ArticlePDF Available

Abstract and Figures

TIMSS Advanced 2008 is an international comparative study, and deals with examining student achievement in mathematics and physics in the final year at upper secondary school. The theme of this article is to look at how Norwegian and Swedish students performed in physics in 2008 compared to the study conducted in 1995. The results from the TIMSS Advanced study provide an unambiguous picture. There is a significant decline in the performance in physics since the previous study in 1995 for both Norwegian and Swedish students. One important reason is related to the generally low level of results in science and mathematics at all levels in schools as shown by the downward trend for students in lower grades. The decline in physics performance can thus be explained by the fact that students with significantly weaker skills than before in mathematics and science come into upper secondary school. Lack of knowledge of basic arithmetic and algebra seems to be a contributing factor for this downwards trend in physics at upper secondary school level.
Content may be subject to copyright.
[17]
7(1), 2011
Abstract
TIMSS Advanced 2008 is an international comparative study, and deals with examining student
achievement in mathematics and physics in the final year at upper secondary school. The theme of
this article is to look at how Norwegian and Swedish students performed in physics in 2008 compared
to the study conducted in 1995. The results from the TIMSS Advanced study provide an unambiguous
picture. There is a significant decline in the performance in physics since the previous study in 1995
for both Norwegian and Swedish students. One important reason is related to the generally low level
of results in science and mathematics at all levels in schools as shown by the downward trend for
students in lower grades. The decline in physics performance can thus be explained by the fact that
students with significantly weaker skills than before in mathematics and science come into upper
secondary school. Lack of knowledge of basic arithmetic and algebra seems to be a contributing factor
for this downwards trend in physics at upper secondary school level.
Innledning
TIMSS Advanced 2008 (Trends in International Mathematics and Science Study) er en internasjo-
nal sammenliknende studie i regi av den internasjonale organisasjonen International Association
for the Evaluation of Educational Achievement (IEA), og den handler om matematikk og fysikk
i det siste året i videregående skole (Mullis, Martin, Robitaille, & Foy, 2009). Prosjektets mål og
perspektiver er beskrevet i et eget rammeverk (Garden et al., 2006). Studien er en oppfølging av
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i
Norge og Sverige
Carl Angell har doktorgrad i realfagsdidaktikk. Han har under vist i fysikk og matematikk i den videregående skolen i
mange år. Siden 1988 har han vært ansatt på Skolelaboratoriet ved Fysisk institutt på Universitetet i Oslo der han har
drevet etter- og videreutdanning for lærere og vært engasjert i en rekke forskningsprosjekter i fysikkdidaktikk. Han har
vært sterkt engasjert både nasjonalt og internasjonalt i TIMSS for fysikkspesialister i 1995 og nå TIMSS Advanced.
Svein Lie har doktorgrad i kjernefysikk. Han har i mange år undervist i fysikk og matematikk i videregående skole, og har
siden 1990 vært ansatt ved ILS på Universitetet i Oslo, der han er professor i natur fagdidaktikk ved enheten EKVA (Enhet
for kvantitative utdanningsanalyser). Han har i mange år arbeidet med målinger av elevenes kunnskaper og holdninger
og har spilt sentrale roller i de store undersøkelsene PISA, TIMSS og TIMSS Advanced både nasjonalt og internasjonalt.
Anubha Rohatgi har master grad i fysikk samt en bachelor grad i Education og har undervist i fysikk, kjemi og matema-
tikk i den videregående skolen. Siden 2006 har hun vært ansatt ved Enhet for kvantitative utdanningsanalyser ved ILS
på Universitetet i Oslo og har arbeidet med TIMSS Advanced og Osloprøven i naturfag.
CARL ANGELL
Universitetet i Oslo
carl.angell@fys.uio.no
SVEIN LIE
Universitetet i Oslo
svein.lie@ils.uio.no
ANUBHA ROHATGI
Universitetet i Oslo
anubha.rohatgi@ils.uio.no
[18] 7(1), 2011
en tilsvarende TIMSS-undersøkelse som ble gjennomført i 1995, og de internasjonale resultatene
herfra ble rapportert i Mullis et al. (1998).
Det var ni land som deltok i fysikkdelen av TIMSS Advanced i 2008: Armenia, Iran, Italia, Liba-
non, Nederland, Norge, Russland, Slovenia og Sverige. Deltakerlandene er forskjellige både når
det gjelder elevens alder og andelen av årskullet som tar fysikk. I denne artikkelen vil vi studere
norske resultater (se Lie, Angell, & Rohatgi, 2010) og gi en mer detaljert sammenlikning med
Sverige (se Skolverket, 2009) som også deltok i TIMSS 1995. Det viktigste er altså at vi kan sam-
menlikne norske og svenske resultater med resultatene fra 1995. De norske og svenske resultatene
fra 1995 er rapportert i henholdsvis Angell, Kjærnsli, & Lie (1999) og Skolverket (1998). Denne
sammenlikningen kan vi gjøre fordi en rekke oppgaver har vært holdt hemmelig slik at de har
kunnet bli brukt igjen i identisk form.
Når vi bruker begrepet fysikk-kompetanse (og i tittelen ”fall i fysikk-kompetanse”), mener vi den
kompetansen vi kan måle med data fra TIMSS Advanced. En kan selvsagt si at å ha god kompetanse
i fysikk må bety mer enn å kunne løse oppgaver gitt i TIMSS. Dolin (2002) har foreslått at en kom-
petansebeskrivelse i fysikk må inneholde noe om at elevene skal kunne utøve fysikkfaglig tankegang,
resonnere fysikkfaglig, planlegge og utføre eksperimenter, analysere modeller, arbeide med forskjellige
representasjoner av fysiske fenomener, kunne kommunisere om fysikk, kunne kritisk vurdere fysik-
kens arbeider og resultater og kunne vurdere fysikkens verdinormer. Vi kan selvsagt ikke måle alle
disse aspektene i en skriftlig test. Men for å svare på oppgaver i TIMSS Advanced må elevene være
kjent med temaene som blir testet, og de må kunne bruke ulike kognitive ferdigheter. De må ha kjenn-
skap til grunnleggende begreper og symboler, de må kunne anvende sin kunnskap til å løse problemer,
og de må kunne resonnere og argumentere når de løser oppgaver.
Temaet for denne artikkelen er altså å beskrive elevenes fysikk-kompetanse slik den er målt i
TIMSS Advanced 2008, samt å sammenlikne med resultatene fra 1995 og belyse noen faktorer
som synes å ha sammenheng med endringen i prestasjoner. Og resultatene fra TIMSS Advanced
gir et utvetydig bilde: Fysikk-kompetansen hos norske og svenske elever har hatt en betydelig
nedgang i perioden fra 1995 til 2008. Hovedspørsmålet i denne artikkelen er derfor: Hvordan kan
denne nedgangen forklares?
Metode
Elevene i utvalget i TIMSS Advanced representerer hele populasjonen av fysikkelever. I Norge
vil det si alle elever som tok kurset 3FY i våren 2008, og i Sverige var det de elevene som fulgte
Fysik B. Elevene ble trukket ut på en slik måte at alle i populasjonen hadde en viss kjent sannsyn-
lighet for å bli utvalgt. Denne sannsynligheten var ikke nødvendigvis den samme for alle, og ved
beregninger må elevene tillegges ulik vekt for å oppnå en god representativitet. I Norge deltok 101
skoler med 1642 elever. I Sverige var det 121 skoler med 2291 elever.
I fysikktesten ble det brukt fire forskjellige oppgavehefter med kombinasjoner av til sammen 73
oppgaver, 44 flervalgsoppgaver og 29 åpne oppgaver. En rekke trendoppgaver har som nevnt gjort
det mulig å sammenlikne resultatene i 2008 med resultatene i 1995. I testen for fysikkspesialistene
ble det regnet ut skårverdier ved hjelp av en IRT-modell (Item Response Theory), en metode som
tillater at ikke alle elevene har fått de samme oppgavene. Skårverdiene er da regnet ut på bak-
grunn av de oppgavene elevene har fått, og hvilke de har besvart riktig. På denne måten fikk hver
elev tilegnet en internasjonalt standardisert skår. Det internasjonale gjennomsnittet for 1995-un-
dersøkelsen ble satt til 500 poeng og standardavviket til 100 poeng. Ved hjelp av resultatene på de
felles trendoppgavene er så 2008-dataene standardisert langs den samme skalaen. Det innebærer
at prestasjonsmålene kan sammenliknes direkte. Framgang og tilbakegang framstår så enkelt som
differansen mellom de to gjennomsnittsverdiene.
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[19]
7(1), 2011
For å kunne ”rette” de åpne oppgavene ble det utviklet en kodeguide for registrering av elevsvar i
alle land. Kriteriene for de ulike kodene måtte være presise for å sikre høy overensstemmelse blant
de som rettet. Et av målene med TIMSS Advanced er å få innsikt i elevers kunnskap om og forstå-
else av viktige begreper innen sentrale områder i matematikk og fysikk. For å få innsikt i hvordan
elevene har tenkt, hvilke løsningsstrategier de har brukt, og eventuelle alternative forestillinger var
det viktig at oppgavene ikke bare ble kodet for riktig/galt. For å ivareta den diagnostiske informa-
sjonen som elevenes svar gir, ble det brukt et tosifret kodesystem for hver oppgave. Den norske
prosjektgruppen i TIMSS 1995 bidro i utgangspunktet sterkt til å utvikle dette systemet (Angell,
1996; Angell, Kjærnsli, & Lie, 2000; Lie, Taylor, & Harmon, 1996). Det første sifferet forteller
hvor mange poeng svaret er ”verdt”, eller graden av riktighet. Det andre sifferet referer til typer av
svar, for eksempel hvilke tanker elevene synes å ha om et begrep, hvilke metoder de har brukt i
løsningen, eller hvilke karakteristiske feil de har gjort.
For å belyse noen av de bakgrunnsfaktorene som kan ha betydning for elevprestasjoner i fysikk, ble
det utviklet spørreskjemaer til både elever, lærere og skoleledere (TIMSSQuestionnaires, 2009).
I en studie som TIMSS Advanced er det svært viktig at dataene er av høy kvalitet. En omfattende
kvalitetskontroll har funnet sted, alle trinn i kvalitetssikringen er behørig beskrevet, og omfanget
og betydningen av dem analysert og rapportert. Det er publisert en internasjonal teknisk rapport
som dokumenterer alt dette i detalj (Arora, Foy, Martin, & Mullis, 2009).
Hovedresultater i fysikk
Norge befinner seg blant de landene som har oppnådd de høyeste gjennomsnittsskårene. Bare
nederlandske elever skårer signifikant høyere enn norske elever. Nederland framstår imidlertid
med et mer ”elitistisk” utvalg av elever når det gjelder fysikk i videregående skole (3,4 prosent
av årskullet). Svenske elever representerer derimot et større elevutvalg enn de andre landene (11
prosent av årskullet), og de skårer omtrent som det ”skalerte” gjennomsnittet. I Norge utgjør fysik-
kelevene 6,8 prosent av årskullet.
Kompetansenivåer
Den internasjonale skalaen for prestasjoner fysikkprøven er, som nevnt, standardisert slik at
gjennomsnittet internasjonalt i 1995 er 500 poeng og standardavviket 100 poeng. Tre nivågrenser,
såkalte international benchmarks, er satt langs denne skalaen med intervaller på 75 poeng, nemlig
ved 475, 550 og 625 poeng. Det deler elevene inn i fire intervaller eller ”nivåer”. Figur 1 illustrerer
de tre nivågrensene og de tilhørende fire nivåene.
Fordelingen av elever på hvert av disse nivåene i et land er en fin måte å diskutere den samlete
fysikk-kompetansen på. For å gjøre dette vil vi først definere hver av disse nivågrensene. Det inne-
bærer at man ved hjelp av oppgavenes krav til kompetanse og hvilke elever som klarer å besvare
disse oppgavene, kan beskrive hva som kjennetegner elever som når en bestemt nivågrense. Ved
å analysere dette i detalj og sette bestemte kriterier for hva som menes med å ”mestre” en bestemt
Figur 1. Nivåer og nivågrenser for fysikk-kompetanse i TIMSS Advanced
1.Lavt 2. Middels
(Intermediate)
3. Høyt
(High)
4. Avansert
(Advanced)
475
550
625
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
[20] 7(1), 2011
oppgave, har man oppnådd at skalaen ikke bare er en normbasert skala, men knyttet til, eller ”for-
ankret” til beskrevet kompetanse ved tre nivågrenser (se også Kelly, 1999; Mullis, et al., 2009). For
eksempel er høyt nivå beskrevet som følger:
Elevene kan anvende lover i mekanikk, bevarelse av energi, samt om energioverganger til å
løse problemer som involverer vertikal sirkelbevegelse, sammenpressing av fjær, snorstram-
ming og støt. De kan anvende Ohms og Joules lover til å løse enkle problemer, og de kan iden-
tifisere egenskaper ved bevegelser til ladde partikler i elektriske og magnetiske felt. Elevene
kan også anvende kunnskap om relative størrelser av et atom og dets atomkjerne, og de kan
løse problemer som involverer halveringstid for en radioaktiv isotop. De kan også anvende
grunnleggende kunnskap om varmekapasitet og relatere ulike typer av elektromagnetisk strå-
ling til temperaturen til legemet strålingen kommer fra, og de kan demonstrere en forståelse
for fenomenet lydbølger.
Alle kompetansemålene finnes i original formulering på engelsk i Mullis et al. (2009) og på norsk
i Lie et al. (2010).
Sammenlikninger med TIMSS 1995
Et sentralt tema i denne artikkelen er: Hvordan presterer norske og svenske fysikkelever i
forhold til i 1995? Som vi ser av tabell 1, er det en kraftig tilbakegang i prestasjoner i Norge og
Sverige kombinert med en nedgang i andelen av årskullet som har valgt fysikk. I begge landene
er ”fysikkspesialistene” altså blitt færre, og de framstår også med betydelig dårligere kompetanse.
Tabell 1 Trend-data for Sverige og Norge
Andel av
årskullet i
1995
Andel av
årskullet i
2008
Gjennomsn.
skår 1995
Gjennomsn.
skår 2008
Endring
(standardfeil)
Norge 8,4 % 6,8 % 581 534 - 47 (7)
Sverige 16 % 11 % 578 497 - 81 (7)
Figur 2 Prosentfordeling på kompetansenivåer for årskullet for Norge og Sverige i 1995 og 2008
(Feilmarginer for hvert nivå er av størrelsesorden 0,1-0,5 prosentpoeng.)
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
0 5 10 15 20
Sverige 08
Sverige 95
Norge 08
Norge 95
Avansert
Høyt
Middels
Lavt
[21]
7(1), 2011
Figur 2 illustrerer situasjonen for hele elevkullet i de to landene. Og vi ser også på denne måten at
situasjonen har endret seg dramatisk til det verre i begge landene, uansett hvilket nivå vi er opptatt
av. Her vil vi spesielt peke på at andelen av årskullet i Norge Avansert nivå i fysikk har gått ned
fra 2,4 til 0,7 %. Og videre er andelen på minst Høyt nivå (Avansert og Høyt nivå til sammen) om-
trent halvert. I Sverige har utviklingen vært enda verre. Der har andelen av årskullet på Avansert
nivå i fysikk gått ned fra 4 til 0,8 %, og andelen på minst Høyt nivå har sunket til omtrent tredelen.
Når det gjelder hver enkelt oppgave, ser vi av figurene 3 og 4 at det har vært en nedgang for så godt
som hver eneste oppgave fra 1995 til 2008 når det gjelder andel riktige svar i Norge og Sverige.
Noen få av trendoppgavene viste seg å ikke fungere tilfredsstillende, og de er ikke med her eller i
beregningen av fysikkskåren. Topoengsoppgaver er framstilt som to oppgaver, én for prosentande-
len som klarte det første poenget, og én for andelen som i tillegg fikk det andre poenget.
Figur 3 Prosent riktige svar i Norge for hver av oppgavene som forekom både i 1995 og i 2008.
Oppgavene er sortert etter fallende vanskegrad i 1995. (Feilmarginer både i 1995 og i 2008 er om-
kring 5 prosentpoeng.)
Figur 4 Prosent riktige svar i Sverige for hver av oppgavene som forekom både i 1995 og i 2008.
Oppgavene er sortert etter fallende vanskegrad i 1995. (Feilmarginer både i 1995 og i 2008 er om-
kring 5 prosentpoeng.)
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PA1302
PA13026
PA13019
PA1302…
PA1302…
PA13012
PA1302…
PA13006
PA13016
PA1302…
PA13009
PA1302…
PA13013
PA13018
PA13021
PA1302…
PA13023
PA13017
PA13001
PA13002
PA13014
PA13003
PA13011
PA13005
PA13015
PA13004
NOR 08
NOR 95
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
PA13026
PA13022,2
PA13019
PA13022,1
PA13012
PA13025,2
PA13006
PA13027A
PA13013
PA13011
PA13009
PA13016
PA13025,1
PA13024,2
PA13018
PA13021
PA13014
PA13001
PA13024,1
PA13002
PA13017
PA13005
PA13023
PA13003
PA13015
PA13004
SVE 08
SVE 95
[22] 7(1), 2011
Det mest påfallende vi kan slutte fra disse to figurene, er at det dreier seg om en generell nedgang
i kompetanse, og at eventuell ulik vektlegging av fagstoff eller oppgavetyper vanskelig kan være
en forklaring. Nedgangen på ett område synes ikke å være oppveid ved framgang på et annet. Vi
synes derfor å stå overfor en nødvendig erkjennelse av at norske og svenske ”fysikkspesialister”
i tillegg til å ha blitt færre har blitt generelt sett betydelig svakere faglig. Det dreier seg om en
nedgang på omtrent et halvt standardavvik for Norges vedkommende og enda mer for Sveriges.
I Norge er det særlig én oppgave som skiller seg ut ved at elevene svarer veldig mye dårligere
i 2008 enn i 1995, og i Sverige er det to slike oppgaver. Begge disse oppgavene er åpne og gir
maksimalt 2 poeng. De framkommer derfor i figurene som ”to” oppgaver, én for prosentandelen
som klarte det første poenget, og én for andelen som i tillegg fikk det andre poenget. Den ene
oppgaven er felles for de to landene og handler om fotoelektrisk effekt (PA13025,1 og 2). Den
andre handler om krefter en ladd partikkel i et elektrisk felt (PA13024,1 og 2). Begge krever
at elevene kan ”oversette” det beskrevne fysiske fenomenet til matematiske uttrykk og regne med
disse uttrykkene.
Kjønnsforskjeller i fysikkprestasjoner
Tabell 2 Jenteandel og kjønnsforskjeller i testskår (i guttenes favør) samt andel av årskullet for
hvert kjønn
Tabell 2 inneholder noen nøkkeltall for en sammenlikning av kjønnsforskjeller mellom Norge
og Sverige. Her er prestasjonsforskjellene mellom kjønn vist sammen med både jenteandelen i
prosent og andelen av årskullet som tar fysikk for hvert kjønn for seg. Som det framgår av tabell
2, framstår Sverige på begge måter med en bedre kjønnsbalanse enn Norge. I Norge er bare 29 %
av fysikkelevene jenter, noe som svarer til 3,9 % av årskullet av jenter, mens andelen for guttene
er 9,7 %. Det er altså godt over dobbelt så mange gutter som jenter som velger 3FY i Norge, og i
tillegg skårer guttene gjennomsnittlig bedre enn jentene. Det betyr for eksempel at av alle norske
elever på avansert nivå er bare omtrent 15 % av dem jenter. De virkelige fysikkspesialistene
høyt nivå er altså en svært maskulin elevgruppe. Det ligger åpenbart mange utfordringer her når
det gjelder en bedre kjønnsbalanse i videre studier og yrker.
Vi ser også fra tabell 2 at selv om kjønnsbalansen er bedre i Sverige enn i Norge, er det også der en
betydelig større andel av årskullet av gutter som tar fysikk enn av jenter som tar fysikk. Imidlertid
er gjennomsnittlig testskår for gutter og jenter omtrent like i Sverige (forskjellen på 9 poeng i gut-
tenes favør er ikke signifikant). Også når vi ser på forskjellen mellom jenter og gutter på de ulike
kompetansenivåene, finner vi forholdsvis små forskjeller. Riktignok er andelen av jenter på lavt
nivå litt større enn andelen av gutter, og andelen av gutter på avansert nivå er større enn andelen
av jenter (8,8 % mot 5,0 %).
Når det gjelder nedgangen fra 1995 til 2008, så vi at den var 47 poeng for alle elevene i Norge og
81 poeng i Sverige. I Norge har begge kjønn en signifikant tilbakegang, men jentenes tilbakegang
er betydelig mindre enn guttenes, henholdsvis 36 og 50 poeng. Den svenske tilbakegangen på hele
Andel jenter
Differanse
i testskår
(Standardfeil)
Andel av
årskullet for
jenter
Andel av
årskullet for
gutter
Norge 29 % 25 (6) 3,9 % 9,7 %
Sverige 35 % 9 (6) 7,7 % 14 %
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[23]
7(1), 2011
81 poeng viser et liknende bilde: Jentene går tilbake med 60 poeng mot guttenes 90 poeng. Det er
altså guttene som i størst grad har ”skylda” for den sterke tilbakegangen i begge disse landene. Men
kjønnsforskjellene i prestasjoner har altså dermed gått sterkt ned, i vårt land fra 51 til 24 poeng og i
Sverige fra 49 til 9 poeng. Riktignok har det vært et mål å jevne ut kjønnsforskjeller i prestasjoner,
men at dette skulle skje ved at guttene har fått så mye dårligere skår, er unektelig også et betydelig
”skår” i gleden.
Hva har skjedd?
Vi har vist at norske og svenske elever svarer vesentlig dårligere på fysikktesten i TIMSS Advanced
enn de gjorde i TIMSS 1995. Det gjelder på testen som helhet, og det gjelder på enkeltoppgaver.
I 1995 framsto fysikkfaget i begge landene nærmest som nasjonale ”flaggskip”. Norske og svenske
elever skåret best av alle landene som deltok. Det store spørsmålet nå er selvsagt: Hva har skjedd?
Som det framgår av figur 2, er det ikke slik at nedgangen særlig gjelder en bestemt nivågruppe, for
eksempel de svakeste elevene. I begge land er det dominerende bildet at elevgruppen som helhet
har fått lavere kompetanse, men at spredningen mellom elevene er omtrent som før. På ett punkt
har vi imidlertid beskrevet en selektiv effekt, nemlig at det særlig er guttene som har stått for den
sterkeste nedgangen. En slik endring av kjønnsforskjeller i jentenes favør er imidlertid en generell
tendens i alle fag i grunnskolen i denne perioden (Hægeland & Kirkebøen, 2006). Betydningen av
elevenes hjemmebakgrunn (minoritetsbakgrunn og sosio-økonomiske forhold) har også endret seg
noe, men disse små endringene utgjør liten forklaringskraft når det gjelder de svekkete resultatene.
Nedadgående trender i både fysikk og matematikk
En måte å se nedgangen på er å gå noen år tilbake, til 2003, og la oss først se på norske resultater.
I 2003 gikk ”våre” fysikkelever på 8. trinn i grunnskolen, og noen av disse elevene deltok i TIMSS
2003 i naturfag og matematikk, de aller fleste som representanter for årskullet som er født i 1989.
Figur 5 presenterer en måte å knytte disse undersøkelsene visuelt sammen på. Gjennomsnittsver-
dier for hver studie, TIMSS Advanced (fysikk og matematikk) og TIMSS 8. trinn (naturfag og ma-
tematikk) er framstilt som funksjon av fødselsåret med sin egen skala. Norge deltok riktignok ikke
i TIMSS 1995 i matematikk, men undersøkelsen ble gjennomført i 1998 med nøyaktig de samme
instrumentene. Målestokken er lik for alle undersøkelsene, idet avstanden mellom hver vannrette
strek på figuren er 50 poeng, altså omtrent lik et halvt standardavvik.
Fra figur 5 kan vi se en meget tydelig nedadgående tendens i begge studiene i både matematikk og
fysikk/naturfag. Når det gjelder naturfag, er det selvfølgelig viktig at fysikk, som måles i TIMSS
Advanced, bare utgjør en del av naturfaget som er målt i TIMSS på 8. trinn. Men likevel framstår
nedgangen i fysikk i TIMSS Advanced nærmest som en naturlig konsekvens av de svake resul-
tatene som er målt for elever som er født rundt 1990 i forhold til de som er født rundt 1985 eller
tidligere. Med en såpass svak bakgrunn i naturfag og matematikk fra grunnskolen, er det i utgangs-
punktet ikke annet å vente enn at denne svakheten skal gjøre seg gjeldende også på høyere nivå.
Så langt synes det som om tilbakegangen i fysikk-kompetanse i hovedsak kan forklares med de
betydelig svakere kunnskapene elevene kommer til videregående skole med.
Figur 6 viser akkurat de samme trendene for Sverige som vi så for Norge i figur 5, bare enda mer
dramatisk. De svenske elevene på 8. trinn er imidlertid ett år eldre enn de norske på tilsvarende
trinn. For TIMSS 1995 måtte vi her bruke svenske data spesielt rapportert for en eldre populasjon
enn den som ble brukt ved hovedrapporteringen (se Appendiks D i Beaton et al., 1996). Derfor har
vi heller ikke tegnet inn en vertikal strek som i figuren for Norge. Men selv om årskullene ikke er
nøyaktig de samme i Norge og Sverige, er bildet det samme: En markant tilbakegang i TIMSS for
8. trinn kan langt på vei forklare de svake resultatene i TIMSS Advanced.
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
[24] 7(1), 2011
Figur 5 Trender for norske resultater fra TIMSS Advanced (fysikk og matematikk) og TIMSS 8. trinn
(naturfag og matematikk). Årstallet for hver undersøkelse er angitt. Hver studie har sin egen skala,
men målestokken er den samme, idet avstanden mellom hver vannrette linje er på 50 poeng, som
svarer omtrent til et halvt internasjonalt standardavvik. Gjennomsnittlige skårverdier er framstilt som
funksjon av fødselsår for årskullene som er undersøkt. Trenden er visualisert som rette linjer for en
enkel sammenlikning. Årskullet født 1989 er markert med en vertikal stiplet strek.
1970 1975 1980 1985 1990 1995
Fysikk
Matematikk
Naturfag
Matematikk
500
600
450
500
550
TIMSS Advanced
TIMSS 8.trinn
450
550
1995
1998
2008
2008
1995
1995
2003
2003
600
Figur 6 Trender for svenske resultater i to undersøkelser, TIMSS Advanced (fysikk og matematikk)
og TIMSS 8. trinn (naturfag og matematikk). Årstallet for hver undersøkelse er angitt. Hver studie
har sin egen skala, men målestokken er den samme, idet avstanden mellom hver vannrette linje
er 50 poeng, som svarer omtrent til et halvt internasjonalt standardavvik. Gjennomsnittlige
skårverdier er framstilt som funksjon av fødselsår for årskullene som er undersøkt. Trenden er
visualisert som rette linjer for en enkel sammenlikning.
1970 1975 1980 1985 1990 1995
TIMSS Advanced
Fysikk
Matematikk
TIMSS 8. trinn
Naturfag
Matematikk
600
500
550
500
450
55
45
1995
1995
2008
2008
2003
2003
1995
1995
600
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[25]
7(1), 2011
Vi ser også at nedgangen i matematikk i TIMSS Advanced er enda mer markant enn i fysikk i beg-
ge land. I Sverige var den gjennomsnittelige matematikkskåren 502 i 1995, mens den var sunket
til 412 i 2008. Det er en forskjell på hele 89 poeng. I Norge er matematikkskåren i 1998 estimert
til 500, og i 2008 finner vi at nedgangen har vært på 61 poeng, og trendlinjen for matematikk er
brattere enn for fysikk (se også Grønmo, Onstad, & Pedersen, 2010). Men det er flere faktorer som
kan ha betydning. I de neste avsnittene ser vi på noen av dem.
Søkelys på matematiske forutsetninger
Forholdet mellom fysikk og matematikk har vært, og er, et stadig tilbakevendende tema i fysikk-
didaktikk. Flere har påpekt at mange elever har problemer med å se sammenhengen mellom
matematikken de holder på med i matematikktimene, og den matematikken de faktisk bruker
i fysikken (f.eks. Taber, 2006). Øystein Guttersrud (2008) diskuterer også problemer elever har
med å se sammenhengen mellom en matematisk likning og dens fysiske tolkning. Elever har ofte
ikke tenkt at en formel i fysikk som s = vt formelt sett er akkurat den samme likningen som
y = ax, som de er vant med fra matematikken. Noe av det samme påpeker Bagno, Berger, & Eylon
(2008) som har undersøkt forståelsen av formler i fysikk hos israelske elever i videregående skole.
De fant at elevene hadde vage beskrivelser av komponentene i en formel, at de hadde problemer
med å spesifisere under hvilke betingelser formelen gjaldt, og at de i liten grad kunne manipulere
enheter i en formel. På den annen side er det i de senere år også vært rettet mye oppmerksomhet
mot begrepet ”conceptual physics” (se f. eks. Hestenes, 1987; Hewitt, 2006; Mazur, 1997), der en
har vært opptatt av at man må ha en grunnleggende kvalitativ forståelse for begreper i fysikk, og
ikke bare kunne regne mekanisk med en rekke formler.
For å se nærmere på dette har vi kategorisert alle fysikkoppgavene i TIMSS Advanced som følger:
E: Ett trinns anvendelse/resonnering (for eksempel sette tall rett i en formel)
G: Tolke graf (tegne/ tolke grafiske framstillinger)
K: Kjennskap ( kjenne grunnleggende begreper og symboler)
M: Manipulasjon, regneferdigheter og algebra (for eksempel kunne beskrive et fysisk system
med flere likninger og løse likningssettet)
R: Resonnering/anvendelse uten algebra (gjennomføre kvalitative resonnementer)
Figur 7 viser gjennomsnittlig svarprosent for Nederland, Norge og Sverige for hver av disse ka-
tegoriene. Det er som det framgår av figuren, oppgaver som krever ett-trinns resonnement (E),
graftolkning (G) eller kjennskap (K) som fremstår som lettest for elevene. Det framgår også at
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
E G K M R
Prosent
Nederland
Norge
Sverige
Figur 7 Svarprosent på ulike kategorier oppgaver.
[26] 7(1), 2011
oppgaver som krever manipulering med formler, skårer elevene i Norge og Sverige spesielt lavt i
forhold til Nederland, som altså var det landet som skåret høyest på hele testen.
Men også når det gjelder tallregning med brøker, synes elevene å svikte selv på helt enkle bereg-
ninger. Vi har også sett på resultatene fra 1995, og der finner vi ikke det samme mønsteret. Faktisk
er kategorien M: Manipulasjon, regneferdigheter og algebra det området som svenske elever skå-
rer forholdsvis best på i 1995. Uten tvil er de svekkete kunnskapene i matematikk en medvirkende
årsak til de svake resultatene i fysikk. Som nevnt viste matematikkundersøkelsen i TIMSS Advanced
en betydelig nedgang for både Sverige og Norge.
Norsk matematikkråd har gjennom mange år kartlagt grunnleggende matematisk kunnskap hos
studenter som har begynt på matematikk-krevende studier i Norge. Disse undersøkelsene viser en
meget stor tilbakegang. I 1984 var gjennomsnittlig andel rett svar på testen deres 73%, mens den
i 2007 var sunket til 47 % (Rasch-Halvorsen & Johnsbråten, 2007). Resultatet blir noe bedre hvis
vi bare tar med de studentene som har tre år med matematikk fra videregående skole. I 2007 var
da gjennomsnittlig andel rette svar 55 %. Men det er viktig å være klar over at alle oppgavene i
testen som ble gitt, tilhører pensum i grunnskolen. Det er med andre ord flere indikasjoner på at
matematikkunnskapene til norske elever langt fra er gode nok.
Det svenske Skolverket påpeker også i sin rapport om TIMSS Advanced at den store nedgangen i
prestasjoner har betydelig sammenheng med elevens evner til å håndtere matematikken i fysikken
(Skolverket, 2010). Det er med andre ord grunn til å frykte at svake ferdigheter i aritmetikk og
algebra fortsatt vil utgjøre et stort problem for fysikkfaget i våre to land.
Elevenes tidsbruk utenom skolen
Hvilken virkning har elevenes bruk av tid utenom skolen på elevenes resultater? I elevspørreskje-
maet er det listet opp seks aktiviteter, og elevene skulle angi daglig tidsbruk utenom skolen på en
vanlig dag. Vi skal ikke gå inn på hver av disse aktivitetene her, men trekke fram ett forhold som
synes å ha særlig sammenheng med prestasjoner både i Sverige og Norge. Det er tid brukt på betalt
jobb, og sammenhengen er vist i figur 8 for Sverige og figur 9 for Norge i form av gjennomsnittlig
skår med konfidensintervaller for hver tidskategori. De to diagrammene viser at høyt tidsforbruk
henger sammen med en dårligere fysikkskår i begge landene. Men de viser også at inntil én times
tidsbruk ikke henger sammen med en slik nedgang, det er til og med tegn på det motsatte for nor-
ske elevers del. Selv om vi formelt sett ikke kan si at vi her har avslørt en enkel årsak og virkning,
er sammenhengen likevel så markert at det kan være grunn til en advarsel.
I denne sammenheng vil vi også framheve at fysikkelevene langt fra framstår som noen skolener-
der. Det de rapporterer, vitner om en gruppe ungdommer med et bredt spekter av interesserer.
Baksiden av dette er imidlertid at det ikke er mye av deres tid igjen til å gjøre lekser, altså skolear-
beid hjemme. Ifølge elevenes egen rapportering bruker norske fysikkelever noe over 1,5 timer per
uke til fysikklekser. De svenske elevene bruker omtrent én time per uke. I begge land rapporterer
jentene betydelig mer tid til lekser enn guttene. Både de norske og svenske elevene rapporterer
også omtrent én time per dag i gjennomsnitt til alt skolearbeid hjemme, altså i alle fag til sammen.
Tilsvarende spørsmål til elevene ble stilt også i 1995, og den gangen rapporterte de norske fysik-
kelevene i gjennomsnitt noe over to timers leksearbeid per dag, og de svenske elevene omtrent to
timer per dag. Det er vel naturlig at en halvering av hjemmearbeidet peker seg ut som én av flere
mulige årsaker til den kraftige nedgangen i fysikkunnskaper i perioden.
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[27]
7(1), 2011
Figur 9 Sammenhengen mellom fysikkskår og elevenes daglige tid brukt på betalt jobb i Norge.
Konfidensintervallene (95 %) for gjennomsnittene er vist som vertikale streker.
Figur 8 Sammenhengen mellom fysikkskår og elevenes daglige tid brukt på betalt jobb i Sverige.
Konfidensintervallene (95 %) for gjennomsnittene er vist som vertikale streker.
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
Betalt jobb
> 4 timer2 - 4 timer1 - 2 timer< 1 timeIngen tid
Fysikkskår
520
500
480
460
440
420
400
DATASET ACTIVATE DataSet1.
DATASET CLOSE DataSet2.
Page 4
[28] 7(1), 2011
Kommentarer og konklusjoner
I denne artikkelen har vi diskutert noen viktige grunner til den store nedgangen som er målt i
fysikktesten i TIMSS Advanced 2008 for Norge og Sverige. Vi har pekt på en klar nedadgående
tendens for elever lavere årstrinn, og med en svak bakgrunn fra grunnskolen, er det i ut-
gangspunktet naturlig at denne svakheten skal gjøre seg gjeldende også høyere nivå. Videre
synes også størrelsen av denne nedgangen i grunnskolen å være av omtrent samme omfang som
den nedgangen vi har registrert i TIMSS Advanced. Følgelig synes det som om tilbakegangen
i fysikk-kompetanse i hovedsak kan forklares med de betydelig svakere kunnskapene elevene
kommer til videregående skole med. Og det gjelder særlig grunnskoleelevenes svekkete kompe-
tansenivå i matematikk. Manglende kunnskaper i grunnleggende aritmetikk og algebra peker seg
ut som en viktig årsak til nedgangen i fysikkunnskaper på videregående skole, slik disse er målt i
TIMSS Advanced.
Det er imidlertid tegn til at den markante nedgangen er i ferd med å stoppe opp fra og med elever
født rundt 1990, i alle fall for Norges del. TIMSS 2007 for 4. trinn i Norge viser klart ”tegn til be-
dring”, og spesielt god er bedringen i matematikk, der framgangen er på hele 22 poeng (Grønmo
& Onstad, 2009). Men også i naturfag har det vært en framgang fra 2003 til 2007 på 10 poeng
på 4. trinn. På 8. trinn var det imidlertid en fortsatt nedgang i naturfag på 7 poeng, mens det var
en framgang på 8 poeng i matematikk. Det er altså noen lyspunkter som må tas i betraktning når
det gjelder utsikter for utviklingen de nærmeste årene. Tilsvarende lyspunkter er imidlertid ikke å
finne i våre data fra TIMSS Advanced, men det kunne vi ut fra ovenstående resonnement heller
ikke forvente. ”Vårt” årskull presterte slett ikke bra i TIMSS 2003. I Sverige er det ikke samme
tendens til framgang i grunnskolen. Sverige har ikke deltatt i TIMSS på 4. trinn, men på 8. trinn
har nedgangen fortsatt. I naturfag var nedgangen fra 2003 til 2007 på 13 poeng, og i matematikk
var den 8 poeng.
Hvis vi ser på de store linjene fra 1995 til 2008 i norsk skolefysikk, vil vi si at i hovedsak har det
vært små endringer. Vi fikk riktignok en ny læreplan i forbindelse med læreplanreformen i 1994
(R94). Læreplanen i fysikk ble implementert i 1998-1999 slik at de norske elevene som var med
i TIMSS i 1995 fulgte læreplanen fra før reformen, mens de som var med 2008 var det siste kul-
let som fulgte læreplanen fra R94. Endringene i læreplanen for fysikk i R94 var imidlertid nesten
bare kosmetiske når det gjelder faglig innhold. Videre vil vi si at det i grove trekk er de ”samme”
lærerne, og at de er godt utdannet og har lang erfaring som fysikklærere. Det er også de ”samme”
elevene i den forstand at det er omtrent et like stort utvalg av årskullet (litt mindre) som tok 3FY
i 2008 som i 1995. Disse elevene gjør det gjennomgående godt i alle skolefag, og de er i stor grad
fornøyd med fysikkfaget, selv om de oppfatter det som både vanskelig og arbeidskrevende (Angell,
Henriksen, & Isnes, 2003; Lie & Angell, 1990). Det er, så vidt vi kan se, ingenting som tyder på at
elevutvalget som tar 3FY, har endret seg vesentlig fra 1995 til 2008 i så måte. Dette støttes også av
Utdanningsdirektoratet (2010) som påpeker at 3MX- og 3FY-elevene hadde mye bedre karakterer
i norsk hovedmål og sidemål, både i standpunkt og til eksamen, enn de øvrige elevene som gikk ut
av videregående skole på studieforberedende program i 2008. For eksempel var gjennomsnittska-
rakteren til eksamen i norsk hovedmål 3,2 for alle elever, mens den var 3,8 for 3FY-elevene. Med
andre ord, når det gjelder faget selv, lærerne og elevutvalget, er det vanskelig å peke på noen fak-
torer som skulle kunne forklare en så kraftig nedgang i prestasjoner som TIMSS Advanced viser.
I Sverige er det litt annerledes. I 1995 hadde de et sammenholdt kurs i fysikk med tilhørende
obligatorisk matematikk. Dette var i 2008 delt opp i flere kurs (også matematikk) med avsluttende
prøver lenge før gjennomføringen av TIMSS Advanced. En kan derfor si at de svenske elevene i
1995 var bedre forberedt til TIMSS-testen enn elevene var i 2008.
Når det gjelder fysikkfaget, er det imidlertid ikke så lett å forstå at litt svake kunnskaper i naturfag
i grunnskolen kan bety mye for læring i fysikk. På mange måter utgjør fysikkfaget på videregå-
ende skole (og den svenske gymnasieskolan) et toårig kurs som i stor grad bygges opp fra grunnen
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[29]
7(1), 2011
som et konsistent kunnskapsområde med begreper, definisjoner og fysiske lover. Og dette området
framstår med en felles epistemologisk status for hvordan disse begrepene og lovene er framkom-
met og hvilken status de har. Manglende grunnlag når det gjelder blomster og dyr, stjerner og
planeter, berggrunn og breer, ja til og med syrer og baser, synes ikke nødvendigvis å være mye til
hinder for god læring i fysikk.
I boka ”Fysikk i fritt fall?”(Lie, et al., 2010) har vi pekt at det foregår mye av det vi vil kalle
tradisjonell fysikkundervisning, altså at læreren i stor grad gjennomgår stoff for hele klassen, og
at elevene jobber med oppgaver under veiledning av læreren. Vi har også vist at det å jobbe hver
for seg med oppgaver og det at lekser blir gjennomgått, har positiv sammenheng med prestasjo-
ner. Men det vi også har vist, er at disse elevene hadde et svakere grunnlag fra grunnskolen enn
fysikkelevene hadde i 1995. Vi kan derfor forestille oss at disse elevene nødvendigvis trenger mye
individuell trening for å mestre den regningen og algebraen som er nødvendig for å løse tradisjo-
nelle fysikkoppgaver. Slik grundig trening fikk mange elever tidligere gjennom matematikkunder-
visningen både i grunnskolen og i videregående skole. Men dette har også en annen side. Vi tror at
den (kanskje) helt nødvendige fokuseringen på individuell trening på grunn av svakt grunnlag, kan
ha tatt tid fra mer fordypning i fysikkfagets mange aspekter. Vi tenker her på mer tid til kvalitativ
drøfting av fenomener, tid til å sette faget inn i en historisk, samfunnsmessig og til og med filosofisk
sammenheng. FUN-undersøkelsen (Angell, et al., 2003) viste at elever ønsket seg mer av det som
ble kalt kvalitativ fysikk (fysikk uten bruk av matematikk). Det er ikke bare regnetrening som skal
til for å lære og forstå fysikk. Det er også viktig ”å kunne snakke fysikk” som et ledd i forståelse av
fysiske fenomener og begreper (Enghag, Gustafsson, & Jonsson, 2007; Mortimer & Scott, 2003).
Vi tror det er viktig at en i undervisningen framhever både kvantitative og kvalitative aspekter som
grunnlag for god forståelse i fysikk.
TIMSS Advanced gir, som nevnt, et utvetydig bilde av en nedgang i norske og svenske elevers
kompetanse i fysikk i perioden fra 1995 til 2008. Det synes som denne nedgangen i noen grad
kan knyttes til læreplanendringer i Sverige, men i liten grad i Norge. Det svake matematiske og
naturfaglige grunnlaget elevene kommer til fysikkfaget med både i Norge og Sverige, betyr imid-
lertid mye. Som vi har påvist, takler norske og svenske elever i liten grad kvantitativ behandling
av grunnleggende fysiske begreper. Og det er alvorlig, i og med at den kvantitative forståelsen av
fysikkbegreper er (sammen med kvalitativ forståelse) helt sentral for elevenes utvikling av kom-
petanse i fysikk.
Referanser
Angell, C. (1996). Elevers fysikkforståelse. En studie basert på utvalgte fysikkoppgaver i TIMSS.
Unpublished Dr.scient thesis, Universitetet i Oslo, Oslo.
Angell, C., Henriksen, E. K., & Isnes, A. (2003). “Hvorfor lære fysikk? Det kan andre ta seg av!”.
Fysikkfaget i norsk utdanning: Innhold - oppfatninger - valg. In D. Jorde & B. Bungum (Eds.),
Naturfagdidaktikk. Perspektiver Forskning Utvikling Oslo: Gyldendal akademisk.
Angell, C., Kjærnsli, M., & Lie, S. (1999). Hva i all verden skjer i realfagene i videregående skole?
Oslo: Universitetsforlaget.
Angell, C., Kjærnsli, M., & Lie, S. (2000). Exploring students’ responses on free-response science
items in TIMSS. In D. Shorrocks-Taylor & E. W. Jenkins (Eds.), Learning from others. Inter-
national comparisons in education (pp. 159 - 188). Dordrecht: Kluwer Academic Publishers.
Arora, A., Foy, P., Martin, M. O., & Mullis, I. V. S. (2009). TIMSS Advanced 2008. Technical Repo-
ert. Boston: TIMSS & PIRLS International Study Center. Boston College.
Bagno, E., Berger, H., & Eylon, B. S. (2008). Meeting the challenge of students’ understanding of
formulae in high-school physics: a learning tool. Physics Education, 43(1), 75-82.
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
[30] 7(1), 2011
Beaton, A. E., Martin, M. O., Mullis, I. V. S., Gonzalez, E. J., Smith, T. A., & Kelly, D. L. (1996).
Science Achievement in the Middle School Years: IEA´s Third International Mathematics
and Science Study (TIMSS). Chestnut Hill, MA: TIMSS International Study Center. Boston
College.
Dolin, J. (2002). Fysikfaget i forandring. (“School physics in a process of change”). Roskilde Uni-
versity, Denmark Roskilde
Enghag, M., Gustafsson, P., & Jonsson, G. (2007). From Everyday Life Experiences to Physics.
Understanding Occurring in Small Group Work with Context Rich Problems During Intro-
ductory Physics Work at University. Research in Science Education, 37, 449-467.
Garden, R. A., Lie, S., Robitaille, D. F., Angell, C., Martin, M. O., Mullis, I. V. S., et al. (2006).
TIMSS Advanced 2008. Assessement Framework Available from http://timss.bc.edu/PDF/
TIMSS_Advanced_AF.pdf
Grønmo, L. S., & Onstad, T. (2009). Tegn til bedring. Norske elevers prestasjoner i matematikk og
naturfag i TIMSS 2007. Oslo: Unipub.
Grønmo, L. S., Onstad, T., & Pedersen, I. F. (2010). Matematikk i motvind. TIMSS Advanced
2008 i videregående skole. Oslo: Unipub.
Guttersrud, Ø. (2008). Mathematical Modelling in Upper Secondary Physics Education. Defining,
Assessing and Improving Physics Students’ Mathematical Modelling Competency. Unpublis-
hed Ph.D thesis, University of Oslo, Department of Physics, Oslo.
Hestenes, D. (1987). Toward a modeling theory of physics instruction. American Journal of Phy-
sics, 55(5), 440 - 454.
Hewitt, P. G. (2006). Conceptual Physics (10th ed.). San Francisco: Pearson/Addison Wesley.
Hægeland, T., & Kirkebøen, L. J. (2006). Skoleresultater 2006. En kartlegging av karakterer fra
grunn- og videregående skoler i Norge. Statistisk sentralbyrå. Retrieved 24.09.2010, 2010,
from http://www.ssb.no/emner/04/02/notat_200729/notat_200729.pdf
Kelly, D. L. (1999). Interpreting the Third International Mathematics and Science Study (TIMSS)
achievement scales using scale anchoring. Boston College, Boston.
Lie, S., & Angell, A. (1990). Fysikk i videregående skole: Hvem velger faget, og hvorfor? Oslo:
Universitetet i Oslo.
Lie, S., Angell, A., & Rohatgi, A. (2010). Fysikk i fritt fall? Oslo: Unipub.
Lie, S., Taylor, A., & Harmon, M. (1996). Scoring Techniques and Criteria. In M. O. Martin & D.
Kelly (Eds.), Third International Mathematics and Science Study, Tecnical Report, Volume 1
Design and Development: Boston College.
Mazur, E. (1997). Peer Instruction: a User’s manual. Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall.
Mortimer, E. F., & Scott, P. H. (2003). Meaning Making in Secondary Science Classrooms. Mai-
denhead - Philadelphia: Open University Press.
Mullis, I. V. S., Martin, M. O., Beaton, A. E., Gonzalez, E. J., Kelly, D., & Smith, T. A. (1998).
Mathematics and Science Achievement in the Final Year of Secondary School. IEA’s third in-
ternational mathematics and science study (TIMSS). Chestnut Hill, MA: Center for the study
of testing, evaluation, and educational policy, Boston College.
Mullis, I. V. S., Martin, M. O., Robitaille, D. F., & Foy, P. (2009). TIMSS Advanced 2008. Inter-
national Report. Findings from IEA’s Study of Achievement in Advanced Mathematics and
Physics in the Final Year of Secondary School. Boston: TIMSS & PIRLS International Study
Center. Boston College.
Rasch-Halvorsen, A., & Johnsbråten, H. (2007). Norsk matematikkråds undersøkelse høsten
2007. Notodden: Høgskolen i Telemark.
Skolverket. (1998). TIMSS. Kunnskaper i matematikk och naturvetenskap hos svenska elever i
gymnasieskolans avgångsklasser. Stockholm: Skolverket.
Skolverket. (2009). TIMSS Advanced 2008. Svenska gymnasieelevers kunskaper i avancerad ma-
tematik och fysik i ett internationellt perspektiv. Retrieved 01.04, 2010, from http://www.
skolverket.se/publikationer?id=2291
Carl Angell , Svein Lie og Anubha Rohatgi
[31]
7(1), 2011
Skolverket. (2010). Svenska elevers kunskaper i TIMSS Advanced 2008 och 1995. En djupanalys
av hur eleverna i gymnasieskolan forstår centrala begrepp inom fysiken. Retrieved 17.03,
2010, from http://www.skolverket.se/
Taber, K. S. (2006). Conceptual integration: a demarcation criterion for science education? Phy-
sics Education, 41(4), 286-287.
TIMSSQuestionnaires. (2009). TIMSS Advanced 2008 Contextual Questionnaires. Retrieved
26.04, 2010, from http://timss.bc.edu/timss_advanced/context.html
Utdanningsdirektoratet. (2010). Personlig korrespondanse.
TIMSS Advanced 2008: Fall i fysikk-kompetanse i Norge og Sverige
... Fysikundervisning är föremål för diskussioner om innehåll, mål och koppling till vardagssamhälle, och flera forskare har framfört behovet av ytterligare forskning (till exempel Angell, Lie & Rohatgi 2011;Belo, van Driel, van Veen, & Verloop 2014). Sambandet mellan lärares synsätt, elevers förkunskaper och det som händer i klassrummet behöver studeras ytterligare för att generera mer kunskap om hur fysikundervisning kan bidra till intresse och kunskap. ...
... Kuo, Hull, Gupta, & Elby 2013). Men denna studie ansluter till forskning som mer allmänt studerar matematikens roll för fysikundervisning (till exempel Angell, Lie, & Rohatgi, 2011;Uhden, Karam, Pietrocola, & Pospiech 2012;Karam 2014). ...
Conference Paper
Full-text available
För att elever ska utveckla en förståelse för växters betydelse är det viktigt att lärare kan förmedla kunskap om växter på ett intresseväckande sätt. Vi har använt oss av en teori om växtblindhet för att undersöka vilka kunskaper lärarstudenter har om växter och hur de relaterar till växter. För att göra det lättare för lärarstudenterna att identifiera växter har vi utvecklat specifika undervisningsverktyg. I vår studie spelar botaniska trädgårdar en nyckelroll.
... Поред овог истраживања постоје и истраживања која се не фокусирају само на решавање проблема, већ на наставу физике уопште из перспективе улоге математичких вештина међу ученицима. Таква је студија ТИМСС [7] чијом анализом стичемо утисак о повезаности знања из математике са исходима учења физике и добијамо објашњење за пад очекиваних исхода код ученика [8]. Дакле, математика је у овим студијама представљена као једна од препрека у настави физике. ...
Article
Full-text available
Овим чланком представљају се резултати дела истраживања којим се испитује оправданост примене наставних средстава физике у настави математике и сродних наука. Сам чланак ће описати утицај примене демонстрационих теразија у лекцијама алгебре у шестом и седмом разреду основне школе. Истраживање је спроведено у четри основне школе са територије Београда у периоду од марта 2020. године до почетка фебруара 2022. Резултат који је добијен говори да примена демонстрационих теразија у настави математике далеко побољшава исходе учења не само у предмету математике, већ ствара позитиван утицај на учење физике. Овим чланком се такође истиче значај набавке и коришћења наставних средстава у образовном систему сваке државе. This article presents the results of the research that examines the justification for the use of physics teaching aids in the teaching of mathematics and related sciences. The article itself will describe the impact of the application of demonstration scales in algebra lessons in the sixth and seventh grades of primary school. The research was conducted in four primary schools from the territory of Belgrade in the period from March 2020 to the beginning of February 2022. The result obtained shows that the application of demonstration scales in mathematics teaching far improves learning outcomes not only in the subject of mathematics, but also creates a positive impact on learning physics. This article also emphasizes the importance of procurement and use of teaching aids in the education system of each country.
... However, there is also research not only focusing on problem-solving but physics teaching in general, e.g. from the perspective of the role of mathematics skills among students. Analysis of the TIMSS advance study (IEA, 2014) discusses the decrease in students' mathematics knowledge as an explanation for the decline in Swedish students' results in physics (Angell, Lie, & Rohatgi, 2011). Thus, mathematics has been reported as one obstacle in the teaching of physics, but there are also other hindrances such as curriculum overload. ...
Article
Full-text available
This article addresses physics teachers’ views about physics teaching in upper-secondary school. Their views have been investigated nationwide through a web-based questionnaire. The questionnaire has been developed based on several published instruments and is part of an ongoing project on the role of mathematics in physics teaching at upper-secondary school. The selected part of the results from the analysis of the questionnaire reported on here cross-correlate physics teachers’ views about aims of physics teaching with their view of physics classroom activities, and perceived hindrances in the teaching of physics. Three hundred seventy-nine teachers responded to the questionnaire (45% response rate). The result indicates that teachers with a high agreement with a Fundamental Physics curriculum emphasis regarded mathematics as a problem for physics teaching, whereas teachers with high agreement with the curriculum emphases Physics, Technology and Society or Knowledge Development in Physics did not do so. This means that teachers with a main focus on fundamental theories and concepts believe that mathematics is a problem to a higher extent than teachers with main focus on the role of physics in society and applied aspects or physics knowledge development do. Consequences for teaching and further research are discussed.
... The scope of science and mathematics education research includes students' attitudes, interests, opinions, knowledge and skills. Quantitative approaches are often used to investigate these, for instance with regard to attitudes towards science (Bennett & Hogarth, 2009;Sjøberg & Schreiner, 2010), students' evaluation of science and mathematics educations and careers (Oskarsson & Karlsson, 2011), socio-scientific approaches to science and mathematics education (Ekborg, Ottander, Silfver, & Simon, 2012) and students' physics knowledge (Angell, Lie, & Rohatgi, 2011). Turmo and Elstad (2009) describe standardized tests as "measurement instruments that are used to evaluate levels of specific proficiencies, aptitudes and skills" (ibid., page 159). ...
Article
Full-text available
This article presents the basic rationale of Rasch theory and seven core properties of Rasch modeling; analyses of test targeting, person separation, person fit, item fit, differential item functioning, functioning of response categories and tests of unidimensionality. Illustrative examples are provided consecutively, drawing on Rasch analysis of data from a survey where students in the 9th grade responded to questions regarding their mathematics competence. The relationship between Rasch theory and classical test theory is commented on. Rasch theory provides science and mathematics education researchers with valuable tools to evaluate the psychometric quality of tests and questionnaires and support the development of these.
... Aktiviteten beskrevet i denne artikkelen er et eksempel på hvordan et tiltak kan organiseres for å dekke både elevenes behov for kvalitativ bearbeidelse og alternative undervisningsformer, samt gi den nødvendige kvantitative bearbeidelsen av stoff som fysikkelever trenger (Angell, et al., 2011). I tillegg gir dette tiltaket elevene tilgang til erfaringer fra det profesjonelle feltet. ...
Article
Full-text available
This paper reports from a qualitative study of physics students in upper secondary school participating in a camp at the Andøya Rocket Range in Northern Norway. The students work together with students from other schools, engineers and physicists for three days, following lectures and practical work related to the physics curriculum. The students report exciting, social and creative experiences through solving practical problems. Interest, competence, performance and recognition are identified as important factors for students physics identity (Hazari, Sonnert, Sadler, & Shanahan, 2010). This paper discusses how this kind of experience may contribute to the development of more physics-related identities among students in upper secondary school, and how this in turn may influence the students’ further career choices.
... Uhden et al. 2012 ). For example, the TIMSS advance study discusses the decrease in students' mathematics knowledge as an explanation for the decline in Swedish students' results in physics (Angell et al. 2011 ). Despite this, research focusing directly on the role of mathematics in ordinary physics classrooms is scarce. ...
Book
This book includes studies that represent the state of the art in science education research and convey a sense of the variation in educational traditions around the world. The papers are organized into six main sections: science teaching processes, conceptual understanding, reasoning strategies, early years science education, and affective and social aspects of science teaching and learning. The volume features 18 papers, selected from the most outstanding papers presented during the 10th European Science Education Research Association (ESERA) Conference, held in Nicosia, Cyprus, in September 2013. The theme of the conference was “Science Education Research for Evidence-based Teaching and Coherence in Learning”. The studies presented underline aspects of great relevance in contemporary science education: the need to reflect on different approaches to enhance our knowledge of learning processes and the role of context, designed or circumstantial, formal or non-formal, in learning and instruction. These studies are innovative in the issues they explore, the methods they use, or the ways in which emergent knowledge in the field is represented. The book is of interest to science educators and science education researchers with a commitment to evidence informed teaching and learning.
Chapter
This chapter describes a case study of the role of mathematics in physics textbooks and in associated teacher-led lessons. The theoretical framework (Hansson L, Hansson Ö, Juter K, Redfors A. Sci Edu 24:615–644, 2015) used in the analysis focuses on relations communicated between three entities: Theoretical models, Mathematics and Reality. Previously the framework has been used for analysing classroom situations. In this chapter, the framework is further developed and refined and for the first time used to analyse physics textbooks. The case study described here is a synchronised analysis of a physics textbook and associated classroom communication during teacher-led lessons and contributes with an in-depth description of relations made between Theoretical models, Mathematics and Reality. With the starting point in this case, we discuss future uses of the analysis framework. We also raise questions for further research concerning how physics textbooks support and not support a meaningful physics teaching with respect to the role of mathematics and how relations between Theoretical models, Mathematics and Reality are communicated.
Chapter
This chapter discusses a framework for analysing the role of mathematics during physics lessons in upper-secondary school. It takes as a starting point that relations made during physics lessons between Reality, Theoretical models and Mathematics are of the outmost importance. The framework was developed to analyse the communication during physics lessons. It was developed during a pilot study exploring the role of mathematics for physics teaching and learning in upper-secondary school during different kinds of physics lessons (lectures, problem solving and labwork). In the overall project, observations have been made in three physics classes (in total 7 lessons) led by one teacher. Here the developed analytical framework is described together with selected results from one class (3 lessons) showing how the framework could be used. This chapter describes and discusses the uses of the framework and shows how results on students’ and teachers’ usages of links between the three entities Reality, Theoretical models and Mathematics can be brought to the forefront in an analysis of complex physics teaching situations and how the framework can be used to analyse the different organisational forms: lectures, problem solving in groups and labwork.
Article
This article discusses the role of mathematics during physics lessons in upper-secondary school. Mathematics is an inherent part of theoretical models in physics and makes powerful predictions of natural phenomena possible. Ability to use both theoretical models and mathematics is central in physics. This paper takes as a starting point that the relations made during physics lessons between the three entities Reality, Theoretical models and Mathematics are of the outmost importance. A framework has been developed to sustain analyses of the communication during physics lessons. The study described in this article has explored the role of mathematics for physics teaching and learning in upper-secondary school during different kinds of physics lessons (lectures, problem solving and labwork). Observations are from three physics classes (in total 7 lessons) led by one teacher. The developed analytical framework is described together with results from the analysis of the 7 lessons. The results show that there are some relations made by students and teacher between theoretical models and reality, but the bulk of the discussion in the classroom is concerning the relation between theoretical models and mathematics. The results reported on here indicate that this also holds true for all the investigated organizational forms lectures, problem solving in groups and labwork.
Article
In response to insufficient participation and female underrepresentation in physics education, this article uses questionnaire data from Norwegian physics students in upper secondary (N = 585) and first-year tertiary (N = 278) education to characterize the “physics choosers.” An expectancy-value perspective is adopted to describe the motivations and expectations behind the respondents’ physics choice. Three choice profiles were identified among secondary students. The intrinsic and extrinsic profile, broadly motivated by interest-enjoyment, expectation of success, and utility for university admission; the extrinsic profile emphasizing mainly utility; and the intrinsic profile emphasizing mainly interest-enjoyment. Females were underrepresented in the intrinsic profile. Many secondary students did not know what kind of job they wanted, but those who did, aspired to go into medicine (particularly females) or engineering (particularly males). Tertiary students were motivated by a passion for physics and high expectation of enjoyment, and many of them planned to go into research. Tertiary students were more likely than secondary students to value idealistic purposes in a future career. The results imply that participation in physics may be improved by targeting students with a broader motivation than interest alone, through inclusive classroom practices, support of students’ self-concepts, and examples of physics applications and physics-related careers available. © 2013 Wiley Periodicals, Inc. Sci Ed 97:550–573, 2013
Article
Full-text available
How do students bridge everyday life views into physics understanding? We report from in-depth analysis of one group of four students, video-recorded over 135min solving a context rich problem (CRP). Through transcripts of the group’s conversations and from flow-charts made of the group talk we have categorised how students’ experiences develop into physics reasoning. The conversations in the cooperative group are sometimes carried out by “exploratory talks”, but there are also parts of the conversation where the students develop their own thoughts without response from the others. Some evidence is given of: 1) how the students use exploratory talks to reach consensus about the boundary conditions of the task; 2) how the students state the problem more precisely by starting to talk about experiences they have had and to use their experiences as arguments, and 3) how individual questions are formulated in a process of meaning making. We find in this case-study that students’ personal everyday life experience develops into physics reasoning during group talk. We argue accordingly for more time in the physics classroom to solve open ended physics problems which promote group discussions taking departure from own experiences and enhance physics understanding.
Chapter
Full-text available
The TIMSS (Third International Mathematics and Science Study) tests have not only an achievement aspect ("How much do they know?") but also an important diagnostic aspect ("What do they know?"). The aim of this paper is to demonstrate how the diagnostic perspective can be brought into focus when analysing the results of individual TIMSS items. In addition to multiple choice items, the TIMSS paper and pencil tests also consisted of free response items, some of which required a more elaborated response in form of explanations, justifications or details of calculation. In order to analyse and compare students' responses on free response items, a two- digit coding system was developed as a tool for categorisation. The coding rubrics give information about correctness, method, approaches, errors and intuitive ideas ("alternative conceptions" or "misconceptions"). The fundamental basis of the coding rubrics is simplicity, authentic student- response orientation and acceptable inter-rater reliability. Some TIMSS science items are studied in order to show the benefit of the coding system, in particular its potential for exploring and understanding student thinking around the world. The students' understanding of some fundamental science concepts and phenomena is discussed: The water cycle, temperature regulation of the human body, electromagnetic induction, melting and boiling, force and pressure, and force and movement. In addition, some more general and principal aspects of student understanding in science are discussed.
Article
Full-text available
An analysis of the conceptual structure of physics identifies essential factual and procedural knowledge which is not explicitly formulated and taught in physics courses. It leads to the conclusion that mathematical modeling of the physical world should be the central theme of physics instruction. There are reasons to believe that traditional methods for teaching physics are inefficient and substantial improvements in instruction can be achieved by a vigorous program of pedagogical research and development. © 1987, American Association of Physics Teachers. All rights reserved.
Article
Full-text available
The Third International Mathematics and Science Study (TIMSS) covered five different grade levels, with more than 40 countries collecting data in more than 30 different languages. More than a million students were tested. The present report contains the TIMSS results for students in the final year of secondary school. Mathematics and science literacy achievement results are reported for 21 countries; advanced mathematics results and physics results, respectively, are reported for 16 countries. These results complete the first round of descriptive reports from the TIMSS study. Together with the results for primary school students (third and fourth grade in most countries) and middle school students (seventh and eighth grades in most countries), the results contained in this report provide valuable information about the relative effectiveness of a country's education system as students progress through school. A ten-page Executive Summary details the extensive conclusions to be drawn from the study. Dozens of tables and figures provide detailed statistics for all participating countries. The Netherlands and Sweden were the top performing countries in mathematics; France was the top performer in advanced mathematics; Norway and Sweden had physics achievement levels significantly higher than other participating countries. The appendixes contain extensive information pertaining to the development of the TIMSS tests, sample sizes and participation rates, compliance with sampling guidelines, and the test-curriculum matching analysis. (DDR)
Article
The scale anchoring method was used to analyze and describe the TIMSS primary and middle school (Populations 1 and 2) mathematics and science achievement scales. Scale anchoring is a way of attaching meaning to a scale by describing what students know and can do at specific points on the scale. Student achievement was scrutinized at four points on the TIMSS primary and middle school achievement scales---the 25th, 50th, 75th, and 90th international percentiles for fourth and eighth grades. The scale anchoring method was adapted for the TIMSS data and items that students scoring at each of the four scale points were likely to answer correctly (with a 65 percent probability) were identified. The items were assembled in binders organized by anchor level and content area. Two ten-member panels of subject-matter specialists were convened to scrutinize the items, draft descriptions of student proficiency at the four scale points, and identify example TIMSS items to illustrate performance at each level. Following the panel meetings, the descriptions were refined through an iterative review process. The result is a content-referenced interpretation of the TIMSS scales through which TIMSS achievement results can be better communicated and understood.
Article
In this paper we describe a diagnostic study to investigate students' understanding of two basic formulae in physics. Based on the findings of the study, we have developed a classroom activity focused on the interpretation of formulae. The activity was developed cooperatively by physics education researchers and high-school physics teachers and was tried out in the teachers' classrooms. We describe the activity and present findings about students' attitudes towards the activity and the progress in students' understanding of three formulae.
Article
Vi gjør oppmerksom på at det er trykket rapporter både med og uten vedlegg. Rapporter med vedlegg er forbeholdt de som har deltatt i undersøkelsen. Denne utgaven er uten vedlegg