Examensarbete
10 poäng
Naturvetenskaplig energiundervisning i
strävan mot en hållbar utveckling
Teaching energy for sustainable development
Alexandra Ekstrandh
Pernilla Lind
Malmö högskola
Lärarutbildningen
SOL
Lärarutbildningen 60 poäng Höstterminen 2005Examinator: Jan Härdig
SAMMANFATTNING
Ekstrandh, Alexandra & Lind, Pernilla (2005). Naturvetenskaplig energiundervisning i
strävan mot en hållbar utveckling. (Teaching energy for sustainable development).
Skolutveckling och ledarskap. Lärarutbildningen, Malmö Högskola.
Vi ville förändra skolans energiundervisning så att den bättre skulle bemöta både elevernas svårigheter inom energiområdet och de önskemål eleverna har om undervisning i dagens skola. Dessutom har vårt arbete präglats av hållbar utveckling. Vi valde att arbeta med undervisningssekvenser där vi designat och motiverat sekvenserna utifrån ämnesdidaktisk forskning, beprövad erfarenhet om elevers attityder och förståelse kring naturvetenskap samt hur man genom undervisning kan få elever att nå en mer vetenskaplig förståelse. Samtidigt har vi försökt att utgå från elevernas önskemål genom att göra en varierad och intresseväckande undervisning med icke-traditionella metodinslag eftersom det i återkommande utvärderingar påpekas att elevernas intresse för naturvetenskap sjunker och att detta beror på svalnande intresse p.g.a. otidsenliga läromedel och undervisningsmetoder.
Nyckelord: energi, undervisningssekvenser, hållbar utveckling, naturvetenskap, vardagsföreställningar, elevintresse och elevattityder
Alexandra Ekstrandh Pernilla Lind Handledare: Margareta Ekborg Tre Högars väg 56 B Ekvägen 2 Examinator: Jan Härdig
Tack till…
Våra respektive familjer
Stefan Lind för att du hjälp oss med språk och sammanhang
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
INLEDNING...7
Syfte och problemställning... 7
Avgränsningar...8
Examensarbetets upplägg och metod ...8
TEORETISK BAKGRUND...9
Attityder kring naturvetenskaplig undervisning... 9
Varför undervisa i naturvetenskap?... 10
Varför energiundervisning?... 12
Elevernas vardagsföreställningar och förståelse av begrepp inom energiområdet ... 13
Visioner om energiundervisning...16 Elevintresse... 16 Begreppsförståelse... 17 Hållbar utveckling...19 Vår ambition... 20 UNDERVISNINGSSEKVENSER...22 Allmänt om energibegreppet ...22
Energiformer och energiomvandlingar... 24
Energikällor...26
Energikedjor och förståelse kring jordens energiflöde... 28
Energibesparingsåtgärder...29
Energi i miljö- och samhällsperspektiv...30
SLUTDISKUSSION...34
INLEDNING
Vårt tidevarv präglas av klimatförändringar. Dagligen ser vi hur naturkatastrofer förändrar vår värld. Är det inte orkaner i USA så är det översvämningar i Asien. Vi har varit vana vid att endast uppleva detta via massmedia. Men nu är det närmre oss än tidigare. 2005 inleddes med den värsta stormen i Sveriges historia och den gångna hösten har varit varmare än på mycket länge. Dessutom gick det den 25 november att läsa följande i Sydsvenskan; Risk för elbrist
om vintern blir kall. Vi reagerade på den minimala debatt som följde efter elbranschens
uttalande och tycker det är konstigt att gemene man faktiskt accepterar detta läge.
Påverkade av dessa aktuella händelser inleddes vår process. Sedan tidigare var vi inspirerade över att arbeta i andan av hållbar utveckling. Målet blev att finna ett område som dels berörde miljö och hållbar utveckling och dels gick att applicera i skolans värld, varpå valet föll på energi eftersom morgondagens energiförsörjning måste tryggas. Samtidigt som massmedia dagligen belyser energifrågor och nya förnyelsebara energikällor tas fram, kommer rapporter om hur dagens skolelever finner energiområdet som svårt och abstrakt samt den naturvetenskapliga undervisningen som tråkig och otidsenlig. Detta kan vara en bidragande orsak till varför antalet sökanden till gymnasieskolans naturvetenskapliga program minskar. Vi anser inte att detta kan accepteras eftersom det är viktigt att alla människor får en grundläggande naturvetenskaplig grund för att kunna tjäna som medborgare i ett demokratiskt samhälle. Ingen vill ha beslutsfattare som i demokratisk ordning engagerat tar ställning i olika frågor utan att ha specifika kunskaper om frågornas innehåll.
Syfte och problemställning
Det är viktigt att eleverna förstår energibegreppet eftersom det i hög grad kan anknytas till miljö och hållbar utveckling. Syftet med vårt examensarbete är därför att finna sammanhang som dels belyser energibegreppets svårigheter och dels inspirerar eleverna till att lära sig mer naturvetenskap och verka för hållbar utveckling. Vi kommer att arbeta med följande problemställningar:
Hur kan undervisningen se ut för att skapa ökat elevintresse för energiområdet och därmed också naturvetenskapen?
Hur kan vi öka förståelsen för begrepp inom energiområdet?
Avgränsningar
I detta examensarbete väljer vi att arbeta med energi men förutsätter att eleverna har vissa grundläggande kunskaper om exempelvis elektricitet, fotosyntes, magnetism, strålning och värme. Något bedömningsunderlag kommer inte att plockas fram. Detta digra arbete lämnar vi till respektive lärare. Vidare har vi valt att fokusera på elever i grundskolans sista år.
Malmö högskola har tre perspektiv, genus, etnicitet och miljö. Detta examensarbete har en påtaglig ansats i miljöperspektivet eftersom energi har en naturlig koppling till miljö. Genom detta perspektiv finns möjlighet att fokusera på begreppet hållbar utveckling, vilket vi också kommer att göra. Genusperspektivet kommer att tangeras vid kartläggning av elevernas attityder till den naturvetenskapliga undervisningen, men vi bygger inte vårt arbete på detta.
Examensarbetets upplägg och metod
Vi har valt att jobba med undervisningssekvenser enligt en process beskriven av Wallin (2004). Hon har i sin tur inspirerats av Leach & Scott (2002) som menar att elevernas lärande av naturvetenskapliga begrepp kan förbättras genom implementering av forskningsbaserade undervisningssekvenser. Resultatet kan beskrivas på flertalet sätt t.ex. en serie lektioner, ett utarbetat exempel eller en ämnesdidaktisk lärarhandledning. Wallin (2004) genomförde en serie sammanhängande lektioner och inledde sitt arbete med undervisningssekvenser enligt en
utformningsfas som syftar till att utveckla elevernas förståelse. I denna fas görs en detaljerad
analys av undervisningens innehåll baserad på forskning och beprövad erfarenhet varefter mål formuleras. I den sista processfasen, utprövningsfasen, utför hon sedan undervisningssekvenserna i skolan med efterföljande utvärdering av målen.
I vårt examensarbete, som främst är en litteraturstudie, har vi fokuserat på utformningsfasen och designat undervisningssekvenser för energiområdet. Utprövningsfasen är inte genomförd. Inom utformningsfasen har vi tagit hänsyn till tidigare forskning om elevers attityder kring naturorienterad undervisning, läroplan och kursplaner, elevernas vardagsföreställningar och förståelse av begrepp inom energiområdet i syfte att förbättra lärandet. Vi har plockat de s.k. ”godbitarna” från våra och andras erfarenheter, ambitioner och drömmar samt tagit idéer från energibranschen om hur skolans undervisning kan göras mer elevtilltalande. Inget sammanhängande lektionskoncept kommer att presenteras utan de delar vi valt att fokusera är istället mycket väl utarbetade och därför väljer vi att benämna respektive moment för en undervisningssekvens.
TEORETISK BAKGRUND
Attityder kring naturvetenskaplig undervisning
Ungdomars intresse att välja naturvetenskapliga och tekniska gymnasieprogram har under de senaste åren stadigt minskat och hösten 2003 valde endast 16 % av årskullen att påbörja naturvetenskaplig/teknisk gymnasieutbildning (Helldén et al, 2005). I och med denna nedgång har det de senaste åren blivit allt svårare att fylla utbildningsplatserna inom många naturvetenskapliga och tekniska vidareutbildningar på högskola och universitet. Samtidigt som ungdomarnas intresse för naturvetenskaplig vidareutbildning minskar har forskningsintresset för elevers attityder till naturvetenskap ökat de senaste tio åren. 1995 och 2003 genomfördes de internationella undersökningarna Third International Mathematics and
Science Study (TIMSS) i årskurs 7 och 8 (Skolverket, 1996 och Skolverket, 2004). Resultaten
visar att över hälften av eleverna tycker att naturvetenskap och teknik är både intressant och viktigt. Flickor anser att biologi är både lättast och roligast, medan pojkar föredrar fysik. Vad gäller kemi anser både flickor och pojkar det som minst roligt och svårast. Lindahl (2003) kommer till liknande slutsats i sin avhandling men här poängterar eleverna att naturvetenskap och teknik inte är intressanta i samma utsträckning som andra skolämnen. Hon skriver vidare att eleverna sällan förstår meningen med att lära ett visst innehåll, göra en laboration eller vilken betydelse detta har i andra sammanhang och i deras egna liv.
I och med problemet med ungdomars avtagande intresse att välja en naturvetenskaplig karriär har en handlingsplan tagits fram inom EU. Denna benämns Science and Society (2004) och syftar till att försöka öka intresset för naturvetenskap. Sverige har under en tioårsperiod satsat miljoner kronor i projektet NOT-lyftet som syftar till att öka ungdomars intresse för naturvetenskap och teknik (Andersson et al, 2005a). Attitydundersökningen som gjorts i NOT-lyftet visar på ett lågt intresse och svalnande attityder gentemot undervisningen i naturvetenskap och teknik i dagens skola. Eleverna påpekar att läromedel och undervisningsmetoder är otidsenliga och ser inte någon naturlig koppling till de egna referensramarna. Detta är förenligt med det resultat som Lindahl (2003) presenterar i sin avhandling. Här önskar sig eleverna en större variation av undervisningen samtidigt som de vill ha ökade möjligheter att få inflytande över sitt eget lärande. Lindahl poängterar att det krävs att eleverna får en positiv upplevelse av naturvetenskap mycket tidigare i skolan men även under hela skoltiden.
I ett pågående internationellt projekt, The Relevance of Science Education (ROSE) med Svein Sjøberg som initiativtagare, har ett frågeformulär utvecklats som skall besvaras av 15-åringar i mer än 40 länder världen över. Syftet med ROSE är inte att testa elevers kunskaper utan att öppna upp för en diskussion om kulturella skillnader och belysa relevansen av naturvetenskaplig och teknisk utbildning i olika sammanhang. Sjøberg (2005) beskriver en del av de resultat som framkommit av ROSE-projektet. Eleverna är i huvudsak positiva till vetenskapens och teknologins betydelse för samhället som helhet. De är dock inte särskilt nöjda med den naturvetenskapliga undervisningen de fått i skolan och upplever de naturvetenskapliga ämnena som svåra. I de flesta länder tycker eleverna, och framför allt flickorna, sämre om naturvetenskapliga ämnen än om andra ämnen och de är mycket negativa till att lära sig mer i naturvetenskap. Endast ett fåtal elever kan tänka sig arbeta med forskning eller teknik. Flickor i alla länder tycker det är mycket viktigt att jobba med människor medan pojkar är orienterade mot ting. Den naturvetenskapliga undervisningen har knappast gjort att eleverna fått upp ögonen för nya och spännande yrken och eleverna tror inte heller att kunskaper i dessa ämnen kommer att förbättra deras arbetsmöjligheter. De naturvetenskapliga ämnena verkar ha försummat chansen att utveckla elevernas kritiska sinne. Ämnena har heller inte medfört att eleverna uppskattar naturen mer, och de har i liten grad fått lära sig vilken betydelse naturvetenskaperna har för vårt levnadssätt.
När elever i grundskolans åk 5, 9 och gymnasiets år 3 fick i uppgift att välja mellan vanliga bananer och dyrare kravmärkta bananer så valde 2/3 av eleverna den vanliga bananen och 1/3 den kravodlade (Andersson et al, 1999). Det förkom två typer av argumentation vid elevernas ställningstagande, den ena stödde enbart valet av banan och den andra uttryckte ett dilemma. Den senare typen av argumentation ökade märkbart med skolåren (55 % för år 3 på gymnasiet). Hos ett fåtal elever i åk 5 och 9 och hos en fjärdedel av eleverna i gymnasiets tredje år förekom spontant kritiskt tänkande.
Varför undervisa i naturvetenskap?
Syftet med den naturvetenskapliga undervisningen i skolan är att göra naturvetenskapens resultat och arbetssätt tillgängliga för eleverna (Lpo-94) eftersom naturvetenskapen finns överallt omkring oss. I Lpo-94 finns ett flertal strävansmål definierade. För de naturorienterade ämnena gäller att eleven
utvecklar sin förmåga att se hur den mänskliga kulturen påverkar och omformar naturen, utvecklar omsorg om naturen och ansvar vid dess nyttjande, utvecklar förmåga att använda naturvetenskapliga kunskaper och erfarenheter för att stödja sina ställningstaganden, utvecklar ett kritiskt och konstruktivt förhållningssätt till egna och andras resonemang med respekt och lyhördhet för andras ställningstaganden.
I dagens samhälle och därmed också i elevernas återkommande vardag sker ständiga förändringar som tjänar till att utveckla världen, i riktning mot en hållbar utveckling vilket också poängteras i den gemensamma kursplanen för naturorienterade ämnen. Begreppet hållbar utveckling innebär en bred och sammanhängande beskrivning där ekologiska, ekonomiska och sociala frågor ingår och samverkar med varandra (Myndigheten för skolutveckling, 2004). Förutom att det står klart att våra val påverkar kommande generationer har medvetenheten ökat om att miljö- och samhällsfrågor har en lokal, regional och global dimension. Hållbar utveckling har definierats på flera sätt, men en i litteraturen vanligt förekommande är den i Brundtlandrapporten (World Commission on Environmental and Development, 1987, s 43).
En hållbar utveckling tillfredställer dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillfredställa sina behov.
Den pedagogiska verksamheten behöver därför utformas så att eleven får möjlighet att ta reda på, förstå och kritiskt granska olika uppfattningar, bakomliggande motiv och intressen (Myndigheten för skolutveckling, 2004). Dessutom behöver eleven ges möjlighet att bli varse sina egna livsstilsval och bakomliggande värderingar. Intentionen är en demokratisk medborgare som kan agera på ett aktivt sätt i såväl politiska, mänskliga som yrkesmässiga sammanhang. För att uppfylla dessa högt ställda krav, förutsätts att individen förstår betydelsen av relationer mellan människa, natur, samhälle (där demokratiska, ekonomiska, kulturella och sociala perspektiv ingår) och teknik (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996, Millar, 1996 och Myndigheten för skolutveckling, 2004). Det är viktigt att förståelsen både har sin grund i en naturvetenskaplig och i en samhällsvetenskaplig dimension eftersom vi inte vill ha elever som t.ex. i demokratisk ordning engagerat tar ställning i olika frågor utan att ha några speciella kunskaper om frågornas innehåll (Andersson, 2005).
I den senaste nationella utvärderingen av den naturorienterade undervisningen i grundskolan (Andersson, 2005, s 18) poängteras också den naturvetenskapliga undervisningens betydelse:
Ingen skulle då ha naturvetenskapliga begrepp om t.ex. energi, ström, spänning, elektriska och magnetiska fält, atomer, molekyler, kemiska reaktioner, DNA och mycket annat, vilket i sin tur skulle leda till att det moderna samhälle som vi känner obevekligt vittrade sönder.
Det handlar om naturvetenskapens karaktär likt den beskrivs i respektive NO-ämnes kursplan där det återfinns tre aspekter; nämligen kunskap om natur och människa, kunskap om naturvetenskaplig verksamhet samt förmågan att använda sig av dessa kunskaper för att ta ställning i värdefrågor, exempelvis miljö- och hälsofrågor. Vidare handlar det om att kritiskt kunna granska fakta för att bli varse den mångfald av värderingar, kunskaper och sociala strukturer som finns i världen samt om förhållandet att inse konsekvenser av olika alternativ (Andersson et al, 1999 och Myndigheten för skolutveckling, 2004). Genom det kritiska tänkandet kan man också få klarhet över vad man själv anser och vill, och härigenom stimuleras till att försöka påverka förhållanden i nuet så att framtiden blir bättre.
Varför energiundervisning?
Ovan har vi belyst varför den naturvetenskapliga undervisningen skall vara beständig i den moderna skolan. En tydlig motivering är den kunskap som morgondagens medborgare måste ha för att kunna agera i riktning mot ett hållbart samhälle. Stakston (2005) påpekar att bland alla de frågor som berör framtiden och strävan mot en hållbar utveckling återfinns många frågor rörande energi. I och med detta bör också morgondagens medborgare ha betydande kunskaper om energi. I den naturvetenskapliga fakulteten är det främst inom fysiken som energiområdet är specificerat. I uppnåendemålen i kursplanen för fysik (1994) står det att eleven skall
ha kunskap om energins flöde genom olika naturliga och tekniska system på jorden, kunna använda sina kunskaper om naturen, människan och hennes verksamhet som argument för ståndpunkter i frågor om miljö, hälsa och samlevnad, kunna exemplifiera hur naturvetenskapen kan användas för att skapa bättre livsvillkor men också hur den kan missbrukas, ha inblick i konsekvenserna av olika etiska ställningstaganden i miljöfrågor.
Ett av strävansmålen (kursplan för fysik) i grundskolans fysikundervisning är att eleven
utvecklar kunskap om energi och energiformer, energiomvandlingar och energikvalitet samt samhällets energiförsörjning, utvecklar sin förmåga att göra kvantitativa, kvalitativa och etiska bedömningar av konsekvenser av mänsklig verksamhet och olika tekniska konstruktioner från miljö-, energi- och resurssynpunkt, utvecklar sin förmåga att använda fysikkunskaper samt etiska och estetiska argument i diskussioner om konsekvenser av fysikens tillämpningar i samhället.
Elevernas vardagsföreställningar och förståelse av begrepp inom
energiområdet
Begrepp kan sägas vara byggstenar i naturvetenskapens tankevärld (Sjøberg, 2000). Dessa begrepp sammanfattar och organiserar vår kunskap till en meningsskapande uppfattning om världen och naturen (Ekstig, 2002). Varje människa gör sin egen tolkning av begrepp genom erfarenheter och utveckling. Dessa vardagsbegrepp är inte alltid naturvetenskapligt sanna (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996).
I detta avsnitt kommer vi att redovisa resultatet från de nationella utvärderingar som Skolverket gjort av den naturvetenskapliga undervisningen i grundskolan 1992 (NU-92), 1995 (UG-95), 1998 (US-98) och 2003 (NU-03) (Andersson et al, 1995, Andersson et al, 1999 och Andersson et al, 2005b). 1992, 1995 och 2003 har fokuseringen legat på elevernas förmåga att använda naturvetenskapliga begrepp och modeller. Den sistnämnda utvärderingen bygger, med vissa justeringar, på återanvändning av provuppgifter och enkätfrågor från 1992 och 1995. 1998 genomfördes en nationell utvärdering av läroplanernas mål, där ett av delprojekten var att kartlägga elevers förståelse av hur naturvetenskap, teknik och samhälle hänger ihop.
Resultatet av de fyra utvärderingarna sammanfattas i nedanstående citat
Trots styrdokumentens ökade betoning på förståelsekunskap har elevernas begreppsförståelse i naturorienterade ämnen inte förbättrats sedan mätningarna 1992 och 1995. I biologi är resultaten oförändrade, i fysik syns en svag nedgång och i kemi har resultaten försämrats med i genomsnitt hela tio procentenheter (NU-03, s 38).
Vi har valt att mestadels redogöra för resultatet i UG-95 eftersom vi anser att den är mest detaljrik och samtidigt baseras den nyaste utvärderingen (NU-03) på denna. I en del av utvärderingen i UG-95 har Andersson et al genomfört en undersökning av elevers förståelse kring energibegreppet. I denna utvärdering (UG-95) framkommer också en bild över elevernas vardagsföreställningar kring samma begrepp.
Det är påtagligt att många elever i situationer, såväl med människa som med ett icke levande system, när det gäller energi tenderar att fokusera på människan. Två, för naturvetaren, olika betydelser av ordet energi har kunnat urskiljas utifrån den mänskliga fokuseringen. Den första är beskrivande för hur man mår och känner sig och här anser eleverna att de får energi genom att sova, motionera och äta. Oroväckande är att 62 % av eleverna tror att man får energi genom att dricka vatten, vilket faktiskt inte är sant. Den andra
betydelsen är förknippad med ansträngning, där eleverna anser att det går åt energi när man motionerar eller rör på sig. Vanliga kommentarer är att ”jag är pigg eftersom jag är full av energi” samt ”jag orkar inte längre eftersom min energi är slut”. Några elever tror att energi först uppstår när det händer något eller framhåller att när det inte händer något så finns det ingen energi. Andra elever säger att energi endast uppstår vid förbränning. Samtidigt finns det också ett fåtal elever som endast förknippar energi med icke levande system. Dessa elever tror att energi endast är någonting som förekommer i elektricitet och annat icke levande som avhandlas i skolans fysikundervisning.
I NU-03 behandlade en flervalsfråga elevernas kunskaper om när koldioxid bildas. Resultat visar att de flesta elever vet att koldioxid bildas vid förbränning av bränsle i en bil och när ved brinner. Dock är det inte lika många som vet att det också bildas koldioxid när olja brinner eller när en människa omsätter energi. Det är också påtagligt i utvärderingarna att eleverna uppfattar koldioxid som en ”ond” växthusgas och inte som en nödvändighet för livet på jorden.
Överlag finner eleverna det svårt med de olika sorternas energi. Var femte elev besvarar inte frågan som behandlar lägesenergi, vilket beror på svårigheten att föreställa sig energi som en icke aktualiserad möjlighet. Detta betyder att eleverna har svårt att förstå lägesenergi eftersom det inte innebär aktivitet. Bland eleverna är det vanligt förekommande att lägesenergi inte är någon energi alls i vardagstänkandet. Det är lättast för eleverna att komma ihåg rörelseenergi eftersom energi är förknippat med aktivitet för många elever.
I UG-95 betonas också att eleverna inte kan peka ut en energibeskrivning, d.v.s. en konkret beskrivning av objekt och händelser. Speciellt besvärligt är det att starta i vardagsvärlden och därifrån ta steget till den vetenskapliga energivärlden. 77 % av eleverna vet inte att batteriet är ett energiförråd som minskas allt eftersom lampan lyser. Eftersom eleverna inte ser helheten är det påtagligt att de fokuserar på t.ex. ett delsystem. Precis som tidigare nämnt är det oftast människan snarare än hela systemet som fokuseras.
Ingen av eleverna kan använda energiprincipen explicit, men 8 % visar förståelse för energiprincipen men kan inte uttrycka sig. När lägesenergi omvandlas till någon annan form tolkar många elever detta som att energi uppstår eller produceras, vilket faktiskt är i direkt motsägelse till energiprincipen.
Vidare är det inte så många elever som kan följa energin stegvis. En komplexitet är att förstå jordens energiflöde, vilket är påtagligt eftersom en tredjedel av de tillfrågade eleverna inte besvarat frågan. Elever har svårt att förstå solens roll i fotosyntesen, men samtidigt länkar många elever den inkommande strålningen till vattnets kretslopp, vilket visar på en inledande
förståelse. Den enskilde eleven har i allmänhet inte särskilt utförlig och detaljerad kunskap om hur energiflödet från solen går vidare genom naturliga och tekniska kretslopp.
Överlag har eleverna svårt att förstå vad förnyelsebar energi är i och med att de har bristande omvärldsuppfattning av strålningen. I UG-95 betonas också att 33 % av eleverna inte kan ange en enda förnyelsebar energikälla. Detta betyder att eleverna inte kan härleda energikällorna till sina respektive ursprung. Åter igen är det inte många elever som ser solen som ursprungskällan till energin.
Ett positivt inslag i UG-95 är i alla fall att eleverna har ganska god förståelse över hur stort energibehov människan har och att det till största del tillgodoses av olja, kol och naturgas. I US-98 är detta resultat försämrat. 78 % av eleverna underskattar att människans energibehov till stor del tillgodoses av olja, kol och naturgas. Dock är 38 % av eleverna i alla fall medvetna om att det är mycket och väljer att kryssa i det näst högsta alternativet. Den markanta skillnaden i resultat beror till stor del på den ”snällare” bedömningen i UG-95.
Tre fjärdedelar av de tillfrågade eleverna överskattar kärnkraftens andel i världens energianvändning. De tror att minst 30 % av världens energianvändning består av kärnkraft. Det är endast två procent som gör ett riktigt konstaterande och påpekar att kärnkraft endast utgör en mindre andel. Vidare vet eleverna om att byggnationen av nya kärnkraftsanläggningar minskat markant de senaste 20 åren.
Vad gäller utläsandet av enheterna J och kWh klarar 78 % att utläsa Joule men endast 52 % klarar av kilowattimme.
När det gäller samhällets uppmaningar att spara energi anser hälften av de tillfrågade eleverna i US-98 att det viktigaste skälet är resurshushållning d.v.s. att vi skall spara på energiresurser och framförallt på de fossila eftersom dessa är ändliga. 34 % tror också att uppmaningen beror på ett miljöskäl, med en vanlig kommentar att ”det är bra för miljö/natur”. 24 % anser att uppmaningen handlar om ekonomiska skäl eftersom vi genom att minska vår energianvändning då också kan minska våra kostnader. 19 % svarade också att uppmaningen handlar om kärnkraft eftersom människan vill minska dessa risker. Uppmaningen om att spara energi bedöms av 3 % också behandla tekniska och social skäl i och med att vi ännu inte funnit ”rätt teknik”. Det handlar också, enligt två procent av eleverna om solidaritet framförallt gentemot u-länderna. I US-98 poängteras att det är bra att solidaritetsskälet finns med men det är önskvärt med ett högre elevdeltagande. Sju procent av de tillfrågade eleverna uppger att de inte känner till några skäl. En viktig belysningsfaktor är att 12 % av de tillfrågade eleverna inte ens besvarat frågan.
I US-98 gör en tredjedel av eleverna i årskurs 9 en koppling mellan energianvändning och miljöpåverkan. Dock är det endast ett fåtal elever som påpekar att utsläpp av koldioxid, svaveldioxid och kväveoxider kan minskas genom neddragning på användningen av fossila bränslen.
I utvärderingarna finns en uppgift som behandlar vad en familj kan göra för att spara energi. Frågan har ställts på olika sätt i utvärderingarna och därför är också resultatet varierande. I NU-92 kunde endast 7 % av de tillfrågade eleverna ge exempel på detta och i NU-03 är resultatet 4 %. Att spara energi på hemmaplan innebär ett mer personligt perspektiv på resultatet. I US-98 är de dominerande förslaget till energisparande att släcka lampor som inte behöver vara tända. I kontrast till de höga procenttalen för el är resultatet betydligt lägre för andra vanligen förekommande sparåtgärder, t.ex. tror endast 18 % att man sparar energi genom att minska på varmvattenanvändningen och 22 % på att minska bostadsvärmen. En anmärkningsvärd förändring, mellan 1995 och 1998, är att andelen elever som anser att minskade transporter ger upphov till ett energisparande ökat markant, från 6 till 22 %.
Både i UG-95 och i US-98 understryks betydelsen av att undervisningen behöver reda ut detaljer i energiflödet genom bostaden så att eleven blir medveten om de många delar som faktiskt ingår. Hälften av eleverna vet vilka elapparater i hemmet som drar mycket respektive lite energi. Endast 45 % kan beräkna dygnskostnader för elapparater i hemmet trots att de fått uppgifter om både förbrukning och dess kostnader.
I UG-03 belyses också elevernas svårighet att integrera kunskap från olika ämnen. Det konstateras att elevernas analyser av orsak och verkan när det gäller miljö- och naturkatastrofer ligger på samma låga nivå som i mätningarna 1992.
Visioner om energiundervisning
Elevintresse
För att utgå från elevernas intresseområden behöver undervisningen förändras mot betoning på allmänbildning med kommunikativa inslag samtidigt som eleverna har önskemål om variation och möjligheter till inflytande över det egna lärandet (Lindahl, 2003). Eleverna vill också att kunskapen ska vara användbar för att diskutera, argumentera och ta ställning till. Om eleverna inte ser vad de kan använda kunskapen till ser de heller inget behov av att lära sig det. Kanske skulle de se ett större behov och bli mer intresserade om de också fick använda kunskapen till att läsa och tolka tidningsartiklar samt att diskutera kontroversiella
frågor. Eftersom språk och argumentation är centralt i vetenskapen måste detta också förekomma i skolan för att eleverna skall få rätt uppfattning.
Följande drag som den naturvetenskapliga undervisningen måste ha för att vara intresseväckande kan dras ur data från ROSE-projektet, vilka bygger på både flickor och pojkars intressen och attityder i dagens samhälle (Sjøberg, 2005):
• betona den samhälleliga användningen av naturvetenskap och teknologi
• ta upp etiska aspekter av naturvetenskap och teknologi
• betona de naturvetenskapliga ämnenas estetiska aspekter
• gör dessa ämnen mindre abstrakta, teoretiska och rent intellektuella
• knyt dem till kropp, hälsa och biologiska förhållanden (flickors intresse för detta är starkare än pojkars)
• knyt dem till astronomi, modern teknik och fenomen som ännu inte är förklarade (pojkars intresse för detta är starkare än flickors)
• gör innehållet mer personorienterat, knyt det till människors behov och visa på olika värden av naturvetenskap och teknik
• visa de naturvetenskapliga ämnenas betydelse för det filosofiska tänkandet och för vår kultur
För att få variation i undervisningen kan man arbeta med det naturvetenskapliga innehållet på ett lustbetonat sätt t.ex. genom att arbeta med sånger, dikter, raps, sagor, rollspel, lekar och tävlingar (Ekborg & Ekborg, 1997). De laborativa momenten i undervisningen kan genomföras med flera frihetsgrader (Andersson, 1989). Då får eleverna endast en frågeställning och får därefter själva problematisera och förbereda/utföra experimentet (Watson, 2000). Detta blir ett test på elevernas förståelse.
Genom att ställa bra frågor kan elevernas tankeverksamhet utvecklas. Frågor som eleverna kan besvara med ja eller nej bör undvikas. Genom att använda sig av mer öppna frågor kan man få eleverna mer involverade och kreativa samt öka det kritiska tänkandet (Carin & Sund, 1985).
Begreppsförståelse
För att elevernas vardagsföreställningar skall förändras och förstås på ett naturvetenskapligt sätt måste de utmanas (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996). På så sätt kan eleverna upptäcka en ny begriplig teori/förklaring. Genom att dela in de naturvetenskapliga begreppen i
kategorier med ökad nivå av abstraktion kan medvetenheten öka om vilket språk som används i klassrummet (Wellington & Osborne, 2001). Förutsättningarna att lära sig någonting nytt är bättre om det finns många infallsvinklar. Dock handlar det inte om att vardagsförställningarna skall försvinna och ersättas med de naturvetenskapliga begreppsdefinitionerna. De vardagliga begreppen är anpassade till andra situationer än de naturvetenskapliga (Schoultz, 2002). I och med detta bör undervisningen i stället sträva efter att göra eleven medveten om att det finns två olika sätt att tänka, nämligen det vetenskapliga och det vardagliga. Författarna till UG-95 uppmanar läraren att hjälpa sina elever till att bygga upp det vetenskapliga tänkandet som ett separat system.
Andersson (2001) föreslår att de intuitiva begreppen energikälla, energimottagare, tecken på energiöverföring samt energikedja introduceras och används i 11-12-årsåldern. Läraren börjar helt enkelt använda orden i olika situationer. De använda begreppen refererar till något konkret - källa, mottagare och tecken. Idén om energiöverföring i kedjor anknyter till elevernas vardagsvärld genom att den bygger på deras erfarenheter om orsakskedjor. Han vill också medvetandegöra eleverna på kopplingen mellan en händelsebeskrivning och en energibeskrivning genom systematiska övningar. Kopplingen är en förutsättning för att energibeskrivningen skall vara begriplig. Enbart en energibeskrivning blir så att säga hängande i luften utan referens till verkligheten (Andersson et al, 1995). Vidare kan man också läsa följande (s 88)
Det är naturligtvis önskvärt att eleverna bygger upp ett generellt energibegrepp som innefattar såväl levande som icke levande system. Ett led i detta kan vara att i undervisningen göra eleven medveten om hans eller hennes naturliga benägenhet att koppla energi till det levande och ta detta som utgångspunkt för att gå vidare till andra typer av system utan att för den skull ge intryck av att energi bara gäller fysik. Alla lärare måste vara energilärare!
Millar (1996) konstaterar däremot att energibegreppet är alldeles för abstrakt upp till 16 års ålder. Genom att basera undervisningen på vardagsuppfattningar om energi, till lika bränsle, anser han att den kan bli bättre. Bränsle av allehanda slag används i processer och gör så att saker sker. Undervisningen bör fokusera på användbara idéer om bränsleanvändning och effektivitet.
För att förstå den komplexa värld vi lever i är det inte tillräckligt att lära eleverna naturvetenskapliga begrepp och teorier (Andersson, 2005). Genom att istället sätta samman kunskapsdelarna till mönster kan vi hjälpa eleverna att bättre orientera sig i omvärlden än vad renodlade ämnesteorier och begrepp eller olika vardagserfarenheter gör. För att skapa sammanhang mellan företeelser när det gäller människans energianvändning är det en fördel
om energiundervisningen kan utgå från ett grundmönster (Andersson, 2001). I detta grundmönster går det tydligt att se hur natur, teknik och samhälle hänger samman och hur den inkommande strålningsenergin och jordvärmen länkas till människan och samhället med hjälp av tekniska system. Hur detta sker beror på kunskaper, ekonomiska förhållanden, politiska beslut och på varje människas energibeteende. Utifrån det stora mönstret kan man sätta sig in i delsystem i energiflödet och reflektera över hur man kan uppnå förbättrad energiekonomi.
Andersson (2001) tycker också att det är önskvärt att eleverna har en god uppfattning om energiflödet genom en bostad och vad man kan göra för att minska det. Dessutom tycker han att eleverna behöver ha kunskap om energi- och materiaflödet genom en bilmotor då det finns ca en halv miljard bilar i bruk på jorden, ha insikter i vad resande betyder ur energi- och miljösynpunkt samt veta i vilka livsmedel fetter, kolhydrater och proteiner finns och att de tillsammans med syre ger oss energi. Dessutom kan andra energiaspekter på vår föda tas upp i undervisningen som t.ex. transport av livsmedel.
Begreppskartor är ett sätt för eleverna att få struktur genom att jobba med begrepp och deras relation till varandra (Strömdahl, 2002). Begreppen kan med fördel skrivas på klisterlappar så att de lätt kan flyttas. Med ord och linjer mellan begreppen tydliggörs relationer.
Hållbar utveckling
I strävan mot en hållbar utveckling har de didaktiska frågorna en central roll (SOU, 2004 och Skolverket, 2002) eftersom en integrering ökar det holistiska perspektivet på undervisningen. Intentionen är att utbildningen ska leda till att kunskap och demokratisk kompetens utvecklas samt att eleven utvecklar sin handlingskompetens så att han/hon blir en demokratisk medborgare som på ett aktivt, medvetet och kritiskt sätt kan värdera olika alternativ, ta ställning och ha förmåga att verka för ett hållbart samhälle (Andersson et al, 1999, Lpo-94 och Myndigheten för skolutveckling, 2004).
Den pedagogiska verksamheten behöver utformas så att eleven får påtagliga möjligheter att ta reda på, förstå och kritiskt granska olika uppfattningar, bakomliggande motiv och intressen. Ett sätt är att arbeta med ”socio-scientific issues” (Ratcliffe & Grace, 2003) vilket innebär att den naturvetenskapliga undervisningen har betydande inslag från aktuella samhällsfrågor. När aktuella samhällsdebatter integreras med den ordinära naturvetenskapliga undervisningen kommer eleverna att utmanas och får då också träning i att ta ställning i aktuella frågor och kritiskt granskande.
Det är viktigt att eleverna ges möjlighet att se sina egna livsstilsval och bakomliggande värderingar samtidigt som de utvecklar förmåga att respektera andras åsikter. Ett sätt att arbeta är med s.k. värderingsövningar (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996 och Malmberg & Olsson, 1995). Elevernas uppfattning om sin förmåga att påverka världen har betydelse för deras benägenhet att handla. Många kunskapsbitar behöver sättas samman för att förstå att man som konsument kan påverka världen t.ex. en förmåga att tänka i orsakskedjor och orsaksvävar (Andersson et al, 1999).
I SOU (2004) har följande karaktärsdrag sammanställts om hur utbildning ska utformas för att bidra till förutsättningar för en hållbar utveckling. Samtliga karaktärsdrag bör vara närvarande för att utbildningen ska kunna bidra till en hållbar utveckling:
• Många och mångsidiga belysningar av ekonomiska, sociala och miljömässiga förhållanden och förlopp behandlas integrerat med stöd av ämnesövergripande arbetssätt.
• Målkonflikter och synergier mellan olika intressen och behov klarläggs.
• Innehållet spänner över lång sikt från dåtid till framtid och från det globala till det lokala.
• Demokratiska arbetssätt används så att de lärande har inflytande över utbildningens form och innehåll.
• Lärandet är verklighetsbaserat med nära och täta kontakter med natur och samhälle.
• Lärandet inriktas mot problemlösning, stimulerar till kritiskt tänkande och handlingsberedskap.
• Utbildningens process och produkt är båda viktiga.
Vår ambition
Vår strävan är att skapa undervisningssekvenser i energiundervisningen som syftar till att minska elevernas svårigheter inom energiområdet. Samtidigt vill vi öka elevernas intresse för naturvetenskapen genom ökad variation av metoder i undervisningen och naturliga återkopplingar till elevernas egna referensramar. Ytterligare fokus är att arbeta i strävan mot en hållbar utveckling.
Efter genomgång av aktuell litteratur kan vi konstatera att följande områden inom energiundervisningen är viktiga att fokusera på:
• allmänt om energibegreppet
• energikällor
• energikedjor och förståelse kring jordens energiflöde
• energibesparingsåtgärder
UNDERVISNINGSSEKVENSER
Allmänt om energibegreppet
Mål: Att ge eleverna ett helhetsperspektiv på energibegreppet.
I UG-95 framgår att eleverna tenderar att fokusera på människan i situationer med både levande och icke levande system och missar därmed den sistnämnda. För att få ett helhetsperspektiv på energibegreppet måste de båda systemen synliggöras i undervisningen. Samtidigt påpekar (Wellington & Osborne, 2001) att energibegreppet är abstrakt och svårt för eleverna att förstå. Problemet med energibegreppet är att det förekommer i det vardagliga språket men då med en annan mening. För att öka förståelsen krävs det att det sätts in i ett större sammanhang.
Som lärare är det viktigt att poängtera att det finns två olika sätt att tänka, det vetenskapliga och det vardagliga, och hjälpa eleverna att bygga upp det vetenskapliga tänkandet som ett separat system (Schoultz, 2002 och Andersson et al, 1995). Genom att utsätta eleverna för olika vardagsföreställningar kan man bygga upp elevernas naturvetenskapliga tänkande inom energibegreppet. Det handlar om att konstruera scenario som är välkända i elevernas vardag då denna anknytning efterfrågas av eleverna. Vi utgår från människan eftersom eleverna har en naturlig benägenhet att koppla energin till det levande. Att utgå från människan poängteras också i ROSE-projektet där resultaten visat att undervisningen blir mer intresseväckande om den anknyts till kropp, hälsa och biologiska förhållanden. Innehållet blir också personifierat och knyts an till den enskilde elevens behov, vilket också påpekas som intresseväckande i ROSE. I denna undervisningssekvens låter vi eleverna diskutera de vardagliga och de naturvetenskapliga aspekterna i de givna påståendena i nedanstående uppgiftsruta.
Jag känner mig trött så jag tänker gå och vila mig så att jag får ny energi.
Kalle är hungrig och väljer att äta en hamburgare eftersom den innehåller mycket energi. Sydsvenskan postis: Hur ska jag få tillbaks min energi?
Jag är pigg eftersom jag är full med energi! Jag orkar inte längre eftersom min energi är slut.
Det svåra problemet är övergången mellan den rent fysiologiska energin och den mer icke-levande dimensionen av energi. Vi tror att ett sätt att uppmärksamma det allmänna energibegreppet är att låta eleverna skriva en berättelse om en helt vanlig dag. I denna undervisningssekvens vill vi gå från vardagsföreställningarna till det mer naturvetenskapliga tankesättet och låta eleverna upptäcka hur mycket i deras vardag som är beroende av energi. För att göra uppgiften mer verklighetsförankrad, väljer vi att låta dem skriva ett mail till en påhittad flicka på en påhittad ö i ett påhittat hav (inspirerade av Energimyndigheten, 2005).
När eleverna är färdiga skrivs två exemplar av mailet ut, varav den ena sparas till ett senare tillfälle. Därefter får eleverna i uppgift att stryka under ord/händelser i sina berättelser som har med energi att göra. Tillsammans med eleverna gör läraren sedan en mindmap på tavlan med alla elevernas uppfattningar och ord/händelser om energibegreppet. Efter detta är det viktigt att läraren diskuterar och synliggör elevernas ord/händelser i undervisningen genom att låta eleverna undersöka vardagliga fenomen t.ex. varför lampan lyser, matens betydelse,
bränslets betydelse i bilen, varför datorn behöver ström etc. Det andra exemplaret kan med
fördel användas i slutet av energiundervisningen där eleverna får i uppgift att återigen fundera över vilka ord/händelser som har med energi att göra. På så vis kan eleverna ta del av en individuell formativ bedömning där de blir uppmärksammande på de förändringar som skett under energiundervisningens gång. I samband med detta kan följande öppna fråga ställas: På
vilka sätt har energiundervisningen påverkar dig?
I undervisningssekvensen ovan påpekade vi att det är viktigt att läraren diskuterar
Från: Ava på Ashton Datum: den 13 december 2005 Till: eleverna på skolan Ämne: tonåring i Sverige
Hej! Jag heter Ava och bor på ön Ashton i Stilla Oceanen. Jag har hört mycket om Sverige, främst via Internet, och vill nu veta hur det är att leva som tonåring där. Kan inte du skicka ett mail till mig?
Jag vill veta hur en vanlig dag ser ut för dig. Vad äter du till frukost?
Hur tar du dig till skolan? Vilka är dina fritidsintressen?
Vad brukar du göra innan du går till skolan? Vad brukar du göra innan du går och lägger dig? Hur bor du?
kan utföra. Eftersom det ständigt påpekas att eleverna har svårigheter med övergången mellan den levande och den icke levande energin har vi tagit fram ytterligare en undervisningssekvens som syftar till att överbrygga dessa svårigheter. Ett sätt att utmana är att tillämpa nedanstående räkneövning där vi återigen inleder med fokusering på människan för att sedan uppmärksamma eleverna på den icke-levande dimensionen av samma begrepp. Att tillämpa en räkneövning är dessutom ett naturvetenskapligt arbetssätt. Först skall eleverna klara omvandlingen från kilokalorier (kcal) till joule (J) genom att arbeta på egen hand. Till sin hjälp har de fysikläroboken samt anteckningar sedan tidigare lektioner. Resultatet ska leda fram till att människans effekt motsvarar en glödlampa på 70-100 watt (W) (Areskoug, 1999).
Därefter tycker vi att man kan låta eleverna undersöka effekten hos icke-levande materiel som är vanligt förekommande i vardagen. Genom denna undervisningssekvens kan diskussionen om levande och icke-levande energi komma igång.
För att utveckla uppgiften är det möjligt att själva låta eleverna kartlägga sitt energiintag/dygn för att sedan låta dem beräkna sin effekt. Det kan också vara spännande att låta de undersöka hur mycket de måste anstränga sig för att förbruka denna energi. Till sin hjälp kan de ha enkla stegräknare. Det är fullt möjligt att arbeta ämnesövergripande med hemkunskapen och idrotten. Genom att formulera om uppgiften kan frihetsgraderna öka:
Bevisa att du är en 100 Watts glödlampa.
Energiformer och energiomvandlingar
Mål: Eleverna ska känna till olika energiformer, energiomvandlingar och förstå att energin inte kan förstöras.
Eleverna finner det överlag svårt med de olika energiformerna, särskilt lägesenergi eftersom det inte innebär aktivitet (Andersson et al, 1995). Lättast har eleverna att komma ihåg rörelseenergi eftersom det är förknippat med aktivitet. Eleverna har också problem med att peka ut en energibeskrivning, d.v.s. en konkret beskrivning av objekt och händelser, samt att använda och förstå energiprincipen. I kursplanen för fysik kan man läsa att eleverna skall ha kunskaper om olika energiformer och energiomvandlingar. Genom att göra eleven medveten
Du behöver 1800 kcal varje dygn. Hur mycket effekt är det? Vad betyder detta?
om att det gäller att koppla ihop en händelsebeskrivning med en energibeskrivning ökar förutsättningen för att energibeskrivningen skall vara begriplig (Andersson et al, 1995). Det krävs alltså en referens till verkligheten. Andersson (2001) föreslår att begreppen energikälla, energimottagare, tecken på energiöverföring samt energikedja introduceras och används på något konkret. I stationsförsöken nedan vill vi att eleverna ska stöta på olika former av energi (kemisk energi, lägesenergi, rörelseenergi, värmeenergi, elektrisk energi och strålningsenergi) och omvandlingar utifrån verkliga situationer. Här är det dessutom viktigt att diskutera energiprincipen och ställa frågan till eleverna: Vad händer med energin vid de olika
stationsförsöken? För att vidga vyerna ytterligare i diskussionen kring energiprincipen kan
man som lärare dra parallellen till materians bevarande t.ex. kan man diskutera sopförbränning eller kretsloppshantering av glas. Dessa omvandlas också, men försvinner aldrig.
Beskriv vilken/vilka energiomvandlingar (energikälla, energimottagare, tecken på energiöverföring) som förekommer på respektive station.
Station 1
Materiel: spritkök, pulversoppa, vatten, rödsprit och tändstickor.
Tänk er att ni har övernattat i tält i skogen. Ni är hungriga och värmer lite nyponsoppa på ert spritkök. Sen kastar ni er på era cyklar och åker hem.
Frågor som kan hjälpa eleverna framåt:
Vad består nyponsoppan av och hur har den ”kommit till”? Vad händer med rödspriten?
Varför blir ni hungriga?
Var får ni er energi till att cykla?
Station 2
Materiel: lampa, ficklampa
Anna sitter och läser till ett kemiprov under lampans sken. Plötsligt går strömmen och det blir alldeles svart. Som tur är har hon en ficklampa så att hon kan fortsätta läsa.
Frågor som kan hjälpa eleverna framåt: Hur fungerar lampan och glödlampan? Vad händer ”när strömmen går”? Hur fungerar ficklampan?
Station 3
Materiel: ballong (Sjöberg & Ekstig, 2001) Blås upp ballongen och släpp sedan ut luften. Frågor som kan hjälpa eleverna framåt:
Vilken energiform förbrukar du när du blåser upp ballongen? Vilken form av energi lagras i ballongen?
På ön Ashton i Stilla Oceanen finns det varken olja, kol eller naturgas. Istället finns många varma källor, massor med skog och berg samt snabbrinnande vatten. Eftersom det är en ö så blåser det mycket här, särskilt från sydväst. Dessutom är dagarna heta men nätterna svala. Vanligtvis är det ganska lugnt på Ashton, men för tillfället har en massa vetenskapsmän invaderat ön. De skall tydligt studera ön tydligt, eftersom den sägs vara mycket speciell. I går var de och besökte Avas skola. De berättade att de hade problem med energiförsörjningen och undrade om inte Avas kompisar kunde hjälpa dem. Då kom hon att tänka på dig eftersom din lärare har berättat att du är energiexpert på förnyelsebara energikällor. Nu vill Ava ha din hjälp. Det som forskargruppen behöver är följande:
Fyra varma träbyggnader att sova och äta i Ett laboratorium
Tillgång till varmt vatten Värme till matlagning
Elektricitet till vanliga elapparater och hushållsmaskiner. (Gruppen kommer bl.a. att ha medicin och kemikalier som måste hållas kalla hela tiden.)
---Lärarhandledning:
Under arbetets gång skall eleverna fundera och lösa följande problem:
Vilka energikällor kan utnyttjas på ön? Hur löser ni forskargruppens energiproblem? Markera på en karta var ni placerar byggnaderna.
Markera även läget av anläggningarna för energiförsörjning och visa om och hur energin överförs till byggnaderna.
Motivera alla era val. Miljömässiga hänsyn
Skulle ert förslag se annorlunda ut om gruppen endast hade en begränsad summa pengar för energiförsörjning?
Motivera eventuella förändringar. Hur löser ni vattenfrågan? Vad gör ni med soporna?
Energikällor
Mål: Eleverna ska ha kunskap och förståelse om icke-förnyelsebara och förnyelsebara energikällor samt deras påverkan på miljön.
I de nationella utvärderingarna som gjorts betonas att många elever inte kan ange en enda förnyelsebar energikälla, varför nästa undervisningssekvens syftar till att förändra detta resultat. Vi tycker det är viktigt att eleverna kan ge förslag på både icke förnyelsebara och förnyelsebara energialternativ, men framförallt är de förnyelsebara alternativen viktiga eftersom dagens samhälle präglas av strävan mot en hållbar utveckling. För att möta detta problem har vi inspirerats av Energimyndigheten (2005) om hur energiförsörjningen på ön Ashton i Stilla Oceanen skall lösas för en forskargrupp. Vårt syfte med denna uppgift är dels att uppmärksamma eleverna på att energiförsörjningen har olika förutsättningar på olika platser på jorden och dels hur olika förnyelsebara energikällor kan tillämpas.
För att förstå de förnyelsebara energikällornas betydelse på jorden måste eleverna också ha kunskap om de icke-förnyelsebara. Genom att arbeta på ett aktivt sätt med energikällorna tror vi att elevernas kunskaper ökar. Denna undervisningssekvens ökar elevernas förståelse för samhällets energiförsörjning, vilket betonas i kursplanen för fysik. Eftersom det finns en mångfald av energikällor anser vi det fördelaktigt att eleverna får arbeta med ett eget arbete samt att läraren styr elevernas valmöjligheter. Exempel på energikällor som eleverna kan arbeta med är följande: kärnkraft, vattenkraft, vindkraft, solenergi, kolkraft, fjärrvärme, olja, naturgas, geotermi (jordvärme) och biobränsle. Arbetet kan ske individuellt eller i mindre grupper. Resultatet av elevernas arbeten kan t.ex. redovisas som en poster eller muntligt.
Vårt syfte är att undervisningssekvensen skall bidra till en hållbar utveckling. Det ämnesövergripande arbetssättet integreras genom att olika ekonomiska, sociala och miljömässiga förhållanden och förlopp tas upp både i lokalt och globalt perspektiv (SOU, 2004 och Skolverket, 2002). Genom den etiska och estetiska aspekten kommer olika konflikter, intressen och behov fram vilket också poängteras i kursplanen. Den tillägnade kunskapen skall, enligt eleverna, vara användbar för att diskutera, argumentera och ta ställning till. Enligt Lindahl (2003) anser eleverna att undervisningen bör förändras mot betoning på allmänbildning med kommunikativa inslag. Ett sätt att gripa sig an detta är att låta eleverna diskutera kontroversiella frågor t.ex. i form av debatt kring de olika energikällorna. Varför inte låta eleverna försöka övertala varandra att deras energikälla är den bästa! Genom rollspelet får eleverna möjligheter att vara en annan person för en stund! Ett annat sätt att arbeta är att bygga upp ett scenario där eleverna får företräda energiexperter åt regeringen
Det svenska folkets kunskaper om olika energikällor är dåligt och nu har regeringen kommit till insikt att ett informationsmaterial måste tas fram. Men regeringen klarar inte detta arbete själva. Därför har du, som expert och företrädare för (den valda energikällan) anlitats för att tillsammans med andra energiexperter skapa informationsmaterialet. Regeringen har också bestämt att informationsmaterialet skall vara opartiskt och därför beslutat att följande information skall finnas om varje energikälla:
Hur produceras energin?
Vart finns energikällan? Både lokalt och globalt? Vilka energimängder produceras?
För- och nackdelar gentemot etik, estetik, natur, ekonomi, individ och samhälle. Hur kan energin lagras?
Ditt arbete blir nu dels att ta fram opartiskt material om din energikälla och dels att tillsammans med övriga experter skapa informationsmaterialet.
Energikedjor och förståelse kring jordens energiflöde
Mål: Eleverna ska förstå hur energin omvandlas i naturen och i tekniska system samt solens betydelse för livet på jorden.
Den nationella utvärderingen, UG-95, visade att många elever inte kunde följa energin stegvis och förstå jordens energiflöde (Andersson et al, 1995). Den enskilde eleven hade i allmänhet inte särskilt utförlig och detaljerad kunskap om hur energiflödet från solen går vidare genom naturliga och tekniska kretslopp. I den gemensamma kursplanetexten poängteras att eleven skall ha kunskap om naturliga kretslopp och om energins flöde genom olika naturliga och tekniska system på jorden.
För att förstå den komplexa värld vi lever i tror vi att det kan vara bra att jobba med begreppskartor då det kan hjälpa eleverna sätta samman kunskapsdelarna till mönster för att bättre kunna orientera sig i omvärlden (Andersson, 2001). Begreppskartor är också ett sätt för eleverna att jobba med begrepp och deras relation till varandra för att se struktur (Strömdahl, 2002). Orden och linjerna mellan begreppen ska göra relationen tydligare. På detta sätt hoppas vi få det grundmönster som Andersson (2001) efterlyser och som tydligt visar hur natur, teknik och samhälle hänger samman och hur den inkommande strålningsenergin och jordvärmen länkas in i människan och samhället med hjälp av tekniska system. Genom att arbeta med begreppskartor hoppas vi öka elevernas intresse genom att arbetsområdet knyts till människors behov (Sjöberg, 2005).
Utförs i grupper på 3-5 elever
Material: Stort pappersark och papper med följande begrepp:
sol, människa, växter, kärnkraft, fossila bränslen, vindkraft, vattenkraft, biobränsle, bil, kylskåp, tv och dator.
Skriv begreppen på post-it lappar. Begreppslapparna ska sedan placeras på pappersarket och relationen mellan begreppen ska tydliggöras med ord och linjer.
Energibesparingsåtgärder
Mål: Eleverna ska förstå vilka möjligheter de har att spara energi.
I utvärderingarna NU-92 och NU-03 kunde få elever svara på uppgiften som behandlar vad en familj kan göra för att spara energi. Både i UG-95 och i US-98 understryks betydelsen av att undervisningen behöver reda ut detaljer i energiflödet genom bostaden så att eleven blir medveten om de många delar som faktiskt ingår. Hälften av eleverna vet vilka elapparater i hemmet som drar mycket respektive lite energi. Endast 45 % kan beräkna dygnskostnader för elapparater i hemmet trots att de fått uppgifter om både förbrukning och dess kostnader. Genom att göra innehållet mer personorienterat, knyta det till människors behov och visa på olika värden av naturvetenskap och teknik kan intresse väckas (Sjøberg, 2005).
För att eleven ska kunna agera enligt hållbar utveckling behöver eleven ges möjlighet att se sina egna livsstilsval och bakomliggande värderingar. Genom att göra egna energiberäkningar blir eleven medveten om sitt eget energibehov (SOU, 2004). För att utbildningen ska bidra till förutsättningar för en hållbar utveckling är det viktigt att lärandet är verklighetsbaserat, varför vi väljer att tillämpa en hemlaboration. På detta vis blir eleverna uppmärksammade på sin egen levnadsstandard för att sedan kunna förändra den enligt strävan mot en hållbar utveckling. Detta är av stor betydelse om eleverna vid senare tillfälle skall kunna ta ställning i olika frågor.
Mät elapparater med wattmätare samt fråga dina föräldrar efter vatten- och värmeräkning. Hur mycket energi förbrukar du i ditt liv? Gör en dagsberäkning.
Fundera sedan över vad du kan spara på? Titta på www.sparkraft.nu
---Lärarhandledning
Energi i miljö- och samhällsperspektiv
Mål: Att eleverna skall förstå att deras val i vardagslivet har betydelse för världens energianvändning och därmed en påverkan på miljön.
I UG-03 påpekas att eleverna har svårigheter med att integrera kunskap från olika ämnen varför vi i denna undervisningssekvens skall utmana detta. I Lpo-94 står det att de naturorienterade ämnena skall utveckla elevernas förmåga att se hur det egna handlandet påverkar omvärlden. Genom att medverka i en vanligt förekommande hushållsaktivitet, nämligen planering och beredning av mat, hoppas vi att eleverna kommer till denna viktiga insikt. Idén är hämtad från Miljöperspektiv – Naturligtvis! (Malmberg & Olsson, 1995). I denna uppgift får eleverna möjlighet att använda sina kunskaper och värderingar för att göra nya ställningstaganden. På detta vis får de också uppleva att det går att påverka, vilket är av stor betydelse i lärande för en hållbar utveckling. De blir också uppmärksammade på hur deras val kan påverka miljön. Eftersom många elever inte kunde ge konkreta exempel på hur man sparar energi blir detta en verklighetsbaserad uppgift där många val kan diskuteras med eleverna. Att dessutom låta eleverna diskutera och argumentera för sina respektive val är ett sätt att träna dem för framtiden i det hållbara samhället. Denna uppgift är dessutom fördelaktig eftersom den kan bli ämnesövergripande och innehåller allmänbildande inslag. Inom hemkunskapen lagas måltiden, inom samhällsvetenskapen kan matens kultur i olika länder diskuteras samtidigt som transportsektorn diskuteras. Eleverna kan också undersöka vilka produkter som går att producera i Sverige och vilka som inte gör det. Det blir naturligt att diskutera skillnad mellan konventionell och ekologisk odling med eleverna, alltför att förbättra resultatet från ”bananproblemet” (Andersson et al, 1995). Om eleverna dessutom undersöker vilket land respektive matvara kommer ifrån, kan diskussionen fortsätta med transporter. Genom gruppindelning kan flera matvaror komma att användas vilket kommer att gynna elevernas påverkan.
Under hela undervisningssekvensen är det viktigt att man som lärare ställer bra öppna frågor
(Varför tycker du så? Varför gör du så? Varför väljer du det alternativet? Kan man göra på
Konstruera en festmåltid med tre rätter och tillhörande dryck där ni tagit hänsyn till miljön och respektive matvaras energipåverkan i olika led! Hur skall ni laga maten?
andra sätt? Tror du att dina val får några konsekvenser och i så fall vilka?) till eleverna för
att få dem att fundera över på vilka grunder de gör sina val. Ännu bättre blir det om man också lyckas synliggöra elevernas bakomliggande värderingar i sina val! Uppgiften kan konstrueras på olika sätt, men i detta fall väljer vi att öppna upp den och ge den flera frihetsgrader. I och med detta ökar också elevaktiviteten eftersom de själva får tänka igenom alla moment. Det blir viktigt att låta eleverna tänka igenom hur maten skall lagas. Kanske det finns mat som skall kokas – då är det, ur energisynpunkt, mest fördelaktigt att först värma vattnet i en vattenkokare. För att utveckla uppgiften kan eleverna först planera en vanlig festmåltid utan hänsyn till annat än smak för att sedan planera en måltid med miljöhänsyn.
Dagens samhälle är ett ”bränslesamhälle” där merparten är av fossil karaktär som ger upphov till koldioxidutsläpp. I NU-03 framkom att eleverna uppfattade koldioxid som en ”ond” växthusgas och inte som existentiell för livet på jorden. Dessutom tror eleverna att koldioxid endast uppstår vid förbränning av bränsle i en bil och när ved brinner, men inte när olja brinner. I US-98 var det endast ett fåtal elever som förstod att utsläpp av koldioxid kan minskas genom neddragning av fossila bränslen. Samtidigt poängteras i kursplanen för fysik att eleven skall kunna ”exemplifiera hur naturvetenskapen kan användas för att skapa bättre livsvillkor men också hur den kan missbrukas”. Målet med denna undervisningssekvens är att uppmärksamma eleverna på att deras val i vardagen faktiskt påverkar den globala miljön. När vi talar om koldioxid i detta sammanhang är det viktigt att man som lärare återigen diskuterar med eleverna vilket betydelse koldioxid har för livet på jorden. Det är också viktigt att eleverna förstår att koldioxid frigörs vid förbränning av allt fossilt material. Genom en sådan diskussion kommer eleverna att utmanas och komma till insikt att koldioxid både är en ”god” och ”ond” växthusgas. I diskussioner med elever är det alltid bra att försöka ställa öppna frågor som medverkar till att eleverna måste tänka efter och uttrycka sitt ställningstagande.
Vad gör du för att minska koldioxidutsläppen? Varför skall vi minska koldioxidutsläppen? Hur påverkas miljön av koldioxidutsläppen?
Vad tror du händer om koldioxidutsläppen på jorden ökar istället för minskar? Varför får de fossila bränslena så mycket kritik i miljödebatten?
Varför anses biobränsle vara mer miljövänliga än t.ex. fossila bränslen? Vilka biobränslen tycker du är användbara för fordonsdrift?
---Elevmotiverande
Hur mycket koldioxid kan klassen spara genom att alla elever och lärare går eller cyklar till skolan istället för att åka bil eller buss?
En viktig poäng med lärande för hållbar utveckling är att eleverna skall lära sig att ta ställning, kunna se sina egna livsstilsval och bakomliggande värderingar samt respektera andra människors åsikter. Detta kan tränas genom återkommande värderingsövningar, där syftet är att öka elevernas medvetenhet om både egna och andras attityder och värderingar. Genom dessa övningar får eleverna dessutom upptäcka att deras kunskaper är användbara för diskussioner, argumentationer och ställningstagande (Lindahl, 2003). Därför blir det viktigt att eleverna själva får veta vart de står och vilket uppfattning de har om saker och ting. Nedan följer en värderingsövning (Malmberg & Olsson, 1995).
Ett mycket intresseväckande och elevengagerande sätt att arbeta är att tillämpa orsaksväv. Genom denna metod får eleverna möjligheter att reflektera samtidigt som den befintliga kunskapen får användas. Vidare handlar det om att träna det kritiska tänkandet samt att se det egna handlandet i olika dimensioner. Vid tillämpning av nedanstående frågeställningar är det tänkbart att tillämpa laborationer där eleverna får lov att undersöka hur kylskåpet fungerar, olika energinivåer på dagens kylskåp, hur bensinmotorn fungerar och vad som händer med bensinen i motorn. Samtidigt är det rimligt att fundera över ”miljöbilar”. Är detta en möjlighet för kineserna? Målet är att eleverna skall kunna integrera kunskaper från olika ämnen, för att klargöra orsak och verkan, eftersom detta resultat var lika dåligt i UG-03 som i UG-95. I strävan mot hållbar utveckling poängteras också att utbildningen måste spänna från ”det globala till det lokala”, varför vi försöker formulera frågor som behandlar dessa både dimensioner. Genom att arbeta med öppna frågor utmanas också elevernas tänkande vilket är viktigt för kommande ställningstagande.
Vad tycker om att hela kartan är tänd nattetid? (Bilaga 1) Det är väl klart!
Det är okej, bara energin är baserad på förnyelsebara energikällor. Aldrig i livet, vi skall använda all energi.
Vet ej eller eget alternativ.
Tänk dig en jul utan ström. Vad tycker du om det? Det är okej eftersom Barsebäck är nedlagd.
Det är förfärligt, man kan inte leva utan ström. Tänk inga ljus i julgranen. Det är lugnt nu måste äntligen debatten om förnyelsebar energi komma igång. Vet ej eller eget alternativ.
Lindahl (2003) påpekar att undervisningen behöver förändras mot en betoning på allmänbildning för att väcka elevernas intresse. Detta kan göras genom att läsa och tolka tidningsartiklar. Utifrån tidningsartiklarna finns det stora möjligheter för eleven att kritiskt granska olika uppfattningar och bakomliggande motiv och intressen för olika frågor som förekommer i vardagen, vilket eleverna efterlyser (Ratcliffe & Grace, 2003). Tidningsartiklarna kan också användas som inspiration och utgångspunkt för undervisningen. Dessutom kan detta vara ett komplement till elevernas läromedel som de finner otidsenliga (Andersson et al, 2005a). Bara under den tid som vi arbetat med detta examensarbete har en mängd artiklar inom energiområdet förekommit i tidningen (se textrutan nedan).
Vad händer när alla kineser börjar köra bil istället för att cykla till sina arbeten? Vad händer när u-länderna når samma energistandard som I-världen?
Vad händer när du börjar cykla i stället för att åka buss till skolan?
SDS 2005-10-25 Wilma spred förödelse i Florida SDS 2005-11-11 Förnyelsebar energi räcker till 2020 SDS 2005-11-13 MKB:s Bo01-hus de största energislukarna Ny Teknik 2005-11-16 Vindkraften och den galna energipolitiken SDS 2005-11-17 ”Barnet” tros ligga bakom globalt värmerekord SDS 2005-11-24 Risk för elbrist om vintern blir kall
SDS 2005-12-03 ”Klimatpolitiken måste vara global” SDS 2005-12-04 175 000 evakuerade i södra Indien
SDS 2005-12-05 Allt varmare i Europa
Ny Teknik 2005-12-07 Hur nära får man komma kontaktledningen?
SDS 2005-12-08 Krafttag behövs
SDS 2005-12-09 Överenskommelse om klimatet utan USA SDS 2005-12-14 Professor tror kol kan ersätta olja.
SDS 2005-12-16 Stor enighet kring verk i Örtofta SDS 2005-12-17 Rekordvärme på norra halvklotet Aftonbladet 2005-12-19 Isbjörnar drunknar när isarna smälter Redo hösten-05 Knas i klimatet (nummer 5-6) Volvos reklam hösten-05 Premiär för våra nya miljöbilar
