Elevers förståelse av fotosyntesen och
dess koppling till andra organismer
Pupils’ understanding of photosynthesis and its relation to other organisms
Sandra Larsson Samuelsson
Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap
Biologi
C-uppsats
Handledare: Hans-Olof Höglund
Examinator: Larry Greenberg
Datum: 2013-04-04
Löpnummer: 13:58
Sammanfattning
Detta är en undersökning om elevers förståelse för fotosyntesen och dess påverkan på andra
organismer. Syftet med undersökningen har varit att se hur god förståelse eleverna har för
fotosyntesen, om de vet vilka komponenter som behövs och vad den producerar och hur det
har en koppling till andra organismer i vatten.
En enkätundersökning har gjorts på två olika gymnasieskolor i Värmland och sammanlagt har
57 elever deltagit. En film, som illustrerar fotosyntesen, visades och efter det fick eleverna en
enkät att besvara.
Resultatet visar att kunskaperna inom ämnet inte är allt för goda hos de undersökta eleverna.
De har lite kunskap om vad en växt och en snäcka behöver för att överleva och hur
organismerna kan sammankopplas till varandra genom cellandning och fotosyntes. Slutsatsen
av denna undersökning är att elever, oberoende av deras förkunskaper, inte har så mycket
förstålse för fotosyntesen och dess påverkan på andra organismer.
Abstract
This is a study on students' understanding of photosynthesis and its impact on other
organisms. The purpose of the study was to see how good understanding students have for
photosynthesis, if they know what components are needed and what it produces and how it is
linked to other organisms in water.
The survey was done in two different high schools in Värmland and a total of 57 students
participated. A film was shown, and after that the students had a questionnaire to answer. The
results show that knowledge of the subject is not too good. They have little knowledge of
what a plant and a snail need to survive and how organisms may be coupled to each other by
cellular respiration and photosynthesis. The conclusion of this study is that students,
regardless of their prior knowledge, have little knowledge about photosynthesis and its impact
on other organisms.
2
Inledning
Naturvetenskap är mer än en sammanställning av fakta, den är också ett sätt för människan att
förhålla sig till världen och ett sätt att tänka. Ekstig (2002, s.14). anser att ”naturvetenskapen
vidgar vår världsbild och ger oss sina svar på de stora existentiella frågorna”
Biologin är en viktig del av naturvetenskapen, som ger kunskap om oss själva, andra djur och
växter och hur vi interagerar med varandra, med miljön och skapar den livsmiljö som vi lever
och fungerar i. Människan påverkar jorden och livets utveckling mer eller mindre avsiktligt
och med hjälp av kunskap om evolution och dess ekologiska innebörd, skulle vi kunna styra
jordens utveckling mot en positiv framtid (Ekstig 2002).
Helldén (1994) menar att vi måste ta ställning till viktiga frågor om framtiden som rör vår
livsmiljö och då menar han att det ”fordrar förtrogenhet med viktiga ekologiska fenomen”.
För skolans del betyder det att ge eleverna möjligheter att utveckla sin förståelse och sitt
kunnande om grundläggande ekologiska processer (Helldén 1994). Andersson (2008)
uttrycker det så att för vår överlevnad är vi helt beroende av biosfären och att det därför är
viktigt att vi alla har en viss förståelse för världens struktur, dynamik och system. Vidare
menar Folke med flera (2011) att biosfärens uppehållande och kvalitet beror på de
integrerande delarna, människan och samhället och att vi därför måste bli aktiva förvaltare
vad gäller vår roll i jordens ekosystem (Folke et al. 2011). Andersson (2008) menar dessutom
att vi måste se oss själva som en länk i en utvecklingskedja, för att får förståelse för detta.
Grundskolans läroplan (2011) beskriver biologins stora betydelse för samhällets utveckling
och att en kunskap om människor och naturen ger oss redskapen för att påverka vårt eget
välbefinnande och även hur vi ska kunna bidra till en hållbar utveckling. Miljöperspektivet i
skolan ska ge eleverna möjlighet att ta ansvar för den miljö de kan påverka och att den ska
belysa hur funktionerna i samhället och människors sätt att leva kan anpassas för att skapa en
hållbar utveckling. I läroplanen för gymnasiet (2011) framgår att inom
naturvetenskapsprogrammet ska elevernas kunskaper utvecklas ”om sammanhang i naturen,
om livets villkor, om fysikaliska fenomen och skeenden och om kemiska processer” och att
”utbildningen ska ge förståelse för hur naturvetenskap och samhällsutveckling ömsesidigt har
påverkat och påverkar varandra och särskilt belysa naturvetenskapens roll i frågor om hållbar
utveckling”. Ämnesplanen för biologin (2011) beskriver vidare att undervisningen ska ge
eleven förståelse för begrepp och teorier som ska skapa en anknytning till viktiga
samhällsfrågor som till exempel ekologins betydelse för skyddandet av jordens ekosystem.
Ett problem med lärande är som Vygotskij (Andersson, 2008) uttrycker det med sin teori om
lärande att naturvetenskapens kunskapsobjekt inte kan upptäckas av eleverna själva då dessa
är socialt konstruerade begrepp och teorier. Diskussioner, samtal, problemlösningar, med
andra människor (exempelvis läraren), kring begreppen och teorierna är en av avgörande
faktor för att eleven ska kunna internalisera dem. Kunskap anses alltså vara en social
konstruktion och behöver den sociala omgivningen för att tas upp och utvecklas. Anderson
menar att ”det är alltså fråga om att inlemmas i, att erövra, att bli medskapande i en
kultur.”(Andersson 2008, s. 21). Den naturvetenskapliga kulturen bärs av lärarna och det är
eleverna som ska vävas in i kulturen. För att kunskapen sedan ska bli bestående så måste
eleven anstränga sig och arbeta med det aktivt (Andersson 2008). En studie visar att
3
svårigheter med att förstå olika begrepp, fenomen och teorier inom naturvetenskapen kan i
många fall beror på att elever inte har byggt upp ett system av vetenskapliga begrepp utan
använder sig av vardagligt språk och tänkande (Andersson et al. 2003). Piaget menar å sin
sida att vardagsförståelsen är välbehövlig för att man ska kunna utveckla det vetenskapliga
tänkandet. De vardagliga föreställningarna om olika ord och teorier ska därför inte ses som
något hinder, eller något dåligt när det kommer till förståelsen av dessa. De båda sätten att
tänka på, vetenskapligt och vardagligt, kan ses som olika respektabla sätt att veta och förstå
och kompletterar varandra. Fördelen med det vardagliga tänkandet kan komma då
naturvetenskap pratas om som en mänsklig aktivitet, då endast samlad livserfarenhet kan
besvara frågor om samhälle och natur. Tillämpas de vetenskapliga begreppen då på vardagligt
uppfattade fenomen, får de en fördjupad innebörd och på så sätt utmanas och utvecklas det
vardagliga tänkandet (Andersson 2008). Barns befintliga idéer ska tas i ett helthetsbegrepp
och inte ersättas. Eleverna ska hjälpas att förstå när motstridigheterna är lämpliga i olika
sammanhang, eleverna ska ges möjlighet att utforska och utmana sina egna idéer som en
grund för utveckling (Crane & Winterbottom 2008).
Det har i olika undersökningar visat sig att elever har svårt att förstå olika begrepp inom
naturvetenskapen och inte minst inom biologin. Trots Piagets teorier att man inte ska
försumma vardagsförståelse/uppfattning hos eleverna så är det många studier som visar att
vardagsuppfattningen försvårar lärandet av olika fenomen inom biologin. En undersökning,
gjord av Anderson med flera (2003) visar att elever som går i nionde klass har svårt att förstå
varifrån biomassan av växande tallplantor kommer från. Ofta tror eleverna att de stora tallarna
fått sin massa från beståndsdelar i marken, få nämner koldioxid. Gödning av åkrar kan ge en
grund till denna uppfattning, har man på gödning på åkern så kommer det växa bättre och
”orsak-verkan-relationen är uppenbar”(Andersson et al. 2003, s72, Mamarotti & Galanopoulo
2006). Svårigheten att förstå att koldioxiden ger upphov till det mesta av biomassan hos
växter kan också vara för att den är en gas och inte väger så mycket som växten faktiskt gör.
Tanken på att koldioxiden, med hjälp av vatten och solljus, ”omvandlas” till kolhydrater och
syre via en rad processer försummas (Hartley et al. 2012).
Energi är ett annat sådant ord som eleverna har svårt att förstå. Eleverna kan uttrycka sig ”jag
har massor av energi” och relaterar då begreppet energi till styrka och välmående eller som att
det är något som används och sedan tar slut, likt ett batteri. Vetenskapligt sett blir inte detta
korrekt när elever använder ord som att energin tar slut, det bryter mot energi principen.
Vardagstankarna om energi på detta sätt kan försvåra förmågan att förstå energins bevarande
och förändringar när det pratas om olika biologiska processer. Ofta gör vardagsförståelsen att
det bara finns endimensionella förklaringar till biologiska fenomen. (Hartley et al. 2012,
Chabalengula, 2011). I en studie visade det sig att många elever förstod energinprincipen men
hade svårt att tillämpa detta koncept till biologiska sammanhang. När de i denna studie
undersökte elevernas förståelse av energi i biologiska processer, så hade de ett påstående som
handlade om att respirationen möjliggör den energi som behövs för växters och djurs
metaboliska processer. Många elever hade svarat att påståendet stämde (ca 87 %) men vissa
skrev att det var falskt och att ordet respiration ska bytas ut mot fotosyntes. De som gjorde
undersökningen ändrade påståendet och skrev istället fotosyntes och gav eleverna detta. Det
visade sig att hälften svarade att det var korrekt, trots det tidigare svaret. En möjlig förklaring
4
till denna inkonsekvens kan bero på att eleverna inte förstår skillnaden mellan respiration och
fotosyntes (Chabalengula et al. 2011, Parker J. et al. 2012). Dessutom menar Parker (2012) att
eleverna blandar samman respiration och andning (gasutbyte), de tror ofta också att fotosyntes
är motsatsen till respiration, då formlerna för de båda motsvarar varandra, ”omvänd
respiration” som Canal kallar det. Det de då glömmer är att de sker på helt olika håll i växten
och genom olika kemiska processer (Parker J. et al. 2012, Canal, 1999). Elever i grundskolan
tenderar att tro att växter inte andas alls eller att de andas som växter och andra djur (Canal,
1999).
Teleologiska förklaringar är något som elever på olika nivåer använder för att förklara olika
biologiska strukturer och fenomen på och med det menas då att de ofta hänvisar
strukturerna/processerna till deras förmodade syfte eller funktion, som Coley och Tanner
(2012) beskriver det, ”Biological phenomena are seen to be caused by the ultimate functions
or outcomes of the phenomena”(s. 211, Coley & Tanner 2012). Exempel på en teologisk
förklaring är att fåglar har vingar så att de kan flyga eller växter friger syre för att djur
behöver syre för att överleva. De teleologiska förklaringarna kan ses som ett hinder för
elevens förmåga att förstå till exempel den biokemiska uppkomsten av syre och likväl rollen
som syre har vid cellandning hos växterna själva. Med det här tankesättet så kan eleverna se
evolution som ett ändamål snarare än en process. Sedan finns det ett annat tankesätt som
författarna kallar för antropocentriskt tänkande, ett tankesätt som försöker att förstå okända
biologiska fenomen genom att jämföra det med något som är välkänt. Studier visar att barn
ofta använder människan som referens vid jämförelse med andra organismer. Människor äter
med munnen och konsekvensen av denna tanke är då att alla andra organismer också gör det
på samma sätt och detta skulle då ge en annan förklaring till varför elever ofta tror att
växterna suger upp sin ”mat” från jorden, genom rötterna. Man tänker att någon äter vatten,
gas eller andra beståndsdelar och att växterna då äter solljus och luft för att få näring och med
dessa idéer så tänker man alltså inte att växterna fotosyntetiserar och skapar sin egen näring
och att de faktiskt är den viktigaste kolkällan för andra levande organismer på jorden (Coley
& Tanner 2012). Fotosyntesen uppfattas som ett av de svåraste fenomenen att förstå, vilket
beror på att det är komplext med många olika begreppsmässiga aspekter som ska kopplas till
varandra (Mamarotti & Galanopoulo 2006)
.
Elevers svårigheter att förstå olika naturvetenskapliga begrepp och teorier kan alltså bero på
en rad olika saker som visat sig i undersökningar men läraranas roll i detta får inte glömmas
bort och det finns även studier inom detta område. Språket och hur det används av lärare är
viktigt för att elever ska kunna ta till sig kunskap. Gericke och Hagberg (2006) visar i en
undersökning att elever har svårt att förstå biologiska begrepp, där begreppet ”the gene
koncept” ligger i fokus (Gericke & Hagberg 2006). I Thörnes studie (2012) finns barns
svårigheter för ”the gene concept” i åtanke och hon fokuserar på är hur lärarna pratar om gen
och egenskap och hur de är sammankopplade. Det har tidigare visat sig att stegen där emellan
är som en ”svart låda” och är mycket diffust, ett riktigt problem för läraren att lära ut.
Proteinet glöms ofta bort i ledet, gen egenskap, att genens uttryck kommer genom att
protein bildas och ”förmedlar” anlaget. I studien har hon sett att lärarna har svårt att använda
orden gen, anlag och egenskap och ofta ger dem samma betydelse i förklaringar i
klassrummet och att proteinet bara är något som byggs upp, inte att det är en viktig del och
5
har så många olika funktioner i kroppen. Språket som lärarna använder sig av när de pratar
om detta försvårar för eleverna och som tidigare studier visar så har eleverna ofta svårt att
skilja på gen och egenskap, de ser det som samma sak (Thörne, 2012). Något att tänka på här,
är om det är lärarnas språk i klassrummet i försöken att förklara som går snett, eller är det
lärarnas okunskap om ämnet?
Lärare som undervisar i biologi visar allt som oftast upp enkla linjära system och processer
och tar bort komplexiteten, detta för att underlätta för eleverna och göra det mer tillgängligt.
Eleverna lär sig då dock förenklingar och inte det som verkligen sker i naturen. Så om man
visar eleverna på komplexiteten och inte gör kunskapen lika tillgänglig så ger man dem en
tillgång till förståelse, fördjupning och utmaning. Det är alltså något lärare allt som oftast tar
ifrån dem, genom att förenkla (Kinchin, 2011).
I en vetenskaplig rapport lyder ett citat,”Photosynthesis eminently merits it´s distintiction as
the most important biochemical process on earth” och därefter har de sedan sett ett mönster i
de flesta lärobäcker att fotosyntesen ses som ett huvudämne. Varför det är så, beror på att det
anses viktigt att ha en baskunskap om hur vår värld fungerar som ett ekosystem och hur
fotosyntesen fungerar som en länk mellan det icke-levande och levande i världen. (Marmarotti
& Galanopoulou 2006). Stora överlevnadsfrågor som diskuteras i media och engagerar
människor i alla åldrar, kan lätt knytas till det biologiska fenomenet fotosyntesen. Det pratas
om koldioxidutsläpp, debatter förs om fossila bränslen och förnybara energikällor och inte
minst den svält som råder ute i världen. Allt detta i den omgivande världen, kan alltså kopplas
till just fotsyntesen och dess undervisning i skolan (Andersson et al. 2003).
Syftet med min studie är att undersöka elevers förståelse av fotosyntesen eftersom det ses som
en viktig del för att förstå och kunna koppla samman saker som händer i världen. I
läroböckerna finns ofta beskrivningen av fotosyntes i ekologiavsnittet och allt som oftast
handlar det om landlevade växter och hur de fungerar som producenter för den resterande
världen. Jag vill därför använda mig av vattenlevande växter och organismer i vattnet för att
se om förståelsen för fotosyntesen och dess påverkan på andra organismer kan förstås om det
sker i en annan miljö mot vad eleverna oftast får lära sig i skolan.
Undersökningen görs mellan olika årskurser på olika skolor för att göra en jämförelse på
elevernas förståelse, beroende på hur mycket biologi de läst.
Frågeställningarna jag använder mig av till denna undersökning är (1) Vet eleverna vad en
växt och en snäcka som lever i vattnet behöver för att överleva? (2)Vet de varifrån det
kommer, att koldioxiden och syret finns löst i vattnet? (3)Kan de koppla ihop cellandning och
fotosyntes? (4) Kan jag finna någon skillnad i förståelse och svar på dessa frågor mellan olika
årskurser/förkunskaper?
6
Metod
Till undersökningen valdes två gymnasieskolor i Värmland, en i en mindre kommun
(benämns ”L” i rapporten) och en i en större (benämns ”S”). På skolorna har jag valt elever på
naturvetenskapsprogrammet, då det är de eleverna som studerar biologi. På skolan i den
mindre kommunen gjordes undersökningen med naturvetenskapsprogrammets ettor och treor,
ettorna har endast sin kunskap från högstadiet att luta sig mot, då de inte börjar läsa biologi 1
förrän i årskurs två. Treorna har då läst biologi A i detta fall, då de fortfarande läser efter den
gamla läroplanen och kursplanerna, och har påbörjat sina studier till biologi B. På denna skola
deltog sammanlagt tolv elever, i årskurs ett fyra stycken och i årskurs tre åtta stycken, av de
åtta fanns det tre komvuxelever.
På skolan i den större kommunen gjordes undersökningen på ettor och tvåor, då de har ett
annat upplägg inom skolgången, ettorna hade redan påbörjat biologi 1 och tvåorna hade
påbörjat biologi 2. På denna skola deltog sammanlagt 45 elever, i årskurs ett 24 stycken och i
årskurs två deltog 21 stycken. Sammanlagt har alltså 57 elever deltagit i undersökningen.
Även om undersökningen gjorts i olika årskurser på de olika skolorna så tycker jag att man
kan jämföra dem med varandra, då eleverna inte hunnit så långt i biologi 1 eller 2 kurserna på
skolan i den större kommunen under terminen. Årskurs två i den större kommunen har läst
lika mycket biologi som årskurs tre i den mindre kommunen och årskurs ett i de båda
kommunerna har läst biologi på högstadiet. Dock finns det något som kan vara intressant att
titta på i undersökningen då årskurs två eleverna i den större kommunens skola nyss hade läst
om fotosyntesen och hade haft laborationer inom det, så någon bättre kunskap om ämnet
borde de alltså ha.
Urvalet av klasser och skolor gjordes med ett ”bekvämlighetsurval”, då de var enklast för mig
att få kontakt med.
För att undersöka elevers förståelse för det biologiska fenomenet fotosyntes visade jag
eleverna en film. Filmen visar en undervattensväxt, vattenpest (Elodea canadensis), och en
snäcka i ett akvarium. Filmen är snabbspolad och visar när växten producerar syre som visar
sig i form bubblor i vattnet. Jag valde att visa filmen för att den visar tydligt hur fotosyntesen
yttrar sig i det verkliga livet, vilket eleverna tidigare kanske inte har sett. Detta är ett
annorlunda sätt att visa fotosyntesen på och som kanske gav eleverna ett annat synsätt på
fenomenet. Eleverna får en chans att fundera på vad det är som bubblar och se det som en hint
till den efterföljande enkäten. Enkäten innehöll två frågor, Vad behöver snäckan och växten
för att överleva? och Varifrån får de det de behöver? Frågorna skulle de besvara så gott de
kunde utifrån sina egna kunskaper. Vid undersökning med hjälp av en enkät ställs samma
frågor till alla som är med i undersökningen och med detta kan svaren jämföras med varandra
(Stensmo 2002), vilket jag i min undersökning var ute efter. Jag valde två öppna frågor
(bilaga 1), där eleverna kan svara så mycket eller lite de vill och verkligen få skriva det de
tänker på, för att visa sina kunskaper/förståelse. Alternativt skulle flervalsfrågor kunna ha
använts, som jag sett i andra studier, men jag tycker att eleverna kan styras något då och att de
också kan ”gissa” rätt. Svaret på enkäten kan visa sig vara rätt, men senare om eleven blir
tillfrågad om det så kanske den inte kan förklara. Eleverna informerades, innan filmen, att
undersökningen är helt frivillig och att de närsomhelst kan välja att dra sig ur och att de
7
kommer att vara helt anonyma i den skrivna uppsatsen.
Efter att undersökningen gjorts i alla klasser delades svaren in i olika kategorier beroende på
hur eleverna uttryckt sig och vilken förståelse de visat att de har för fenomenet. Elevernas
svar gicks igenom och därmed fann jag liknande svar och förklaringar till frågor som kom att
bli de olika kategorierna. Kategorierna visar en graderande förståelse där kategori 1 visar
minst förståelse och där kategori 4/5 visar störst förståelse. De två frågorna kategoriserades
var för sig. Varje elev kunde bara hamna i en kategori per fråga.
När jag studerat svaren till den första frågan har jag funnit fem olika kategorier eller sätt som
eleverna svarar på:
Kategori 1: Svaret innehåller syre eller koldioxid + solljus eller näring
Kategori 2: Svaret innehåller syre eller koldioxid + näring och solljus
Kategori 3: Svaret innehåller syre näring, solljus och koldioxid
Kategori 4: Svaret innehåller syre, näring, solljus, koldioxid och vatten
Kategori 5: Övrigt. Eleverna skriver att det behövs fotosyntes eller så har de skrivit ett svar
som skulle kunna passa in i en kategori ovan, men har glömt en komponent. Eleven har
exempelvis svarat: näring, solljus och koldioxid och glömt syret.
När den andra frågan har bearbetats har jag funnit fyra olika kategorier:
Kategori 1: Från omgivningen, vattnet, botten, luften eller solen
Kategori 2: Från fotosyntes eller cellandning
Kategori 3: Visar att man vet vad som produceras/förbrukas av växten eller snäckan och
sammankopplar dem delvis eller inte alls.
Kategori 4: Visar att man vet vad som produceras och förbrukas av både växten och snäckan
och sammankopplar dem.
Undersökningen har gjorts på ett relativt litet underlag men då jag använder mig av öppna
frågor så kan man säga att de nästan fungerar som intervjuer, skriftliga sådana, och jag tror
mig kunna få ut ett sanningsenligt resultat av detta. När undersökningen väl har gjorts har
inget större bortfall kunnat ske då jag befunnit mig på plats när eleverna besvarat frågorna,
bortfallet är inte mer än några få elever som varit lediga eller sjuka just för dagen. Det är att
föredra att den som undersöker befinner sig på plats när undersökningar med hjälp av enkäter
genomförs just för bortfallets skull, skickas det på posten kan undersökningen ofta förlora
kvaliteten då de som ska tänkas delta inte orkar eller tycker sig ha tiden att sitta och besvara
frågorna (Stensmo 2002).
8
Resultat
Antal elever
Antal elever
Fördelningen av svaren i den första frågan täckte alla kategorier, men kategori 1 är den som
domineras av elevernas svar. Nästan 40 % av alla deltagare har svarat att växten och snäckan
behöver syre eller koldioxid och har i vissa fall lagt till solljus eller näring. Ett typiskt svar för
denna kategori är ett kort svar som ”syre och solljus”. 40 % av årskurs 2/3 eleverna med mer
förkunskap hamnade i kategori 1 i jämförelse med 32 % av årskurs 1 eleverna. Endast ett fåtal
har hamnat i kategori 4, som innehåller alla de behövande komponenterna och visar på mest
kunskap, ca 7 % av årskurs 2/3 och ca 18 % av årskurs 1. En elevs svar som hamnat i denna
kategori lyder ” Syre. Växten behöver CO2. Snäckan behöver föda och att miljön passar för
snäckan. Så att den är i toleransområdet då. Inget rovdjur som äter upp den är ju också bra.
Boplats behövs å vatten! Växten behöver solljus, vatten, CO2 behövs för fotosyntesen och
mineraler og”. I kategori 2 befinner sig 25 % från årskurs 1 och från årkurs 2/3 10 %, vilka
har svarat ”Växterna behöver vatten, sol och syre för att leva i vattnet.”. Årskurs 2/3 eleverna
blir fler i kategori 3, ca 20 %, men blir ändå inte fler än årskurs 1 eleverna, där 25 % av dem
hamnar, exempel på svar som gör
15
att eleven hamnat i denna kategori
är ” Växterna behöver solljus och
10
koldioxid för att överleva. Medan
Åk 1
snäckan också behöver föda och
Åk 2/3
5
syre.”. I kategori 5 är det endast
årskurs 2/3 elever (ca 20 %) som
0
hamnat i och två svar exemplifierar
Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 Kategori 4 Kategori 5
denna kategoris svar: ” Växter –
Figur 1. Hur elevernas svar på fråga 1 (vad behöver växterna och
fotosyntes, Snäckan – kolhydrater
snäckan för att leva och fungera i vattnet?) födelades i dem funna
kategorierna. Staplarna visar en jämförelse mellan de olika
som den får ifrån växten” och
undersökta årskurserna.
”Vatten, syre, koldioxid,
mineralämnen, organiska ämnen m.m.” (ifall solljus hade nämnts i elevens svar hade svaret
hamnat i kategori 4.). (Figur 1)
Om årskurserna på de olika skolorna och
8
kommunerna jämförs med varandra kan
7
man se att årkurs 1 eleverna i den större
6
kommunen dominerar i alla kategorierna,
5
då de också var fler som deltog i
4
undersökningen. De fördelar sig jämt
L
över alla kategorier. Ingen från den
3
S
mindre kommunen visar någon större
2
förståelse för vad snäckan och växten
1
behöver för att överleva, de hamnar alla i
0
Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 Kategori 4 Kategori 5
kategori 1 (75 %) eller 2 (25 %) (Figur
2). En jämförelse mellan årskurs 2 och 3
Figur 2. Fördelningen mellan de olika kommunernas/skolornas
årskurs 1 på fråga 1.
visar att de båda årkurserna dominerar i
kategori 1 men att årskurs två sedan har en fördelning mellan alla kategorier. Årkurs tre från
9
den mindre kommunen hamnar, utöver kategori 1 (75 %), i kategori 3 (25 %), dessa var också
många mindre till antalet som deltog i undersökningen (Figur 3)
7
6
Antal elever
5
4
3
2
L
1
S
0
Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 Kategori 4 Kategori 5
Figur 3. Fördelning av svaren mellan de olika
kommunernas/skolornas årskurs 2 och 3 på fråga 1
Antal elever
Vad gäller den andra frågan, varifrån snäckan och växten får det de behöver, svarade
majoriteten, nästan 60 %, att de får det från vattnet, luften eller bottnen och hamnade alltså i
kategori 1. Två svar från två elever som hamnat i denna kategori citeras ”Syret finns i
sjöns/havets botten där det bubblar upp och förser allt liv med syret. Även koldioxid bubblar
upp från dyn. Solljus från solen så klart.” och ”Näringen kommer från marken/jorden.”
Fördelningen av de resterande 40 % i de övriga kategorierna är jämn och även här hamnar få
elever i kategori 4 (14 % av totala antalet elever), som tyder på en god förståelse. Det finns
ingen större skillnad i fördelningen mellan de undersökta årkurser. Kategori 2 utgörs av 10 %
av elever och exempel på svar från dessa elever är ” Från fotosyntesen och näringsämnen i
vattnet”. Ca 16 % av elevernas svar kategoriserar dem i kategori nummer 3, vilket då betyder
att de vet vad växten eller snäckan producerar och kan kanske delvis koppla samman dem. En
elev har då exempelvis svarat ” Växten – genom fotosyntesen bildas syre när koldioxiden
från luften (som är bundet i vatten också) förbrukar. Näring bildas även här. Snäckan får sin
näring och syre från växten.”. I Kategori 4 har då få elever hamnat i och det är då ungefär
18 % av deltagarna från årskurs 1 och 10 % från årskurs 2/3 elever som hamnat här. Eleverna
har för att hamna i denna kategori
20
visat att de vet vad som produceras
av både snäckan och växten och
15
hur de båda påverkar och är
beroende av varandra. Exempel på
10
Åk 1
svar från en elev lyder: ” Växterna
Åk 2/3
5
får det de behöver från
koldioxiden som bildas vid djurs
0
cellandning som de tillsammans
Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 Kategori 4
med solljus (från solen, haha, via
Figur 4. Hur elevernas svar på fråga 2 (Varifrån får de det
bladen) och vatten (via rötterna)
de behöver?) fördelades i dem funna kategorierna.
Staplarna visar en jämförelse mellan de olika undersökta
kan omvandla till glukos och
årskurserna.
10
Antal elever
14
syre. Djur däremot är beroende
av växternas fotosyntes då syre
12
och stärkelse är
10
livsnödvändigheter.” (Figur 4). På
8
samma sätt som för fråga 1
L
gjordes en jämförelse mellan
6
S
elevernas svar i de olika
4
kommunerna. Årkurs 1 elevernas
2
svar från den större kommunen
fördelas även här i alla kategorier.
0
Kategori 1 Kategori 2 Kategori 3 Kategori 4
Kategori 1 är den som domineras
av elevernas svar (57 % av det
Figur 5. Fördelning av svaren mellan de olika
kommunernas/skolornas årskurs 1 på fråga 2.
totala antalet elever), vilket var
den enda kategori som eleverna från den mindre kommunen hamnade i (Figur 5). När det
gäller jämförelse mellan årkurs 2 och 3, hamnar den större andelen av elever från den större
kommunen, årkurs 2, i kategori 1 (ca 67 %) och seden är det en jämn fördelning mellan
resterande kategorier (14 %, 9,5 %, 9,5 %). Från årskurs 3 hamnar 50 % i kategori 1, 37,5 % i
kategori 3 och 12,5 % i kategori 4, inget av elevernas svar kunde kategoriseras i kategori 2.
(Figur 6)
16
14
Antal elever
12
10
L
8
S
6
4
2
0
Kategori 1
Kategori 2
Kategori 3
Kategori 4
Figur 6. Fördelning av svaren mellan de olika
kommunernas/skolornas årskurs 2 och 3 på fråga 2.
11
Diskussion
En växt behöver vatten, kolidoxid och solljus för att kunna utföra fotosyntesen och skapa syre
och socker. Med denna process är växterna autotrofa, alltså självförsörjande. Växterna
behöver också annan näring för tillväxt, i form av olika mineraler, och de behöver syre till
cellandning. Så att de precis som oss kan tillgodogöra sig den energi de lagrat i fotosyntesen.
Djur, som i min undersökning har varit en snäcka, behöver någon sorts näring och syre för att
överleva. Detta leder till min första frågeställning som i rapporten har varit:
Vet eleverna vad en växt och en snäcka som lever i vattnet behöver för att överleva? Detta var
också en av mina frågor som jag gav till eleverna i enkäten. Jag hittade 4 olika kategorier som
skulle kunna ses som graderande förståelse, där kategori 1 visar minst förståelse och kategori
4 mest förståelse. Det resultat som skulle vilja ses är att de flesta eleverna hade svarat på ett
sätt som hade placerat dem i kategori 4, vilket hade bevisat att de vet och förstår vad växterna
och snäckan behöver för att leva, alltså syre, näring, solljus, vatten och koldioxid. Dock har
svaren fördelats i alla olika kategorier och det är kategori 1 som dominerar, när det gäller de
båda olika undersökta årskurserna. När elevernas svar hamnat i kategori 1 innebär det att de
har svarat att växterna och snäckan behöver syre eller koldioxid, inte båda delarna. De elever
som lagt till solljus eller näring hamnade också i denna kategori. Om svaren från eleverna
granskas svarar de flesta att de behöver syre. Elever i årkurs två/tre visar, trots mer
förkunskap, mindre kunskap om vad växterna och snäckan behöver i jämförelse med eleverna
i årskurs ett. De är fler i kategori 1 och de är mindre i kategori 4. Endast sju elever av totala
57 har hamnat i kategori 4 och av dem är fem elever från årskurs ett. Detta då även om
eleverna i årskurs två i den större kommunen precis läst och laborerat om fotosyntesen. Vad
beror detta resultat på? Kan det vara tillfälligheter, som att jag kom och gjorde
undersökningen i slutet av lektionen så att eleverna bara ville få det gjort och gå därifrån, och
inte riktigt tänka efter? Eller är det okunskap? Det antropocentriska tänkandet som Coley och
Tanner (2012) pratar om kommer kanske insmygandes här. Vi människor behöver syre för att
överleva och därför behöver också växterna det. Man jämför det kända med det okända.
Årkurs 1 eleverna har inte läst någon biologi och använder sig då av det kända, människans
sätt att överleva genom att andas syre, för att få ett svar på det okända, vad växten behöver för
att överleva. Canal (1999) visar i sin studie, att elever ofta tror att växter andas som djur,
vilket då kanske skulle kunna förklara resultatet som jag fått i min studie.
Något som kan has i åtanke är att eleverna har många andra ämnen som de läser och kanske
ofta använder sig av ytinlärning. Att de lär sig just för stunden för att klara av provet som de
ska ha, eller liknande, och sedan, så fort de har gjort det, glömmer bort vad de lärt sig.
En jämförelse mellan årskurserna på de olika skolorna gjordes men kan vara svår att få fram
något från. Den mindre kommunens (L) elever var så få och kan knappast jämföras med den
större (S), men det kan vara av intresse att se att årkurs 2 i den större kommunen trots sin
”färska kunskap” om fotosyntesen inte dominerar kategori 4 utan kategori 1 och 5. Kategori 5
innebär då att eleverna har svarat att det behövs fotosyntes eller att de har glömt någon
komponent som krävs för att uppfylla någon av de andra kategorierna. Svaren kunde till
exempel innehålla alla delar för kategori 4 förutom syre. Man kan förstå vad eleverna menar
med att de skriver att de behöver fotosyntesen, för det är sant. Men det framgår inte om de vet
vad de behövs för att kunna genomföra den processen, så det visar ändå ingen större
12
förståelse. Det som jag tycker är viktigast att förstå är att växterna behöver koldioxid, för med
detta kan kopplas ihop det med skogsskövling och den växthuseffekt som det pratas om idag.
Om skog tas bort och speciellt den regnskog som breder ut sig längs ekvatorn kommer
koldioxidhalten att öka och syreproduktionen blir mindre på vår jord. Temperaturen ökar
vilket får torkperioder att bli svårare och gör att stora isar och glaciärer smälter fortare, vilket
kan leda till fler översvämningar och så vidare. Växternas koppling med koldioxiden blir en
viktig fråga, för hela samhället och omvärlden att diskutera. Vet vi inte att växterna behöver
koldioxid och producerar syre, hur ska vi då kunna argumentera och agera emot
skogsskövling exempelvis? Det är precis som Ekstig(2002), Andersson (2008), och Folke
med flera (2011) menar, vi måste ha kunskap om hur vi påverkar jorden och se oss själva som
en länk i denna utveklingskedja för att kunna ta världen mot en ljusare och mer positiv
framtid.
Något annat som jag upptäckt under undersökningen i svaren på första frågan är att eleverna
ofta kopplar syret bara till snäckan och verkar inte tänka på att växterna också behöver det.
Med detta kom också tanken på läroböcker och vad jag själv fått hört och lärt mig om i skolan
och jag får en uppfattning om att men endast pratar om växternas fotosyntes och hur de
producerar syre som vi människor använder oss av, inte att de också förbrukar det själva för
sin egen cellandning. Så det kanske inte är så konstigt att teologiska förklaringar används av
elever, som Coley och Tyler (2012) skriver att de ofta gör, som att växter friger syre för att
djur behöver syre för att överleva.
Växten behöver som sagt vatten, koldioxid och solljus för att kunna producera socker och
syre. Snäckans cellandning, som kräver syre och socker och som genom den processen
”omvandlas” till vatten, koldioxid och energi. Cellandningen skapar alltså den koldioxid som
växten behöver och växtens fotosyntes förser snäckan med syre och på detta sätt så kommer
de båda att kopplas samman, snäckan blir helt beroende av att växten finns i vattnet, lika så
som vi är beroende av växterna på land för att överleva (i filmen som eleverna fick se visas ett
slutet akvarium och därmed kan inte luften ovan påverka med något slags gasutbyte över
ytan). Ett svar som detta skulle besvara de två nästkommande frågeställningarna till min
undersökning, ”Vet de varifrån det kommer, att koldioxiden och syret finns löst i vattnet?”
Kan de koppla ihop cellandning och fotosyntes? ”
Eleverna som befinner sig i kategori 4, totalt 14 %, har visat förståelse för hur växten och
snäckan kan sammankopplas genom cellandning och fotosyntes. De har visat att de vet vad
växten behöver och vad den genom fotosyntesen producerar och lika så med snäckan. Än en
gång ses kategori 1 som den dominerande kategorin hos elevernas svar. Enligt mig visar inte
kategori 1 någon större förståelse för varifrån växten och snäckan får det de behöver. De
svarar kort att de får det de behöver ifrån vattnet, omgivningen, luften eller bottnen. Svaret
vatten kan väl ses som rätt då de som produceras av växten/snäckan, alltså syret och
koldioxiden, löser sig och finns i vattnet innan det tas upp, men man får ändå ingen
förklarning till varifrån det kommer, jag som undersöker är ute efter att se om de förstår
fotosyntesen, vilket de elever som svarar så inte visar. Det kan vara svårt att dra någon
13
slutsats om varför de svarar så, om de beror på okunskap eller att de helt enkelt inte orkar
förklara. I vissa svar har jag upptäckt att eleverna skriver att växten/snäckan får syret och
koldioxiden från luften, även om de sett filmen och att allt sker i vatten. Som ett exempel har
jag detta svar från en elev:
Växt: Solen solljus
CO2 andas vi djur ut och finns i luften
Vatten finns
Djur: Syre finns i luft från fotosyntesen
Mat
Här skriver eleven att koldioxid är något vi djur andas ut och finns i luften och att syre
kommer från fotosyntesen och finns i luften. Jag har placerat detta svar i kategori 4 då jag
tycker att eleven har visat förståelse för fenomenen och har kopplat samman dem. Frågan är
då om skolans undervisning om landlevande växter påverkar detta svar och det blir svårt att
säga att gaserna finns i vattnet eller om vardagsförståelser om gaser som luft gör det. Så
frågan är om denna elev då är medveten om att det kan ske i vatten och att syret och
koldioxiden finns i vattnet, för det är ju vad filmen visar.
Andra svar som hamnat i kategori 1 visar att elever tror att koldioxiden tas upp från marken
och att syre bubblar upp från havets/sjöns botten. ”Koldioxiden finns ju inte i vattnet, så den
kanske tar kol ur jorden”, lyder ett av elevernas svar eller ”koldioxid finns över ytan”. Till det
svaret, de tar det de behöver från bottnen, kan då kanske hänvisas till alla de undersökningar
om elevers vardagsförståelse, om att växter tar allt de behöver från marken (Mamarotti &
Galanopoulo 2006) och uttrycket antropocentrisk tänkande, de äter på det sättet likt det som
vi människor gör med munnen, man kopplar det okända till något känt (Coley & Tanner
2012). Men kanske är det vatten som medium som gör dem förvirrade, som kanske också i
det första exemplet ovan. För i de senare exemplen på elevernas svar visar de att de inte
riktigt förstår vad snäckan producerar genom sin cellandning och att det faktiskt löser sig i
vattnet. Kanske är det för att vi ofta får höra om koldioxid i luften när det pratas om
miljöfrågor och annat i media och att det oftast bara nämns om processerna på land i skolan.
Visst kan det vara olika från skola till skola, vad som valts att ta upp och hur lärare pratar om
de, så jag ska inte vara den som generaliserar och säger att alla skolor bara pratar om
processerna på land, när de gäller växter och djur.
Vad gäller den sista frågeställningen i min undersökning: Kan jag finna någon skillnad i
förståelse och svar på dessa frågor mellan olika årskurser/förkunskaper? Svaret på denna
fråga blir då nej och som tidigare skrivet är inte det svaret jag trodde jag skulle få ifrån början.
Resultatet visar inga större skillnader mellan de olika årskurserna. Speciellt inte när det gäller
den andra frågan i enkäten, där jag skulle kunna ha tänkt mig den största skillnaden
egentligen. De elever i årskurs ett och speciellt ifrån den större kommunen visar lika god
förståelse som de i de högre årskurserna. Jag är förvånad över att det är så många elever från
årskurs två/tre som befinner sig i kategori 1 i de båda frågorna (ca 41 % respektive 62 %), då
14
de, som tidigare skrivet, har läst mer biologi och har precis läst om fotosyntesen. En
jämförelse mellan skolorna hade varit intressant att se mer på, men tyvärr blir antalet elever
för få på den mindre kommunens skola för att genomföra detta väl och få ut nått vettigt
resultat av.
Så en slutsats av denna undersökning kan väl sammanfattas som sådant att elevers förståelse
kring det undersökta ämnet är inte allt för god. För att kunna säga att det gäller de flesta
elever skulle en större grupp elever ha undersökts, men begränsningar av olika slag
förhindrade detta. Kanske hade resultatet blivit ett annat om andra kommuner, skolor och
klasser hade valts eller hade kommit till de valda skolorna en annan dag. Om jag valt en enkät
med mer slutna frågor och haft svarsalternativ till dessa, kanske svaret också blivit
annorlunda. Men som jag tidigare diskuterat tror jag att det skulle vägleda eleverna lite väl
mycket och det inte skulle låta dem tänka själva på samma sätt. Visst, båda typerna av enkäter
har för- och nackdelar och skulle kanske också med mer eller mindre fördel kunna användas
tillsammans. Tillfälligheter vad gäller elevers humör och ork kanske kan vara en något
avgörande faktor när undersökningar görs. Men för att inte bara peka på eleverna så måste
också i denna fråga om förståelse ett öga hållas på lärarna. Vad är det lärarna tar upp i
klassrummet? Hur tar dem upp det, hur pratar dem om fenomenet? Lärarnas språk och
inlevelse i klassrummet har enligt mig en avgörande faktor för elevernas lärande och
förståelse, vilket också Thörne (2012) tog upp i sin studie vad det gällde ”the gene concept”.
En lektion, enligt eleverna intressant och rolig, kommer de att minnas och förstå bättre.
Jag hoppas som framtida lärare att kunna inspirera elever till lärande och belysa detta ämne.
Inte bara som ett naturfenomen och en process utan också bevisa dess viktighet för omvärlden
och för bevarandet av den planet vi befinner oss på idag.
15
Referenser
Andersson, Björn (2008): Att förstå skolans naturvetenskap – forskningsresultat och nya
idéer. Studentlitteratur, Lund.
Andersson B., Bach F., Frändberg B., Hagman M., Jansson I., Kärrqvist C.,
Nyberg E., Wallin A., Zetterqvist A. (2003): Att förstå naturen – från vardagsbegrepp till
biologi, fyra ’workshops’. Ämnesdidaktik i praktiken – nya vägar för undervisning i
naturvetenskap nr 2. Projektet NORDLAB-SE, Enheten för ämnesdidaktik, IPD, Göteborgs
universitet.
Canal, Pedro (2009): Photosynthesis an ‘inverse respiration’ in plants: an in evitable
misconception? International Journal of Science Education, 21:4 pp. 363-371.
Chabalengula, Vivien Mweene, Sanders Martie och Mumba Fracksson (2011): Diagnosing
students’ understanding of energy and it’s related concept in biological context. International
Journal of Science and Mathematic Education, Vol. 10, No. 2, pp. 241-266.
Coley, John D. och Tanner, Kimberly D. (2012): Common origins of diverse
missconceptions: Cognitive principles and the development of biology thinking. CBE – Life
Science Education Vol. 11, pp. 209-215.
Crane, Lucy och Winterbottom, Mark (2008): Plants and photosynthesis: peer assessment to
help students learn. Journal of Biological Education, Vol. 42, No. 4, pp.150-156.
Ekstig, Börje (2002): Naturen, naturvetenskapen och lärandet. Studentlitteratur, Lund
Folke, Carl, Jansson Åsa, Rockström Johan, Olsson Per, Carpenter Stephen R., Chapin III F.
Stuart, Crépin Anne-Sophie, Daily Gretchen, Danell Kjell, Ebbesson Jonas, Elmqvist
Thomas, Galaz Victor, Moberg Fredrik, Nilsson Måns, Österblom Henrik, Ostrom Elinor,
Persson Åsa, Peterson Garry, Polasky Stephen, Steffen Will, Walker Brian, Westley Frances
(2011): Reconnecting to the biosphere. A Journal of the Human Environment 40(7):719-738.
Gericke, Niklas och Hagberg, Mariana (2006): Definition of historical models of gene
function and their relation to students’ understanding of genetics. Science & Education, Vol.
16, No.7, pp. 849-991
Hartley Laurel M., Momsen Jennifer, Maskiewicz April och D’avanzo Charlene (2012):
Energy and Matter: Diffrences in Discourse in Physical an Biological sciences can be
confusing för introductory biology students. Bioscience, Vol. 62 No. 5.
Helldén, Gustav (1994): Barns tankar om ekologiska processer. Liberutbildning AB,
Stockholm.
16
Ian M. Kinchin (2011): Visualising knowledge structures in biology: discipline, curriculum
and student understanding. Journal of Biological Education, 45:4, 183-189
Marmarotti, Panagiota och Galanopoulo, Dia (2006): Pupils’ understanding of
photosynthesis: A questionnaire for the simultaneous assessment of all aspects. International
Journal of Science Education, 28:4, pp. 383-403.
Parker Joyce M., Andersson Charles W., Heidemann Merle, Merill John, Meritt Brett,
Richmond Gail och Urban-Lurain Mark (2012): Exploring undergarduates’ understandingo f
photosynthesis using diagnostic question clusters. Life Science Education, Vol. 11, pp. 47-57.
Skolverket (2011): Läroplan, examensmål och gymnasiegemensamma ämnen för
gymnasieskola 2011.
Skolverket (2011): Läroplan för grundskolan, förskoleklassen och fritidshemmet 2011.
Skolverket (2011): Ämnesplanen för biologi.
Thörne, Karin (2012): Teaching genetics – a linguistic challenge. A classroom study of
secondary teachers’ talk about genes, traits and proteins. Karlstad University studies.
17
