Issuu on Google+

Författare till boken är Gustav Helldén – fil.dr och professor emeritus vid Högskolan Kristianstad Gunnar Jonsson – fil.dr och universitetslektor i naturvetenskapligt lärande vid Luleå tekniska universitet Inger Karlefors – fil.dr och universitetslektor i pedauniversitet Anna Vikström – fil.dr och universitetslektor i naturvetenskapligt lärande på lärarutbildningen vid Luleå tekniska universitet

Gustav Helldén Gunnar Jonsson Inger Karlefors

Vägar till naturvetenskapens värld

gogik vid Luleå tekniska

Helldén •Jonsson •Karlefors •Vikström

V

ad händer när vatten fryser till is? Hur övervintrar bin? När dör en morot? Vad behövs för att ett frö ska gro? Dessa och andra till synes enkla frågor leder i boken Vägar till naturvetenskapens värld – ämneskunskap i didaktisk belysning in på de stora frågorna om allt liv på vår jord, om biologisk mångfald, ekologi och hållbar utveckling. Bokens författare börjar med att behandla de små atomerna, därefter cellen och villkoren för några olika livsformers liv och växande, och avslutar i ekosystemen och våra mänskliga samhällen. Deras utgångspunkt är övertygelsen om att det naturvetenskapliga ämnesinnehållet ska behandlas tillsammans med de ämnesdidaktiska frågorna. Den didaktiska belysningen är inspirerad av variationsteorin, en teori om lärande som utgår från att variationen är en viktig förutsättning för att vi ska kunna urskilja saker i vår omvärld. Fokus ligger här på ”lärandets objekt”, det vill säga det som eleverna förväntas lära sig, hur detta lärande görs möjligt och vad eleverna sedan faktiskt lär sig. Boken är främst tänkt som kurslitteratur inom lärarutbildningen och grundläggande fortbildningar för förskollärare och lärare. Den kan också användas i olika barnledarutbildningar inom natur- och fritidssektorn. Intresserade lärare som vill bredda sina kunskaper i ämnet kan också ha stor glädje av boken.

Anna Vikström

Vägar till naturvetenskapens värld – ämneskunskap i didaktisk belysning

Best.nr 47-09924-5 Tryck.nr 47-09924-5

Katlefors omslag orig.indd 1

10-06-01 12.19.58


Gustav Helldén Gunnar Jonsson Inger Karlefors Anna Vikström

Vägar till naturvetenskapens värld – ämneskunskap i didaktisk belysning

liber


Innehåll Förord 6 Kapitel 1

Tidig stimulans av lärande om naturvetenskapliga fenomen 9 Kapitel 2

Barns lärande, lärarens undervisning och relationen däremellan 21 Undervisning kan visa på viktiga skillnader och likheter 21 Variationsteori i naturvetenskaplig undervisning 22 Språk och interaktion 28 Kapitel 3

Atomer i rörelse 35 Öppna dörren till naturvetenskapens värld 35 Allt är atomer 37 Didaktisk belysning 54 Kapitel 4

Energi får något att hända 56 Vad är energi? 56 Energi finns i olika former, omvandlas och flödar 59 Energi kan ha olika kvalitet 62 Enkel termodynamik 65 Energiomvandlingar i cellen 69 Kapitel 5

Cellen – minsta enheten för liv 71 Morötter på liv och död 71 Cellen som biologisk fabrik 76 Kapitel 6

Växternas liv 86 Tecken på liv 86 Livscykler 87 Vad händer när ett frö gror och en planta växer? 92 Didaktisk belysning 99


Kapitel 7

Bland blommor och bin 107 Mycket om lite eller lite om mycket 107 Bisamhället och dess individer 109 Bins livscykel 115 Binas föda 116 Bisamhället förökar sig 117 Biets anatomi och fysiologi 119 Blommor och bin 121 Binas övervintring 124 Didaktisk belysning 125 Kapitel 8

Kroppen är till för alla celler 126 Ägget och hönan 128 Didaktisk belysning 142 Kapitel 9

Ekologi – om samspelet mellan djur och växter och deras omvärld 144 Om sfärerna i samspel 144 Ekosystemet 146 Populationsförändringar 151 Att klara vinterns vatten- och energibudget 153 Skogen som ekosystem 157 Insjön som ekosystem 162 Didaktisk belysning 168 Kapitel 10

Mångfald och evolution 170 Biologisk mångfald på tre nivåer 172 Varför ska vi bevara biologisk mångfald (biodiversiteten) på jorden? 174 Teorier om livets ursprung och evolution 178 Utvecklingen av livsformer på jorden 180 Människan och den biologiska mångfalden 181 Didaktisk belysning 183

4


Kapitel 11

Lust och lärande i naturen 186 Hela barnet involveras i mötet med naturen 186 Det nära naturmötet 189 Undervisning utomhus 193 Lagom trött, varm, trygg och mätt 195 Naturmöten längre bort 199 Didaktisk belysning 202 Kapitel 12

Naturvetenskapligt lärande för hållbar utveckling 203 Ekosystemtjänster och ekologiska fotavtryck 209 Naturliga och tekniska kretslopp 210 Didaktisk belysning 216 Referenser 218 Register

222


Förord Vi är övertygade om att förskolan och de tidiga skolåren spelar en

viktig roll för att grundlägga den naturvetenskapliga allmänbildning och ekologiska förståelse som vi anser vara viktigare nu än någonsin. Barn är nyfikna och vetgiriga, inte minst inför fenomen i naturen, och en kompetent lärare kan fånga upp deras intresse, utmana barnen och utveckla deras förståelse. Vi har själva saknat lämplig litteratur för kortare kurser för lärarstudenter och inte minst för lärare på fortbildningskurser, och vi tror att boken även kommer att bli användbar i en framtida ny lärarutbildning, liksom i olika former av barnledarutbildningar inom natur- och fritidssektorn. Vår övertygelse är att det naturvetenskapliga ämnesinnehållet ska behandlas nära kopplat till de ämnesdidaktiska frågorna. Vi vill erbjuda läsarna möjligheten att utveckla sina ämneskunskaper. Samtidigt har vi haft ambitionen att de ska få ta del av resultat från didaktisk forskning och teorier om lärande som kan ge dem verktyg att utvecklas som lärare. Innehållsmässigt har boken ett antal röda trådar. En sådan är alltså den didaktiska belysningen som bland annat inspirerats av en teori om lärande, variationsteorin, som vi funnit vara ett kraftfullt verktyg för att beskriva lärandets mekanismer, och relationen mellan undervisning och lärande. Genomgående lyfter vi på olika sätt fram den betydelse en kompetent lärare har för resultatet av elevernas lärande. En annan röd tråd har mer med själva naturvetenskapen att göra; från bokens början till dess slut rör vi oss uppåt i organisationsnivåerna. Vi börjar med de små atomerna, behandlar därefter cellen och villkoren för liv och växande hos några olika livsformer, och avslutar i ekosystemen och våra mänskliga samhällen. Fokus är främst ekologisk förståelse och vår ambition är att erbjuda läsaren viktiga insikter om möjligheter och begränsningar för allas vårt liv på jorden. Vi avslutar därför med ett kapitel om det naturvetenskapliga lärandets betydelse för hållbar utveckling. Det finns många viktiga och fascinerande naturvetenskapliga områden som vi inte behandlar. Hit hör till exempel många väsentliga och grundläggande delar från fysikens område. En bra naturvetenskaplig grundkurs för lärare bör därför kompletteras med fler böcker utöver denna.

6


Avslutningsvis vill vi tacka Per Högström, Luleå tekniska universitet, Lena Löfgren och Ola Magntorn, Högskolan Kristianstad och Preben Kristiansen, Sveriges Biodlares Riksförbund för värdefulla synpunkter. Luleå och Kristianstad 2010 Författarna

7


Kapitel 1

Tidig stimulans av lärande om naturvetenskapliga fenomen Naturfenomen har sedan långt tillbaka varit ett vanligt innehåll i förskola och skola. Genom att följa årstidsväxlingar utvecklar barn sitt tänkande om det ömsesidiga beroendet mellan växter, djur, människor och den icke-biologiska miljön. Här gäller det att tillvarata vardagens möjligheter för att stimulera barn att utveckla idéer och tala om skeenden i närmiljön.

Om villkor för växande och nedbrytning i naturen En av författarna till denna bok, Gustav Helldén påbörjade en studie av barns tänkande om villkor för liv, växande och nedbrytning i naturen och hur deras tänkande utvecklas genom åren. Skälet till detta var att lärare i svensk skola sedan många år hade hört barn och ungdomar tala om biologiska fenomen på ett sätt som var annorlunda än hur naturvetenskapen förklarar dem. Många elever hade svårt att förstå varifrån den materia kommer som bygger upp växterna eller vad som händer vid nedbrytningen av dött växtmaterial på marken. För att kunna utforma en undervisning som kan hjälpa barn och ungdomar att utveckla en mer fullständig förståelse av grundläggande biologiska fenomen, blev det uppenbart att man måste veta mer om barns tänkande om dessa fenomen och hur detta tänkande utvecklas genom åren. Inledningsvis ville han veta vad barnen i en klass ansåg att en växt behöver för att kunna växa. Han fick möjlighet att påbörja en in9


tervjustudie i en klass i skolår 3. För att verkligen kunna utmana de 10-åriga elevernas tänkande valde han att intervjua dem var och en om vad en växt behöver för att kunna växa i en genomskinlig, liten plastlåda (terrarium) som var tillsluten med ett glaslock. Framför eleverna stod den genomskinliga plastlådan och bredvid den fanns en jordklump med blommande luktvioler som han tagit i kanten av en närbelägen lövskog. Att svara på frågan vad en växt behövde för att kunna växa i den täta plastlådan, blev en kraftfull utmaning för de flesta barnen. De kunde inte tänka sig att en växt kunde växa i den täta lådan. En av flickorna tittade anklagande på Gustav och sa: ”Gustav, så kan du väl inte göra. De kan ju inte andas och så kan du ju inte vattna dem.” Barnen tänkte sig att växten var slutstationen för de resurser som den behövde för att leva. Därför trodde de flesta barnen att växterna skulle dö på grund av brist på vatten och luft. De såg inte växten som en del i ett kretslopp. Detta var väl inte så märkligt. De hade exempelvis sett hur växter vattnades, men aldrig hur vatten lämnade växten. För dem förbrukades vatten hela tiden och måste därför tillföras. Avslutningsvis berättade Gustav för barnen att de skulle plantera några växter i plastlådor med lock i slutet av skoldagen. Han lovade några barn som var tveksamma att ta bort det tättslutande glaslocket om växterna visade tecken på att inte trivas i plastlådorna. Växtodling i ett

tättslutande plastterrarium.

10


På eftermiddagen samma dag planterade barnen gruppvis tusensköna, luktviol och en liten grästuva i de nio lådorna. Jorden togs i skolans närhet. Den var fuktig, men eleverna ville ändå droppa lite vatten i lådorna, så att växterna skulle få vad de behövde. Slutligen placerades lådorna (terrarierna) på bord framför fönstren i klassrummet. Läraren i klassen berättade att eleverna rusade fram till lådorna varje morgon för att se vilka växter som hade dött. Till deras förvåning trivdes växterna utmärkt i de täta lådorna som dröp av fuktighet på insidan. Läraren lade märke till att barnen diskuterade varifrån allt vatten kunde komma. I samtal med barnen knöt hon an till deras funderingar och introducerade en kretsloppsmodell för att beskriva vattenomsättningen i lådorna. Denna introduktion kom att få stor betydelse för utvecklingen av barnens tänkande om vattnets och andra resursers kretslopp i naturen. Redan vid intervjun tre veckor senare, använde flera barn en kretsloppsmodell, då de skulle beskriva växternas livsvillkor i terrarierna. Några månader senare uttryckte en pojke i klassen det på följande sätt: ”Luften går upp, avdunstar. Så blir det vatten. Så åker den ner igen. Så är det vatten där på marken. Sen kommer luften upp igen och sen, ja.” Efter sex månader avbröts studien av liv och växande och lådorna öppnades. Gustav intervjuade barnen upprepade gånger upp till årskurs 8 om villkor för växande i slutna terrarier av samma slag. Vid dessa tillfällen visade han dem ett terrarium med växter som intervjun handlade om. Genom dessa intervjuer kunde han följa hur barnen fortsättningsvis utnyttjade en kretsloppsmodell, inte bara för att förklara vattnets omsättning, utan också för att beskriva hur växterna fick tillgång till andra resurser som de ansåg att växten behövde som luft, syre, koldioxid och näring. Barnens beskrivningar var sällan naturvetenskapligt korrekta, men utvecklades genom åren mot en allt fullständigare beskrivning. Genom lärarens lyhördhet och introduktion av en kretsloppsmodell fick barnen tidigt tillgång till ett redskap som blev till stor hjälp för att de skulle förstå och beskriva villkor för liv och växande. Flera elever beskrev som 15-åringar en i det närmaste fullständig kretsloppsmodell för omsättningen av olika resurser i de täta terrarierna. Förutom kretsloppsmodellen kan man spåra ett personligt inslag i intervjuerna med samma barn genom åren. Sofia var den enda eleven som använde sig av begreppet dagg, då hon skulle berätta om vattnets kretslopp, som villkor för växande i de små terrarierna. Här följer några utdrag ur intervjuerna (Helldén 1992, 2002). 11


Sofia 10 år Sofia: Vattnet stiger upp genom stjälken. Intervjuaren: Och vart tar det vägen sen? Sofia: Det blir dagg. Intervjuaren: Ja, vad händer med det sedan? Sofia: Det stiger upp och regnar ner.

Sofia 11 år Jo, först hällde du på vatten. Sen på morgonen blev det liksom dagg på bladen och sedan när det blir lite varmare i lådan, stiger det upp till taket. Och sedan regnar det ner när där blir för mycket.

Sofia 12 år Ja, först blir det dagg på löven. Sen stiger det upp och sen faller det ner där.

Sofia 15 år Du hade vattnat jorden innan du planterade dem och stängde sedan lådan. Växterna suger upp vatten. Sedan blir det dagg på växterna som avdunstar. Det stiger upp. Därför blir det kondensation där. Sedan rinner det tillbaka ner i jorden.

Hos flera elever fanns, liksom hos Sofia, ett personligt sätt att beskriva fenomenen, som kom tillbaka år efter år. För att få veta något om vad som kunde ligga bakom dessa personliga teman, intervjuade Gustav 28 av de 30 eleverna som 19-åringar, sedan de fått lyssna till intervjuerna med sig själva som 11- och 15-åringar. De uppmanades att kommentera vad de sa i intervjuerna för fyra och åtta år sedan. Då Sofia som 19-åring lyssnade till dessa intervjuer sa hon: ”Det handlar om min barndom … daggen i gräset på morgonen och sånt. Jag har alltid varit fascinerad utav daggen på växter och sånt på morgonen. Det finns väl inget vackrare än att se ett spindelnät med dagg på.” Så berättade hon om minnen från somrarna som barn hos en släkting på landsbygden. Dessa tidiga erfarenheter, liksom lärarens introduktion av en kretsloppsmodell i åk 3 spelade en viktig roll för Sofias beskrivning av livsvillkoren i terrariet.

12


Gustav ville också lära känna barnens tankar om vart materia tar vägen vid nedbrytningen i naturen. Därför intervjuade han dem om vad de tänkte att det hände med löven på marken. Redan vid första intervjutillfället med Anders då han var 9 år gammal, började han spontant prata om att man kunde lägga äggskal och kaffesump på komposten och att det bildas jord vid kompostering. Också vid intervjuerna med honom vid 11, 13 och 15 års ålder berättade han om kompostering som svar på intervjufrågan om vad som händer med löven på marken, vilket framgår av följande intervjuavsnitt. Anders 11 Man lägger mycket annat i komposten, äggskal och sånt kan man också lägga i komposten och då ligger det och förmultnar på något sätt då. Man låter det ligga och det tar rätt lång tid. Det tar ungefär fyra år för att få riktig och jättefin jord. Ja, de flesta har två komposter och så lägger de över det till den andra. Och det översta, sen så gräver de väck lite av den jorden och lägger ut. Sen lägger de tillbaka det och så förmultnar det. Så blir det så hela tiden.

Anders 13 Jord består väl av mycket av små, små pinnar och grus och annat. Något annat sånt som kan förmultna och kan bli jord är äggskal och sånt som man slänger i kompost. Det blir jord.

Anders 15 år Ja, det blir ju sådana jättesmå bitar. Sen så det ligger på jorden ute i skogen så blandas det med den jorden. Det är som kompost. Där har man ju lite jord i botten och så ligger det här och blir mindre och mindre bitar. Jag tror det är samma med löven att det blandas och sen så blir det mer och mer av det. Jag tror inte riktigt på att det blir bara jord utan jag tror att det blir små, små bitar som blandas med jorden, så att man säger att det blir jord.

Ett par timmar efter intervjun med Anders som 15-åring fick han lyssna till vad han sa som 11-åring. Han var mycket förvånad och kunde inte tänka sig att han sagt så. I själva verket hade han ju använt sig av en liknande beskrivning ett par timmar tidigare. Då Gustav läste igenom intervjuerna med Anders, kunde han, liksom var fallet med Sofias beskrivning, identifiera ett tema, en personlig kontext som karakteriserade intervjuerna genom åren om livet i de täta terra13


rierna. Också här frågade Gustav sig vad som kunde vara anledningen till att Anders vid samtliga intervjuer anknöt till ett visst sammanhang. När Anders som 19-åring lyssnat till intervjuerna med honom som 11- och 15-åring, fick han inledningsvis kommentera intervjuerna. Då berättade han följande upplevelse som han haft som barn i 7-årsåldern. Jag vet varifrån jag fått det där med komposten. Det kommer från vår granne. Han bodde mitt emot oss. En farbror som bodde mitt emot oss. Han orkade inte så mycket. Jag fick vara där och tyckte det var jätteroligt. Ja, han la äggskal i sin kompost. Jag tror det var första gången jag kom i kontakt med komposten. Han sorterade det som han kunde lägga på komposten. Det hade han i en hink. Den hinken skulle jag gå ut och tömma. Jag kommer mycket väl ihåg att jag stod där och undrade: Vad gör man med detta? Man tycker det är roligt att få hjälpa till – att se att man uträttat någonting. Känna sig stolt att man hjälpt till. Den här – vår granne med komposten. Han har spelat stor roll för mig när det gäller trädgård och växter. Impulserna har annars kommit från föräldrar, skola och så …

Sofia och Anders hade upplevt något som barn som medförde att de senare i livet såg på ett naturvetenskapligt fenomen på ett personligt sätt. Genom att följa eleverna under en lång period hade Gustav kunnat identifiera personliga teman i flera elevers lärande. Dessa teman hade sitt ursprung i erfarenheter som eleverna gjort tidigt i livet. Hälften av de 28 eleverna som intervjuades som 19-åringar kunde ange konkreta erfarenheter i barndomen som haft betydelse för utvecklingen av deras förståelse senare i livet. Sofia och Anders är två av dessa elever (Helldén 2004). Om det nu är så att barns tidiga erfarenheter är viktiga utgångspunkter för deras fortsatta lärande senare i livet, borde det då inte vara möjligt att introducera riktade erfarenheter av naturvetenskap tidigt i förskola och skola? Därigenom skulle barnen kunna ges möjlighet att tidigt utveckla förståelse av enklare naturvetenskapliga samband. En sådan undervisning skulle kunna lägga grunden till en utveckling mot allt djupare förståelse senare i livet.

En tidig introduktion av en molekylmodell Låt oss ge exempel från forskning om barns tidiga lärande om vattnets avdunstning och kondensation då en enkel molekylmodell introducerades. Begreppet molekyl hade presenterats och diskuterats med 14


utgångspunkt i konkreta exempel vid några tillfällen då barnen var sju och åtta år gamla, bland annat med exempel från vattnets egenskaper. Dessa samtal med barnen genomfördes i mindre grupper. I samband med en intervju hade Elna, nio år, ett dricksglas med lite vatten framför sig på ett bord. På dricksglaset låg en liten glasskiva, som täckte hela öppningen på glaset. På undersidan av glasskivan fanns en vattenhinna. Intervjuaren frågade Elna, vad det var för någonting. Hon sa att det var vatten. På frågan hur vattnet kommit dit svarade hon: ”Det är vattenmolekyler från vattnet i glaset som fastnat där”. Så togs glasskivan av och lades vid sidan om dricksglaset med den fuktiga sidan uppåt. Elna fick frågan, vad som händer med vattnet på glasskivan om den får ligga kvar där. ”Vattnet går upp i luften”, blev hennes svar. Då intervjuaren undrade vad som händer med vattnet i glaset om det får stå kvar i två veckor på en hylla i klassrummet, svarade hon: ”Det blir torrt i glaset.” På frågan vad som händer med vattnet, svarade hon: ”Alla molekyler upp i luften.” Då intervjuaren undrade var molekylerna fanns då, sa Elna med en gest med ena handen: ”De finns här uppe i luften.” Sen tillade hon: ”Det är precis som när jag gör så här.” Så andades hon mot sin vänstra handflata med öppen mun och sa: ”Det är vått här på handen, men du ser inte dem här.” Så pekade hon på mellanrummet mellan munnen och handflatan. Elna hade tillägnat sig ett sätt att tala om vattnets avdunstning, och i viss mån om dess kondensation. Hon utnyttjade sina erfarenheter både från undervisning och från erfarenheter utanför ett skolsammanhang. Hon visade prov på en förmåga att på sitt sätt tala om vattnets partikelnatur och omvandlingar. Många barn skaffar sig liksom Elna tidigt erfarenheter av naturvetenskapliga fenomen som de ofta tar del av med fascination och förundran.

Barn talar om naturvetenskapliga fenomen på ett personligt sätt Barn beskriver och tolkar naturvetenskapliga fenomen mot bakgrund av vardagserfarenheter som de gjort. Följaktligen blir deras beskrivningar och tolkningar ytterst personliga. Det finns dock vissa gemensamma drag i barns sätt att tala om fenomenen. Vi har redan sett exempel på att barn troligen tagit intryck av vardagshandlingen att vattna växter. De menade att man inte kunde odla växter i ett slutet terrarium eftersom man inte kunde vattna växterna. I samtal med vuxna har barn fått veta att växterna tar upp vatten och 15


näring genom sina rötter och också sett hur man vattnar och göder växter. De får veta att växten också behöver andas och ta in ljus för att kunna leva. Då drar flera barn slutsatsen att det sker genom roten. Ett barn uttrycker det så här: ”Om det till exempel lyser på marken, så drar rötterna in det så att det går hela vägen upp”. När barn ska beskriva vad som händer med löven på marken om hösten, väljer de gärna vardagsnära aktiviteter som att löven samlas upp i svarta säckar eller att de trampas sönder. Barn tänker sig ofta att människan tar aktiv del i skeenden i naturen. När en liten pojke som bor i ett större bostadsområde i en småstad ska berätta om hur det blir jord, säger han: ”Jo, de öser sand och löv i en cementblandare och så kör de runt. Det är de kommunala som gör det.” Här använder han sig av något han sett men troligen också något han hört talas om. I ett annat exempel svarar en liten flicka på frågan hur det blir jord med att på ett målande sätt beskriva att det bildas jord genom att man krossar sten. Hon hade sett det många gånger, när hon följt med sin pappa till ett stenbrott. En liten förstadsflicka står och samtalar med en vuxen vid kanten av en äng en sommardag. På ängen växer många färggranna blommor. Så undrar den vuxne, var alla de här blommorna och gräset kunde komma ifrån. ”Gräset har väl någon sått här men blommorna kommer väl från frön som blåst hit från någon trädgård.” Kanhända har hon erfarenhet av hur gräs och blommor sås och planteras i det bostadsområde där hon bor. I samband med studier av barns tankar om villkor för liv och växande har man funnit att barn många gånger uppfattar människans agerande som nödvändigt för att livsprocessen ska hållas igång. Ett barn uttryckte det så här. ”I skogen vattnar naturen själv men i trädgården måste vi göra det.” I samband med en intervju beskriver Erik hur ett frö gror på följande sätt: ”Sen blir det näring och så växer det mer och mer. Det är som en bit jäst och så sväller det hela tiden. Det är för att det är lite fuktigt, så blir det tätt. När man bakar så lägger man en handduk på degen, så att det inte kan komma in för mycket luft.” Erik har varit med om att baka, eller i varje fall tittat på. Erfarenhet från vardagslivet spelar en viktig roll då elever ska försöka förstå och berätta om naturvetenskapliga skeenden. De känner igen inslag i dessa skeenden som påminner om något annat de varit med om. På det viset får den nya erfarenheten en djupare innebörd. Eftersom deras erfarenheter är personliga, finns det en stor variation av beskrivningar av fenomen i omvärlden (Helldén 1992). 16


Animism och antropomorfism Då barn ska förklara icke-biologiska naturvetenskapliga fenomen, händer det att de använder sig av egenskaper eller beteenden som beskriver icke-levande ting som levande och något som kan begå aktiva handlingar. En sådan beskrivning kallas animistisk. Låt oss se på några exempel där barn använder sig av animistiska beskrivningar. En pojke säger att jorden äter upp löven på marken, då han ska förklara vad som händer med löven på marken om hösten. När en flicka ser imma på insidan av en tillsluten burk säger hon: ”Så försöker luften ta sig ut, så blir det vatten, den avdunstar.” Som förklaring till ett liknande fenomen säger en liten flicka att det som finns i burken inte kan andas utan kvävs på grund av att det blivit gammalt. I ett annat exempel säger ett barn att luften i ett slutet terrarium dör och förmultnar. Barn ger gärna växter och djur mänskliga egenskaper, då de ska berätta om dem. Sådana beskrivningar och förklaringar kallas för antropomorfistiska. Som svar på intervjufrågan, varför löven faller ner från träden på hösten svarar en 9-åring: ”Det får väl inget vatten. Eller så har det inga muskler kvar så att de kan sitta kvar på trädet.” Ett annat svar var: ”De orkar inte sitta kvar mer. De måste hoppa av.” I ett annat sammanhang förklarade en grabb varför blommorna har färger: ”För att locka till sig djur som sen suga nektar därinne ifrån, så att de kan förökas eller de kanske kan skryta för andra blommor och göra sig snygga och sånt precis som kvinnorna pudrar sig och sånt”. Barn är särskilt benägna att använda sig av antropomorfism då de ska beskriva blommor och blommors roll (Helldén 1992, Löfgren 2002). Thulin (2006) har studerat vad som händer med det naturvetenskapliga lärandet i en förskolegrupp i samband med en undersökning av livet i en stubbe. I studien deltog 21 barn i åldern 3 till 6 år samt 3 lärare. Barnen deltar med förundran och intresse i undersökningen av stubbarna som man tagit in. I samtalet om djuren i stubben spelar antropomorfistiska uttryckssätt en central roll. Av studien framgår också att det är läraren som initierar användandet av antropomorfistiska formuleringar, som exempelvis när man tittar på småkryp från stubben som man lagt i en burk: ”Tycker de om varandra gråsuggan och masken?” … ”Tänk om de blivit kompisar här i din burk så de leker med varandra.” Det framgår tydligt att läraren använder antropomorfistiska uttryck, bland annat för att rikta barnens uppmärksamhet mot något, men också för att vädja till deras empatiska förmåga. 17


Barnen använder antropomorfistiska uttryckssätt först och främst som svar på en antropomorfistiskt präglad fråga från läraren. Thulin konstaterar att det naturvetenskapliga sammanhanget inte kommer till sin rätt i detta antropomorfistiskt präglade samspel. Antropomorfismen kan vara ett viktigt bidrag till att skapa intresse och engagemang bland barnen, men läraren kunde lämna mer utrymme för samtal på barnens nivå om organismernas byggnad, livsvillkor och roll i ekosystemen. Antropomorfism och animism kan vara av stor betydelse och till stor hjälp för barn, då de ska tala om naturvetenskapliga fenomen, och det finns ingen anledning för barn att undvika animistiska och antropomorfistiska formuleringar. Det kan hjälpa barnen att utveckla deras språk med nya nyanser och uttryckssätt. För barn är det ett naturligt uttryckssätt, eftersom det är vanligt att djur och växter har mänskliga egenskaper i berättelser för barn. Å andra sidan kan det vara på sin plats att samtala med barnen då de blir äldre om olika sätt att tala om växter och djur, luft och vatten. Vårt vardagsspråk innehåller ju många uttryck med animistiska och antropomorfistiska inslag. Med tanke på stranderosionen fanns följande rubrik för några år sedan i en sydsvensk tidning: Vattnet äter upp stranden – Havet tar och havet ger. Vi förstår vad man menar, men hur tänker ett barn när det får höra detta?

Förskolan ger viktiga erfarenheter Barn gör tidigt viktiga erfarenheter som kommer att vara till stöd för utvecklingen av deras förståelse av sin omvärld. Det fick några lärare i skolår 1–6 uppleva ett konkret exempel på under en fortbildningskurs. Kursen handlade om naturstudier i skolans närområde. Inledningsvis fick kursdeltagarna i uppgift att intervjua sina elever om nedbrytningen på marken genom att utgå från frågan hur det blir jord. Vid nästa kurstillfälle hade lärarna med sig lappar med enskilda elevers föreställningar. Lapparna med elevutsagor lades i en hög. Lärarna fick sedan arbeta gruppvis med att fördela lapparna på fyra kategorier beroende på hur välutvecklade elevernas föreställningar var. Kategori A skulle innehålla de bäst utvecklade beskrivningarna. Då kategoriseringen redovisades, blev alla förvånade, då de fann att en stor andel av eleverna från årskurs 1 tillhörde kategori A med de mest välutvecklade föreställningarna. Dessa elever hamnade i samma kategori som flera elever från skolår 5 och 6. Eleverna i skolår 1 be18


skrev hur nedbrytningen till jord gick till, bland annat med exempel på hur kompostmaterialet förändrades under processen. De gav exempel på hur småkryp deltog i nedbrytningen. Lärarna som delade på undervisningen i skolår 1 fick i uppgift att till nästa kurstillfälle försöka ta reda på vad det kunde bero på att eleverna hade så utvecklade beskrivningar. Hade de varit med om något speciellt? Det visade sig då att just dessa elever under åren i förskolan hade varit med om konkreta studier av kompostering. De hade fått följa nedbrytningsprocessen i en öppen trädgårdskompost, där de bland annat hade sett småkryp sönderdela blad och annat kompostmaterial. Barnens tänkande hade tidigt utmanats genom att de fått möjlighet att studera och reflektera över vad som egentligen händer vid nedbrytningen. På det sättet hade barnen fått erfarenheter som innebar att grunden hade lagts för ett meningsfullt lärande senare i livet (Helldén 1999). Ett sådant arbete i förskolan bidrar till att barnen utvecklar förståelse för sig själva och sin omvärld. Det stimulerar också barnens nyfikenhet, deras utforskande av omvärlden och lust att lära. Enligt läroplanen för förskolan ska man sträva efter att varje barn utvecklar förståelse för sin egen delaktighet i naturens kretslopp och för enkla naturvetenskapliga fenomen, liksom sitt kunnande om växter och djur. Som framgår av beskrivningen av erfarenheter från olika undervisnings- och forskningsprojekt, har barns tidiga upplevelser stor betydelse för utvecklingen av deras förståelse. Därför är det viktigt att utgå från barns erfarenheter och ge dem möjlighet att diskutera och reflektera över dem. Det är också viktigt att i undervisningen utgå från barnens erfarenheter av fenomenen.

En framtidsinriktad undervisning Samtidigt som lärare ska hjälpa barn att utveckla sin förståelse av naturfenomenen, är det viktigt att naturvetenskaplig undervisning också stimulerar elevernas fascination för, och nyfikenhet på naturen. En framtidsinriktad naturvetenskaplig undervisning ska tillfredsställa lusten att utforska naturen och ge utrymme för upptäckandets glädje och förundran. Det är uppenbart att människan i framtiden måste ta ställning till viktiga frågor som rör hennes livsmiljö. En sådan utveckling fordrar ett visst mått av naturvetenskapliga kunskaper, bland annat kunskap 19


om viktiga ekologiska fenomen. Det kräver också kunskap om, och förståelse för, andra människors levnadsförhållanden. Bland annat frågor som dessa behandlades vid Unescos konferens om utbildning för en hållbar framtid i Johannesburg 2002. I slutdokumentet från denna konferens betonades att undervisningen ska vara mer elevcentrerad och i mindre utsträckning vara styrd av kursplaner, läroböcker och examinationskrav (Unesco 2004). Också här betonas vikten av att ta hänsyn till enskilda elevers utgångsläge. Barn skaffar sig tidigt erfarenheter och kunnande som rör grundläggande naturvetenskapliga fenomen. Framgången med undervisningen om dessa fenomen är till stor del beroende av lärarens förmåga att knyta an till elevers tankar om fenomenen. Den amerikanske pedagogen Jerome Bruner formulerade en framtidsinriktad målsättning med undervisning i allmänhet: Det främsta syftet med varje form av inlärning, utöver den tillfredsställelse den kan skänka, är att den skall vara oss till nytta i framtiden. När vi lär oss något bör detta inte bara innebära ett framsteg; det bör tillåta oss att senare med större lätthet göra ytterligare framsteg (Bruner 1970 s. 32).

Detta gäller också undervisning i naturvetenskap i förskola och grundskola som syftar till att lägga grunden till ett livslångt lärande med fokus på att utgå från barnens kunnande. Denna bok vill ge lärare i förskola och skola grundläggande kunskap inom några naturvetenskapliga områden, samt ge exempel på möjligheter att knyta an till barns beskrivningar av naturvetenskapliga fenomen.

20


Kapitel 2

Barns lärande, lärarens undervisning och relationen däremellan

Undervisning kan visa på viktiga skillnader och likheter Annika är lärare i skolår 4–6 och har i sin klass haft målet att eleverna ska förstå vad som händer när ett frö gror och växer upp till en färdig planta. Eleverna har sått mängder med olika frön, men också planterat vanliga morötter, lökar, rödbetor och potatisar i jord, och upptäckt att även dessa planterade ”grönsaker” får stora blad och blommor med tiden. Annika förklarade hur hon tänkte om sin undervisning i en intervju (Vikström 2005): Intervjuaren: Det här med att lagra näring, det tyckte jag var intressant,

att du valde att ta med morot, lök och potatis, alltså andra sätt att lagra näring, varför gjorde du det valet? Annika: Ja, för att visa att det finns näring i fröet, men att det också kan

lagras i andra delar av växterna. Jag ville markera det gentemot fröet … just att lagra näring. Det går att koppla till cellandningen, dom där lökarna och morötterna.

21


Cellandning, eller cellers förbränning, kommer vi att beröra i kommande kapitel, och det är inte den processen i sig som är det intressanta med exemplet ovan. Det som vi ska titta närmare på är hur Annika beskriver ett medvetet val hon gjort i sin undervisning; hon vill som hon själv säger markera något som händer i ett frö och gör det med hjälp av exempel i form av växtdelar som inte är frön. På detta sätt skapar hon kontraster, visar på skillnader och likheter och lyfter fram begreppet cellandning på ett mer generellt plan. Naturvetenskaplig kunskap kännetecknas just av sin generaliserbarhet. Att genom olika konkreta exempel markera ett begrepps generella innebörd är därför högst relevant för naturvetenskaplig undervisning. Annika visar på likheter, att cellandning, det vill säga förbränning av näring fungerar på liknande sätt i alla celler, men också på skillnader, att näring kan lagras på olika sätt och att processen pågår i olika former av växtdelar, inte bara i frön. I sin undervisning lyfte Annika också på liknande sätt fram det kritiska för en generell förståelse för begreppet förbränning. Hon visade hur förbränning av olika bränslen ger samma resultat, vare sig vi eldar ved i en brasa, förbränner bensin i en bilmotor eller förbränner socker i vår kropp, bildas samma sak – koldioxid och vatten – samtidigt som energi i form av värme frigörs. Annikas undervisning och hur den relaterar till hennes elevers lärande kan beskrivas med hjälp av variationsteorin, en teori om lärandets ursprung och mekanismer, som utgör en del av grunden för den didaktiska belysningen av ämneskunskaperna.

Variationsteori i naturvetenskaplig undervisning Naturvetenskapens värld Naturvetenskapen har uppstått ur människans behov av att finna svar på frågor om hur vår värld kan beskrivas och förklaras. Vi försöker med naturvetenskapens hjälp ge mening åt verkligheten genom att förenkla och idealisera den. Ett naturvetenskapligt sätt att se på världen kännetecknas av sina egna typiska begrepp, arbetsmetoder och redskap med vars hjälp vi delar upp verkligheten i mindre delar för att sedan kunna analysera den. Väldefinierade begrepp är själva byggstenarna i den naturvetenskapliga tankevärlden; begreppen ingår 22


ISBN 978-91-47-09924-5 © 2010 Författarna och Liber AB

förläggare: Anna Maria Thunman projektledare: Maria Emtell redaktör: Cain Soussi-Engman typografi: Birgitta Dahlkild omslagsbild: Lena Norman illustrationer: Lena Norman

Andra upplagan 1 Repro: Repro 8 AB, Stockholm Tryck: Sahara Printing, Egypten 2010

Kopieringsförbud Detta verk är skyddat av upphovsrättslagen. Kopiering, utöver lärares rätt att kopiera för undervisningsbruk enligt BONUS-avtal, är förbjuden. BONUSavtal tecknas mellan upphovsrättsorganisationer och huvudman för utbildningsanordnare, t.ex. kommuner/universitet. Den som bryter mot lagen om upphovsrätt kan åtalas av allmän åklagare och dömas till böter eller fängelse i upp till två år samt bli skyldig att erlägga ersättning till upphovsman/rättsinnehavare.

Liber AB, 113 98 Stockholm tfn 08 - 690 90 00 www.liber.se kundservice tfn 08 - 690 93 30, fax 08 - 690 93 01 e-post: kundservice.liber@liber.se


Författare till boken är Gustav Helldén – fil.dr och professor emeritus vid Högskolan Kristianstad Gunnar Jonsson – fil.dr och universitetslektor i naturvetenskapligt lärande vid Luleå tekniska universitet Inger Karlefors – fil.dr och universitetslektor i pedauniversitet Anna Vikström – fil.dr och universitetslektor i naturvetenskapligt lärande på lärarutbildningen vid Luleå tekniska universitet

Gustav Helldén Gunnar Jonsson Inger Karlefors

Vägar till naturvetenskapens värld

gogik vid Luleå tekniska

Helldén •Jonsson •Karlefors •Vikström

V

ad händer när vatten fryser till is? Hur övervintrar bin? När dör en morot? Vad behövs för att ett frö ska gro? Dessa och andra till synes enkla frågor leder i boken Vägar till naturvetenskapens värld – ämneskunskap i didaktisk belysning in på de stora frågorna om allt liv på vår jord, om biologisk mångfald, ekologi och hållbar utveckling. Bokens författare börjar med att behandla de små atomerna, därefter cellen och villkoren för några olika livsformers liv och växande, och avslutar i ekosystemen och våra mänskliga samhällen. Deras utgångspunkt är övertygelsen om att det naturvetenskapliga ämnesinnehållet ska behandlas tillsammans med de ämnesdidaktiska frågorna. Den didaktiska belysningen är inspirerad av variationsteorin, en teori om lärande som utgår från att variationen är en viktig förutsättning för att vi ska kunna urskilja saker i vår omvärld. Fokus ligger här på ”lärandets objekt”, det vill säga det som eleverna förväntas lära sig, hur detta lärande görs möjligt och vad eleverna sedan faktiskt lär sig. Boken är främst tänkt som kurslitteratur inom lärarutbildningen och grundläggande fortbildningar för förskollärare och lärare. Den kan också användas i olika barnledarutbildningar inom natur- och fritidssektorn. Intresserade lärare som vill bredda sina kunskaper i ämnet kan också ha stor glädje av boken.

Anna Vikström

Vägar till naturvetenskapens värld – ämneskunskap i didaktisk belysning

Best.nr 47-09924-5 Tryck.nr 47-09924-5

Katlefors omslag orig.indd 1

10-06-01 12.19.58


9789147099245