Virtuella laborationer kan ge samma lärande som fysiska

Elever kan lära sig lika mycket eller mer vid virtuella laborationer som vid traditionella laborationer. Det visar ny forskning. Resultaten tyder dock på att olika innehåll och typer av lärande kan påverkas olika av virtuella respektive fysiska laborationer.

Den här artikeln presenterar resultat av forskning. Texten är framtagen vid ett universitet eller högskola på uppdrag av Skolverket. Refererade forskare svarar självständigt för innehållet.
Läs om hur vi sammanställer och sprider kunskap om resultat av forskning

Laborationer är en viktig del av lärande i naturvetenskap. Syftet med att göra en laboration kan variera från att lära sig att arbeta praktiskt med labutrustning, träna sig på utforskande arbetssätt, till att lära sig begrepp. I takt med digitaliseringen ökar utbudet av virtuella laborationer. Men frågan är hur det påverkar elever att inte göra laborationen ”på riktigt”. För att kunna säga något om hur labformatet inverkar så jämför forskare vad som händer när elever gör en laboration virtuellt respektive traditionellt. Nya studier tyder på att elever kan lära sig minst lika mycket med virtuella laborationer som med traditionella fysiska laborationer.

Forskning jämför olika sätt att göra samma laboration

Om lärare har möjlighet att göra bara ett experiment, då är det bäst att välja ett virtuellt experiment. Den slutsatsen drar en forskargrupp i en studie från 2017 där amerikanska elever i årskurs 8 lärde sig om mekanik. I studien, som presenteras i artikeln ”Middle school students’ learning of mechanics concepts...”, fick alla elever göra samma laboration både virtuellt och traditionellt. Resultatet tyder på att eleverna lärde sig vissa saker bättre med den virtuella laborationen, medan det inte var någon skillnad för andra saker.

Laborationen gick ut på att eleverna skulle ta reda på hur de med hjälp av block och taljor skulle kunna lyfta en staty av skolans maskot upp på en piedestal. För att klara det behövde de förstå hur de kan öka kraftförstärkningen och minska mängden kraft, arbete och energi som lyftet kräver. Det visade sig att eleverna lärde sig mer om begreppet arbete med den virtuella laborationen. En förklaring till skillnaden kan enligt författarna vara att det var svårt för eleverna att undvika stora mätfel i den fysiska laborationen. Detta kan ha gjort det svårt att förstå begreppet arbete. När det gällde begreppet kraft var resultatet istället att eleverna lärde sig mer av de två laborationerna tillsammans än av var och en för sig.

Tre klasser med totalt 55 elever fick börja med den traditionella laborationen medan två klasser med totalt 45 elever fick börja med den virtuella laborationen. För att se vad eleverna lärde sig från respektive laboration så fick de göra tester före, mellan och efter de båda laborationerna. Det verkade inte spela någon roll i vilken ordning eleverna gjorde de två laborationerna.

Elever lär sig minst lika mycket med virtuella laborationer

Resultaten ovan stämmer med tidigare studier som gjorts. Den amerikanske forskaren James Brinson har gjort översiktsartikeln ”Learning outcome achievement...” med studier som jämför vad elever lär sig av en fysisk laboration med samma laboration fast virtuell eller på distans. Han hittade totalt 56 artiklar mellan 2005 och 2014. Majoriteten av studierna i översikten kom fram till att elever lär sig lika mycket eller mer av virtuella laborationer.

I analysen delade forskaren upp fokus för studierna i sex olika typer: Kunskap, förmåga till undersökande arbete, praktiska färdigheter, attityder och intresse kring vetenskap, analytiska förmågor, samt kommunikativa förmågor. Med denna uppdelning framkommer en del förvånande resultat. Till exempel förväntar sig nog många att traditionella laborationer ska gynna elever mer än virtuella när det gäller praktiska färdigheter. Men en majoritet av de studier som undersökt praktiska färdigheter kom fram till att elever som gjort en traditionell laboration lyckades sämre än de som gjort en virtuell laboration. De praktiska övningarna kunde till exempel vara att bygga och testa en elektrisk krets eller att sätta upp en elektrokemisk cell.

Fördelar med olika format på laborationer

Två forskare jämför i en studie från 2018 vad 110 grekiska elever i årskurs 5 lärde sig om friktionskraft via antingen en virtuell eller en fysisk version av en laboration. Syftet med laborationen var att eleverna skulle lära sig att underlagets egenskaper och objektets vikt är viktiga för friktionen, medan storleken på objektet inte är viktig. Under laborationen fick eleverna förutsäga, observera och förklara olika försök som de gjorde antingen virtuellt eller fysiskt. Resultatet, som presenteras i artikeln ”Real vs virtual physics experiments...”, visar att båda typerna av laboration ledde till att elever blev bättre på att förklara och resonera om friktion.

Forskarna mätte vad eleverna lärt sig genom att bedöma hur utvecklade svar eleverna gav på tester före och efter laborationen. Även om det inte var någon statistisk skillnad i svaren som helhet mellan grupperna, så såg forskarna skillnader när de tittade närmare på individuella frågor i testet. Till exempel svarade elever som hade gjort den virtuella laborationen mer utvecklat på en fråga som handlade om att storleken på objekt inte påverkar friktionen. Det omvända resultatet såg forskarna på en fråga som handlade om att tyngden är viktig för friktionen. Där var svaren mer utvecklade i gruppen som hade gjort den fysiska laborationen.

Enligt forskarna visar detta att både virtuella och fysiska laborationer har såväl fördelar som nackdelar. Förståelse för att tyngden är viktig skulle till exempel kunna gynnas av att eleverna får använda flera sinnen vid en fysisk laboration. Möjligheten att i en virtuell laboration få data som inte innehåller mätfel kan å andra sidan göra det lättare att förstå att objektets storlek inte är viktig.

Fysiska laborationer fortfarande viktiga

Det finns ett antal studier i James Brinsons översikt där utfallet var mer positivt för fysiska laborationer än för virtuella. Och som resultaten från studierna ovan visar så kan en fördel med fysiska laborationer ibland vara att elever kan använda sina sinnen för att känna fysiska egenskaper såsom tyngd. Studierna visar också exempel på hur virtuella och fysiska laborationer kan komplettera varandra, och tillsammans leda till mer lärande än var och en för sig. Det går därför inte att säga att varken virtuella eller fysiska laborationer alltid är att föredra. Kanske varierar det också mellan olika ämnesinnehåll och för elever med olika förkunskaper? Än så länge är forskningen för begränsad för att avgöra detta.

Text: Gunnar Höst

Artikeln Learning outcome achievement in non-traditional (virtual and remote) versus traditional (hands-on) laboratories: A review of the empirical research.länk till annan webbplats

Artikeln Real vs virtual physics experiments: comparison of learning outcomes among fifth grade primary school students. A case on the concept of frictional force.länk till annan webbplats

Artikeln Middle school students’ learning of mechanics concepts through engagement in different sequences of physical and virtual experiments.länk till annan webbplats I

Skolverkets lärportal om digitala verktyg i naturvetenskaplänk till annan webbplats

Senast uppdaterad 25 mars 2019