskningsrön utgivna 1900-1920 och
behandlar fotonen som en klassisk partikel. Modern fysik borde introducera teknologi och idéer
som används i den moderna nutida världen. Kärnan till problemet, menar han, är den alltför tidiga
introduktionen av termen ”foton”. Han beskriver vidare hur de flesta vägarna till kvantmekanik går
via Plancks och Einsteins arbeten i början av seklet för att sedan avstanna och kanske tala om
energinivåer i atomer.
Jones (1991) anser att fotonen förklaras för tidigt och ges alldeles för mycket tid. Han lägger fram
flera exempel där begreppet foton knappt existerar i högre kurser och artiklar. Ett exempel är
Theory of an Optical Maser (Lamb, via Jones, 1991) som beskriver laser men ordet foton nämns
inte en enda gång.
Då artikeln skrevs var det diskussioner i England kring hur fysikkurserna lärdes ut, både inom
gymnasieåldern och eftergymnasial utbildning. (Jones, 1991)
2.3 Möjligheter
2.3.1 En metod för att förklara brytning
Bach (2001) skriver om ett undervisningsförsök angående ljusets brytning. En grupp av elever
undervisades klassiskt medan en annan grupp gavs en analogi. Analogin bestod i att en axel med
hjul på vardera änden rullar med olika motstånd över varierande underlag. Om det ena hjulet rullar
på ett trögt underlag och det andra hjulet på ett hårt underlag kommer hjulparet att svänga mot det
tröga underlaget. Efter det att även det andra hjulet kommit in i det nya området kommer hjulparet
att rulla utefter en rät linje, men med en annan riktning än från början. Denna analogi kan användas
till att förklara hur ljus beter sig när det passerar ett glasprisma. Man förklarar ljusets brytning med
att det har olika hastighet i olika medier. Resultatet av undervisningsförsöket var att
9
experimentgruppen inte visade en signifikant förbättring vid ett skriftligt prov, däremot kunde de tre
månader efter avslutad undervisning resonera sig fram till klart bättre förklaringar än
kontrollgruppen.
En liknande analogi kring ljusets brytning behandlas av Bergqvist (1990) där hon undersöker en
klass som laborerar i optik. Eleverna får först vagnanalogin förklarad för sig och ska sedan koppla
en laboration som behandlar brytning till analogin. Flera av eleverna kan dock inte göra kopplingen
mellan brytning och att vagnen saktar ned utan blir mer stressade över att de inte ser någon
koppling. Kommentarer som dyker upp är bland annat att det spelar roll vem som sitter i vagnen.
Eleverna förstår heller inte vad som kan diskuteras mellan det de fått fram från sin laboration och
analogin. Kopplingen är inte uppenbar för dem.
Mihas (2008) lyfter fram hur elever ibland uttrycker uppskattning kring vågmodellen när den
används för att förklara fenomenet brytning.
2.3.2 En metod för att förklara det elektromagnetiska spektrumet
Kendrick Murphy (2010) har i en studie undersökt hur studenter tar till sig undervisning om det
elektromagnetiska spektrumet. Undervisningen fokuserade på att använda moderna tillämpningar
som mobiltelefoner, TV, trådlöst internet och liknande. En av förändringarna i undervisningen var
att byta ut den traditionella bilden av det elektromagnetiska spektrumet som visar frekvens och
våglängd på en axel samt en förstoring på det synliga spektrumet. Istället användes en bild där
praktiska tillämpningar även fanns med i diagrammet. En av slutsatserna som dras är att gruppen
som lärde sig om det elektromagnetiska spektrumet via moderna praktiska tillämpningar som de
växt upp med tillgodohöll en bättre förståelse än kontrollgruppen som undervisades traditionellt.
Vidare skriver Kendrick Murphy (2010) detta är nödvändigt för att visa att ämnet fysik är relevant
och verklighetsanknutet.
2.3.3 Vågmodellen, linser och reella bilder
Mihas (2008) skriver om hur avbildning med linser är en stor del i optikundervisningen under
gymnasiet och början av universitetsstudier. Ofta ges metoder för att hitta bilder som skapas av
linsen genom att rita ut linjer men även om det påpekas att det endast gäller för strålar parallellt med
den optiska huvudaxeln och tunna linser visas det i exempel och övningsuppgifter hur alla strålar
från ett objekt motsvarar en punkt på den reella bilden. Metoden är bra för att beräkningar med,
men nackdelar som finns är att elever tror att strålar är nödvändigt för att skapa reella bilder.
Mihas (2008) skriver vidare om hur vågmodellen för ljus kan användas till att skapa bilder med
linser. Elever som har problem med att förstå stråldiagram anser i regel att en vågförklaring kring
fenomenet är lättare att ta till sig. Vidare beskrivs det hur Fermats princip angående att ljuset alltid
tar den kortaste vägen. Frågor kan då väckas ”hur vet ljuset vilken väg det ska ta?”. Endast
strålmodellen hjälper inte till att förklara detta men med Huygens princip kan denna fråga besvaras.
Ytterligare ett problem lyfts fram av Mihas (2008). Det handlar om hur begränsningar kring
strålmodellen behandlas i läroböcker. Ofta påpekas dessa men endast i ovanliga fall ges uppgifter
som påvisar dessa begränsningar.
2.4 Läroboken
2.4.1 Problem med lärobokens text
Kritik som lyfts fram mot läroböcker inom naturvetenskapliga ämnen som fysik är bland annat att
10
böckerna inte håller jämna steg med ämnesforskningen. Ytterligare problem finns även vid
överanvändande av extra textrutor som kan vara lockande för eleven men istället skapar förvirring.
Vidare kan även läroböcker i naturvetenskapliga ämnen innehålla fler naturvetenskapliga begrepp
än vad som rekommenderas maximalt i språkläroböcker (Nelson, 2006). Utöver detta kommer det
fram att läroböcker i fysik främst används för att öva till prov och då främst genom att memorera
innehållet i läroboken.
I en utvärdering av Skolverket (via Nelson, 2006) framkom om elever år 2003 att
naturvetenskapliga läroböcker, däribland fysik, varken är intressanta eller ointressanta, till skillnad
mot tio år tidigare då läroböckerna fick omdömet till viss del intressanta. Under en tioårsperiod har
alltså eleverna ställt sig mindre intresserade av stoffet i läroböckerna.
Nelson skriver vidare om ett resultat från en utvärdering av läroböcker i USA. I den framkommer
att endast en bok i undersökningen fick ett godkänt betyg. Denna var Matter and molecules som var
en text utvecklad vid Michigan State University och inte en kommersiell bok. Boken utmärkte sig
på flera sätt från de andra. Bland annat kopplar boken teoriernas begrepp till direkt observerbara
fenomen för att eleven ska se att teorin kan förklara det som händer.
Ornstein (via Nelson, 2006) menar att en god lärobok ska vara identifierbar för alla, oavsett kön och
kulturell eller etnisk bakgrund. Den ska även koppla samman innehållets olika delar och skapa en
helhet. Sjøberg (2005) skriver att läroböcker inte alltid kan översättas och användas i kulturer än där
de skrevs. Detta på grund av att bygga på elevers erfarenheter. Dessa kan skilja sig bland annat på
geografi men även sociala och könsliga aspekter kan skilja sig. Vidare skriver Sjøberg (2005) att det
inte är konstigt att läroboksförfattare bygger på erfarenheter hos den grupp de själva tillhör.
En av slutsatserna som dras av Nelson är att forskare och många elever kritiserar läroböcker, av
olika anledningar. En annan är att läroboken inte verkar vara betydelsefull för eleverna utan den
används oftast oreflekterat med målet att klara uppgifter och prov.
2.4.2 Problem med bilder i läroboken
Nelson (2006) skriver att även om den huvudsakliga kritiken mot läroböcker handlar om text och
struktur så har bland annat Styliandou, Ormerod och Ogborn (via Nelson, 2006) visat att elever kan
ha svårt att tolka vad pilars riktning avser och vad symboler står för samt hur bild och text ska
integreras.
Selander (1988) skriver om olika typer av bilder som återfinns i läroböcker. Dessa kan delas upp i
bilder som illustrerar texten, bilder som lättar upp texten samt bild som självständig
informationsbärare. Skillnader mellan dessa är att bilder som illustrerar texten ger ett stöd till texten
och visar det som texten beskriver. En bild som lättar upp texten är en bild vars syfte är att
åskådliggöra något som egentligen inte beskriver någonting som återges i texten. Den sista
kategorin handlar om bilder som tydliggör någonting som texten inte tar upp. En kunskapsbild kan
definieras som en bild där tonvikten ligger på ämnet och där funktionen är informativ. Denna typ av
bilder använder sig av ordet som stöd i from av text-i-bild.
Vidare skriver Selander (1988) att en trend bland läroböcker i allt större utsträckning varit att fylla
dem med bilder. Det finns därför intressanta möjligheter att vidareutveckla en mer genomtänkt syn
på hur bilden ska användas i sitt pedagogiska sammanhang, på hur relationen mellan text och bild
ska gestaltas.
2.4.3 Vad tycker lärare om Advancing Physics AS?
11
I en rapport ämnad att undersöka hur kursen Advancing Physics tagits emot av lärare och elever
tillfrågades 380 lärare varav 218 svarade på enkätfrågor. I rapporten framkommer att ungefär 80 %
av lärarna är väldigt tillfreds eller tillfreds med läroboken. Det framkommer också att ett av kursens
syfte uppfyllts, att locka till fler elever till ämnet fysik. (Ogborn, 2003)
Enkäten innehöll även frågor till lärarna där de kunde skriva fritt om vilka positiva och negativa
aspekter de hade angående kursen Advancing Physics. Det framkommer bland annat att lärarna
uppskattar att boken är väldigt ”up-to-date”, modern, är intressant för elever, innehåller användbara
tillämpningar. Angående texten så beskrivs den som att den har en klar struktur och layout samt
relaterar teori till vardagliga tillämpningar. Dock påpekas att kursen i detta skede är ny och alla
positiva aspekter kan vara glorifierade då personer som använder något nytt kan vara väldigt
positiva.
2.5 Läroplaner
2.5.1 GY2011
De ämnesplaner som behandlas i denna del är remissversioner skrivna augusti 2011. Detta på grund
av att de inte är fullständigt beslutade i skrivande stund.
I ämnesplanen för fysik står det bland annat följande om ämnets syfte, vilket gäller för alla
fysikkurser, det vill säga steg 1, 2 och 3:
Undervisningen i ämnet fysik ska syfta till att eleverna utvecklar kunskaper om fysikens begrepp, teorier,
modeller och arbetsmetoder. […] Fysik utvecklas ständigt i ett samspel mellan teori och experiment, där
hypoteser, teorier och modeller testas, omvärderas och förändras. Undervisningen ska därför behandla teoriers
och modellers utveckling, begränsningar och giltighetsområden.
2.5.2 Fysik 1
Kursen Fysik 1 ska ta upp strålningsenergi under delen Energi och energiresurser, samt en del som
heter Strålning inom medicin och teknik. Under denna del står det bland annat att kursen ska
behandla en orientering inom elektromagnetisk strålningsenergi. Utöver detta ska i kursen tas upp
hur modeller och teorier utgör idealiseringar av verkligheten och kan förändras över tid, denna del
återfinns även i Fysik 2. Ingenting nämns om de olika modellerna för ljus.
2.5.3 Fysik 2
Fysik 2 har en mer utarbetad del om ljus, Vågor, elektromagnetism och signaler. Under denna del
ska följande moment tas upp:







Harmonisk svängning som modell för att beskriva fenomen inom vardag och teknik.
Reflektion, brytning och interferens av ljus, ljud och annan vågrörelse.
Stående vågor och resonans med tillämpningar inom vardag och teknik.
Orientering om ljudstyrka och dopplereffekt.
Samband mellan elektriska och magnetiska fält: magnetiskt fält kring strömförande ledare, rörelse av elektrisk
laddning i magnetiskt fält, induktion och några tillämpningar, till exempel växelspänningsgeneratorn och
transformatorn.
Våg- och partikelbeskrivning av elektromagnetisk strålning. Orientering om elektromagnetiska vågors
utbredning. Fotoelektriska effekten och fotonbegreppet.
Fysikaliska principer bakom tekniska tillämpningar för kommunikation och detektering, till exempel
mobiltelefoni, CCD-celler, interferometri, röntgendiffraktion, ultraljudsundersökningar och magnetisk
resonans.
Ingenting nämner att strålmodellen för ljus ska tas upp, dock kan man tolka texten i den näst sista
12
punkten som att en vägbeskrivning för ljusets ska ges.
2.5.4 Fysik 3
I ämnesplanen för Fysik 3 introduceras inte något nytt, utan fokus läggs istället på tillämpningar
inom området vågrörelse.


Fördjupad behandling av harmonisk svängning med tillämpning inom till exempel dämpad svängningsrörelse,
elektriska växelspänningskretsar eller radiokommunikation.
Fördjupad behandling av vågrörelse med tillämpning inom till exempel akustik, rörelser i jordskorpan,
vattenvågor och elektromagnetiska vågor.
2.5.5 Kursplanen för Fysik A
Den nuvarande grundläggande fysikkursen i gymnasiet, Fysik A, står under Mål som eleven ska ha
uppnått efter avslutad kurs följande om ljus
ha kunskap om ljuset, dess reflektion och brytning samt några tillämpningar inom detta område
Ingenting står om vilken modell av ljus som ska användas. Inte heller går det att uttyda vilka
tillämpningar som läraren ska fokusera på. Många svenska läroböcker låter dock linsformeln med
strålmodellen för ljus representera de klassiska tillämpningarna som kikare, kamera och ögats
funktion (Andersson, 2008).
2.5.6 Kursplanen för Fysik B
I kursplanen för Fysik B finns en större del om ljus som ska introducera andra modeller för ljus.
Följande står att läsa under mål som ska vara uppfyllda efter avslutad kurs:


ha kunskap om elektriska och magnetiska fält, induktion, mekaniska och elektromagnetiska vågor och deras
egenskaper samt kunna beskriva några tillämpningar inom dessa områden
ha kunskap om atomers struktur, samband mellan energinivåer och atomspektra samt ha kännedom om
fotonbegreppet
Här framkommer att vågmodellen och fotonmodellen för ljus ska förklaras.
3. METOD OCH ANALYS
3.1 Metodbeskrivning
I läroboksanalysen kring hur Ergo Fysik och Advancing Physics AS förhåller sig kring ljus kommer
böckerna att undersökas med avseende på hur de olika modellerna presenteras, hur de används och
vilka fenomen de beskriver. Resultatet sammanfattas i matriser för att sedan gå in mer på djupet
kring hur några begrepp och fenomen förklaras i de olika böckerna. Det första som kommer att
beskrivas är böckernas bakgrund och hur de är uppbyggda. Utifrån detta kommer en diskussion
kring frågeställningarna föras.
3.1.1Text
I matriserna räknas vissa begrepp till ett annat, till exempel hör brytningsindex till brytning. Sidor
med uppgifter räknas inte till antalet sidor som tar upp de olika modellerna. De olika
beskrivningarna för fenomenen ställs mot varandra för att se hur begreppen introduceras och
13
formuleras i de olika böckerna.
I matriserna anges även vilka praktiska tillämpningar som presenteras i de olika böckerna.
3.1.2 Analys av bilder
Bilder är kategoriserade efter Selanders (1988) modell och delas in som följer:
1. Lättsamma bilder: Bilder som inte behövs för att förklara idéer utan är där för att lätta upp
texten. Fotografier räknas till denna kategori.
2. Bilder som illustrerar texten: Denna kategori syftar på bilder som beskriver någonting som
nämnts i texten. Exempelvis bilder som hänvisas till enligt ”se figur X” och saknar en
tillhörande förklarande text som beskriver någonting ytterligare.
3. Bilder som självständiga informationsbärare: Inom denna kategori återfinns bilder som med
en tillhörande text beskriver någonting som inte nämns, eller nämns fragmentar iskt, i
huvudtexten. Dessa bilder kan även sammanfatta hela stycken.
3.1.3 Jämförelse av begrepp och tillämpningar
I den sista delen av läroboksanalysen presenteras hur vissa centrala begrepp förklaras i de olika
böckerna. Begreppen som valts ut är brytning, reflektion och linser. Här kommer det även belysas
hur de olika modellerna introduceras.
4. RESULTAT
4.1 Beskrivning av böckerna
4.1.1 Ergo Fysik A och B
Ergo Fysik är en omarbetning av de norska läroböckerna Ergo Fysikk 2 Fy och 3 Fy Grunnbok,
utgivna av H. Aschehoug & Co (W Nygaard) och har i Sverige författats av Jan Pålsgård, Göran
Kvist och Klas Nilson. Boken innehåller även en del historiska aspekter, främst kring
vetenskapsmän, inte idéer och hur de växt fram. (Andersson, 2008)
Boken har en traditionell kapiteluppdelning där rubriken illustrerar vilken slags fysik kapitlet
kommer att handla om. Tabellen nedan ger kapitelnamn i den ordning de förekommer i boken.
Ergo Fysik A
Ergo Fysik B
Fysikens värld
Vågor
Fysikens sätt att se
Atomfysik
Rörelse
Kärnfysik
Newtons lagar
Rätlinjig rörelse
Energi
Kroklinjig rörelse
Termofysik
Rörelsemängd
Elektricitet
Gravitation
Ljus
Elektriska fält
Makrokosmos och mikrokosmos
Magnetiska fält
Induktion
14
Relativitetsteori och kvantfysik
Astrofysik
Tabell 1- Kapitelindelning i Ergo Fysik A och Ergo Fysik B
Matematiken som används i Ergo Fysik förekommer i faktarutor inuti texten. I faktarutor ges även
vissa begreppsförklaringar och definitioner.
Bilder i Ergo Fysik har ofta en rent illustrerande eller förklarande karaktär vilket framgår i
matriserna. Lättsamma bilder förkommer sällan.
4.1.2 Advancing Physics AS
1997 valde den engelska organisationen Institute of Physics (IOP) att ge pengar till en ny fysikkurs.
I samband med Curriculum 2000 stod den år 2000 klar och hade som ett av syftena att locka till sig
ett bredare spektrum av elever, inte minst flickor. För att lyckas med detta har man som en
grundprincip i utformandet av kursboken valt att låta texten ta upp bland annat hur vardagliga ting
fungerar, historiska och sociala aspekter som fysiken har på samhället och hur fysik spelar in i
yrkesval. (Ogborn, 2003)
Advancing Physics AS är byggd kring tanken att den ska vara berättande snarare än som en
uppslagsbok, samt vara visuell med bilder för att den ska vara attraktiv att läsa. Detta framgår även
av tabellerna där antalet lättsamma bilder är övervägande störst bland de tre böckerna. Advancing
Physics AS lägger även stor vikt kring hur idéer har växt fram och hur fysiken som presenteras
används idag. Ett av målen var även att vara up-to-date varav författarna har försökt hitta sätt att
introducera kvantfysik tidigt i kursen.(Ogborn, 2003)
Kapitlen i boken har inte heller de rubriker man är van att se i fysikböcker. Den första uppdelningen
sker i vad som kallas moduler som i sin tur har kapitel som tar upp relevant fysik för rubriken given
av modulen. Tabellen nedan visar vilka kapitel som ingår i vilken modul, samt vilken ordning de
introduceras.
Modul
Kapitel
Physics in Action
Imaging (Communication)
Sensing (Communication)
Signaling (Communication)
Testing Materials (Designer Materials)
Looking Inside Materials (Designer Materials)
Understanding Process
Wave Behaviour (Waves and Quantum Behaviour)
Quantum Behaviour (Waves and Quantum Behaviour)
Mapping Space and Time (Space and Time)
Computing the Next Move (Space and Time)
Tabell 2 – Kapitelindelning I Advancing Physics AS
Matematik dyker inte ofta upp inuti texten utan förekommer istället ofta i textrutor med tillhörande
bilder, detta kan illustreras av antalet bilder som självständiga informationsbärare i tabellerna.
Överhuvudtaget innehåller inte boken många formler utan dessa återfinns istället på den
medföljande CD-ROMen.
15
4.2 Matriser
4.2.1 Strålmodellen
Ergo Fysik A (2007, 344 sidor)
Ergo Fysik B (2005, 480 sidor)
Hur många sidor som
ägnas åt modellen
28 sidor som beskriver ljus som strålar Inga sidor som behandlar strålar som
Strålmodellen nämns i text på 3 sidor men
under kapitlet Ljus.
en modell. Dock används strålar i vissa används inte för att förklara fenomen.
bilder.
Hur beskrivs modellen
med avseende på text
”[...] en ljuskägla som är så smal att vi
kan betrakta den som en rät linje. En
sådan ljuskägla kallar vi en ljusstråle.”
s264
Ingen direkt beskrivning. Vad som i
Ergo Fysik A beskrivits som ljusstrålar
beskriver nu en vågs rörelseriktning.
”Vi kan tänka oss att ljusstrålarna är
radier i två cirkelformade vågor […]”
s41
”Light is tracked along rays that go
straight […] Rays from a point source
spread out in all directions, getting farther
and farther apart […] Rays are convenient
construction lines, not real light paths
[…]” s19
Antal bilder som lättar
upp texten
Ljus: 11
Andel: 19,3%
Inga
Imaging: 0
Andel: 0%
Antal bilder som
illustrerar texten
Ljus: 23
Andel: 40,4%
Ljus: 2
Imaging: 1
Andel: 12,5%
Antal bilder som är
självständiga
informationsbärare
Ljus: 23
Andel: 40%
Inga
Imaging: 7
Andel: 87,5%
Vilka begrepp beskrivs
Reflektion, brytning, totalreflektion,
spektrum, avbildning, linsformel
Inga
Punktkälla, parallellt strålknippe,
linsformel
Vilka praktiska
tillämpningar beskrivs
Spegel (plan och buktig), fiberoptik,
Inga
avbildning med lins, ögat, kamera med
film, lupp, kikare
Andel: 100%
Advancing Physics AS (2008, 248 sidor)
Delvis avbildning med lins
Matris 1 – Hur strålmodellen behandlas i Ergo Fysik A, Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
16
4.2.2 Vågmodellen
Ergo Fysik A (2007, 344 sidor)
Ergo Fysik B (2005, 480 sidor)
Advancing Physics AS
Hur många sidor som
ägnas åt modellen
Nämns i inledningen av kapitlet Ljus,
utöver det utspridda kommetarer i sista
kapitlet som heter Makroskosmos och
mikrokosmos.
Kapitlet Vågor består av 46 sidor. Av
dessa ligger 14 sidor under rubriken
Ljus och Det elektromagnetiska
spektret. Ljus nämns dock kort några
gånger under generellt vågbeteende.
Kapitlet Wave behaviour 22 sidor varav
19 sidor behandlar ljus, de andra
ljudvågor. Kapitlet Imaging 22 sidor varav
11 behandlar ljus
Hur beskrivs modellen
med avseende på text
”[...] ljuset har vågegenskaper […] en
mycket framgångsrik modell som
beskrev till exempel ljusets böjning
och interferens.” s263 ”Som du säkert
vet är det våglängden på ljuset som
beskriver dess färg.” s276
”Ögonen tar emot ljus, som är
elektromagnetiska vågor.” s7, ”Utifrån
vågmodellen kan vi förklara att
ljusfläcken blir bredare när spalten blir
smalare. [ang. enkelspalt]”s38, ” [...]
ljus kan skapa interferensmönster. Det
tyder på att ljus har vågegenskaper.”
s39
”[...] waves spread out in all directions
from a point source […] the connection
[with ray point of view] is that a ray is a
line pointing along the direction of the
wavefronts” s19,
Antal bilder som lättar
upp texten
Ljus: 0
Ljus och spektrum: 3
Övrigt: 0
Andel: 18%
Imaging: 11
Wave behaviour: 16
Andel: 41%
Antal bilder som
illustrerar texten
Ljus: 0
Ljus och spektrum: 6
Övrigt: 1
Andel: 41%
Imaging: 1
Wave behaviour: 7
Andel: 12%
Antal bilder som är
självständiga
informationsbärare
Ljus: 1
Ljus och spektrum: 5
Övrigt: 2
Andel: 41%
Imaging: 11
Wave behaviour: 20
Andel: 47%
Vilka begrepp beskrivs
Brytning, dispersion, absorbtion,
reflektion
Reflektion, brytning, böjning,
interferens, koherenta vågkällor,
spektralfärger, absorbtion,
elektromagnetiska vågor
Linsformel, punktkälla, parallellt
strålknippe, brytning, superposition,
interferens, diffraktion, reflektion,
elektromagnetiska vågor
Vilka praktiska
tillämpningar beskrivs
Inga
Dubbelspalt, gitter, färger i såpbubbla,
primitiv radio, mikrovågsugn
IR-teleskop, radioteleskop, CCD, IRsatellit, avbildning med lins,
radiokommunikation, färger i såpbubbla,
dubbelspalt, enkelspalt, gitter
Andel: 100%
Matris 2 – Hur vågmodellen behandlas i Ergo Fysik A, Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
17
4.2.3 Fotonmodellen
Ergo Fysik A (2007, 344 sidor)
Ergo Fysik B (2005, 480 sidor)
Advancing Physics AS (2008, 248 sidor)
Hur många sidor som
ägnas åt modellen
Nämns på två sidor i slutet av boken
under kapitlet Makrokosmos och
mikrokosmos.
Kapitlet Atomfysik består av 30 sidor,
varav 24 behandlar ljus.
18 sidor på kapitlet Quantum behaviour
varav 12 sidor behandlar fotoner.
Hur beskrivs modellen
med avseende på text
”Elektromagnetisk växelverkan
förmedlas genom utväxlande av
fotoner. Fotoner är de
elektromagnetiska vågornas, t.ex. ljus,
partikelsida” s317
”[...] strålningen består av
energikvanta, som [kallas] fotoner. Vi
kan alltså betrakta ljus och annan
elektromagnetisk strålning som en
ström av fotoner [...]” s73
”[...]quanta, of light are called photons.
[…] A photon can always appear where
the probability is low, or fail to appear
where it is high. […] Overall, more
photons arrive where the probability is
high and fewer where it is low.” s152 ”A
photon can't simply be a particle.” s155
Antal bilder som lättar
upp texten
Inga
Ljus: 4
Andel: 12,5%
Quantum behaviour: 2
Andel: 10%
Antal bilder som
illustrerar texten
Inga
Ljus: 22
Andel: 68,8%
Quantum behaviour: 8
Andel: 40%
Antal bilder som är
självständiga
informationsbärare
Inga
Ljus: 6
Andel: 18,8%
Quantum behaviour: 10
Andel: 50%
Vilka begrepp beskrivs
Inga.
Emission, absorbtion, fotoelektrisk
effekt, röntgenstrålar
Fotoelektrisk effekt, reflektion, brytning,
utbredning, diffraktion
Vilka praktiska
tillämpningar beskrivs
Inga.
CRT-skärm, ämnesbestämning via
spektrum, fotoceller,
röntgenfotografering,
röntgendiffraktion
Dubbelspalt, gitter, buktiga speglar, linser
Matris2 – Hur fotonmodellen behandlas i Ergo Fysik A, Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
18
4.3 De olika modellerna introduceras
4.3.1 Strålmodellen
Ergo Fysik A har ett kapitel under namnet Ljus som behandlar strålmodellen. Under rubriken
Reflektion beskrivs regelbunden reflektion och diffus reflektion med text och med bilder innan
strålmodellen nämnts. Begreppet ljusstråle nämns först i stycket efter och beskrivs på följande sätt
Ljuset från en strålkastare eller en ficklampa breder ut sig i en ljuskägla som blir bredare och bredare. Tänk dig
istället en ljuskägla som är så smal att vi kan betrakta den som en rät linje. En sådan ljuskägla kallar vi en
ljusstråle. (Pålsgård, 2007, sid 264)
Advancing Physics AS väljer en annan väg att introducera strålmodellen och kopplar direkt samman
begreppet stråle till vågor
The connection between the two points of view is that a ray is a line pointing along the direction of motion of
the wavefront. Rays are always at right angles to the wavefronts at the point where they cross. Rays are
convenient construction lines, not real light paths […] (Ogborn, 2008, sid 19)
Vidare skrivs det att det finns flera möjligheter att visualisera hur bilder skapas med hjälp av speglar
och linser men att den kommer att använda vågmodellen för ljus och koppla den till strålmodellen,
vilken även påpekas att den används i många andra böcker. Det förklaras att det är värdefullt att
känna till mer än en modell med följande motivering


one explanation helps with some problems; another helps more with others;
there really are several different ways of thinking about light (see chapters 6 and 7) (Ogborn, 2008, sid 19)
I Ergo Fysik B beskrivs inte strålmodellen men under kapitlet Vågor kan man läsa om hur
ljusstrålar kopplas till vågor. Det står att ” Vi kan tänka oss att
ljusstrålarna är radier i två cirkelformade vågor […]” (Pålsgård, 2005, sid 41).
4.3.2 Vågmodellen
Ergo Fysik A innehåller inte mycket om ljusets vågnatur. Det nämns i början av kapitlet Ljus att ljus
har vågegenskaper, utöver det behandlas ljus utifrån strålmodellen.
Tidigt på 1900-talet upptäckte fysikerna att varken partikelmodellen eller vågmodellen är tillräckligt bra för att
beskriva ljuset. Vissa försök tyder på att ljus har partikelegenskaper, andra tyder på att ljus har vågegenskaper.
Vi kan se genom att ljuspartiklar träffar ögat, men vi kan inte se ljuspartiklarna. Vi kan observera att ljus har
vågegenskaper, men vi kan inte observera vågorna. (Pålsgård, 2007, sid 263)
Ergo Fysik B presenterar vågmodellen för ljus genom att först beskriva hur vattenvågor beter sig
och sedan koppla detta till strålmodellen som beskrevs i Ergo Fysik A.
I Advancing Physics AS presenteras vågmodellen för ljus tidigt i första kapitlet Imaging och
används till att förklara fenomen, se ovan. I kapitlet Wave behaviour beskrivs modellen mer
ingående och används till att förklara fenomen som strålmodellen inte duger till. Här ges även en
stor del historia om hur vågmodellen växt fram, med originalskisser från Huygens. Vågbeteende
kopplas främst till ljus och inte vattenvågor som i Ergo Fysik B, även om några sidor tar upp
ljudvågor.
4.3.3 Fotonmodellen
Fotonmodellen nämns endast flyktigt i det avslutande kapitlet i Ergo Fysik A där det beskrivs vara
19
elektromagnetiska vågors, till exempel ljus, partikelsida.
Advancing Physics AS introducerar fotonen i boken i kapitlet Quantum behaviour. Tidigt i kapitlet
påpekas fotonernas natur som inkluderar sannolikheter
[...] these are probabilities, not certainties. A photon can always appear where the possibility is low, or fail
where the probability is high, however, such events, although they do happen, are rare. Overall, more photons
arrive where the probability is high and fewer where it is low. (Ogborn, 2008, sid 152)
Denna sannolikhet representeras av fotografier som tar emot en viss mängd fotoner som placeras till
synes slumpmässigt i början för att sedan skapa ett vanligt fotografi. Fotonens natur används för att
introducera kvantfysiken och vad man kan förvänta sig inom detta område.
Fotonen introduceras i Ergo Fysik B genom att först beskriva Plancks postulat om energikvanta (i
boken kallad kvanthypotesen). Utifrån detta introduceras fotoner och det nämns hur ljus och annan
elektromagnetisk strålning kan betraktas som en ström av fotoner. Boken behandlar sedan den
fotoelektriska effekten och energinivåer i atomer.
4.4 Olika fenomen
4.4.1 Brytning
I Ergo Fysik A introduceras begreppet brytning genom att säga att när ljus går från ett medium till
ett annat, ändrar det vanligtvis riktning. Det kallas att ljuset bryts. Det beskrivs hur ljuset rör sig
nästan obehindrat då det nästan inte finns några atomer alls som kan hindra ljuset i vakuum. Det
påpekas att ljus som till exempel ska gå genom luft, glas eller vatten påverkas av ämnenas atomer
och molekyler vilket tar tid och detta gör att ljusets medelhastighet blir lägre än i vakuum. Detta
kommer att innebära att ljusstrålen bryts. Denna brytning illustreras med en illustrerad bild på en
leksaksbils hjul och följande text
Föreställ dig ett par hjul från en leksaksbil som rullar nedför en asfaltsbelagd gång in på en gräsmatta. Se figur.
Den streckade linjen visar i vilken riktning hjulen rör sig. Eftersom hjulen rullar trögare på gräset kommer
hjulens hastighet att minska. Det vänstra hjulet i figuren kommer att sakta in först eftersom det först når gräset.
Då det högra hjulet snurrar fortare kommer hela farkosten att svänga. Detta motsvarar att ljusstrålen bryts.
(Pålsgård, 2007, sid 269)
Denna analogi kring ljusets brytning är den som nämndes tidigare i litteraturgenomgången. Dock är
vinkelavvikelsen i bilden väldigt liten. Vidare definieras brytningsindex och ges som förhållandet
mellan ljushastigheten i vakuum och ljushastigheten i mediet. En definition på brytningsindex ges i
samband med brytningslagen för ljus (Snells lag). Det nämns att ljusstrålen bryts i gränsytan mellan
de två medierna samt att ljusstrålens vinkel mot normalen är minst i det medium som har störst
brytningsindex. Boken förklarar att brytningslagen gäller både när ljus går från medium 1 till
medium 2 och det omvända samt att ljusstrålen tar samma väg. Begreppet och fenomenet
totalreflektion beskrivs och en teknik, fiberoptik och dess tillämpningar, beskrivs.
Advancing Physics AS använder sig inte av analogin med leksaksbilen. Istället ges begreppet
brytningsindex tidigt i boken med en bild som visar hur våglängden blir kortare i glas. Detta
illustrerar dock endast ljus som infaller rakt mot materialet. Senare i boken kan man i kapitlet Wave
behaviour läsa om hur ljus bryts i material. Detta visas med hjälp av originalskisser av Huygens.
Ingen längre förklaring ges dock utan fenomenet förklaras först i kapitlet Quantum behaviour. Här
visar boken att ljuset kommer som fotoner och att alla vägar är möjliga. Det är bara en fråga om
vilken väg som tar kortast tid för ljuset. För att räkna ut detta används visare som följer ljusets
frekvens. Snells lag ges dock inte men återfinns på den medföljande CD-ROMen.
20
I Ergo Fysik B kopplas inte längre strålmodellen till brytning till en början, även om en bild med
vattenvågor passerar gränsen mellan djupt och grunt vatten ritar ut vågarnas rörelseriktning med
vad som liknar strålar från Ergo Fysik A. Bilden visar dock inte hur vågorna beter sig i gränsen,
endast vågor som passerat helt och vågor som inte passerat ritas ut. I slutet av stycket kan man läsa
Detta resonemang stämmer också överens med hur ljusstrålar bryts. En ljusstråle bryts mot normalen när den
går från ett tunnare till ett tätare medium. Orsaken till detta är att molekylerna i ämnet och ljuset påverkar
varandra mer i det tätare mediet än i det tunnare. Detta tar tid och därför uppfattar vi det som om ljusets
hastighet blir lägre. (Pålsgård, 2005, sid 21)
Brytning
Ergo Fysik A
Advancing Physics AS Ergo Fysik B
Modell som används
Stråle
Våg, foton
Våg
Antal sidor
4
3
2
Tabell 3 – Hur många sidor som ägnas åt brytning och vilken modell som används i Ergo Fysik A,
Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
4.4.2 Reflektion
Reflektion är det fenomen som beskrivs först i Ergo Fysik A. Reflektionslagen ges och det påpekas
hur den säger något om ljusets natur då den kan förklaras både med Newtons partikelmodell och
med Huygens vågmodell. Några tillämpningar med buktiga speglar ges också. Bilderna som
används här är till största delen sådana som illustrerar vad texten säger, men några bilder som lättar
upp texten finns också.
I Advancing Physics AS är metoden att förklara reflektion lite annorlunda. Det beskrivs först hur
ljus reflekteras i såpbubblor och tunna oljefilmer för att ge färgskiftningar men senare kan man, likt
begreppet brytning, se en av Huygens skisser som beskriver reflektion med hjälp av vågor. Här ges
också reflektionslagen. Mer tid ägnas dock åt reflektion i boken då det återkommer, precis som
brytning, under kapitlet Quantum behaviour. På samma sätt som vid brytning är flera vägar för
ljuset möjliga men det är den väg som tar kortast tid som är den rätta. Reflektion förklaras i bild
främst via kategori 3 i Quantum behaviour och ges inte särskilt stor roll i Wave behaviour.
Reflektion beskrivs i Ergo Fysik B med vattenvågor. Reflektionslagen ges och illustreras med en
bild. Bilden visar en stråle med vågor utritade på den. Bilden visar endast hur vågen beter sig före
och efter reflektionen, inte hur det ser ut när delar av vågen reflekterats. Fenomenet kopplas till ljus
i slutet av stycket
Kommer du ihåg att vi diskuterade detta redan i A -kursen då vi läste om ljus? Eftersom ljus också är en
vågrörelse så är det ju ett rimligt antagande att reflektionslagen gäller för vågor i allmänhet. Så verkar också
vara fallet. All vår erfarenhet tyder på detta. (Pålsgård, 2005, sid 20)
Reflektion
Ergo Fysik A
Advancing Physics AS Ergo Fysik B
Modell som används
Stråle
Våg, foton
Våg
Antal sidor
7
4
1
Tabell 4 – Hur många sidor som ägnas åt reflektion och vilken modell som används i Ergo Fysik A,
Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
4.4.3 Linser
21
Under avsnittet Avbildning med linser inleder Ergo Fysik A med att säga att grunden för optiska
linser är ljusbrytning, vidare är linser grunden för glasögon, kameror, kikare och mikroskop.
Ljusbrytningen beror på linsens form samt dess brytningsindex. Det förklaras att det finns två slags
linser, samlingslinser och spridningslinser, med tillhörande illustrerade bilder som visar hur de ser
ut i profil. En koppling görs till brytningslagen som gåtts igenom tidigare och det förklaras att ljus
som kommer in mot linsen parallellt med den optiska axeln bryter strålarna och samlar dem i
brännpunkten, vilket även är linsens fokus. Två illustrerade bilder visar hur strålknippen beter sig
när de går genom en positiv respektive negativ lins. Vidare beskrivs en metod för hur man går
tillväga för att få fram en bilds läge genom att rita strålgången från ett föremål genom en lins.
Gauss linsformel beskrivs och härleds genom att rita ut strålar från ett föremål och använda
likformiga trianglar. Denna metod används även i andra moderna svenska fysikböcker (Andersson,
2008).
Advancing Physics AS introducerar linser som ett ”burning glass” där man beskriver hur solen kan
avbildas i en liten punkt som kallas fokus. En beskrivning för hur linsen fungerar när man använder
strålmodellen och vågmodellen ges som
In ray language, the burning glass works by bending rays, bringing them from being parallel to coming
together at a point. In wave terms, the lens works by alternating the curvature of the wave, changing it into
spherical ripples that converge on a focus. (Ogborn, 2008, sid 19)
Boken beskriver hur linsen kröker vågen genom att sakta ned mittendelen av vågen mer än kanterna
varpå den bit av vågen som går genom den tjockare mitten på linsen blir mer fördröjd än de bitar
som går genom tunnare glas. Detta gör att den bit av våg som går genom mitten hamnar lite efter
den övriga vågen. Vidare kan man läsa att en lins ändrar hur krökta vågorna är. Om vågorna inte är
krökta när de går genom linsen så kommer de bli sfäriska centrerade i fokalpunkten. Radien på den
sfäriska vågfronten precis när den passerat linsen är f . Krökningen på en sfär med radien r är 1/r,
varpå linsen adderar en krökning på 1/f till vågfronterna. Bilderna som beskriver linser är främst av
kategori 3 men innehåller någon slags blandad variant av strålmodellen och vågmodellen. På en
övervägande del av bilderna illustreras ljuset av strålar som färdas från en källa med endast en
vågfront på var sida om linsen.
Längre fram i boken presenteras även hur linser fungerar om man använder fotonmodellen.
Linser
Ergo Fysik A
Advancing Physics AS Ergo Fysik B
Modell som används
Stråle
Stråle, våg, foton
Nämns inte
Antal sidor
8
5
Inga
Tabell 5 – Hur många sidor som ägnas åt linser och vilken modell som används i Ergo Fysik A,
Ergo Fysik B samt Advancing Physics AS
5. DISKUSSION
5.1 Resultatdiskussion
Vilka för- och nackdelar finns det då med olika sätt att introducera ljusmodeller? Utifrån den
litteratur som presenterats häri kan det konstateras att problem uppkommer då en enskild modell ges
alltför stort utrymme i undervisningen. I de flesta fall verkar störst problem uppkomma i en
övergång från strålmodellen till vågmodellen, detta påvisar främst Hubber (2005) och Ambrose
(1999) i sina studier. Man måste vara tydlig när modellerna presenteras och förklara kopplingen
22
mellan modellerna. Frågor man måste besvara är bland annat: Varför räckte inte strålmodellen till? I
vilka situationer duger fortfarande denna modell? Frågor som elever kan ställa sig när en helt ny
modell presenteras kan exempelvis vara ”är allt vi tidigare lärt oss onödigt, vad förankommer denna
förändring i synsätt?”. Framför allt är det av yttersta vikt att introducera modeller med korrekta
definitioner och inte presentera modellerna som något de inte är just på grund av att modeller enkelt
kan blandas ihop och förvanskas i elevernas huvud. I Keplers satser framkommer det tydligt att
ljusstrålar inte är något fysikaliskt utan någonting som beskriver ljusets utbredning och väg. Inte
bara ger Keplers satser en god modell som i enkla förhållanden förklarar en hel del utan det är också
en fantastisk 2000-årig historia bakom som beskriver hur modeller utvecklas över tid.
Dessvärre är en av de stora nackdelarna med att ge strålmodellen mycket plats i undervisning att
moderna tillämpningar inte riktigt kan beskrivas. På det sättet är modellen i fråga mycket
begränsad. För att skapa ett intresse för fysik och få elever att vilja lära sig mer så borde det ges mer
intressanta verklighetsanknutna tillämpningar. Hur en CCD-kamera fungerar eller varför vi inte ser
ljuset fjärrkontrollen skickar ut till TVn blir betydligt lättare att förklara om det nämns hur allt ljus
inte är likvärdigt, vilket det faktiskt är i strålmodellen. Att använda sig av moderna tillämpningar
måste anses vara en bra metod att presentera vågmodellen och fotonmodellen. Detta ger elever
någonting att relatera de nya synsätten till och presenterar tydligt anledningar till varför nya
förbättrade modeller behövs. I dessa fall klargörs uppenbara tillkortakommanden hos strålmodellen,
även om den dock fortfarande förklarar till exempel varför man måste rikta fjärrkontrollen mot TVn
när man byter kanal. Kendrick Murphys (2010) resultat pekar även på att moderna tillämpningar
borde ges en större roll i undervisning och kurslitteratur. Även Jones (1991) är av denna uppfattning
och man kan anse att en sådan här utveckling skulle gynna den svenska gymnasiefysiken.
För att besvara den andra frågeställningen ”Vilka för- och nackdelar för elever kommer av olika sätt
att introducera de olika ljusmodellerna?” kan man kortfattat säga att läroböckerna Ergo Fysik skiljer
sig till stor del från Advancing Physics AS. Framförallt i det avseende då den klassiska geometriska
optiken inte alls ges den dignitet den åtnjuter i den engelska läroboken jämfört med de svenska.
Man kan ställa sig frågande till varför författarna till Ergo Fysik valt att lägga så stor vikt på just
strålmodellen, när de saker som ska tas upp enligt kursplanen för Fysik A går att förklara med
vågmodellen. Tabell 3,4 och 5 samt alla matriser ger oss en bild av att det som tar upp 28 sidor i
Ergo Fysik A skulle kunna förklarats med vågor eller fotoner. Ergo Fysik A behandlar alltså ljuset
som en stråle hela boken för att kort nämna att ljus har våg- och partikelegenskaper, vilket kan ses
som bristfälligt. Begreppet ljusstråle ges en fysikalisk istället för en matematisk innebörd. Då detta
är den enda boken som faktiskt lägger stor vikt till strålmodellen kan man tycka det är remarkabelt
att definitionen på ljusstråle är felaktig. Intressant kommer att bli hur författarna till Ergo Fysik
ställer sig till de nya ämnesplanerna där strålmodellen inte ges något utrymme alls. De är utformade
på ett sådant sätt att främst vågmodellen, men även fotonmodellen, ska användas i Fysik 2. Man kan
anse att detta är fördelaktigt då detta förhoppningsvis eliminerar de hybridmodeller som kan
uppkomma om man väntar alltför länge med att presentera andra modeller för ljus.
Anmärkningsvärt är att författarna till Advancing Physics AS väljer att introducera vågmodellen för
ljus ytterst tidigt jämfört med Ergo Fysik. Redan på sidan 5 börjar de tala om våglängder och
beskriver tillämpningar hur olika våglängder av ljus behandlas. Framför allt sättet linser beskrivs är
intressant och något som varken Ergo Fysik A eller andra svenska läromedel använder sig av. Detta
är något som borde uppmuntras då flera studier visar på att vågmodellen i regel ger en bättre
förståelse för ljus, så länge skillnader och likheter från strålmodellen tydliggörs. Inte heller avvaktar
författarna med att beskriva fotonen som introduktion till kvantfysiken. Vad som är intressant här är
att fotonen används till att förklara fenomen som brytning, reflektion och buktiga speglar som i
Ergo Fysik A förklaras med strålmodellen. I Ergo Fysik B förklaras dessa till synes enkla saker inte
ens med ljus utan istället används vattenvågor som passerar ett grund eller reflekteras i en vägg,
först i slutet av stycket som beskriver fenomenen kopplas det till ljus som vågor.
23
Läroboksförfattare måste börja fundera på vad de vill ha sagt när de förklarar fotonen. Ergo Fysik B
lägger stort fokus på partikelegenskaper hos den. I och med introduceringen via den fotoelektriska
effekten negligeras stora delar av fotonens natur redan från början. Advancing Physics AS är lite
bättre på denna punkt. I denna bok förklaras fotonens natur mer ingående då andra fenomen än
absorption, emission och fotoelektrisk effekt förklaras. Att förklara brytning och reflektion med
denna modell gör att fotonen faktiskt får en koppling till verkligheten, till något som kan observeras
i vardagslivet utan dyr laborationsutrustning. Här kan dock tyckas att Ergo Fysik B beskriver några
verklighetsförankrade tillämningar bättre än Advancing Physics AS. Här kan man återigen ställa sig
frågande till hur läroboksförfattarna kommer att ta till sig ämnesplanen Fysik 2. Kommer de att som
nu fokusera på fotonens partikelsida eller kommer fotonens egenskaper belysas än mer?
Förhoppningsvis slipper vi läsa om fotonen som en klassisk partikel i fortsättningen då denna bild
hör hemma i 1900-talets början.
Sett till moderna tillämpningar kan man säga att även om det till viss del återfinns beskrivningar
kring fiberoptik i Ergo Fysik A och Ergo Fysik B är böckerna tämligen fattiga på moderna
tillämpningar inom området ljus, även om fotonens tillämpningar förklaras relativt bra. Här är det
dock fotonens partikelkaraktär som sätts i fokus, något som måste kritiseras då
partikelegenskaperna inte ger en fullgod bild till vad fotonen är kapabel till. Advancing Physics AS
innehåller däremot en stor del modern teknik, vilket även uppskattats av lärarna som ingick i
undersökningen som behandlade hur väl boken och kursen mottagits.
Angående texten i böckerna så är det upplagda på olika sätt. Böckerna Ergo Fysik låter definitioner
och begreppsförklaringar komma i små rutor placerade mitt i texten vilket gör det lätt att läsa dem
och framförallt förstå när man ska göra så. Advancing Physics AS sätt är dock betydligt trevligare
att läsa då den förpassar i princip all matematik till faktarutor och låter texten vara intressant och
spännande att läsa. Detta är uppenbarligen en av anledningarna till det varma mottagande läroboken
har fått. En annan är bilderna som inte enbart ger diagram och förklarande bilder utan även
lättsamma bilder som till exempel beskriver tillämpningar eller på något annat sätt illustrerar hur
teorin används i praktiken. Man kan sluta sig till att detta gör läroboken intressant för elever att läsa
då pressen att han eller hon måste förstå ett abstrakt koncept omgående eventuellt försvinner.
Läroboksförfattare måste även se till att inte vara låsta till en modell och definitivt klargöra tydligt
kopplingar mellan de olika modellerna för att undvika att elever får felaktiga bilder av vad ljus är
för något. Advancing Physics AS visar de svenska läroboksförfattarna att ljus kan läras ut utan att
använda sig av strålmodellen. Att undvika den helt kan vara fel väg att gå då den kan användas till
att förklara enkla fenomen. Dock måste tydliga förklaringar till vad som är matematik och vad som
är fysik ges. Varför inte använda sig av Keplers satser där den matematiska förklaringen framgår
tydligt?
Vad kan då sägas för att besvara den tredje frågeställningen ”Hur behandlas ljus i de nya
ämnesplanerna för fysik jämfört med de nuvarande kursplanerna?” utöver det som kommenterats
tidigare? I och med de nya ämnesplanerna så står det skrivet att kursen Fysik 2 ska ta upp reflektion
och brytning som vågrörelse. Här kan man tydligt se ett avståndstagande till överanvändandet av
strålmodellen vilken ofta ger upphov till hybridmodeller hos elever. I och med detta så kan man
antaga att strålmodellen, vilken är tämligen enkel att laborera på med laserstrålar och enkla
samband exempelvis för reflektion kan ses, kommer tas upp tillräckligt i grundskolan när den nya
läroplanen kommer. Vidare kan man hoppas att ämnesplanerna, vilka nu är tydligare kring vad som
ska tas upp än nuvarande kursplaners kursmål, kommer att medföra betydande förändringar kring
framför allt fotonmodellen som i sin nuvarande form misshandlas av författarna till Ergo Fysik A
som till största del beskriver dess partikelnatur.
24
5.2 Metoddiskussion
Hur giltig är då metoden som använts här? Sett till hur metoden är utformad framkommer det hur
olika ljusmodeller i de olika böckerna som undersöks framställs. Matriserna ger en överskådlig bild
om vilka begrepp och tillämpningar som förekommer samt vilka typer av bilder som fokuserats på
av författarna. På grund av den summariska karaktären av matriser belyses även i denna rapport
vissa begrepp mer på djupet genom att belysa hur vissa begrepp tas upp. Detta för att på ett
tydligare sätt redogöra de olika sätten författarna använder sig av för att förklara samma fenomen
eller tillämpning. Utifrån detta kan resultatet mer rättvist kopplas till litteraturgenomgången där
olika för- och nackdelar kring modeller och metoder togs upp. Utifrån matriserna kan det även
göras en bedömning kring huruvida de olika böckerna skulle lämpa sig i den nya gymnasieskolan
där fokus flyttas från strålmodellen till den nyare vågmodellen.
Problem som dyker upp när metoden appliceras är att bilder kan vara svåra att kategorisera.
Exempelvis kategoriseras inte fotografier som ’Bilder som illustrerar texten’ även om de blir
hänvisade till i texten och illustrerar något som förklarats. Dessa räknas utan undantag till
’Lättsamma bilder’ med denna metod. Kategori 3 är även något svävande i sin definition kring
”fragmentarisk beskrivning i huvudtexten”. Kategoriseringen av bilder är inte heller från början
fullt anpassad till fysikläromedel. För att åtgärda problematiken kring bildkategoriseringen vore
ytterligare granskning av bilder av fler personer eventuellt önskvärd.
En större bild över hur de olika begreppen förklaras i de olika böckerna hade också varit önskvärd. I
denna rapport jämförs endast brytning och reflektion som förekommer i alla böcker medan
tillämpningen linser endast återfinns i Ergo Fysik A och Advancing Physics AS. Anledningen till
detta är att sättet Advancing Physics AS presenterar linsernas funktion är helt annorlunda från hur
Ergo Fysik och andra svenska läroböcker gör. Det ansågs vara av hög relevans att belysa hur olika
modeller kan förklara samma fenomen varför detta ingår.
5.3 Implikationer för läroböcker och framtida undervisning
Förslag på vidare forskning är att jämföra de nya läroböckerna som kommer i och med GY 2011.
Eftersom stor vikt läggs på ljusets vågnatur kan det vara intressant att se hur mycket strålmodellen
tas upp, om den ens kommer att göra det. Även den amerikanska boken Matter and molecules som
fått bra kritik i USA kan vara intressant att analysera mot svenska läroböcker.
Vidare kan man även undersöka hur andra tillvägagångssätt i att introducera fotonen i läroböcker
fungerar. Skulle man kunna beskriva alla fenomen med fotonmodellen utan att det blir för abstrakt
eller kanske börja undervisningen om ljus med fotonens natur?
Man skulle även kunna undersöka hur man kan introducera ljuset via moderna tillämpningar och
vad det elektromagnetiska spektrumet används till innan man börjar tala om modeller för ljus.
Skulle elever få något som blir lättare att relatera till?
Implikationer som är värda att begrunda är för läroboksförfattare att förklara vad ljus är, koppla
samman olika modeller och förklara hur de olika modellerna hör samman. Värt att notera är att en
förläggare på Liber AB har delgetts detta arbete men svarat att ingen har tid under våren 2011 att
kommentera eller läsa detta arbete.
6. SLUTSATS
Sammantaget det stoff som häri presenterats kopplat till vad resultatet av läroboksanalysen kan det
25
konstateras att när Advancing Physics AS ställs mot Ergo Fysik A och Ergo Fysik B framkommer
vissa tydliga skillnader. Framför allt används i den engelska läroboken strålmodellen knappt alls
utan de flesta fenomen beskrivs utifrån våg- och fotonmodellen. Utöver detta visar det sig att
Advancing Physics AS har en betydligt mer verklighetsanpassad karaktär där moderna
tillämpningar till större grad än i Ergo Fysik beskrivs med de modeller som presenteras. Även
texten i boken vilken beskriver modellerna tar avstamp i tillämpningar och vardagsrelaterade
fenomen istället för uppställda definitioner och samband som sedan förklarar tillämpningarna.
Vad som framkommer är även att strålmodellen verkar försvinna ut ur gymnasieämnet fysik i
Sverige. I de nya ämnesplanerna framkommer tydligt att framför allt vågmodellen ska användas i
undervisningen men det verkar som att fotonbegreppet ges en modernare karaktär än att nästan
enbart behandlas som en klassisk partikel. Detta får ses som en framgång då fotonens egenskaper
och natur inte på ett tillfredsställande sätt presenterats i Ergo Fysik B.
Vidare kan slutsatser om för- och nackdelar kring olika modeller presenteras. Undersökningar som
gjorts pekar på att elever utvecklar en bättre förståelse och lättare tar till sig bland annat linser då de
förklaras utifrån vågmodellen. Uppenbart är även att en tidigare introducerande av vågmodellen är
nödvändigt. Ett alltför sent introducerande ger upphov till hybridmodeller vilka i vissa fall förstör
förståelsen så långt upp i skolvärlden som högskolestudier. En ökad förståelse och mer
verklighetsanknuten bild får elever även om man utgår från moderna tillämpningar från början för
att sedan förklara teorierna och modellerna bakom.
26
7. REFERENSER
Ambrose, Bradley (1999) Investigation of student understanding of the wave-like properties of light
and matter Washington: University of Washington
Andersson, Björn & Kärrqvist Christina (1981) Ljuset och dess egenskaper En ämnespedagogisk
forskningsrapport Göteborgs Universitet, Institutionen för ämnesdidaktik, avdelning för
naturvetenskap, Göteborg
Andersson, Malin (2008). Fysikboken i gymnasiets A-kurs Vad kännetecknar en bra lärobok och hur
väl stämmer den överens med läroplan och kursplan. Examensarbete, lärarutbildningen.
Karlstads Universitet, Fakulteten för teknik och naturvetenskap, Karlstad
Bach, Frank (2001). Om ljuset i tillvaron Ett undervisningsexperiment inom optik. Göteborg: Acta
Universatatis Gothoburgensis
Bergqvist, Kerstin (1990). Doing schoolwork. Task premisses and joint activity in the
comprehensive classroom. Linköpings universitet, Institutionen för beteendevetenskap,
Avdelningen för pedagogik i utbildning och skola, PiUS
Fetherstonhaugh, Anthony & Happs, John & David Treagust (1987) Student misconceptions about
light: a comparative study of prevalent views found in Western Australia, France, New Zeeland,
Sweden and The United States. Research In Science Education, 17, 156-164
Forkman, Bengt (2001). Och det blev ljus: hur MAX-lab kom till, växte upp och blev stort. Lund:
Avd. för idé- och lärdomshistoria, Univ.
Hubber, Peter (2005). Year 12 Students Mental Models of the Nature of Light. Research In Science
Education, 36, 419-439
Jones, David G C (1991) Teaching modern physics – misconceptions of the photon that can damage
understanding. Physics Education, 26, 93-97
Kendrick Murphy, Maureen (2010) An Electromagnetic Spectrum for Millennial Students: Teaching
Light, Color, Energy, and Frequency Using the Electronical Devices of Our Time. Journal of
college science teaching, 39, 52-58
Mihas, Pavlos (2008) The problem of focusing and real images. European Journal of Physics, 29,
539-553
Milant’ev, Vladimir (2005). One hundred years of the photon. Physics-Uspekhi, 48, 1177-1186
Nelson, Johan (2006) Hur används läroboken av lärare och elever? Nordina: Nordic studies in
science education, 4, 16-27
Ogborn, Jon (red.) (2008). Advancing Physics AS. Bristol: Institute of Physics Publishing
Ogborn, Jon (2003) Advancing Physics evaluated. Physics Education, 38, 330-335
Pålsgård, Jan (red.) (2007) Ergo Fysik A. Stockholm: Liber AB
Pålsgård, Jan (red.) (2005) Ergo Fysik B. Stockholm: Liber AB
Robertson, Bill (2008) Why are there so many models of light?. Science and children, 46, 56-60
Selander, Staffan (1988) Lärobokskunskap. Lund: Studentlitteratur
Sjøberg, Svein (2005 sv upplaga) Naturvetenskap som allmänbildning – en kritisk ämnesdidaktik.
Lund: Studentlitteratur
Tee Oon, Pey & Subramaniam R (2009) The nature of light: I. A historical survey up to the prePlanck era and implications for teaching. Physics education, 44, 384-391
Utbildningsdepartementet (2010) Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet, Lgr
11
Utbildningsdepartementet (2010) GY 2011
Skolverket (2000) Fysik A kursplan
Skolverket (2000) Fysik B kursplan
Skolverket (2010) Ämnesplaner – Fysik http://www.skolverket.se/sb/d/3399 hämtad 22/11 2010
27
Download
Random flashcards
Ölplugg

1 Cards oauth2_google_ed8be09c-94f0-4e6a-8e55-87a3b14a45db

Multiplacation table

156 Cards Антон piter

Fysik

46 Cards oauth2_google_97f6fa87-d6cd-4ae9-bcbf-0f9c2bb34c13

Create flashcards