Att undervisa genetik: problem och möjligheter

Malmö högskola
Lärarutbildningen
Natur, Miljö, Samhälle
Examensarbete
10 poäng
Att undervisa genetik:
problem och möjligheter
The teaching of genetics: problems and prospects
Helene Ceplitis
Lärarexamen 60 poäng
Examinator: Margareta Ekborg
2007-01-17
Handledare: Malin Ideland
2
Sammanfattning
De senaste årens forskning har tydligt visat på elevers svårigheter att utveckla begreppsförståelse inom ämnesområdet genetik. I denna studie har jag valt att intervjua lärare i
några svenska gymnasieskolor för att undersöka om de identifierar samma problem med
genetikundervisningen som finns dokumenterade i forskningslitteraturen samt hur de
arbetar för att eleverna skall nå uppsatta kunskapsmål. De intervjuade lärarna bekräftar
samtliga av de huvudproblem som forskningslitteraturen utpekar. Eleverna har svårt att
utveckla begreppsförståelse inom den grundläggande genetiken. Detta leder bland annat
till en mycket begränsad förmåga att, på basis av genetisk kunskap, ta ställning i frågor
som rör gentekniska metoders tillämpningar. Avslutningsvis diskuteras möjligheterna
att använda formativ utvärdering och att arbeta med autentiska problem för hjälpa och
motivera eleverna.
Nyckelord
Genetik, genteknik, undervisning, didaktik, begreppsbildning, elevers förståelse, vardagsföreställning, förförståelse, formativ utvärdering, autentiska uppgifter
3
4
Innehållsförteckning
1. Inledning.................................................................................................................. 7
2. Syfte och frågeställningar ........................................................................................ 8
3. Teoretisk bakgrund .................................................................................................. 9
3.1 Gymnasieskolans genetik .......................................................................................................9
3.2 Genetiken som didaktiskt problemområde........................................................................11
3.2.1 Områdesspecifik vokabulär och terminologi ................................................................................ 12
3.2.2 Den mendelska genetikens matematiska innehåll......................................................................... 13
3.2.3 Cellulära processer......................................................................................................................... 13
3.2.4 Indelningen av och ordningsföljden av undervisningsstoffet....................................................... 14
3.2.5 Genetikens komplexitet från mikro- till makroskala .................................................................... 14
3.2.6 Konsekvenser för undervisningen ................................................................................................. 15
3.3 Genteknik och etik i undervisningen ..................................................................................15
3.4 Socialkonstruktivistisk lärandeteori...................................................................................17
4. Metod ..................................................................................................................... 20
4.1 Datainsamling ........................................................................................................................20
4.2 Urval........................................................................................................................................20
4.3 Process ....................................................................................................................................21
5. Resultat .................................................................................................................. 23
5.1 Från kursplan till kunskap ..................................................................................................23
5.2 Hur undervisas genetik?.......................................................................................................24
5.2.1 Undervisningens innehåll och ordningsföljd ................................................................................ 24
5.2.2 Från DNA-molekyl till egenskap .................................................................................................. 26
5.2.3 Celldelningarna .............................................................................................................................. 27
5.2.4 Mendelsk genetik ........................................................................................................................... 29
5.3 Hur undervisas genteknik?..................................................................................................30
5.3.1 Undervisningens innehåll och ordningsföljd ................................................................................ 30
5.3.2 Gentekniska metoder och deras tillämpningar.............................................................................. 32
5.3.3 Genteknik och etik ......................................................................................................................... 33
6. Diskussion.............................................................................................................. 35
6.1 Genetiken i undervisningen .................................................................................................35
6.1.1 Genetikens omfattande och komplicerade terminologi ................................................................ 36
6.1.2 Genetikens abstrakta natur – molekyler, celler och Mendel ........................................................ 36
6.1.3 Genetiken som en begriplig helhet................................................................................................ 38
6.2 Gentekniken i undervisningen.............................................................................................39
6.3 Vardagskunskap möter vetenskap......................................................................................41
6.4 Hur skapas goda lärandesituationer?.................................................................................44
6.5 Genetik och genteknik – en integrerad didaktik...............................................................45
6.6 Några frågor för framtiden..................................................................................................46
7. Avslutning.............................................................................................................. 47
Referenser.................................................................................................................. 48
5
Bilagor ....................................................................................................................... 52
Bilaga 1. En kopiator för levande varelser?.............................................................................52
Bilaga 2. Intervjuguide ...............................................................................................................54
6
1. Inledning
Under flera år har jag arbetat med att undervisa genetik på olika universitet i Sverige.
Många av mina studenter har haft svårt att klara av genetikstudierna och bland grundkurserna i biologi är genetikkursen oftast den med störst andel underkända studenter.
Under mina första terminer som lärare tittade jag med fasa på tentamensresultaten och
förundrades över studenternas svar. Efterhand upptäckte jag att studenterna på kurs efter
kurs verkade ha problem med ungefär samma saker.
När jag efter många år för första gången, under en kurs i högskolepedagogik, kom i
kontakt med ämnesdidaktisk forskning upptäckte jag att litteraturen beskrev precis de
problem som jag själv identifierat. Artikelförfattarna hade ofta samma funderingar kring
genetikundervisningen som jag själv haft under min tid som lärare. Valet av ämnesområde för mitt examensarbete – begreppsbildning inom genetiken – var således enkelt.
Eftersom de flesta tidigare studier utgår från elevens svårigheter att utveckla begreppsförståelse har jag valt att istället rikta fokus på läraren. Genom att intervjua lärare på
några svenska gymnasieskolor vill jag undersöka hur de undervisar om genetik, om de
upplever samma svårigheter med genetikundervisningen som finns dokumenterade i
ämnesdidaktisk litteratur och, sist men inte minst, hur de arbetar för att eleverna skall
utveckla begreppsförståelse trots eventuella svårigheter.
7
2. Syfte och frågeställningar
Syftet med studien är att undersöka hur lärare i några svenska gymnasieskolor arbetar
för att deras elever skall utveckla begreppsförståelse inom genetiken. Jag är särskilt intresserad av att veta om lärarna identifierar samma problem med genetikundervisningen
som finns dokumenterade i forskningslitteraturen och hur de arbetar för att eleverna,
trots eventuella svårigheter, skall nå uppsatta kunskapsmål. Hur arbetar lärarna för att
skapa goda lärandesituationer för genetisk begreppsutveckling? Jag vill använda svaren
på dessa frågor som en utgångspunkt för en diskussion kring möjligheterna att integrera
undervisningen i genetik och genteknik och att använda formativ utvärdering för ett
konstruktivt utnyttjande av elevernas förkunskaper.
8
3. Teoretisk bakgrund
3.1 Gymnasieskolans genetik
Ämnesområdet genetik undervisas inom tre olika kurser i den svenska gymnasieskolan.
Kursen mikrobiologi och genetik, som är en gemensam kurs för inriktningarna djurvård
samt miljö- och naturvård inom naturbruksprogrammet, behandlar genetik och gentekniska metoder. Kursen naturkunskap B, som är en gemensam kurs på samhällsvetenskapsprogrammet, behandlar även den frågor som rör genetik och den moderna genteknikens utveckling och nyttjande. Biologi A är den gymnasiekurs som går djupast in på
området genetik och gentekniska metoder. Kursen biologi A är en gemensam kurs inom
naturvetenskapsprogrammet. I kursen undervisas även naturvetenskapliga teorier om
livets uppkomst och utveckling, artsammansättningen i ett ekosystem, samt teorier om
organismernas beteende utifrån ett evolutionärt perspektiv. De olika kursernas innehåll
definieras av gymnasieskolans styrdokument, i detta fall kursplanerna för mikrobiologi
och genetik (BI1206), naturkunskap B (NK1202) och biologi A (BI1201) (Skolverket,
2000).
I denna studie har jag valt att studera hur genetiken och gentekniska metoder undervisas
inom kursen biologi A. I kursplanen för biologi A (Skolverket 2000) står det att eleven
efter avslutad kurs skall:
...ha kunskap om arvsmassans strukturer samt förstå sambanden mellan dessa och
individens egenskaper,
...ha kunskap om gentekniska metoder och deras tillämpningar samt kunna diskutera genteknikens möjligheter och risker ur ett etiskt perspektiv.
I strävansmål och uppnåendemål formulerade i läroplanen för de fria skolformerna,
Lpf94 (Utbildningsdepartementet, 2001) står det följande.
Skolan skall sträva mot att varje elev /---/
9
... ökar sin förmåga att självständigt formulera ståndpunkter grundade på såväl
empirisk kunskap och kritisk analys som förnuftsmässiga och etiska överväganden.
Det är skolans ansvar att varje elev /---/
...har förutsättningar för att delta i demokratiska beslutsprocesser i samhälls- och
arbetsliv,
...har förmåga att kritiskt granska och bedöma det eleven ser, hör och läser för att
kunna diskutera och ta ställning i olika livsfrågor och värderingsfrågor.
Det etiska perspektivet betonas således i samtliga ämnen för att främja elevens förmåga
till personliga ställningstagande. I kursplanen för bland annat biologi A görs denna formulering explicit när det gäller gentekniska metoders tillämpningar.
Tolkningen av kursplanens formuleringar och dessas omsättning i relevanta kunskapsmål är den enskilde lärarens ansvar. Det kan därför vara intressant att jämföra kursplanen för gymnasieskolans biologi A med kursplanen för grundskolans biologi (Skolverket, 2000). I den senare står det att eleven i slutet av det nionde skolåret skall:
...ha kännedom om det genetiska arvet.
Inom NORDLAB-SE, som utgör en del av ett nordiskt samarbetsprojekt vars syfte är att
ge lärare redskap för att förbättra och förnya sin undervisning, har man tolkat denna
formulering som att det finns en direkt anvisning om att ärftlighetsaspekten av genetiken skall behandlas i undervisningen på högstadiet (PROJEKT NORDLAB-SE, 2006).
En liknande betoning av kunskap om ärftligheten saknas i kursplanen för gymnasieskolans biologi A. Inom NORDLAB-SE har man även gjort en detaljerad begreppsanalys
över vilka baskunskaper som krävs för att förstå ärftlighet (PROJEKT NORDLAB-SE,
2006). Listan baseras på studier av Banet och Ayuso (2000) och Lewis et al. (2000) och
omfattar följande kunskaper:
• Alla levande organismer består av celler.
• Varje cell innehåller kromosomer.
• Gener är delar av kromosomerna, och innehåller den genetiska informationen.
10
• Gener består av DNA.
• DNA kan kopiera sig själv.
• Gener kodar för proteiner.
• Gener kan sättas på och stängas av.
• Celler kan bli olika beroende på vilka gener som är aktiva.
• Kromosomer förekommer i par, en från varje förälder [åtminstone i diploida organismer,
egen kommentar].
• Gener finns i olika varianter.
• Gener förekommer i par, men det kan vara olika varianter i paret.
• Vid vanlig celldelning (mitos) bildas celler med samma genetiska information som modercellen.
• Alla kroppsceller i organismen innehåller samma genetiska information (alltså identiska
kromosomer och gener).
• Könsceller bildas genom reduktionsdelning (meios) och får därmed hälften av modercellens kromosomer.
• Könsceller blir olika, eftersom de får ett urval av förälderns kromosomer.
• Vid befruktning sammansmälter två könsceller så att antalet kromosomer återställs.
• Avkommor ärver genetisk information från sina föräldrar, men blir unika beroende på
könscellernas slumpmässiga olikhet.
3.2 Genetiken som didaktiskt problemområde
En vanlig åsikt bland lärare är att genetiken är intressant att undervisa men att det är
svårt att undervisa så att eleverna verkligen förstår ämnet (PROJEKT NORDLAB-SE,
2006). Under de senaste åren har många arbeten publicerats som visar på elevers svårigheter att utveckla begreppsförståelse inom genetiken (Knippels, 2002). Knippels
sammanfattar i sin doktorsavhandling Coping with the abstract and complex nature of
genetics in biology education : The yo-yo learning and teaching strategy svårigheterna
med genetikundervisningen i följande fem huvudpunkter:
1. Områdesspecifik vokabulär och terminologi
2. Den mendelska genetikens matematiska innehåll
3. Cellulära processer
4. Indelningen av och ordningsföljden hos undervisningsstoffet
5. Genetikens komplexitet från mikro- till makroskala
11
Till dessa huvudpunkter kan läggas ytterligare problem som framkom vid en gruppintervju med 19 lärare som undervisar genetik för elever i åldrarna 15 till 18 år i nederländska skolor (Knippels, 2002). I denna gruppintervju visade det sig att eleverna har en
bild av genetiken som svår och obegriplig, att symbolanvändningen i pedigrees och
korsningsscheman försvårar undervisningen, samt att det råder brist på relevanta förkunskaper och kognitiv mognad hos eleverna (Knippels, 2002; Knippels et al., 2005).
3.2.1 Områdesspecifik vokabulär och terminologi
Att terminologin är besvärlig kan illustreras genom följande lista på termer och begrepp
som förekommer i ett vanligt läromedel (PROJEKT NORDLAB-SE, 2006). Dessa ord
(och många fler) står att hitta i de läroböcker som används i svenska gymnasieskolor:
genetik, ärftlighetslära, gen, egenskap, celldelning, kromosom, uttryck, DNA, replikation, protein, enzym, koda, kvävebas, mRNA, transkription, ribosom, cytoplasma, translation, proteinsyntes, eukaryot, könscell, enkel uppsättning, dubbel
uppsättning, virus, bakteriofag, plasmid, resistens, baspar, nukleosom, histon, triplett, tRNA, antikodon, RNA-polymeras, trifosfonukleotid, nukleotid, promotor,
stoppkodon, intron, exon, rRNA, genetiska koden, peptidbindning, genreglering,
reglerande proteiner, regulatorgen, strukturgen, interfas, DNA-polymeras, startsekvens, mutation, homolog, diploid, haploid, kromosomtal, vanlig celldelning, meios, centromer, systerkromatid, reduktionsdelning, mitos, kärnspole, centriol, gamet, zygot, korsa, utklyvning, allel, locus, homolog, homozygot, heterozygot, dominant, recessiv, dominant nedärvning, arvsgång, filial, korsningsschema, klyvningstal, genotyp, fenotyp, återkorsning, koppling, överkorsning, kopplingsgrupp,
autosomala kromosomer, könskromosomer, könsbunden nedärvning, polygena
egenskaper, ärftliga sjukdomar, förökning, könlig förökning.
Förutom den stora mängden facktermer är det dessutom ofta svårt för eleverna att hålla
isär vissa begrepp. Elever tenderar t.ex. att använda orden gen och allel synonymt, ett
problem som ofta förstärks av att både läroböcker och lärare ofta använder begreppen
som om de vore utbytbara (Knippels, 2002). Orden kromatid, kromosom och homologa
kromosomer ställer också till problem, liksom begreppen homozygot, heterozygot, dominant och recessiv (Knippels, 2002).
12
3.2.2 Den mendelska genetikens matematiska innehåll
Många elever har svårt att klara den del av genetiken som innehåller matematiska moment. Detta har sin grund i den kombinatorik och i de sannolikhetsberäkningar som utgör kärnan i den mendelska genetiken (Knippels, 2002). Det finns dock studier som
visar att det inte är matematiken i sig som orsakar problem utan det sätt på vilken matematiken skall användas i nedärvningsanalysen (Kinnear, 1983; refererad i Knippels,
2002). Eleverna förstår helt enkelt inte sambandet mellan meios, nedärvning och korsningsscheman (Punnet-diagram) och hittar därför ofta mekaniska lösningar som inte
kräver någon djupare förståelse (Knippels, 2002).
3.2.3 Cellulära processer
Brown (1990) har visat att många elever har bristande kunskap om kromosomens
struktur och om hur kromosomen replikeras till två kromatider. Dessa problem bekräftas i en studie av Kindfield (1991), enligt vilken eleverna uppfattar kromosomstrukturen
som en funktion av cellernas ploidinivå. Hon beskriver följande missuppfattningar: i
haploida celler (dvs celler med en enkel uppsättning kromosomer) består kromosomen
av en dubbelsträngad DNA-molekyl. I diploida celler (dvs celler med dubbel kromosomuppsättning) består kromosomen av två sammankopplade dubbelsträngade DNAmolekyler vilka förenats då en kromosom från mamman och en kromosom från pappan
smält samman vid befruktningen (Kindfield, 1991). Uppgifterna från Kindfields studie
(1991) har använts av Carlsson och Kroon (2001) i en enkätstudie av gymnasielevers
begreppsbildning. Elevsvaren från den senare studien visar enligt författarna att ”total
förvirring tycks råda” kring kromosombegreppet (Carlsson & Kroon, 2001, s. 16).
Bristfälliga kunskaper om vad en kromosom är och hur den ser ut gör att eleverna är
dåligt rustade för att förstå processer som bygger på kromosombegreppet, till exempel
mitos och meios (Lewis et al., 2000b). Lewis et al. (2000a, c) har i elevstudier bland
mer än femhundra brittiska 14-16 åringar visat att elevers förståelse av celldelningsprocesserna är mycket begränsad. Eleverna i studierna kunde inte se skillnaderna mellan
mitos och meios och visste inte heller vilken betydelse de båda processerna har eller
vilket resultat de får (Lewis et al., 2000a, c). Andra vanliga problem som Lewis och
hennes kollegor noterade i sina studier var att eleverna inte var medvetna om att det
genetiska materialet kopieras (replikeras) innan celldelningen, eller att de inte förstod att
alla celler i en individ innehåller samma genetiska material. Istället trodde många elever
13
att celltyper med olika funktion har olika genetiskt innehåll. Lewis et al. (2000a, c) antar
att sådana felaktiga uppfattningar beror på att eleverna har svårt att se förhållandet mellan kromosomer, gener och genetisk information. Slutsatserna hos Lewis och hennes
kollegor bekräftas i en liknande spansk studie av 15-17 åringar (Banet & Ayuso, 2000).
Forskarna inom NORDLAB-SE (PROJEKT NORDLAB-SE, 2006) har utifrån studierna av Lewis et al. (2000a) och Banet och Ayuso (2000) sammanfattat några vanliga
uppfattningar hos elever:
• Gener är större än kromosomer (ca 25%)
• Gener består av kromosomer (40%)
• Celler har olika genetiskt material beroende på funktion (50%)
• Kroppsceller innehåller ingen genetisk information (40%)
• Kroppsceller innehåller inga könskromosomer (90%)
Elevuppgifterna från Lewis (2000a) studie har även använts som enkätfrågor i två examensarbeten som utförts vid Malmö högskola (Carlsson & Kroon, 2001) och Göteborgs
universitet (Christensen & Millton Almgren, 2005). Dessa båda studier visar att samma
problem är vanligt förekommande i svenska gymnasieskolor.
3.2.4 Indelningen av och ordningsföljden av undervisningsstoffet
Många av problemen i genetikundervisningen härrör från hur förhållande mellan meios
och ärftlighet belyses i läroboken (Cho et al., 1985; refererad till i Knippels, 2002). Cho
och hans kollegor undersökte de tre mest använda läroböckerna i USA och drog slutsatsen att upplägget hos dessa var otillfredsställande. Meiosen presenterades innan nedärving och mendelsk genetik och inga ansträngningar gjordes från läroboksförfattarnas
sida för att göra kopplingen mellan dessa tydlig (Cho et al., 1985; refererad till i Knippels, 2002). Liknande resultat har rapporterats i en studie från Nederländerna (Knippels
et al., 2005).
3.2.5 Genetikens komplexitet från mikro- till makroskala
Den sista huvudsvårigheten med genetikundervisningen som Knippels (2002) tar upp i
sin avhandling är det faktum att de genetiska begrepp och fenomen som undervisas hör
hemma på olika biologiska organisationsnivåer. Bahar et al. (1999) definierar tre olika
nivåer i genetikundervisiningen: makronivå (organismnivå), mikronivå (cellen) och
14
slutligen en biokemisk nivå (DNA). Eleven förutsätts kunna röra sig mellan dessa olika
nivåer vilket kan förorsaka problem (Bahar et al., 1999). Vissa forskare (se t.ex. Knippels, 2002) anser att genetikens komplexitet från makro- till mikroskala utgör den
största utmaningen i genetikundervisningen.
3.2.6 Konsekvenser för undervisningen
Bilden som tecknas av elevernas bristfälliga begreppsbildning är tydlig. Trots detta
finns endast få studier som visar hur man som lärare bör arbeta för att hjälpa eleverna i
undervisningen. Knippels (2002) nämner fyra kriterier i sin avhandling som hon anser
bör uppfyllas i genetikundervisningen:
1. Undervisningen bör inledas på organismnivå, dvs på en organisationsnivå som
eleverna är bekanta med, och sedan röra sig mot cell-och molekylnivå.
2. Förhållandet mellan meios och nedärvning måste tydliggöras.
3. De två cellinjerna, den somatiska (mitos) och reproduktiva (meios), bör behandlas i samband med cellcykeln.
4. Genom olika inlärningsaktiviteter måste eleverna själva få undersöka förhållandet mellan olika organisationsnivåer.
3.3 Genteknik och etik i undervisningen
I dagens samhälle har de sociala och etiska aspekterna av naturvetenskapen fått en allt
mer framträdande roll. Inom genetikens område dyker frågor som rör t.ex. transgena
organismer, kloning, stamcellsforskning, m.m. ofta upp både i nyhetsmedia och i populärkulturen. I styrdokumenten betonas vikten av att eleverna övas i att ta ställning i dylika frågor och att deras ställningstagande skall grunda sig på naturvetenskapligt kunnande (Skolverket, 2000; Utbildningsdepartementet, 2001). Didaktisk forskning kring undervisning om naturvetenskapens sociala och etiska aspekter har inte en lika lång tradition som forskningen kring naturvetenskaplig begreppsbildning. Forskningen har hittills
dominerats av frågor som: är det möjligt? och: är det önskvärt? (Lewis & Leach, 2006).
Argumenten för undervisning om sociala och etiska perspektiv på naturvetenskapen
hävdar ett ökat behov av vetenskaplig allmänbildning, medan motargumenten gör gällande att skolan ändå inte kan ge en adekvat kunskapsbas för ställningstagande i kom-
15
plicerade frågor. Följande argument mot en sådan undervisning har sammanställs av
Lewis och Leach (2006):
•
Endast en begränsad mängd stoff kan undervisas inom skolans ramar.
•
Det finns en svårighet i att avgöra vilken information som kommer att vara relevant, och för vem.
•
Vetenskapen utvecklas med sådan fart att informationen som eleverna behöver i
framtiden kanske inte finns tillgänglig idag.
Lewis och Leach (2006) menar dock att kunskaper inom naturvetenskapen är nödvändiga, men att med en bra planerad undervisning behöver inte kunskapsmängden vara så
stor för att man skall kunna ta del i debatter kring frågor som berör t.ex. gentekniska
metoders tillämpningar (Lewis & Leach, 2006). Med detta menar Lewis och Leach
(2006) att skolan inte måste undervisa allt en individ kan behöva veta under sin livstid,
men att däremot undervisning inom ett mer begränsat antal områden kan öka förmågan
och intresset för att ta ställning till dylika frågor i framtiden. Det har också diskuterats
var i undervisningen sådana aktiviteter skall äga rum: inom humaniora eller inom naturvetenskapen. I en studie av Levinson och Turner (2001; refererad till i Lewis & Leach
2006) framkom det att lärarna inom humaniora ansåg sig sakna kunskaper inom naturvetenskap medan naturvetenskapslärarna tenderade att se på det naturvetenskapliga
kunnandet som objektivt och värdeneutralt, samt ansåg sig sakna kompetens att diskutera naturvetenskapen som en social aktivitet.
Svenska gymnasieelever har deltagit i två utvärderingar där de fått besvara frågor som
bla. behandlat genteknik och etik. I PISA 2003 handlade en av uppgifterna (bilaga 1)
om det klonade fåret Dolly (Skolverket, 2004). Uppgiften bestod av tre delfrågor; den
första undersökte elevers kunskaper om var det genetiska materialet finns (68% svarade
rätt), den andra frågan undersökte grundläggande kunskaper i cellbiologi (47% svarade
rätt) och den tredje frågan undersökte elevers förmåga att skilja ett vetenskapligt argument från en värderande ståndpunkt (54% svarade rätt). Gymnasisters kunskaper testades även 1995 som en del i utvärderingen av gymnasiereformen. Syftet med undersökningen i det här fallet var att undersöka elevernas förmåga att planera, söka och sovra
information, tänka kritiskt och ta ställning i en fråga som gällde genteknik. I denna studie valde man att förutom begreppsförståelse även testa elevernas förtrogenhetskunskap.
16
Resultatet av studien visade att elevernas informationssökning var osystematisk och
okritisk och att argumentationen utmärktes i nio fall av tio av känslomässiga överväganden (Skolverket, 1996; refererad till i Sjøberg, 2005).
3.4 Socialkonstruktivistisk lärandeteori
Ämnet genetik präglas av många och svårtillgängliga begrepp och teorier. Ämnesdidaktisk forskning har visat att undervisningen inom genetik lider av att eleverna har
bristande förkunskaper när det gäller vissa centrala begrepp (se ovan). Utifrån denna
kunskap anser jag det vara särskillt lämpligt att ta utgångspunkt i en socialkonstruktivistisk syn på lärande. Socialkonstruktivistisk lärandeteori har sin grund i Jean Piagets
(1896-1980) och Lev Semanovich Vygotskijs (1896-1934) teorier om lärande (se t.ex.
Andersson, 2001; Sjøberg, 2005). Enligt Piagets konstruktivistiska lärandeteori konstruerar varje individ sin egen kunskap utifrån tidigare erfarenheter och kunskap. Piaget
menade att lärande och utveckling äger rum då jämviktsrubbningar uppstår mellan de
redan befintliga kognitiva strukturerna och omgivningen, och att en ny balans uppnås
igen först på en högre utvecklingsnivå, ett fenomen som ofta benämns som ”jämvikt
genom självreglering” (se t.ex. Andersson, 2001; Sjøberg, 2005). Enligt ett konstruktivistiskt synsätt är det kreativitet och skapande som hjälper individen att uppnå den nödvändiga balansen (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996). Piaget kom även att intressera
sig för barns förförståelse, eller vardagsföreställningar, av vissa fenomen eftersom han
ansåg dessa ligga till grund för ett mer vetenskapligt tänkande (se t.ex. Andersson,
2001; Sjøberg, 2005). Det piagetska perspektivet har vidgats och kompletteras av Vygotskij, som menade att barns föreställningar om och tolkningar av världen är ett resultat av en konstruktiv interaktion med andra människor under kulturellt bestämda villkor
(Andersson, 2001). Den socialkonstruktivistiska synen på lärande kombinerar Piagets
och Vygotskijs teorier och hävdar därmed att kunnande är individuellt konstruerat men
socialt medierat (Andersson, 2001).
För läraren i naturvetenskap är, enligt Andersson (2001), det vetenskapliga tänkandet
centralt. Ett av skolans mål är att ge eleverna bestående insikter i naturvetenskapens
begreppsvärld och en stor del av undervisningen går ut på att undervisa just naturvetenskapliga begrepp och teorier (Andersson, 2001). Andersson (2001) menar att naturvetenskapens huvudsakliga kunskapsobjekt utgörs av socialt konstruerade begrepp och
teorier, som eleverna inte själva kan upptäcka. Istället måste de vara tillsammans med
17
människor som använder de aktuella begreppen och teorierna då de berättar, förklarar
och löser problem (Andersson, 2001).
Inom genetiken är förförståelse av olika begrepp och fenomen en vanlig företeelse (se
t.ex. Kindfeldt, 1991; Lewis et al., 2000c). Elever har t.ex. ofta en felaktig bild av vad
en kromosom är och hur den ser ut samt vilket innehåll olika celler har (Lewis et al.,
2000a, b, c). Förförståelse kan vara kunskaper man förvärvat på lägre undervisningsnivåer (i detta sammanhang tex. under grundskolans biologiundervisning), men kan även
inkludera sk. vardagsföreställningar, med vilket man menar förförståelse skapad utanför
en formell undervisningssituation, t.ex. via media.
I likhet med Piaget menar Andersson (2001) att det är av stor vikt för lärandet att klargöra vilken förförståelse eleverna har av ett visst fenomen och att skolans uppgift borde
vara att utveckla både vardagstänkandet och det vetenskapliga tänkandet genom att låta
de båda tankesätten interagera. Grundtanken här är att genom att utmana elevens vardagsföreställning av ett visst fenomen skapa en störning i balansen med omgivningen
och att sporra eleven till lärande när denne försöker återställa balansen. Enligt ett sådant
synsätt borde det således vara lärarens uppgift att hjälpa eleven att ta sig från ett visst
utgångsläge till ett uppställt mål (Andersson, 2005). För att kunna göra detta behöver
läraren naturligtvis kännedom om elevens utgångsläge. Informationen om var eleven
befinner sig kunskapsmässigt används sedan som återkoppling för att modifiera undervisningen. Att utvärdera elevers förståelse av ett visst fenomen med avsikten att använda informationen för att förbättra undervisningen kallas formativ utvärdering (Black &
William, 1998; Andersson, 2005). I detta arbetssätt är elevdeltagande också en central
del. Eleverna måste ta ansvar för sitt eget lärande i den meningen att de själva skall
kunna definiera vad de behöver göra för att nå ett uppsatt mål (Black & William, 1998).
En förutsättning för denna typ av elevdeltagande är att eleverna är väl insatta i vilka de
uppställda målen är. Sammantaget syftar alltså den formativa utväreringen till att ge
både läraren och eleven information som kan användas till att – under processens gång –
förbättra undervisningen och lärandet (Black & William, 1998; Andersson, 2005).
Med utgångspunkt från denna syn på lärande bör undervisningen struktureras så att eleven får möjlighet att utveckla en vetenskaplig förståelse utifrån sin vardagskunskap.
Andersson och Bach föreslår följande undervisningssekvens (Andersson & Bach, 1995;
18
refererad till i Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996) för att arbeta med begreppsutveckling:
1. Elevernas föreställningar lockas fram, diskuteras och utmanas. En osäkerhet förväntas uppstå hos eleven kring det egna sättet att tänka, samtidigt som ett engagemang föds.
2. Eleven ges möjlighet att omstrukturera sina föreställningar genom att begrepp
introduceras och diskuteras.
3. Eleven får pröva och öva nya begrepp och idéer genom att tillämpa dem i varierade situationer.
4. Eleven ges möjlighet att jämföra nya och gamla föreställningar och att reflektera
över skillnaderna.
Denna undervisningsmetod har prövats inom ramen för ett forskningsprojekt och resulterade i att eleverna uppnådde betydligt bättre resultat än elever i en nationell utvärdering. Dock krävde undervisningen ungefär dubbelt så lång tid som den mer traditionella
(Andersson & Bach, 1995; refererad till i Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996).
19
4. Metod
4.1 Datainsamling
Jag valde att göra kvalitativa intervjuer eftersom jag ville ha uttömmande svar, där lärarna fick möjlighet att beskriva vad de gör och att under samtalets gång fundera över
varför. Genom den kvalitativa intervjun är det lättare att få en fördjupad kunskap om
informantens tankegångar och funderingar än t.ex. via en strukturerad intervju eller en
enkätstudie som ger en bredare men mer ytlig information (Johansson & Svedner,
2001). Intervjun har dessutom fördelen gentemot enkätstudien att man har möjlighet att
ställa följdfrågor, att specificera frågeställningen när det behövs och att be om förtydliganden och tolkningsbekräftelse från informanten (Kvale, 1997).
Intervjun berörde följande två frågeområden; vilket innehåll har gymnasieskolans genetikundervsining och hur arbetar lärarna för att skapa goda lärandesituationer? Dessa
båda områden delades dock upp i kortare frågor som informanterna fick berätta fritt om.
Frågeområdena var bestämda förväg men avhandlades inte alltid i samma ordning. Ordningen på frågorna och utformningen av följdfrågorna varierade beroende på informantens svar. Som underlag för intervjuerna användes en intervjuguide (bilaga 2).
4.2 Urval
Lärarna som valdes ut för intervju har alla erfarenhet av att undervisa genetik och genteknik inom kursen biologi A. Mitt enda övriga urvalskriterium var att lärarna skulle
arbeta på olika skolor. Att intervjua lärare från en och samma skola skulle vara mindre
givande i detta fall eftersom lärare på samma skola, enligt min erfarenhet, delar undervisningsmateriel (lärobok, laborationshandledningar, laboratorieutrustning, övningar
etc.); dessutom undervisar de ungefär samma saker i samma ordningsföljd av rent praktiska skäl.
Enligt Kvale (1997) bör antalet intervjuer i en vanlig intervjustudie ligga mellan 5 och
25 (15 plus minus 10). Antalet kan variera beroende på tid och tillgängliga resurser
(Kvale, 1997). I detta fall intervjuades 4 personer eftersom tiden avsatt för undersökningen var begränsad, liksom tillgången på informanter.
20
Lärarna jag har intervjuat arbetar på fyra olika skolor i södra Sverige. Deras ålder varierar liksom deras erfarenhet av undervisning. Även deras elever varierar från vad lärarna
själva beskriver som väldigt duktiga och studiemotiverade till ganska svaga med dåliga
förkunskaper i både svenska språket och biologiämnet. Eftersom jag har valt att inte
koppla något av det som framkommer i intevjun till dessa aspekter har jag valt att utlämna vissa detaljer om respektive person med hänsyn till deras anonymitet. Informanternas namn är fingerade.
4.3 Process
Intervjuerna utfördes med en lärare i taget under tidsperioden 10 november till 1 december 2006 och ägde rum på lärarnas respektive arbetsplats. De intervjuade informerades om att materialet skulle behandlas anonymt och de erbjöds att läsa antingen transkriptionen eller det färdiga resultatet. Varje intervju varade mellan 30 och 50 minuter.
Intervjuerna spelades in och transkriberades. De transkriberade intervjuerna lästes igenom flera gånger och analyserades med utgångspunkt i mina två frågeområden:
•
Vad innehåller gymnasieskolans genetikundervisning?
•
Hur arbetar lärarna för att skapa goda lärandesituationer?
I analysen av det första frågeområdet har jag utgått från kursplanens formulering och
lärarnas tolkning av denna, dvs vilka kunskapsmål det givit upphov till. Analysen av
det senare området (hur goda lärandesituationer skapas) har delats upp i separata avsnitt som rör undervisningen av den grundläggande genetiken respektive undervisningen av gentekniska metoder och deras tillämpningar. Inom delområdet som berör
genetikundervisningen har jag fäst särskild vikt vid hur lärarnas beskrivningar förhåller sig till de fem huvudproblem som Knippels (2002) identifierat och hur de arbetar för att eleverna trots dessa problem skall utveckla begreppsförståelse. Inom
undervisningen av genteknik har jag speciellt intresserat mig för huruvida lärarna
anser att eleverna använder de genetiska begrepp de tidigare lärt sig när de diskuterar gentekniska metoders tillämpningar. En övergripande fråga har varit hur lärarna
arbetar med elevernas förkunskaper inom genetik- och genteknikområdet.
21
Eftersom jag anser att de tematiseringar av resultaten som rekommenderas i Johansson och Svedner (2001) inte passar mitt material har jag valt att strukturera intervjuresultatet efter mina frågeområden (se ovan).
22
5. Resultat
5.1 Från kursplan till kunskap
På min direkta fråga om hur kursplaneformuleringen,
...eleven skall ha kunskap om arvsmassans strukturer samt förstå sambanden mellan dessa och individens egenskaper,
(hämtad ur kursplanen för biologi A; Skolverket, 2000) skall tolkas och vilka kunskapsmål formuleringen leder till får jag ungefär samma svar från samtliga intervjuade
lärare. De anser att DNA-molekylens uppbyggnad och struktur tillsammans med processerna transkription och translation (d.v.s. hur informationen i DNA resulterar i ett
färdigt protein), samt utgångspunkten att ett visst protein ligger till grund för en viss
egenskap, är centrala fenomen.
Embla: ...ja om man tänker provfrågor då som ju blir mätning av kunskapmål på
något sätt ... så det brukar bli en provfråga på DNA-molekylens struktur och sen
en på vanlig translation ... och då tycker jag väl att jag har täckt baserna i det ungefär ...
När det gäller hur kursplanemålet,
...eleven skall ha kunskap om gentekniska metoder och deras tillämpningar
samt kunna diskutera genteknikens möjligheter och risker ur ett etiskt perspektiv,
skall tolkas och vilka kunskapsmål formuleringen leder till får jag också samstämmiga
svar från de intervjuade lärarna. Svaren berör dock inte kunskapsmålens exakta innehåll, utan snarare kursplanens målformulering.
Max: ... ha kunskap om gentekniska metoder tycker jag känns bättre avgränsat ...
det finns ett begränsat antal metoder och om man tar upp några av dessa så tycker
jag målet är uppfyllt ... att ta upp genteknikens möjligheter och risker ur ett etiskt
23
perspektiv tycker jag också ger läraren ganska små möjligheter till egna tolkningar ... det är precis vad som beskrivs ...
Embla: ...det är inte så mycket tolkningsutrymme där utan det är ganska tydligt ...
och det är trevligt med ett sådant kursplanemål där man faktiskt vet vad man skall
göra ... många av dem är skrivna med sådan skolverketsvenska att om man inte vet
vad man skall göra så kan man inte förstå det målet ... det är skönt framför allt när
det skall ingå etiska diskussioner där många elever blir förvånade över att vi skall
göra detta på biologin ... då känns det extra viktigt att det faktiskt står att vi skall
göra detta ... det är inte jag som har blivit knäpp och tror att jag är religionslärare
...
5.2 Hur undervisas genetik?
5.2.1 Undervisningens innehåll och ordningsföljd
Sammantaget kan jag konstatera att de intervjuade lärarnas genetikundervisning innehåller mycket mer stoff än vad de härleder ur kursplanens mål. De flesta punkterna i
listan nedan som sammanfattar vad genetikundervisningen innehåller, nämns av samtliga lärare:
•
förstå hur DNA-molekylen är uppbyggd
•
inse att kvävebaserna bara går att para på ett sätt
•
inse att alla celler innehåller DNA
•
beskriva replikations-, transkriptions- och translationsprocesserna
•
beskriva den genetiska koden
•
beskriva vad en gen är
•
inse att det finns fler gener än kromosomer
•
redogöra för sambandet mellan en gen, ett protein, en egenskap
•
beskriva genreglering
•
redogöra för Mendels lagar om nedärvning
•
redovisa nedärvning för en egenskap
•
redovisa nedärvning av två egenskaper
•
förstå mitosen
•
förstå meiosen
•
genomföra en etisk diskussion om fosterdiagnostik
24
I denna lista kan man urskilja tre huvudområden inom genetikundervisningens innehåll:
den ärftliga informationens materiella och biokemiska bas (d.v.s. DNA-molekylens
struktur, replikation, transkription och translation), celldelningsprocesserna (mitos och
meios) samt den mendelska nedärvningsgenetiken.
De fyra lärarnas undervisning är olika starkt knuten till den ordningsföljd i vilken stoffet
presenteras i de läroböcker de använder. Embla och Marit, som lägger upp undervisningssekvensen på samma sätt, håller sig i stort till lärobokens ordning. Embla använder
läroboken Biologi A med naturkunskap A (Karlsson et al., 2000). Hon anser att läroboken är ett stöd för henne eftersom den hjälper henne att hålla sig på en ”lagom nivå”.
Texten i boken är dock ”lite svår” vilket också eleverna tycker, ”till och med de duktigaste”. Det finns en mind map i boken som hon tror att många elever har glädje av, liksom inläsningsfrågorna i slutet av varje kapitel. Marits undervisning är väldigt bunden
till läroboken. Hon använder Biologi A (Peinerud et al., 2000). Inte sällan använder hon
boken för att hon upplever att den är hennes elevers ”trygghet i tillvaron”. Marit anser
dock att boken ger en bristfällig helhetsbild av genetiken som ämne. Max och Elis, som
båda använder läroboken Biologi A med naturkunskap A (Karlsson et al., 2005), håller
sig däremot inte lika strikt till bokens ordningsföljd. Exempelvis brukar Max, för att
skapa ett intresse hos eleverna, inleda med frågan varför vi ser ut som vi gör – ”vad är
det som gör att vi är lika våra föräldrar men inte helt identiska”. Max anser att det är bra
att starta med något eleverna kan se istället för med molekyler eller celler. Både Max
och Elis menar att deras upplägg är mer logiskt än lärobokens.
Max: ... Mendel kände ju inte till genen men han kunde ändå dra de slutsatser som
han gjorde ... och det betyder ju också att man som elev inte heller behöver göra
det för att förstå Mendel ...
De medger dock att det medför vissa problem att inte följa boken. I avsnittet om Mendel
förutsätts t.ex.. att man i detalj vet vad en gen är. Max och Elis anser båda att läroboken
är ett bra stöd för eleverna men att den är alldeles för detaljerad inom just genetikavsnittet.
25
Max: ... läroboken tar upp en massa onödiga ord ... allt som finns med på en bild
på cellen måste ha ett namn som man sen inte har någon vidare nytta av ... eleverna blir förvirrade av detta ... de blandar ihop olika ord bara för att det blir så
många ...
Elis: ... genetiken tycker jag det är lite för mycket detaljer i ... genreglering till exempel ... det står en massa detaljer men det står egentligen inte hur viktigt det är ...
det är ju det som gör att vi ser olika ut ... människa och mus ... inte vilka gener vi
har utan när de slås på ...
Grovt sett kan de intervjuade lärarna delas in i två grupper med avseende på den ordning i vilken de avhandlar de tre huvudområdena inom genetiken som beskrivs ovan.
Den ena gruppen, som representeras av Max och Elis, börjar med Mendel och nedärvningen för att därefter komma till arvsmassans molekylära uppbyggnad och funktion.
Till skillnad från Max fogar Elis däremot in celldelningen direkt efter nedärvningen,
medan Max behandlar celldelningen sist. Embla och Marit, som bildar den andra gruppen, följer den omvända ordningen, dvs. de börjar på den molekylära nivån för att via
celldelningen komma till mendelismen.
5.2.2 Från DNA-molekyl till egenskap
Det är vanligt att lärarna använder olika metoder för att mer konkret illustrera genetiska
processer och fenomen eftersom det annars blir alltför abstrakt. Max, Elis och Marit
visar filmer och animationer av processerna de pratar om, t.ex. replikations-, transkriptions- och translationsprocessen.
Marit: ... för det här är ju jättesvårt ... det är den svåraste biten i biologi A ... det
är abstrakt ... det här är ingenting som man kan se ... och tankehoppen i de här logiska tankeföljderna ... varför blir det som det blir ... man kan plugga in hur en
DNA-molekyl ser ut men vilken funktion den har och vilka effekter den får är svårt
... om man inte tänker logiskt ... vilket många av dem inte gör ... de har inte den
förmågan att koppla ihop ...
Max anser också att det är bra att eleverna får höra andra än han själv förklara vissa
fenomen, t.ex. via en film. Marit konkretiserar och visualiserar dessutom fenomenen
genom att använda sig av t.ex. molekylmodeller. När eleverna bygger med modellerna
26
vill hon att de skall prata mycket, med henne och med varandra. Hon ser det som ett bra
tillfälle för dem att öva sig i att sätta ord på de olika komponenterna och att beskriva
vad det är som händer.
Marit: ... de tycker att det är jättesvårt med alla ord och termer som dom skall
koppla in på rätt ställen ... problemet [för hennes egen del, egen kommentar] är att
man kan inte bara välja några utan man måste i princip ha med alla de här ... det
blir många ... det är ju det som är problemet lite grand ... man kan inte bara säga
att sen så kommer den här och sätter ihop sig med den där ... och så blir det så
här... då fattar ingen någonting ... utan man måste faktiskt använda de här orden
...
Marit arbetar också ofta praktiskt med modeller: för att visa hur DNA-molekylen ser ut
och hur den replikeras, transkriberas och translateras använder hon plastbyggsatser. För
att på ytterligare ett sätt illustrera translationen har hon själv gjort en uppsättning med
olika RNA-molekyler, ribosomer och amniosyror av papper som eleverna får foga ihop
på ett korrekt sätt. Emblas elever extraherar DNA ur kiwi, en illustrativ och bra laboration anser hon.
Embla: ... för då de får se att det finns DNA i allting ... för det har de ju oftast inte
förstått ... de kan skriva på ett prov att det finns DNA i alla cellkärnor ... men när
man sen förklarar för dem att det betyder att de faktiskt äter gener varje dag så
blir det en aha-upplevelse i alla fall ... jag vill inte att de skall tro att det bara är
genmodiferade grönsaker som innehåller DNA ... för det är det många som tror ...
det är ju lite alarmerande ...
5.2.3 Celldelningarna
De intervjuade lärarna ägnar mycket tid åt att gå igenom celldelningsprocesserna mitos
och meios.
Elis: ... meiosen är väldigt svår ... den får jag dra flera gånger ... den är ganska
komplex ... de blandar ihop det där med kromatider och kromosomer och diploid
och haploid ... i början gjorde jag det misstaget att ta mycket termer i början och
27
det blev aldrig bra så nu smyger jag in orden ... först pratar vi om det och sen behöver vi ju ord också ...
Embla: ... egentligen är det kromosomen som är svårast ... men jag vill skylla lite
på bilden i böckerna ... den är ganska otydlig ... det är säkert jag som är petig ...
men ofta när det gäller mitos och meios så står det ofta inte när saker hänger ihop
... när de delar på sig och så ... man får lägga rätt mycket krut här för detta är så
centralt för att fatta något av det andra ...
Även Max anser att det är problematiskt att förklara vad som händer i cellen under
celldelningsprocesserna:
Max:... vid mitosen och cellcykeln ... att förklara vad som händer med kromosomerna och kromatinet när det dras ihop ... kondenseras och så ... vad som händer
vid replikationen och när det sker och hur det kommer in i celldelningen och så ...
sen har jag försökt undvika vissa av svårigheterna med att till exempel undvika ordet kromatider utan pratar mer om DNA ... försöker rita upp kromosomen efter replikationen som ett x [Max syftar här på metafaskromosomens kryssliknade form,
egen kommentar] fast som ett väldigt långt x så att de skall förstå att det är utdraget ... och att det sen kondenserar ihop och bildar en metafaskromosom ...
Max medger att hans ambition att hålla antalet begrepp och svåra ord på ett minimum
kan skapa problem eftersom det blir svårare för honom att vara tillräckligt exakt när han
skall förklara ett visst fenomen. Även Marit beskriver den omfattande och komplicerade
terminologin som ett problem när hennes elever skall lära sig om meiosen:
Marit: ... för det är kromosomer och det är kromatider och det är dotterkromosomer ... och när är det vad ... och det är något som läroboken försöker slingra sig
undan ... och jag undrar om det finns någon definition eller om det här är begrepp
som folk använder lite hipp som ...
Samtliga illustrerar mitosen genom att låta eleverna mikroskopera rötter från vanlig gul
lök i vilka man ofta kan se mitosens alla olika faser. Max visar även filmer av riktiga
celldelningar som han laddat hem från internet. Marit låter eleverna arbeta praktiskt
även när det gäller celldelningarna. Hon har tillverkat en plastficka, som representerar
28
en cell, i vilken det ligger fyra kromosomer gjorda av piprensare (två rosa och två blå,
en stor och en liten av varje färg). Utifrån detta material diskuterar hon vilka kromosomer som är homologa och vilka som kommer från individens mamma respektive pappa. Eleverna får sedan använda kromosomerna för att öva på mitosen och meiosen. För
att Emblas elever skall förstå skillnaden mellan kromosomer och kromatider använder
hon flera olika metoder och hjälpmedel. Hon börjar med DNA-molekylen och påpekar
”hur många kromatider den är nu och hur många kromatider den var innan”. Hon använder tavlan för att rita och illustrerar sedan alltihop med sin egen kropp. Hon menar
att lektionen mest liknar en pantomim där hon använder underarmarna som kromatider.
Att eleverna kommer till nästa lektion och viftar med armarna hoppas hon är ett tecken
på att något av det hon sagt faktiskt fastnat.
5.2.4 Mendelsk genetik
Max och Emblas elever räknar mycket på olika klyvningsuppgifter, korsningsscheman
och släktträd. Max upplever att eleverna kan ha problem med att t.ex förstå vad korsningsschemats rader och kolumner representerar. Han har försökt förklara att det är de
möjliga gamettyperna (könscellerna), men detta tar tid för eleverna att förstå och därför
övar de mycket på detta.
Max: ... jag upplever också att eleverna kan ha problem med att förstå vad som ska
stå i kanterna på ett korsningsschema ... jag försöker förklara att det är de möjliga
gameterna ... men det tar tid att sjunka in...
Embla motiverar också räknandet med att det är något som eleverna behöver öva på.
Embla: ... eftersom de [i grundskolan, egen kommentar] ofta bara får se eller göra
specialfallen med heterozygota föräldrar till exempel så tror de att det alltid är så
... att en fjärdedel av barnen alltid blir blåögda ... då försöker jag vara tydlig med
att ta helt brunögda föräldrar och helt blåögda föräldrar också ... de homozygota
korsningarna ... för att visa det också ... det utgås ifrån att de fattar vad de gör
men det gör de faktiskt inte ...
Embla anser att problemet med elevernas bristande förkunskaper inte bara gäller nedärvningsavsnittet utan genetiken i allmänhet.
29
Embla: ... det [genetikavsnittet, egen kommentar] är lite klurigare än andra för det
är lite djupare på något sätt ... det är det första avsnittet med riktiga begrepp som
man måste lära sig för att få någon förståelse alls ... och sen är det lite ett problem
att de ofta gjort mycket av det på högstadiet ... det kan ju låta konstigt att det är ett
problem ... men ... ofta har de hört en massa saker som de ändå inte kan ordentligt
... det gör att de stänger av för de tror att de redan kan och så hinner vi för långt
innan de fattar att de kanske måste lära sig igen...
Embla berättar att en del av hennes elever gnäller lite över allt räknande eftersom de
tycker bättre om den ”mjuka” biologin, medan många av dem som läser matematikdatainriktningen på naturvetarprogrammet ”tänder till” när de får räkna och därför klarar genetikavsnittet bättre än övriga avsnitt inom kursen biologi A.
Embla anstränger sig även för att illustrera de olika klyvningstalen med exempel ibland blir det undulater och andra gången paprikor eller marsvin. Emblas elever får
dessutom studera nedärvning av en enkel mendelsk egenskap i kornax. Är det en ambitiös klass planterar de och räknar på de dihybrida kornaxen också. Nedärvningsborationen av en enkel mendelsk egenskap i kornax anser hon är speciellt bra för då får eleverna tillfälle att diskutera varför man i ett experimentellt material får avvikelser från ett
exakt 3:1-förhållande.
5.3 Hur undervisas genteknik?
5.3.1 Undervisningens innehåll och ordningsföljd
De gentekniska metoder och tillämpningar som tas upp i undervisningen varierar mellan de olika lärarna. Elis anser att det är viktigt att hans elever känner till några olika
tekniker t.ex. för att flytta på gener. Max tar liksom Marit upp sådana tekniker som
brukar nämnas i media. Sammantaget behandlar de intervjuade lärarnas genteknikundervisining följande gentekniska metoder och tillämpningar:
•
restriktionsenzym
•
vektorer
•
transmissionstekniker
•
PCR
•
DNA- sekvensering
•
kloningteknik
30
•
stamcellsforskning
•
transgena organismer
•
kloning av människor eller djur (Dolly)
•
genterapi
•
DNA-vaccin
•
fosterdiagnostik
•
rättsgenetik
Ingen av lärarna använder läroboken i någon större utsträckning inom genteknikavsnittet. Embla och Marit använder böcker som har några år på nacken (Karlsson et al., 2000
resp. Peinerud et al., 2000), vilket innebär att de själva får leta upp mycket av undervisningsmaterialet. Max, som använder den senaste upplagan av Karlsson et al. (2005),
anser att lärobokens genomgång av ett stort antal tekniker är ambitiös, men att beskrivningarna är alldeles för kortfattade och därför svåra att förstå. Istället väljer han ut ett
par tekniker som han går igenom mer noggrant. Valet av tillämpningar styrs delvis av
vad som är aktuellt i media och av elevernas intressen.
Marit: ... det finns ju alla möjliga tekniker ... kloning brukar de [eleverna, egen
kommentar] alltid fråga om ... stamceller och bota genetiska sjukdomar och kriminalteknik ... genmodifierad mat ...
Den inbördes ordningen av hur stoffet presenteras inom genteknikavsnittet anser lärarna
har mindre betydelse. De menar dock att undervisningen om gentekniska metoder och
deras tillämpningar bör ligga efter genetiken eftersom de anser att det är viktigt att eleverna har en bra kunskapsgrund att stå på. Den kunskap som de anser vara den mest
centrala i detta sammanhang är sambandet mellan gen och egenskap:
Embla: ... egentligen är det ju kopplingen mellan genen, protein och egenskapen
som de behöver greppa lite ... att man sätter in genen för ett visst protein som är en
viss egenskap ... att det inte är hokus-pokus ... att DNA ser ungefär lika ut i alla
organismer ... jag vill att de skall förstå att om vi klipper ut genen för bara en
egenskap så får vi antagligen inte med oss en massa annat ... det tror de ofta ... att
tar man en gen från en växt så blir man grön ...
31
5.3.2 Gentekniska metoder och deras tillämpningar
I undervisningen av den grundläggande genetiken menade Max, Marit och Elis att elevernas förkunskaper var mycket begränsade och att det bara var att börja från början.
När det gäller gentekniken har eleverna ofta hört talas om vissa tillämpningar. Detta kan
alla de intervjuade lärarna, även Embla, se fördelar med.
Embla: ... det är nog mer en fördel där att de hört saker ... att de t.ex. har sett Xmen och olika filmer ... de tror en massa som är ganska naivt men det kan man
raljera med lite snällt och ta lite olika exempel t.ex. ... om vi för över en köldresistensgen till en potatis så får ju inte potatisen fjäll för det ... de tror ganska många
sådana grejor men mycket är baserat på Hollywood och då kan de själva förstå att
så kan det nog inte vara egentligen ... där gäller ju deras föreställningar inte de
grundläggande begreppen utan mer roliga tillämpningar ... det blir mest lite kul ...
Dessutom anser lärarna att gentekniken är lättare att undervisa än den molekylära och
klassiska genetiken eftersom den bygger på kunskap som förvärvats under tidigare avsnitt. Max poängterar dock att det inte alltid är så lätt för eleverna att överföra kunskaper från ett område till ett annat. Marit tycker att gentekniken är enklare också därför att
hennes elever oftast tycker att det är spännande: ”det är nästan ingen som är likgiltig
och inte har något att säga”!
Under genteknikavsnittet får eleverna arbeta mer självständigt med att söka information om olika gentekniska metoder och tillämpningar. Lärarna motiverar detta med att
eleverna behöver omväxling till den mer traditionella undervisningen som präglat den
grundläggande genetiken. Embla anser också att självständigt arbete inom detta område
är lämpligt eftersom det finns många bra sidor på internet som eleverna kan använda
för att inhämta kunskap. Emblas elevers val av teknik kontrolleras så att redovisning i
tvärgrupper blir en möjlighet. Ibland får eleverna även göra en fyra-hörnövning (”reducerad till två hörn, annars blir det för komplicerat”) kring något fall som de i förväg får
läsa igenom. Embla och Marit gör inga praktiska övningar inom gentekniken, men på
skolorna där de arbetar finns en valbar fördjupningskurs i bioteknik (i vilken genteknik
ingår) som eleverna kan välja om de är intresserade. På Max skola har man tidigare inte
arbetat praktiskt med gentekniken men i år har han fått tillåtelse att köpa in gelelektro-
32
foreskärl och restriktionsenzym för att kunna göra DNA-klyvningslaborationer. Max
elever brukar även få arbeta med någon teoretisk uppgift kring en brottsutredning.
5.3.3 Genteknik och etik
Lärarnas erfarenheter av elevernas diskussioner kring de etiska aspekterna på genteknikens tillämpningar varierar. Embla anser att hennes elever är dåliga på att använda sig
av de begrepp de lärt sig under tidigare undervisning när de diskuterar genteknikens
tillämpningar. Marit däremot anser att hennes duktigare elever gör detta och att de
flesta av hennes elever tycker att ”de förstår gentekniska problem bättre när de har
genetiken klart för sig”. Även om eleverna, som nämnts ovan, ofta har stött på gentekniska tillämpningar via media, kan begränsade förkunskaper vara ett hinder för ett mer
informerat etiskt ställningstagande
Max: ... fördelarna är ju att man kan se i debatten att det är viktigt ... det skrivs i
tidningar ... det är allmänbildande att kunna ... nackdelen kan väl vara att det är
en hel del elever som redan har skapat sig en bild utan att riktigt känna till vad det
är för något ... har redan starka åsikter för eller emot genteknik ... det blir mer ett
ideologiskt ställningstagande de har gjort för eller emot teknik ... det är den här
naturromantiska falangen mot den teknofila ...
Max säger sig samtidigt vara tveksam till att använda läroboken som stöd för en etisk
diskussion eftersom han anser att det finns en fara i att eleverna läser färdigformulerade
ställningstaganden utan att faktiskt tänka efter själva.
Som ett sätt att stimulera en diskussion kring etiska frågor får Emblas elever delta i en
övning kring ärftliga sjukdomar. Hon placerar dem i blivande föräldrapar som tillsammans väntar ett barn som kan ha någon ärftlig sjukdomar (t.ex. cystisk fibros, Duchennes muskeldystrofi eller Huntingtons sjukdom). Eleverna får veta sina (dvs föräldrarnas) genotyper och utifrån denna information får de diskutera om de skall ha barn eller
inte, möjliga åtgärder för att inte få sjukt barn, om de skall göra fosterdiagnostik och
vad de isåfall skall göra med fostret. Embla menar att övning kring ärftliga sjukdomar
är bra eftersom den etiska problematiken kommer lite ”närmare eleverna” och att det
därmed blir svårt för dem att vara lika kategoriska som de annars ofta är. Dessutom blir
de ofta osams vilket leder till att de lättare kommer ihåg vad de har gjort. Embla brukar
33
även visa filmen GATTACA1 och diskutera den med eleverna. Marit och hennes elever
brukar också titta på någon film som de sedan diskuterar. Sist såg de en film från Utbildningsradion, ett framtidsscenario om bland annat ägg- och organdonationer.
1
Filmen, från 1997, skildrar ett slags kast- eller klassamhälle där tillträde till den högsta kasten är reserverad för biologiskt ”överlägsna” individer framställda med hjälp av genteknik och vill uppmärksamma
de eventuella sociala och etiska problem som en ökad kunskap om mänskliga egenskapers genetiska bakgrund, tillsammans med en allt mer avancerad genetisk teknologi, skapar
34
6. Diskussion
6.1 Genetiken i undervisningen
Såväl nationella som internationella studier har visat att lärare på gymnasienivå upplever genetiken som ett av biologins intressantaste områden, men också som svår att undervisa på ett sätt som gör ämnet begripligt för eleverna (Knippels, 2002; PROJEKT
NORDLAB-SE, 2006). Denna uppfattning bekräftas – oftast spontant – i denna studie
av samtliga intervjuade lärare. De svårigheter som de intervjuade lärarna beskriver
stämmer dessutom mycket väl överens med de fem centrala problemområden som
identifieras av Knippels (2002). Med utgångpunkt från mina intervjuer tycker jag mig
kunna hänföra de upplevda svårigheterna i genetikundervisningen till tre underliggande
– och ofta samverkande – orsaker: i) genetikens omfattande och komplicerade terminologi, ii) den ofta höga grad av abstraktion som utmärker genetiken, samt iii) avsaknaden av en tydlig integration av genetikens olika processer och fenomen. I detta sammanhang kan det vara av intresse att konstatera att det finns en stor skillnad mellan lärarnas tolkning av kursplanemålet och undervisningens faktiska innehåll. Lärarna anser
att DNA-molekylens uppbyggnad och struktur tillsammans med transkriptions- och
translationsprocesserna (d.v.s. hur informationen i DNA resulterar i ett färdigt protein),
samt utgångspunkten att ett visst protein ligger till grund för en viss egenskap, är centrala fenomen. Här utöver undervisas även celldelningsprocesserna och mendelsk
genetik trots att lärarna inte anser att dessa områden omfattas av kursplanens målformulering. Undervisningens innehåll stämmer bättre överens med den tolkning som
forskarna inom NORDLAB-SE (2006) gjort av grundskolans kursplanemål (se sid 10).
Lärarnas svar på frågor om kursplanemålet för genetik kan uppfattas som att de inte
anser sig finna något stöd i kursplanen för innehållet i sin undervisning, vilket skulle
kunna leda till att undervisningen lider brist på helhet och sammanhang. Personligen
anser jag att både lärare och elever vore betjänta av att kursplanernas målformuleringar
uttrycktes på ett mer konkret sätt. Denna uppfattning ger även Embla uttryck för när jag
frågar henne om tolkningen kunskapsmålet gällande gentekniska metoder och deras
tillämpningar:
Embla: ...det är inte så mycket tolkningsutrymme där utan det är ganska tydligt ...
och det är trevligt med ett sådant kursplanemål där man faktiskt vet vad man skall
35
göra ... många av dem är skrivna med sådan skolverketsvenska att om man inte vet
vad man skall göra så kan man inte förstå det målet ...
6.1.1 Genetikens omfattande och komplicerade terminologi
Problematiken kring genetikens mångfald av termer och begrepp är väldokumenterad i
litteraturen (PROJEKT NORDLAB-SE, 2006) och förekommer i alla de intervjuade
lärarnas undervisning. Ofta, menar lärarna, förstärks den också av läroböckerna, som
gärna använder ett omotiverat överflöd av ”svåra ord”. Terminologin verkar vara särskilt problematisk i samband med undervisningen av celldelningsprocesserna. Ett paradexempel här är begreppen kromosom och kromatid vilka samtliga lärares elever har
svårt att skilja åt. Det ligger nära till hands att dra slutsatsen att elevernas förståelse av
komplexa fenomen som mitos och meios lätt kan skymmas av en snårskog av svårgenomträngliga termer. Forskningslitteraturen råder ofta läraren att begränsa användandet
av specialuttryck, utan att specificera vilka begrepp som kan anses absolut nödvändiga
(Knippels, 2002). Inom NORDLAB-SE anser man dock att det är ”onödigt att krångla
till genetiken ytterligare med kromatider” (PROJEKT NORDLAB-SE, 2006). Samma
strategi används av Max, som valt att helt utesluta begreppet kromatid för att istället tala
om DNA. Samtidigt menar några lärare (däribland Max) att en mer begränsad terminologi leder till sämre precision i beskrivningen av genetiska processer och fenomen.
Marit: ... problemet är att man kan inte bara välja några utan man måste i princip
ha med alla de här ... det blir många ... det är ju det som är problemet lite grand ...
man kan inte bara säga att sen så kommer den här och sätter ihop sig med den där
... och så blir det så här... då fattar ingen någonting ... utan man måste faktiskt använda de här orden ...
Men måste man verkligen det? Kan man inte tänka sig att göra som Elis som startar
med att beskriva en viss process med ”vanliga ord” för att sedan ”smyga” in de begrepp
han anser att eleverna behöver? En rimlig avvägning av vilka ord som behövs verkar
nödvändig.
6.1.2 Genetikens abstrakta natur – molekyler, celler och Mendel
Genetikens ofta abstrakta framtoning är en vanlig orsak till problem i undervisningen,
enligt samtliga intervjuade lärare. Abstraktionen inom genetiken kan sägas anta två,
något olika skepnader, dels i beskrivningen av molekylära fenomen och processer, dels
36
genom användandet av matematiska resonemang och symboler i framförallt den mendelska genetiken. I det förra fallet är det uppenbart att arvsinformationen visserligen har
en materiell bas och därmed i någon bemärkelse är att betrakta som konkret, men då den
samtidigt befinner sig på en skala som inte kan uppfattas med blotta ögat ter den sig
som högst abstrakt. De intervjuade lärarna försöker att få eleverna att förstå den molekylära genetiken genom olika typer av konkretisering, t.ex. med hjälp av modeller eller
animationer. Embla låter sina elever extrahera DNA ur kiwi, en laboration som hon anser vara särskillt bra eftersom den ger tillfälle att diskutera det faktum att det finns DNA
i alla celler, vilket hennes elever inte är fullständigt medvetna om.
Liknande problem gäller för celldelningsprocesserna. Här uttrycker Marit och Embla
sitt missnöje med lärobokens, i deras mening, otydliga beskrivning av kromosomen.
Samtliga intervjuade lärare ger dock sina elever möjlighet att med hjälp av mikroskop
se själva kromosomerna i celldelningens olika faser. Marit låter dessutom eleverna arbeta med kromosomer i form av piprensare som en mer påtaglig illustration av celldelningsprocesserna. Detta påminner om Lockes och McDermids (2005) förslag att använda ”pool noodles” (långa stavar av skumplast som kan köpas i leksaksaffärer) för att
illustrera mitosen och meiosen. Här får åtta studenter (grundkurs i genetik på universitetsnivå) demonstrera mitos och meios hos en cell med det diploida kromosomtalet fyra
(2n=4) som en sorts ”kromosomdans”. Demonstrationen startar i cellcykelns G1-fas
(tillväxtfas) med att fyra elever håller i varsin stav. Det maternella och paternella bidraget illustreras genom att stavarna har olika färg samt förstärks av att det är kvinnliga och
manliga studenter som håller i stavarna. Under replikationen (S-fas) aktiveras de övriga
fyra studenterna med fyra nya stavar. Locke och McDermid (2005) anser att övningen
är bra eftersom eleverna är aktiva och tvingas se celldelningsprocesserna som en fyrdimensionell process (rum och tid). Genom att följa kromosomerna genom hela cellcykeln sätts också celldelningsprocessen in i ett funktionellt sammanhang (Knippels,
2002).
I jämförelse med den molekylära genetiken och celldelningen kan man säga att den
mendelska genetiken befinner sig på en ännu högre abstraktionsnivå. Här används symboler och matematiska verktyg för att analysera hur de för ögat osynliga generna nedärvs från en generation till nästa. Max upplever t.ex. att eleverna har svårt att förstå vad
korsningsschemats rader och kolumner representerar, ett problem som hänger ihop både
37
med den matematiska abstraktionen och det faktum att genetiken här rör sig mellan
molekyl och organismnivå (se nedan).
Max: ... jag upplever också att eleverna kan ha problem med att förstå vad som ska
stå i kanterna på ett korsningsschema ... jag försöker förklara att det är de möjliga
gameterna ... men det tar tid att sjunka in...
De intervjuade lärarna försöker förtydliga den mendelska genetiken med konkreta exempel och vissa låter också sina elever räkna mycket själva på nedärvningsuppgifter.
Risken med räkneuppgifter är dock att de blir mekaniska och inte leder till en djupare
förståelse av de underliggande principerna (Kinnear, 1983; refererad i Knippels, 2002).
Å andra sidan finns bland de intervjuade lärarna de som menar att vissa, särskilt intresserade, elever sporras av att med hjälp av matematiken finna de logiska principerna hos
den mendelska genetiken.
6.1.3 Genetiken som en begriplig helhet
Den kanske främsta orsaken till svårigheterna i gymnasieskolans genetikundervisning är
bristen på integration av genetikens olika processer och fenomen till en begriplig helhet.
Ofta försvåras en sådan integration av att genetiken rör sig mellan olika organisationsnivåer. Enligt Knippels (2002) utgör genetikens komplexitet från mikro- till makroskala
den största utmaningen inom genetikundervisningen. De intervjuade lärarna menar också att deras elever har svårt att se sambanden mellan tex. en gens molekylära uppbyggnad (DNA) och dess fenotypiska uttryck (egenskap). Ett annat exempel som flera lärare
nämner är elevernas svårigheter att koppla samman meiosen med den mendelska
genetiken. Här är alla tre organisationsnivåer som beskrivs av Bahar et al. (1999) inblandade: från de olika varianterna av en gen (biokemisk nivå), över könceller (mikronivå) till individerna i avkomman (makronivå) och det är enligt Knippels (2002) mycket
viktigt att sambandet mellan dessa görs tydligt. Inte sällan bidrar läroböckerna till den
bristande integrationen mellan genetikens delområden genom den ordning i vilken stoffet presenteras (Cho et al., 1985; refererad till i Knippels, 2002; Knippels et al., 2005).
Svårigheten att forma en begriplig helhet av genetikens olika delar understryks också av
att de intervjuade lärarna undervisar de olika momenten i helt olika ordning. Marit och
Embla följer lärobokens (Karlsson et al., 2000 respektive Peinerud et al., 2000) upplägg,
38
dvs de startar med DNA-molekylens struktur och funktion och går sedan vidare med
celldelningarna och den mendelska genetiken medan Max och Elis har svängt på ordningen och startar med den mendelska genetiken, sin lärobok (Karlsson et al., 2005) till
trots. Knippels (2002) menar att förståelsen av genetiken som ett sammanhållet system
främjas om undervisningen rör sig från organismnivån (den som eleverna har störst erfarhenhet av) till cell- och molekylnivån. Vissa forskare (se t.ex. Ekstig, 2002) hävdar
att det finns en inneboende logik i att undervisa fenomen i samma kronologiska ordning
som de upptäckts. Detta innebär för genetikens del att man startar med individen och
dess egenskaper samt hur dessa nedärvs (dvs mendelsk genetik) för att sedan fortsätta
med celldelningarna och sist DNA-molekylens struktur och funktion. Dessutom, menar
Knippels (2002), bör eleverna få möjlighet att självständigt och aktivt undersöka sambanden mellan olika organisationsnivåer.
6.2 Gentekniken i undervisningen
Lärarna som intervjuats i denna studie anser alla att gentekniska metoder och tillämpningar är enklare att undervisa än den mer grundläggande genetiken. Dels, tror lärarna,
beror detta på att gentekniken bygger vidare på en kunskapsgrund som lagts tidigare
under kursen, dels beror det på att gentekniken är mer konkret. Det finns många vardagsnära exempel att ta upp till diskussion och eleverna är oftast väldigt intresserade
och har hört mycket om genteknik via media. Under genteknikavsnittet får eleverna
arbeta mer självständigt och ingen av lärarna använder läroboken i någon större utsträckning. Lärarna motiverar det mer självständiga arbetet med att eleverna behöver
omväxling till den mer traditionella undervisningen som präglat den grundläggande
genetiken. På det hela taget verkar det som om lärarna under genteknikavsnittet har
lättare att skapa en självständigt utformad undervisning med ledning av kursplanens
mål än vad som är möjligt för den grundläggande genetiken.
Det faktum att lärarna anser att gentekniken är lättare att undervisa betyder dock inte
att det nödvändigtvis är enklare att få eleverna att förstå området. Problem verkar framförallt uppstå när eleverna skall diskutera gentekniska tillämpningars möjligheter och
risker ur ett etiskt perspektiv, vilket utgör ett av kursplanemålen för biologi A. De intervjuade lärarna anser att elevernas argumentation ofta håller en ganska låg nivå i den
meningen att eleverna ofta inte använder den kunskap de antas ha förvärvat utan ofta
bygger sina ställningstaganden på helt känslomässig grund. Emblas elever ställs mer
39
direkt inför etiska problem genom t.ex. fyra-hörnövningar men också genom en övning
kring ärftliga sjukdomar och fosterdiagnostik. Embla menar att övningen kring ärftliga
sjukdomar är bra eftersom den etiska problematiken kommer lite ”närmare eleverna”
och att det därmed blir svårt för dem att vara lika kategoriska som de annars ofta är.
Max är den ende av lärarna som låter sina elever göra något praktiskt inom genteknikavsnittet. Att de tre övriga lärarna inte erbjuder några praktiska övningar kan tyckas
otillfredsställande eftersom forskningslitteraturen visar att elever som fått göra något
laborativt inte längre använder sin känsla av främlingskap inför en ny teknik som en
utgångspunkt när de diskuterar gentekniska tillämpningars risker och möjligheter (Ekborg, opubl. resultat).
Denna uppfattning bekräftas av nationella och internationella utvärderingar av elevers
kunskaper inom genteknik och stämmer också väl överens med den bild av hur elever
tar ställning till frågor som rör naturvetenskapens användning i allmänhet (se t.ex. Aikenhead, 2006; Ekborg, 2003). En av lärarna beskriver också hur det ibland är svårt för
eleverna att skapa sig en nyanserad bild av genteknikens olika användningsområden
eftersom de redan på förhand bestämt sig för vad de skall tycka. Det är emellertid inte
självklart att ökad kunskap påverkar elevers attityder till gentekniska tillämpningar. En
studie av Ekborg (opubl. resultat) visade exempelvis att även om elever efter genomförd
genetikundervisning var något mer positiva till framställandet av genmodifierade organismer (GMO), fanns ingen korrelation mellan kunskaper i grundläggande genetik och
typen av ställningstagande.
Det är viktigt att understryka att det inte i sig kan anses felaktigt att grunda ett etiskt
ställningstagande på känslomässiga, eller för den delen religiösa, resonemang – man
kan faktiskt hävda att det är omöjligt att dra värderande slutsatser enbart från objektiv
kunskap om naturen – men just därför är det är naturligtvis av fundamental betydelse att
kunna skilja på känslo- och kunskapsbaserade argument. Dessutom kan man konstatera
att om känslomässiga argument vore irrelevanta funnes det lika liten anledning till att
söka en etisk hållning till gentekniken som t.ex. till meiosen. Eftersom etisk-filosofiska
frågeställningar ingalunda är triviala kan det ifrågasättas om gymnasielärare (i biologi) i
allmänhet besitter den nödvändiga kompetensen för att hantera sådana diskussioner.
Medan det i litteraturen finns dokumenterat att lärare i naturvetenskapliga ämnen ofta är
tveksamma till sin egen förmåga att diskutera etiska frågor (se t.ex. Levinson & Turner,
40
2001; refererad till i Lewis & Leach, 2006), antyder dock ingen av de intervjuade lärarna i denna studie att de inte är beredda att föra en sådan diskussion.
6.3 Vardagskunskap möter vetenskap
Endast en av de fyra intervjuade lärarna svarar på min direkta fråga att eleverna har vissa förkunskaper när de kommer till genetikavsnittet i undervisningen (de övriga lärarna
menar att deras elever helt saknar förkunskaper). Embla anser dock att förkunskaperna,
snarare än att underlätta undervisningen, skapar problem för elevernas förståelse.
Embla: ... och sen är det lite ett problem att de ofta gjort mycket av det på högstadiet ... det kan ju låta konstigt att det är ett problem ... men ... ofta har de hört en
massa saker som de ändå inte kan ordentligt ... det gör att de stänger av för de tror
att de redan kan och så hinner vi för långt innan de fattar att de kanske måste lära
sig igen...
Embla menar att eleverna ofta redan skapat sig begrepp, t.ex. om hur en kromosom ser
ut och vad som blir resultatet av en viss korsning, utan att egentligen ha några djupare
kunskaper och insikter, och att deras begrepp sedan ligger i vägen för elevernas lärande
under genetikundervisningen. Hon får stöd för sin uppfattning i forskningslitteraturen;
exempelvis menar Driver et al. (1994) att en felaktig förförståelse kan blockera inhämtandet av ny kunskap och flera studier visar att elever ofta har kvar sin förförståelse
även efter genetikundervisningen (jfr t.ex. Brown, 1990; Lewis et al., 2000c; Locke &
McDermid, 2005). Internationella studier har visat att celldelningsprocesserna (mitos
och meios) är ett område där en felaktig förförståelse av kromosombegreppet ofta orsakar stora problem i undervisningen (Lewis et al., 2000c). De fyra lärarna i denna studie
upplever alla samma problem:
Elis: ... meiosen är väldigt svår ... den får jag dra flera gånger ... den är ganska
komplex ... de blandar ihop det där med kromatider och kromosomer och diploid
och haploid...
Marit: ... för det är kromosomer och det är kromatider och det är dotterkromosomer ... och när är det vad ... och det är något som läroboken försöker slingra sig
undan ... och jag undrar om det finns någon definition eller om det här är begrepp
som folk använder lite hipp som ...
41
Embla: ... egentligen är det kromosomen som är svårast ... men jag vill skylla lite
på bilden i böckerna ... den är ganska otydlig ...
Max: ... vilka kromosomer är vilka ... vilka är ett kromosompar ... vilka kommer
från mamman ... vilka kommer från pappan ... hur vandrar de under de olika delningarna ...eleverna blandar ihop alltsammans...
Det finns i denna studie också exempel på att lärare som anser att deras elever saknar
korrekta förkunskaper inte upptäcker att eleverna verkligen har en – om än felaktig –
förförståelse. Så här svarar Max på min fråga om vilka förkunskaper hans elever har:
Helene: … har du någon uppfattning om hur mycket dina elever kan om detta när
de kommer till gymnasiet …
Max: … ja, det har jag en uppfattning om … de kan ingenting …
Helene: … de kan ingenting …
Max: … de kan att DNA är A, T, C och G och de kanske känner igen X:et som en
kromosom … men de tror ofta att det är en X-kromosom … många säger att de inte
har sett den här bilden … den klassiska metafaskromosomen …
Det är uppenbart att Max elever faktiskt har en förförståelse av bl.a. kromosomen, om
än mycket rudimentär och delvis inkorrekt. Att kromosomen så ofta är föremål för
missuppfattningar kan delvis bero på att kromosomer, i läroböcker såväl som i media, i
stort sett uteslutande avbildas i metafasform, d.v.s. som X-formade strukturer, en form
som kromosomerna endast tillfälligt antar under celldelningen. Faktum är att den Xformade metafaskromosomen utgör en så stark - nästan ikoniserad - bild av kromosomen att man lätt kan tro att kromosomerna alltid har detta utseende, även i celler som
inte befinner sig i delning. En annan vanlig missuppfattning är att metafaskromosomen
består av två vid befruktningen sammansmälta kromosomer nedärvda från föräldrarna
(Kindfield, 1991).
Andersson (2005) anser att skolans naturvetenskapliga undervisning skulle förbättras
avsevärt om läraren uppmärksammade elevernas förförståelse kring naturvetenskapliga
begrepp. Genom att göra en utvärdering av vad eleverna vet, eller tror sig veta, skulle
läraren få tillgång till värdefull information att utgå ifrån i undervisningen. Andersson
42
(2005) menar att även eleverna bör få ta del av sådana utvärderingar för att de själva
skall inse behovet av att revidera sin kunskap och att detta ökar både elevernas intresse
för undervisningsområdet och möjligheterna att åstakomma en kunskapsjustering2.
Inom genetik är förförståelse ett utbrett fenomen (Brown, 1990; Kindfield, 1991; Lewis
et al., 2000a, b, c ) och jag anser därför att en formativ utvärdering av elevernas förkunskaper skulle kunna hjälpa många elever i deras begreppsbildning. Ingen av de intervjuade lärarna verkar emellertid arbeta utifrån sina elevers eventuella förförståelse inom
avsnittet om grundläggande genetik, snarare tycks förförståelsen enbart utgöra ett problem.
Forskarna inom NORDLAB-SE har ställt samman ett antal uppgifter som kan användas
för diagnos och utvärdering av elevers kunnande inom genetikområdet (PROJEKT
NORDLAB-SE, 2006). De sex första uppgifterna handlar om vilken arvsmassa olika
celler innehåller (en del av uppgifterna är hämtade från Lewis et al., 2000a) medan de
tre sista uppgifterna handlar om celldelningsprocesserna och befruktningen. De sistnämnda uppgifterna vill jag utifrån känd problematik inte rekommendera. Den första av
de tre uppgifterna visar en cell med fyra metafaskromosomer och problemlösaren uppmanas att bland tre nybildade hudceller välja vilken som representerar den korrekta mitosprodukten. Man kan välja mellan en cell med åtta metafaskromosomer, med fyra
metafaskromosomer eller en cell med två metafaskromosomer. Ingenstans står det att
dessa celler är redo för celldelning; tvärtom anges att de är ”nybildade”. Nybildade celler innehåller dock aldrig kromosomer i metafas. De övriga två uppgifterna innehåller
samma missvisande information. Här förstärks alltså den felaktiga bilden av att cellens
kromosomer normalt ser ut som metafaskromosomer. Tyvärr, går det inte att utifrån
dessa uppgifter lära sig om vare sig mitos eller meios.
Inom genteknikavsnittet använder lärarna sig däremot av elevernas förförståelse – vilken framförallt utgörs av vardagsföreställningar inhämtade från nyhetsmedia och Hollywoodfilmer – på ett kreativt sätt, även om de i strikt mening inte arbetar enligt en
formativ utvärderingsmodell.
2
Ett konkret förslag till hur ett arbetssätt som inkluderar denna typ av formativ utvärdering ges av Andersson och Bach (1995, refererad till i Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996) och finns kort beskrivet i
avsnittet 3.4 Socialkunstruktivistisk lärandeteori (sid 19).
43
Embla: ... det är nog mer en fördel där att de hört saker ... att de t.ex. har sett Xmen och olika filmer ... de tror en massa som är ganska naivt men det kan man
raljera med lite snällt och ta lite olika exempel t.ex. ... om vi för över en köldresistensgen till en potatis så får ju inte potatisen fjäll för det ... de tror ganska många
sådana grejor men mycket är baserat på Hollywood och då kan de själva förstå att
så kan det nog inte vara egentligen ... där gäller ju deras föreställningar inte de
grundläggande begreppen utan mer roliga tillämpningar ... det blir mest lite kul ...
Det kan inte uteslutas att elevernas större engagemang i gentekniken delvis kan vara ett
resultat av att de upplever att deras vardagsföreställningar blir tagna på allvar i undervisningen.
6.4 Hur skapas goda lärandesituationer?
De lärare som jag intervjuat i denna studie är alla väl medvetna om de problem eleverna
har i undervisningen om den grundläggande genetiken. Alla fyra lärare arbetar på olika
sätt för att skapa en god lärandesituation mot bakgrund av de problemområden jag
identifierat i denna studie: terminologi, abstraktion och integration. Genetikens svårhanterliga terminologi försöker vissa av lärarna att hantera genom att begränsa omfattningen av specialuttryck och istället använda vardagliga ersättningord. En viss oro finns
att en sådan strategi leder till oklarheter i beskrivningarna av genetiken, men det behöver inte betyda att det sker på bekostnad av en försämrad förståelse. När det gäller
genetikens abstrakta framtoning använder lärarna flera typer av visualiseringar och konkretiseringar. Filmer, animationer, modeller, räkneövningar och laborationer där det
genetiska materialet kan ses blir alla verktyg för att göra det osynliga synligt. Väl genomtänkta moment av detta slag som kan utmana elevernas tänkande på ett konstruktivt
sätt är ovärderliga för att göra genetiken verklig och påtaglig. Vissa av metoderna för att
konkretisera genetiken kan också tjäna syftet att integrera genetikens olika delar till en
förstålig helhet. Dock verkar det som om lärarna här framförallt arbetar med undervisningsmomentens ordningsföljd. De läroböcker som lärarna använder rör sig alla från
den molekylära nivån till organismnivån. Vissa lärare frångår denna ordningsföljd för
att inleda på organismnivån, vilket också rekommenderas i didaktisk litteratur
Det råder inget tvivel om att samtliga lärare anstränger sig till det yttersta för att deras
elever skall utveckla en korrekt förståelse av genetiken. Samtidigt inser lärarna att
44
många elever lämnar genetikundervisningen med bristfälliga kunskaper. Vad kan då
göras som inte de fyra lärarna inte redan gör? Det finns sannolikt flera svar på en sådan
fråga, men det är intressant att notera att ingen av lärarna arbetar med elevernas förförståelse av genetiken. Kanske finns åtminstone en av nycklarna till en mer framgångsrik genetikdidaktik i att använda sig av formativ utvärdering.
Lärarna är också överens om att undervisningen av gentekniska metoder och deras tilllämpningar är enklare, dels för att detta område i stor utsträckning bygger på tidigare
förvärvade kunskaper, dels för att ämnet har en tydligare förankring i elevernas vardag.
De intervjuade lärarna observerar dock, i likhet med tidigare studier, att eleverna endast
i mycket begränsad utsträckning använder sig av kunskapsbaserade argument när de
diskuterar gentekniska tillämpningars risker och möjligheter. Marit menar dock att hennes duktigare elever gör detta och att de flesta av hennes elever tycker att ”de förstår
gentekniska problem bättre när de har genetiken klart för sig”. Eller kan det rent ut av
vara så att de förstår genetiken bättre när de har de gentekniska problemen klart för sig?
Kanske har eleverna lättare att lära när genetiken sätts in i ett sammanhang som engagerar och motiverar? Hur skulle då en didaktik som tar hänsyn till detta kunna se ut?
6.5 Genetik och genteknik – en integrerad didaktik
Lewis och Leach (2006) menar att undervisningen av genteknik bör utgöras av väl valda
exempel som bygger på kunskaper inhämtade från den grundläggande genetiken. Ett
sådant exempel de nämner är den vanliga missuppfattningen att en kvinna vars farmor
drabbats av en ärftlig form av bröstcancer inte löper någon risk att själv drabbas eftersom som anlaget ärvts via fadern. Lewis och Leach (2006) menar att undervisningsmateriel som tar upp grundläggande begrepp inom genetiken och vanliga missförstånd stimulerar elevernas engagemang i genteknik och dess sociala och etiska konsekvenser.
Mina intervjuer visar dock att svenska gymnasieelever redan utan sådan stimulans anser
att genteknik är spännande, intressant och engagerande samt att det är en viktig del av
allmänbildningen att ha insikt i genteknik och dess tillämpningar. Jag skulle därför vilja
vända på Lewis och Leach (2006) förslag till undervisningsupplägg. Istället för att undervisa om grundläggande genetiska begrepp som förberedelse inför ett gentekniskt
problem skulle jag vilja utforma en undervisning som utgår ifrån en viss genteknisk
tillämpning och dess sociala eller moraliska konsekvenser och som därifrån tvingar ele45
ven att själv söka upp den relevanta kunskapen som de behöver för att kunna förstå och
ta ställning till det aktuella problemet. Jag vill, med andra ord, utnyttja elevernas befintliga engagemang i det etiska perspektivet på gentekniska tillämpningar för att stimulera
deras intresse för den grundläggande genetiken och därmed också förse eleverna med de
nödvändiga förutsättningarna för ett kunskapsbaserat resonemang kring genteknikens
etiska dimension. För att t.ex. förstå Lewis och Leach (2006) exempel med ärftlig bröstcancer måste man ha kunskap om hur alleliska varianter nedärvs i nästa generation och
om att gener kan finnas i en individ utan att komma till uttryck. Eleven måste då lära sig
att förstå meiosen och den mendelska genetiken, att analysera ett släktträd och att förstå
hur gener uttrycks och verkar på organismnivå. Dessutom kan eleven tex. lära sig något
om hur screening av ärftligt betingade sjukdomar går till. Jag ser hur kunskaper från
samtliga av de delar som undervisas inom den grundläggande genetiken skulle kunna
förvärvas av en elev som får studera ett autentiskt problem av detta slag genom tex.
problembaserat lärande (PBL, för en metodbeskrivning se t.ex. Egidius, 2002).
6.6 Några frågor för framtiden
Utifrån den kunskap som finns om genetiken som didaktiskt problemområde ser jag en
stor potential i att undervisa den grundläggande genetiken och gentekniska metoders
tillämpningar genom ett kreativt och problematiserande utnyttjande av autentiska fallstudier som exempelvis kan omfatta screening av ärftliga sjukdomar, fosterdiagnostik,
genterapi eller transgena organismer. Alla dessa tillämpningar kräver kunskaper om den
grundläggande genetiken. Det vore också angeläget att granska hur läromedelsförfattarna förhåller sig till ämnesdidaktisk forskning, då de har ett stort inflytande över hur undervisningen bedrivs ute på våra skolor. Slutligen vore det intressant att utarbeta en
metod för hur man som lärare kan utmana elevernas förförståelse av genetikämnet för
att, genom en didaktik grundad på en socialkonstruktivistisk ”dialog” med eleverna,
skapa en levande och solid kunskap i ett ämne som ytterst påverkar oss alla.
46
7. Avslutning
Jag vill tacka Elis, Embla, Marit och Max för att ni tog er tid att samtala med mig om
genetik. Det är min förhoppning att ni tycker att jag gjort både er och er undervisning
rättvisa. Jag vill också tacka Margareta Ekborg, Anders Friberg och Karin Karlsson för
en intressant diskussion vid granskningsseminariet och för er noggranna genomgång av
mitt arbete.
Ett speciellt stort tack till Malin Ideland för goda råd och tips under arbetets gång och
för kloka och insiktsfulla kommentarer på slutversionen. Jag vill även tacka min familj
som aldrig tycks tröttna på mina olika projekt och infall. Detta arbete och mina kommande sommarlov tillägnar jag er.
47
Referenser
Aikenhead, G. S. (2006). Science Education for Everyday Life: Evidence-based Practice. New York: Teachers College Press.
Andersson, B. (2001). Elevers tänkande och skolans naturvetenskap: forsknings resultat
som ger nya idéer. Stockholm: Skolverket.
Andersson, B. (2005). Design och validering av undervisningssekvenser: en ämnesdidaktisk forskningsstrategi med exempel. Göteborg: Institutionen för pedagogik och didaktik, Göteborgs universitet.
Bahar, M., Johnstone, A. H., & Hansell M. H. (1999). Revisiting learning difficulties in
biology. Journal of Biological Education 33 (2), 84-86.
Banet, E., & Ayuso, E. (2000). Teaching genetics at secondary school: a strategy for
teaching about the location of inheritance information. Science Education 84, 313-351.
Black, P., & William, D. (1998). Inside the Black Box: Raising standards through classroom assessment. PHI DELTA KAPPAN, OCTOBER, 139-148.
Brown, C. R. (1990). Some misconceptions in meiosis by students responding to an
advanced level practical examination question in biology. Journal of Biological Education 24 (3), 182-186.
Carlsson, M., & Kroon, C. (2001). Gymnasieelevers förkunskaper, vardagsföreställningar och åsikter om genetik och genteknik. Lärarexamensuppsats. Malmö högskola,
Gymnasielärarutbildningen, Malmö.
Christensen, M., & Millton Almgren, K. (2005). En undersökning av gymnasieelevers
användning och förståelse av genetiska begrepp. Lärarexamensuppsats. Göteborgs universitet, Lärarprogrammet, Göteborg.
48
Dimenäs, J. & Sträng Haraldsson, M. (1996). Undervisning i naturvetenskap. Lund:
Studentlitteratur.
Driver, R. (1994). Making sense of secondary science: Research into childrens ideas.
London: Routledge.
Egidius, H. (2002). Pedagogik för 2000-talet. Stockholm: Natur och Kultur.
Ekborg, M. (2003). How student teachers use scientific conceptions to discuss a complex environmental issue. Journal of Biological Education 37 (3), 126-133.
Ekborg, M. (manuskript insänt för granskning). Opinion building in a socio-scientific
issue: the case of genetically modified plants.
Ekstig, B. (2002). Naturen, naturvetenskapen och lärandet. Lund: Studentlitteratur.
Johnsson, B., & Svedner, P. O. (2001). Examensarbetet i lärarutbildningen: Undersökningsmetoder och språklig utformning. Uppsala: Kunskapsförlaget i Uppsala AB.
Karlsson, J., Krigsman, T., Molander, B-O., & Wickman, P-O. (2005). Biologi A med
naturkunskap A. Viborg: Liber AB.
Karlsson, J., Krigsman, T., Molander, B-O., & Wickman, P-O. (2000). Biologi A med
naturkunskap A. Trelleborg: Liber AB.
Kindfield, A. (1991). Confusing chromosome number and structure: a common student
error. Journal of Biological Education 25 (3), 193-200.
Knippels, M-C. P. J. (2002). Coping with the abstract and complex nature of genetics in
biology education : The yo-yo learning and teaching strategy. Hämtad från World Wide
Web 3 december 2006: http://igitur-archive.library.uu.nl/dissertations/2002-0930094820/full.pdf.
49
Knippels, M-C. P. J., Waarlo, J. W., & K. T. Boersma. (2005). Design criteria for
learning and teaching genetics. Journal of Biological Education 39 (3), 108-112.
Kvale, S. (1997). Den kvalitativa forskningsintervjun. Lund: Studentlitteratur.
Lewis, J., Leach, J., & Wood-Robinson, C. (2000a). What´s in a cell? – young people´s
understanding of the genetic relationship between cells, within an individual. Journal of
Biological Education 34 (3), 129-132.
Lewis, J., Leach, J., & Wood-Robinson, C. (2000b). Chromosomes: the missing link young people´s understanding of mitosis, meiosis, and fertilization. Journal of Biological Education 34 (4), 189-199.
Lewis, J., Leach, J., & Wood-Robinson, C. (2000c). All in the genes? - young people´s
understanding of the nature of genes. Journal of Biological Education 34 (2), 74-79.
Lewis J., & Leach, J. (2006). Discussion of Socio-Scientific Issues: The role of science
education. International Journal of Science Education 28 (11), 1267-1287.
Locke, J., & McDermid, H. E. (2005). Using Pool Noodles to Teach Mitosis and Meiosis. Genetics 170, 5-6.
Peinerud, I-L., Lager-Nyquist, L., & Lundegård, I. (2000). Biologi A. Stockholm: Bonnier Utbildning AB.
PROJEKT NORDLAB-SE (13 januari 2006). Genetik. Hämtad från World Wide Web 2
december 2006: http://na-serv.did.gu.se/nordlab/se/trialse/pdf/bi4.pdf.
Sjøberg, S. (2005). Naturvetenskap som allmänbildning – en kritisk ämnesdidaktik.
Lund: Studentlitteratur.
Skolverket (2000). Kursinformationssystemet för skolan. Hämtad från World Wide
Web 14 november 2006: http://www3.skolverket.se/ki03/front.aspx.
Skolverket (2004). PISA 2003. Stockholm: Skolverket/Fritzes.
50
Utbildningsdepartementet. (2001). 1994 års läroplan för de frivilliga skolformerna,
Lpf94. Stockholm: Skolverket/Fritzes.
Övriga källor
Fyra transkriberade intervjuer finns i författarens ägo.
51
Bilagor
Bilaga 1. En kopiator för levande varelser?
Hade man utsett Årets djur 1997, skulle Dolly utan tvekan stått som vinnare! Dolly är ett skotskt
får som du ser på bilden. Men Dolly är inget vanligt får. Hon är en klon av ett annat får. En klon
betyder en exakt kopia. Klonig innebär att göra en exakt kopia ”av ett existerande original”.
Forskare lyckades framställa ett får (Dolly) som är identiskt med ett får som använts som ”original”. Det var den skotske forskaren Ian Wilmut som skapade ”kopieringsmaskinen”. Han tog
en mycket liten del av juvret från ett vuxet får (får 1).
Från den lilla delen skiljde han ut kärnan, därefter förde han in kärnan i ett annat (hon)fårs äggcell (får 2). Men först avlägsnade han allt material från äggcellen som skulle ha gett egenskaper
från får 2 i ett lamm som produerades från den äggcellen. Ian Wilmut planterade in det manipulerade ägget från får 2 i ytterligare ett (hon)får (får 3). Får 3 blev dräktigt och fick ett lamm:
Dolly.
En del forskare tror att det inom några år är fullt möjligt att även klona människor. Men många
länder har redan beslutat att i lag förbjuda kloning av människor.
52
Fråga 1 KLONING
Vilket får är Dolly identiskt med
A Får 1
B Får 2
C Får 3
D Dollys far
Fråga 2 KLONING
I texten beskrivs den bit av juvret som anvädes som ”en mycket liten del”. Av artikelns
text kan man lista ut vad som menas med ”en mycket liten del”. Den ”mycket lilla delen” är
A en cell
B en gen
C en cellkärna
D en kromosom
Fråga 3 KLONING
I sista meningen i artikeln påstås det att många länder redan har beslutat att förbjuda
kloning av människor. Två möjliga argumnet för detta beslut presenteras nedan.
Vilket/vilka av argumneten är vetenskapligt?
Ringa in ”Ja” eller ”Nej” för respektive.
Argument:
Vetenskapligt?
Klonade människor skulle kunna bli mer mottagliga för
vissa sjukdomar än normala människor.
Ja/Nej
Mänskligheten skall inte ta över rollen som skapare.
Ja/Nej
53
Bilaga 2. Intervjuguide
Genetik
1. Vilka kunskapsmål leder kursplanens formulering till:
...ha kunskap om arvsmassans strukturer samt förstå sambanden mella dessa och individens egenskaper.
2. Hur undervisar du om genetik?
•
Innehåll
•
Ordningsföljd
•
Laborationer
•
Övningar?
•
Hur används läroboken?
•
Används andra läromedel?
•
Vardagsanknytning?
3. Vilka förkunskaper har eleverna när de kommer till gymnasiet?
Genteknik
4. Vilka kunskapsmål leder kursplanens formulering till:
...ha kunskap om gentekniska metoder och deras tillämpningar samt kunna diskutera
genteknikens möjligheter och risker ur ett etiskt perspektiv.
5. Hur undervisar du om genteknik?
•
Innehåll
•
Ordningsföljd
•
Laborationer
•
Övningar
•
Hur används läroboken?
•
Används andra läromedel?
•
Etiska frågor
6. Vilka förkunskaper har eleverna när de kommer till gymnasiet?
7. Ser du några möjligheter/fördelar/hinder i att gentekniken är ett dagsaktuellt ämne?
8. Vilka genetiska begrepp anser du är viktiga för att kunna diskutera etik, demokratioch värdegrundsfrågor förknippade med gentekniska tillämpningar?
54