SKRIFTLIGA TEST
7.4 Tema variation
I detta avsnitt redovisas och diskuteras för- och eftertestresultat av två upp-gifter om variationens uppkomst och en om befintlig variation. Dessutom ingick i prov/hemtentamen en öppen uppgift om variationens uppkomst.
Flervalsuppgift om variationens uppkomst
Under evolutionens gång har levande organismer utvecklat en mängd olika egen-skaper. Upphovet till denna enorma variation är att:
Välj det påstående som passar bäst med vad du anser!
Figur 7.1, 7.2 och 7.3 visar elevernas val av alternativ på för- respektive eftertest för eleverna i de tre experimenten. Andelen elever som väljer det vetenskapliga alternativet 'mutation' (svarsalternativ 2) på förtestet är 17 %, 15 % respektive 22 % i de tre experimenten. På eftertestet däremot väljer majoriteten av eleverna detta alternativ 88 %, 65 % respektive 83 %. För-delningen av elevernas val av svarsalternativ mellan för- och eftertest skil-jer sig signifikant3 åt i alla tre experimenten. Om man jämför hur eleverna svarat i exp1, exp2 och exp3 på förtestet skiljer exp2 ut sig främst genom att en större andel elever väljer alternativet 'balans' (svarsalternativ 4) (för-delningen skiljer sig signifikant4 från exp1 annars inga signifikanta skillna-der varken på för- eller eftertest5).
3 Chi2-test; 2*2 tabell; p(exp1)<<0,001***; p(exp2)=0,004**; p(exp3)=0,0008***
4 Chi2-test; 2*4 tabell; p(exp1 vs exp2)=0,009**; p(exp1 vs exp3)=0,646; p(exp2 vs exp3)=0,170 5 Chi2-test; 2*2 tabell; p(exp1 vs exp2)=0,669; p(exp1 vs exp3)=0,750; p(exp2 vs exp3)=0,924
1 Egenskaperna uppkom när de behövdes
2 Det har skett slumpvisa förändringar av organismernas arvsmassa 3 Levande organismer strävar efter att utvecklas
4 Det behövs stor variation för att få balans i naturen
Exp1 Uppgift "Variationens uppkomst"
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 Behov (Alt 1) Mutation* (Alt 2) Strävan (Alt 3) Balans (Alt 4) Antal elevsva r förtest eftertest
Figur 7.1. Antalet svar fördelade över de olika alternati-ven på för- respektive eftertest för exp1 (n=41)
Mellan könen finns inga signifikanta6 skillnader i fördelning över de fyra svarsalternativen varken på för- eller eftertest. Två elever totalt i de tre ex-perimenten ändrar sig från det vetenskapliga alternativet 'mutation' på för-testet till ett annat alternativ på efterför-testet.
Likert-uppgift med motivering om variationens uppkomst
Egenskapen att ha simhud på fötterna hos änder uppkom hos ändernas förfäder på grund av att:
de levde i vatten och behövde simhud för att simma
1 2 3 4 5 det av slumpskäl uppkommit mutationer
Varför valde du detta svarsalternativ?
6
Exp2 Uppgift "Variationens uppkomst"
0 2 4 6 8 10 12 14 Behov (Alt 1) Mutation* (Alt 2) Strävan (Alt 3) Balans (Alt 4) Antal elevsva r förtest eftertest
Figur 7.2. Antalet svar fördelade över de olika alternati-ven på för- respektive eftertest för exp2 (n=20)
Figur 7.3. Antalet svar fördelade över de olika alternati-ven på för- respektive eftertest för exp3 (n=18)
Exp3 Uppgift "Variationens uppkomst"
0 2 4 6 8 10 12 14 16 Behov (Alt 1) Mutation* (Alt 2) Strävan (Alt 3) Balans (Alt 4) Antal elevsva r förtest eftertest
Figur 7.4 visar hur elevernas val fördelar sig över Likert-skalan på för- och eftertest. Eftersom det inte finns några signifikanta7 skillnader mellan resul-taten i de tre experimenten visas resultatet sammanslaget. Det finns inte heller någon signifikant8 skillnad mellan könen. Innan undervisning väljer eleverna närmast påståendet 'behov' och detta förändrades radikalt efter un-dervisning då de i stället föredrar påståendet 'mutation'. Denna skillnad mellan för- och eftertest är signifikant9.
Elevernas motiveringar till valet på Likert-skalan kategoriseras dels utifrån alternativa och vetenskapliga evolutionsidéer och dels utifrån acceptansen av de båda påståendena i uppgiften. Här redovisas samtliga elever i studien sammanslaget eftersom det inte är några signifikanta10 skillnader i fördel-ningen mellan alternativa och vetenskapliga idéer i elevernas motiveringar i de tre experimenten.
7 Chi2-test; 2*3 tabell; förtest p(exp1 vs exp2)=0,976; p(exp1 vs exp3)=0,889; p(exp2 vs exp3)=0,970; eftertest p(exp1 vs exp2)=0,492; p(exp1 vs exp3)=0,565; p(exp2 vs exp3)=0,986
8 Chi2-test; 2*5tabell; p(förtest)=0,629; p(eftertest)=0,954 9 Chi2-test; 2*3 tabell; p<<0,001***
10 Chi2-test; 2*2 tabell; förtest p(exp1 vs exp2)=0,566; p(exp1 vs exp3)=0,678; p(exp2 vs exp3)=0,676; eftertest p(exp1 vs exp2)=0,847; p(exp1 vs exp3)=0,379; p(exp2 vs exp3)=0,446
Tabell 7.6. Antal motiveringar inom olika kategorier i Likert-uppgiften om variationens uppkomst (n=79)
Motiveringskategori Förtest Eftertest
Vetenskapliga idéer; 3-5 komponenter 8 27 Vetenskapliga idéer; 2 komponenter 4 20 Utveckling, evolution, anpassning, allmänt 15 5
Behov, tvång 34 11
Annat 16 11
Blank/Vet ej 2 5
Uppgift "Variationens uppkomst"
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Behov Mutation An tal elev er förtest eftertest
Figur 7.4. Fördelningen av alternativval på Likert-skalan på förtest och eftertest (n=79)
Däremot skiljer sig fördelningen över kategorierna sig signifikant11 mellan för- och eftertest i tabell 7.6.
När det gäller evolutionsidéer motiverar de flesta eleverna (49 st) sitt val med resonemang om behov eller allmän utveckling i förtestet (tabell 7.6). Här är den betydelse eleven lägger i 'behov' avgörande för om detta val är vetenskapligt acceptabelt eller ej. Resonerar eleven så att innebörden blir en behovsstyrd evolution är det inte i överensstämmelse med evolutionsteo-rin, men använder de 'behov' annorlunda kan resonemanget vara det. Anta-let elever som i sina motiveringar använder vetenskapliga idéer ökar från 12 i förtestet till 47 i eftertestet.
I tabell 7.7 visas hur samtliga elever i de tre experimenten kategoriseras utifrån acceptansen av de båda påståendena.
Tabell 7.7. Kategorisering av elevernas motiveringar av valet på Likert-skalan. I tabellen visas antal elever i de olika kategorierna i för- och eftertest (nförtest=77; n
efter-test=74) Accepterar EJ behov Nämner ej behov Accepterar behov
För Efter För Efter För Efter
Accepterar mutation 4 12 6 30 20 18 Nämner ej mutation 1 17 7 22 6 Accepterar EJ mutation 4 4
Antalet elever som accepterar påståendet 'mutation' ökar från 30 i förtestet till 60 i eftertestet. Av dessa visar 4 elever på förtestet och 12 på eftertestet att de samtidigt inte accepterar behovspåståendet. I förtestet finns elever som i sina motiveringar inte accepterar mutationspåståendet, ingen elev resonerar på detta sätt i eftertestet.
Elev 199: … Visserligen kan det vara bra att ha simhud om man lever i vatten
men det var inte i något syfte som simhud uppkom. Det uppkom helt enkelt av en slump och visade sig vara en fördel som gjorde att änderna med simhud klarade sig bättre och därför också kunde föröka sig bättre. (Exp3; eftertest; Likertskalan
5; rang 8)
Elev 28: … Jag tror inte att det uppkom av en slump. Om det gjorde det så kunde
ju vem som helst få simhud mellan fötterna. Jag tror att de behövde det och ut-vecklade därför det. (Exp1; förtest; Likertskalan 1; rang 3)
Antalet elever som accepterar behovspåståendet minskar ungefär med hälf-ten från 46 i förtestet till 24 i eftertestet. I båda teshälf-ten finns elever som ka-tegoriseras till att acceptera båda påståendena:
Elev 12: Mutationen uppkom utav slump men fenomenet levde vidare eftersom att
simhud är fördelaktigt i vatten. (Exp1; förtest; Likertskalan 3; rang 6)
Elev 30: Det uppkom mutationer av slumpskäl, men eftersom de levde i vatten
gynnades de med simhud av det naturliga urvalet. Båda påståendena är alltså lika korrekta! (Exp1; förtest; Likertskalan 3; rang7)
Elev 24: Det sker slumpvis, men det som behövs har man kvar. (Exp1; eftertest; Likertskalan 4; rang 6)
Dessa tre motiveringar är exempel på resonemang där eleverna använder 'behov' på ett sätt som är vetenskapligt acceptabelt. Det gör 12 elever på förtestet och 19 på eftertestet.
Flervalsuppgift om befintlig variation
Ett antal myggpopulationer är numera resistenta mot DDT (en kemikalie som an-vänds för att döda insekter), vilket medfört att DDT-behandlingen inte är lika ef-fektiv som tidigare. Biologer anser att DDT-resistensen har utvecklats på grund av:
1 Enskilda myggor utvecklade DDT-resistens efter att ha blivit utsatta för
medlet.
2 Myggpopulationerna behövde bli DDT-resistenta för att kunna överleva. 3 Några få myggor var troligen DDT-resistenta redan innan medlet
börja-de användas.
4 Myggpopulationerna blev DDT-resistenta av en slump. Välj det påstående som passar bäst med vad du anser!
I figur 7.5 visas samtliga elevers val av svarsalternativ, eftersom det inte är några signifikanta12 skillnader mellan de tre experimenten. Det är inte hel-ler någon signifikant13 skillnad mellan män och kvinnor. Däremot väljer eleverna signifikant annorlunda på eftertestet jämfört med förtestet14. Anta-let elever som väljer det mest vetenskapliga alternativet 'befintlig variation' ökar från 13 till 46. Sammanlagt över de tre experimenten är det fyra elever som byter från det vetenskapliga alternativet i förtestet till ett av de alterna-tiva i eftertestet.
12 Chi2-test; 2*2 tabell; förtest p(exp1 vs exp2)=0,283; p(exp1 vs exp3)=0,735; 2*4 tabell p(exp2 vs exp3)=0,421; eftertest p(exp1 vs exp2)=0,457; 2*2 tabell p(exp1 vs exp3)=0,592; p(exp2 vs exp3)=0,095 13 Chi2-test; 2*4 tabell; p(förtest)=0,361; p(eftertest)=0,566
Öppen uppgift om variationens uppkomst
Denna uppgift fick eleverna i prov respektive hemtentamen:
Levande varelser uppvisar en mängd olika egenskaper. Hur har denna enorma variation uppkommit?
I undervisningen hade mutationer och omkombinationer av genetiskt mate-rial tagits upp som orsaker till variationens uppkomst. I slutprov eller hem-tentamen har 73 % av eleverna med mutationer och 15 % omkombinatio-ner, som enda eller en av anledningarna till variationens uppkomst.
Begreppet anpassa används av 30 elever i resonemangen om variationens uppkomst. Ungefär en tredjedel av dessa använder begreppet korrekt. En tredjedel resonerar om 'behov'. De blandar denna alternativa idé med veten-skapliga på ett sådant sätt att det inte klart framgår om resonemanget är ve-tenskapligt eller ej. Tre elever resonerar om 'strävan' i sina svar, som också innehåller också andra mer vetenskapliga idéer.
Elev 1: Det har hela tiden bildats nya arter som genom naturligt urval har
anpas-sats till miljön och därmed har olika egenskaper uppkommit. Mutationer leder till förändring av arvsanlagen som också leder till förändrade egenskaper. (Exp1;
slutprov)
Elev 109: Individer har i alla tider strävat efter att utvecklas och anpassas till den
miljö de lever i… (Exp2; hemtentamen)
Elev 180: Det är en blandning mellan arv och miljö. Vissa miljöer kräver att
ex-empelvis en giraff behöver lång hals (ex. bladen sitter högt). Giraffer med lite högre hals gynnas (de når bladen) och det naturliga urvalet gör att de klarar sig bättre och får fler avkommor med deras egenskaper. Charles Darwin kunde sin sak. (Exp3; slutprov)
Figur 7.5. Antal svar fördelade över de olika alternati-ven på för- respektive eftertest (n=79)
Uppgift "Befintlig variation"
0 10 20 30 40 50 Individuell anpassning (Alt 1) Behov (Alt 2) Befintlig variation* (Alt 3) Slump (Alt 4) Antal elevsvar förtest eftertest
En enda elev i hela studien resonerar om 'balans i naturen'. Han ger ett långt svar där även 'mutation' ingår. Så här lyder den mening där 'balans i naturen' ingår:
Elev 122: … Varje däggdjur på denna planet skapar instinktivt en balans med
na-turen… (Exp2; hemtentamen)
I elevernas svar identifieras sex olika orsaker till variationens uppkomst; nämligen naturligt urval, mutationer, anpassning till miljön, artbildning, olika genuppsättning samt omkombinationer av genetiskt material (tabell 7.8). Endast fyra elever besvarar uppgiften med endast mutation eller slumpmässig mutation. Ingen elev besvarar med endast orsakerna mutation och omkombination av genetiskt material. De tre vanligaste orsakerna finns med i ungefär tre fjärdedelar av samtliga elevsvar och de övriga tre orsa-kerna finns med i mindre än hälften av alla svar. Antalet orsaker per svar varierade mellan ett och fem och medelvärdet är tre orsaker per svar.
Elev 124: Att det finns stor variation beror främst på två orsaker: slumpvisa
mu-tationer i könscellerna och omkombinationer vid befruktelsen. Sen finns det andra faktorer som spelar roll: strålning miljögifter osv. Det naturliga urvalet, miljön och fienderna spelar också stor roll. T ex salamandrarna i Kalifornien, de var av samma art men utseendemässigt var de ganska olika eftersom de inte levde på samma miljö. Med tiden så överlevde endast de som var guldfärgade i ökenland-skap medan de som var fläckiga överlevde bäst områden med mycket vegetation eftersom deras respektive kamouflering skyddade dem och de slapp bli uppätna. Så blev de mer avskilda från varandra p.g.a. miljön. På så sätt uppstod variatio-ner. (Exp2; hemtentamen; Fem orsaker: Mutation, omkombination, naturligt
ur-val, artbildning och miljöanpassning)
Elev 43: Den har uppkommit genom mutationer, förändringar i arvsanlagen. (Exp1; slutprov; En orsak: Mutation)
Tabell 7.8. Andelen elevsvar i procent som innehåller en viss orsak till variationens uppkomst i de tre experimenten
Exp1 Exp2 Exp3
Naturligt urval 88 58 83 Mutationer 80 74 61 Miljöanpassning 70 74 78 Artbildning 40 26 50 Olika genuppsättning 8 53 11 Omkombinationer 5 37 17
Sammanfattning och diskussion
Det framgår att majoriteten av eleverna innan undervisningen hade alterna-tiva idéer om variationens uppkomst och befintlig variation. Ett år efter un-dervisningen ser bilden helt annorlunda ut. Majoriteten av har nu ändrat sig och väljer de mer vetenskapliga svarsalternativen. Att mutationer är orsa-ken till variationens uppkomst verkar relativt oproblematiskt för eleverna att acceptera efter undervisning. Det visar även Jensen och Finley (1995). I undervisningssekvensen hade vi tagit fasta på rekommendationer från Bi-shop och Anderson (1990) och explicit delat in evolutionen i två processer; variationens uppkomst och naturligt urval. Deras forskning visar att elever-na inte var medvetelever-na om den befintliga variationen utan ser evolution som en behovsdriven anpassningsprocess. Förtestresultaten visar att våra elever hade liknande alternativa idéer. Hela 80 % av eleverna väljer i förtestet nå-got av de två alternativ som representerar dessa uppfattningar på flervals-uppgiften om befintlig variation.
På uppgifterna om variationens uppkomst visar det sig att det finns elever som överhuvudtaget inte accepterar slumpmässiga förändringar innan un-dervisning. Få elever väljer slumpalternativet på uppgiften om befintlig va-riation. Deadman och Kelly (1978) finner att eleverna i deras studie (11 – 14 år) mycket sällan använder sig av slumpmässighet och Greene (1990) finner bland sina universitetsstudenter uppfattningen att när naturen föränd-ras så gör den det inte slumpmässigt.
Ett intressant resultat är de olika betydelser eleverna lägger i 'behov'. Många artiklar om elevers förståelse av evolutionsteorin tar upp behovsdri-ven evolution som en vanligt förekommande alternativ idé (t.ex. Deadman & Kelly 1978; Brumby, 1981; 1984; Engel Clough & Wood-Robinson, 1985a; Bishop & Anderson, 1990; Greene, 1990; Bizzo, 1994; Demastes, Good et al., 1995; Demastes et al., 1996; Anderson et al., 2002). Åtskilliga elever i vår studie använder dock 'behov' på ett vetenskapligt acceptabelt sätt, några redan i förtestet. Ett resonemang innehållande 'behov' behöver alltså inte betyda att eleven har en syn på evolutionen som behovsstyrd. Det finns risk att ett resonemang innehållande 'behov' kategoriseras som alter-nativa evolutionsidéer bara genom användandet av termen. Lijnse (1995) påpekar vikten av att vi anstränger oss att förstå vilken innebörd eleverna lägger i en viss term.
I vår undervisning har vi ofta använt den 'funktionella' betydelsen av varia-tion i evoluvaria-tionssammanhang enligt definivaria-tion av Greene (1990). Jag anser att det stora steget att ta då det gäller att förstå evolutionsteori är att inse att
det överhuvudtaget finns befintlig variation, må så vara i endast en egen-skap.
På den öppna uppgiften om variationens uppkomst i prov/hemtentamen svarar eleverna oftast mycket utförligt och verkar välja att ta med det mesta av evolutionsteorin. Denna uppgift ger stort tolkningsutrymme åt eleven. På vilken organisationsnivå ser eleverna orsakerna till variationens upp-komst? Följande nivåer är möjliga: DNA-molekyl, gen, kromosom, cell, individ, population, art eller ekosystem. Beroende på vilken nivå eleven avser kan flera olika orsaker vara adekvata. Dessutom vet jag inget om i vilket tidsperspektiv eleven besvarar uppgiften. Att både tid och nivåer medför problem när man ska tolka evolutionsresonemang vittnar bland andra Zetterqvist (2003) om. Många författare har uppmärksammat att tids-aspekten är svår vid lärande av evolutionsteorins effekter (Brumby, 1981; Tamir & Zohar, 1991; Smith et al., 1995; Ferrari & Chi, 1998; Dodick & Orion, 2003). Keown (1988) menar att exempel som DDT resistens visar på evolution i ett mycket kortsiktigt tidsperspektiv.
I undervisningen togs variationens uppkomst upp i samband med genetik-resonemang på DNA-molekyl-, gen-, kromosom- eller cellnivå. Ingen elev har endast med de två orsakerna, mutation och omkombination, som är de orsaker som togs upp i detta sammanhang. De flesta eleverna svarar med processer från flera organisationsnivåer.
För att göra en jämförelse med uppgifterna om variationens uppkomst i för- och eftertest undersöks förekomsten av de alternativa idéerna 'behov', 'strä-van' och 'balans' i prov/hemtentamen. Få elever har med dessa idéer och alltid i kombination med någon vetenskaplig orsak. Alternativen 'strävan' och 'balans' finns med i förtestet, men är sällsynta på eftertestet. Alternati-vet 'behov' finns med i större utsträckning både i prov och i eftertest. Även på provet finns exempel där användningen inte nödvändigtvis står i strid med evolutionsteorin. Att begreppet 'anpassa' är svårt för eleverna att an-vända evolutionärt korrekt framkommer i flera av dessa uppgifter.