I enkäterna undersöks hur komplext studenterna resonerar genom frågor som testar om de känner till orsaker och konsekvenser till växt- huseffekten och uttunningen av ozonlagret, om de kan förklara vad växthuseffekten är (endast enkät 2 och 3) och hur många ämnesom- råden de tar med när de illustrerar en komplex fråga. Resultatet redovisas i nämnd ordning.
12.1 Resultat fråga 1-12
I första tolv frågorna i enkäten ska studenterna markera om de tror att ett antal påståenden om växthuseffekten och uttunningen av ozonlagret är riktiga eller felaktiga. I tabell 12 framgår det att gruppen som helhet ökar antalet rätta markeringar efter termin ett för att sedan gå tillbaka något efter termin 5.
Tabell 12. Antal korrekta markeringar fråga 1-12 Antal korrekta svar
i E1 n=60
Antal korrekta svar i E2 n=49
Antal korrekta svar i E3 n=47
5,8 8,0 7,4
I tabell 13 redovisas andelen korrekt markerade påståenden för vart och ett av de tolv påståendena. I enkät 2 är den rätta svarsfrekvensen bättre än i enkät 1 för alla frågor utom 9 och 12. I enkät 3 ökar den rätta svarsfrekvensen något för fråga 2, 3 och 9. För andra går den tillbaka nämligen 4, 5, 10 och 11. För fråga 12 är den rätta svarsfrekvensen fortsatt låg.
Tabell 13. Fråga 1-12. Andel studenter i % som gjort en korrekt bedömning av påståendena. Korrekta påståenden är markerade med fetstil.
Fråga E1 Andel (%) studenter som gjort korrekt markering n=62 E2 Andel (%) studenter som gjort korrekt markering n=49 E3 Andel (%) studenter som gjort korrekt markering n=47 1 Uttunningen av ozonlagret är en
viktig orsak till den globala uppvärmningen
25 67 66
2 Människans utsläpp av koldioxid i atmosfären gör att ozonlagret tunnas ut
31 67 68
3 Människans utsläpp av CFC gaser gör att ozonlagret tunnas ut
66 80 98
4 Människans utsläpp av CFC gaser gör att växthuseffekten ökar
56 71 36
5 Om växthuseffekten ökar kommer fler människor att få hudcancer
49 82 70
6 Om man byter ut koleldade kraftverk mot kärnkraftverk så minskar växthuseffekten
71 90 89
7 Om alla bilar i världen kör på blyfri bensin så minskar risken för global uppvärmning
37 45 62
8 Om inte växthuseffekten fanns skulle människan inte kunna leva på jorden
52 96 94
9 Om växthuseffekten ökar så ökar också risken för vulkanutbrott och jordskalv
73 55 60
10 Om växthuseffekten ökar så kommer man att få större problem med t.ex. skadeinsekter i jordbruket
58 73 68
11 Växthuseffekten förvärras av det
marknära ozonet 47 67 17
12 Om alla bilar hade katalysator så skulle påverkan på växthuseffekten bli mindre
De nio första frågorna var med i US98 om än något annorlunda formu- lerade. T.ex. så används ordet freoner istället för CFC-gaser i US98 (Andersson et al., 1999). Om man jämför de svar studenterna ger med dem som gymnasisterna i US98 ger så svarar studenterna klart bättre på alla frågor utom nummer 3 och 9. Resultatet är inte riktigt jämförbart eftersom gymnasisterna kommer från olika gymnasieprogram, medan alla studenterna har naturvetenskaplig gymnasiekompetens. I flera frågor sker en markant ökning av rätt svar efter NO1-kursen. I några av frågorna där många studenter svarade rätt redan före kursen har inte någon större förändring skett. I frågan om katalysatorn, 12, sker en mycket liten förändring. Merparten av studenterna tror också efter NO2-kursen att katalysator minskar påverkan på växthuseffekten. Resultatet stämmer med de undersökningar Boyes & Stanisstreet (1993, 1993) genomfört. I fråga 7 som handlar om blyfri bensin ökar andelen rätta svar mycket mer under utbildningen. Majoriteten av studenterna i Boyes & Stanisstreets (1992, 1993) undersökningar tror att körning med blyfri bensin minskar påverkan på växthuseffekten. Ett tecken på ett mer avancerat tänkande kring miljöproblem skulle enligt dessa forskare vara att man inte tror att en miljövänlig åtgärd har positiv effekt på alla miljöproblem.
Frågorna är olika till karaktären Frågorna 1, 2, 3, 4 och 11 handlar om orsaker till växthuseffekten och uttunningen av ozonlagret. Fråga 8 är en faktaupplysning om växthuseffekten. De övriga frågorna d.v.s. 5, 6, 7, 9, 10 och 13 behandlar konsekvenser av växthuseffekten. Några av dessa frågor kräver att man tänker i flera led. Fråga 8 visar att i princip alla studenterna har lärt sig att det finns en naturlig växthuseffekt om de inte redan visste det. Studenterna visar som grupp också god utveckling i fråga 1 och 2, där det är en relativt liten andel av studenterna som svarar rätt före NO1. Några frågor visar sig vara svårare. Det är t.ex. en rätt liten ökning av den korrekta svarsfrekvensen i fråga 7 efter NO1. Däremot stiger antalet korrekta markeringar efter NO2. Det är en av de få frågor där det sker en förbättring efter NO2. Det skulle kunna tyda på att andelen studenten med en mer nyanserad bild av miljöinsatser ökar. Å andra sidan är den korrekta svarsfrekvensen på fråga 12 låg genom NO1 och NO2 vilket skulle tyda på naiv förståelse enligt Boyes & Stanisstreet (1992, 1993).
12.2 Att kunna förklara växthuseffekten
I enkät 2 och 3 fick studenterna besvara frågan Förklara så noggrant
du kan vad växthuseffekten är. Svaren har kategoriserats i nedanstående
kategorier. Varje kategori exemplifieras med svar från enkäterna. I svaren i kategori 4 och 5 står det inte alltid uttryckligt att temperaturen ökar, utan jag har tolkat det som att det är underförstått.
Kategorier.
1. Det finns växthusgaser och/eller att det blir en högre temperatur på jorden.
I denna grupp finns exempel på studenter som förväxlar växthus- effekten med uttunningen av ozonlagret. Det finns också studenter som beskriver fenomenet som att instrålningen studsar mot atmosfären.
Växthuseffekten beror på att vi har vårt ozonskikt som gör att utstrålningen inte är lika stor som instrålningen (sett från början) förrän jämvikt uppnåtts. Därmed får vi en temperatur som vi kan leva i. Annars skulle det bli för kallt. (E3).
2. Växthuseffekten beror på att värmeutstrålningen från jorden påverkas (”hindras”).
För de studenter som placeras i denna kategori är det vanligt att beskri- va olika slags hinder i form av lock, filter, tjock atmosfär etc.
Koldioxiden lägger sig som ett täcke och värme strålar, så mycket som ska ut från jorden kommer inte ut, utan studsar tillbaka. (E3).
3. Instrålad energi i form av ljus kan vara opåverkad medan utstrålad energi i form av värmestrålning påverkas av växthusgaserna.
Det fungerar precis som ett växthus. Det finns vissa gaser som stänger inne värmen på jorden. Solstrålarna kommer ifrån solen och träffar jorden där de omvandlas och får en annan våglängd (värmestrålar). Dessa kan inte tränga genom växthusgaserna och stannar därmed på jorden. (E2).
4a. Värmestrålningen absorberas i växthusgaserna varvid jordens temperatur ökar
Växthuseffekten är en förutsättning för livet på jorden. Om den inte hade existerat hade det varit en medeltemp på ca –18o. Solen strålar in mot jorden, jorden strålar ut
som CO2 och H2O i atmosfären absorberar mest p.g.a. att de är dipoler. Rörelse-
energinökar i dessa molekyler och temperaturen i atmosfären ökar därmed. (E3).
4b. Värmestrålningen absorberas i växthusgaserna varvid jordens temperatur ökar och inflöde och utflöde är olika.
Vissa ljusstrålar från solen når jordytan, då är ljusstrålarna energirika. Strålningen lämnar energi på jorden. Strålningen lämnar jorden som energisnåla värmestrålar. En del av värmestrålarna absorberas av växthusgaserna och en del reflekteras tillbaka till jorden. Atmosfären släpper inte genom den energisnåla strålningen lika bra som den energirika strålningen. (E2).
5a. Värmestrålningen absorberas i växthusgaserna och återstrålar mot
jorden varvid jordens temperatur därvid ökar.
Uppstår när jordens värmestrålning absorberas av atmosfären. Ca hälften av jordens värmestrålning sänds ut i rymden och hälften tillbaks till jorden. Lika mycket energi som jorden får från solen sänder jorden iväg som värmestrålning. Om växthusgaserna ökar i atmosfären kommer absorptionen och återstrålningen att öka. (E3).
5b. Värmestrålningen absorberas i växthusgaserna och återstrålar mot jorden varvid jordens temperatur därvid ökar och inflöde och utflöde är olika.
De studenter som skrivit reflekteras hamnar inte i denna kategori.
Växthusgaser i atmosfären (t.ex. koldioxid) absorberar värmestrålning från jorden. Solen strålar "kortvågigt" mot jorden. Jorden strålar ut långvågig värmestrålning. Denna strålning absorberas av koldioxid t.ex. Växthusgaserna i sin tur strålar ut värme både mor rymden och jorden. Därför blir det en högre temperatur. Negativ växthuseffekt blir det när vi rubbar balansen t.ex. eldar med fossila bränslen. (E3).
6. Temperaturen på jorden bestäms av en dynamisk balans, där balanspunkten påverkas av bl.a. absorptionen i växthusgaserna.
Det finns inget exempel på enkätsvar i denna kategori.
Resultat
Tabell 14 och 15 visar hur studenterna förklarar begreppet växthuseffekt i enkät 2 och 3.
Tabell 14. Hur studenterna svarar på frågan: "Förklara växthuseffekten så noggrant du kan"
Kategori Andel studenter (%) Enkät 2 Andel studenter (%) Enkät 3 1 22 17 2 27 28 3 37 15 4a 4 11 4b 10 4 5a 0 19 5b 0 6 6 0 0
Tabell 15. Den växthuseffekt som studenterna beskriver Kategori Andel studenter
(%) E2. N=47 Andel studenter(%) E3. N=49 Beskriver enbart den naturliga
växthuseffekten 55 64
Beskriver den förhöjda växthuseffekten 8 11
Beskriver båda 27 23
Går ej att avgöra 10 2
Andelen studenter som enbart förklarar att det blir varmare eller att det finns växthusgaser sjunker efter NO2-kursen. Andelen studenter som för in absorption och återstrålning av värme ökar efter kursen. En del studenter skiljer inte på reflektion och återstrålning. Studenterna lägger som grupp olika fokus i sina svar. En stor andel, 47 %, beskriver olika egenskaper för in- och utflöde efter NO1-kursen. Denna andel sjunker till 25 % efter NO2-kursen. Ingen student visar förståelse enligt kategori 6 men eftersom en sådan förståelse är ett mål i utbildningen finns kategorin ändå med. Sambandet mellan hur många påstående studenterna markerar korrekt och den förklaringsmodell de har av växthuseffekten är också svårtolkat. En student har 9 rätt och förklaringsmodell 5b i enkät 3. En annan student har också 9 rätt men förklaringsmodell 2 av växthuseffekten. Med god förståelse av växthuseffekten bör man kunna räkna ut vilka påståenden som är riktiga. Men också utan en riktig modell av växthuseffekten kan man klara av att markera påståendena riktigt utifrån sina faktakunskaper. En tolkning kan vara att studenterna lär sig om växthuseffekten i NO1- kursen och klarar då av att som grupp markera fler riktiga påståenden.
En del glöms bort och resultatet sjunker något efter NO2. Däremot ökar deras förståelse för modellen av växthuseffekten något efter NO2. Att 40 % av studenterna för in begreppet absorption efter NO2 mot 14 % efter NO1 visar att fler studenter har en mer komplex bild av växthuseffekten. Som grupp utvecklar studenterna förståelsen av växt- huseffekten efter NO2.
Diskussion av kategorisering av förståelse av växthuseffekten
Jag började kategoriseringen med att utgå från de kategorier som används i US98 (Andersson et al., 1999). De kategorierna bygger på resonemang kring inflöde och utflöde och de tre högsta kategorin är:
D. Värme kommer inte ut (stannar kvar)/studsar tillbaka p.g.a. av hinder E. Återkastning av solstrålning/värme hindras av något (det som kommer in kommer inte ut, hålls kvar etc.). samma ord för "input" och "output".
F. Inflöde och utflöde är olika (betecknas med olika ord); utflöde hindras/ reduceras (ibid).
När jag började analysera enkäterna fungerade den kategoriseringen ganska bra för enkät 2 eftersom få studenter där tar upp absorption och återstrålning. I enkät 3 gör många detta samtidigt som flera av dem inte alls nämner skillnaden mellan in- och utflöde. Detta gjorde att vissa studenter som skriver om denna och samtidigt skriver om hinder och lock hamnade i en högre kategori än de studenter som skriver om absorption och återstrålning men inte om skillnaden mellan in- och utflöde.
Med benäget bistånd av min kollega Mats Areskoug konstruerade jag kategorier på det sätt som redovisats i resultatet. Inför kategoriseringen diskuterade vi vilka begrepp som inkluderas i förståelse av växthus- effekten. Mats Areskougs översikt visar att det är ett mycket komplext problem som inkluderar förståelse av många naturvetenskapliga beg- repp som hänger samman med varandra.
Begrepp
a) Energi, energitransport b) Temperatur
c) Energibalans, jämvikt, förskjutning av jämvikt, dynamisk jämvikt d) Ljus, värmestrålning, våglängd
e) Reflektion, absorption, (transmission) f) Instrålning, utstrålning
g) Sol, jord, atmosfär, rymd
h) Atmosfärens sammansättning, gasers egenskaper
Det som inte riktigt kommer fram i den kategorisering som jag nu gjort är att jorden befinner sig i ett energiflöde (en energitransport) från solen. Vad som händer med detta flöde är avgörande för jordens tempe- ratur. Man kan kanske förmoda att detta faktum blir självklart för studenterna och att de därför inte tar upp instrålningen från solen så tydligt i enkät 3 som de gör i enkät 2.
Exemplet som följer visar hur en student utvecklar sin förståelse genom att förklara absorptionen i atmosfären och återstrålningen i enkät 3 vilket hon inte gör i enkät 2. Enligt den kategorisering som gjorts i US98 skulle båda svaren falla i kategori F. Enligt den kategorisering jag gjort kategoriseras det första svaret som 3 och det andra som 5b.
Växthusgaser: Koldioxid, CFC (freoner) Dikväveoxid, NOx gaser. Den kortvågiga solstrålningen släpps igenom atmosfären medan den långvågiga hålls kvar. Detta gör att temperaturen höjs. Jämför med ett växthus. Genom förbränning i industrierna bildas koldioxid som ökar växthuseffekten. (E2). Växthusgaser i atmosfären (t.ex. koldioxid) absorberar värmestrålning från jorden. Solen ”strålar kortvågigt” mot jorden. Jorden strålar värmestrålning. Denna strålning absorberas av koldioxid t.ex. Växthusgaserna i sin tur strålar ut värme både mot rymden och jorden. Därför blir det en högre temperatur. Negativ växthuseffekt blir det när vi rubbar balansen, t.ex. eldar med fossila bränslen. (E3).
Kategoriseringen har gått relativt smidigt att genomföra. Det finns några få oklara fall. Följande exempel illustrerar hur enskilda ord kan avgöra kategoriseringen.
1. Gaser i atmosfären som t.ex. koldioxid släpper endast igenom vissa våglängder av ljus. Värmestrålningen reflekteras tillbaka till jorden som då får en högre temperatur. (E3). Kategori 2.
2. Att växthusgaserna CO2 absorberar långvågig strålning och sänder tillbaka
till jorden som i sin tur höjer medeltemp vid stora utsläpp av växthusgaser. (E3). Kategori 5a.
Det första exemplet hör till kategori 2 eftersom värmestrålning finns med. Det är tveksamt om man kan tolka in att det handlar om värmeutstrålning till rymden. Men svaret skiljer sig ändå från alla dem
som finns i kategori 1 där inte någonting om värmeutstrålning nämns. Det finns inget tecken på absorption i svaret. Det andra exemplet har kategoriserats som kategori 5a eftersom absorption finns med och
sändes tillbaka tolkas som återstrålning. Däremot saknas någonting
som tyder på att det rör sig om värmeutstrålning till rymden. Nästa problem uppstår då. Sänder tillbaka tolkas som ett vagt uttryck för återstrålning, men reflekterar som att det inte rör sig om återstrålning. Begreppen reflektion och återstrålning behandlas i miljöfysikavsnittet. Man kan också diskutera vilka kvalitetsskillnader det finns i svaren. Exemplen som följer visar hur samma student svarat i enkät 2 respek- tive 3. I enkät 2 klassas svaret som kategori 4b. Absorption och skillnad i egenskaper mellan in- och utflöde finns. Däremot skriver han att värmestrålningen reflekteras ut vilket inte är detsamma som att det sker en återstrålning. I enkät 3 skriver han att värmestrålningen avges och hamnar då i kategori 5a eftersom han inte explicit uttrycker att strålningen förändras (eller gör han det?). Men hans svar är kvalitativt bättre än svaret i exempel 2 ovan som är klassat i samma kategori.
Det är en process som innebär att den kortvågiga strålningen som når jorden från solen reflekteras vid jordytan och blir långvågig värmestrålning. Denna värmestrålning absorberas i sin tur upp av olika växthusgaser som finns i atmosfären, dessa reflekterar sedan ut värmestrålningen åt alla håll bl a tillbaka till jorden. Värmen behålls alltså i atmosfären istället för att försvinna ut i rymden. (E2). Kat 4b.
Det är när den instrålade solenergin absorberas i form av värmestrålning i de sk växthusgaserna som finns i atmosfären, Värmestrålningen avges därefter från växthusgaserna och kommer då att finnas i atmosfären under en längre tidsperiod innan de lämnar atmosfären och når rymden. Under denna förlängda tidsperiod blir alltså värmestrålningen större varpå temperaturen på jorden höjs (E3). Kat 5a.
12.3 Att inkludera flera ämnesområden i en fråga
I enkät 1 och 2 ritar studenterna en begreppskarta över olika aspekter de kan komma på när de tänker på frågan Var kommer maten du äter
ifrån och vart tar den vägen? I enkät 3 ritar studenterna på
motsvarande sätt en begreppskarta med titeln Bilen och miljön. Vid analysen av bilderna identifierades ett antal ämnesområden. Tabell 16 visar hur många olika ämnesområden som finns med i bilderna. Det
framgår att studenterna tar med fler ämnesområden ju längre fram de kommer i sin utbildning. Man måste då hålla i minnet att i den tredje enkäten är frågan inte densamma som i de två första. Det är kanske lättare att komma på saker kring bilen än kring maten. I enkät 3 har jag också definierat underområden och i medeltal så finns det 5,2 undero- mråden i bilderna.
Tabell 16. Antal ämnesområden som studenterna i medeltal ritar in i begreppskartan som svar på frågan Var kommer maten du äter ifrån och vart tar den vägen? i enkät 1 och 2 och Bilen och miljön i enkät 3
Antal områden E1 n=59 Maten antal områden E2 n=47 Maten antal områden E3 n=42 Bilen 2,2 2,7 3,4 Ämnesområden
I bilderna om maten och bilen har jag identifierat ett antal ämnesom- råden i studentens bild med tillhörande text. Jag markerade i varje bild vilka områden som är med. Det är en helt kvantitativ bedömning. Det finns kvalitativa skillnader men jag har ännu inte kommit på ett bra sätt att bedöma kvaliteterna och jag ser ingen mening med att gå in i någon vidare analys av bilderna.
Maten
De definierade ämnesområdena är:
1. Humanbiologi. Matsmältning. Om inre processer i kroppen t.ex.