"Det er jo ikke noe poeng å gjøre det vanskeligere for seg selv" - Elevers bruk av problemløsning i tradisjonelle- og Fermi-oppgaver i fysikk

Abstract

Å løse regneoppgaver er en arbeidsform som preger fysikk klasserommet, og det kan derfor være nyttig å undersøke problemløsningsprosessen denne arbeidsformen innebærer. Dette prosjektet har utforsket hva slags perspektiv elever i Fysikk 2 har på regneoppgaver som arbeidsform i fysikkundervisningen, og hva slags strategier elever bruker når de løser slike oppgaver. Oppgavene elevene gjorde var variert mellom mer tradisjonelle regneoppgaver, og Fermi oppgaver, hvor elevene selv måtte gjøre antakelser om størrelser. Utforskningen er gjennomført gjennom observasjon med videopptak av tre elever som arbeidet i gruppe med regneoppgaver i to økter, etterfulgt av et gruppeintervju.

Resultatene viser at elevene hadde rutiner for å forstå oppgaven gjennom å lage visuelle representasjoner og skrive opp viktige opplysninger, med en fysisk drøfting som varierte basert på oppgaven. De jobbet syklisk ved å foreslå steg av løsningsprosessen for så å gjennomføre dem, og forklarte tankene sine underveis. Vurdering om svar og antatte verdier var rimelige ble gjort gjennom intuisjon og sammenlikning med tidligere oppgaver, og tilbakeblikk på prosessen skjedde hovedsakelig når det var fasilitert av læreren.

Basert på resultatene og tidligere modeller for problemløsning er det konstruert et forslag til en ny modell for problemløsning med regneoppgaver i fysikk, som baserer seg på to faser med sykliske prosesser. Målet med denne modellen er at den skal kunne brukes som et støtteverktøy for arbeid med regneoppgaver i fysikk. Fase I handler om å forstå oppgavesituasjonen, og Fase II handler om å jobbe mot løsningen, og vurdere prosessen. Fase I består av stegene Identifiser, Representer, og Analyser, mens Fase II består av stegene Planlegg, Gjennomfør, og Evaluer. Det krever videre forskning for å vurdere om denne modellen er effektiv som et støtteverktøy, og for å videre finpusse modellen basert på flere informanter.

Det er også funnet at elevene ga uttrykk for at de foretrakk mer tradisjonelle og velstrukturerte oppgaver hvor de fikk oppgitt alle nødvendige størrelser, i motsetning til Fermi oppgaver. Elevene ble mer komfortable med å skulle gjøre egne antakelser etter at de hadde blitt eksponert for denne metoden før, og når de hadde et forhold til størrelsene de skulle anta som var mer preget av hverdagslig bruk.

Solving physics problems is a common activity in the physics classroom, and it can therefore be useful to examine the problem-solving process this activity involves. This project has examined the perspectives of students enrolled in Fysikk 2 classes on solving physics problems as an activity in the classroom, and what strategies students use when solving these problems. The problems the students solved varied between more traditional, well-structured problems, and Fermi problems, where the students were required to make their own assumptions about the values of variables involved. The research is done through videotaped observation of three students working in a group to solve problems during two classes, followed by a group interview.

The results show that the students had routines for understanding the problem through construction of visual representations and writing up important information, with a physical analysis that varied based on the problem. They worked in a cyclical manner by suggesting steps of the solution, and then carrying those steps out, explaining their thoughts as they went. Evaluation of if answers and assumptions were reasonable was done through intuition and comparison to similar problems, and reflection on the whole solution mostly occurred when facilitated by the teacher

The results and earlier models for problem-solving have inspired the construction of a new model for problem-solving for physics-tasks, which is based on two phases with cyclical processes. The goal of this model is to be used as a scaffolding tool for working with physics problems. Phase I focuses on understanding the situation given by the problem, and Phase II focuses on working towards a solution, and evaluating the process. Phase I contains the steps Identify, Represent, and Analyze, and Phase II contains the steps Plan, Do, and Evaluate. More research is needed to evaluate if this model is effective as a scaffolding tool, and to further develop the model based on more informants.

It was also found that the students expressed a preference for more traditional and well-structured problems where all necessary variables are specified with a given value, rather than Fermi problems. The students were more comfortable with making their own estimates after being exposed to this method previously, and when their relation to the variables they needed to estimate was more connected to everyday use.