NATURVETENSKAP-MATEMATIK-SAMHÄLLE
Examensarbete i Biologi KPU
15 högskolepoäng, avancerad nivå
Elevers lärande om begrepp genom
laborationsrapporter
Students’ learning of concepts through laboratory reports
Leif Johnson
Kompletterande pedagogisk utbildning 90 hp Handledare: Nils Ekelund 2021-02-24 Examinator: Pernilla Granklint
2
Abstrakt
Många elever upplever biologi som ett krävande ämne på grund av de teoretiska begreppen och språket som används inom ämnet. Med både ett konstruktivistiskt och sociokulturellt perspektiv är det viktigt för undervisningen att skapa tillfällen för lärande. Nya intryck och information utmanar elevers befintliga kunskaper och med hjälp av formativ återkoppling, som är anpassad efter individens behov, kan de utveckla sina tankestrukturer inom ämnet. Laborationer är ett naturligt inslag i biologiundervisningen och erbjuder ett tillfälle där elevens praktiska erfarenheter kan utveckla mer abstrakta kunskaper. Det här arbetet visar hur vissa val i utformandet av laborationsaktiviteten kan främja kommunikationen mellan lärare och elev om kursens teoretiska innehåll. I sina laborationsrapporter uppmanas eleverna till att aktivt använda specifika begreppsord i sina diskussioner. Studiens resultat visar att den individuella elevens förståelse av begrepp blir tydligare när de hanteras i en annan kontext. Majoriteten av elevsvaren indikerar på en felaktig och onyanserad förståelse av begreppen medan andra är mer nyanserade och välutvecklade. Eleverna visade en variation av kunskaper och deras texter gav många möjligheter för läraren att ge formativ återkoppling anpassad till varje individs behov för att kunna ta sig vidare.
Nyckelord: bedömning, formativ bedömning, lärande, skriftlig respons, texter,
3
Innehåll
1. Inledning s. 4
2. Syfte och frågeställningar s. 6
3. Teoretiska perspektiv s. 7 3.1 Konstruktivism s. 7 3.2 Sociokulturellt perspektiv s. 8 3.3 Formativ återkoppling s. 9 3.3.1 Aktivitetens mål s. 10 3.3.2 Elevens förståelse s. 10
3.3.3 Återkoppling för att främja lärandet s. 10
4. Tidigare forskning s. 11
4.1 Laborationens utformande påverkar lärandemål s. 11 4.2 Alternativ till traditionella laborationsrapporter s. 13 4.3 Naturvetenskaplig kommunikation s. 14
5. Metod s. 16
5.1 Urval och forskningsetik s. 17
5.2 Utformning av laborationen s. 17
5.3 Genomförandet av laborationen s. 18 5.4 Utformning av laborationsrapport s. 18 5.5 Analys av laborationsrapport s. 19
6. Resultat och analys s. 21
6.1 Aktivitetens mål s. 21
6.2 Elevens förståelse s. 22
6.3 Återkoppling för att främja lärandet s. 24
7. Slutsats och diskussion s. 26
7.1 Kritisk analys s. 27 7.2 Yrkesrelevans s. 28 7.3 Fortsatt forskning s. 28 Referenser s. 29 Bilaga 1 s. 32 Bilaga 2 s. 32
4
1. Inledning
Laborationer anses idag ha en självklar plats i undervisningen av naturorienterande ämnen (NO) där elever inhämtar egen erfarenhet genom att själva undersöka och testa. Det är däremot inte självklart att laborerande i sig leder till att elever lär sig mer om naturvetenskapliga begrepp och modeller (von Zeipel & Westman, 2019; White, 1996).
Flera studier visar att laborationsinstruktioner ibland kan liknas vid ett matlagningsrecept- så kallade “kokbokslaborationer”. Denna typ av laborationer kännetecknas av stegvisa instruktioner som eleven ska genomföra för att komma fram till ett visst resultat. Problemet med detta upplägg av laboration är att eleverna begränsas till att skriva ned sina observationer utan att reflektera över hur det uppkomna resultatet relaterar till de teoretiska momenten i ämnet (Knain, 2005). Trots den här begränsningen väljer lärare ofta det här arbetssättet för att träna elever i sina praktiska färdigheter och för att variera undervisningsmetod. En anledning till att de inte uppmanar eleverna till en djupare analys av sina resultat baserat på teori kan vara att läraren tror sådana kopplingar blir för krävande för vissa elever (Strimaitis et al., 2017). Dessutom kan det vara att kokbokslaborationer underlättar för läraren själv. Att hantera elevernas aktiviteter under utförandet av laborationen blir enklare om alla gör likadant och bedömningen av elevernas texter blir mindre tidskrävande om alla har ungefär samma innehåll (Tiberghein et al., 2001).
Enligt kursplanen för ämnet biologi på gymnasieskolan (Skolverket, 2011) ska undervisningen utveckla elevers:
Förmåga att planera, genomföra, tolka och redovisa fältstudier, experiment och observationer samt förmåga att hantera material och utrustning.
Eleverna får tillfälle att träna på dessa förmågor när de utför kokbokslaborationer men de begränsas till de praktiska momenten. De flesta lärare har däremot som mål att dessa erfarenheter ska hjälpa eleverna genom att förankra sina teoretiska kunskaper i ett mer konkret sammanhang. Tyvärr är det inte säkert att detta händer och elever upplever ofta teoretiska och praktiska moment som skilda från varandra (Abrahams & Millar, 2008; Högström et al., 2010). Läraren behöver utforma aktiviteten på ett sätt som får eleverna att aktivt bearbeta ämnesinnehållet i samband med laborationen om de ska kunna lyckas
5
se sammankopplingar mellan dem (von Zeipel & Westman, 2019; Abrahams & Millar, 2008).
I biologiundervisning finns inte bara ett behov av att lyfta kvalitén på labortationsarbete men även av att arbeta med teorier och modeller på ett annat sätt. Inom NO-ämnena är elevers bearbetning av begrepp ofta reproducerande där de skriver korta svar eller textboksliknande definitioner (af Geijerstam, 2006). De tillägnar sig enkla teoretiska kunskaper men får sällan chans att utveckla sina förståelser om dem (ibid.). Laborationsrapporter erbjuder däremot en ny och mindre abstrakt kontext där eleverna får möjlighet till att träna på sin användning av begreppen. Deras kunskaper syns genom sin kommunikation med andra i det här sammanhanget (Wallace, 2004; Keys et al., 1999). I detta samspel får läraren då tillfälle att vägleda eleverna till att bygga på eller bygga om kunskap de redan har om relevanta begrepp (Strimaitis et al., 2017).
6
2. Syfte och frågeställning
Syftet med detta arbete är att använda laborationer som tillfälle att utmana elevers hantering av biologikursens begrepp i en laboration. Istället för att fokusera på de praktiska momenten som man gör i en traditionell form av laborationsrapport använder jag mig av ett annat alternativ.
Eleverna introduceras först till det relaterade ämnesinnehållet i form av genomgångar och läsning i läroboken. De får sedan muntlig och skriftlig information som förklarar hur laborationen agerar som modell för teorin de har nyss bearbetat. Genomförandets beskrivning har karaktären av en “kokbokslaboration” men i en färdig mall till rapporten är detta redan ifyllt. De anvisas istället till att i sina diskussioner använda sig av stödfrågor som är tänkt att få eleverna att reflektera över kopplingen mellan deras observationer och ämnesinnehållet. De får därtill en lista över begreppsord som de ska använda sig av i sina svar.
Genom att betona sammankopplingar mellan teori och laborationen samt att instruera eleverna till att aktivt använda teoretiska begrepp i sina texter vill jag undersöka om detta kan ge en inblick i hur eleverna tänker kring begreppen. Mina frågeställningar är:
1. Hur kan en laborationsuppgift utformas för att uppmana bearbetning av teoretiska begrepp?
2. Hur synliggörs elevers förståelse av biologiska begrepp i de resulterande laborationsrapporterna?
3. Hur kan elevernas visade kunskaper användas för att utvecklas vidare i sitt lärande?
7
3. Teoretiska perspektiv
Det här arbetet grundas huvudsakligen på två teoretiska grundsyner på kunskap och lärande. Den första är konstruktivism som fokuserar på hur individen bygger ny förståelse genom att jämföra sina erfarenheter med tidigare kunskap (Evenshaug & Hallen, 2001). Den andra är den sociokulturella teorin som ställer i centrum att lärande sker genom socialt samspel där individen beaktar och tar till sig kunskaper och färdigheter som finns i samhället (Säljö, 2005). De här perspektiven motsätter inte varandra nämnvärt utan lägger vikt på olika aspekter av lärande. Jag ämnar använda dessa två teorier som komplement till varandra i utformningen av den här undersökningen och i den följande analysen.
3.1 Konstruktivism
Vissa teorier betraktar lärande som en process där färdiga kunskaper ska överföras till individen genom att t.ex. läsa eller lyssna. Konstruktivism ställer sig i motsats till detta och ser istället på kunskap som något som individen måste konstruera själv genom att ändra på befintliga idéer och begrepp inom sig (Sjøberg, 2010).
En central idé i det här perspektivet är att vi skapar tankestrukturer och tankemönster när vi försöker förstå världen omkring oss. Inom den konstruktivistiska skolan kallas dessa strukturer för kognitiva scheman (Evenshaug & Hallen, 2001). Kunskap är alltså inte något statiskt utan något individen aktivt skapar. Nya erfarenheter jämförs med kognitiva scheman som man har format baserat på tidigare erfarenheter. Om man kan förstå upplevelsen med hjälp av sina befintliga scheman, anpassas den nya informationen till kunskaparna man redan har. I de fallen de kognitiva scheman inte räcker till måste de istället anpassas efter de nya intrycken. Man måste alltså hitta nya sätt att tänka. Det är den här konstanta kompletteringen och förändringen av kognitiva scheman leder till lärande och intellektuell utveckling (ibid.).
Inom skolämnen som biologi kan erfarenhet komma i form av genomgångar och läroböcker. Elevernas tidigare kunskaper kommer att påverka hur de tar emot informationen som dessa introducerar. Har eleven svårt att relatera den nya informationen till sina befintliga kognitiva scheman finns det risk för att den mottas på en ytlig nivå (utantillärning). Det kan även hända att den kanske tvingas till att passa in på ett sätt som
8
är felaktigt. För att kunna utveckla elevers förståelse och rätta till felförståelser behöver de fler och varierade erfarenheter (Andersson, 2008).
Inom en konstruktivistisk didaktik är det därför viktigt att utgå från elevens befintliga kunskaper och utveckla dem vidare (McCauley et al., 2018). Läraren behöver ta vara på vad eleverna har för förförståelse eftersom det kommer att påverka hur de tar till sig nya begrepp (Andersson, 2008; Hajer & Meestringa, 2010). I bearbetningen av informationen är det lärarens uppgift att skapa tillfällen där elever kan utmana sin förståelse. Ny erfarenhet i form av praktiskt arbete eller interaktion med andra elever och läraren kan leda till att de bygger på, ändrar eller skapar nya kognitiva scheman (Richardson, 2003).
3.2 Sociokulturellt perspektiv
Socialt samspel anses vara viktigt inom konstruktivism men fokus ligger ändå på hur kunskap utvecklas hos individen. Inom det socialkulturella perspektivet ligger fokus på hur sociala faktorer som språk och kultur påverkar hur vi tänker och agerar (Säljö, 2005). Vår interaktion med sociala och kulturella resurser har en viktig effekt på vårt lärande och tänkande.
Genom historien har människor interagerat med varandra och den fysiska världen vilket har lett till att vi har utvecklat förståelse och kunskap om vår omgivning. De här kunskaparna är sammankopplade till det materiella omkring oss men är immateriella i sig- de finns bara hos människan. De här skapelserna som språk och rutiner delas mellan människor och kallas därmed för kulturella produkter (Jakobsson, 2012). Vilka kulturella produkter man har tillgång till beror på vilken miljö och människor som finns omkring en. Till exempel har mänskligheten över tid utvecklat matematiska metoder som en enskild individ inte skulle kunna uppfinna på egen hand. Om dessa matematiska metoder är socialt tillgängliga för oss kan vi internalisera (ta till oss) dem och använda dem vid ett senare tillfälle. Eftersom vårt tänkande aktiveras och påverkas av dessa kulturella produkter berhöver vi därmed tillgång genom det sociala samspelet (ibid.).
Ett viktigt didaktiskt koncept i det här sociokulturella perspektivet är “den proximala utvecklingszonen”. Den beskriver de kognitiva områden där individen har svårt för att utvecklas på egen hand (Evenshaug & Hallen, 2001). I till exempel en skolklass har olika elever har kommit olika långt i sin förståelse av ett ämnesinnehåll (kulturella produkter). Den proximala utvecklingszonen är skillnaden mellan det som individen klarar att ta till
9
sig på egen hand och det hen hade klarat av med hjälp av andra. I skolan är det lärarens uppgift att identifiera vad det här området är för varje individ och sedan vägleda eleven vidare för att brygga det här gapet (Dysthe, 1996).
De teoretiska begreppen inom NO kan upplevas som ovanligt svårförstådda (af Geijerstam, 2006). Samspelet mellan lärare och elev blir därför av ytterst vikt inom dessa ämnen. I deras kommunikationen kan elevers skriftliga arbeten fungera som en “third space”, det vill säga ett utrymme där varken elevers vardagliga språk eller naturvetenskapens språk är korrekta eller dominerar (Wallace, 2004). I en “third space” kan då lärare och elev mötas för att förhandla om ämnets begrepp och det är då att lärande sker.
3.3 Formativ återkoppling
Även om konstruktivism fokuserar på lärande inom individen och det sociokulturella perspektivet på lärande mellan individer har både inriktningar gemensamt att inlärningsprocessen kräver en interaktion med andra människor. För att elever ska kunna utvecklas i sitt tänkande måste det finnas sammanhang där de kan få formativ återkoppling, d.v.s. respons på hur eleven har lyckats lösa uppgiften och hur hen kan göra för att nå målen (William & Leahy, 2015).
Inom biologi finns representationer, koncept, metoder och ett språk som skiljer den från andra ämnen. Enligt en konstruktivistisk syn sker individens inlärning genom utforskning av dessa och kunskap skapas när nya synsätt integreras med de gamla. Den här processen kräver ett samspel med människor som är bekanta med normerna, tillvägagångssätt och målen som definierar den naturvetenskapliga gemenskapen (Strimaitis et al., 2017). Lärarens uppdrag är att engagera eleverna i deras utförande av naturvetenskap för att vägleda dem i ämnets innehåll och natur. Den här sociala aspekten till undervisning ska inte heller begränsas till diskussioner utan innefatta även skriftliga moment där elever får tillfälle till att överlägga innebörd och skapa kunskap med lärarens stöttning (Keys et al., 1999).
Kommunikation betonas inom den sociokulturella skolan där läraren ska fokusera på elevens proximala utvecklingszon. Kulturella produkter resulteras av sociala aktiviteter och bidrar till att lyfta individen till högre tankeprocesser (Jakobsson, 2001). Elever behöver delta i naturvetenskapliga aktiviteter som är socialt konstruerade där inlärning
10
kan ske genom interaktion med andra elever och läraren. Förståelsen av begrepp utvecklas genom en påverkan av andra människor och är därmed socialt konstruerad och har en stark förbindelse till språk. Genom skriftliga uppgifter skapas det en dialog där eleven lär sig genom samspelet mellan sitt arbete och lärarens återkoppling.
3.3.1 Aktivitetens mål
Med ett formativt arbetssätt behöver en lärare planera tillfällen där de kan utvärdera elevers kunskaper för att leda dem vidare i sin utveckling. Lärandemål som läraren planerar för dessa aktiviteter måste också tydliggöras för eleverna i förhand för att de ska veta vad de väntas uppnå under bedömningen (William & Leahy, 2015). Eleverna har goda förutsättningar för lärande när läraren konstruera aktiviteter utifrån ämnet styrdokument (Hattie, 2014).
3.3.2 Elevens förståelse
När man förhåller sig till ett formativt arbetssätt är det viktigt att fokusera på hur konstruktionen av kunskap och idéer utvecklas hos varje individ (Hattie, 2014). Vad eleven har för förkunskaper påverkar hur den här processen sker och det är genom det kommunikativa samspelet att lärandet sker (Säljö, 2005). För att stärka sina färdigheter inom naturvetenskap behöver elever ta till sig ämnets begrepp i sin kommunikation (Wallace, 2004). Skriftliga arbeten som en “third space” (se ovan) ger elev och lärare utrymme till att förhandla om begreppens mening. Läraren får tillfälle att se vilka tankestrukturer och tankemönster eleven har konstruerat och kan jämföra dem med sina egna.
3.3.3 Återkoppling för att främja lärandet
Eleverna utvecklar redan existerande kunskaper genom att utforska nya möjligheter och läraren kan stödja dem i detta genom återkoppling som inriktar sig på lärandet. Det är därför viktigt att inte bara ge belägg om eleven har haft rätt eller fel utan fokusera på hur eleven i fortsättningen kan ta sig vidare. Hur uttalanden formuleras kan påverka hur de kommer att mottas och endast korrigeringar från läraren kan ha en dålig effekt på hur elevernas reaktion (William & Leahy, 2015). Genom att ge uppgiftsinriktad, konstruktiv återkoppling som är lämplig för var individen befinner sig är eleven mer benägen att lägga mer vikt på förståelse än slutvärdering (betyg).
11
4. Tidigare forskning
4.1 Laborationens utformande påverkar lärandemål
Fördelarna med det som beskrevs i inledningen som “kokbokslaborationer” är att elever bland annat lär sig att hantera labbutrustning, dokumentera resultat och träna på att skriva enligt en bestämd mall som speglar naturvetenskapliga artiklar. De här förmågorna är ett krav inom ämnesplanen och nödvändiga inför framtida laborativt arbete (Skolverket, 2011). Praktiskt arbete anses vara en viktig del i utbildningen eftersom elever brukar finna det användbart och ett mer tilltalande arbetssätt än andra moment inom de naturvetenskapliga ämnena (Skolforskningsinstitutet, 2020; Schmidt-Borcherding et al., 2013).
Ett allmänt antagande i pedagogiska sammanhang är att elever lär sig induktivt genom laborationer (Tiberghein et al., 2001). Centralt till naturvetenskapens natur är att hypoteser ska testas genom experiment. Resultaten leder sedan till att gamla teorier och modeller bekräftas eller ersätts med nya. Genom att delta i den här typen av aktiviteter inom skolmiljön lär sig eleverna att bekräfta eller förkasta hypotes i förhållande till experimentsresultat (Skolforskningsinstitutet, 2020, von Zeipel & Westman, 2019). Likaså finns föreställningar om att laborationer skapar tillfällen där elever upplever olika fenomen på egen hand vilket kan leda till en ökad förståelse av ämnesinnehållet (Keys et al., 1999). Elevernas observationer och resultat (under förutsättningen att dessa är korrekta) väntas med andra ord att leda dem till att upptäcka teoretiska element av ämnesinnehållet (Abrahams & Millar, 2008).
Lärare har därmed flera mål för laborationer. Elever ska (Högström et al., 2010):
(1) lära sig att utföra naturvetenskap;
(2) utveckla ett intresse för naturvetenskap;
(3) lära sig om naturvetenskapens natur;
(4) lära sig naturvetenskapliga begrepp och teorier
“Kokbokslaborationer” med traditionella laborationsrapporter fungerar i uppfyllelsen av det första målet, och till viss grad det andra men forskning har ifrågasatt det induktiva perspektivet på inlärning gällande de sista två målen. Att ta steget från praktiskt arbete med fysiska föremål till en reflektion över teoretiska aspekter blir för stort om
12
instruktionerna lägger för mycket vikt på genomförandet och för lite stöd i utvecklandet av elevers idéer (Abrahams & Millar, 2008).
Det finns däremot alternativ till dessa traditionella arbetssätt med laborationer och flera studier visar att lärarens planering kring praktiska moment påverkar hur väl elever lyckas uppfylla de olika målen (Skolforskningsinstitutet, 2020). Ett alternativ till färdigskrivna, stegvisa instruktioner är laborationer av en öppen karaktär. Upplägget till öppna laborationer kan variera och går ut på att elever själva ska planera en eller fler aspekter av sina experiment. Eleverna får till exempel bestämma vad som ska undersökas, utforma lämpliga metoder och/eller komma fram till hur man bäst värderar resultaten i förhållande till forskningsfrågorna. Självbestämmandet stimulerar ofta eleverna som känner sig mer motiverade (mål 2). Det här undersökande arbetssättet liknar också autentiska naturvetenskapliga undersökningar vilket kan väcka ett ökat intresse hos eleverna för skolämnena i NO (Högström et al., 2010).
Den autentiska naturen hos öppna laborationer visar sig framförallt vara framgångsrik i avseendet av mål 3- att lära sig om naturvetenskapens natur (Skolforskningsinstitutet, 2020). När eleverna får utrymme till att reflektera över valet av forskningsfrågor och designen av metod och analys kan detta öka deras förståelse för hur naturvetenskap praktiseras även utanför skolan.
Ett problem med öppna laborationer är bland annat att om de ska vara lyckade behövs det en viss nivå av förtrogenhet till ämnesinnehållet och dess utövning. Detta innebär att de inte passar elever av alla åldrar och kunskapsnivåer (Blanchard et al., 2010). Detta arbetssätt kräver dessutom väldigt mycket lektionstid och kompetens hos läraren samtidigt som skolorna också kan vara begränsade i sin utrustning och material (Blanchard et al., 2010; Högström et al., 2010).
Studier har även visat att valet av laborationer som är av en undersökande natur kan komma till att vara en bekostnad för uppfyllande av andra mål. Fokus på experimentets planering och genomförandet gör att eleverna sätter kopplingen till ämnesinnehållet i andra hand (von Zeipel & Westman, 2019; Schmidt-Borcherding et al., 2013; Abrahams & Millar, 2008). Inför valet av laborationsform behöver läraren därmed bestämma sig för vilka lärandemål som ska prioriteras vid den aktuella laborationen (Skolforskningsinstitutet, 2020).
13
Vill läraren stödja eleverna i deras bearbetning av biologins teorier kan en utveckling av den traditionella kokbokslaborationen vara av nytta. I detta behöver lektioner användas i förväg till att introducera det relaterade ämnesinnehållet. Eleverna behöver alltså en bra grund i sin förståelse av begreppen före laborationen om den ska vara av nytta i utvecklandet av deras tankestrukturer kring dessa (von Zeipel & Westman, 2019; Abrahams & Millar, 2008). Vidare behöver läraren i efterarbetet med laborationen vara tydlig i sina instruktioner att eleverna ska reflektera över och visa på kopplingar mellan sina observationer och de teoretiska aspekterna.
Sammanfattningsvis har både kokbokslaborationer och öppna laborationer en naturlig plats i naturvetenskaplig undervisning. Vilket läraren väljer beror på vilka av de ovannämnde lärandemål som man vill främja vid varje individuellt tillfälle.
4.2 Alternativ till traditionella laborationsrapporter
På 1970-talet utvecklade Novak den s.k. begreppskartan, ett instrument för att analysera forskningsdata. Hans koncept grundade sig på att begrepp inte är fristående enheter utan hänger ihop i en väv av sammankopplingar i olika sammanhang. Sambanden visas visuellt med streck och pilar och dessa förhållanden beskrivs ytterligfare med bindeord och enkla fraser. Till skillnad med en löpande text lägger en sådan framställning fokus på hur kunskaper är uppbyggda.
Det visade sig dock att begreppskartan var ett utmärkt redskap i undervisningen. Som ett pedagogiskt verktyg kommer den bort från utantillärande och fokuserar mer på relationer mellan begreppen och tidigare etablerade kunskaper (Novak, 1990). Den kan fungera som ett hjälpmedel för den lärande att själv strukturera sin kunskap, men även som ett instrument för läraren att identifiera elevers förkunskaper samt missuppfattningar (Pontén, 2015; Brinkmann, 2003; Novak, 1996).
V-diagrammet är en variant av begreppskarta som togs fram i sammanhanget av laborationsrapporter. V-diagrammet utvecklades, likt en begreppskarta, för att hjälpa elever att fundera över kunskapernas struktur. Till skillnad från begreppskartan ska den även spegla hur ny kunskap konstrueras (Gowin & Alvarez, 2005). Den bygger nämligen på ett konstruktivistiskt perspektiv på lärandet och har som mål att understryka hur nya kunskaper bygger på gamla (Novak, 1990).
14
(Image from Erkol & Gul, 2017)
Diagrammet bygger bokstavligen på formen av bokstaven “V” och idéen är att men en blick ge en översiktsbild på hela laborationen. Man ser hur det från vänster till höger går från teori (tidigare kunskaper) till genomförandet och slutligen till analys (nya kunskaper). Dess struktur byggs på ett sätt där relevanta teorier och begrepp organiseras på V:ets vänster halva och halvan till höger innehåller ny kunskap i form av data, resultat och slutsatser av experimentet. V:ets halvor delas i mitten då med forskningsfrågan som ligger överst och själva V:et pekar på en ruta med proceduren för att undersöka frågan.
En laborationsrapport i form av ett ifyllt V-diagram kan som sagt ge en bättre överblick över arbetet och främja till exempel identifiering av kopplingar mellan teori och undersökning, eller hur väl konstruerad och tydlig forskningsfrågan är (Trowbridge & Wandersee, 1998). I en studie med nästan 300 elever i Florida (åldrar 15-19) visade det sig att prestationen på ett kunskapsprov ökade när elever använde sig av ett V-diagram istället för en traditionell laborationsrapport (Thoron & Myers, 2010). Läraren kan också enkelt återkoppla med feedback till eleven då upplägget gör det lättare för läraren att identifiera utvecklingsmöjligheter. Detta spar tid för läraren och eleven får möjligheter att förbättra sin förståelse för arbetsområdet.
4.3 Naturvetenskaplig kommunikation
Att utveckla ett mer precist och ämnesmässigt språk är ett gemensamt mål för de flesta skolämnena men i de naturorienterande (NO) ämnena används abstrakta och för många
15
elever främmande (ej vardagliga) ord i en mycket stor utsträckning. Detta kan bidra till att många elever kan uppleva NO-ämnena som ovanligt svåra att klara av (af Geijerstam, 2006). En internationell jämförelse av EU och OECD länders elever i årskurs 8 visar att svenska elever presterar under eller på genomsnittet inom matematik och naturvetenskap och att dessa resultat är sämre än de var 1995 (Skolverket, 2016).
En anledning till varför det ser ut på detta sätt skulle kunna bero på en avsaknad av ett djupgående arbetssätt som främjar en god begreppsförståelse. Elever har ofta ett synsätt om att naturvetenskap är en samling av “korrekta” kunskaper som de måste ta till sig utan någon påverkan från sin sida (Wallace, 2004). Att främja ett annat perspektiv, att kunskaper skapas av människor, kan vara mer gynnsam i undervisningen. Eleverna kan i detta uppleva att de har mer makt över sitt lärande genom att skapa sina egna tankestrukturer och kopplingar mellan olika begrepp (ibid.).
Till detta ändamål är själva skrivningsprocessen central för att skola in eleverna i de naturvetenskapliga ämnen (Knain, 2005; Wallace, 2004; Keys et al., 1999). För att lyckas skapa en text som behandlar teoretiska begrepp kan eleverna behöva stöttning vilket kan komma i form av till exempel skrivmallar, uttryck som framhäver tankerelationer (tidsföljd, samband, osv.), nyckelscheman och begreppslistor (Hajer & Meestringa, 2010).
16
5. Metod
I den här studien ämnar jag undersöka bland annat hur elevers förståelse av teoretiska begrepp synliggörs i laborationsrapporter. En kvalitativ metod har därmed valts för att få fram en mer djupgående bild över variationen i elevernas svar. Studien har en tvärsnittsdesign där data har samlats in från flera elever vid en viss tidpunkt (Bryman, 2009).
Kortfattat (se bilaga 2 för de kompletta instruktionerna) tillsatte eleverna syra gradvis i en blandning av gelatin (polypeptid) och gummi arabicum (polysaccharid). De testade emellanåt lösningens pH och observerade ifall makromolekylerna formade en fällning. När ett visst pH uppnåddes kunde dessa molekyler associera sig med varandra och stanna kvar i lösning. Vid det stadiet bildades det mikrosfärer, vilket eleverna kunde observera under mikroskop. Mikrosfärerna liknar vesiklar men med molekylernas hydrofila delar vända mot vattnet och de hydrofoba delarna vända mot insidan av mikrosfären. Eleverna tillsatte sedan ett hydrofilt färgämne (metylenblått) för att se om det kunde passera det konstgjorda membranet.
Jag valde även att själv genomföra laborationen med eleverna eftersom de ordinarie lärarna inte hade provat experimentet tidigare och jag ville vara säker på att alla elevernas frågor och problem kunde hanteras under laborationsförloppet. Problemet med att vara deltagande observatör är att forskarens beteende kan påverka resultaten, vilket gör dem mindre representativa för situationen man vill studera. Det är möjligt att min lärarstil och interaktioner med eleverna kunde ha haft inverkan på hur de upplevde experimentet.
Ekologisk validitet handlar om hurvida resultaten är tillämpliga i vardagslivet och inte påverkade av själva undersökningens form (ibid.). Eleverna arbetade i sina normala laborationssalar och genomförde ett experiment enligt instruktioner som skrevs på det sätt de är vana vid. Rapportformen var annorlunda men jag anser ändå att situationen var väldigt naturlig för eleverna och att den har därmed en hög ekologisk validitet. Jag anser dessutom att studiens replikerbarhet är hög eftersom laborationens genomförande är noggrant beskriven och kan lätt upprepas av andra med hjälp av bilaga 2 (ibid.).
17
5.1 Urval och forskningsetik
Min utbildning är riktad mot arbete på gymnasiet och studien innefattade därför elever som gick årskurs 2 på en gymnasieskola i södra Sverige. Själva skolan var den där jag hade utfört min verksamhetsförlagda utbildning. Ett sådant bekvämlighetsurval sänker normalt reliabiliteten av en studie (Bryman, 2009). Detta ansåg jag var acceptabelt eftersom min kontakt med lärarna och eleverna samt min bekantskap med skolans laborationsanordningar underlättade genomförandet av undersökningen avsevärt.
Eleverna ingick i två klasser som följer International Baccalaureate (IB) programmet och alla instruktioner och underlag var därför på engelska. Den ena klassen hade valt biologi på högnivå (HL, high level) och den andra på standardnivå (SL). Att eleverna har valt ämnet på olika nivåer kan vara relaterat till olika grader av intresse och därmed påverka hur de svarar på uppgiften, men jag har valt att inte jämföra grupperna utan behandla dem likadant.
Eleverna hade inget frihetsval gällande genomförandet av laborationen eftersom den ingick som ett moment i kursen. Däremot var de enligt Vetenskapsrådets riktlinjer (Vetenskapsrådet, 2002) informerade om undersökningens syfte och fick välja fritt om de ville att deras rapporter skulle användas i studien. De informerades dessutom om att ifall de valde att inte delta fick de avbryta när som helst. Jag förklarade även att alla dokument skulle hanteras och avrapporteras på ett sätt så att eleverna inte kunde identifieras. Till slut förklarades det att dokumenten skulle användas endast för forskningsändamål. Samtycke till dessa villkor samlades elektroniskt genom deras inlämning av laborationsrapport (se bilaga 1).
HL-klassen bestod av 12 elever varav två var frånvarande på laborationen. SL-klassen bestod av 11 elever varav alla deltog på laborationen. Av dessa 23 elever valde 10 att delta i studien med sina laborationsrapporter.
5.2 Utformning av laborationen
IB programmet följer inte Skolverkets ämnesplaner utan förhåller sig till IB:s internationella läroplan. Bland kursens mål ska eleverna få en förståelse över teorin att levande celler utvecklades ur icke-levande materia och att membranets egenskaper
18
understödjer en cells interna miljö med den omkring sig (International Baccalaureate Organization, 2014).
Den här laborationen valdes därför att den inbegriper flera biologiska begrepp som eleverna redan hade studerat. De hade även tidigare använt sig av mikroskop och haft teoretiska genomgångar om hypoteser angående livets uppkomst med sina ordinarie lärare.
Enligt nuvarande hypoteser finns flera viktiga steg inom livets uppkomst. En av dem var formationen av mikrosfärer från organiska polymerer och laborationen gick ut på att spegla den här processen (se bilaga 2). Eleverna hade tidigare studerat om cellmembranets struktur och permeabilitet samt makromolekyler. Laborationen inledes med en introduktionsdel som sammanfattade dessa begrepp. Den innehöll bilder och länkar till internetsidor med relaterade filmklipp och genomgångar. Principerna bakom fenomenet som laboration behandlade förklarades samtidigt. Efter denna upprepning av det teoretiska innehållet kom instruktioner om hur experimentet skulle utföras.
5.3 Genomförandet av laborationen
Eleverna fick en utskrift med introduktion och instruktioner för experimentet när de kom in i rummet (se bilaga 2). Jag började lektionen med att informera dem om studiens syfte och deltagandets villkor (se ovan om Vetenskapsrådets riktlinjer) för att vara säker på att de inte missade den informationen i de skriftliga instruktionerna för laborationsrapporten.
Jag fortsatte med att sammanfatta för dem vilka principer laborationen gick ut på och demonstrerade kortfattat med utrustningen hur vilka steg de skulle följa. Jag varnade även för vilka risker som kunde förekomma och vilka säkerhetsåtgärder de skulle ta. När eleverna kom igång med experimentet gick jag och de ordinarie lärarna runt för att svara på frågor.
5.4 Utformning av laborationsrapport
För att stödja eleverna i att se samband mellan begrepp som tidigare hade behandlats teoretiskt och laborationens mål användes V-diagrammet. Den första gången man använder sig av V-diagrammet kan det vara överväldigande att anpassa sig efter att ha tidigare tränat på traditionella laborationsrapporter (Trowbridge & Wandersee, 1998). För
19
att underlätta för eleverna fick de ett diagram med vänster halvan och V:ets mitt redan ifyllda, dvs. teori, relevanta begrepp, forskningsfråga och metod.
Eleverna instruerades explicit att använda vissa begrepp när de skrev om sina resultat och slutsatser. Förutom begreppsorden fick eleverna även stödfrågorna som de skulle förhålla sig till i skrivandet av sina diskussioner (se bilaga 2). Målet med dessa var att eleverna skulle uttrycka sina reflektioner över hur begreppen var sammankopplade och hur teorin hörde hemma i laborationens kontext. Fast att frågorna skulle vägleda eleverna var de ändå ganska öppna vilket gav varje elev möjlighet till att svara på ett sätt som överensstämde med sin individuella nivå av förståelse.
Eleverna kunde välja själva att antingen skriva sina svar i en text eller en begreppskarta. De fick även använda sig av bild, ljud eller andra mediaformer som de ville i sina rapporter. Eleverna fick även exempel på hur en begreppskarta för laboration kunde se ut samt länkar till internetsidor som beskriver hur man sätter ihop en begreppskarta.
5.5 Analys av laborationsrapport
Enligt konstruktivismen utvecklar individen kunskap genom att bygga vidare på redan erhållna idéer och begrepp. Piaget menade att menade att med ålder kunde människan uppnå förståelse på en mer abstrakt nivå och andra har byggt vidare på det här konceptet för att beskriva olika nivåer av begreppsförståelse.
SOLO taxonomin (Structure of the Observed Learning Outcome) utvecklades för att analysera strukturen hos barns förståelse av begrepp. För att kunna sammanfatta elevernas användning av begrepp i den här studien har jag därför kategoriserat deras svar enligt SOLO metoden.
Jag har använt en variant som är baserat på en version av SOLO metoden som den har använts i ett annat arbete för att analysera naturvetenskapliga elevtexter (Jones et al., 1993). Även om kategorierna som användes baserades från början på biologisk mognad anser dessa författare att alla nivåer befinner sig även hos vuxna och att den ena formen av kunskap bidrar till andra.
I instruktionerna listades flera begrepp som eleverna skulle använda i rapporter och när någon av dessa begrepp förekom i en text sorterade jag den till en av fyra kategorier. Mina
20
kriterier för de olika kategorierna är baserade på Jones et al. (1993) men skiljer sig någorlunda.
I den här variationen finns det fyra kategorier. Till kategori 0 tillhör responser som använder bara någon del av begreppet eller responser som innehåller någon aspekt som är inkorrekt eller irrelevant i sammanhanget. Till kategori 1 tillhör responser som är unistrukturella, vilket betyder att eleven använder ett begrepp på korrekt sätt men isolerat från andra begrepp. Till kategori 2 och 3 tillhör multistrukturella responser där eleven har använt begreppet på korrekt sätt och dessutom kopplat det till andra begrepp. Skillnaden är att i kategori 2 har eleven hållit sig till de givna begreppen och i kategori 3 har eleven kopplat begreppet till andra som inte var givna i uppgiften.
Hur man tolkar elevsvaren i förhållande till dessa kategorier beror på individen som bedömer dem. Den här metoden är därför fortfarande kvalitativ även om resultaten kan verka ha slag av ett kvantitativt resultat. Exempel på hur jag var bedömt elevsvaren finns i analysen (6.2 nedan) för varje kategori.
21
6. Resultat och analys
6.1 Aktivitetens mål
Ett mål med det här arbetet var att använda laborationsrapporten som tillfälle för eleverna att skapa en text där de bearbetar biologiska begrepp. Texten skulle fungera som en “third space” där deras och lärarens förståelser kan mötas. I en traditionell laborationsrapport ligger inte mycket fokus på de teoretiska aspekterna av ämnet. I den här utformningen av uppgiften däremot förekom sju av de tio givna begreppen i minst hälften av elevtexterna.
Dessutom användes de i en kontext som reflekterade hur eleverna tänkte kring dem (deras kognitiva scheman). Till exempel:
The reactions take place in an aqueous solution, implying that the hydrophobic regions would need to face away from the water.
I den här texten har eleven inte bara härmat en textboksdefinition av ordet hydrophobic som sker i reproducerande texter. Eleven har istället använt det i en egenproducerad text som ändå visar en förståelse för hur hydrofobiska delar av en molekyl i den här laborationen agerar i en vattenlösning.
Däremot var det tre begreppsord som inte användes i någon elevtext: polymer, R-groups
och protein conformation. De här begreppen inkluderades i hopp om att eleverna skulle
fundera över hur proteiner är uppbyggda och hur det var relevant för deras observationer. Eleverna hade tidigare haft undervisning om begreppen men eftersom det inte var under samma moment verkade de inte hitta kopplingar till koncepten i laborationen.
Förutom begreppsorden fick eleverna även stödfrågor som de skulle förhålla sig till i skrivandet. Målet med dessa var att främja elevernas reflektioner över hur teoretiska aspekter hörde hemma i laborationens kontext. Fast att frågorna skulle vägleda eleverna var de ändå ganska öppna. På så sätt kunde varje elev svara på ett sätt som överensstämde med sin individuella nivå av förståelse.
Trots denna stöttning var fyra av eleverna väldigt kortfattade och skrev omkring fem meningar. Man fick lite inblick i hur de har internaliserat begreppen och teorin. I dessa fall blir det därmed svårt att uppnå den här undersökningens mål att identifiera elevers möjligheter till utveckling. De resterande eleverna hade däremot mer utvecklade diskussioner som bestod av mellan tio och femton meningar. Texterna handlade dessutom
22
väldigt lite om detaljer av utförandet utan fokuserade på de mer teoretiska aspekterna av laborationen. I dessa fall blev det mycket tydligare hur de tänkte och hur deras kunskaper kunde utvecklas.
6.2 Elevens förståelse
För att analysera strukturen av elevernas texter använde jag en variant av SOLO taxonomin (se Metod 5.5). Till kategori 0 förekom responser som i följande exempel:
Similarly to the amphiphatic nature of phospholipids, the formation of coacervates is due to the charges of proteins and carbohydrates becoming exactly oppositely charged.
Eleven hade förstått informationen om att proteinet och kolhydraten attraheras eftersom de får motsatta laddningar vid ett visst pH men felaktigt dragit en koppling mellan det här fenomenet och att fosfolipider har både hydrofiliska och hydrofobiska delar.
Ett exempel på en kategori 1 respons var den här elevens förklaring till varför färgämnet färgar mikrosfärens yta och inte mitt:
This is due to the methylene blue’s hydrophilic nature, being attracted to the sphere’s external [surface] that is also hydrophilic.
Eleven visade på en korrekt förståelse av hydrophilic men kopplar inte det till andra relaterade begrepp.
Den följande texten är ett exempel på responser som bedömdes som kategori 2:
When this happens the hydrophilic areas of the association face outwards toward the water […] while the hydrophobic part face away from the water […]
Eleven har använt begreppsorden på ett korrekt sätt och dessutom visat hur de relaterar till varandra. Båda begreppsord var däremot givna i uppgiften.
Elevsvar som visade en förståelse av hur givna begreppsord hör ihop med begrepp som inte behandlades explicit i instruktionerna bedömdes som kategori 3, som i denna respons:
In other words, they form a monolayer with it’s hydrophilic components facing the water and hydrophobic components inwards.
Begreppsorden användes totalt 69 gånger i elevtexterna och frekvensen för responser i varje kategori visas i tabell 1.
23
Tabell 1. Sammanställning av responser kategoriserat efter SOLO taxonomin.
Kategori Kort beskrivning Antal responser
0 Inkorrekt, irrelevant 40
1 Unistrukturell 17
2 Multistrukturell, givna begrepp 10 3 Multistrukturell, ej givna begrepp 2
De individuella begreppsorden skilde sig gällande elevernas förståelse av dem. De flesta visade en korrekt uppfattning av begreppen: organic compound, hydrophilic, och
hydrophobic. De flesta responserna i kategori 1 och 2 innehöll dessa begrepp. Eleverna
hade däremot svårare att hantera framförallt begreppen: amphipathic, permeability och
vesicle. Majoriteten av responserna i kategori 0 uppkom när eleverna använde dessa.
Enligt konstruktivism sker lärande genom att aktivt förändra kognitiva scheman i enlighet med ny erfarenhet (Andersson, 2008). Eftersom en övervägande del av responserna tillhör kategori 0 innebär det att trots bearbetning av begreppen under tidigare lektioner har flera av eleverna inte åstadkommit en korrekt eller komplett förståelse av alla de givna begreppen.
De här resultaten visar att den här formen av laborationsrapport är ett bra medel för att lyfta fram hur eleverna förstår begreppen i undervisningen. Även om felförståelserna var många blev de tydliga i det här sammanhanget vilket är positivt ur ett utvecklingsperspektiv. Eleverna kunde återge korrekta svar som liknar en definition av begreppen i en reproducerande uppgift (t.ex. instuderingsfrågor till boken). Genom att använda begreppen i det här nya sammanhanget blev det däremot tydligt vilka felförståelser (kategori 0) som eleverna fortfarande hade trots tidigare bearbetning. Identifieringen av sådana missförstånd är viktigt om eleverna ska kunna komma vidare i sitt lärande genom ett samspel med läraren.
Ett exempel på detta var att flera elever förstod betydelsen av att vatten drar till sig de hydrofiliska delarna av mikrosfären. Däremot så förstod några inte att vatten drar till sig båda positivt och negativt laddade komponenter:
Because they are oppositely charged this association may create hydrophilic and hydrophobic regions […]
24
Den här eleven verkade inte förstå att det är de helt oladdade delarna som är hydrofobiska. Förmodligen har de lärt sig att positiva och negativa laddningar är motsatta- vilket är korrekt. Eftersom begreppen hydrofilisk och hydrofobisk relaterar till laddning men också är motsatser kan det hända att eleven har byggt felaktigt på sin tidigare förståelse- att hydrofilisk dras till den ena laddningen och hydrofobisk till den andra. Laborationsrapporten gav alltså tillfälle där eleven utmanade sin förståelse och även om det blev fel kan läraren nu se hur eleven ska vägledas vidare i sin bearbetning av begreppen (Richardson, 2003).
6.3 Återkoppling för att främja lärandet
I ett reproducerande text är det svårt för läraren att göra mer än att bekräfta om eleven har haft rätt eller fel. I texterna som eleverna producerade i den här studien däremot blev deras tänkande kring begreppen mer tydligt och lyfte fram flera element där läraren kan ge mer konstruktiv återkoppling. I det här samspelet mellan lärare och elev är det viktigt att ta hänsyn till den proximala utvecklingszonen. Olika elever visade en variation i hur långt de hade kommit i sitt lärande och med sådana texter har läraren tillfälle att anpassa individuella undervisningsmål till en lämplig nivå för varje individ.
Elevers felförståelser har illustrerats ovan men lärande handlar inte bara om att korrigera fel utan även att utveckla befintliga kunskaper vidare. I det här exemplet har eleven visat en viss förståelse av ämnesinnehållet:
From this experiment we can conclude that the coacervates most likely don’t have a permeable membrane, since the methylene blue stayed outside the coacervate.
Eleven visar en uppfattning av vad permeable innebär (kategori 1). Det som läraren kan uppmuntra i sin återkoppling är att eleven utvecklar vidare sin hantering av begreppet genom att koppla det till andra begrepp (kategori 2). Här hade eleven kunnat t.ex. utvidgat sin användning av permeable i förhållande till begreppen hydrofilisk och hydrofobisk.
Det ska poängteras att återkopplingen borde även innehålla berömmande element där eleven kan genom sitt eget arbete se hur hen har lyckats uppnå målen och borde arbeta i fortsättningen (William, 2015). I den här undersökningen är lämpliga situationer för detta när eleverna skrev responser i kategori 2 och 3. Till dessa kan läraren påpeka för eleverna hur de har visat inte bara en enkel förståelse av enskilda begrepp utan även mer komplexa förståelser för hur dessa hänger ihop. Till exempel:
25
If we had used the Sudan stain, we could have tested for lipids in the coacervate.
Eleven har visat en förståelse för hur en hydrofobisk substans (Sudan stain) hade dragits till mikrosfärens insida. Hen har även kopplat detta till tidigare erhållna kunskaper om lipider (fast det fanns inga lipider i laborationen). Det här behöver uppmärksammas för att uppmuntra liknande multistruktuella svar i framtida texter.
26
7. Slutsats och diskussion
I sitt lärande har elever behov av tillfällen där de kan skapa kunskaper genom att förhandla mellan redan erhållna förståelser inom ett ämne och nya upplevelser av det. En laboration skapar sådana tillfällen där elever kan använda sig av begrepp de redan har bearbetat i undervisningen fast i en ny kontext (Skolforskningsinstitutet, 2020).
Det är inte självklart att eleverna kommer att reflektera över ämnesinnehållet i sitt praktiska arbete och ett mål i den här studien var att undersöka hur utformningen av uppgiften kunde rikta elevernas tid och energi på att bearbeta sin begreppsförståelse i laborationsrapporterna. De relaterade delarna av teori introducerades till eleverna i förväg (Högström et al., 2010; Abrahams & Millar, 2008). Uppgiftens mål behövdes även göras tydligt i instruktionerna för att vägleda eleverna i sitt arbete (Hattie, 2014). Detta gjordes genom stödfrågor och en lista över relevanta begrepp som eleverna uppmanades använda i sina texter.
Det här upplägget gjorde att de biologiska begreppen användes flitigt av eleverna i sina texter. Texterna handlade dessutom väldigt lite om detaljer av utförandet utan fokuserade på de mer teoretiska aspekterna av laborationen. Det här resultatet stämmer med annan forskning som undersöker laborationers utformning i förhållande till elevers uppfyllelse av mål inom laborativt arbete (Schmidt-Borcherding et al., 2013; Abrahams & Millar, 2008).
V-diagrammet gav en mer avskalad överblick än vad en traditionell laborationsrapporten hade gjort. Antalet kopplingar till ämnesinnehållet tyder på att bruket av den kan ha hjälpt eleverna att lättare se sambandet mellan teorin och deras observationer vilket skulle stämma med andra studier (Thoron & Myers, 2010).
Ett annat syfte med den här studien var att undersöka hur elevers förståelse av teoretiska begrepp synliggörs i laborationsrapporter. Genom att sätta ämnesinnehållet i laborativ kontext skapade eleverna texter som inte endast innehöll en mekanisk återgivning av kunskap, till exempel utifrån lärobokens innehåll. Som resultat blev deras tankestrukturer kring begreppen mer tydliga. Andra som har undersökt skrivande inom naturvetenskapliga ämnen har visat liknande resultat i andra former av producerande texter (af Geijerstam, 2006).
27
I den här undersökningen kunde en mängd felförståelser identifieras som förmodligen inte hade uppmärksammats i andra former av uppgifter som instuderingsfrågor. Några elever visade även mer komplexa förståelser genom att dra samband mellan olika biologiska begrepp. Den här formen av laborationsrapport visar hur skrivande inom naturvetenskapliga ämnen ger tillfälle för eleverna att reflektera över och utveckla sina kunskaper (Wallace, 2004).
Den här studien undersökte även hur de visade kunskaperna kunde lämpligt användas för att bidra till elevernas lärande. Återkoppling gavs inte i den här undersökningen men i texterna kunde många aspekter lyftas fram som hade kunnat användas i en respons till eleverna. Tyvärr fanns det en del felaktiga förståelser. Även om det är viktigt att uppmärksamma dessa finns det risk att eleverna får en negativ inställning till återkopplingen om den är bara av en korrigerande natur (Hattie, 2014).
Nivån på svaren var också väldigt varierad båda mellan eleverna och i samma elevs texter vilket återigen visar hur det här arbetssättet fungerade bra i att belysa specifika utvecklingsområden för varje elev. Begreppshantering i det här sammanhanget skapade ett utrymme som möjliggjorde för en mer användbar och individuellt anpassad bedömning i formativt syfte.
7.1 Kritisk analys
I den här studien fanns det några begrepp som många elever inte förstod vilket märktes genom att dessa inte användes eller användes fel i texterna. Dessutom var det få som relaterades till andra begrepp som inte gavs explicit i uppgiften (kategori 3 responser). De här resultaten tyder på att förarbetet med ämnesinnehållet inte var tillräckligt (Schmidt-Borcherding et al., 2013; Abrahams & Millar, 2008). Elevernas förståelser kring begreppen blev tydliga men det kan hända att uppgiften ändå var för krävande eftersom eleverna inte hade haft mer lektionstid till bearbetning av begreppen i förväg.
Vissa elever hade också skrivit väldigt lite och man kan fundera över varför de inte producerade mer utvecklade texter. En möjlig förklaring är att instruktionerna liknade en kokbokslaboration. Det hade kanske varit gynnsamt att utföra en aktivitet som hade mer karaktär av en öppen laboration. En studie undersökte elevers engagemang i en kokbokslaboration jämfört med en laboration där en lyckad genomförande av ett experiment “låste upp” instruktioner till ytterligare en del av experimentet. Den senare
28
formen använde sig fortfarande av stegvisa instruktioner men upplevdes ändå ha en mer utredande karaktär vilket gjorde att eleverna kände sig mer engagerade (Schmidt-Borcherding et al., 2013).
Ytterligare en svaghet var att det är osäkert hur pass mycket V-diagrammet upplevdes av eleverna som ett stöd i uppgiften. Arbetssättet var främmande för dem och det har visats att de positiva effekterna på inlärning via V-diagrammet inte blir märkbara utan tidigare träning (Novak, 1990). Att bruka V-diagrammet vid det här enstaka tillfället kan ha gjort eleverna osäkra på vad som förväntades av dem och därmed hindrat deras engagemang.
7.2 Yrkesrelevans
Undersökningen och resultaten visar på vikten av att få fram elevarbeten av en producerande natur för att kunna bättre arbeta i formativt syfte. Texterna som eleverna producerade visade tydligt hur uppgifter som utmanar deras användning av begrepp kan utveckla deras kunskaper och ger en bättre inblick i hur de har tagit åt sig ämnesinnehållet.
En variation av laborationsform är viktig för att understryka olika lärandemål vid olika tillfällen. Arbetet inför och utförandet av dessa moment kan vara väldigt tidskrävande om laborationen ska vara lyckat. När kursinnehållet verkar överväldigande kan det vara lätt att välja bort praktiskt arbete. Man ska däremot inte underskatta dess potential i förankringen och fördjupningen av det teoretiska arbetet vilket kan höja undervisningen avsevärt.
7.3 Fortsatt forskning
Tidsperspektivet i arbetet med eleverna var väldigt begränsat. Potentialen för återkoppling kunde identifieras och det hade varit intressant att analysera hur detta hade påverkat deras lärande. Formativt arbete kräver kontinuerlig återkoppling för att ha en långsiktig effekt (William & Leahy, 2015). Det hade varit intressant att efter en längre tid testa elevernas prestanda och erhållning av förståelse för begreppen vid ytterligare ett bedömningstillfälle.
29
Referenser
Abrahams, I. & Millar, R. (2008). Does Practical Work Really Work? A study of the effectiveness of practical work as a teaching and learning method in school science.
International Journal of Science Education, 30(14), s. 1945-1969.
af Geijerstam, Å. (2006). Att skriva i naturorienterande ämnen i skolan. Acta Universitatis Upsaliensis. Institutionen för lingvistik och filologi, Uppsala universitet.
Andersson, B. (2008). Att förstå skolans naturvetenskap. Lund: Studentlitteratur.
Blanchard M. R., Southerland S. A., Osborne J. W., Sampson V. D., Annetta L. A., & Granger E. M. (2010) Is Inquiry Possible in Light of Accountability?: A Quantitative Comparison of the Relative Effectiveness of Guided Inquiry and Verification Laboratory Instruction. Science Education, 94(4), s. 577–616, 2010.
Brinkmann, A. (2003) Graphical knowledge display – Mind mapping and concept mapping as efficient tools in mathematics. Mathematics Education Review, 16, s. 25-48.
Dysthe, O., & Nilsson, B. trl. (1996). Det flerstämmiga klassrummet: att skriva och
samtala för att lära. Lund: Studentlitteratur.
Erkol, M. & Gul, S. (2017). Effect of Vee diagram on the achievements and attitudes of students in science laboratory course-II. New Trends and Issues Proceedings on
Humanities and Social Sciences. [Online], https://pdfs.semanticscholar.org/bb48/71d12036afecc41fc46bad8ab347006c31d8.pdf?_ ga=2.122942987.1037251307.1614543075-1755912163.1614543075
Evenshaug, Oddbjörn & Hallen, Dag (2001). Barn- och ungdomspsykologi. Lund: Studentlitteratur.
Gowin, D. B., & Alvarez, M. C. (2005). The Art of Educating with V Diagrams. Cambridge University Press.
Hajer, M. och Meestringa, T. (2010). Språkinriktad undervisning: en handbok. Stockholm: Hallgren & Fallgren.
Hattie, John (2014). Synligt lärande: en syntes av mer än 800 metaanalyser om vad som
påverkar elevers skolresultat. 1. utg. Stockholm: Natur & Kultur
Högström, Per, Ottander, Christina, Benckert, Sylvia (2010). Laborativt arbete i grundskolans senare år : Lärares perspektiv, NorDiNa: Nordic Studies in Science
Education, 6 (1), s. 80-91.
International Baccalaureate Organization (2014) Diploma Programme Biology Guide. Cardiff, Wales, UK: International Baccalaureate Organization (UK) Ltd.
30
Jakobsson, A. (2001). Elevers interaktiva lärande vid problemlösning i grupp. En
processtudie (PhD dissertation). Malmö Högskola, Lärarutbildningen, Institutionen för
pedagogik.
Jakobsson, A. (2012). Sociokulturella perspektiv på lärande och utveckling : lärande som begreppsmässig precisering och koordinering. Pedagogisk forskning i Sverige, 17(2–4), s. 152–170.
Jones, B., Collis, K., & Watson, J. (1993). Towards a theoretical basis for students’ alternative frameworks in science and for science teaching. Research in Science
Education, 23(1), s.126–135.
Keys, C. W., Hand, B., Prain, V., & Collins, S. (1999). Using the Science Writing Heuristic as a Tool for Learning from Laboratory Investigations in Secondary Science.
Journal of Research in Science Teaching, 36(10), s. 1065–1084.
Knain, Erik, 2005. Identity and genre literacy in high-school students` experimental reports. I: International Journal of Science Education 27:5. s. 607-624.
Novak, J. D. (1990). Concept maps and Vee diagrams: two metacognitive tools to facilitate meaningful learning. Instructional Science, 19(1), s. 29–52.
Novak, J. D. (1996). Concept Mapping: A Tool for Improving Science Teaching and Learning. I D. F. Treagust, R. Duit & B. J. Fraser (Edi), Improving Teaching and Learning
in Science and Mathematics (s. 32-43). New York: Teachers College Press.
Pontén, F. (2015). Begreppskartor: En litteraturstudie om begreppskartors användbarhet
för ökad begreppsförståelse i matematik. Studentuppsats. Linköpings universitet,
Matematiska institutionen, Matematik och tillämpad matematik. Linköpings universitet, Tekniska högskolan.
Richardson, V. (2003). Constructivist pedagogy. Teachers College Record, 105:9 s. 1623-1640.
Roth, W-M., & Roychoudhury, A. (1993). Using Vee and concept maps in collaborative settings: Elementary education majors construct meaning in physical science courses.
School Science and Mathematics, 93, s. 237-243.
Santhanam, E., Leach, C., & Dawson, C. (1998). Concept mapping: How should it be introduced, and is there evidence for long term benefit?. Higher Education, 35, s. 317-328.
Schmidt-Borcherding, F., Hänze, M., Wodzinski, R., & Rincke, K. (2013). Inquiring Scaffolds in Laboratory Tasks: An Instance of a “Worked Laboratory Guide Effect”?
European Journal of Psychology of Education, 28(4), p. 1381–1395.
Sjøberg, S. (2010). Naturvetenskap som allmänbildning: en kritisk ämnesdidaktik. 3., rev. uppl. Lund: Studentlitteratur
31
Skolforskningsinstitutet. (2020) Laborationer i naturvetenskapsundervisningen. Systematisk översikt 2020:01. Solna: Skolforskningsinstitutet.
Skolverket (2011) Ämne – Biologi. [Elektronisk resurs], https://www.skolverket.se/ undervisning/gymnasieskolan/laroplan-program-och-amnen-i-gymnasieskolan/
gymnasieprogrammen/amne?url=1530314731%2Fsyllabuscw%2Fjsp%2Fsubject.htm%
3FsubjectCode%3DBIO%26tos%3Dgy&sv.url=12.5dfee44715d35a5cdfa92a3,
Stockholm: Skolverket, Hämtad: 2020-12-23.
Skolverket (2016). TIMSS 2015-Svenska grundskoleelevers kunskaper i matematik och
naturvetenskap i ett internationellt perspektiv. [Elektronisk resurs],
https://www.skolverket.se/publikationer?id=3707, Stockholm: Skolverket, Hämtad:
2021-01-02.
Strimaitis, A.M., Southerland, S.A., Sampson, V.D., Enderle, P.J., Grooms, J., (2017). Promoting equitable biology lab instruction by engaging all students in a broad range of science practices: An exploratory study. School Science and Mathematics, 117: s. 92– 103.
Säljö, R. 2005: Lärande och kulturella verktyg: Om lärprocesser och det kollektiva
minnet. Stockholm: Nordstedts.
Säljö, R. (2011). L. S. Vygotskij - forskare, pedagog och visionär. I: Forssell, Anna.
Boken om pedagogerna. Stockholm: Liber.
Thoron, Andrew & Myers, Brian. (2010). The Effect of Using Vee Maps Versus Standard Laboratory Reports on Achieving Student Content Knowledge. Journal of Agricultural
Education. 51. s. 12-22.
Tiberghien, A., Veillard, L., Le Maréchal, J.-F., Buty, C. and Millar, R. (2001). An Analysis of Labwork Tasks Used in Science Teaching at Upper Secondary School and University Levels in Several European Countries. Science Education, 85, s. 483-508.
Trowbridge, J. E. & Wandersee, J. H. (1997). Theory-Driven Graphic Organizers. I J. J. Mintzes, J. H. Wandersee, & J. D. Novak (Edi.), Teaching science for understanding. A
human constuctivist view. New York: Academic Press.
von Zeipel, H., Westman, A-K. (2019) Elevers och lärares fokus i naturvetenskapliga laborationer. Utbildning och Demokrati, 28(3): s. 57-75
Wallace, C.S. (2004). Framing new research in science literacy and language use: Authenticity, multiple discourses, and the ‘Third Space’. Science Education, 88(6): s. 901–914.
White, R.T. (1996). The link between the laboratory and learning. International Journal
of Science Education 18(7), s. 761-774.
William, Dylan & Leahy, Siobhán (2015). Handbok i formativ bedömning: strategier och
32
Bilaga 1
NAME: ______________
I allow my lab report to be used by Leif Johnson in his thesis project. I understand that he will only use the lab report for analysis in this study and that it will be kept anonymous (all personal details will be kept confidential). I also understand that I may withdraw my cooperation at any time.
ANSWER: YES NO
Bilaga 2
CREATING PROTOCELLS
RELATED TOPICS (book and lectures)
1.3-1.5, 2.3-2.4
SPECIFIC TEXTBOOK PAGES
26, 48-49, 88-89, 92
INTRODUCTION
How did life on Earth begin? According to a hypothesis by Russian scientist Alexander Oparin, all life developed gradually from materials found in the oceans on primitive Earth. According to Oparin, organic molecules could be formed in the presence of outside energy sources and experiments performed by Stanley Miller and others show how gases of the primitive atmosphere could have reacted with one another to produce small organic molecules.
33
Hypotheses about the origin of life state then that newly formed organic molecules polymerized to produce larger molecules and macromolecules. If so, prehistoric oceans probably consisted of a rich mixture of organic compounds, including proteins and
carbohydrates. (For more detail, see
https://www.khanacademy.org/science/biology/history-of-life-on-earth/history-life-on-earth/a/hypotheses-about-the-origins-of-life)
Under certain conditions (acidity, concentration, temperature, etc.), proteins, carbohydrates and other macromolecules in a solution can come together to form irregular volumes bounded by a membrane-like interface to the surrounding medium (microspheres). For example, phospholipids can organize into micelles which can then form bilayer sheets and then vesicles, also called liposomes (see
https://www.youtube.com/watch?v=VhUIIONM6A0). Another example are organized
clusters of proteins and carbohydrates, called coacervates, and they also have some of the properties of living cells. At a certain pH, carbohydrates and proteins become exactly oppositely charged and then associate with each other. Hydrophilic regions of the association face outwards towards water and hydrophobic regions of the association face towards each other, away from water.
Coacervates are NOT alive and do NOT have phospholipid membranes as cells do. However, in a manner similar to cells (liposomes), coacervates can ingest materials, grow, and reproduce. Because of this, scientists have hypothesized that coacervates may have been among the precursors of cells. Those interested in research on microspheres (liposomes and coacervates) and how they might have evolved to become protocells can
view this TED talk:
34
In this investigation, you will produce coacervates. It is possible that the materials that we use today were not in our ancient oceans, but we can conclude that there are many carbohydrate and protein formations that can result in coacervates that might have been in our ancient oceans.
MAIN CONCEPT
Under suitable conditions, life-like structures can form naturally from relatively simple materials.
MATERIALS
1 medium-sized test tube 1 test tube holder
1 rubber stopper that fits the test tube OR piece of Parafilm pH test paper
dropper pipette
1% gelatin solution (protein)
1% gum arabic solution (carbohydrate)
dropper bottle with 0.1M solution hydrochloric acid (HCl) microscope
microscope slides coverslips
SAFETY
Hydrochloric acid (saltsyra eller väteklorid) is corrosive. Avoid inhaling vapors and in case of contact, flush skin immediately with plenty of water for at least 5 minutes and remove any contaminated clothing. In case of contact with eyes, immediately flush with plenty of water for at least 15 minutes. Seek immediate medical attention.
PROCEDURE
1. Transfer 5 mL of the room-temperature gelatin solution to a test tube, followed by 3 mL of the gum arabic solution. Stopper the tube and invert it gently a few times to mix the solutions. Do not shake or otherwise strongly agitate the contents of the tube, which will hinder the formation of the coacervates.
2. Observe the contents of the test tube and note the appearance of the contents, particularly in regard to how long clarity lasts. Use the dropper pipette to transfer one drop of the liquid to a small piece of pH paper. Compare the color of the paper against the scale provided with the pH paper to determine the approximate pH of the liquid. Record this value.
3. Transfer one drop of the liquid to a microscope slide, put a coverslip in place, and observe the slide at low magnification. If anything interesting appears, center the object(s) and observe them at higher magnification. Record your observations. Retain the slide for comparison with later trials.
35
4. Add three drops of the dilute hydrochloric acid to the test tube. Stopper the tube and invert it gently a few times to mix. Repeat steps 2 and 3.
If you’re unable to find any coacervates, don’t despair. The formation of coacervates is strongly dependent on pH. You might mistake them for air bubbles, but they should have thick walls and are very round:
5. If the solution separates quickly (within 1-2 minutes), add 2 more drops of acid and invert it gently a few times to mix.
6. If the solution still separates (within 1-2 minutes), repeat step 5.
7. If the solution remains mostly cloudy a longer time, repeat step 3. If you don’t find coacervates, repeat step 5 until you do and then repeat steps 2 and 3.
When (if) you find coacervate formations, observe the effect of two biostains on the coacervates to determine if they, like living cells, have selectively permeable membranes. The first, methylene blue, is a hydrophilic stain. The second, Sudan III, is a lipophilic (hydrophobic) stain.
8. Place one drop of the optimum-pH coacervate liquid on a microscope slide, add one drop of methylene blue stain, and position a coverslip over the specimen. Observe the slide at low, medium, and high magnifications. Note the effect of the stain on the parts of the coacervate and record your observation.
