Lärarutbildningen
Natur, miljö, samhälle
Examensarbete
15 högskolepoäng, avancerad nivå
Gymnasieelevers begreppsuppfattning i
biologi
High School Students’ Concept Understanding in Biology
Erik Borgström
Lärarexamen 270hp
Lärarutbildning 90hp
2010-11-03
Handledare:
Ange
handledare
Examinator:
Agneta
Rehn
Handledare: Leif Karlsson
2
Abstract
There are teachers who plan their teaching without examining its effectiveness in overcoming
students’ misconceptions. I think that a teacher who knows what misconceptions are common and lead
to wrong answers has a better chance to develop their teaching in a way that will allow students to get
rid of their misconceptions and hence choose correct answers. The purpose of the present study was to
examine concept understanding in biology of Swedish high school students at the beginning of the
final year of the science program. The tool used to explore students’ concept understanding was the
Biology Concept Inventory (BCI). The test was answered by 66 Swedish high school students in the
final year of the science program. The results from the Swedish students were compared to the results
from 85 high school students in the United States. The results from both countries show that many
students avoid alternatives in which a biological process include randomness and prefer to choose
alternatives which means that the biological process is controlled by a driving force, for instance
natural selection or a concentration gradient. Applications and limitations of the BCI are discussed.
Suggestions for changes in education and further research are given.
Sammanfattning
Det finns lärare som planerar sin undervisning utan att undersöka hur effektiv den är i att komma till
rätta med studenternas missuppfattningar. En lärare som vet vilka missuppfattningar som är vanliga
och leder till felaktiga svar tror jag har större möjlighet att utforma undervisningen på ett sätt som får
eleverna att göra sig av med sina missuppfattningar och därmed svara rätt. Syftet med detta
examensarbete var att undersöka hur gymnasieelever i början av tredje årskursen på det
naturvetenskapliga programmet uppfattar biologiska begrepp. Verktyget som användes för att
undersöka elevernas begreppsuppfattning var Biology Concept Inventory (BCI). Testet besvarades av
66 svenska gymnasieelever i sista året på det naturvetenskapliga programmet. Resultatet från de
svenska eleverna jämfördes med resultatet från 85 gymnasieelever i USA. Resultaten från båda
länderna visar att många elever väljer bort alternativ där biologiska processer innehåller slump och
hellre väljer alternativ som innebär att den biologiska processen styrs av en drivkraft som till exempel
det naturliga urvalet eller en koncentrationsgradient. Användningsområden och begränsningar hos BCI
diskuteras. Förslag ges till förändrad undervisning och vidare forskning.
Nyckelord: biologi, begreppsförståelse, missuppfattningar, Biology Concept Inventory
3
Förord
Tack till min handledare Leif Karlsson som har svarat på alla mina frågor, hjälpt mig att
komma vidare och kommit med konstruktiva kommentarer under hela processen. Tack till de
fyra lärare som ställde upp och lånade ut sina lektioner och klasser så att jag kunde göra testet.
Tack till de 66 elever som besvarade testet och ansträngde sig för att svara på alla frågor.
Tack till alla de forskare och utvecklare av begreppsförståelsetest som jag mejlat med och
speciellt till Michael Klymkowsky på University of Colorado som svarade på många frågor
som jag haft kring BCI, och gav mig tillgång till ett dokument med utförliga beskrivningar av
vanliga missuppfattningar kopplade till varje felaktigt alternativ.
4
Innehållsförteckning
1
2
3
Inledning ............................................................................................................................. 7
1.1
Syfte ............................................................................................................................. 7
1.2
Kommentar om ordet ”missuppfattning” .................................................................... 7
1.3
Vad är ett begrepp? ...................................................................................................... 7
1.4
Biology Concept Inventory ......................................................................................... 9
1.4.1
Hur föddes idén till BCI? ..................................................................................... 9
1.4.2
Målet med BCI ................................................................................................... 10
1.4.3
Vad är BCI? ........................................................................................................ 10
1.4.4
Utvecklandet av BCI – 1: Essäfrågor och intervjuer.......................................... 10
1.4.5
Utvecklandet av BCI – 2: Validering ................................................................. 11
1.4.6
Utvecklandet av BCI – 3: Reliabilitetstestning .................................................. 11
1.4.7
Utvecklandet av BCI – 4: Iteration .................................................................... 11
1.4.8
BCI:s begreppsvaliditet – ger BCI oss de svar som vi vill ha? .......................... 11
1.4.9
BCI:s innehållsvaliditet – ger BCI oss alla de svar som vi vill ha? ................... 12
1.4.10
BCI:s reliabilitet ................................................................................................. 12
1.4.11
Andra begreppsförståelsetest i biologi ............................................................... 14
1.4.12
Kritik mot BCI ................................................................................................... 14
1.4.13
Resultat av BCI från USA .................................................................................. 15
1.5
Artikelsökning ........................................................................................................... 16
1.6
Frågeställning ............................................................................................................ 16
Metod ................................................................................................................................ 17
2.1
Test ............................................................................................................................ 17
2.2
Motivering till val av test........................................................................................... 17
2.3
Urval .......................................................................................................................... 17
2.4
Genomförande ........................................................................................................... 17
2.5
Översättningsfel ......................................................................................................... 18
2.6
Poängsättning............................................................................................................. 18
2.7
Undersökningens validitet ......................................................................................... 18
2.8
Undersökningens reliabilitet ...................................................................................... 19
2.9
Etiska överväganden .................................................................................................. 19
Resultat ............................................................................................................................. 20
5
3.1
3.1.1
Kommentar om blanksvar .................................................................................. 20
3.1.2
Svarsfördelningen i tabellform ........................................................................... 21
3.1.3
Figur med andel korrekta svar per fråga bland de svenska eleverna ................. 22
3.1.4
Figur med andel korrekta svar per fråga för både Sverige och USA ................. 23
3.2
4
Svarsfördelning .......................................................................................................... 20
Poängfördelning......................................................................................................... 24
Diskussion ......................................................................................................................... 25
4.1
Missuppfattningar ...................................................................................................... 25
4.1.1
Vanliga missuppfattningar hos biologistudenter i USA ..................................... 25
4.1.2
Vilka felaktiga alternativ i BCI har de svenska eleverna främst valt? ............... 26
4.1.3
Elever väljer bort slumpen ................................................................................. 27
4.2
Frågor i BCI med högst andel korrekta svar.............................................................. 28
4.3
Jämförelse mellan gymnasieelever i Sverige och USA ............................................. 29
4.4
Är svarsfördelningen slumpmässig? .......................................................................... 30
4.5
Förstår eleverna frågorna? ......................................................................................... 30
4.6
Vem är BCI konstruerat för? ..................................................................................... 31
4.7
Generaliserbarhet ....................................................................................................... 31
4.8
Slutsatser.................................................................................................................... 32
4.8.1
Förslag till förändrad undervisning .................................................................... 32
4.8.2
BCI:s användningsområden - kan lärare ha nytta av resultaten? ....................... 32
4.8.3
BCI:s begränsningar ........................................................................................... 32
Referenser................................................................................................................................. 34
Bilaga 1a – BCI på engelska .................................................................................................... 37
Bilaga 2a – BCI på svenska...................................................................................................... 43
Bilaga 3 – Primärdata från studenter i USA ............................................................................. 50
6
1 Inledning
Att lära ut något är en svår konst och det är inte alltid lätt att veta vilken metod som är bäst. I
min egen praktik har jag upptäckt hur viktigt det är att utgå från elevernas egna föreställningar
när jag vill lära ut något nytt. Att känna igen vanliga felaktiga föreställningar hos elever
tycker jag därför känns angeläget. Det skulle också vara spännande att skaffa sig verktyg för
att se om det har hänt något med dessa föreställningar efter avslutad undervisning.
1.1 Syfte
Det finns lärare som planerar sin undervisning utan att undersöka hur effektiv den är i att
komma till rätta med studenternas missuppfattningar (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a).
En lärare som vet vilka missuppfattningar som är vanliga och leder till felaktiga svar tror jag
har större möjlighet att utforma undervisningen på ett sätt som får eleverna att göra sig av
med sina missuppfattningar och därmed svara rätt. Om en undersökning av elevernas
missuppfattningar görs både före och efter genomgången kurs erhålls också ett mått på hur
effektiv undervisningen har varit.
Syftet med examensarbetet var att undersöka hur gymnasieelever i början av tredje årskursen
på det naturvetenskapliga programmet uppfattar biologiska begrepp.
1.2 Kommentar om ordet ”missuppfattning”
Konstruktörerna av testet som användes i detta arbete, använder genomgående i sina artiklar
ordet ”missuppfattning” för att beskriva föreställningar hos eleverna som inte stämmer
överens med den vetenskapliga teori som vanligen används på universitetets biologiska
grundutbildning i USA. Även om det kan diskuteras huruvida sådana föreställningar verkligen
är missuppfattningar har jag valt att använda samma ord.
1.3 Vad är ett begrepp?
Syftet med examensarbetet var alltså att undersöka hur elever uppfattar begrepp i biologi, men
vad är då ett begrepp? Jag har valt att använda en definition av Halloun (1995). Enligt
Halloun (1995) kan ett begrepp definieras utifrån fem egenskaper: dess domän, organisation,
sätt att mäta det, uttryck och användning.
Låt oss ta begreppet ”hund” som exempel. Domänen för begreppet ”hund” är alla de
organismer som vi kallar hund. Organisationen för begreppet ”hund” handlar om hur detta
7
begrepp förhåller sig till andra begrepp. Till exempel vet vi att alla organismer som ingår i
domänen för ”hund” också ingår i domänen för ”djur” medan domänen för ”schäfer” är en del
av domänen för ”hund”. Domänen för ”svart” överlappar delvis med domänen för ”hund”.
För att kunna mäta hur mycket ”hund” något är kan vi höra hur högt det skäller och undersöka
om det kan springa och hämta en pinne. Uttryck och symboler som refererar till begreppet
”hund” är till exempel de skrivna eller uttalade orden ”hund” och ”vovve” och hundsymboler
som används på förbudsskyltar. Slutligen måste den som ska förstå begreppet ”hund” lära sig
hur det ska användas. När ska något kallas för ”hund”? Hur ska vi kunna ta reda på om något
är en ”hund” och vilken sorts hund det är? Om vi vet att något är en ”hund”, kan vi då också
dra andra slutsatser, till exempel att det inte kommer att finnas några katter i samma rum? Om
vi ser något avlångt och vet att det är en del av en teckning av en hund, så kan vi dra
slutsatsen att det är en svans, men om det istället hade varit en teckning av en elefant hade det
avlånga lika gärna kunnat vara snabeln. Det som vi vet om begreppet ”hund” har alltså hjälpt
oss att dra slutsatser som vi annars inte hade kunnat dra.
Begreppet ”hund” var ett exempel på ett objektsbegrepp, men det finns också
egenskapsbegrepp, som till exempel begreppet ”kraft” i fysiken. För egenskapsbegrepp får
domän, organisation, sätt att mäta, uttryck och användning en lite annorlunda betydelse. Jag
använder begreppet ”kraft” som exempel och baserar min beskrivning på Halloun (1995):
En kraft utövas från ett fysiskt objekt till ett annat. Domänen för begreppet ”kraft” är därför
alla par av fysiska objekt. Organisationen för begreppet ”kraft” handlar om hur det förhåller
sig till andra begrepp. Till exempel vet vi att två objekt med en viss massa och ett visst
inbördes avstånd utövar en viss dragningskraft på varandra. Hur kan vi då mäta storleken av
en kraft? Två krafter sägs vara lika om de påverkar ett visst objekt likadant. Krafter är
additiva, det vill säga två lika stora krafter påverkar ett föremål dubbelt så mycket som en.
Två motsatta krafter är lika stora om effekten av att tillämpa båda krafterna på samma objekt
är samma som om ingen av dem tillämpats på objektet. Symboler som refererar till kraft är till
exempel bokstaven F med en pil över eller ordet ”kraft”. Ett tal följt av symbolen N eller
ordet ”Newton” används för att representera storleken av en kraft. Användningen av
begreppet kraft handlar till exempel om hur man kan dela upp en kraft i vertikala och
horisontella komponenter eller hur man räknar ut ett objekts acceleration givet den kraft som
utövas på det.
8
Att undersöka elevens uppfattning om ett begrepp fullt ut innebär alltså att undersöka hur de
uppfattar begreppets alla delar: domän, organisation, mätning, uttryck och användning.
Vilken typ av frågor kan ställas om biologiska begrepp? Begreppens uttryck är det ofta lätt att
ställa frågor om, till exempel: ”Föreställer denna bild en svan?” eller ”Betecknar bokstaven N
grundämnet kväve?”. Frågor om begreppens domäner kan ibland vara enkla, till exempel: ”Är
svanar djur?”, men det finns även svårare fall som till exempel ”kan alleler vara dominanta?”.
Svaret på denna fråga är nej eftersom begreppet ”dominant” endast används för egenskaper;
alleler tillhör alltså inte begreppet ”dominant”:s domän. En fråga om användning kan lyda
såhär: ”Vilket protein kodar DNA-sekvensen TACCAGTAACCA för?”. En fråga om
mätning kan lyda såhär: ”Om du har ett DNA-prov, hur kan du avgöra om det är mänskligt
DNA?”. Organisation kan vara svårare, till exempel ”Hur förhåller sig evolution till det
naturliga urvalet?”. En del av svaret kan då vara: ”Domänerna för evolutionen och det
naturliga urvalet är samma, nämligen alla organismer. Evolutionen är den process som avgör
vilka organismer som ska finnas i framtiden, givet vilka som finns nu. Det naturliga urvalet är
den mekanism som avgör vilka nu levande organismer som överlever från en dag till nästa,
men inte vilka nya som föds. Andra mekanismer som styr evolutionen, och som alltså inte är
en del av det naturliga urvalet är mekanismerna för val av partner, förökning och mutationer”.
Detta svar beskriver alltså en del av förhållandet mellan begreppen evolution och det
naturliga urvalet. Att förstå begreppens organisation handlar om att förstå denna typ av
förhållanden.
1.4 Biology Concept Inventory
Syftet med examensarbetet var att undersöka elevers begreppsuppfattning i biologi. Jag
behövde därför ett verktyg som kunde mäta detta. Verktyget som användes för att undersöka
elevernas begreppsuppfattning heter Biology Concept Inventory (BCI, Bilaga 1a-f) och är ett
test från USA som jag översatte till svenska (Bilaga 2a-g).
1.4.1 Hur föddes idén till BCI?
Idén till Biology Concept Inventory föddes år 2002 när Michael W. Klymkowsky på
University of Colorado höll på att bygga upp en ny kurs som hette BioFundamentals och som
delvis använde otraditionella undervisningsmetoder (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a).
När Klymkowsky utvecklade kursen insåg att han inte hade en aning om hans sätt att
undervisa var bättre eller sämre än de traditionella sätten när det gäller hur väl eleverna
9
förstod de begrepp som de undervisades i. Klymkowsky saknade alltså ett verktyg som kunde
mäta hur mycket eleverna förstod av de begrepp som lärdes ut. Klymkowsky och hans kollega
Kathy Garvin-Doxas började undersöka vad som fanns att tillgå av tester och forskning som
gjorts kring elevers begreppsförståelse i biologi. De insåg behovet av ett nytt verktyg för att
testa elevers begreppsförståelse, och det var så de kom att börja arbetet med BCI.
1.4.2 Målet med BCI
Målet med BCI var att utveckla ett test på cirka 20-30 frågor som kunde mäta studenternas
förståelse av grundläggande biologiska begrepp som lärs ut på universitetets grundutbildning
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a). Klymkowsky och Garvin-Doxas ville se inte bara om
studenterna missförstått ett begrepp utan också hur de missförstått det. Målet var att testet
skulle kunna användas både för att göra sig en bild av studenternas begreppsförståelse innan
påbörjad kurs och hur framgångsrik undervisningen var genom att låta eleverna göra testet
igen när kursen var slut.
1.4.3 Vad är BCI?
BCI är ett flervalstest, men till skillnad från många andra flervalstest är även de felaktiga
svarsalternativen väl underbyggda. Varje felaktigt alternativ svarar mot en missuppfattning
som delas av många elever, och dessa missuppfattningar har identifierats genom forskning.
Ursprungligen utformades testet för universitetets grundutbildning i USA, men det har nu
också använts av gymnasieklasser i USA.
1.4.4 Utvecklandet av BCI – 1: Essäfrågor och intervjuer
Det första steget i utvecklandet av BCI var att dela ut en serie övergripande essäfrågor till
några
tusen
studenter
som
bads
besvara
varje
fråga
med
minst
100
ord
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a). Förutom essäfrågorna genomfördes i detta första
skede djupintervjuer med sju studenter. Under dessa intervjuer läste studenterna frågorna och
uppmanades att prata fritt om hur de såg på frågorna och hur de resonerade sig fram till ett
svar. Eleverna fick även komma med förslag på alternativa frågor. I den här fasen var
studenterna således mycket delaktiga i utformandet av testet. Baserat på djupintervjuerna och
studenternas svar på essäfrågorna togs en första serie frågor och svarsalternativ fram, där
svarsalternativen baserades på studenternas eget språk. I många fall kopierades
svarsalternativen direkt från studenternas svar på essäfrågorna. En första version av testet var
skapad (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a).
10
1.4.5 Utvecklandet av BCI – 2: Validering
Detta avsnitt beskriver den validering som gjordes av varje ny version av testet
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a). Studenter fick svara på den aktuella versionen av
testet och därefter tala med någon av forskarna om sina tolkningar av varje fråga och hur de
resonerade när de kom fram till sitt svar. Frågorna gicks således igenom en i taget och
studenten fick motivera varför han eller hon valt ett visst alternativ. Dessa så kallade
strukturerade intervjuer gjorde Klymkowsky och Garvin-Doxas för att avgöra om studenter
som svarade på ett visst sätt också tänkte på det sätt som forskarna förväntade sig. Eftersom
målet med testet är att få reda på hur studenterna resonerar måste kopplingen mellan valt
svarsalternativ och studenternas sätt att tänka undersökas. Baserat på denna validering gjordes
förbättringar av ordvalet, nya frågor utvecklades och andra förkastades (Garvin-Doxas &
Klymkowsky 2007a).
1.4.6 Utvecklandet av BCI – 3: Reliabilitetstestning
Slutligen reliabilitetstestades varje ny version av testet. Garvin-Doxas & Klymkowsky
(2007b) hävdar att ”reliabilitetstester gjordes för varje version av testet tills det att
reliabilitetskonvergens nåddes”, även om formen för reliabilitetstestningen inte har
publicerats (Doxas 2010).
1.4.7 Utvecklandet av BCI – 4: Iteration
För varje ny version av testet upprepades följande delar av proceduren ovan: frågor och svar
utvecklades, valideringsintervjuer genomfördes, frågorna sågs över igen och testet
reliabilitetstestades. Efter flera upprepningar av denna process hade Klymkowsky och
Garvin-Doxas utvecklat testet BCI som det ser ut idag, som alltså är det test som jag översatt
till svenska och använt (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a).
1.4.8 BCI:s begreppsvaliditet – ger BCI oss de svar som vi vill ha?
Syftet med examensarbetet var att undersöka elevers begreppsuppfattning i biologi. Detta
avsnitt handlar om begreppsvaliditet (för definition se sidan 108 i Johansson & Svedner
2006), det vill säga om det verktyg som valdes (BCI) kunde användas för att svara på frågan
som ställdes (hur elever uppfattar begrepp i biologi). BCI visar vilket svarsalternativ eleven
väljer. Sambandet mellan valt svarsalternativ och hur eleven uppfattar begreppet beskrivs i
avsnittet ”Utvecklandet av BCI – 2: Validering” ovan. BCI visar således något om hur
eleverna uppfattar de begrepp som testet behandlar, vilket var syftet med examensarbetet.
11
1.4.9 BCI:s innehållsvaliditet – ger BCI oss alla de svar som vi vill ha?
Avsnittet om BCI:s begreppsvaliditet visar att BCI säger något om hur eleverna uppfattar
begrepp i biologi, men hur är det med BCI:s innehållsvaliditet (för definition se sidan 108 i
Johansson & Svedner 2006), det vill säga ger BCI alla de svar som vi vill ha? Det korta svaret
är naturligtvis ”nej”. Syftet med examensarbetet var alltså att undersöka elevers
begreppsuppfattning i biologi. BCI tar dock bara upp frågor kring vissa begrepp;
konstruktörerna av testet har delat in
alleler/egenskaper,
lipider/biologiska
frågorna i följande kategorier: genetik,
membran,
DNA,
genetisk
drift,
diffusion,
slumpprocesser, evolution, mutationer, molekyler, energi och vetenskapligt tänkande (BCI
Project 2010). Det finns således många begrepp som inte berörs, till exempel symbios,
parasitism och angiogenes, och alla begrepp som berörs är inte heller relevanta för
gymnasieelever i sista året på naturvetenskapligt program. Dessutom ställer BCI bara en eller
ett fåtal frågor om varje begrepp och det finns många fler frågor att ställa. Detta gäller bland
annat begreppens organisation, det vill säga hur olika begrepp förhåller sig till varandra (se
avdelningen ”Vad är ett begrepp?”). Fotosyntes och respiration är till exempel två centrala
intimt förknippade begrepp, men i BCI finns det inga frågor om hur de förhåller sig till
varandra. Till BCIs försvar kan dock pekas på flera frågor som berör just förhållandet mellan
olika begrepp. Fråga 6 handlar till exempel om hur det naturliga urvalet påverkar evolutionen,
fråga 16 berör förhållandet mellan dominanta egenskaper och hög translation, fråga 19 avser
förhållandet mellan katalysatorer och molekylers rymdstruktur och fråga 30 handlar om
likheterna mellan genetisk drift och diffusion. Men detta är bara några av de förhållanden
mellan begrepp som det går att fråga om. BCI visar alltså hur elever uppfattar vissa aspekter
av några begrepp i biologi, men långt ifrån alla.
1.4.10 BCI:s reliabilitet
Reliabilitet handlar om verktygets (i det här fallet BCI:s) pålitlighet (Bryman 2001). Bryman
tar upp tre typer av reliabilitet: stabilitet, intern reliabilitet och interbedömarreliabilitet.
Med stabilitet menas hög korrelation mellan resultaten när samma person gör testet vid olika
tillfällen (Bryman 2001). En anledning till olika resultat vid olika tillfällen kan vara att
testpersonen är osäker på vilket alternativ som ska väljas. Högre stabilitet skulle i så fall nås
genom att endast räkna de svar där eleverna är säkra. Eftersom det inte är möjligt att direkt
mäta hur säker testpersonen är, har utvecklarna av BCI föreslagit att testpersonen för varje
fråga ombeds att förutom att välja ett svarsalternativ också anger hur säker han eller hon är på
12
svaret (Klymkowsky, Garvin-Doxas & Zeilik 2003). Frågan är nu hur tillförlitlig denna
bedömning är. För att testpersonerna ska motiveras att svara ärligt på hur säkra de är på
svaret, föreslår utvecklarna av BCI ett poängsystem. Högsta poäng i detta system ges till
korrekta svar där eleven markerat att han eller hon är säker på sitt svar. Korrekta svar som
eleven markerat med ”osäker” ges något lägre poäng, osäkra felaktiga svar ger ytterligare
lägre poäng, och allra lägst poäng ger felaktiga svar där eleven markerat att han eller hon är
säker på sitt svar (Klymkowsky, Garvin-Doxas & Zeilik 2003).
En annan anledning till förändrat resultat kan vara en faktisk förändring av testpersonens
kunskaper eller inställning. Sådana förändringar vill vi mäta och detta ses därför inte som
något problem. En tredje anledning till förändrat resultat vid upprepat testande är att det som
testpersonen svarade första gången påverkar det som han eller hon svarar nästa gång. Detta
var inget problem i föreliggande undersökning eftersom varje person bara gjorde testet en
gång.
Med intern reliabilitet menas huruvida testets frågor mäter samma sak (Bryman 2001). Om vi
till exempel har ett måttband, en linjal, en tumstock och en lasermätare, så utger dessa sig alla
för att kunna mäta föremåls längd. Vi förväntar oss därför samma resultat när vi mäter ett träd
oavsett vilket av verktygen vi använder. En del psykologiska test är också utformade på detta
vis. Antag att ett test vill undersöka om en person tror på astrologi eller astronomi. Ett
alternativ på varje fråga svarar då mot att testpersonen tror på astronomi och ett mot att
testpersonen tror på astrologi. En person som tror starkt på astrologi bör ha valt
astrologialternativet på alla frågor. Ribban kan ha lagts olika högt på olika frågor, så att vissa
frågor kräver större övertygelse om astrologi för att välja det alternativet, men alla frågor
mäter ändå samma sak. BCI är inte uppbyggt på detta viss. Vissa frågor berör till exempel hur
elever uppfattar diffusion och andra hur de uppfattar evolution. Däremot finns det kluster av
frågor som handlar om samma sak. Det framgår inte av de artiklar jag läst om konstruktörerna
av BCI vill ha korrelation inom dessa kluster.
Interbedömarreliabilitet handlar om huruvida resultatet påverkas av vem som presenterar,
delar ut och övervakar testet (Bryman 2001). Detta är vanligen inget stort problem vid slutna
skriftliga test som BCI utan är istället centralt när det handlar om öppna intervjuer där
intervjupersonen kan påverka den intervjuades svar.
Som beskrivet i avsnittet ”Utvecklandet av BCI – 3: Reliabilitetstestning” hävdar
konstruktörerna att BCI har reliabilitetstestats även om det inte framgår hur.
13
1.4.11 Andra begreppsförståelsetest i biologi
Förutom BCI finns det flera andra test som är uppbyggda och framtagna på ett liknande sätt.
Uttrycket ”validerat begreppsförståelsetest” syftar i detta arbete på ett flervalstest där
kopplingen mellan valt svarsalternativ och elevens uppfattning om begreppet har undersökts.
BCI är alltså ett exempel på ett validerat begreppsförståelsetest. Det engelska uttrycket
”Concept Inventory” syftar vanligen på både validerade och icke validerade tester av detta
slag.
Det var framförallt utvecklingen av fysikens Force Concept Inventory som inspirerade
forskare att utveckla liknande test även i biologi (Klymkowsky, Garvin-Doxas & Zeilik
2003). Exempel på validerade test är CINS (Concept Inventory in Natural
Selection
(Anderson, Fischer & Norman 2002)) och Genetics Concept Assessment (Smith, Wood &
Knight 2008). Andra test under utveckling är MLSCI (Molecular Life Science Concept
Inventory (Wright & Hamilton 2008)) och GCI (Genetics Concept Inventory (Elrod 2008)).
Det finns flera hemsidor som samlar begreppsförståelsetest. På hemsidan för Bioliteracy
Project (2010) finns material om BCI. På hemsidan för Environmental Literacy (2010)
beskrivs några olika test däribland Environmental Literacy Carbon Assessment och High
School Water Test. På hemsidan för Diagnostic Question Clusters (2010) finns frågor om
material och energi samt biologiska och geologiska processer. För en översikt av utvecklingen
av begreppsförståelsetest i biologi se D’Avanzo (2008). I mars 2007 hölls en konferens om
begreppsförståelsetest i biologi där bland andra utvecklarna av BCI - Kathy Garvin-Doxas
och Michael Klymkowsky - medverkade (Garvin-Doxas, Klymkowsky & Elrod 2007).
1.4.12 Kritik mot BCI
En del av kritiken mot BCI, nämligen att testet bara tar upp vissa aspekter av vissa begrepp,
tas upp i avsnittet om BCI:s innehållsvaliditet.
En annan invändning berör kopplingen mellan valt svarsalternativ och elevens uppfattning om
begreppet. Som beskrivs i avsnitten om BCI:s validering kan den som använder BCI få en
bild av hur eleverna troligen uppfattar begreppet. Det finns dock bara några alternativ
(vanligen fyra) för varje fråga medan det kan finnas flera sätt att uppfatta ett begrepp.
Utformarna av testet beskriver hur de kopplat samman ett visst svarsalternativ med en viss
uppfattning (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a, se även avsnitten om BCI:s validering),
men det framgår inte i någon av de artiklar om testets validering som jag läst (Garvin-Doxas
& Klymkowsky 2007a, 2007b, 2008, D’Avanzo 2008) hur stark denna koppling är. Det
14
framgår alltså inte exakt hur god överensstämmelsen är mellan valt svarsalternativ och
elevens uppfattning om begreppet. Är det så att det finns fyra uppfattningar som omfattas av
90 procent av eleverna, eller är elevernas föreställningar betydligt mera spridda? Kanske finns
det en grupp av elever som inte är tillräckligt stor för att få ett eget svarsalternativ, men som
har en föreställning som går på tvärs mot alla de andra och som skulle vara intressant att få
kunskap om av den anledningen. Begreppsuppfattningen hos elever som inte faller in i någon
av de fyra kategorierna skulle troligen bättre kunna fångas upp av öppna essäfrågor.
Det skulle också vara intressant att gå tillbaka till essäfrågorna och djupintervjuerna som
gjordes under utvecklandet av testet och se hur lika formuleringarna var på dessa öppna frågor
bland elever som valde samma svarsalternativ på flervalstestet. Fanns det tydligt urskiljbara
grupper av svar, eller var det snarare så elevernas svar på essäfrågor och djupintervjuer visade
på ett kontinuerligt spektrum av tankar hos eleverna så att uppdelningen av svaren i fyra
grupper blev godtydlig?
En tredje invändning mot BCI är att formerna för reliabilitetstestning inte har publicerats (se
avsnittet om BCI:s reliabilitetstestning).
En fjärde invändning är att BCI spänner över ett för stort område och att antalet frågor per
begrepp därmed är för litet för att ge en god bild av elevens förståelse av begreppet. Som
beskrivs i avdelningen ”Vad är ett begrepp?” handlar begreppsförståelse om att förstå flera
olika aspekter av begreppet. En av dessa aspekter är begreppets domän (vilka objekt ett
begrepp är tillämpbart på) och en annan begreppets organisation (dess förhållande till andra
begrepp). Fysikens FCI testar till exempel ett enda begrepp (kraftbegreppet) och för varje
fysisk lag som berör kraftbegreppet finns det ett kluster om flera frågor (Hestenes, Wells &
Swackhamer 1992, Savinainen & Viiri 2003).
1.4.13 Resultat av BCI från USA
Primärdata från testets genomförande eftersöktes och erhölls från 85 gymnasieelever och
1821
universitetsstudenter
i
USA
(Klymkowsky
2010).
Resultaten
från
universitetsstudenterna i USA återfinns i Bilaga 3. Resultaten från gymnasieeleverna i USA
redovisas och diskuteras i anslutning till resultaten från föreliggande studie på svenska
gymnasieelever. Anledningen till att jag valde gymnasieeleverna i USA och inte
universitetsstudenterna i USA som jämförelsegrupp var att jag bedömde att gymnasieeleverna
i USA var den grupp som var mest lik de svenska gymnasieeleverna i fråga om hur mycket
biologi de läst. Gymnasieeleverna i USA gick alla första året (10th grade) på samma allmänna
15
gymnasium och tillhörde inget särskilt program, förutom att alla elever i skoldistriktet gick en
obligatorisk laborationsbaserad biologikurs under det första gymnasieåret. De viktigaste
slutsatserna från resultatet av testets genomförande i USA som testets konstruktörer drar,
diskuteras i avdelningen om missuppfattningar i detta arbetes diskussionskapitel.
1.5 Artikelsökning
Artiklar eftersöktes i ERIC via EBSCO med sökorden ”biology concept inventory” (15
september 2010). Dessa sökord användes eftersom jag kände till begreppsförståelsetestet
Force Concept Inventory och antog att motsvarande tester i biologi också skulle ha
nyckelorden
”concept
inventory”.
Ingen
tidigare
forskning
där
validerade
begreppsförståelsetest i biologi använts i Sverige hittades. Tidigare forskning om elevers
begreppsuppfattning i biologi eftersöktes i MUEP (Malmö University Electronic Publishing)
med sökordet ”biologi” vilket gav 66 träffar (11 oktober 2010). Sex av dessa artiklar berörde
elevers
begreppsuppfattning
i
biologi,
men
ingen
av
dem
använde
validerade
begreppsförståelsetest.
1.6 Frågeställning
Vilka felaktiga alternativ i BCI har eleverna främst valt och hur stor andel av eleverna har
valt
dessa
alternativ?
Kopplingen
mellan
valt
svarsalternativ
och
elevens
begreppsuppfattning beskrivs i avsnitten om BCI:s validering. Vilka felaktiga alternativ som
eleverna väljer ger oss alltså en bild av hur eleverna uppfattar begreppen, vilket var arbetets
syfte.
Vilka frågor i BCI har högst andel rätta svar och hur stor andel rätta svar har dessa frågor?
Svaret på denna fråga hjälper oss att identifiera områden där eleverna redan har en god
förståelse av materialet.
16
2 Metod
2.1 Test
Testet som användes i denna undersökning var min översättning till svenska av BCI
(Bilaga 2a-g). Testet består av 30 flervalsfrågor. Varje fråga har fyra svarsalternativ utom
fråga 23 som har tre svarsalternativ och fråga 25 som har fem svarsalternativ.
2.2 Motivering till val av test
BCI valdes framförallt av tre skäl. För det första tillhör BCI de validerade testen, det vill säga
forskning har gjorts för att säkerställa att varje svarsalternativ svarar mot en viss föreställning
om begreppet. Detta innebär att elevernas svar säger något om deras begreppsuppfattning i
biologi, vilket var examensarbetets syfte att undersöka. För det andra antogs att det fanns
resultat från liknande elevgrupper i USA, och att det därmed skulle finnas något att jämföra
de svenska resultaten med. Tidigare resultat från de andra validerade testen hittades inte. För
det tredje består testet till skillnad från några andra begreppsförståelsetest av enbart
flervalsfrågor och är därmed lätträttat. Environmental Literacy Carbon Assessment
kompletterar till exempel flervalsfrågor med öppna frågor.
2.3 Urval
Informanter var eleverna i fyra gymnasieklasser i tredje årskursen på det naturvetenskapliga
programmet på en skola i en medelstor stad. Totalt 66 elever deltog. Endast de elever som var
närvarande vid testtillfället gjorde testet. I de fyra klasser som gjorde testet var totalt 14 elever
frånvarande och gjorde alltså inte testet. Lärarna uppgav orsaken till frånvaron som antingen
sjukdom eller ogiltig. I minst fem fall var frånvaron ogiltig. Urvalet var ett så kallat
bekvämlighetsurval, det vill säga jag kontaktade lärare som jag kände sedan tidigare, eftersom
jag trodde att det var större chans att få låna en timme av dessa än av helt främmande lärare.
2.4 Genomförande
Testet gjordes under den 5:e till 7:e skolveckan av höstterminen 2010 på lektioner som jag
fick tillgång till av ansvariga lärare. Dessa lektioner inträffade under olika delar av dagen, två
före lunch och två efter lunch. Tre av klasserna började lektionen med att göra testet men i en
klass gjorde eleverna testet efter 30 minuters vanlig lektion. Alla elever hade fått reda på
minst en dag i förväg att de skulle göra ett test i biologi, men de visste inget om dess innehåll.
17
När jag kom till klassen informerades eleverna om syftet med undersökningen, att testet var
anonymt och att ingen skulle kunna se deras enskilda resultat. Det finns en svarslista per elev,
med det går inte att ta reda på vilken svarslista som hör till vilken elev. Vid denna typ av test
är det praxis att också informera eleverna om att de har rätt att avbryta när de vill. Jag missade
att informera om detta. De svenska eleverna fick 35 minuter på sig att göra testet, medan
universitetsstudenterna i USA bara fick 20 minuter på sig (Klymkowsky 2010). De svenska
eleverna gavs mer tid eftersom jag antog att de inte läst lika mycket biologi som
universitetsstudenterna i USA och därför behövde mer tid för att sätta sig in i frågorna.
Gymnasieeleverna i USA fick 42 minuter på sig. De svenska eleverna tvingades att sitta minst
30 minuter eftersom jag hoppades jag de därmed skulle ta sig tid att tänka noga på varje fråga.
Inga hjälpmedel fick användas. Eleverna satt utspridda och övervakade som under vanlig
provskrivning. Eleverna uppmanades att svara på alla frågor även om de inte kunde svaret.
Förutom att de svenska eleverna gjorde testet på svenska och inte fick samma tid på sig (mer
tid än universitetsstudenterna men mindre tid än gymnasieeleverna i USA) var genomförandet
likadant som i USA.
2.5 Översättningsfel
Efter testets genomförande upptäcktes ett översättningsfel på fråga 29. Felet ansågs tillräckligt
allvarligt för att svaren på frågan inte skulle kunna användas. Resultaten från denna fråga har
därför inte använts i analysen.
2.6 Poängsättning
Förutom att studera svarsfördelningen för varje fråga, gjordes en poängsättning för varje elev,
där varje korrekt svar gav en poäng. Eleven kunde alltså få mellan 0 och 29 poäng.
2.7 Undersökningens validitet
I avsnitten om BCI:s validitet har redan diskuterats om resultaten från BCI kan svara på de
frågor som ställdes i ”Syfte”, men detta gällde testet såsom det gjordes i USA, och samma
fråga bör ställas igen när vi ser på hur testet genomfördes i Sverige.
Den första skillnaden var att de svenska eleverna svarade på en översättning av testet.
Förutom den fråga som kasserades, kan brister i översättningen även på andra frågor och olika
bibetydelser hos engelska och svenska ord göra att frågorna uppfattades annorlunda av de
svenska eleverna.
18
En annan skillnad mellan testets genomförande i Sverige och USA är tiden: de svenska
eleverna fick 35 minuter på sig medan studenterna i USA bara fick 20 minuter. Att eleverna
fick olika långt tid på sig kan påverka svaren även om det är svårt att säga hur. En möjlighet
är att mindre tid får eleverna att svara mer spontant och välja det första de kommer att tänka
på medan mer tid gör att eleverna har tid att vara kritiska mot sitt första val och ändra sig när
de tittar på frågan en gång till.
Ett tredje problem är att valideringen av testet gjordes i en kontrollgrupp i USA. Inom denna
kontrollgrupp svarar således ett visst svarsalternativ mot en viss föreställning kring begreppet,
men det är inte säkert att samma förhållande gäller hos svenska elever. En motsvarande
validering i Sverige - vilken skulle bestå av djupintervjuer med elever som valt olika
svarsalternativ – var inte möjlig inom ramen för detta arbete.
2.8 Undersökningens reliabilitet
I denna avdelning diskuteras mätnoggrannheten i metoden. Har allt material i den svenska
studien samlats in på samma sätt, eller har förutsättningarna varierat?
Alla elever fick samma tid på sig att göra testet. Att några klasser började lektionen med att
göra testet medan en klass gjorde testet efter 30 minuters vanlig lektion kan ha påverkat hur
koncentrerade eleverna var. Att testet gjordes vid olika tider på dagen kan också ha påverkat
koncentrationen. Även om alla elever gick sista året på det naturvetenskapliga programmet på
samma skola, kan det finnas skillnader i hur mycket biologi de har läst, vad de har läst om och
framförallt vilka områden som återstår att ta upp under det tredje läsåret.
2.9 Etiska överväganden
Den etiska diskussionen utgår från Vetenskapsrådet (1990). Eleverna informerades innan de
gjorde testet om dess syfte och formerna för genomförandet, speciellt att testet var anonymt.
Jag missade dock att informera eleverna om att de har rätt att avbryta när de vill. Eleverna kan
därför ha känt sig tvingade att delta och göra hela testet. Eftersom testet är anonymt finns det
inga uppgifter om enskilda personers resultat. Det finns en svarslista per elev, men det går
inte att ta reda på vilken svarslista som hör till vilken elev. Eftersom testet bara består av
flervalsfrågor om biologiska begrepp behöver eleverna inte skriva några känsliga uppgifter
om sig själva. Det som kommer fram för eleverna själva när de gör det här testet är hur bra de
klarar dessa frågor och eventuella associationer som väcks i samband med detta. Eleverna kan
ändå uppleva det som jobbigt att göra testet om de känner att de inte klarar frågorna.
19
3 Resultat
Detta kapitel redovisar både resultatet av den svenska undersökningen (n=66) och de
primärdata som erhölls från en gymnasieklass i USA (n=85, Klymkowsky 2010). Den första
avdelningen redovisar svarsfördelningen fråga för fråga och den andra avdelningen visar
poängfördelningen bland de svenska eleverna.
3.1 Svarsfördelning
I en tabell och två figurer redovisas svarsfördelningen fråga för fråga. Figur 1 visar endast
resultaten från Sverige medan Figur 2 och Tabell 1 redovisar resultaten från både Sverige och
USA. Observera att resultaten från USA kommer från en tidigare undersökning (Klymkowsky
2010) och är med i detta resultatkapitel enbart som jämförelsematerial.
3.1.1 Kommentar om blanksvar
Andelen blanksvar bland de svenska eleverna var i genomsnitt 0,2 procent per fråga, att
jämföra med 11,3 procent bland gymnasieeleverna i USA. Eftersom andelen blanksvar bland
gymnasieeleverna i USA var hög gjordes en korrigering för att underlätta jämförelsen mellan
länderna. I resultatet för gymnasieeleverna i USA redovisas inte blanksvar, utan endast hur
många procent av de som valde något alternativ som valde ett visst alternativ.
20
3.1.2 Svarsfördelningen i tabellform
Tabell 1 visar för varje fråga hur många procent av eleverna från Sverige (n=66) och USA
(n=85) som valde de olika alternativen. Korrekt alternativ är markerat med gult. Procent
korrekta svar längst till höger. Notera att fråga 4 hade den högsta andelen korrekta svar bland
de svenska eleverna (88 procent), medan fråga 2 hade den högsta andelen korrekta svar bland
eleverna i USA (72 procent). Observera att resultaten från USA kommer från en tidigare
undersökning (Klymkowsky 2010) och redovisas i denna tabell enbart som jämförelse.
Tabell 1: Svarsfördelning i procent
Sverige
Fråga
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
30
a
6
8
5
9
6
42
20
48
9
33
5
36
27
2
36
50
5
35
52
17
12
53
38
41
15
15
11
36
21
b
18
83
9
2
6
3
44
17
38
55
50
14
33
67
15
6
2
41
14
17
11
5
30
20
9
36
17
42
5
c
d e
73
0
53
2
9
3
5
24
50
6
6
45
12
11
29
20
48
5
24
30
30
35
blanka
3
0
9
0
33
0
88
0
79
0
52
0
32
0
11
0
3
0
6
0
39
0
5
0
27
0
21
0
20
0
24
0
45
0
20
0
11
0
36
0
47
0
8
0
30
2
11 27
2
41 17 17
2
26 21
2
52 21
0
8 14
0
23 52
0
USA
Fråga
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
30
Andel rätt
73
83
53
88
9
42
44
48
50
6
50
45
33
21
36
24
45
41
14
30
30
53
30
27
17
36
17
8
23
21
a
32
6
3
4
11
22
43
55
12
57
13
30
21
20
11
81
15
71
43
11
24
36
39
32
26
19
22
25
15
b
24
72
13
24
17
7
27
20
32
22
25
41
11
12
25
9
8
18
25
22
29
15
35
39
16
41
32
22
16
c
1
17
57
69
55
56
20
4
7
9
36
17
32
31
46
6
3
3
24
56
21
21
26
11
43
23
40
8
32
d e
43
5
26
3
17
14
10
21
49
12
26
13
37
37
17
4
75
9
9
10
26
27
18
7 9
16
6
45
36
Andel rätt
43
72
26
69
17
22
27
55
49
9
25
13
11
31
11
6
3
18
25
10
26
36
35
18
9
41
32
8
32
3.1.3 Figur med andel korrekta svar per fråga bland de svenska eleverna
Figur 1 visar för varje fråga hur många procent av de svenska eleverna (n=66) som valde det
korrekta alternativet. Notera att fråga 4 hade den högsta andelen korrekta svar bland de
svenska eleverna (88 procent).
Andel korrekta svar
%
100,0
90,0
80,0
88
83
73
70,0
60,0
53
50,0
42 44
48 50
50
40,0
53
45
45
36
33
30,0
24
20,0
10,0
36
30 30
21
9
41
14
30
27
23
17
17
8
6
0,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30
Fråga nummer
Figur 1: Andel korrekta per fråga bland svenska elever.
22
3.1.4 Figur med andel korrekta svar per fråga för både Sverige och USA
Figur 2 visar för varje fråga hur många procent av eleverna (n=66 för Sverige och
n=85 för USA) som valde det korrekta alternativet. Notera att fråga 4 hade den högsta andelen
korrekta svar bland de svenska eleverna medan fråga 2 hade något högre andel korrekta svar
bland eleverna från USA. Observera att resultaten från USA kommer från en tidigare
undersökning (Klymkowsky 2010) och redovisas i detta diagram enbart som jämförelse.
%
100,0
Andel korrekta svar
Sverige
USA
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30
Fråga nummer
Figur 2: Jämförelse mellan Sverige och USA.
23
3.2 Poängfördelning
Förutom att studera svarsfördelningen för varje fråga, gjordes en poängsättning där varje elev
kunde få mellan 0 och 29 poäng (se avdelning 2.6). Figur 3 visar poängfördelning bland de
svenska eleverna (n=66). Notera att den högsta poängen var 18 och den lägsta poängen var 5.
Den genomsnittliga poängen per elev var 10,8 av 29 möjliga, jämfört med 7,8 för
gymnasieeleverna i USA. Den förväntade poängen om eleverna hade svarat slumpmässigt på
alla frågor hade varit 7,3. I snitt var de svenska eleverna alltså 3,5 poäng bättre än slumpen.
Medianen var 10 poäng (jämfört med medelvärdet på 10,8), så fördelningen är alltså
förskjuten något åt höger.
Poängfördelning
14
12
Antal elever
10
8
6
4
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Poäng
Figur 3: Poängfördelning bland de svenska eleverna.
24
4 Diskussion
Arbetets första frågeställning var vilka felaktiga alternativ i BCI som de svenska eleverna
främst valde. Diskussionen inleds därför med en avdelning som berör detta samt de vanligaste
missuppfattningarna hos biologistudenter i USA. Diskussionen fortsätter med en avdelning
om arbetets andra frågeställning, nämligen vilka frågor som hade högst andel korrekta svar.
Kapitlet fortsätter sedan med en jämförelse mellan Sverige och USA och frågorna om
resultatet är slumpmässigt, vem testet är gjort för och resultatets generaliserbarhet.
Avslutningsvis diskuteras vilken nytta lärare kan ha av resultatet och förslag på förändrad
undervisning.
4.1 Missuppfattningar
Denna avdelning börjar med ett avsnitt om de missuppfattningar som konstruktörerna av
testet identifierat hos studenter i USA, fortsätter med en genomgång av de mest valda
felaktiga alternativen i BCI bland de svenska eleverna och avslutas med ett avsnitt om att
många elever väljer bort alternativ som innehåller slumpprocesser.
4.1.1 Vanliga missuppfattningar hos biologistudenter i USA
Ett resultat som utvecklarna av BCI slogs av var att många av de problem som eleverna
upplevde i molekylär och evolutionär biologi grundade sig i djupt rotade missuppfattningar
om slumpprocesser (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2008). Elever har fått lära sig att
biologiska system är väldigt effektiva medan de ser slumpprocesser som ineffektiva. De har
därför svårt att föreställa sig att slumpprocesser ligger till grund för fenomen som evolution
och diffusion, vilka båda betraktas som effektiva processer. I stället tänker sig eleverna
vanligen att fenomen som evolution och diffusion hålls igång av en aktiv drivkraft och stannar
så fort denna drivkraft inte längre är närvarande. Drivkraften för evolutionen anses vara det
naturliga urvalet, och drivkraften för diffusion anses vara en koncentrationsgradient. Att
slumpprocesserna inte avstannar utan att till exempel diffusion fortgår även i avsaknad av en
koncentrationsgradient är det många elever som inte förstår. Även studenter som tagit
avancerade kurser i fysik och kan diskutera diffusion korrekt i det sammanhanget, ser inte att
samma processer finns även i biologi. Denna bristande tro på slumpprocessernas effektiv i
biologiska processer kvarstår även hos många studenter som läst flera vanliga biologikurser
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2008).
25
4.1.2 Vilka felaktiga alternativ i BCI har de svenska eleverna främst valt?
Examensarbetets första frågeställning var vilka felaktiga svarsalternativ i BCI som valdes av
flest elever. Nio av de 29 frågorna hade något felaktigt svarsalternativ med en andel på minst
50 procent. Detta avsnitt behandlar de sex mest valda felaktiga alternativen.
Det mest valda felaktiga svarsalternativet tillhörde fråga 5. Frågan handlade om en population
där två varianter av en gen försvinner trots att varianten inte innebär någon skillnad för hur
framgångsrikt bäraren fortplantar sig. 79 procent valde det felaktiga alternativet att bärarna
av dessa varianter sorterades bort av det naturliga urvalet, 12 procent valde något av de två
felaktiga alternativ som handlade om mutationer medan bara 9 procent valde det korrekta
alternativet att slumpmässiga variationer ledde till att de två varianterna av genen försvann.
Detta är i linje med resultaten från USA (Garvin-Doxas & Klymkowsky 2008) som visar att
elever ofta undviker förklaringar där biologiska fenomen baseras på slumpprocesser. I det här
fallet beskrivs ett fenomen som vanligen beror på det naturliga urvalet, nämligen förändringar
i frekvensen av olika varianter av gener. Eftersom en av premisserna i frågan är att varianten
inte påverkar bärarens fortplantningsframgång, kan emellertid det naturliga urvalet som
förklaring strykas. Den troligaste förklaring som återstår är istället genetisk drift, det vill säga
slumpen. Faktum är att den genetiska driften alltid är närvarande men ibland överskuggas av
det naturliga urvalet.
Det näst mest valda felaktiga svarsalternativet tillhörde fråga 14. Frågan handlar om hur en
mutation kan vara produktiv. 67 procent har här felaktigt svarat att det är om mutationen
inaktiverar en gen som var skadlig. 21 procent har valt det rätta alternativet, att mutationen
ändrar genproduktens aktivitet, 11 procent har valt att mutationen inte påverkar
genproduktens aktivitet, medan 2 procent har valt alternativet att alla naturligt förekommande
mutationer är destruktiva. Jag tycker själv att alternativen på denna fråga var dåligt
formulerade och att det mest valda alternativet också är rätt, även om det till skillnad från det
korrekta svaret inte fångar upp alla fall när en mutation kan vara produktiv.
Det tredje mest valda felaktiga svarsalternativet tillhörde fråga 10. Frågan handlar om vad
som gör DNA till ett bra ställe för att lagra information. 55 procent har här felaktigt svarat att
det är att baserna alltid binder till rätt partner. Detta är avgörande för kopieringen av DNA till
RNA, men inte viktigt för lagringen av den genetiska informationen. Det rätta svaret som bara
6 procent av eleverna har valt är att DNA är ett bra ställe för att lagra information eftersom
bassekvensen inte påverkar molekylens struktur särskilt mycket.
26
De fjärde mest valda felaktiga alternativen tillhörde frågorna 30, 27 och 19.
Fråga 30 handlar om likheten mellan genetisk drift och molekylär diffusion. 52 procent har
här valt det felaktiga alternativet att diffusion vanligtvis har en riktning medan genetisk drift
är slumpmässig. 21 har valt att båda är resultatet av en riktad rörelse, 5 procent att båda
handlar om at ta sig igenom en barriär och 23 procent det korrekta alternativet, nämligen att
båda innehåller slumpmässiga händelser utan hänsyn till slutligt utfall. Detta är återigen ett
exempel på att eleverna väljer bort alternativ där biologiska fenomen innehåller
slumpprocesser.
Diffusion
är
ett
begrepp
som
eleverna
troligen
stött
på
i
gymnasieundervisningen, kanske både i biologi och kemi. Diffusion innebär att slumpmässiga
rörelser gör att en partikelfördelning som från början var ojämn med tiden har en tendens att
bli jämnare. Det finns dock ingen kraft som driver partiklarna att fördela sig jämnt, det är bara
den mest sannolika utveckling om de enskilda partiklarna rör sig slumpmässigt.
Fråga 27 berör hur deletionen av en gen från den ena av kromosomerna hos en diploid
organism kan producera en ny fenotyp. 52 procent valde det felaktiga alternativet att den
borttagna allelen var dominant. Detta är ett exempel på bristande kunskap om begreppet
”dominant”:s domän eftersom endast egenskaper och inte alleler kan vara dominanta; alleler
tillhör alltså inte domänen för begreppet ”dominant”.
Fråga 19 berör varför dubbelsträngat DNA inte är en bra katalysator. 52 procent valde det
felaktiga alternativet att dubbelsträngat DNA är stabilt och inte binder till andra molekyler.
Valideringen av BCI (BCI Project 2010) visade att elever som väljer detta alternativ tror att
DNA är mer eller mindre oförmöget att reagera med andra molekyler. Det korrekta svaret som
valdes av 14 procent är att dubbelsträngat DNA inte är särskilt flexibelt och inte kan vikas till
olika former.
4.1.3 Elever väljer bort slumpen
De svenska resultaten är i linje med resultaten från USA som visar att elever ofta väljer bort
alternativ där biologiska processer innehåller slump. På fråga 5, 25 och 30 som var de frågor
där slumpprocesser var det korrekta svaret, valde endast 9 (p=0,001), 17 respektive 23 procent
detta alternativ, alltså färre än man kunde vänta sig om fördelningen mellan alternativen varit
slumpmässig med lika hög sannolikhet för varje alternativ1.
1
p-värdena som används i detta examensarbete är sannolikheten för att alternativet skulle få minst så hög
(respektive låg) andel om svaren hade fördelats slumpmässigt med lika hög sannolikhet för varje alternativ.
27
4.2 Frågor i BCI med högst andel korrekta svar
Denna avdelning berör examensarbetets andra frågeställning, nämligen vilka frågor i BCI som
hade högst andel korrekta svar bland de svenska eleverna. De tre frågor som hade högst andel
korrekta svar var fråga 4, 2 och 1 med 88, 83 respektive 73 procent korrekta svar. Ytterligare
fyra frågor har minst 50 procent korrekta svar.
Fråga 4 handlade om hur en katastrofal global händelse kan påverka evolutionen. 88 procent
svarade korrekt att endast vissa arter överlever händelsen, och har valt bort alternativen att
oönskade varianter av gener tas bort eller att nya gener skapas. Ett problem som diskuterats i
samband med utlärandet av evolutionen är att många elever tror att evolutionen är målstyrd
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2008), det vill säga att det finns en drivkraft som ser till att
åstadkomma nödvändiga förbättringar, som att plocka bort oönskade gener eller skapa nya
gener. Endast 11 procent valde emellertid något av dessa två alternativ, och åtta gånger så
många valde alltså det korrekta alternativet. De återstående 2 procenten valde det sista
alternativet, att det finns kortsiktiga effekter som försvinner med tiden.
Fråga 2 handlade om energi och frågar hur växter och djur skiljer sig åt när det gäller hur de
skaffar energi. 83 procent svarade korrekt att växterna till skillnad från djuren använder energi
direkt från solen. 8 respektive 9 procent trodde att skillnaderna handlade om vilken
organismgrupp som använder ATP eller vilken organismgrupp som lagrar energi i
sockermolekyler, medan ingen valde det sista alternativet att djuren till skillnad från växterna
framställer socker från enklare molekyler.
Fråga 1 handlade om ett allmänt känt fenomen från våra fönsterkarmar: att slokande växter
reser sig när de vattnas. 73 procent svarade korrekt att detta beror på att vatten kommer in i
och expanderar växtens celler, alltså en rent mekanisk process. 18 procent har svarat att det
beror på att vatten används för att skapa energi som reser växten, 6 procent att vatten reagerar
med och förstärker cellvägen och 3 procent att vattnet ändrar salthalten i växten. I detta sista
alternativ är det förvisso korrekt att salthalten ändras, men det är inte den ändrade salthalten
som är orsaken till att växten reser sig. Trots att eleverna här presenteras alternativ som har en
vetenskaplig jargong och ”låter bra” väljer alltså de allra flesta det korrekta alternativen.
Av de övriga fyra frågorna med minst 50 procent korrekta svar berör ytterligare en växters
och djurs energi, en vetenskapligt tänkande, en varför det är enkelt att kopiera
28
nukleinsyrornas genetiska information och en hur lik en individs genetiska information är
föräldrarnas.
4.3 Jämförelse mellan gymnasieelever i Sverige och USA
Gymnasieeleverna i USA hade i genomsnitt lägre resultat än de svenska gymnasieeleverna.
Den genomsnittliga andelen korrekta svar per fråga var 27 procent i USA mot 37 procent i
Sverige. Elva frågor i USA mot endast tre i Sverige hade en andel korrekta svar på mindre än
14 procent.
En möjlig förklaring till det lägre resultatet i USA är att eleverna som skrev testet i det landet
troligen läst mindre biologi, eftersom de gick första året på gymnasiet medan de svenska
eleverna gick sista året. Elever i USA börjar dessutom vanligen skolan ett år tidigare än
svenska elever.
En annan möjlig förklaring till det lägre resultatet i USA är att testet är baserat på svaren på
essäfrågor i USA och att de felaktiga svarsalternativen därför svarar mot vanliga
missuppfattningar i det landet. De vanligaste missuppfattningarna i USA finns alltså med som
svarsalternativ på BCI och kan ”fresta” många elever i USA att välja bort det korrekta
alternativet. Om de vanligaste svenska missuppfattningarna skiljer sig från de i USA kan det
hända att de inte finns med som alternativ och att de svenska eleverna därför ”frestas” mindre.
Ett test med svarsalternativ baserade på de vanligaste svenska missuppfattningarna hade i så
fall gett ett lägre resultat för svenska elever.
Den största skillnaden mellan länderna i andel korrekta svar finns på fråga 17 som handlar om
hur en molekyl hittar rätt partner och undviker felaktiga bindningar. Bara 3 procent av
eleverna i USA valde det korrekta alternativet att korrekta bindningar resulterar i lägre energi
än felaktiga, medan 75 procent valde det felaktiga alternativet att rätt bundna molekyler
passar perfekt ihop som pusselbitar. Även i Sverige var detta felaktiga alternativ populärast
och hade en svarsandel på 48 procent, men det korrekta alternativet hade nästan lika hög
andel, nämligen 45 procent. En möjlig förklaring är att energinivåer är ett begrepp som
diskuteras på gymnasiet och att eleverna i USA som går första året därför ännu inte studerat
begreppet tillräckligt. Att molekyler binder till varandra för att de passar ihop som pusselbitar
representerar i så fall den ”naiva” föreställning som elever har innan de lärt sig mer om
fenomenet.
29
De två frågor som hade högst andel korrekta svar var i båda länderna fråga 2 och 4. De två
frågor som hade lägst andel korrekta svar i Sverige hade under 10 procent korrekta svar även i
USA. Korrelationen mellan andelen korrekta svar för varje fråga i de båda länderna var 0,68.
4.4 Är svarsfördelningen slumpmässig?
Den genomsnittliga andelen korrekta svar sett över alla frågorna var 37 procent, medan den
andel korrekta svar som hade förväntats om alla elever svarade slumpmässigt är 25 procent.
Trots att andelen korrekta svar i genomsnitt inte var mycket högre än man hade kunnat vänta
sig av slumpen, är svaren emellertid inte slumpmässigt fördelade. I stället är det stor variation
i andelen korrekta svar från fråga till fråga2. De tre frågor som hade högst andel korrekta svar
hade 88, 83 respektive 73 procent korrekta svar (p=10-26, p=10-22 respektive p=10-15) medan
ytterligare fyra frågor hade minst 50 procent korrekta svar (p=10-6). Samtidigt hade tre frågor
mindre än 10 procent korrekta svar (p=0,001).
I de fall som ett felaktigt alternativ har valts, är inte heller valet av alternativ slumpmässigt.
För 9 av 29 frågor fick något felaktigt alternativ minst 50 procent (p<10-5). För en av de
frågor som hade lägre än 10 procent korrekta svar, hade ett av de felaktiga alternativen 79
procent (p=10-20).
Resultatet ska därför inte tolkas som att eleverna chansade på de flesta frågor, snarare är det
så att många elever har likartade föreställningar; för vissa frågor var den föreställning som
delades av många elever korrekta, för andra frågor var den föreställning som delades av de
flesta elever felaktig.
4.5 Förstår eleverna frågorna?
I idealfallet förstår eleverna innebörden av alla svarsalternativ och väljer det alternativet som
svarar bäst mot deras föreställning. Övriga alternativ sorteras då bort för att de på något sätt
inte passar ihop med elevens föreställning. Om eleverna däremot inte förstår vissa alternativ
eller inte ens känner igen begreppen som används kan istället alternativ förkastas för att de
inte förstås. Om det alternativ som flest elever förstår tidigt i utbildningen också är det
korrekta, kan andelen korrekta svar sjunka med ökad undervisning, i takt med att eleverna
förstår även de andra alternativen. En hög andel korrekta svar uppnås i så fall igen först när
2
p-värdena som används i detta examensarbete är sannolikheten för att alternativet skulle få minst så hög
(respektive låg) andel om svaren hade fördelats slumpmässigt med lika hög sannolikhet för varje alternativ.
30
eleverna inte bara förstått innebörden av de olika alternativen utan också fått verktyg för att
avfärda de som är felaktiga.
4.6 Vem är BCI konstruerat för?
BCI utformades ursprungligen för studenter på universitetets grundutbildning i biologi i USA
(Garvin-Doxas & Klymkowsky 2007a), medan de svenska eleverna gick i början av tredje
årskursen på gymnasiet. De svenska eleverna saknade således både större delen av sista
gymnasieårets biologi och de kurser på college och universitet som studenterna i USA läste
innan de gjorde testet. Jag tror till exempel att de svenska elever som gjorde testet har fått lite
eller ingen undervisning om genetisk drift, överkorsning, nukleinsyrors rymdstruktur,
genuttryck och ATP. Stöd för att använda testet på yngre elever ges av att konstruktörerna av
testet har använt det på elever som går första året på gymnasiet i USA (Klymkowsky 2010).
4.7 Generaliserbarhet
I vilken grad kan resultaten från denna undersökning generaliseras till att gälla alla
gymnasieelever i Sverige som är i början av sista läsåret på naturvetenskapligt program?
För det första gick alla elever som gjorde testet på samma skola och förutsättningar som är
speciella för denna skola kan ha påverkat resultatet. Undervisningen på denna skola kan skilja
sig från genomsnittet. Framförallt kan resultatet ha påverkats av vilka biologiska begrepp som
eleverna redan undervisats i när de gjorde testet och vilka som skulle presenteras senare under
det sista läsåret. Eleverna på skolan som deltog i testet var inte heller slumpmässigt utvalda,
utan utgjordes av de klasser där läraren gett mig tillåtelse att göra testet. Att alla elever gick
på samma skola ser jag som det viktigaste hindret för att kunna generalisera resultaten.
För det andra var 14 elever frånvarande vid testtillfället och gjorde alltså inte testet. Av dessa
var några rapporterade som sjuka, men minst fem saknande giltig frånvaro. Om dessa fem
skilde ut sig från snittet kan det ha påverkat resultatet. Jag kan tänka mig att de som var
frånvarande var mindre intresserade av lektionerna än de som var närvarande, och därför
också skulle ha presterat sämre resultat på testet. Jag tror att resultaten hade blivit något lägre
om alla elever hade varit närvarande och gjort testet.
Slutligen kan det lilla urvalet (66 elever) ha gjort att slumpen fått stor inverkan. Jag tror inte
att detta är ett stort hinder för att kunna generalisera resultaten.
31
4.8 Slutsatser
4.8.1 Förslag till förändrad undervisning
Resultat från både Sverige och USA visar att elever ofta väljer bort alternativ som handlar om
att biologiska processer som evolution och diffusion innehåller slump (se resultaten från
denna
undersökning
samt
Garvin-Doxas
&
Klymkowsky
2008).
Kanske
borde
undervisningen ändras för att bättre lyfta fram hur i grunden slumpmässiga processer med
hjälp av det naturliga urvalet kan ge resultat som till synes är målstyrda, det vill säga få djur
som går upp på land att utveckla lungor att andas med, djur som lever på savannen med höga
träd långa halsar som gör att de kan äta blad långt upp i trädkronan, djur som lever i kyla tjock
päls och djur med många fiender som igelkottar och klotgråsuggor förmågan att rulla ihop sig.
4.8.2 BCI:s användningsområden - kan lärare ha nytta av resultaten?
Som nämndes i inledningen av detta arbete finns det exempel på lärare som planerar sin
undervisning utan att undersöka hur effektiv den är i att komma till rätta med studenternas
missuppfattningar. Resultaten från BCI visar något om elevernas missuppfattningar. Jag tror
att lärare som vet vilka missuppfattningar som är vanliga och leder till felaktiga svar har
större möjlighet att utforma undervisningen på ett sätt som får eleverna att göra sig av med
sina missuppfattningar och därmed svara rätt. Jag tror också att det kan vara bra att låta
eleverna besvara BCI eller liknande tester efter avslutade kurser för att se hur effektiv
undervisningen har varit när det gäller att rätta till missuppfattningar. Det sparar mycket
arbete att använda ett färdigt och lätträttat test jämfört med att utforma egna undersökningar
för att undersöka hur ens elever tänker.
4.8.3 BCI:s begränsningar
BCI kan användas som ett verktyg för att undersöka elevernas begreppsuppfattning på bara ett
fåtal områden, framförallt genetik och evolution (se avsnittet om BCI:s innehållsvaliditet).
Antalet frågor per begrepp är litet jämfört med till exempel FCI (se avsnittet om kritik mot
BCI) och frågan är därför om begreppen undersöks ordentligt. Eftersom BCI är utformat för
studenter på universitetets grundutbildning så avser många av frågorna begrepp som inte är
relevanta för gymnasieelever (se avsnittet om BCI:s innehållsvaliditet). Vidare forskning
behövs således för att undersöka hur elever uppfattar gymnasiebiologins begrepp (se även
avsnittet ”Andra begreppsförståelsetest i biologi” för förslag på andra test).
32
Även om BCI visar något om vilka missuppfattningar som är vanliga hos många elever, säger
testet inget om vilka förändringar av undervisningen som kan användas för att rätta till dessa
missuppfattningar. Vidare forskning kring effektiva undervisningsmetoder behövs alltså. I
denna forskning kan BCI användas som ett av flera verktyg för att mäta undervisningens
effekter.
33
Referenser
Anderson, Dianne L.; Fisher, Kathleen M.; Norman, Gregory J. (2002). Development and
Evaluation of the Conceptual Inventory of Natural Selection. Journal of Research in Science
Teaching, Vol. 39, s. 952-978, No. 10. 2002.
BCI project (2010). BCI – Biology Concept Inventory V1b: Question annotation. Beskrivning
av vanliga tankesätt hos elever som valt olika svarsalternativ på BCI. Erhållet av Michael
Klymkowsky per e-post den 14 sep 2010. Copyright 2005-2010 BCI Project – UC Boulder.
Opublicerat.
Bioliteracy Project (2010). Tillgänglig på http://bioliteracy.colorado.edu/ den 11 oktober
2010.
Bryman, Alan (2001). Samhällsvetenskapliga metoder. Första upplagan. Malmö: Liber
Ekonomi.
D’Avanzo, Charlene (2008). Biology Concept Inventories: Overview, Status and Next Steps.
BioScience, Vol. 58, s. 1-7, No. 11. December 2008.
Diagnostic Question Clusters (2010). Tillgänglig på http://dqc.crcstl.msu.edu/ den 11 oktober
2010.
Doxas, Isidoros (2010). University of Colorado. Epostkorrespondens 2010-10-12.
Elrod, Susan (2008). Genetics Concept Inventory (GENCI) Development. Conceptual
Assessment in Biological Sciences conference, 3-6 januari 2008, Asilomar, California, USA.
Environmental Literacy (2010). Tillgänglig på http://edr1.educ.msu.edu/EnvironmentalLit/
index.htm/ den 11 oktober 2010.
Garvin-Doxas, Kathy & Klymkowsky, Michael W. (2007a). Building the Biology Concept
Inventory. Conceptual Assessment in Biology conference, mars 2007, Boulder, Colorado,
USA.
Garvin-Doxas, Kathy; Klymkowsky, Michael W. (2007b). Biology Concept Inventory - One
Page Summary. Workshop on Concept Inventories in S.T.E.M disciplines, 10-12 maj 2007,
Washington, D. C., USA.
34
Garvin-Doxas, Kathy och Klymkowsky, Michael W. (2008). Understanding Randomness and
its Impact on Student Learning: Lessons Learned from Buildning the Biology Concept
Inventory (BCI). CBE – Life Sciences Education, vol 7, s. 227-233, Summer 2008.
Garvin-Doxas, Kathy; Klymkowsky, Michael; Elrod, Susan (2007). Building, Using and
Maximizing the Impact of Concept Inventories in the Biological Sciences: Report on a
National Science Foundation-sponsored Conference on the Construction of Concept
Inventories in the Biological Sciences. CBE Life Sciences Education, Vol. 6, s. 277-282,
Winter 2007.
Halloun, Ibrahim (1995). Schematic Structure of Scientific Concepts: The Case of Physics.
Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching, San Fransisco,
California, USA, 22-25 April 1995.
Hestenes, David; Wells, Malcolm; Swackhamer, Gregg (1992). Force Concept Inventory. The
Physics Teacher, Vol. 30, s. 141-158, March 1992.
Johansson,
Bo;
Svedner,
Undersökningsmetoder
Per
och
Olov
språklig
(2006).
Examensarbetet
utformning.
Fjärde
i
lärarutbildningen.
upplagan.
Uppsala:
Kunskapsföretaget i Uppsala AB.
Klymkowsky, Michael W. (2010). University of Colorado. Epostkorrespondens 8 sep-12 okt
2010.
Klymkowsky, Michael W.; Garvin-Doxas, Kathy; Zeilik, Michael (2003). Bioliteracy and
Teaching Efficacy: What Biologists Can Learn from Physicists. Cell Biology Education, Vol.
2, s. 155-161. Fall 2003.
Savinainen, Antii; Viiri, Jouni (2003). Using the Force Concept Inventory to Characterise
Students' Conceptual Coherence. I L. Haapasalo and K. Sormunen, K. (redaktörer): Towards
Meaningful Mathematics and Science Education, Proceeding of the IXX Symposium of
Finnish Mathematics and Science Education Research Association. Bulletin of Faculty of
Education, No 86, University of Joensuu, s. 142-152.
Smith, Michelle K.; Wood, William B.; Knight, Jennifer K (2008). The Genetics Concept
Assessment: A new Concept Inventory for Gauging Student Understanding of Genetics. CBE
– Life Sciences Education, Vol. 7, s. 422-430, Winter 2008.
35
Vetenskapsrådet (1990). Forskningsetiska principer inom humanistisk-samhällsvetenskaplig
forskning. Tillgänglig på http://www.codex.vr.se/texts/HSFR.pdf (11 okt 2010).
Wright, Tony; Hamilton, Susan (2008). Assessing student understanding in the molecular life
sciences using a concept inventory. In: Duff, A., Green, M. and Quinn, D., ATN Assessment
Conference Proceedings. Australian Technology Network (ATN) Assessment Conference:
Engaging Students in Assessment, Adelaide, South Australia, (216-224). 20-21 November,
2008.
36
Bilaga 1a – BCI på engelska
Question 1. Many types of house plants droop when they have not been watered and quickly
"straighten up" after watering. The reason that they change shape after watering is because ...
a) Water reacts with, and stiffens, their cell walls.
b) Water is used to generate energy that moves the plant.
c) Water changes the concentration of salts within the plant.
d) Water enters and expands their cells.
Question 2. In which way are plants and animals different in how they obtain energy?
a) Animals use ATP; plants do not.
b) Plants capture energy from sunlight; animals capture chemical energy.
c) Plants store energy in sugar molecules; animals do not.
d) Animals can synthesize sugars from simpler molecules; plants cannot.
Question 3. In which way are plants and animals different in how they use energy?
a) Plants use energy to build molecules; animals cannot.
b) Animals use energy to break down molecules; plants cannot.
c) Animals use energy to move; plants cannot.
d) Plants use energy directly, animals must transform it.
Question 4. How can a catastrophic global event influence evolutionary change?
a) Undesirable versions of the gene are removed.
b) New genes are generated.
c) Only some species may survive the event.
d) There are short term effects that disappear over time.
Question 5. There exists a population in which there are three distinct versions of the gene A
(a1, a2, and a3). Originally, each version was present in equal numbers of individuals. Which
version of the gene an individual carries has no measurable effect on its reproductive success.
As you follow the population over a number of generations, you find that the frequency of a1
and a3 drop to 0%. What is the most likely explanation?
a) There was an increased rate of mutation in organisms that carry either a1 or a3.
b) Mutations have occured that changed a1 and a3 into a2.
c) Individuals carrying a1 or a3 were removed by natural selection.
d) Random variations led to a failure to produce individuals carying a1 or a3.
37
(Bilaga 1b)
Question 6. Natural selection produces evolutionary change by ...
a) changing the frequency of various versions of genes.
b) reducing the number of new mutations.
c) producing genes needed for new environments.
d) reducing the effects of detrimental versions of genes.
Question 7. If two parents display distinct forms of a trait and all their offspring (of which
there are hundreds) display the same new form of the trait, you would be justified in
concluding that...
a) both parents were heterozygous for the gene that controls the trait.
b) both parents were homozygous for the gene that controls the trait.
c) one parent was heterozygous, the other was homozygous for the gene that controls the trait.
d) a recombination event has occurred in one or both parents.
Question 8. You are doing experiments to test whether a specific type of acupuncture works.
This type of acupuncture holds that specific needle insertion points influence specific parts of
the body. As part of your experimental design, you randomize your treatments so that some
people get acupuncture needles inserted into the "correct" sites and others into "incorrect"
sites. What is the point of inserting needles into incorrect places?
a) It serves as a negative control.
b) It serves as a positive control.
c) It controls for whether the person can feel the needle.
d) It controls for whether needles are necessary.
Question 9. As part of your experiments on the scientific validity of this particular type of
acupuncture, it would be important to ...
a) test only people who believe in acupuncture.
b) test only people without opinions, pro or con, about acupuncture.
c) have the study performed by researchers who believe in this form of acupuncture.
d) determine whether placing needles in different places produces different results.
Question 10. What makes DNA a good place to store information?
a) The hydrogen bonds that hold it together are very stable and difficult to break.
b) The bases always bind to their correct partner.
c) The sequence of bases does not greatly influence the structure of the molecule.
d) The overall shape of the molecule reflects the information stored in it.
38
(Bilaga 1c)
Question 11. What is it about nucleic acids that makes copying genetic information
straightforward?
a) Hydrogen bonds are easily broken.
b) The binding of bases to one another is specific.
c) The sequence of bases encodes information.
d) The shape of the molecule is determined by the information it contains.
Question 12. It is often the case that a structure (such as a functional eye) is lost during the
course of evolution. This is because ...
a) It is no longer actively used.
b) Mutations accumulate that disrupt its function.
c) It interferes with other traits and functions.
d) The cost of maintaining it is not justified by the benefits it brings.
Question 13. When we want to know whether a specific molecule will pass through a
biological membrane, we need to consider ...
a) The specific types of lipids present in the membrane.
b) The degree to which the molecule is water soluble.
c) Whether the molecule is actively repelled by the lipid layer.
d) Whether the molecule is harmful to the cell.
Question 14. How might a mutation be creative?
a) It could not be; all naturally occuring mutations are destructive.
b) If the mutation inactivated a gene that was harmful.
c) If the mutation altered the gene product's activity.
d) If the mutation had no effect on the activity of the gene product.
Question 15. An allele exists that is harmful when either homozygous or heterozygous. Over
the course of a few generations the frequency of this allele increases. Which is a possible
explanation? The allele ...
a) is located close to a favorable allele of another gene.
b) has benefits that cannot be measured in terms of reproductive fitness.
c) is resistant to change by mutation.
d) encodes an essential protein.
39
(Bilaga 1d)
Question 16. In a diploid organism, what do we mean when we say that a trait is dominant?
a) It is stronger than a recessive form of the trait.
b) It is due to more, or a more active gene product than is the recessive trait.
c) The trait associated with the allele is present whenever the allele is present.
d) The allele associated with the trait inactivates the products of recessive alleles.
Question 17. How does a molecule bind to its correct partner and avoid "incorrect"
interactions?
a) The two molecules send signals to each other.
b) The molecules have sensors that check for incorrect bindings.
c) Correct binding results in lower energy than incorrect binding.
d) Correctly bound molecules fit perfectly, like puzzle pieces.
Question 18. Once two molecules bind to one another, how could they come back apart
again?
a) A chemical reaction must change the structure of one of the molecules.
b) Collisions with other molecules could knock them apart.
c) The complex will need to be degraded.
d) They would need to bind to yet another molecule.
Question 19. Why is double-stranded DNA not a good catalyst?
a) It is stable and does not bind to other molecules.
b) It isn't very flexible and can't fold into different shapes.
c) It easily binds to other molecules.
d) It is located in the nucleus.
Question 20. Lipids can form structures like micelles and bilayers because of ...
a) their inability to bond with water molecules.
b) their inability to interact with other molecules.
c) their ability to bind specifically to other lipid molecules.
d) the ability of parts of lipid molecules to interact strongly with water.
40
(Bilaga 1e)
Question 21. A mutation leads to a dominant trait; what can you conclude about the
mutation's effect?
a) It results in an overactive gene product.
b) It results in a normal gene product that accumulates to higher levels than normal.
c) It results in a gene product with a new function.
d) It depends upon the nature of the gene product and the mutation.
Question 22. How similar is your genetic information to that of your parents?
a) For each gene, one of your alleles is from one parent and the other is from the other parent.
b) You have a set of genes similar to those your parents inherited from their parents.
c) You contain the same genetic information as each of your parents, just half as much.
d) Depending on how much crossing over happens, you could have a lot of one parent's
genetic information and little of the other parent's genetic information.
Question 23. An individual, "A", displays two distinct traits. A single, but different gene
controls each trait. You examine A's offspring, of which there are hundreds, and find that
most display either the same two traits displayed by A, or neither trait. There are, however,
rare offspring that display one or the other trait, but not both.
a) The genes controlling the two traits are located on different chromosomes.
b) The genes controlling the two traits are located close together on a single chromosome.
c) The genes controlling the two traits are located at opposite ends of the same chromosome.
Question 24. A mutation leads to a recessive trait; what can you conclude about the mutation's
effect?
a) It results in a non-functional gene product.
b) It results in a normal gene product that accumulates to lower levels than normal.
c) It results in a gene product with a new function.
d) It depends upon the nature of the gene product and the mutation.
Question 25. Imagine an ADP molecule inside a bacterial cell. Which best describes how it
would manage to "find" an ATP synthase so that it could become an ATP molecule?
a) It would follow the hydrogen ion flow.
b) The ATP synthase would grab it.
c) Its electronegativity would attract it to the ATP synthase.
d) It would actively be pumped to the right area.
e) Random movements would bring it to the ATP synthase.
41
(Bilaga 1f)
Question 26. You follow the frequency of a particular version of a gene in a population of
asexual organisms. Over time, you find that this version of the gene disappears from the
population. Its disappearance is presumably due to ...
a) genetic drift.
b) its effects on reproductive success.
c) its mutation.
d) the randomness of survival.
Question 27. Consider a diploid organism that is homozygous for a particular gene. How
might the deletion of this gene from one of the two chromosomes produce a phenotype?
a) If the gene encodes a multifunctional protein.
b) If one copy of the gene did not produce enough gene product.
c) If the deleted allele were dominant.
d) If the gene encoded a transcription factor.
Question 28. Gene A and gene B are located on the same chromosome. Consider the
following cross: AB/ab X ab/ab. Under what conditions would you expect to find 25% of the
individuals with an Ab genotype.
a) It cannot happen because the A and B genes are linked.
b) It will always occur, because of independent assortment.
c) It will occur only when the genes are far away from one another.
d) It will occur only when the genes are close enough for recombination to occur between
them.
Question 29. Sexual reproduction leads to genetic drift because ...
a) there is randomness associated with finding a mate.
b) not all alleles are passed from parent to offspring.
c) it is associated with an increase in mutation rate.
d) it produces new combinations of alleles.
Question 30. How is genetic drift like molecular diffusion?
a) Both are the result of directed movements.
b) Both involve passing through a barrier.
c) Both involve random events without regard to ultimate outcome.
d) They are not alike. Genetic drift is random; diffusion typically has a direction.
42
Bilaga 2a – BCI på svenska
Instruktion: Ringa in ett svar på varje fråga. Svara på alla frågor. Totalt 30 frågor
1. Många olika sorters krukväxter hänger ned när de inte fått tillräckligt med vatten, men
"reser sig" igen när de blivit vattnade. Detta beror på att...
a) Vatten reagerar med, och förstärker, cellväggen
b) Vatten används för att skapa energi som reser växten
c) Vatten ändrar salthalten i växten
d) Vatten kommer in i och expanderar växtens celler
2. På vilket sätt skiljer sig växter och djur när det gäller hur de skaffar energi?
a) Djur använder ATP – det gör inte växter
b) Växter använder energi direkt från solljus; djur använder kemisk energi
c) Växter lagrar energi i sockermolekyler – det gör inte djur
d) Djur framställer socker från enklare molekyler – det kan inte växter
3. På vilket sätt skiljer sig växter och djur i hur de använder energi?
a) Växter använder energi för att bygga molekyler – det kan inte djur
b) Djur använder energi för att bryta ner molekyler – det kan inte växter
c) Djur använder energi för att röra sig – det kan inte växter
d) Växter använder energi direkt - djur måste omvandla den
4. Hur kan en katastrofal global händelse påverka evolutionen?
a) Oönskade varianter av gener tas bort
b) Nya gener skapas
c) Endast vissa arter överlever händelsen
d) Det finns kortsiktiga effekter som försvinner med tiden
43
(Bilaga 2b)
5. I en population finns det tre olika varianter av genen A (a1, a2 och a3). Från början finns
varje variant i lika många individer. Vilken variant en individ har, har ingen mätbar effekt på
hur framgångsrikt de fortplantar sig. Efter några generationer har frekvensen för a1 och a3
fallit till 0 procent. Vilken är den mest sannolika förklaringen?
a) Organismer som hade varianten a1 eller a3 hade en ökad mutationsfrekvens.
b) Mutationer som ändrat a1 och a3 till a2 har ägt rum
c) Individer som var bärare av a1 eller a3 sorterades bort av det naturliga urvalet.
d) Slumpmässiga variationer ledde till att det inte föddes några nya individer som var bärare
av a1 eller a3
6. Det naturliga urvalet påverkar evolutionen genom att…
a) Förändra frekvensen av olika varianter av gener
b) Minska antalet nya mutationer
c) Producera de gener som behövs för nya miljöer
d) Mildra effekterna av skadliga varianter av gener
7. Om två föräldrar uppvisar olika former av en egenskap och all deras avkomma (som det
finns hundratals av) uppvisar en och samma nya form av egenskapen, skulle det vara korrekt
att dra slutsatsen att…
a) Båda föräldrarna var heterozygota med avseende på den aktuella genen
b) Båda föräldrarna var homozygota med avseende på den aktuella genen
c) Den ena föräldern var heterozygot och den andra homozygot
d) En rekombination inträffade hos den ena eller båda föräldrarna
8. Du utför ett experiment för att testa om en speciell slags akupunktur fungerar. I denna typ
av akupunktur sägs det att om nålen sticks in på ett speciellt ställe så påverkas en speciell del
av kroppen. Som en del av experimentet, slumpar du ut behandlingar så att vissa
försökspersoner får nålen instucken på ”rätt” ställe och andra på ”fel” ställe. Vad är meningen
med att sticka in nålar på felaktiga ställen?
a) Det fungerar som en negativ kontroll
b) Det fungerar som positiv kontroll
c) Det är en kontroll av om personen kan känna nålen
d) Det är en kontroll av om nålar är nödvändiga
44
(Bilaga 2c)
9. Som en del av ditt experiment för att säkerställa vetenskapligheten hos den här typen av
akupunktur skulle det vara viktigt att…
a) Testa endast försökspersoner som tror på akupunktur
b) Testa endast försökspersoner utan åsikter för eller emot akupunktur
c) Låta studien genomföras av forskare som tror på den här typen av akupunktur
d) Ta reda på om nålar som sticks in på olika ställen ger olika resultat
10. Vad gör DNA till ett bra ställe för att lagra information?
a) Vätebindningarna som håller ihop molekylen är mycket stabila och svåra att bryta
b) Baserna binder alltid till rätt partner
c) Bassekvensen påverkar inte molekylens struktur särskilt mycket
d) Molekylens form speglar den information den innehåller
11. Vad är det med nukleinsyror som gör det enkelt att kopiera genetisk information?
a) Vätebindningarna bryts lätt
b) Basernas bindning till varandra är specifik
c) Bassekvensen kodar för information
d) Molekylens form bestäms av den information den innehåller
12. Det är ofta så att en struktur (som till exempel ett funktionellt öga) förloras under
evolutionens gång. Detta beror på att…
a) Den inte längre används
b) Mutationer samlas på hög och stör dess funktion
c) Den stör andra egenskaper och funktioner
d) Kostnaden för att behålla strukturen vägs inte upp av strukturens fördelar.
13. När vi vill ta reda på om en speciell molekyl kommer att ta sig genom ett biologiskt
membran, måste vi tänka på…
a) Vilka slags lipider som finns i membranet
b) Hur vattenlöslig molekylen är
c) Om molekylen aktivt stöts bort av lipidlagret
d) Om molekylen är skadlig för cellen
45
(Bilaga 2d)
14. På vilket sätt kan en mutation vara produktiv?
a) Det kan den inte vara – alla naturligt förekommande mutationer är destruktiva
b) Om mutationen inaktiverar en gen som var skadlig
c) Om mutationen ändrar genproduktens aktivitet
d) Om mutationen inte påverkar genproduktens aktivitet
15. Tänk dig en viss allel som är skadlig när den är antingen homozygot eller heterozygot.
Under loppet av några få generationer ökar frekvensen av denna allel. Vilken av följande är
en möjlig förklaring: Allelen…
a) Sitter nära en fördelaktig allel av en annan gen
b) Har fördelar som inte kan mätas i termer av fortplantningsduglighet
c) Är resistent mot mutationer
d) Kodar för ett essentiellt protein
16. I en diploid organism, vad menar vi när vi säger att en egenskap är dominant?
a) Den är starkare än den recessiva formen av egenskapen
b) Egenskapen är resultatet av mer eller aktivare genprodukt än den recessiva formen
c) Egenskapen finns, så fort allelen som hänger ihop med egenskapen finns
d) Allelen som hänger ihop med egenskapen inaktiverar den recessiva allelens produkter
17. Hur binder en molekyl till rätt ”partner” och undviker ”felaktiga” bindningar?
a) De båda molekylerna skickar signaler till varandra
b) Molekylerna har sensorer som känner av felaktiga bindningar
c) Korrekta bindningar resulterar i lägre energi än felaktiga bindningar
d) Rätt bundna molekyler passar perfekt ihop, som pusselbitar
18. När två molekyler binder till varandra, hur kan de komma isär igen?
a) En kemisk reaktion måste förändra en av molekylernas struktur
b) Kollisioner med andra molekyler kan slå isär dem
c) Komplexet måste brytas ner
d) De måste binda till en tredje molekyl
46
(Bilaga 2e)
19. Varför är dubbelsträngat DNA ingen bra katalysator?
a) Den är stabil och binder inte till andra molekyler
b) Den är inte särskilt flexibel och kan inte vikas till olika former
c) Den binder lätt till andra molekyler
d) Den finns i kärnan
20. Lipider kan bilda strukturer som miceller och plasmamembran eftersom…
a) De inte kan binda till vattenmolekyler
b) De inte kan interagera med andra molekyler
c) De kan binda specifikt till andra lipidmolekyler
d) Delar av lipidmolekylen kan binda starkt till vatten
21. Om en mutation leder till en dominant egenskap, vad kan du då dra för slutsats om
mutationens effekt?
a) Den resulterar i en överaktiv genprodukt
b) Den resulterar i en normal genprodukt men i större mängder än normalt
c) Den resulterar i en genprodukt med en ny funktion
d) Det beror på genproduktens och mutationens egenskaper
22. Hur lik är din genetiska information dina föräldrars?
a) För varje gen kommer en av dina alleler från din ena förälder och den andra allelen från
den andra föräldern
b) Du har en uppsättning gener som är likadan som den som dina föräldrar ärvde av sina
föräldrar
c) Du innehåller samma genetiska information som var och en av dina föräldrar, bara hälften
så mycket
d) Beroende på hur mycket överkorsning som sker, kan du ha mycket av din ena förälders
genetiska information och lite av din andra förälders genetiska information.
47
(Bilaga 2f)
23. En individ ”A” uppvisar två olika egenskaper. Varje egenskap kontrolleras av en gen. Du
undersöker A:s avkomma, av vilka det finns hundratals, och upptäcker att de flesta ungar har
antingen båda A:s egenskaper, eller ingen av egenskaperna. Det finns dock några få ungar
som har den ena egenskapen men inte den andra. Vilken är den mest troliga förklaringen?
a) Generna som styr de två egenskaperna sitter på olika kromosomer
b) Generna som styr de två egenskaperna sitter tätt ihop på samma kromosom
c) Generna som styr de två egenskaperna sitter på motsatta ändar av samma kromosom
24. Om en mutation leder till en recessiv egenskap – vilka slutsatser kan du då dra om
mutationens effekt?
a) Den resulterar i en icke-funktionell genprodukt
b) Den resulterar i en normal genprodukt men inte lika mycket genprodukt som normalt
c) Den resulterar i en genprodukt med en ny funktion
d) Det beror på genproduktens och mutationens egenskaper
25. Föreställ dig en ADP-molekyl i en bakteriecell. Vad beskriver bäst hur den skulle kunna
”hitta” en ATP-syntas så att den kan bli en ATP-molekyl?
a) Den skulle följa flödet av vätejoner
b) ATP-syntasen skulle ta tag i den
c) Dess elektronegativitet skulle attrahera den till ATP-syntasen
d) Den skulle aktivt pumpas till rätt ställe
e) Slumpmässiga rörelser skulle föra den till ATP-syntasen
26. Du följer frekvensen av en viss variant av en gen i en population av asexuella organismer.
Med tiden upptäcker du att den här varianten av genen försvinner från populationen. Det beror
troligen på…
a) Genetisk drift
b) Dess effekt på reproduktionsförmågan
c) Att den har muterats
d) Slumpmässigheten i det naturliga urvalet
48
(Bilaga 2g)
27. Tänk dig en diploid organism som är homozygot för en viss gen. Hur kan deletionen av
denna gen från den ena av kromosomerna producera en ny fenotyp?
a) Om genen kodar för ett multifunktionellt protein
b) Om en kopia av genen inte producerar tillräckligt med genprodukt
c) Om den borttagna allelen var dominant
d) Om genen kodar för en transkriptionsfaktor
28. Gen A och gen B sitter på samma kromosom. Tänk dig följande korsning: AB/ab * ab/ab.
Under vilka omständigheter skulle du kunna förvänta dig att 25% av individerna hade
genotypen Ab?
a) Den kan inte hända eftersom generna A och B är länkade
b) Det kommer alltid att hända, på grund av ”det oberoende urvalet” (Mendels andra
ärftlighetslag)
c) Det kommer bara att hända om generna sitter långt ifrån varandra
d) Det kommer bara att hända om generna sitter tillräckligt nära varandra för att
rekombinationer ska kunna inträffa mellan dem
29. Sexuell fortplantning leder till genetisk drift eftersom…
a) Det finns en slumpfaktor associerad med att träffa en partner
b) Alla alleler förs inte vidare från förälder till barn
c) Genetisk drift är associerad med ökad mutationsfrekvens
d) Genetisk drift producerar nya kombinationer av alleler
30. Vad är likheten mellan genetisk drift och molekylär diffusion?
a) Båda är resultatet av en riktad rörelse
b) Båda handlar om att ta sig genom en barriär
c) Båda innehåller slumpmässiga händelser utan hänsyn till slutligt utfall
d) De är inte lika. Genetisk drift är slumpmässig; diffusion har vanligtvis en riktning.
49
Bilaga 3 – Primärdata från studenter i USA
Primärdata erhölls för 1821 studenter på universitet i USA (Klymkowsky 2010). I tabellen
nedan redovisas svarsfördelningen i procent hos dessa studenter. Tabellen visar för varje fråga
hur många procent av studenterna som valde de olika alternativen. Korrekt alternativ är
markerat med gult. Procent korrekta svar längst till höger. Notera att fråga 2 har den högsta
andelen korrekta svar (78 procent).
Tabell med svarsfördelning i procent
Fråga
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
a
13
6
6
8
8
51
12
69
3
37
5
27
18
5
38
19
10
58
64
34
12
51
28
20
18
26
14
18
28
12
b
9
c
9
78 5
10 33
8 73
13 50
5 26
70 8
19 4
43 3
27 17
49 32
26 8
29 31
25 41
15 21
12 51
11 24
11 12
9 6
7 22
22 24
8 9
44 25
25 15
15 30
32 24
24 43
33 19
17 7
11 36
d
e
Blanka
8
61
6
5
7
44
2
9
21
8
13
5
5
4
6
3
44
7
11
8
3
11
26
14
4
18
21
9
20
6
11
8
46
10
8
11
12
9
30
8
39
3
24
9
2
35
4
17 13 7
10
9
13
7
26
5
33
15
34
7
Andel korrekta
svar
61
78
44
73
21
51
70
69
44
17
49
26
29
41
38
51
24
11
9
30
39
51
44
35
13
32
24
19
17
36
50
