Malmö högskola
Lärarutbildningen
SOL
Examensarbete
15 högskolepoäng
Kall potatis i forskningens namn:
Konstruktion av ett kompendium som stöder utveckling av
processkunskap inom biologiundervisningen i gymnasieskolan
Construction of teaching material that supports development of
processknowledge through experimentation in high-school biology
class
Gabriela von Blankenfeld-Enkvist
Lärarexamen 90hp Handledare: Ange handledare
Lärarutbildning 90hp
Slutseminarium: 2008-11-07
Examinator: Claes Malmberg
Sammanfattning
Inom ramen för examensarbetet konstruerades ett kompendium som ska förmedla kunskap om den vetenskapliga processen genom integration av autentiska experiment i skolan. Materialet ska hjälpa eleverna att konstruera sina egna experiment och samtidigt bli medvetna om ”tänkandet bakom görandet”. Kompendiet riktar sig till elever i gymnasieskolans biologiundervisning, och kan med fördel användas inom kursen biologi breddning. Den experimentella metoden som används är blodsockermätningar med eleven själv som mätsystem. Den är enkel att genomföra, och kan anknytas till olika frågeställningar som kan väcka elevernas intresse. Kompendiets konstruktion tar sin utgångspunkt i aktuell forskning, och kan ses som ett första steg att integrera kunskap om ”the Nature of Science” i naturvetenskaplig undervisning i skolan. Nyckelord: den vetenskapliga metoden, biologiundervisning, blodsockermätningar, laboration, experimentell metod, the Nature of Science (NOS), kolhydrat metabolism, glykemiskt index, utvecklingsarbete, läromedel1. Introduktion...7 2. Bakgrund...8 2.1. Konstruktivism som kunskaps och lärandeteori ... 8 2.2. Naturvetenskap som allmänbildning...10 2.3. The Nature of Science och den vetenskapliga metoden...11 2.4. Laborativt arbete ...14 2.5. Scientific inquiry ...15 3. Kompendium konstruktion ... 16 3.1. Syfte ...16 3.2. Läromål att uppnå ...17 3.3. Didaktiska val och arbetsmetoder...18 3.3.1. Grupparbete...20 3.3.2. Varför använde jag mig av blodsockermätningar? ...21 3.4. Val av område och kursanknytning...22 4. Diskussion... 23 5. Referenser... 28 6. Bilagor: Kompendiet... 32
1.
Introduktion
Även om naturvetenskapliga kunskaper har identifierats som önskansvärda och relevanta så visar olika studier på både vikande kunskaper och vikande intresse för naturvetenskapliga och tekniska utbildningar (för en översikt se: Sjøberg 2005). Speciellt oroad är man över elevernas begränsade förmåga att använda dem i problemlösande syfte. Studier bekräftar gång på gång att elever regelbundet inte lär sig vad det var tänkt, föredrar förklaringar baserade på egna erfarenheter framför vetenskapliga och gärna drar slutsatser från ofullständig information (Linn, 2001). Vetenskapligt tänkande kommer inte naturligt och enkelt ur vardagliga idéer. Det är få som utvecklar koherenta naturvetenskapliga idéer om olika vetenskapliga fenomen, och även experter visar begränsad förståelse av fenomen när man kräver förklaringar på olika systemnivåer (Sjøberg, 2005). Parallellt kan man även observera ett allmänt sjunkande intresse för NO ämnen och en tendens att elevers attityd utvecklas i en negativ riktning under skolans gång. Naturvetenskap ska besvara relevanta frågor om hur världen fungerar, men undersökningar visar att elever upplever naturvetenskaplig undervisning som främmande och icke relevant för sin vardag (för en översikt se: Helldén och medarbetare, 2005). Traditionell NO undervisning upplevs som svår, tråkig och omodern och för de flesta elever är det helt enkelt inte tillräckligt intressant att på ett naturvetenskapligt korrekt sätt förstå hur saker och ting fungerar (Gustafsson, 2007). En lärarkandidat beskriver sina erfarenheter med att ”det mesta var redan bestämt och bevisat”. (Gustafsson, 2007, s. 2). Osborne och Collins (2000) sätter fingret på problemet när de beskriver situationen naturvetenskaplig utbildning befinner sig i: Consequently, it could be argued that in a nontrivial sense, science education is science’s own worst enemy, leaving far too many students with a confused sense of the significance of what they have learned, an ambivalent or negative attitude to the subject itself—a product of its authoritative and nondiscursive mode of education En undervisning som förmedlar en mera realistiskt bild av naturvetenskap och dess metoder har länge identifierats som viktig faktor för att kunna uppnå målsättningarna med naturvetenskaplig utbildning (Ratcliffe & Grace, 2003). I praktiken har det däremot visat sig väldigt svårt att komma överens om målsättningarna av en vetenskaplig utbildning för alla. Diskussionen om syfte och därmed innehåll av naturvetenskaplig undervisning i skolan sammanfattas ofta under begreppet ”scientific literacy” inom den engelskspråkiga litteraturen, eller ”naturvetenskap för allmänbildning” inom den svenskspråkiga litteraturen och behandlas mera ingående i litteraturdelen av arbetet. Ett problem som har identifierats i olika studier är elevers stereotypa idéer om ”the Nature of science” (NOS), som kan översättas med ”vetenskapens särart” (Ibanez‐Orcaj & Martinez‐Aznar, 2007). Även lärarnas idéer om NOS har visat sig vara väldigt stereotypa (Windschitl, 2004; Abd el Khalick & Lederman, 2000). Det finns en bred acceptans för iden att det krävs en explicit undervisning om NOS (Ratcliffe & Grace,2003) för att uppnå de målsättningar som beskrivs inom begreppet ”naturvetenskap som allmänbildning”. Det har däremot visat sig vara mera komplicerat att definiera NOS, att komma överens om vad som borde undervisas om NOS i skolan, och att konstruera en undervisning som leder till en förbättring av elevernas kunskaper om NOS (Schwartz och medarbetare, 2004). Ett viktigt element av NOS som alla författare är överens om är kunskapen om den vetenskapliga metoden. Laborationer i skolan liknar ofta mera kokboksrecept som ska följas steg för steg och representerar därmed i väldigt liten utsträckning de processer som pågår i den ”autentiska” forskningen. Frågan är därför om och hur man kan man öppna upp skolan för mera forskningsliknande experiment som dessutom skall konstrueras av eleverna själva? Dessutom har forskningen visat att det inte räcker att genomföra ”autentisk” forskning, utan att också processen bakom måste synliggöras om den ska leda till en bättre förståelse av NOS och den vetenskapliga processen. Det har visat sig vara svårt att utveckla material som uppfyller sådana krav (Sjøberg, 2005). Därför beslöt jag att använda mig av min egen forskningsbakgrund för att utveckla material som kunde användas inom biologiundervisning för att ge eleverna tillfälle att utveckla egna autentiska experiment i skolan. Det var viktigt att synliggöra tänkandet bakom görandet och därmed hjälpa att bättre förstå forskningsprocessen som den är, komplicerad och icke linjär och därigenom starta processen att utveckla en bättre förståelse av den vetenskapliga metoden och NOS på väg mot en bättre vetenskaplig allmänbildning.
2.
Bakgrund
2.1.
Konstruktivism som kunskaps‐ och lärandeteori
Konstruktivism som teori om kunskap och lärandet, har varit av central betydelse för utvecklingen av idéer om naturvetenskaplig utbildning och undervisning (se t.ex. Sjøberg, 2007; Geelan, 1997). Dess inflytande har varit så stort att vissa författare t.o.m. pratar om ett paradigm, medan andra fortfarande ser den som ett forskningsprogram (Sjøberg, 2007). Det kan däremot vara missvisande att prata om en enda teori, som är väl definierad och avgränsad. En del författare har till och med dragit slutsatsen att begreppet är så dåligt definierat att den har blivit meningslös och mest fungerar i ideologiskt syfte (Mattews, 1994). Geelan (1997) betonar att det finns så många inriktningar inom konstruktivism, att det är lätt att prata förbi för varandra när alla tror veta sig vad det är man pratar om. Jag har under examensarbetets gång funderat mycket på teoribegreppet i olika sammanhang och hur teorier kan användas, eller inte användas för att forma den egna handlingspraktiken. Det går utöver examensarbetes ram att redovisa och beskriva olika konstruktivistiska teorier (för en översikt ser: Sjøberg,Geelan), men jag vill gärna kort redovisa min utgångspunkt, i den utsträckning den har betydelse för utformningen av mitt examensarbete. Solomon (1994) kommenterar angående användning av den konstruktivistiska teorin: Constructivism, this new saw in the science educators toolbox is being used not only for sawing, but for hammering, planing and measuring.. The reflective selection of appropriate theories and perspective for appropriate tasks, the right tool for the job, is a more powerful approach På liknande sätt betonar Sjøberg (2007) att principer för lärandet inte kan översättas direkt till förslag för hur en bra undervisning borde utformas. Han betonar att man inte kan härleda en vetenskapligt baserad pedagogik ur en teori om lärandet. Enligt honom är det en epistemologisk teori som i sig själv leder inte till några direkta anvisningar till handlingspraktik. Denna process kräver alltid att man ta hänsyn till andra värderingar och målsättningar. Det är därmed bara relevant att få fram implikationer för inlärning. Han beskriver detta som ”constructivist referenced teaching approach”. Man kan därmed härleda viktiga påståenden ur konstruktivistisk teori som har relevans som utgångspunkt för elevers lärande (Ogborn, 1996) • Aktivt deltagande i tankeprocess om någonting likt förståelse skall uppnås • respekten för barnet och barnets idéer ät viktiga • Vetenskap består av idéer skapade av människor (inte av sig själva) • Utformningen av lärandet bör fokusera på känslan av skapande, skall kapitalisera på vad eleverna redan vet • Känna och adressera svårigheter som kan uppstå av hur de tänker sig sakers ordning Intar man ett konstruktivistiskt synsätt som lärare, så innebär detta att man systematiskt måste utveckla en praxis som främjar aktivt lärande på ett varierande sätt. Elever har olika attityder, förväntningar, och förutsättningar som bestämmer om lärandet sker. Enligt Driver och medarbetare (1994) sker lärandet inte enbart individuellt utan är i stor utsträckning socialt medierat. Lärandet sker alltid i en social kontext. Den kräver därmed både aktiv bearbetning och social stimulans. Kombinationen av det sociokulturella perspektivet med det individuella perspektivet förklarar utvecklingen av högre mentala förmågor som en internalisering av begreppsliga redskap som individen genomför genom social interaktion (Driver och medarbetare, 1994; Leach & Scott, 2003). Enligt Vygotskyis teori om den närmaste utvecklingszonen kan elever få hjälp av andra elever eller vuxna att uppnå mål de inte skulle klara av själva. Det är speciellt viktigt för utveckling av mera krävande, kognitiva och sociala färdigheter (Vygotsky, 1978). I fortsättningen fördjupar jag mig i vissa aspekter som är viktiga för elevernas lärande i sammanhang med syftet som ska uppnås i undervisningen. Detta sker delvis i inom ett konstruktivistiskt ramverk, men jag refererar också till andra forskningsresultat, utan att reda ut deras relation till ett konstruktivistiskt perspektiv. Det är alltså en mera pragmatisk syn på forskningsresultat som har präglat mitt arbete.
2.2.
Naturvetenskap som allmänbildning
Varför, vem, vad, hur och när ska vi egentligen undervisa naturvetenskap i skolan? Även om det finns stor enighet om betydelsen av naturvetenskaplig undervisning i skolan, blir svaren mindre självklara när man börjar titta närmare på frågan. Naturvetenskaplig och teknisk utveckling anses vara avgörande för ett konkurrenskraftigt kunskapssamhälle och för ekonomisk tillväxt (NOT slutrapport, 2005, s.6), även om det är svårt att finna ett statistiskt samband. Grundläggande kunskaper hos allmänheten inom naturvetenskap och teknik ingår i den önskvärda ”kärnkompetensen” som definieras i t.ex. EU:s arbetsprogram (2004). I samma program framhålls även att ”allmän och specialiserad naturvetenskaplig och teknisk kunskap behövs allt mer i arbetet och i det dagliga livet, i offentliga debatter, beslutsfattande och lagstiftning”. Frågan efter syftet av naturvetenskaplig utbildning i skolan är långt ifrån nytt, men svaren har genomgått en tydlig förändring sedan 60talet, både internationellt och i Sverige. När man började med en undervisning av naturvetenskap till alla elever, i en skola för alla, blev frågan efter syfte speciellt viktig och ”motivering måste vara någonting mer än en hänvisning till auktoritet ”(Sjøberg, 2005, s.155) Syftet med den naturvetenskapliga utbildningen beskrivs numera ofta med begreppet ”scientific literacy” som ska uppnås av alla medborgare genom naturvetenskaplig utbildning. Kemp (2000) beskriver hur begreppet började användas under 50talet i USA utan att det egentligen definierades, och att konceptet bara har expanderats sedan dess. Problemet med begreppet är – för att formulera det lite tillspetsat, att man inte ens är ense om man är ense om begreppet eller inte. Kanske för att det möjliggör en skenbar överenskommelse, har detta varit väldigt populärt i olika policy sammanhang. Inom norden förs diskussionen om syftet av den naturvetenskapliga utbildningen under begreppet ”naturvetenskap för allmänbildning” som är också är namnet på Sjøbergs utmärkta bok som jag vill hänvisa till. Så använder sig t.ex. PISA studien av en mera begränsad definition som utgångspunkt för den internationella studien. Enligt PISA är ”scientic literacy “the capacity to use scientific knowledge, to identify questions and to draw evidence based conclusions in order to understand and help making decisions about the natural world and changes made to it through human activity”(OECD 2000, p.76) I Sveriges kursplaner och läroplanen återfinns begreppet ”naturvetenskap som allmänbildning” inte direkt, men naturligtvis diskuteras syftet av den naturvetenskapliga utbildningen i de olika strydokument. Inför läroplanen 94: Skola för bildning (SOU 1992:94) artikuleras iden om en skola för bildning som är kopplad till ett demokrati‐ kultur och bildningsperspektiv. Det är alltså viktigt att ta hänsyn till att ett begrepp som ”naturvetenskap som allmänbildning” eller ”scientific literacy” kan ha väldigt olika, och därmed gömda innehåll, trots eller kanske p.g.a. begreppets stora popularitet i olika policydokument. ”Scientific literacy” eller ”naturvetenskap som allmänbildning” borde enligt min uppfattnig inte ses som ett begrepp med en entydigdefinition, utan som ett ramverk för en diskussion om syfte och målsättningar av en naturvetenskaplig utbildning i en skola för alla. Millar (1996) argumenterar att vi först måste besluta varför vi vill undervisa naturvetenskap till alla, för att sedan därifrån komma till vilket innehåll undervisningen ska ha, för att sedan hitta bästa vägen att undervisa. Hon påpekar också att många elever faktiskt inte riktigt vet varför det ska lära sig naturvetenskap. Det är många olika faktorer som bestämmer lärarens svar, men också utrymmet för handlingsmönster varierar en hel del. Ju närmare man undersöker frågorna som öppnas i samband med frågorna om syftet av naturvetenskaplig undervisning, desto tydligare blir det att det inte finns några enkla, allmängiltiga svar. Trots detta måste läraren – även om det sker mera implicit än explicit, genom utformningen av sin undervisningspraktik, besvara denna fråga varje dag, i varje lektion.
2.3.
The Nature of Science och den vetenskapliga metoden
The “Nature of science” (förkortat: NOS) som kan översättas med naturvetenskapens särart, har länge identifierats som en väsentlig beståndsdel av undervisning för naturvetenskaplig allmänbildning (Lederman & Lederman, 2004). Förståelsen av NOS och den vetenskapliga metoden “scientific inquiry” är en grundliggande förutsättning när någonting som liknar vetenskaplig allmänbildning ska uppnås. I likhet med begreppet “scientific literacy” finns det även här en omfattande diskussion vad NOS egentligen är och hur och i vilken omfattning lärarna behöver undervisa om NOS i skolan. Flera stora studier bekräftar att det inte finns en allmängiltig definition av NOS. Alters (1997) genomförde en enkätundersökning av 210 medlemmar av det amerikanska vetenskapsfilosofiska sällskapet US Philosophy of Science. Undersökningen kom fram till att svaren kunde delas in i åtminstone 11 fundamentalt olika åsikter angående NOS. Också Abd el Khalick och medarbetare (1998) hittade signifikanta skillnader i uppfattningen om NOS mellan lärare, forskare och vetenskapsfilosofer. I den såkallade Delphi studien undersökte Osborne och medarbetare (2003) 23 experters uppfattning om NOS i 3 omgångar i förhoppningen att kunna få fram en kärna som alla experter skulle vara överens om. De drar slutsatsen att det fanns lite överensstämmelse om vad som utgör NOS kärna. Överensstämmelsen fanns huvudsakligen inom områden som experimentella metoder, testandet av modeller och hyoteser, kreativitet, dataanalys och interpretation, och diversitet av vetenskapliga metoder. Expertpanelen ansåg vetenskapliga metoder som grundpelare och speciellt lämpliga för att inkluderas i undervisningen för skolelever i åldern mellan 5 och 16 år. Det förblev däremot helt oklart vad som annars skulle inkluderas i en kärnkoncept om NOS och, kanske ännu viktigare för arbetet i skolan, hur man kunde utveckla förståelsen av NOS i elevens utveckling över tiden. Även självklara aspekter som dataanalys och interpretation är dålig förstådda av många elever (t.ex. Gott och medarbetare, 1994). Författarna ansågdet tydligt att praktiskt arbete eller undersökande metoder i sig själv utan lärarens explicita hjälp inte leder till en större förståelse av NOS för de flesta elever. Slutsatsen vi kan dra är att även NOS beskrivs mera genom sina olika komponenter än att man kan definiera det på ett entydigt sätt. Frågan är alltså inte egentligen vad NOS är, utan vilka delar av begreppet som kan och skall undervisas i skolan. Vilka komponenter av NOS behöver eleverna för att utveckla en förståelse av NOS för att kunna nå målet om naturvetenskaplig allmänbildning? Frågan måste närmas från olika sidor om den ska gå att besvara meningsfullt. Det är naturligtvis omöjligt att uppnå ”förståelse” av NOS, då det handlar om ett abstrakt koncept som ska täcka allt som har med naturvetenskap att göra, den vetenskapliga metoden, vetenskap som mänsklig och situationsberoende, historiska aspekter, osv. Våra idéer om NOS (Suchting, 1995) och vetenskapen har utvecklats så snabbt i sina metoder att definitionen om vad vetenskap egentligen är inte håller steg med utvecklingen. Det finns inte en enda, enhetlig vetenskaplig process och därmed inga entydiga kriterier som skulle möjliggöra att ”hålla isär” vetenskap från icke vetenskap på ett säkert och entydigt sätt. Kan man fortfarande kalla ”strängteorin” för en vetenskaplig teori? Vetenskapsmagasinet ”New Scientist” frågar i sin utgåva i maj 2008 om vi behöver förändra definitionen av vad vetenskap är? I skolan träffar vi på en verklighet långt ifrån sådana diskussioner. Enligt Sjøberg (2005) möter elever en naturvetenskap i skolan som är accepterad och inte kontroversiell. Skolan sysslar med någonting som kunde kallas för ”säker kunskap”. Naturvetenskapen får som konsekvens prägeln att vara auktoritär, evig, säker och oföränderlig. Sjøberg (2005) beskriver att det är en stor paradox eftersom vetenskap till sin natur ska vara öppen, antiauktoritär och kritisk (Sjøberg, 2005, S79). Den tentativa och föränderliga karaktären av naturvetenskaplig kunskap saknas oftast i läroböcker och även i lärarnas och lärarkandidater idéer om NOS (Windschitl, 2004; Abd el Khalick & Lederman, 2000) Consequently, it could be argued that in a nontrivial sense, science education is science’s own worst enemy, leaving far too many students with a confused sense of the significance of what they have learned, an ambivalent or negative attitude to the subject itself—a product of its authoritative and nondiscursive mode of education and insufficient intellectual tools to evaluate the claims of science and scientists critically (Osborne & Collins, 2000). Denna stereotypa modell av hur vetenskapligt arbete genomförs i praktiken är dessutom väldigt tråkig att använda i undervisningen (Ibanez‐Orcajo & Martinez‐Aznar, 2007). Elevers attityder bekräftar att naturvetenskap i skolan upplevs på detta sätt. Det blir lätt begripligt att elever som inte undervisades i NOS utvecklar naiva och ofullständiga idéer om vad vetenskap egentligen är (Driver och medarbetare,1996). Meyling (1997) beskriver att elever ofta använder begreppen ”hypotes” och ”teori” synonymt. I 60 till 70 % av alla fall där de inte användes synonymt, användes de som synonym till ”spekulation” dvs. någonting som inte stöds av evidens. Många elever ordnar begrepp som hypotes, teori och lag enligt en hierarki av ökande bevisbarhet. I en undersökning av 9, 12 och 16 åringar kunde Drivers och medarbetare (1996) visa att elevernas begreppsföreställningar om teorier kunde kategoriseras i tre grupper. I den första gruppen användes begreppen ”hypotes” och ”teori” helt synonymt. Den andra
gruppen missade sammanhanget mellan dessa begrepp. Bara den tredje gruppen uppfattade teorins funktion som modell som binder ihop och förklarar observationer. Också Sjøberg (2005) beskriver att elever uppfattar att någonting är ”bara” en teori. Elever använder och förstår begreppen som de används i vardagligt tal, och inte i deras korrekta vetenskapliga innebörd. I en annan förenklad syn på vetenskapliga metoder härleds alla vetenskapliga teorier från observationer. Windtschitl (2004) undersökte lärarstuderandes begreppsuppfattning om den vetenskapliga metoden. Fjorton lärarkandidater utformade sin egen vetenskapliga studie, från frågeställning till presentation av undersökningens resultat. Lärarkandidaterna visade sig ha missuppfattningar om några relevanta aspekter som t.ex. hypotesens funktion. Den ansågs ofta vara en ren gissning över försökets resultat, men inte som en del av ett större förklaringssystem. Duschl (1990) konstaterar att det är viktigt att komma till en gemensam förståelse av vad NOS är och hur det ska förmedlas i undervisningen, även om man måste vara medveten om att bara kunna förmedla en begränsad förståelse inom skolundervisningen. Dessa idéer kan byggas på och förfinas senare i livet. Smith and Scharmann (1998) föreslår en mera pragmatisk ansats för undervisningen om NOS, där betoning ligger på den vetenskapliga processen. Naiva idéer har också förts tillbaka till en begränsad egen erfarenhet med att genomföra egna vetenskapliga undersökningar (Gallagher, 1991). Kanari & Millar (2004) visar betydelsen av att ge eleven möjlighet att själv förändra variabler som kan påverka resultatet. Det är inte självklart att eleverna kan extrapolera från enklare till mera komplicerade resultat och detta behöver därför övas i undervisningen. Elever ska lära sig tänka som forskare och förstå vad naturvetenskap är (Roberts, 2001). Båda målsättningarna är förankrade i kursplanen. Roberts (2001) utgår ifrån att man måste ha förstått vissa idéer om insamling, analys och interpretation av data, innan man kan närma sig begrepp som evidens, och att många elever missar konceptet om de inte undervisas explicit i detta. I en studie av projektbaserade undersökningar där eleverna fick arbeta med autentiska problem betonade Moje och medarbetare (2001) elevernas behov att få feedback. Experimentellt arbete borde också utveckla självreglering och metakognition. Båda aspekter har diskuterats i samband med högkvalitativt lärande (McCune & Hounsell, 2005) Flera studier har föreslagit användning av mera autentiska vetenskapliga undersökningar som tydliggör den vetenskapliga processen på ett explicit sätt som medel för att förbättra NOS (Schwartz och medarbetare, 2004; Colburn, 2004). En väg att förändra detta kan vara experimentellt arbete som är speciellt konstruerat för detta syfte Mera autentiska vetenskapliga undersökningar i skolan leder enligt Charney och medarbetare (2007) till en förbättring av elevernas förmåga att förklara, använda alternativa förklaringar och ställa frågor. Genom en mer autentisk undersökning tvingas eleverna att pröva om deras resultat verkligen bekräftar deras slutsatser och inte följer en automatiserad sekvens av datainsamling, hypotes, slutsats, protokollskrivning (Schwartz, 2006). I vanliga slutna laborationer kan eleven skylla på olika orsaker när
han får ”fel” resultat, utan att i djupare mening behöva bekymra sig över samband mellan slutsats och resultat.
2.4.
Laborativt arbete
Laborativt arbete anses av många lärare som väsentlig del av vetenskaplig undervisning i skolan. (Eskilsson & Helldén, 2008) Man utgick ifrån att egna erfarenheter var överlägsna alla andra metoder för att utveckla vissa kunskaper. Laborationer infördes i skolan redan i slutet av 1800 talet, för att eleverna skulle kunna upptäcka på egen hand. Laborationer har alltså varit en självklar del av den naturvetenskapliga undervisningen i över 100 år (Hult, 2000). Enligt Ekstig (1990) kan man kategorisera laborativt arbete i skolan enligt syftet i fem typer: • Deduktiv laboration: verifiera teorier och lagar • Induktiv laboration: elever försöker formulera teorier och lagar utifrån egna mätningar och observationer • Laborationer som processträning: elever ska lära sig planera och genomföra egna experiment och dra egna slutsatser ur resultaten. • Laborationer som metodträning • Fritt laborerande Hult (2000) anför följande skäl för laborationer i skolan: metoderfarenhet, motivation och för att visa tillämpningar av teorier. Det finns dock olika uppfattningar om både inlärningspotential och den faktiska inlärningen som sker genom laborationer i skolan (Wickman, 2002). Kanske mindre överraskande kom man även fram till att laborationer i skolan inte automatiskt leder till att elever lär sig det som var tänkt. Lindahl (2003) beskriver i sin studie att eleverna ofta var tveksamma över laborationens syfte. Tiden för både förberedelse och efterarbete var enligt eleverna för begränsad, vilket gjorde det svårt att sätta in laborationen i ett större sammanhang (Hult, 2000). Wickman och Östman (2001) kunde i sin studie observera att elevernas kommentarer väldigt sällan utgick från observationerna under själva laborationen. Å andra sidan stimulerar laborationer eleverna, och kan därför utveckla deras inre motivation (Lindahl, 2003). Det finns alltså evidens till att elever inte lär sig så mycket genom laborationer som läraren förväntar sig, och att de ofta behåller en väldigt begränsad förståelse av den vetenskapliga metoden, men att laborationer vanligtvis utgör ett motiverande element i undervisningen. Man kan alltså ifrågasätta vilka syften man egentligen försöker uppnå i dagen skola. Om vi vill uppnå naturvetenskaplig allmänbildning, så behövs en bättre förståelse av NOS och den vetenskapliga metoden. Hur kan vi förändra det laborativa arbetet i skoaln, så att det bättre stöder dessa mål?2.5.
Scientific inquiry
”Scientific inquiry” som är ett viktigt koncept i samband med NOS, är likaså svårt att översätta med ett enda begrepp, då den användas i två olika betydelser. ”Scientific inquiry” kan beskriva en metod, ett verktyg att uppnå kunskaper, eller själva läromålet (Abd El Khalick och medarbetare, 2004). Läromålet skulle då vara att utveckla elevernas förståelse om den vetenskapliga metoden (Schwartz och medarbetare, 2004). Som metod innebär den att man använder ett undersökande arbetssätt för att hjälpa elever att utveckla en bättre förståelse av vissa vetenskapliga begrepp eller fenomen. Det är alltså genom egna undersökningar som eleven ska nå fram till en bättre förståelse av olika vetenskapliga fenomen. När ”scientific enquiry” är ett läromål, så syftar den till att utveckla elevernas förståelse om den vetenskapliga metoden och hur man kommer fram till ny vetenskaplig kunskap. Eleverna ska lära sig att identifiera viktiga problem, formulera en försöksfråga, konstruera ett försök, genomföra experiment, förklara resultaten med hänsyn till vad man redan vet, och utveckla hypoteser, modeller och förfina sin egen förståelse i samband med nya resultat genom hela forskningsprocessen . Dessutom ska de kunna presentera och diskutera sina resultat. Det blir tydligt att det i praktiken inte finns någon helt tydlig skillnad mellan ”scientific inquiry” som metod eller läromål, för dessa färdigheter kan inte utvecklas separat, utan måste alltid ingå i ett och samma konkreta lärosammanhang. I fortsättningen kommer jag dock att använda begreppet ”vetenskaplig metod” eller ”användning av den vetenskapliga metoden” men försöker om möjligt att specificera de bestämda färdigheter eleverna ska utveckla. Även här har vi alltså samma problem som med begreppet ”Nature of science” i att det inte finns någon klar avgränsning. Jag vill också påpeka att det definitivt inte heller finns en enda ”vetenskaplig metod” som kan beskriva en enda, väldefinierat ”vetenskaplig process”. Det är alltså termer som egentligen inte kan lösas ut ur sitt konkreta sammanhang, utan att de blir så suddiga att de tappar sin mening. När man använder begreppet ”authentic scientific inquiry” menar jag alltså undersökningar som genomförs inom ramen för ett ”autentiskt” forskningsprojekt. Enligt Driver och medarbetare (1996) finns den verkliga forskningen vanligtvis inte representerad i skolan, men de vidhåller att det skulle vara viktigt att elever får inblick i den verkliga forskningen och dess komplexitet. Därför kunde (mera) autentiska forskningsprojekt i skolan vara en viktigt kontext för elevernas lärande om NOS (Ryder, Leach and Driver, 1999). Flera studier har visat att deltagande i forskningsprojekt inte utvecklar en bättre förståelse av NOS, om inte själva processen, tänkandet bakom görandet, görs tydligt. Det räcker inte att ”bara erbjuda” autentiska undersökningar, utan läraren måste ge tillfälle till utveckling av en bättre processförståelse genom att diskutera, ställa frågor, och ge lämplig feedback (Schwartz och medarbetare, 2004). En begränsning är dock ofta lärarens egen erfarenhet med ”autentisk” forskning och en begränsad eller stereotyp föreställning om NOS och den vetenskapliga metoden. (Gallagher, 1991). Genom att hjälpa elever att komma igång med processen t.ex. genom egna experimentella undersökningar kan vi förhoppningsvis uppnå en bättre förståelse av den vetenskapliga forskningsprocessen.En annan faktor som har identifierats som barriär, är att vanliga skollaborationer dessutom ofta är begränsade till en enda lektion. Linn föreslår att elever behöver kunna samla erfarenheter med längre experimentserier med högre komplexitet som ger dem möjlighet att knyta ihop experimentella resultat och förklaringar (Linn, 2001) Duschl och Grandy (2007) föreslår följande förutsättningar för integration av autentiska experiment i skolan: • Lärandemiljöer som främjar elevfokuserat lärande • Undervisningssekvenser som främjar integrerat lärande angående konceptförståelse, process‐ och vetenskapligt tänkande • Aktiviteter och uppgifter som gör elevernas tänkande synligt för alla dessa processer • Läraren utvecklar en bedömningsprocess som utvärderar och ger feedback till eleverna i dessa områden
3.
Kompendium konstruktion
3.1.
Syfte
Många studier har visat att när man inte undervisar explicit om NOS och den vetenskapliga processen, lämnar många elever skolan med naiva och stereotypa idéer om forskning (Driver et al., 1996). Frågan är därför om det finns en möjlighet att integrera mera autentisk vetenskap i skolan och hur den måste presenteras så att eleverna bygga upp en bättre förståelse av den vetenskapliga processen. Ett viktigt bidrag kan komma från autentiska experiment som kan förmedla en mera verklig bild av en komplex, icke‐linjär forskningsprocess än vad vanliga laborationer gör. Syftet med detta arbete är därför att konstruera ett kompendium som läraren kan använda som utgångspunkt för utveckling av autentiska experiment inom biologiundervisningen i gymnasieskolan. Genom att explicit formulera hur eleverna kan tänka under den experimentella planeringen, ska kompendiet fungera som stödstruktur som främja elevernas förståelse av hur den vetenskapliga processen går till. Förutsättningen är att man använder sig av en enkel metod, som kan anpassas till många olika frågeställningar. Jag anser att lärandet är situationsberoende och behöver ske i ett konkret sammanhang. Därför är ansatser om undervisning av NOS som abstrakt koncept kanske mindre lämpade för att utveckla elevernas förståelse av vad vetenskap egentligen är. Elever behöver samla sina egna erfarenheter, men det innebär inte att de automatiskt lär sig det som avses bara genom ”att göra”. Processen måste synliggöras och stödas. Min förväntning är att autentiska experiment i skolan kan hjälpa eleverna att bygga upp en bättre förståelse för den vetenskapliga processen och NOS, som därmed bidrar med ett viktig steg mot en bättre naturvetenskaplig allmänbildning.
3.2.
Läromål att uppnå
I följande avsnitt vill jag beskriva mina förväntningar på inlärning i större detalj. Ett viktigt steg och ett mål i sig är att eleven lär sig att fokusera på processen och de rätta frågorna i stället för slutprodukten och de rätta svaren. Forskningsprocessen bygger på att man kan ställa de rätta frågorna för att veta var man står och hur man kan komma vidare. Vad vet jag? Vad vet jag inte? Vad behöver jag veta för att kunna få svar på mina frågor? Hur måste jag lägga upp mina experiment för att kunna svara på mina frågor? I skolan används frågorna mestadels i kontrollsyfte, och därmed anser eleverna att det är någonting positivt när ingen har några frågor. Det kan därför ses som en förutsättning för vidare utveckling att eleverna lär sig använda frågor som ”metakognitiva” verktyg. En basförutsättning för förståelsen av den vetenskapliga processen är att man förstå hur man bygger upp ett experiment genom att försöka kontrollera vissa variabler. Eleverna ska också kunna förstå vikten av att konstruera bra kontrollexperiment. Detta är mycket mera komplicerat än man kanske tror, och det är i sig också ett viktigt läroresultat. Detta är också förutsättningen för att kunna analysera och tolka sina experimentella resultat. En viktig fråga som eleverna ska lära ställa sig är: ”stöder mina resultat det jag påstår de gör”? Det är viktigt att eleverna inser begränsningarna av sina resultat, men samtidigt också lär sig se relevansen av dem. Eleverna ska förstå att försöksplanering är en komplex uppgift, som kräver att man jobbar i en cyklisk process där man återbesöker och förfina vissa frågor och idéer, och inte en standardiserad sekvens av olika fastställda steg som man följer och automatiskt når fram till rätt svar. Dessutom ska det förmedlas att man kan testa påståenden som man kanske hittar i media, och att man även personligt kan ha nytta av resultat man har forskat fram. Det är en ambitiös målsättning att utveckla en begynnande förståelse för sammanhanget mellan metodens egenarter, resultat och tolkning av resultaten, som ligger till grund för vetenskapligt tänkande. Learning to think scientifically is considered as a matter of acquiring strategies for coordinating theory and evidence distinguish patterns of evidence that do and do not support a definite conclusion (Kuhn, 1989). I skolan upplever jag att praxis och teori nästintill upplevs som motsatser. Elever ska lära sig använda ”teorier” och kunskaper som verktyg och se att man bygger på kunskap andra har forskat fram. Även om jag anser att kunskap är viktigt, så ges den ofta fel betydelse i skolan när den ses som mål i sig och slutprodukt och inte som förutsättning för att användas för att ställa nya frågor och lösa nya problem. Medan kritiskt tänkande ofta är en viktig målsättning i undervisningen, så är det mindre klart hur detta ska uppnås. Viktigt är därför att göra processen och strukturerna tydliga, och därmed öka elevernas metakognitiva medvetande . Experimentplanering är en komplex process som kräver uthållighet och precision i tänkandet. Det är ett sätt att tänka som inte stöds så ofta inom undervisningen. Överordnad målsättning är alltså att förbättra elevernasidéer om NOS och samtidigt bygga upp deras kapacitet att tänka vetenskapligt. Jag vill betona att man inte kan förvänta sig att elever lär sig om NOS genom en enda undervisningssekvens. Det är viktigt att påminna igen om att det inte finns endast en vetenskaplig metod. Därför krävs det fler varierade tillfällen för eleverna att samla egna erfarenheter med autentiska experiment i skolundervisningen.
3.3.
Didaktiska val och arbetsmetoder
Som ständig referensram i bakgrunden finns frågan om undervisningens syfte, eller man kunde säga: ”de stora didaktiska frågorna”. I följande tar jag upp vissa didaktiska och metodiska val och forskningen de bygger på i den mån detta inte behandlats tidigare i litteraturdelen av mitt arbete. Enligt Sjøberg (2005) handlar didaktik om de värderingar som ligger bakom urval och strukturering av undervisningens innehåll, medan ämnesdidaktik handlar om didaktiska överväganden i mer konkreta, innehållsmässiga sammanhang. Ämnesdidaktik inom naturvetenskap (NO didaktik) har utvecklats till ett stort, självständigt forskningsområde som såväl har ett praktiskt yrkesmässigt, som ett vetenskapligt perspektiv (Andersson 2000). Den naturvetenskapliga ämnesdidaktiken skiljer mellan metodik och didaktik. För en översikt över ämnesdidaktik som forskningsfält, och dess aktuella frågor se: Helldén et al. (2005). Viktiga typer av ämnesdidaktiska frågeställningar är enligt Sjøberg, (2005): • Hur blir ett ämne till vad det är? Kunde det har varit annorlunda? • Vilka processer och krafter är det som formar ett skolämne? • Hur legitimeras och motiveras ämnet, hur kan det försvara sin plats i skolan? • Vad är ämnets särart som vetenskaps‐ och skolämne. • Vad är centralt begreppsmässigt innehåll, vad är centrala processer? • Vilka slags värderingar, normer och ideal ligger implicerade i ämnena? • Hur bidrar ämnet till att nå de olika mål som skolan ska arbeta mot? • Hur kan lärostoffet struktureras och läggas tillrätta, så att lärande kan äga rum En del av dessa frågeställningar leder direkt till diskussionen av NOS och den vetenskapliga metoden som jag har tagit upp tidigare. Andra frågor tas inte upp explicit, men frågorna har utgjort en bakgrund till examensarbetet och dess utformning. Som tidigare beskrivet ses olika teorier mera som referensram för att utforma undervisningen. Medan man inte kan härleda en handlingspraktik ur konstruktivistisk teori, så möjliggör den viktiga utgångspunkter för en konstruktion av inlärningsmiljöer för att främja elevernas lärande. Ogborn (1996) föreslår följande grundförutsättningar som bygger på en allmän kärna av de olika konstruktivistiska teorierna:• Aktivt deltagande i tankeprocess om någonting likt förståelse skall uppnås • respekten för barnet och barnets idéer ät viktiga • Vetenskap består av idéer skapade av människor (inte av sig själva) • Utformningen av lärandet bör fokusera på känslan av skapande, skall kapitalisera på vad eleverna redan vet • Känna och adressera svårigheter som kan uppstå av hur de tänker sig sakers ordning Sjøberg (2005, s.22) hävdar att vi måste ”försöka placera vetenskapen i det sammanhang det förtjänar, mitt i kulturen, mitt i den filosofiska debatten, som en viktig faktor i samhällsutvecklingen, som något som både löser och skapar problem, omgivet av etiska värderingar och samhälleliga konsekvenser. Kort sagt: som en mänsklig aktivitet med samma positiva och negativa sidor som all annan mänsklig verksamhet.” Det har blivit allmänt accepterat att vi behöver förbättra elevernas intresse för naturvetenskap och också förbättra deras motivation för att kunna motverka den negativa trenden och attityden mot naturvetenskap i vårt samhälle. (se t.ex. Helldén och medarbetare, 2005. Även om det finns många undersökningar om elevernas attityder är det inte riktigt klart vilken slutsatser man kan dra för förändringen av undervisningspraktiken. Forskningen visar att motivation inte är ett enkelt koncept, och bestäms av en rad komplexa strategiska val och motivationsrelaterande antaganden som aktiveras i en inlärningssituation. Det finns flera alternativa teorier för att förklara motivation, som inte kan tas upp i ramen för examensarbetet. (För en översikt se: Helmke & Schrader 2001; Boekaerts M. 2001) Motivation är också en viktig faktor som bestämmer elevernas inlärningsstrategier. Målinriktning leder till val av djupa inlärningsstrategier som förbättrar inlärningen, medan prestationsorientering leder till urval av mindre djupa inlärningsstrategier (Boekaerts, 2001). Det är också viktigt att man skiljer mellan motivation and voalition. Mellan motivation bestämmer om eleven väljer att vilja engagera sig, så bestämma andra faktorer om eleven sedan verkligen genomför avsikten. Det räcker därför inte att bara bygger på elevernas intresse, utan läraren måste även stöda elevernas uthållighet att slutföra sina mål. Det är viktigt att verkligen inse att om inte eleven accepterar lärarens mål och syften, och gör dem till sina egna, så har de ingen genomslagskraft för elevernas lärande. Viktiga faktorer som visats genom studier för elevernas motivation är att läraren väljer intressanta uppgifter med rätt svårighetsgrad, fokuserar på processen, istället för produkten, stöder användning av olika lösningsstrategier, och belönar ansträngning. Dessutom ska fokus läggas på sociala processer och läraren ska undvika olika kontrolltekniker . Dessutom ska läroinnehållet presenteras i olika sammanhang (Helmke & Schrader 2001 ). Därför valde jag att konstruera uppgiften runt elevens egen person, med eleven själv som försökssystem. Jag har försökt att inte förbestäms vad eleven ska syssla med, utan att genom att ge konkreta exempel stimulera elevernas egen kreativitet att söka sig fram till en försöksfråga som känns relevant för dem. Dessutom kan undersökningarna bäddas in i en rad frågeställningar av allmänt och samhälleligt intresse.
3.3.1.
Grupparbete
Grupparbete är kanske den mest använda och bäst undersökta nya metoden i undervisningen. Det är dock fortfarande inte väl förstått hur inlärning i grupp och kooperativ inlärning leder till att främja inlärning på individnivå. Det är också omdiskuterat vilka faktorer som är viktiga för att understöda lärandet. (Slavin och medarbetare, 2001; O´Donell A.M. 2001) I en ideal undervisningssituation borde kompendiet användas inom ett gruppbaserat projekt som pågår under en längre tid, t.ex. 10‐15 lektionstimmar. Min egen motivation av att använda mig av grupper som diskussion och inlärningsenheter bygger på antagandet att elaborering och diskussion i grupp leder till ett aktivt bearbetande av innehållet, och därmed stöder aktiv inlärning. I den så kallade kognitiva modellen är det alltså inte själva grupp processen som leder till förbättrad inlärning, utan det faktum att förklaring och interaktion mellan gruppmedlemmarna är nödvändig; när elever arbetar kollaborativt i ett projekt så kan de uppmuntra varandra. Man kunde visa att högkvalitativa diskussioner förutsäger högkvalitativt lärande. Eleverna behöver förklara med egna ord, pekar på förståelseluckor, elaborerar och sätter diskussionen i ett större sammanhang. Mest vinner elever när de själva förklarar till någon annan. Grupparbete är alltså tänkt att stöda en aktiv omarbetning av innehållet och därmed stöder det aktiv inlärning. Under mina litteraturstudier hittade jag en inlärningsmodell som kallas för ”apprenticeship model” som kunde översättas med lärlingsmodellen. Eftersom forskarutbildningen och forskning egentligen bygger på en sådan modell, är det kanske inte så förvånansvärt att jag byggde in element av denna i mitt eget arbete. Boekaert (2001) beskriver en ”kognitiv lärlingsmodell” för lärandet som består av sex steg: 1. Eleverna observerar först en expert 2. De imiterar och modellerar det förväntade utförandet 3. De får stödförslag och feedback på modellen 4. Eleverna bygger upp konceptuella stödstrukturer och utför så mycket av uppgiften som möjligt. Stödet avtar när eleverna blir erfarnare. 5. Eleverna ombeds uttrycka sin kunskap och reflektera över sin förståelse. 6. Uppmuntran att undersöka nya vägar för hur den nya erfarenheten kan användas. Jag har använd mig av strategin att ge exempel där jag visar hur jag tänker, så att eleverna kan använda detta som modell när de konstruerar sina egna försök. Genom att göra mitt eget tänkande synligt och att jag påminner om vad man ska tänka på, ska eleven blir medveten om sina egna tankeprocesser. Det är viktigt att jobba med frågor och uppmuntra eleven att ställa sina egna frågor. Att ställa frågor är en effektiv strategi för att underlätta konstruktion av nu kunskap. Jag har försökt att integrera diskussionsfrågor i kompendiet som flaggar för kritiska förståelsemoment. Dessutom finns det fler diskussionsfrågor i anslutning till varjekapitel, som ska främja högkvalitativa diskussioner mellan eleverna. Repetitionsfrågor kan användas av eleverna för att kontrollera sina egna bakgrundskunskaper. Det är viktigt att eleven blir medveten om vad de vet för att kunna använda sitt kunnande i den nya inlärningssituationen. Om eleverna ska kunna jobba med en krävande uppgift, och ska kunna nå målet att själva konstruera egna experiment, så krävs det väldefinierade arbetssteg med tydliga delmål och respons från lärarens sida. Ju mera självständigt eleverna ska jobba med kompendiet, desto viktigare blir feedback från lärarens sida. Man kan koppla detta till Vygotskyis (1978) begrepp om ”närmaste utvecklingszonen” som också använder sig av ”peer learning”, ”kompisinlärning” för att främja elevens kognitiva utveckling. Gruppmedlemmarna blir alltså viktiga för att stöda andra elever att nå kognitiv avancerade lärandemål. Undervisning av metastrategiska kunskaper1 har visat sig speciellt viktigt för lågpresterande elever (Zohar & Peled, 2007)
3.3.2.
Varför använde jag mig av blodsockermätningar?
Blodsockermätningar som experimentell metod är enkla att genomföra. Det är en relativt snabb och pålitlig metod, där man får sina mätresultat omedelbart. Dessutom är den rätt användarvänlig för den har utvecklats speciellt för hemmabruk. Mätningarna kan även genomföras hemma, om så önskas. Läraren behöver inte lägga in så mycket tid för att lära ut metoden, och fokus kan därför helt läggas på försöksplanering. Jag anser att användningen av en enkel försöksmetod är förutsättningen för en lyckad integrering av försöksplanering i undervisningen. Mätresultat är intuitivt enkla att förstå, speciellt när de framställs i en grafisk form, även om tolkningen kan blir rätt så krävande. Dessutom finns det många möjligheter att anpassa materialet så att den kan anknytas till elevernas eget intresse. Man kan t.ex. anknyta till glykemiskt index GI, som har diskuterats mycket i medierna, och som ofta är dåligt förstått. Kursinnehåll kan även användas i samband med en undersökning av dietbeteende. Det finns dessutom många möjligheter att anknyta till frågor om mat och hälsa, idrottsnutrition, uthållighet, och folksjukdomar som övervikt och diabetes. Kolhydrat‐ och insulinmetabolism kan vara både spännande och relevant för en biologi B kurs. Man kan också anpassa svårighetsgraden av undersökningen, och tidsbehovet efter yttre omständigheter och elevernas intresse. Kurskompendiet ger olika förslag till undersökningar för att väcka elevernas nyfikenhet och stimulerar till utvecklandet av egna idéer och försöksfrågor. 1 Med metastrategisk kunskap menas generell kunskap om kognitiva procedurer som utgör strategiskt tänkande som t.ex. konstruera bra argument, analysera kausala samband, testa hypoteser, identifiera underliggande antaganden och dra slutsatser.Förslag som görs inom kompendiet kan tas som utgångspunkt för enklare frågeställningar t.ex. när tidsramen är begränsad, eller för att stöda elever som har svårt att utveckla egna undersökningsfrågor.
3.4.
Val av område och kursanknytning
Kompendiet skrevs som underlag för en biologi breddningskurs inom gymnasieskolan. Undervisningsmaterialet lämpar sig också väl för kursen biologi B och även inom kursen naturkunskap B. Speciellt inom kärnämnet naturkunskap betonas aspekter och målsättningar som kan sammanfattas under begreppet ”naturvetenskap som allmänbildning” och NOS. Den betonar vikten av en naturvetenskaplig utbildning för alla och vikten av förståelsen av den vetenskapliga metoden (Skolverket, 2000): Dagens samhälle är i hög grad baserat på naturvetenskap och teknik. Därför har den enskilde behov av kunskaper i naturvetenskap både som individ och samhällsmedborgare. Ämnet syftar också till förståelse av naturvetenskapens arbetssätt och resultat. Betygskriterierna för MVG i för t.ex. naturkunskap B visar också att målsättningar kan direkt kopplas till kunskap om den vetenskapliga metoden och därmed om NOS (Skolverket, 2000). Eleven tillämpar ett naturvetenskapligt arbetssätt, planerar och genomför undersökande uppgifter, tolkar resultaten och värderar kritiskt slutsatsernas giltighet och rimlighet. Eleven tillämpar ett naturvetenskapligt arbetssätt, tolkar resultat och värderar slutsatsers giltighet och rimlighet utifrån teorier och ställda hypoteser. Biologikurser tillhör inte kärnämneskurser, men är valbara i vissa program och kan räknas till mera studieförberedande kurser. Därför betonas mera vikten av experimentellt arbete och den vetenskapliga metoden. Under ”Ämnets karaktär och uppbyggnad” beskrivs syfte av biologundervisningen (Skolverket, 2000): Vid studiet av biologi får eleven möjlighet att studera, beskriva och analysera företeelser i sin omvärld. I såväl laboratoriet som i fält ges tillfälle att självständigt formulera frågor, planera och genomföra undersökningar med insamling, bearbetning samt tolkning av mätdata och observationer. Utbildningen i biologi ger goda möjligheter att utveckla ett naturvetenskapligt tänkande samt att öva ett naturvetenskapligt arbetssätt. Experimentering anses som en självklar del av undervisningen i biologin och det krävs i kursplanen att eleven ska erbjudas tillfälle att arbeta självständigt, utveckla naturvetenskapligt tänkande samt att öva ett naturvetenskapligt arbetssätt. Dessutom skall det ges ”goda” möjligheter till detta, som innebär att tillfälle bör ges inte bara några enstaka gånger. Det finns alltså goda skäl att se autentiska experiment som en viktig del av undervisningen om grundläggande målsättningar ska eftersträvas. Det återspeglasockså i ”målen att sträva efter”. Skolan skall i sin undervisning i biologi sträva efter att eleven (Skolverket, 2000): • utvecklar sin nyfikenhet och förmåga att utforska biologiska fenomen i sin omvärld och sin förmåga att från olika källor söka biologisk kunskap och kritiskt värdera denna, • utvecklar sin förmåga att arbeta experimentellt och i fält för att öka sin förtrogenhet med biologisk kunskapsbildning, • utvecklar sin förmåga att formulera och förstå biologiska frågeställningar samt att söka förklaringar med naturvetenskapliga metoder, • utvecklar sin förmåga att använda biologiska teorier och modeller samt att bedöma deras giltighet och begränsningar, Målen som undervisningssekvensen försöker uppnå är därmed väl förankrade i kursplanen för Naturkunskap A och B, biologi B och breddning. Skolan ska sträva efter att ge eleverna möjlighet att på ett djupare sätt blir förtrogna med den vetenskapliga arbetsprocessen. Kursplanen föreskriver att tillfällen ska ges till elever att utveckla sådana färdigheter. Införandet av autentiska experiment fyller därmed en viktig funktion för uppnående av viktiga kursmål. Ämnesmässigt kan kursen anknytas till målet: ha kunskap om reglering och samspel mellan människans organsystem. Ämnesspecialisering i biologi breddning lämnar stort utrymme för ämnesanknytning. Naturkunskap B som är valbar i alla program blir lämplig när man sätter materialet in i ett sammanhang som betonar frågor om mat och hälsa. Materialet kunde även tänkas användas inom näringsläran, speciellt som projektarbete med utgångspunkt i en relevant frågeställning. Begränsningen är att kursen i näringslära egentligen inte omfattar krav på experimentellt arbete.
4.
Diskussion
Resultaten av internationella studier som TIMMS (The Trends in International Mathematics and Science Study) och PISA (Programme for International Student Assessment) har i många länder närmast utlöst ett nationellt trauma (för en diskussion ser t.ex. Sjøberg, 2005; Helldén och medarbetare, 2005). Också nationella utvärderingar bekräftar bristande måluppfyllelse. Nationella utvärderingar inom grundskolan drar slutsatsen att elevernas begreppsbildning inom naturvetenskap är otillfredsställande (Skolverket, 1995) Skolverkets rapport nr. 96 (Skolverket, 1996) kommer fram till att bara en tiondedel av alla gymnasieelever visar kritiskt tänkande. Dessa resultat präglar den offentliga diskussionen om skolan och påverkar även policybeslut i rätt så stor utsträckning. Det är dock mindre klart vilka målsättningar för naturvetenskapligutbildning som speciellt de internationella undersökningarna syftar till. Faran består i att kunskapsmålen tas över okritiskt utan att lyfta frågan om syftet tillräckligt tydligt, och sedan låter man dessa resultat styra skoldebatten. Lika oönskat är det att nöja sig med standardsvar som refererar till någon form av auktoritet (Sjöberg, 2005) eller att låta läroböcker bestämma innehållet, och därmed osynligt och implicit bestämma syftet av naturvetenskaplig utbildning. Vetenskapens kunskapsutveckling exploderar och gör det praktiskt omöjligt även för experter att följa den mest fundamentala utvecklingen på olika naturvetenskapliga områden. Klyftan mellan ”skolvetenskap”, dvs. den kunskap som förmedlas inom undervisningen och autentisk vetenskap dvs. det som Sjøberg betecknar som ”science in the making” blir bara större (2005, s.87). En målsättning för naturvetenskaplig allmänbildning är att vi som medborgare ska kunna delta i samhälleliga debatter om olika områden som involverar naturvetenskaplig kunskap, och utvärdera ”meriter” av olika vetenskapliga påståenden. Detta låter som ett bra mål, men jag skulle vilja ifrågasätta hur realistisk en sådan målsättning egentligen är. För det första krävs det vanligtvis rätt så djupa ämneskunskaper i en viss domän innan man börjar förstå den. För det andra krävs djupa metodkunskaper och expertkunnande för att verkligen kunna utvärdera kvaliteten av vetenskapliga påståenden. Annars kan man faktiskt inte bedöma om resultaten som visas verkligen stöder de slutsatser som görs. Det är därför vi har peer review inom den naturvetenskapliga forskningen. Även med en bra allmän bakgrund inom naturvetenskap kan man knappast verkligen uttala sig över den vetenskapliga kvaliteten av en specifik studie. Man kan däremot använda sig av indirekta metoder och t.ex. få en uppfattning hur stort det rådande konsensus är för en viss fråga och försöka få fram de kritiska frågeställningarna som aktuellt diskuteras inom ett visst fält. Slutsatsen man kan dra är att man utöver solida kunskaper också måste ha en idé om den vetenskapliga processen, speciellt för att inse vad man kan förstå och vad som faktiskt ligger utanför ens egna möjligheter till förståelse. Det är också därför förståelsen av NOS är en abstrakt konstruktion som inte egentligen kan uppnås, varken inom skolan eller utanför skolan i expertvärlden. Vilken kunskap och vilken bild av den vetenskapliga processen ska då skolan förmedla? Biologin idag lärs ut i en hierarkiskt uppbyggd, auktoritär sanningsförmedlande struktur, som förmedlar ”sanna” kunskaper och därmed själv lär ut en helt missvisande bild om den vetenskapliga processen. Det finns ett fokus på faktakunskaper som slutprodukt av den vetenskapliga processen vilka uppnår status av sanningar ju längre forskningen pågår. Finns det en möjlighet att integrera autentisk vetenskap i skolan? Det finns som sagt tydliga begränsningar vad skolan kan göra för att förmedla ”autentisk” vetenskap. Därmed blir det viktigare att fokusera på mål vi vill uppnå och också förstå begränsningarna av det vi kan uppnå inom skolan. Det är egentligen inte förvånansvärt att det lätt blir fel i skolan, för det finns verkligen inga lätta, självklara lösningar för situationen. Det finns en bred konsensus i litteraturen att explicit inkluderande av aspekter av NOS är viktigt om elever inte ska lämna skolan med naiva idéer om NOS. Förståelse av den vetenskapliga processen och metoden har beskrivits som viktig del av NOS (Kemp, 2000; Stanley & Brickhouse, 2001). När Delphistudien (Osborne och medarbetare,
