Syftet med denna studie har varit att undersöka om studenter som går första året på en teknisk högskola upplever att närvaron eller frånvaron av bilder i undervisning av ett naturvetenskapligt ämne påverkar deras förståelse för ämnet och hur väl de minns ämnet som studeras. Genom semi-strukturerade kvalitativa intervjuer fick sju studenter berätta om sina erfarenheter från grundläggande kemi- och fysikkurser på högskolan och om erfarenheter av bilder i andra studier. Studiens resultat har analyserats enligt en fenomenografisk analysmodell där uttalanden jämfördes och grupperades genom likheter och olikheter som resulterade i de tre kategorierna; Multimedia - effekt på lärandet, Bildens inverkan för förståelse, Bildens inverkan för att minnas. Studien visar att studenterna upplever att bilder som används enligt tidigare forskning kring multimedia-effekten och kognitiv belastningsteori påverkar lärandet positivt både kortsiktigt och över längre tid. Det vill säga att den djupare förståelsen ökar när konkreta instruktiva bilder används tillsammans med text eller tal, och att mer generella bilder som övergripande visar ett naturvetenskapligt fenomen tillsammans med text eller tal ökar motivationen för lärande. Motivationen har i sin tur uppmuntrat till att studenten tänker vidare kring ämnet som lärs ut. När instruktionerna är designade för att optimera hur arbetsminnet påverkas enligt kognitiv belastningsteori upplever studenterna störst positiv inverkan på sitt lärande.

Datorer finns överallt i det e-postmoderna samhället och hur man kan förmå dessa tanklösa maskiner att göra som man vill är en tillämpad form av datalogiskt tänkande. Skolsystem världen över försöker få ungdomar att utveckla förmågor som att programmera och använda internet på ett säkert sätt, men det finns i dagsläget mer politisk vilja än vetenskapligt kunnande gällande hur detta bäst genomförs. Det här utvecklingsarbetet tar sin utgångspunkt i kognitiv belastningsteori och hur man skapar de bästa förutsättningarna för elevers långtidsminnen att ta till sig önskad kunskap. Dessa förutsättningar kompletteras med två teorier om elevers motivation – ’hur’ kommer före ’varför’ samt programmering som ett skapande ämne – för att utforma lärsituationer där eleverna får en ärlig chans att lyckas. Målet var att eleverna skulle få en rolig och enkel introduktion till att börja förstå och tillämpa programmering. Utvecklingsarbetet omfattar utvecklandet av en lektionsserie som genomfördes med en elevgrupp på 27 elever i årskurs 7 som till vardags undervisas av författaren. I undervisningen introducerades eleverna till grundläggande begrepp inom programmering, samt fick producera och dokumentera egen blockbaserad kod på micro:bits (en form av kontrollerkort). Utöver lektionsserien undersöktes elevernas kunskaper genom ett läxförhör samt deras attityd till kunskapsområdet med hjälp av en enkät. Resultatet blev tre planerade programmeringslektioner som detaljrikt presenteras tillsammans med didaktiska överväganden kring valda lektionsmoment. Kunskapsmässigt presterade en stor del av gruppen på (minst) en acceptabel nivå. Elevgruppen i allmänhet presterade betydligt bättre på praktiska moment än reflekterande moment.  Elevernas attityder till programmering förändrades marginellt av undervisningen. De flesta eleverna hade en oförändrad, svagt positiv attityd till ämnet. Något fler elever uppfattade programmering som enkelt och roligt efter genomförd lektionsserie. Utöver detta svarade samtliga elever att de upplevde att de hade lärt sig en hel del av undervisningen och en klar majoritet av eleverna var intresserade att lära sig mer om programmering i framtiden.  Sammanfattningsvis ansågs lektionsserien till stor del uppnå studiens mål, både avseende elevernas kunskapsnivåer samt förvärvade attityder till kunskapsområdet. Som framtida arbete önskas en konkret läroplan grundad på forskningsbaserade studier inom programmering som lärare kan utgå ifrån för att ge eleverna bästa möjliga undervisning.

Med stöd i den kognitiva belastningsteorin genomfördes denna studie för att bidra med kunskap om begreppskartor som didaktiskt verktyg kan underlätta lärandet av geometriska begrepp, genom att minska belastningen av arbetsminnet. Implementeringen och arbetet med begreppskartor i matematiken genomfördes i två undervisningsgrupper med elever som har ett belastat arbetsminne, med syftet att reducera den kognitiva belastningen och därmed skapa utrymme för lärande. Med hjälp av implementeringen, intervjuer med specialläraren och observationer belystes frågeställningarna från olika håll och gav därmed en större trovärdighet till resultatet. Det sammantagna resultatet och analysen mot den kognitiva belastningsteorin visade att med verktyget begreppskartor lättade den inre belastningen genom tillägnandet av kunskap i långtidsminnet i form av kognitiva scheman och den yttre belastningen reducerades genom undervisningsmetoden. Därigenom ökade den relevanta belastningen som är avgörande för lärandet. Eleverna arbetade med begreppskartor under tre lektionstillfällen och vid det sista tillfället använde eleverna kunskaper från långtidsminnet och därmed indikerades ett avlastat arbetsminne. Studiens resultat stöds av forskning som lyfter att metakognitiva metoder är gynnsamt för arbetsminnet. Andra studier visar att närmare 50% av skillnaderna i elevernas matematiska prestationer beskrivs bero på skillnader i arbetsminnet. Utifrån det kan resultatet av denna studie antas vara av intresse för speciallärare som i sitt uppdrag ska besitta en fördjupad förmåga att hitta anpassade arbetssätt för elever i behov av särskilt stöd samt undanröja hinder för lärande som exempelvis ett överbelastat arbetsminne kan utgöra.

Digitala läroböcker har ökat i skolorna efter Skolverkets nya riktlinjer 2018 om att skolorna skulle förstärka digitaliseringen. Läroboksförlagen erbjuder därför både traditionella analoga böcker, online- samt digitala böcker. I det här examensarbetet har jag studerat den digitala versionens potentiella påverkan på den kognitiva belastningen vid inlärning jämfört med den traditionella analoga boken. Studien har utförts enligt Swellers kognitiva belastningsteori (cognitive load theory) för att utvärdera hur den kognitiva belastningen påverkas utifrån några valda faktorer som enligt teorin belastar minnet och därmed inlärningen. Resultaten visar att det finns skillnader i den kognitiva belastningen mellan den analoga boken, boken online och den digitala boken enligt de variabler som studerades. Den analoga boken ger med stor sannolikhet den minsta kognitiva belastningen och därmed bättre inlärning för eleverna. Den digitala versionen ger i sin nuvarande form en ökad kognitiv belastning främst genom splittrat fokus.

Denna studies syfte har varit att undersöka vilken betydelse ett förkroppsligat lärande, i form av rörelser, har på elevers förmåga att förstå och minnas ords betydelse samt om mätbara resultat kan utläsas baserat på examensarbetets påverkansstudie. I studien söktes även svar på hur eleverna upplevde ett förkroppsligat lärande i form av rörelse undersöktes.   För att nå svar på ovan frågeställningar genomfördes en undersökning med 21 deltagare från en klass i årskurs 3 i en svensk grundskola. Studien innehöll totalt tre tester som ämnade undersöka elevernas kunskap om och förmåga att förklara tio specifika ord samt om två olika undervisningsstilar, traditionellt stillasittande eller ett förkroppsligat lärande i form av rörelser, hade betydelse för elevernas förmåga att minnas ordens betydelse. Deltagarna genomförde också två olika enkäter för att undersöka elevernas upplevelse av de två olika undervisningsstilarna, den i studien kallade rolighetsaspekten. Forskningen som ligger till grund för denna studie påvisar ett samband mellan ett förkroppsligat lärande, i form av rörelse, och förmåga att minnas. Kognitiv belastningsteori, som denna studie baseras på, förklarar detta som att rörelserna ger arbetsminnet möjlighet att lagra och komma åt fler kopplingar i långtidsminnets kognitiva scheman samt att de långtidslagrade minnena även är rikare.   Resultatet i denna studie visar på svårigheter att dra slutsatser baserat på de mätningar som kan göras inom ramen för ett examensarbete. Det kan inte med säkerhet sägas att det förkroppsligade lärandet, i form av rörelser, ger mätbara effekter även om det finns sådana indikationer. Detta gäller framför allt för elever med låg grundförståelse av, de i studien utvalda, ordens betydelse. Vad gäller upplevelsen av de olika undervisningsstilarna, rolighetsaspekten, kunde ingen skillnad uppmätas.

Att lösa matematiska uppgifter med hjälp av färdiga lösningsförslag kan ses som ett sätt för elever att anstränga sig mindre och därför lära sig mindre. Det finns dock forskning som har visat att undervisning där eleverna huvudsakligen studerar lösningsförslag har en stor effekt på elevernas förmåga att lösa uppgifter. Den här undervisningsmetoden kallas "the worked example effect" och har fått ett genomslag i den svenska skolan den senaste tiden. Metoden grundas på Swellers teori om kognitiv belastning. Enligt hans och andras forskning kan arbetsminnet delas upp i tre olika typer. Dessa tre, intrinsic cognitive load, germane cognitive load samt extraneous cognitive load, är additiva och stödjer lärande olika mycket. Lösningsförslag har visats minska mängden extraneous cognitive load och öka mängden germane cognitive load. Germane cognitive load har i sin tur visats korrelera med hur väl elever lyckas svara på matematiska uppgifter. Den här studien syftar till att undersöka lösningsförslagens effekt på elevers lärande i den svenska gymnasieskolan. I studien deltog tre skolor, varav en enbart i förstudien, i olika omfattning med totalt 93 elever på natur- och teknikprogrammen i andra årskursen på gymnasiet (17-18-åringar). Elevernas resultat på nationella proven i samtliga obligatoriska matematikkurser användes i undersökningen. Även en enkät genomfördes för att samla in mer information om eleverna och hur de studerade. Studien visar på ett tvetydigt resultat. Över 75% av eleverna anser sig ha ändrat sitt sätt att studera på grund av lösningsförslagen, men om och hur deras lärande har förbättrats, mätt i betyg, är oklart. För en av kurserna i matematik visade studien på ett negativt resultat, men för en annan kurs – positivt. Dessa olika resultat uppkom dessutom på olika skolor. En tolkning av detta resultat kan vara att lösningsförslagens effektivitet är beroende på vilken typ av matematik som ingår i kursen där de används. Det spelar även stor roll hur lösningsförslagen använts av eleverna, något som studien inte undersökt. / To solve mathematical tasks with the help of example solutions can be seen as a way for learners to apply less effort and therefore learn less or perhaps learn in undesirable ways. However, existing international research has indicated that classrooms where pupils mainly study worked examples has had a significant effect on their ability to solve tasks. This method is called "the worked example effect" and has gained increasing support over time. It is based on Sweller’s cognitive load theory. According to his and others’ research the working memory can be divided into three different types. These three, intrinsic cognitive load, germane cognitive load and extraneous cognitive load, are additive and support learning differently. Using worked examples has been shown to reduce the amount of extraneous cognitive load and instead increase the amount of germane cognitive load. Germane cognitive load has in turn been shown to correlate to how well pupils are able to solve mathematical tasks. This thesis aims to study the worked example effect in relation to learning outcome in Swedish secondary school. Three schools took part in the study, of which one only participated in a pilot study. A total of 93 pupils participated, all of them in the science program. Results of the national test for the four latest courses were used in this thesis. The pupils were also asked to fill out a survey with the aim to gather information as to how they used the worked examples when studying. The results of the study are ambiguous. More than 75% of the pupils claim to have changed how they study, but whether their learning has improved, measured in grades, is unclear. The study showed a negative result for one course but a positive for another. These different results originated from different schools. The results of the study may indicate that the worked example effect differs depending on which type of math is being taught. Another important factor is how the worked examples are used by the pupils, something this study has not examined.

Sammanfattning Studien har en kvasiexperimentell design och syftet är att bidra med kunskap och analysera om en styrd diskussion i förhållande till en ej styrd diskussion medför djupare kunskap på prov angående begrepp i biologi. Undersökningen genomfördes på fyra typer av lektioner med totalt sex elevgrupper varav fyra av grupperna i årskurs nio och två av grupperna i årskurs sju. Eleverna genomförde lektionerna inom den ordinarie undervisningen med antingen en styrd eller en ej styrd diskussion om ett antal begrepp i biologi. Kunskaperna kontrolleras därefter i test. Den styrda diskussionsfrågorna utgår från SOLO-taxonomins nivå, multistrukturell och relationell. Den ej styrda diskussionen utgår från elevernas tankar om lärarens genomgångna fakta.      Analysen av skillnaden mellan styrd och ej styrd diskussion sker med beroende t-test och inomgruppsdesign då alla elever genomgått både styrd och ej styrd diskussion med parallella lektioner. Analysen av betingelser på olika lektioner genomfördes med oberoende t-test och för att analysera lektioner användes oberoende t-test.      Resultatet visar inga signifikanta skillnader mellan en styrd och en ej styrd diskussion för inlärning av begrepp i biologi. För årskurs sju gällande den styrda diskussionen finns en signifikant skillnad mellan lektionerna där den styrda diskussionen gynnar lärandet på lektion ”näringskedja” och resultatet visar hög effekt. Det finns även en tendens till skillnad gällande den styrda diskussionen för lektionerna i årskurs nio där lektion ”hjärnproblem” gynnas av en styrd diskussion och visar medeleffekt. Det innebär att innehållet i en lektion kan ha betydelse för hur en diskussion kan genomföras för bästa lärande. En förklaring, till den signifikanta skillnaden för årskurs sju styrd diskussion på lektion ”näringskedja” kan vara kognitiv belastning. Kognitiv belastningsteori visar att SOLO-taxonomins frågor kan ha betydelse på lektioner med hög kognitiv belastning då lektionsinnehållet är komplext och okänt för eleverna och i studien kan det appliceras på lektion ”näringskedja”. Tendensen att en styrd diskussion stödjer inlärning i årskurs nio på lektion ”hjärnproblem” kan förklaras av att elever har egna kunskaper men begreppen är komplexa med hög kognitiv belastning och eleverna får stöd av en styrd diskussion där kunskapen organiseras.       Studiens resultat kan ge lärare stöd att i undervisningssituationen själva avgöra vilken typ av diskussion som ska genomföras för en god inlärningssituation. Studien ger även information till lärare att tillägna sig kunskap om vilken kognitiv belastning varje lärandeobjekt har för att stötta elevernas lärande i biologiundervisningen. / Summary The study has a quasi-experimental design and the purpose is to contribute knowledge and analyze whether a controlled discussion in relation to an uncontrolled discussion entails deeper knowledge on tests regarding concepts in biology. The survey was conducted on four types of lessons with a total of six groups of students, of which four of the groups in grade 9 and two of the groups in grade 7. The students completed the lessons in the regular teaching with either a controlled or an uncontrolled discussion about a number of concepts in biology. The controlled discussion questions are based on the level of the SOLO taxonomy, multistructural and relational. The uncontrolled discussion is based on the students' thoughts about the teacher's reviewed facts.     The analysis of the difference between controlled and uncontrolled discussion takes place with dependent t-test and in-group design as all students have undergone both controlled and uncontrolled discussion with parallel lessons. The analysis of conditions on different lessons was performed with independent t-test and to analyze lessons independent t-test was used.     The results show no significant differences between a controlled and an uncontrolled discussion for learning concepts in biology. In parts of the study, differences emerge. For grade 7 students, regarding the controlled discussion, there is a significant difference between the lessons where the controlled discussion favors learning in lesson “food chain”. The result shows a high effect. There is also a tendency to differ regarding the controlled discussion for the lessons in grade 9, where the lesson "brain problems" benefits from a controlled discussion and shows average effect. This means that the content of a lesson can have an impact on how a discussion can be conducted for better learning. One explanation for the significant difference for grade 7 students guided discussion of the lesson "food chain" may be cognitive load. Cognitive load theory shows that the questions of SOLO taxonomy can be important in lessons with a high cognitive load as the lesson content is complex and unknown to the students and in the study it can be applied to the lesson "food chain". The tendency for a guided discussion to support learning for grade 9 students in lesson "brain problems" can be explained by the fact that students have their own knowledge but the concepts are complex with a high cognitive load and the students are supported by a guided discussion where the knowledge is organized.     The results of the study can give teachers support to decide in the teaching situation themselves what type of discussion should be carried out for a good learning situation. The study also provides information to teachers to acquire knowledge about the cognitive load each learning object has to support students' learning in biology lessons.

In 2016, the ATLAS experiment at CERN released data from 100 trillion proton-proton collisions to the general public. In connection to this release the ATLAS Outreach group has developed several tools for visualizing and analyzing the data, one of which is a Histogram analyzer. The focus of this project is to bridge the gap between the general public's knowledge in physics and what is needed to use this Histogram analyzer. The project consists of both the development and an evaluation of a learning resource that explains experimental particle physics for a general public audience. The learning resource is a website making use of analogies and two perspectives on learning: Variation Theory and Cognitive Load Theory. The evaluation of the website was done using a survey with 10 respondents and it focused on whether analogies and the perspectives on learning helped their understanding. In general the respondents found the analogies to be helpful for their learning, and to some degree they found the explanations based on Variation Theory to be helpful. The implementations of Cognitive Load Theory were considered to be helpful by the respondents who noticed them, but the majority did not, implying that improvements of the design are needed. The results indicate that analogies and the two perspectives on learning can be helpful for explaining experimental particle physics, but there might be other learning theories more suitable for this purpose. / ATLAS-experimentet på CERN släppte år 2016 data från 100 biljoner proton-kollisioner fritt till allmänheten. I anslutning till detta har ATLAS Outreach-grupp utvecklat ett flertal verktyg för att visualisera och analysera datan, varav en är en analys med hjälp av histogram. Fokus för detta projekt är att överbrygga klyftan mellan allmänhetens kunskaper i fysik och vad som behövs for att kunna använda Histogram-analysverktyget. Projektet består både av utvecklandet och utvärderingen av ett läromedel som förklarar experimentell partikelfysik med målgruppen allmänheten. Läromedlet är en webbsida som använder sig av analogier och två perspektiv på lärande, Variationsteori och Kognitiv Belastningsteori. Utvärderingen av webbsidan gjordes med en enkät med tio respondenter, med fokus på huruvida analogier och perspektiven på lärande hjälpte deras förståelse. I allmänhet fann respondenterna analogierna hjälpsamma för deras lärande, och de fann Variationsteori hjälpsamt i viss utsträckning. Implementeringarna av Kognitiv Belastningsteori ansågs vara hjälpsamma av de respondenter som lade märke till dem, men majoriteten gjorde inte det, vilket tyder på att förbättringar av implementeringen krävs. Resultaten indikerar att analogier och de två perspektiven på lärande kan vara hjälpsamma för att förklara experimentell partikelfysik, men det kan finnas andra lärandeteorier som uppfyller syftet bättre.