Grön kemi och hållbar utveckling
Laborationsdesign för gymnasium och högskola
Daniel Hammarberg
Examinator Biträdande handledare:
Christina Moberg, Åsa Julin-‐Tegelman, Kungliga Tekniska Högskolan Stockholms Universitet
Huvudhandledare Johan Franzén,
Kungliga Tekniska Högskolan
Examensarbete på programmet Civilingenjör och lärare inom området Teknik och lärande
Stockholm 2013
Förord:
Jag vill börja med att tacka mina handledare Johan Franzén och Åsa Julin-‐
Tegelman för deras stora stöd och öppna sinne för mina idéer. Utan er
hjälpsamma attityd och era insiktsfulla kommentarer hade mitt examensarbete blivit ohanterligt stort. Vidare vill jag tacka Fredrik Schaufelberger och Petra Mikkelborg för att fick ta av er tid och komma in i era klassrum för att genomföra denna undersökning.
Till sist vill jag nämna ett par namn utan vars hjälp och input detta
examensarbete inte hade blivit av. Tack till Robin Aldenholt, Johannes Yayo, Madeleine Karlsson, Matilda Berkell och Daniela Eriksson. Känn er stolta över ert bidrag, för det är jag.
Stockholm, september 2013
Daniel Hammarberg
Abstract
This thesis is about sustainability within chemistry, the so-‐called, green chemistry. With this work I seek to combine green chemistry with sustainable development and find methods for teaching green chemistry in a laboratory environment. I have designed and tested two labs with ingredients of green chemistry and sustainable development in my study. I wanted to determine if my design model leads to conception for the students. The students have through forms and interviews declared their perspective on the education and their conception.
In a laboratory environment the pros of a laboratory way of work should be recognized. Pre-‐ and post-‐work puts the lab in a context. The students
understand the concepts better if they are allowed to test their knowledge in a discussion. The teachers role in the discussion should be to lift the level of the discussion by controlling the conversation and in a constructive way contribute to making the discussion move forward whenever necessary.
Keywords: Green chemistry, sustainable development, laboratory work, pre-‐ and post-‐lab assignments, pedagogy, organic chemistry.
Sammanfattning
Denna uppsatts behandlar hållbarhet inom kemi, den så kallade gröna kemin.
Med arbetet söker jag förena grön kemi med hållbar utveckling och hitta metoder för att undervisa grön kemi i en laborativ miljö. I undersökningen har jag designat och testat två laborationer med inslag av grön kemi och hållbar utveckling. Jag ville undersöka om undervisningsmodellen leder till en
begreppsutveckling hos studenter och elever. Studenterna/eleverna har genom enkäter och intervjuer uttalat sig om dels sina egna kunskaper och dels om undervisningens inslag och dess bidrag till deras begreppsutveckling.
I ett laborativt sammanhang bör fördelarna med ett laborativt arbetssätt utnyttjas. Förarbete och efterarbete ger laborationen ett sammanhang.
Studenten/eleven förstår begreppen bättre om de får testa sina kunskaper i en diskussion. Lärarens roll i diskussionen bör vara att lyfta diskussionsnivån genom att styra samtalet och på ett konstruktivt sätt bidra till att föra diskussionen framåt när det är nödvändigt.
Nyckelord: Grön kemi, hållbar utveckling, laborativt arbete, före-‐ och efter-‐labb uppgifter, pedagogik, organisk kemi.
Innehållsförteckning
1. INLEDNING: ... 6
1.1 SYFTE/FRÅGESTÄLLNINGAR ... 6
2. TIDIGARE FORSKNING: ... 7
2.1 GRÖN KEMI ... 7
2.2 HÅLLBAR UTVECKLING ... 12
2.3 BEGREPPSBILDNING OCH SYFTEN I UNDERVISNINGEN ... 14
2.4 MÅLINRIKTAT ARBETE I LABORATIVA SAMMANHANG ... 15
2.5 FÖRE-‐ OCH EFTERARBETE I LABORATIONER ... 16
2.6 MILJÖUNDERVISNING OCH MILJÖDIDAKTIK ... 16
2.6.1 De tre vanligaste undervisningstraditionerna ... 16
2.6.2 The action competence approach ... 18
3. MODELL-‐ OCH TEORIBILDNING: ... 19
3.1 DEN MILJÖDIDAKTISKA MODELLEN ... 19
3.2 DESIGNVAL KRING UNIVERSITETSLABORATIONEN ... 21
3.3 DESIGNVAL KRING GYMNASIELABORATIONEN ... 23
4. METOD: ... 26
4.1 METODPRESENTATION FÖR ENKÄTUNDERSÖKNINGARNA ... 26
4.1.1 Universitetsenkäten ... 26
4.1.2 Gymnasieenkäten ... 27
4.2 METODPRESENTATION FÖR INTERVJUERNA ... 28
5. PRESENTATION AV UNDERSÖKNINGENS RESULTAT: ... 29
5.1 UNIVERSITETSENKÄTENS RESULTAT ... 29
5.2 GYMNASIEENKÄTENS RESULTAT ... 33
5.3 INTERVJUERNAS RESULTAT ... 35
6. ANALYS OCH DISKUSSION: ... 36
6.1 SLUTSATS ... 43
6.2 UNDERSÖKNINGENS VALIDITET ... 43
6.3 VIDARE FORSKNING ... 44
REFERENSLISTA: ... 45
BILAGOR: ... 46
BILAGA 1: UNIVERSITETSENKÄTEN ... 47
BILAGA 2: GYMNASIEENKÄTEN ... 49
BILAGA 3: GENOMGÅNGENS INNEHÅLL ... 51
BILAGA 4: GRÖN KEMIS PRINCIPER I NUMMERORDNING (ENGELSKA) ... 55
BILAGA 5: GRÖN KEMIS PRINCIPER OCH PERSPEKTIVEN PÅ HÅLLBAR UTVECKLING ... 56
BILAGA 6: UNIVERSITETSLABORATIONEN ... 58
BILAGA 7: GYMNASIELABORATIONEN ... 60
BILAGA 8: INTERVJUPLAN ... 62
1. Inledning:
Denna studie har utförts inom ramen för examensarbete för civilingenjör och lärare 30hp. Programledningen på teknisk kemi hade länge haft för avsikt att när programmet skulle göras om 2012/13 skulle hållbar utveckling och grön kemi skrivas fram mer tydligt i kursplanerna. På avdelningen för organisk kemi pratades det om att under laborationerna skulle grön kemi och hållbar utveckling tas upp. Eftersom jag som blivande lärare har ett intresse i hur studenter och hur elever lär genom laborationer sig fann jag denna diskussion intressant. Jag tog på mig att designa och testa laborationer med inslag av grön kemi och hållbar utveckling inom ramen för organisk kemi, på både studenter och på elever.
För att göra detta krävs utöver generell laborationsdesignsteknik även god insikt i didaktik som rör hållbar utveckling och grön kemi. Litteraturstudien visade att lärandeteorier för hållbar utveckling existerade men inga motsvarande för grön kemi. Vidare föreföll det sig att grön kemi och hållbar utveckling var besläktade begrepp och det väckte frågan om didaktik för hållbar utveckling kan vara en bra utgångspunkt vad gäller didaktik för grön kemi. Mot denna bakgrund tog jag fram en modell för laborationsdesign inom grön kemi och hållbar utveckling.
Genom laborationer designade enligt modellen testades om modellen bidrog till begreppsutveckling hos högskolestudenter och gymnasielever.
Undersökningen behandlade tre grupper som testat olika laborationer under olika förutsättningar. Två av grupperna genomförde laborationer designade enligt modellen, ena gruppen var högskolestudenter och den andra gruppen var gymnasieelever. Den tredje gruppen genomförde en laboration ej designad enligt modellen men med vilken kursansvarig ämnade lära studenterna om grön kemi.
Genom att undersöka dessa tre grupper bidrog resultaten till diskussionen om den modell jag tagit fram. Undersökningen i sig bestod av en enkätundersökning och några intervjuer.
En begränsning med detta arbete är att det har genomförts som en del i ett examensarbete och således varit begränsat till 20 veckors arbete. Dessutom har modellen endast testats på två olika laborationer för två olika åldersgrupper, där en laboration var för universitetsstuderande och den andra var för
gymnasieelever. Detta var känt på förhand men med vidare forskning kan dessa begränsningar överbyggas.
1.1 Syfte/Frågeställningar
Syftet med det här examensarbetet har varit att undersöka hur
laborationsdesign kan integrera grön kemi som närliggande syfte och hållbar utveckling som övergripande syfte för en laboration inom organisk kemi.
Arbetet försöker besvara följande fråga.
Hur kan man inom ramen för en laboration lära studenter/elever om grön kemi
och hållbar utveckling?
2. Tidigare forskning:
Här presenteras den tidigare forskningen som denna rapport utgår ifrån. Först presenteras det innehåll och de begrepp som har tagits till vara på vid skrivandet av denna rapport. Sen görs begrepp och terminologi till min egen genom att relateras till de definitioner som tidigare forskningen lagt fram.
2.1 Grön kemi
För att förstå hur ett komplext begrepp som grön kemi är uppbyggt måste först det sammanhang och det behov ur viket begreppet växt fram förstås. Den bakgrund och definition av grön kemi som detta arbete utgår ifrån är framtagen av Paul.T.Anastas och John.C.Warner och presenteras i deras bok ”Green
Chemistry – theory and practice”.1
Grön kemi faller in under en kategori av föroreningsbekämpning som kallas
”pollution prevention”.1 I den kategorin är målet att motverka att utsläpp sker snarare än att rena utsläppen från gifter. Historiskt sett har dock föroreningar bekämpats på många olika sätt. Det började med en kategori som kallades för utspädningsprincipen,1 en princip som gick ut på att späda ut föroreningarna till låga koncentrationer för att eliminera skadligheten.
När begrepp som biomagnifikation och bioackumulering formulerades av forskare blev det uppenbart att föroreningsproblemet måste bemötas på ett annat sätt. De nya bekämpningsstrategierna baserades på att begränsa de totala utsläppen genom lagar och förordningar. En naturlig följd av detta beslut var att processernas avloppsströmmar måste renas så att mindre mängd giftiga
substanser släpps ut och lagstiftade gränsvärden inte överskrids.1
För kemister blev detta reningsarbete viktigt och kemister från många olika inriktningar arbetade med miljöfrågor på något sätt.1 Till exempel arbetade analytiska kemister med att kontrollera gränsvärden och identifiera
föroreningar, fysikaliska kemister arbetade med att utveckla modeller för miljörelaterade fenomen och atmosfärskemister studerade nedbrytningen av ozon och utsläpps påverkan på växthuseffekten.
Några kemister som inte varit delaktiga i denna process var de syntesinriktade kemisterna. Deras jobb har uteslutande varit att utveckla processer för att ta fram nya produkter med så stor omsättning som möjligt.1 Eftersom allt annat alltid varit sekundärt har deras syntesvägar inte tidigare analyserats ur andra synvinklar, som till exempel miljöpåverkan.
När nästa steg i den historiska utvecklingen av miljöarbete kom och företag började arbeta för att minska föroreningarna innan de måste renas blev syntesinriktade kemisters arbete högaktuellt.1 Genom att omvärdera och utforma nya syntesvägar kan kemister minska och ibland helt eliminera
föroreningar. Denna ”source prevention” är den mest attraktiva varianten av all
”pollution prevention”. Att grön kemi är attraktivt är också lätt att förstå ur både
1 Paul.T.Anastas & John.C.Warner, Green Chemistry – theory and practice, Oxford University Press 2000, Oxford 2008.
ekonomiska och ekologiska perspektiv. Om det kräver mindre eller ingen energi att rena avfallet från en process så minskar inte bara miljöpåverkan som sker vid reningen utan processen blir även betydligt billigare.1
Livet som kemist har stundtals varit tungt eftersom det hela tiden upptäcktes nya miljöförstörande ämnen och gifter. Ofta upptäcktes de när det varit försent och en katastrof redan inträffat. På grund av många sådana händelser hamnade kemi i dålig dager och kemister fick dåligt rykte.1 Detta dåliga rykte, som framför allt drabbade kemiingenjörerna, fick kemister att engagera sig ännu mer i
miljöfrågan och försöka göra skillnad.
Nu följer de 12 principerna för grön kemi listade av Paul T. Anastas. Jag kommer fortsättningsvis i texten använda dessa definitioner av principerna. Anastas säger själv att de 12 principerna inte ska ses som regler för grön kemi utan som riktlinjer enligt vilka arbetet med grön kemi kan fortskrida för att nå fram till en förändring.1
1. It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it has been formed.
Den här principen handlar i sin essens om det som kemisten erfarit av historien.
Det lönar sig alltid, både ekonomiskt och socialt, att förhindra att skadliga ämnen skapas istället för att försöka städa upp efter eller förstöra dessa skadliga
ämnen.1
2. Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product.
Historiskt sett har det bara funnits flera mätetal som talar om hur ”bra” en process är. Av dessa har utbytet varit mest framträdande och ansetts vara det viktigaste mätetalet. Utbytet tar dock inte hänsyn till skadliga ämnen som skapas eller hur mycket av startmaterialet som faktiskt används i produkten. Därför handlar den här principen om att medvetet designa processer så att inte bara utbytet tas i akt utan även försöka få med så mycket av de material som används som möjligt.1
3. Wherever practicable, synthetic methodologies should be designed to use and generate substances that possess little or no toxicity to human health and the environment.
Utöver att minska farligt avfall genom att sträva efter att inte skapa något, bör det om möjligt jobbas för att undvika att använda miljö-‐/hälsoskadliga ämnen.
Detta är en viktig kärnpunkt inom den gröna kemin.1 Det vill säga att genomföra en minskning av skadliga ämnen, både miljöskadliga och skadliga för människor, i alla delar av den kemiska processen.
4. Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity.
Den här delen av grön kemi sammanfattas ofta med att vi ska designa säkrare kemikalier. Det innebär att med den kunskapsbas som byggts upp över decennier välja bort funktionella grupper som gör kemikalier skadliga, under premissen att grupperna inte behövs för att substansen ska bibehålla sin
funktionalitet. Historiskt har det alltid varit lätt att mäta om en substans gör det den är tänkt att göra eller inte, men det har varit svårare att mäta vad som gör den skadlig.1 Nu finns dock en fördjupad förståelse för vad som gör vissa substanser giftiga och andra inte.
5. The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used.
Definitionen av en hjälpsubstans (“auxiliary substance”) är en substans som hjälper till att rena, framställa eller manipulera en produkt utan att för den sakens skull ingå i produkten. Detta gör naturligtvis att den behöver tas omhand och separeras från produkten på något sätt, vilket kräver både energi och
kunskap. Ytterligare en anledning till att välja bort lösningsmedel varhelst det är möjligt är deras effekt på inte bara människor utan även på miljön.1 Många har hört talas om vilka problem klorflourvätena (CFC) ställde till med under 1900-‐
talet. Det som gjorde den extra förrädisk var dess låga påverkan på människor och stora mångsidighet samtidigt som det sedan visade sig att den hade
förödande effekter på ozonet i stratosfären.1
6. Energy requirements should be recognized for their environmental and economic impacts and should be minimized.
Den här principen handlar om att minimera energiåtgången i olika steg i processen under designen. Energiåtgången för reaktioner ses över och delsteg där energi används på ett eller annat sätt omvärderas. Det kan röra sig om värmning för att få till en reaktion eller kylning för att avbryta densamma.
Sådana steg kan vara viktiga för att syntesen ska kunna genomföras, vad som måste utvärderas är mängden energi som går åt. Behöver reaktionen
återloppskoka 16h över natten för att bilda produkt? Behöver
reaktionsblandningen kylas snabbt, med is eller dylikt, efter avslutad reaktion?
Vanligt är också att det bildas produkt och biprodukt som vid något skede måste separeras. Separationer oavsett typ kräver energi i någon form, vilket påminner om att lösningsmedel om möjligt bör undvikas.1
7. A raw material or feedstock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable.
För att förstå denna princip krävs en diskussion om vad ordet förnyelsebar betyder. Precis som i läran om hållbar utveckling handlar ordet förnyelsebar för den gröna kemisten om att råvaran ska kunna återskapas inom ett begränsat tidsintervall.1 Vanligtvis bestäms detta tidsintervall till att inte vara längre än livslängden för människor. En försvinnande, ”depleting”, resurs i det här
sammanhanget är en resurs som inte återbildas, som kommer ta slut.1 Det gör att startmaterial som kommer från till exempel olja räknas som försvinnande istället för som förnyelsebara även om olja naturligtvis kan återbildas i jorden över väldigt lång tid.
Det finns redan många kommersiellt gångbara alternativa resurser att tillgå istället för olja. Problemen med majs och andra sädesslag är att det finns en stark oro för hur dessa ska kunna stå sig i längden eftersom det är svårt att få en jämn tillgång på dessa råvaror över hela året.1 Om det till exempel skulle bli dåliga skördar skulle det inte bara påverka människor direkt genom svält utan även vår industri skulle bli lidande.1 Ett annat problem med många av de alternativa råvarorna är att det krävs stora ytor och mängder av energi för att odla dessa i en omsättning som skulle motsvara det som den moderna industrin är van vid.
8. Unnecessary derivatization (blocking group, protection/deprotection, temporary modification of physical/chemical processes) should be avoided whenever possible.
Här handlar det om att undvika steg i processen som kan vara onödiga. Att sätta på och sen ta bort en skyddgrupp kräver självklart energi och är en av
anledningarna till att man ska undvika dessa om möjligt.1 Dessutom krävs en separation när den delen inte behövs längre. Det finns naturligtvis tillfällen då ett syntessteg behöver skydd för någon funktionell grupp för att inte bli av med funktionaliteten hos produkten. I sådana fall får fokus ligga på att undvika miljö-‐
/hälsoskadliga substanser för att åstadkomma detta.
9. Catalytic reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents.
Grundläggande handlar det om några få saker. Utöver den uppenbara energivinsten katalysatorer medför genom att sänka aktiveringsenergin för reaktionen kan katalysatorer även styra selektiviteten. Detta blir extra viktigt i och med att det inte finns många reaktioner där all reaktant och reagens återfinns i en önskad produkt.1 Mot den bakgrunden är det viktigt att använda katalysatorer och inte bara stökiometriska mängder reaktanter och reagens.
10. Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products.
Häri ligger lösningen på ett av de svåraste problemen inom grön kemi. Även fast det ibland inte går att påvisa någon direkt skada på människor eller miljön för en
given substans betyder inte det att det inte finns någon indirekt skadlighet hos substansen. Därför är det bra, om än svårt, om ämnet bryts ned i ofarliga ämnen efter sin önskade livslängd. Komplikationen ligger i att produkten ska klara av sin tänkta uppgift på ett tillfredställande sätt hela livslängden utan att brytas ned i förtid.1 Ett exempel på ämnen som varit svåra att förutsäga skadligheten hos är bekämpningsmedel, till exempel DDT. Dessa ämnen har också visat sig
svårnedbrytbara och bioackumuleras i växter och djur där de blir skadliga i större doser.1
11. Analytical Methodologies need to be further developed to allow for real-‐time, in-‐process monitoring, and control prior to the formation of hazardous substances.
Analytisk kemi har länge använts till att kontrollera utsläpp och olika gränsvärden i miljön i syfte att motverka för höga halter av skadliga ämnen.
Denna princip syftar till att effektivisera denna övervakning genom att ta fram metoder för att övervaka processer i realtid medan produktionen pågår.1 Fördelen är att man då redan vid uppkomsten av skadliga ämnen kan ändra betingelserna för processen så att dessa skadliga ämnen slutar bildas. Detta har stora fördelar mot att mäta med stickprov i avfallsströmmen eftersom då är det försent att motverka bildandet av de skadliga ämnena som måste tas omhand.
Det handlar dock inte bara om att förbättra de mätmetoder som finns utan även om att hitta nya mätmetoder för att mäta saker som idag inte klaras av att mäta.1
12. Substances and the form of a substance used in a chemical process should be chosen as to minimize the potential for chemical accidents, including releases, explosions and fires.
Denna princip kräver mycket av kemisterna men ger mycket tillbaka. Det var trots allt några stora katastrofer vid olyckor relaterade till kemiindustrin som skapade det förakt och den rädsla som ännu överskuggar kemins ämnesområde.
För att återfå förtroendet hos allmänheten måste kemister jobba på att minimera risken för skador och olyckor i samband med deras kemiska processer.1
För att sammanfatta. Behovet av en grön kemi, som bidrar till att samhället i stort går mot en hållbar utveckling, växte fram i den historiska utvecklingen kring miljöproblem och politik. Anastas tog fram 12 principer för grön kemi som han ville skulle fungera som verktyg för kemister som utvärderar synteser och försöker göra dessa mer hållbara. Det är denna definition av grön kemi, som verktyg för kemister, som jag kommer använda mig av i rapporten.
2.2 Hållbar utveckling
Likt grön kemi är hållbar utveckling också ett komplext begrepp och måste förstås ur det sammanhang och de behov begreppet växt fram. Bakgrunden och den historiska redogörelsen som detta arbete utgår ifrån är framtagen av Fredrik Gröndahl och Magdalena Svanström och presenteras i deras bok “Hållbar
utveckling: en introduktion för ingenjörer och andra problemlösare“.2
Den historiska utvecklingen där åtgärdsplanen för miljöförstöring gick från utspädningsprincipen till att förhindra bildandet av föroreningar vid källan har redan diskuterats (se föregående rubrik).
På ett liknande sätt hur grön kemi växte fram ur en behovsbild att göra något åt miljöproblemen, växte också hållbar utveckling fram ur behovet att kunna ställa upp gemensamma mål för utvecklingen i världen som inte äventyrar vår
framtida överlevnad.
Det finns idag många olika sätt att se på begreppet hållbar utveckling och vad det är/innebär. Oavsett syn på hållbar utveckling är den vanligaste och mest kända formuleringen av hållbar utveckling:
”Utveckling som möter nutidens behov utan att riskera möjligheten för kommande generationer att möta sina behov.” 2 (Gröndahl et al, sid 47)
Denna definition myntades av Bruntlandkommissionen 1987 och kommer användas i denna text när jag pratar om hållbar utveckling.
Hållbar utveckling är ett komplext begrepp och uppbyggt av flera olika
perspektiv. Perspektiven är inte helt disjunkta utan går tvärt om in i varandra och delar åsikter i ganska många frågor.2 Därför brukar hållbar utveckling sägas ligga i skärningspunkten mellan dessa perspektiv. Perspektiven och deras bidrag till hållbar utveckling kan ses som en balansgång där det gäller att balansera perspektivens inbördes intressen mot varandra.2
Hållbar utveckling är inte begränsat till att vara ett begrepp utan är även ett politiskt ställningstagande till vilket de olika inbördes perspektiven är knutna.2 Det är ganska lätt att se på vilket sätt hållbar utveckling går att använda som en politisk konstruktion. Applicerad hållbar utveckling handlar om hur vi lever våra liv och vilka konsekvenser det får för miljön och framtida generationer. Detta öppnar för olika argument om hur vi ska leva våra liv och vad som är acceptabel påverkan på miljön. Att bestämma sig för att leva hållbart är att ta ställning. Hur nära en hållbar utveckling detta ställningstagande är beror på hur väl
balanserade de ingående perspektiven är.2
2 Gröndahl, Fredrik & Svanström, Magdalena, Hållbar utveckling: en introduktion för ingenjörer och andra problemlösare, 1. uppl., Liber, Stockholm, 2011
Det sociala perspektivet är en av tre hörnstenar som bygger upp begreppet hållbar utveckling. Det sociala perspektivet förespråkar social rättvisa.
Utvecklingen i världen måste sträva mot att eliminera den sociala orättvisan och upprätta social rättvisa. Hur människorna lever är det viktigaste. Alla ska ha rätt att leva i en jämnt fördelad social standard som kan gälla för individuella länder så väl som för världen.2
Det ekonomiska perspektivet är en annan av de tre hörnstenarna. Det
ekonomiska perspektivet förespråkar ekonomisk tillväxt. Utvecklingen i världen måste gynna den ekonomiska tillväxten så att den inte stannar av eller dör ut.
Detta för att det ekonomiska systemet som det idag är uppbyggt inte skulle klara av påfrestningarna av en avstannad tillväxt.2
Det ekologiska perspektivet är den tredje hörnstenen. Inom det ekologiska perspektivet ligger naturens intressen närmast hjärtat. Utvecklingen måste ta steg i riktning mot att stärka naturens bärkraft och bevara de naturresurser som idag håller på att ta slut. Ekosystemen måste få möjlighet att anpassa sig och inkorporeras i vårt samhälle på deras egna villkor.2
Bild 1: Hållbar utveckling ligger i skärningspunkten mellan dess ingående perspektiv.
För att sammanfatta. Behovet av hållbar utveckling som begrepp växte fram ur miljöarbetets utveckling i historien. Hållbar utveckling handlar om att balansera perspektiven (ekonomi, social och ekologi) så att framtiden inte försämras för våra barn och deras barn.
2.3 Begreppsbildning och syften i undervisningen
Annie-‐Maj Johanssons avhandling heter ”Undersökande arbetssätt i NO-‐
undervisningen i grundskolans tidigare årskurser”.3 Den tar upp och belyser problematiken som finns när elever i yngre årskurser arbetar undersökande i syfte att stärka begreppsbildningen. Att arbeta undersökande innefattar men är inte begränsat till att laborera och därför har avhandlingen trots sitt fokus på yngre årskurser bidragit med viktiga utgångspunkter.
Det är inte helt ovanligt med lärare som klagar på laborationer för att eleverna inte lär sig något. Dessa lärare menar då att laborationerna skulle vara värdelösa.
Detta menar Johansson inte beror på att det är fel på eleverna utan hon menar att det är fel på undervisningsmetoden.3 Vidare säger hon också att bara
laborationer ej är tillräckligt för inlärning. Diskussion krävs också. Läraren måste anpassa den laborativa undersökningen i ett undervisningssammanhang för eleverna att ta tillvara på, för att ge uppgiften mening. En anledning till att eleverna ibland lämnar en aktivitet som ett frågetecken, utan att få med sig det som var tänkt, beror på en konflikt mellan de syften som styr aktiviteten.3
Mot denna väldefinierade problembakgrund presenterar Johansson ett par begrepp som hjälpmedel för att utvärdera undervisningssituationer och som verktyg att använda vid förbättringsarbete. Hon talar om närliggande syften och om övergripande syften.3 Dessa syften bör ses som varandras komplement och förutsättningar för att verksamheten ska kunna bedrivas med medvetenhet och utan motverkan mellan olika drivande krafter.
Närliggande syften, säger hon, får ofta agera som mål i sikte för eleverna.3 De är elevcentrerade och möjliggör för eleverna att medverka i aktiviteten med sitt eget språkbruk och sina egna erfarenheter. Elevernas görande är i fokus.
När jag skriver närliggande syfte menar jag ett syfte som ligger nära i
undervisningen. Ett syfte som definierar innehållet i aktiviteten och vad som är viktigt att ta med sig. Ett bra närliggande syfte håller jag med om bör vara elevcentrerat och bidra till att eleverna kan delta i aktiviteten med sitt eget görande.
Övergripande syften, säger hon, är läroplanscentrerade och syftar till att knyta verksamheten till de styrdokument den är underordnad.3
När jag skriver övergripande syfte menar jag också ett syfte som kommer ovanifrån, från programledningen eller styrdokument, och syftar till att på sätt och vis validera att undervisningen innehåller de delar som den ålagts.
3 Johansson, Annie-‐Maj, Undersökande arbetssätt i NO-‐undervisningen i grundskolans tidigare årskurser [Elektronisk resurs], Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik, Stockholms universitet, Diss. (sammanfattning) Stockholm: Stockholms universitet, 2012 Stockholm, 2012.
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-‐78835
2.4 Målinriktat arbete i laborativa sammanhang
För att få en bättre förståelse för hur mål används i laborationer och hur de kan användas har jag läst två artiklar, av Högström Per, Ottander Christina och Benckert Sylvia4 och av Millar Robin5.
Enligt Millar besvarar många lärare frågan om varför vi gör laborationer inom naturvetenskapen med att ”det är för att naturvetenskap är ett praktiskt ämne”.
Miller menar att vi lika gärna skulle kunnat svara att ”det är för att naturvetenskap är ett teoretiskt ämne”. Han visar, genom att analysera
laborationer och deras mål och roll i undervisningen, vad målet med mycket av det praktiska arbetet inom naturvetenskap är. Laborationer hjälper till att överbrygga avståndet mellan observerbara data och objekt å ena sidan och teorier och tankar å andra sidan.5
Högström, Ottander och Benckert skriver om laborativt arbete och försöker klassificera målen med laborationer i tre huvudområden. Utveckling av kunskap och förståelse (den kognitiva domänen), attityd och motivation (den affektiva domänen) och laborativa färdigheter och arbetssätt (den psykomotoriska
domänen). Studien gick sedan igenom laborationer som lärare i årskurs 7-‐9 hade med sina elever och lärarna fick först berätta vad målen med laborationer i deras undervisning i stort var och sedan berätta vad målen med de laborationer de tagit med sig var.
Undersökningen visade att bland lärarnas svar kunde 6 teman utläsas till varför lärarna använde laborationer i sin undervisning. Dessa teman kunde sedan kopplas till de tre huvudområden som presenterats ovan.
Temat ”att intressera och roa” och temat ”att stimulera aktivitet och upplevelse”
var teman som tillhör den affektiva domänen. Temat ”att anknyta till vardag och verklighet” hade kopplingar till både den affektiva och den kognitiva domänen.4 Temat ”att utveckla praktiska och manipulativa färdigheter” var det enda som hörde till den psykomotoriska domänen.
Temat ”att utveckla elevers förståelse för begrepp och fenomen” och temat ”att tänka och reflektera kring det laborativa arbetet” hörde till den kognitiva
domänen. Dessa två teman var även mest framträdande hos lärare när de skulle beskriva målen med deras laborationer på ett generellt plan.4
Undersökningen visade även att temat ”att stimulera aktivitet och upplevelse” var tillsammans med temat ”att utveckla elevers förståelse för begrepp och fenomen”
de två teman som framträdde mest hos lärarnas medtagna exempel på
laborationer. Detta betyder att affektiva aspekter lyfts fram mer i de laborationer som lärarna har än de själva tror.4 Att det är så är inte något negativt eftersom att både kognitiva och affektiva mål bör ingå i laborationer.
4 Högström, Per, Ottander, Christina & Benckert, Sylvia, Lärares mål med laborativt arbete: Utveckla förståelse och intresse NorDiNa 5 (s. 54-‐65). Umeå 2006
5 Millar, Robin, Rethoric and reality: what practical work really is for Wellington (Red.) ”Practical work in school sience – which way now?” (s16-‐31). Padstow: Routledge 1998
Millar betonar att laborationers mål bör vara att överbrygga klyftan mellan det observerbara och våra föreställningar.5 Högström, Ottander och Beckert betonar vikten av att förmedla målen med laborationen till studenterna.4 ”Att förvänta sig att det laborativa arbetet av sig själv ska medföra en utveckling av kunskaper kan innebära att klyftan mellan laborationer och teori vidgas.” 4 (Högström et al, sid 63) 2.5 Före-‐ och efterarbete i laborationer
Eftersom laborationer inte alltid knyter an till elevernas kunskaper riskerar laborationerna att ses som ett separat moment isolerat från den övriga undervisningen. Pre-‐ och post-‐laborativa aktiviteter kan då vara ett sätt att få eleverna att sätta laborationen i ett sammanhang. Åsa Julin-‐Tegelman skriver om bland annat före-‐ och efterarbete i laborationer.6
Samtal och diskussioner kan vara exempel på aktiviteter som fungerar som pre-‐
och post-‐laborativa aktiviteter. Laborationen ses då av eleverna som en del av en större helhet där dessa aktiviteter ingår.6 En viktig aspekt av aktiviteterna är att de bör klargöra i vilken kontext laborationen ingår. Annars riskerar laborationen bara bli ett sätt att producera ett fenomen och inte ett tillfälle att undersöka sambanden mellan variabler.
I diskussionen kommer Julin-‐Tegelman fram till att det är svårt för den
studerande att fokusera på mer än en sak i sitt laborerande, nämligen görandet.
Hon säger att för att få dem att värdera och ifrågasätta resultat behövs antagligen en post-‐laborativ uppgift.6
2.6 Miljöundervisning och miljödidaktik
Miljödidaktik är undervisningsforskning som inriktar sig på miljö-‐ och naturfrågor. De tankar kring miljödidaktik som detta arbete utgår ifrån är hämtad ur Klas Sandell, Johan Öhman och Leif Östmans bok ”Miljödidaktik:
naturen, skolan och demokratin”.7
Centralt för värdeladdade utbildningsområden i allmänhet och miljödidaktik i synnerhet är att undervisningen påverkas mycket av den som undervisar och hens egna åsikter och intressen.7
2.6.1 De tre vanligaste undervisningstraditionerna
Sandell, Öhman och Östman säger att för att kunna kartlägga
undervisningstraditionerna inom hållbar utveckling (i Sverige) och var de härstammar ur bör först miljösyn och undervisningsfilosofi identifieras.7
Miljösynen är den enskilde lärarens syn på problematiken kring miljö-‐ och resursproblemen. Den gäller inte bara omfattning utan även karaktär, åtgärder och allvar. Olika miljösyn kan ge stora skillnader i hur mycket undervisningen tar upp global uppvärmning till exempel.7
6 Julin-‐Tegelman, Åsa, Hur kan elevers kritiska tänkande tränas i naturvetenskapliga ämnen -‐ en studie om den öppna och den slutna laborationen. Stockholms universitet, Stockholm 2005
7 Sandell, Klas, Öhman, Johan & Östman, Leif, Miljödidaktik: naturen, skolan och demokratin, Studentlitteratur, Lund, 2003
En lärares undervisningsfilosofi behandlar frågor om varför och hur skolan ska bedriva undervisningen, inte bara vad gäller miljöundervisning utan även undervisning i allmänhet. Det är många frågor som får sitt svar via lärarens undervisningsfilosofi. Dessa undervisningsfilosofier kan med fördel klassificeras i tre grupper beroende på hur de besvarar frågorna kring undervisningens upplägg.7
Essentialismen premierar ett kunskapsperspektiv där målet med
undervisningen är att eleverna ska lära sig om den vetenskap och de fakta som experter inom miljöforskning kommit fram till.7
Progressivismen premierar ett elevperspektiv där målet med undervisningen är att eleverna ska lära sig att leva enligt miljöetiska regler.7
Rekonstruktivismen premierar ett demokratiperspektiv där målet med
undervisningen är att eleverna ska lära sig att kritiskt granska olika alternativ så att de kan ta del i den politiska debatten.7
De tre vanligaste undervisningstraditionerna inom miljö och hållbar utveckling i skolan har varit kontinuerligt påverkade av politiken. Den politiska agendan påverkar definitionen av begreppet hållbar utveckling och även vilken riktning forskning om miljöproblemen har tar tagit.7 Det demokratiska perspektivet är framskrivet i skollagen och därför är det viktigt att fundera över hur auktoriteten fördelas i klassrummet både vid föreläsningar och diskussioner.7
Faktabaserad miljöundervisning7, som är den första av de tre vanligaste undervisningstraditionerna, har en miljösyn där miljöproblematiken är en vetenskaplig och främst ekologisk fråga. Undervisningstraditionen återspeglar essentialismen, där vetenskapligt belagda begrepp och modeller ska förmedlas till eleverna. Det är läraren som tillsammans med faktamässigt bevandrade elever delar på auktoriteten i klassrummet och planerar undervisningen utan övriga elevers deltagande. De utan faktamässig kunskap bortprioriteras i diskussioner och blir passiva åhörare.
Normerande miljöundervisning7 har en miljösyn där problematiken främst är en värdefråga. Miljöproblemen är effekten av en konflikt mellan människan och naturen som beror på människors värderingar. Lösningen blir att
undervisningen ska hjälpa eleverna att anta miljövänliga värderingar, likt progressivismen. Det är läraren som främst har auktoriteten i klassrummet. Att vara faktamässigt bevandrad är inte något som ger auktoritet i detta klassrum, istället premieras elever med miljövänliga värderingar och ges mer utrymme i diskussioner och i planeringen av undervisningen.
Undervisning om hållbar utveckling7 har en miljösyn där problematiken är effekten av konflikter mellan olika mänskliga intressen. Dessa konflikter måste lösas på demokratisk väg för naturen och människans skull och således får undervisningen som målsättning att hjälpa elever att kunna och vilja delta i den demokratiska processen och diskussionen kring miljöfrågor, likt
rekonstruktivismen. Viktigt blir att undervisningen inte premierar specifika
lösningar utan att den belyser olika aspekter och utgångspunkter för eleverna att själva ta ställning för eller emot. Eleverna och läraren tillsammans delar på auktoriteten oavsett tidigare erfarenheter av teorier och egna miljövärderingar.
Alla ges lika utrymme att delta i diskussioner och undervisningen.
2.6.2 The action competence approach
Utöver den miljödidaktiska forskningen som presenterats ovan, där
undervisningstraditioner inom miljödidaktik identifierats, kan perspektivet kompletteras med inslag från annan forskning om miljöundervisning. Ett sådant perspektiv som varit relevant för det här arbetet har varit en artikel skriven av Finn Mogensen & Karsten Schnack.8
”Action competence” som är själva kärnan i deras artikel kan bäst beskrivas som ett tillstånd.8 Ett tillstånd där undervisningen präglas av handlingskraft och självsäkerhet. Konceptet går ut på att miljöundervisningen ska utrusta eleverna med argument, tankegångar, kunskap och handlingskraft för att kunna och vilja göra skillnad i sitt egna och andras beteendemönster.
Effekten blir att action competence kan ses som en av kombination mellan en normerande miljöundervisning och en undervisning om hållbar utveckling. Det som är yttersta förhoppningen inom action competence approachen är att eleverna ska ändra sina miljövärderingar och ha kunskapen att och våga delta i diskussioner rörande hållbar utveckling. Eleverna ska helt enkelt bli kompetenta för handling.8
Att eleverna ska bli kompetenta för handling påminner mycket om hur den gröna kemin och dess principer syftar till att vara ett verktyg för kemisterna att bli kompetenta i handling. Det finns alltså likheter mellan grön kemi och
miljödidaktik. Denna insikt påverkade det som följer i nästa del av rapporten, utformandet av arbetets strategi och valet av de metoder som använts
presenteras där.
8 Finn Mogensen & Karsten Schnack (2010): The action competence approach and the ‘new’ discourses of education for sustainable development, competence and quality criteria, Environmental Education Research, 16:1, 59-‐74
