A Qualitative Study on Key Factors in Student Conceptual Learning of Electromagnetic Induction

Abstract

Emnet til denne masteroppgaven er undervisning av elektromagnetisk induksjon til ungdomsskoleelever. På tross av at elektromagnetisk induksjon er blant fagene som blir oppfattet som mest utfordrende blant både elever og lærere, er det blitt gjennomført relativt få studier som omhandler didaktikken angående elektromagnetisk induksjon. De fleste av studiene som omhandler faget har blitt gjennomført med fokus på forståelsen av universitetsstudenter. Forskningen angående yngre elever er dermed mangelfull. Denne studien diskuterer resultatene av et utforskende undervisningsopplegg med to grupper av tre elever. Undervisningsopplegget bruker konkrete materialer som elevene kan undersøke for å øke forståelsen sin. Studien bruker en blanding av grounded theory, case- og quasieksperimentdesign, og samler data gjennom observasjoner og intervjuer etter opplegget. Formålet med studien er å definere viktige faktorer som påvirker ungdomsskoleelevers forståelse når de lærer om elektromagnetisk induksjon. Studien har funnet at, selv om annen forskning har påpekt fagets kompleksitet, en konseptuell forståelse av elektromagnetisk induksjon er mulig for ungdomsskoleelever å oppnå. Noen faktorer som påvirker elevers læring ved undervisningsopplegget har blitt observert. For det første spiller det magnetiske feltkonseptet en viktig rolle i elevers læring av konseptene involvert i elektromagnetisk induksjon. I motsetning til det meste av litteratur på emnet, har elevene ikke bare forstått feltkonseptet, men har også funnet og beskrevet det gjennom utforskning. Elevenes forståelse var derimot begrenset, i tillegg til indikasjoner på konstruerte feiloppfatninger. For det andre bekrefter studiet at små kognitive forstyrrelser er mer effektiv for læring når elever har lite forkunnskaper, som er tilfellet ved unge nybegynnere. Spesielt kunnskap om elektrisitet virker å være hjelpsomt. Det bidrar til bedre utforskning og tolkning av observasjonene. Et annet funn er at den konseptuelle, utforskende tilnærming bidrar til at elevene bygger relativt omfattende kognitive strukturer om elektromagnetisk induksjon. Elevene i studiet kunne koble flere elementer angående elektromagnetisk induksjon sammen i deres forklaringer, noe som viser forståelse av nøkkelrelasjoner. Til slutt, den praktiske utforming av undervisningsopplegget kan påvirke utfallet betydelig. Studentene blir lett distrahert av trivielle elementer ved materialet brukt for utforskning.

-

The topic of this master’s thesis is the teaching of electromagnetic induction to secondary school students, approximately 15 years old. Despite the electromagnetic induction being amongst the subjects experienced as most challenging by both students and teachers, there have been relatively few studies on didactics regarding electromagnetic induction. Almost all the studies that have been done on the subject have focused on the understanding of university level students. Thus, a lack of research with younger students exists. This study discusses the results of an exploratory lesson with two groups of three students, using concrete material to investigate phenomena and gain a conceptual understanding. The study approaches the subject through a mix of grounded theory, case- and quasi-experiment design, using observations and interviews to gather data. This study aims to define important factors affecting secondary school students’ conceptual understanding when learning electromagnetic induction. This study found that, although research has emphasized the complexity of the subject, a conceptual understanding of electromagnetic induction seems possible for secondary school students. Some key aspects affecting student conceptual learning during the lesson were observed. Firstly, the magnetic field concept proved a very effective tool for learning the concepts of electromagnetic induction. Contrary to most literature on the topic, the students not only understood the concept but also found and described it through investigation. The students’ understanding was limited, however, and indications exist of constructed misconceptions. Secondly, the study confirmed that small, cognitive perturbations are more effective for learning when learners possess little prior knowledge, as is the case with young novices. Especially knowledge of electricity seems to be helpful, allowing for better investigation and interpretation of observations. Another finding is that the conceptual, investigative approach allows the students to build a relatively comprehensive cognitive structure of electromagnetic induction. Students in the study were able to connect several elements involving electromagnetic induction in their explanations, revealing an understanding of key relationships. Lastly, the practical outline of the lesson can greatly affect the outcome. Students were easily distracted by trivial elements involving objects used for investigation.