Force Concept Inventory : En undersøkelse av mekanikkforståelsen til FYS1000-studenter

Abstract

Denne masteroppgaven er en statistisk analyse av resultatene fra en undersøkelse, som ble gitt til 206 FYS1000-studenter våren 2013. Hovedmålet til undersøkelsen var å undersøke begrepsforståelsen til disse studentene i mekanikk, ved hjelp av the Force Concept Inventory.

The Force Concept Inventory er en multiplechoice-test som fokuserer på å undersøke deltakernes begrepsforståelse. Dette gjør det mulig å foreta en kvantitativ undersøkelse, og tolke resultatene fra et konstruktivistisk perspektiv. Oppgaven har som mål å belyse noen av de grunnleggende misoppfatningene som er vanlige hos disse studentene. Ved å gjøre dette håper man å belyse noen av begrepene knyttet til klassisk mekanikk, som med fordel kunne ha blitt vektet tyngre i fysikkundervisningen i Norge.

For å gjøre dette knyttes de forskjellige alternativene på de ulike oppgavene til kjente misoppfatninger, og en kvantitativ opptelling gjøres for å identifisere de vanligste alternative resonnementene. Fra dette fant jeg at de to desidert vanligste misoppfatningene blant deltakerne i undersøkelsen var Bevegelse-krever-kraft (som indikerer manglende begrepsforståelse knyttet til Newtons første- og andre lov), og Større-betyr-mer (som indikerer manglende begrepsforståelse knyttet til Newtons andre lov og kraftsummer, samt Newtons tredje lov). Jeg fant også at begge disse er langt mer utbredt blant de kvinnelige deltakerne, enn hos de mannlige.

Et annet moment, som er sterkt indikert av at Bevegelse-krever-kraft er en veldig utbredt misoppfatning i denne populasjonen, er at en stor andel av deltakerne ser ut til å skille dårlig mellom fart og akselerasjon. Dette kan gi implikasjoner i forhold til undervisning.

Min anbefaling, etter å ha undersøkt resultatene fra denne undersøkelsen, er at en i fysikkundervisningen bør jobbe med å gjøre forskjellene mellom fart og akselerasjon tydeligere for elevene. Grunnen til dette er at tid er en viktig rammebetingelse i undervisning, noe som gjør at det i de fleste sammenhenger er best å ta problemer ved rota. For å gjøre dette anbefaler jeg å fokusere på konseptuel undervisning, gjerne med dialogisk metode, for å få frem den begrepsmessige forskjellen mellom fart og akselerasjon. Grunnen til dette er at vei-fart-tid allerede er et stort tema i Fysikk 1 i den norske skolen, men de fleste av oppgavene knyttet til dette er instrumentelle. Dette gjør at det er en overhengende fare for at en stor andel elever løser denne typen problemer kun ved hjelp av formler, og innsetting i disse. Det er ikke læring som fordrer forståelse.

This thesis is a statistical analysis of the results from a survey conducted on 206 students, who took the course FYS1000 at the University of Oslo during the of spring 2013. The main goal of the survey was to examine these students conceptual understanding in classical mechanics, using the Force Concept Inventory.

The Force Concept Inventory is a multiple-choice test which focus is to measure the participants’ conceptual understanding. This focus makes it possible to conduct a quantitative survey, and to interpret the results from a constuctivistic point of view. During the course of this thesis, one of the main goals is to determine some of the most commonplace misconceptions among these students. By doing this, one hopes to shed some light on some of the concepts in classical mechanics, which could benefit from being given a little more attention in Norwegian classrooms.

To do this the different alternatives on each assignment will be classified by the misconception they are perceived to be connected to. This makes it possible to count up how often each of the misconceptions are chosen, and to identify the ones that are most common. This approach yielded two seemingly fundamental misconceptions: the Motion-implies-force-misconception (indicates insufficient conceptual understanding of Newton’s first and second law) and the Bigger-equals-more misconception (indicates insufficient conceptual understanding of Newton’s second law, net force and Newton’s third law). I also found that these misconceptions are much more common amongst girls.

Another interesting point, which is indicated by the fact that Motion-implies-force is such a common misconception, is that a large proportion of the participants seem to have trouble differentiating between speed and acceleration. This has implications for effective physics instruction.

My recommendation, after analysising the results of this survey, is that during introductory physics courses, the difference between acceleration and speed should be emphasized to the students. The main reason for this is that one of the largest constraining factors for teachers is time. This makes it paramount to focus on the root of the problem. To do this I would recommend taking a teaching approach that emphasizes conceptual learing. The reason for this is that kinematics already is an important subject in Norwegian Upper Secondary School, but a lot of the subject matter is treated with an instrumental approach. This is problematic since substituting numbers into formulas is not the best way to enhance deeper understanding amog the students.