9789151103969

Naturvetenskapens bärande idéer

2 UPPL.

M. Areskoug, M. Ekborg, M. Rosberg & S. Thulin

FÖR FÖRSKOLLÄRARE

Innehåll 1. Inledning

Behövs kunskaper i naturvetenskap?

Bärande idéer i naturvetenskap Naturvetenskapens karaktär Undervisning i naturvetenskap i förskolan Bokens uppläggning och innehåll

9 10 11 12 13 16

2. Materia

23

Partikelmodellen

Makro-, mikro- och symbolnivå

Faser och fasövergångar

Lösningar och löslighet

Kemiska reaktioner

23 25 26 31 33

42 45

Kretslopp och hållbar utveckling Ingenting försvinner och allting sprider sig

3. Energi

53

Energins oförstörbarhet

Vad använder vi energi till? – Energitjänster Energiomvandlingar Energiformer

Varifrån kan vi få energi? – Energitillgångar

Begreppet energi

Hur får man bäst nytta av energin? – Energihushållning

53 55 58 59 77 87 90

4. Liv och hälsa

97

Levande organismer

Några organsystem Hälsa

97 105 121

5. Genetik och evolution

133

Genetik

Evolution

134 140

6. Kraft och rörelse

151

151 162 167 174

Vad är en kraft?

Newtons lagar i praktiken Primära typer av kraftverkan Krafter på mikronivå

7. Universum och vårt solsystem

179

Observationer av universum Solsystemet Galaxer

Universums uppkomst – Big Bang

180 184 201 202

8. Naturvetenskapens karaktär

211

Naturvetenskap

212

Vetenskap Pseudovetenskap

Naturvetenskapens bas

215 222 226

9. Undervisningens bärande idéer

231

233

Iaktta, notera och beakta barns perspektiv Möjliggör variation och urskiljning av nya begrepp och fenomen Använd språk och kommunikation som redskap för lärande Var medveten om betydelsen av kompetens och attityder

235 236 238

Litteratur

241

Register

245

Författarpresentationer Mats Areskoug är docent i fysik med didaktisk inriktning. Han har forskningsbakgrund inom kärnfysik, förnybar energiteknik och fysikdidaktik.

Mats har undervisat i fysik inom lärarutbildningen och har utvecklat under­ visningsexperiment och läromedel för grundskola, gymnasieskola och högskola, med inriktning framför allt på frågor kring ­energi och miljöfysik.

Margareta Ekborg är professor emeritus i ämnesdidaktik med naturvetenskaplig ­inriktning vid Malmö universitet. Hon har erfarenhet av undervisning i b ­ iologi, kemi och naturkunskap samt ämnenas didaktik i grundskola, gymnasieskola och lärarutbildning. Margareta har också arbetat med lärarfortbildning i NO-ämnen och lärande för hållbar utveckling.

Maria Rosberg är universitetslektor i fysik vid Högskolan Kristianstad. ­Maria har forskningsbakgrund i laboratorieastrofysik och de naturvetenskapliga ämnenas didaktik. Maria undervisar i kurser som behandlar fysik, astronomi och teknik och deras didaktik inom fristående kurser och lärarutbildningen.

Susanne Thulin är förskollärare, fil. dr och docent i pedagogik. Susanne är anställd som biträdande professor vid Högskolan Kristianstad, där hon arbetar med undervisning inom förskollärarutbildningen och fortbildning för yrkesverksamma förskollärare. Hennes forskningsintresse är inriktat mot barns lärande och undervisning om naturvetenskap i förskolan.

Förord Boken har utvecklats genom intensiva diskussioner mellan samtliga författare. Vi har också fått värdefulla kommentarer, råd och idéer från kolleger.

Speciellt vill vi tacka Olof Olsson, Lunds universitet, och Leif Karlsson, Johan Nelson och Annette Zeidler, Malmö universitet. I andra upplagan (2020) har texten anpassats till 2018 års läroplan för förskolan (Skolverket 2018).

Huvudförfattare till de olika kapitlen Margareta Ekborg: ”Inledning”, ”Materia”, ”Liv och hälsa” och ”Genetik och evolution”.

Mats Areskoug: ”Energi”, ”Kraft och rörelse” och ”Naturvetenskapens ­karaktär”.

Maria Rosberg: ”Universum och vårt solsystem”.

Susanne Thulin: ”Undervisningens bärande idéer”.

1

Inledning Att arbeta med naturvetenskap i förskolan är ett utmanande, spännande och roligt uppdrag. Alla har vi väl förundrats över barns goda observationsförmåga och nyfikenhet när de möter olika naturvetenskapliga fenomen.

Många förskollärare berättar också att det är tacksamt att arbeta med natur­ vetenskap och att barnen är just nyfikna, intresserade och kreativa. Forskning visar att elevers intresse för de ­natur­vetenskapliga ämnen sjunker i grundskolans senare år (Lindahl 2003). Forskare som på uppdrag av EU tagit fram rekommendationer för undervisning i naturvetenskap understryker betydelsen av att börja tidigt med natur­vetenskap så att intresset för ämnena byggs upp (Europeiska kommissionen 2007; Osborne m.fl.

2008). Kunskaper i naturvetenskap är viktiga för alla medborgare i ett demokratiskt samhälle så att vi kan ta del av debatt och samhällsutveckling, orientera oss i en komplex värld och ha möjligheter att påverka utvecklingen. Ämnesområdet är stort och det kan vara svårt att få en överblick och veta vad man ska läsa in sig på för att få idéer till vad som är relevant att göra med barnen. Den här boken handlar om de bärande idéerna i naturvetenskap och är tänkt att stödja förskolläraren i strävan att få grepp om det viktigaste innehållet. Ambitionen är att dra upp de stora linjerna snarare än att ge en heltäckande beskrivning. Exempel från vardagliga sammanhang ­används för att visa på bärkraften i dessa idéer. Boken är tänkt som kurs­ litteratur för blivande förskollärare och ämnesfördjupning för verksamma förskollärare. Innehållet diskuteras också i förhållande till Läroplan för förskolan (Skolverket 2018).

9

naturvetenskapens bärande idéer

Behövs kunskaper i naturvetenskap?

Mycket av det vi konfronteras med och använder i vår omvärld kan förstås bättre med naturvetenskapliga kunskaper. Men alla som har krukväxter i fönsterkarmen behöver inte ha djupa kunskaper om fotosyntesens detaljer och stavhopparen behöver inte kunna kemin bakom materialutvecklingen eller fysiken bakom hopptekniken. Att känna till hur kunskapsutvecklingen skett inom några naturvetenskapliga områden och något om viktiga genombrott i förståelsen av naturvetenskapliga fenomen är dock både intressant och allmänbildande. Det finns också en mängd frågor som vi dagligen konfronteras med i media och samhällsdebatt, där naturvetenskapliga kunskaper är viktiga för att vi ska få en mer nyanserad förståelse eller kunna fatta beslut såväl i vardagslivet som i yrkeslivet. Många av de frågor som rapporteras om i media och som debatteras i samhället, till exempel om miljö, energi och hälsa, har en bas i naturvetenskap, även om kunskaper inom många andra områden också har betydelse för hur vi fattar beslut i olika frågor. Genom kunskaper kan vi ta del av diskussioner och också förhålla oss kritiskt till olika slags information som finns i media och reklam (Ratcliffe & Grace 2003; Ekborg m.fl. 2016).

Det är inte bara som individer vi behöver kunskaper i naturvetenskap.

Forskning i naturvetenskap och teknik har varit och är oerhört betydelse­ full för samhällsutvecklingen. Om vi jämför människors livsvillkor i dag med hur det såg ut för hundra år sedan ser vi att det naturligtvis skett gigantiska förändringar och samhället i dag är mycket mer komplext. Våra grundläggande behov är desamma, men vi har mer kunskaper och gör saker mycket annorlunda – det kan gälla matproduktion, hantering av vatten och avlopp, energiförsörjning, hälsovård, transporter och kommunikation. Tidig utveckling av material och arbetssätt i kampen för överlevnad byggde mer på beprövad erfarenhet än systematiska kunskaper i naturvetenskap och teknik. I dag ligger dock naturvetenskapliga kunskaper till grund för utveckling av jordbruk, livsmedel, datorer, transporter, energisystem, vaccinationer, sjukdomsbehandling, idrottsredskap med mera. Forskning och utveckling inom naturvetenskap och teknik har varit och är nödvändig för att göra denna utveckling möjlig. Den har på många sätt gjort livet lättare för oss men vårt moderna liv skapar också problem, inte minst med hållbarhetsfrågor kring naturresurser, miljö och global och social rättvisa.

Det finns således olika argument för varför man ska lära sig naturvetenskap. Svein Sjøberg (2010) sammanfattar att man kan föra fram fyra vik10

inledning tiga argument för detta. Det ekonomiska argumentet innebär att det är viktigt för Sveriges ekonomi att vi utbildar naturvetare och tekniker. Nytto­ argumentet innebär att man har faktisk nytta i sitt dagliga liv av att kunna naturvetenskap. Ett tredje argument är att naturvetenskap är en del av vår kultur liksom konst, litteratur och historia. Slutligen finns även ett demokratiskt argument; det är en demokratisk rättighet att barn och ungdomar får möjlighet att utveckla kunskaper med syfte att ta del i samhällsdebatt och medierapportering. Sammanfattningsvis finns det flera skäl till att lära sig naturvetenskap. Viktigast av allt är kanske ändå att det är roligt att förstå mer om sin omvärld. Kognitionsforskaren Peter Gärdenfors (2010) menar också att det finns en inneboende lust i människan att vilja förstå och se mönster. De flesta av oss har nog upplevt glädjen och lättnaden som uppstår när man förstår något som känns viktigt.

Bärande idéer i naturvetenskap Olika argument för att lära naturvetenskap sätter fokus på olika innehåll och typ av kunskaper och man kan diskutera hur mycket naturvetenskap man behöver kunna och vilken typ av kunskaper som är viktiga. Det är många forskare och utbildare som funderat över och diskuterat vad kärnan i naturvetenskap är och det är inte alldeles lätt att komma överens om detta. En engelsk forskare, Robin Millar, skrev en artikel för flera år sedan där han diskuterar de vikti­gaste modellerna inom naturvetenskap (Millar 1996). På ett internationellt seminarium samlades 2009 ett antal forskare och diskuterade från liknande utgångspunkter vilka de mest centrala idéerna inom naturvetenskap är (Harlen 2010). Både Millar och Harlen poängterar att det är angeläget att både förstå de viktigaste modellerna, teorierna och sambanden samt vad som är karakteristiskt för naturvetenskaplig kunskap och hur den utvecklas.

För förskollärare kan idén att beskriva naturvetenskaperna ur ett helhetsperspektiv vara fruktbar för att ge en övergripande struktur åt stoffet.

Strukturen kan underlätta för förskolläraren att upptäcka naturvetenskapligt relevanta frågor i den konkreta verksamheten med barn. Den kan också hjälpa läraren att förhålla sig till och sovra i den enorma mängd information som finns inom de naturvetenskapliga ämnena.

I denna bok har vi formulerat några grundläggande naturvetenskapliga idéer utifrån de begrepp, modeller och teorier som Millar (1996) och Harlen (2010) tar upp. De utgör kärnan i den naturvetenskap som är basen för 11

naturvetenskapens bärande idéer modern utveckling inom områden som miljö, energi, hälsa, bioteknik, rymdteknik med mera.

Naturvetenskapens karaktär Syftet med naturvetenskap är att beskriva och förklara fenomen och samband i den fysiska världen.

All naturvetenskap grundar sig i iakttagelser, empiriska data. En iakttagelse ska kunna bekräftas av andra iakttagare och ett experiment ska gå att upprepa med samma resultat. Man utgår från att vid olika tillfällen ska identiska förutsättningar medföra samma verkan. Man söker efter mönster i det som sker, och en förklaring innebär ofta att man visar att flera olika händelser kan beskrivas med samma teori eller modell.

Redan tidigt gjorde man noggranna observationer och utifrån dessa kunde man göra beskrivningar av till exempel stjärnhimlen e­ ller männi­ skokroppen. Men för att ta fram mekanismer och orsakssammanhang behöver man bearbeta sina data på olika sätt. Modeller och teorier kan konstrueras för att beskriva och förklara sådant som vi inte kan observera direkt. Ett klassiskt exempel är när Newton kunde visa att både äpplet som faller och jorden som rör sig runt solen kan beskrivas på samma sätt utifrån en gemensam teori om gravitation eller tyngdkraft.

En vetenskaplig teori beskriver samband eller orsak–verkan-kedjor på en generell nivå. För att räknas som vetenskaplig ska den kunna testas – man ska med noggranna och upprepade iakttagelser, undersökningar och experiment kunna kontrollera om den stämmer. Evolutionsteorin är exempel på en teori.

En vetenskaplig modell är ofta en mera begränsad beskrivning, och ­ibland har man flera olika modeller för att beskriva olika sidor av samma fenomen. Det finns konkreta modeller, till exempel då atomen liknas vid ett planetsystem, och matematiska modeller där avancerade matematiska formler får beskriva atomen.

En hypotes är ännu mer begränsad än en modell. Man kan se den som ett tillfälligt antagande man gör, ofta utifrån en teori. Hypotesen formulerar man i avsikt att pröva den mot iakttagelser eller experiment.

Om väl underbyggda och upprepade experimentresultat motsäger teorier och modeller måste dessa förändras och utvecklas. Man kan säga att den teori som vi använder är den som bäst passar med de data vi känner till vid just den här tiden. Det betyder att naturvetenskapliga modeller och teorier 12

inledning utvecklas över tid när mer kunskap och bättre undersökningsmetoder blir tillgängliga.

En arbetsgång för en naturvetenskaplig undersökning kan vara att man utifrån befintlig kunskap formulerar en frågeställning och ställer en hypotes, planerar sin undersökningsmetod och datainsamling, samlar data, bearbetar och analyserar data på olika sätt och drar slutsatser från dem.

Man bedömer vilka faktorer som kan påverka resultatet och hur man kan kontrollera dem.

Naturvetenskaplig forskning syftar till att utveckla ny kunskap. ­Forskare arbetar sällan ensamma, utan ingår i forskningsgrupper. Man delar idéer och diskuterar för att komma fram till de bästa tolkningarna och hur man kan utveckla undersökningarna. Resultaten granskas och publiceras så att andra forskare kan upprepa försöken och därmed kontrollera resultaten och också bygga vidare på dem. Men även om forskningen ständigt utvecklas är det allra mesta av den naturvetenskap som beskrivs i till exempel läro­ böcker så väl prövad att vi kan anse den som utomordentligt säker kunskap.

Undervisning i naturvetenskap i förskolan De bärande idéerna inom naturvetenskap innehåller många begrepp och förklaringar på en abstraktionsnivå som barnen i förskolan är för unga för att kunna ta till sig. De behöver konkreta upplevelser och exempel på grundläggande fenomen utan att man går in på en alltför abstrakt för­klaringsnivå.

Om barnen till exempel får undersöka ­hur frön gror, känna i kroppen hur krafter verkar och se hur skuggan ändras över dygnet och årstiden så har de påbörjat sin kunskapsutveckling i naturvetenskap i enlighet med Lpfö 18 (Skolverket 2018). Detta ställer krav på att förskolläraren har goda kunskaper och vet vad som är relevant och har en uppfattning om vad de ­tidiga övningarna ska leda vidare till. De bärande idéerna kan vara ett instrument för läraren när man väljer innehåll och exempel. Att pröva hur man håller balansen i olika situationer är ett sätt att konkret arbeta med krafter och tyngdpunkt utan att direkt föra in fysikaliska termer. Att veta hur solrosfröna bäst gror och hur man ska få solrosen att växa bra kan ge grunden till att förstå förbränning (respiration) och fotosyntes.

Naturvetenskaplig undervisning handlar också om naturvetenskapens karaktär. Tidigt kan barnen göra undersökningar och experiment. De kan uppmuntras att ställa frågor och fundera på vilka frågor de kan få svar på genom att göra en undersökning. Att som förskollärare ställa frågor som 13

naturvetenskapens bärande idéer Vad vill du veta om…?, Vad händer om du gör på ett annat sätt?, Hur vet du det? och så vidare, uppmuntrar barnen till nyfikenhet och kritiskt förhållningssätt.

Ett användbart begrepp i naturvetenskaplig undervisning är handlingskompetens (Breiting m.fl. 2009; Ekborg m.fl. 2012). Om barn utvecklar handlingskompetens kan de så smångingom använda sina kunskaper till att ställning i olika frågor och agera därefter. Det kräver att de på olika nivåer kan sätta sig in sakfrågor, att de har kunskaper om hur man kan påverka och att de uppmuntras att vilja handla. Att agera eller handla kan betyda allt ifrån att argumentera eller uttrycka en åsikt till mer handfasta handlingar.

Dessa tankar stämmer väl överens med skrivningarna i förskolans lä• roplan där det finns ambitiösa mål för lärande i naturvetenskap (Skolverket 2018). I förskolans uppdrag ingår att lägga grunden för ett livslångt lärande där barnen både skaffar sig kunskaper i naturvetenskap och utvecklar handlingskompetens. Läroplanen är uppdelad i två delar. I del 1 beskrivs förskolans värdegrund och uppdrag och i del 2 finns det mål och riktlinjer för verksamheten gällande normer och värden samt omsorg, utveckling och lärande.

I del 1 i läroplanen rörande förskolans uppdrag står det: Utbildningen ska ge barnen förutsättningar att kunna tänka, lära och kommunicera i olika sammanhang och för skilda syften. Därigenom läggs grunden till att barnen på sikt tillägnar sig de kunskaper som alla i samhället behöver.

Förmåga att kommunicera, söka ny kunskap och samarbeta är nödvändig i ett samhälle som präglas av stort informationsflöde och kontinuerlig förändring (s. 8).

I förskolans uppdrag finns också miljöfrågorna.

En positiv framtidstro ska prägla utbildningen. Utbildningen ska ge barnen möjlighet att tillägna sig ett ekologiskt och varsamt förhållningssätt till sin omgivande miljö och till natur och samhälle. Barnen ska också ges möjlighet att utveckla kunskaper om hur de olika val som människor gör kan bidra till en hållbar utveckling – såväl ekonomisk och social som miljömässig.

Utbildningen ska ta tillvara barnens nyfikenhet samt utmana och stimulera deras intresse för och kunskaper om natur, samhälle och teknik (s. 9).

I del 2 i läroplanen anges mål och riktlinjer, dels för Normer och värden (2.1), dels för Omsorg, utveckling och lärande (2.2): 14

inledning Mål för Normer och värden är exempelvis att förskolan ska ge varje barn förutsättningar att utveckla: • öppenhet, respekt, solidaritet och ansvarstagande • sin förmåga att upptäcka, reflektera över och ta ställning till olika etiska dilemman och livsfrågor i vardagen (s. 12).

Relevanta mål för naturvetenskap under Omsorg, utveckling och lärande är bland andra att förskolan ska ge varje barn förutsättningar att utveckla: • självständighet och tillit till sin egen förmåga • nyfikenhet, kreativitet och lust att leka och lära (…)

• motorik, koordinationsförmåga och kroppsuppfattning samt förståelse för hur viktigt det är att ta hand om sin hälsa och sitt välbefinnande (…)

• förmåga att använda och förstå begrepp, se samband och upptäcka nya sätt att förstå sin omvärld (…)

• förståelse för rum, tid och form, och grundläggande egenskaper hos mängder, mönster, antal, ordning, tal, mätning och förändring, samt att resonera matematiskt om detta (…)

• förståelse för samband i naturen och för naturens olika kretslopp samt för hur människor, natur och samhälle påverkar varandra • förståelse för hur människors olika val i vardagen kan bidra till en hållbar utveckling • förståelse för naturvetenskap, kunskaper om växter och djur samt enkla kemiska processer och fysikaliska fenomen • förmåga att utforska, beskriva med olika uttrycksformer, ställa frågor om och samtala om naturvetenskap och teknik (Skolverket 2018).

Innehållet i den här boken kan ge ett kunskapsstöd för förskollärarna vid utformning av verksamhet i arbetet mot målen. Läroplanen innehåller även mål som rör teknik. I denna bok har vi dock begränsat oss till ämnesområdet naturvetenskap.

15

ORGANISATIONSNIVÅER EXEMPLIFIERAT MED MUSKELSYSTEMET Muskelsystemet är uppbyggt av ett antal organ – kroppens olika muskler och senor. Dessa är i sin tur uppbyggda av vävnader – muskelvävnad, bindväv, epi­ telvävnad, nervvävnad och blod. Muskelvävnad är uppbyggd av muskelceller.

Man brukar dela in musklerna i tvärstrimmig och glatt muskulatur samt hjärt­ muskeln. De tvärstrimmiga musklerna är de muskler som med några undan­ tag fäster vid skelettet och möjliggör rörelse av yttre kroppsdelar. Cellerna som bygger upp den tvärstrimmiga muskulaturen kallas muskelfibrer. Den glatta muskulaturen finns i de inre organen och möjliggör till exempel tarmrörelser.

Biceps på överarmens framsida och triceps på baksidan gör att armen kan böjas och sträckas (fig. 33). En muskel dras ihop, kontraheras, när den arbe­ tar. När biceps dras ihop böjs armen och när triceps dras ihop sträcks armen.

Musklerna fäster med senor till skelettet. Ena änden av muskeln fäster på över­ armsbenet och den andra änden fäster på strålbenet respektive armbågsbenet i underarmen. Det blir en hävstångseffekt. Styrkan i armen beror på muskelns storlek och hur långt ifrån leden muskeln fäster. Om man håller handen på en muskel kan man känna hur den spänns och slappnar av vid rörelse.

Figur 32. En människa med muskler.

Muskelcellerna ligger i buntar och det är framför allt två protein, aktin och myosin, som åstadkommer rörelsen. De ligger som trådar omlott i muskel­ cellerna. En nervimpuls ger signal om sammandragning. Då frigörs kalcium­ joner som fäster till ett speciellt proteinkomplex. Då kan myosinet och aktinet röra sig mot varandra och muskelcellen förkortas (fig. 34). I grunden är det elek­ triska krafter mellan atomernas laddade partiklar som åstadkommer rörelsen (se kapitel 6, ”Kraft och rörelse”). Mellan muskelbuntarna finns blodkärl. I de minsta blodkärlen – kapillärerna – sker ämnesutbyte med cellerna. Syre, glukos och andra ämnen går in i cellerna och koldioxid, vatten och andra ämnen går ut till kapillärkrafterna.

Biceps Triceps

Figur 33. Muskler (biceps och triceps) i armen med ben och senor.

Sena

Muskel

Muskelbunt omgiven av bindväv Blodkärl Aktin

Muskelfiber (cell)

Myosin

Figur 34. Muskelns uppbyggnad.

107

naturvetenskapens bärande idéer

Matspjälkningssystemet

Spottkörtlar

Matstrupe Lever Gallblåsa

Magsäck

Gallgång

Bukspottkörtel

Tunntarm Tjocktarm Blindtarmsbihang Ändtarm Figur 35. Matspjälkningssystemet.

I matspjälkningssystemet bearbetas födan mekaniskt och kemiskt så att ämnena kan tas upp i blodet och transporteras till cellerna. Systemet består av följande organ: munhåla, matstrupe, magsäck, tunntarm vars första del heter tolvfingertarm, tjocktarm och ändtarm. Viktiga körtlar som deltar i matsmältningen är spottkörtlarna, bukspottkörteln, levern och gallblåsan.

Mekanisk bearbetning innebär att födan, som till exempel kött eller grönsaksbitar och ris eller pasta, helt enkelt sönderdelas till mindre bitar utan att molekylerna i de olika ämnena påverkas. Det sker i munhålan när vi tuggar och också bearbetar födan med tungan. Också i magsäcken och i tarmarna sker en mekanisk bearbetning genom magsäckens och tarmarnas rörelser.

Kemisk bearbetning innebär att stora molekyler i födan – kolhydrater, fett och protein – sönderdelas till mindre molekyler. Kolhydrater som ingår i födan är stärkelse, socker och cellulosa. Socker i maten är ofta sackaros eller laktos. Båda är sammansatta av två enkla sockerarter. Sackaros är en disacka­ rid som är uppbyggd av glukos och fruktos. Laktos är också en disackarid och består av glukos och galaktos (monosackarider). Stärkelse är uppbyggd av ett 108

liv och hälsa stort antal glukosmolekyler. Både socker och stärkelse sönderdelas till enkla sockerarter med hjälp av enzymet amylas, som produceras i spottkörtlar som mynnar i munhålan och i bukspottkörteln som går ut i tolvfingertarmen.

Cellulosa ingår i olika mängd i växternas cellväggar och kallas fibrer. Det är uppbyggt av den enkla sockerarten glukos. Cellulosamolekylerna är dock mycket större än i till exempel stärkelse. Dessutom är glukosenheterna bundna till varandra på olika sätt i stärkelse och cellulosa. Vegetabilisk mat innehåller fibrer. Särskilt sådan mat där skal och hela frön finns med innehåller mycket fiber, till exempel linser, fullkornsprodukter och råris. Människan kan inte utnyttja energi och näring i cellulosa. Fibrerna är dock viktiga för tarmarnas arbete och utgör också föda för de bakterier som lever i tjocktarmen och bland annat producerar vitamin K. Fett sönderdelas till glycerol och fettsyror med hjälp av enzymet lipas som framför allt bildas i bukspottkörteln. I levern bildas galla som via gallblåsan går ut i tolvfingertarmen. Gallan underlättar sönderdelningen av fett. Den är gulaktig, eftersom den innehåller bilirubin som är en rest­ produkt av nerbrutna förverkade röda blodkroppar som tagits om hand i levern. Det är detta som gör att avföringen blir brun och urinen blir gul.

Proteiner sönderdelas stegvis till aminosyror med hjälp av enzymen pepsin i magsäcken, och i tolvfingertarmen med hjälp av trypsin som bildas i bukspottkörteln.

Saliven i munhålan är svagt basisk, liksom tarmsaften. Både amylas, lipas och trypsin fungerar i basisk miljö medan pepsin fungerar i sur miljö. I magsäcken utsöndras också saltsyra, vilket ger ett lågt pH. Detta låga pH innebär att bakterier som kan finnas i födan i stor utsträckning dör. På så sätt skyddas kroppen mot en del infektioner.

När födan är bearbetad i tunntarmen tas de små molekylerna upp i blodet för vidare transport till cellerna. Också andra ämnen i födan, som vitaminer, mineraler och salter, tas upp i blodet. Tunntarmen är cirka 5 meter lång om man vecklar ut den. Den ligger på plats i bukhålan med hjälp av tarmkäxet, som är bindväv som sitter runt och mellan slingorna och fäster tunntarmen i den bakre bukväggen. Det finns blodkärl och lymfkärl i tarmkäxet. På in­ sidan av tunntarmen finns en slemhinna och tarmludd, som är millimeterstora utskott som gör att den inre ytan blir mycket stor – cirka 30 m2.

I slemhinnan finns körtlar som producerar vätska, så kallad tarmsaft.

De små blodkärlen, kapillärerna, runt tunntarmen samlas, efter att de tagit upp ämnen från tarmen, ihop i ett stort blodkärl som kallas portådern.

Det är en ven som går till levern som tar hand om en del skadliga ämnen innan blodet går vidare till andra celler i kroppen.

109

naturvetenskapens bärande idéer Tarminnehållet i tunntarmen är i början löst, men det mesta vattnet absorberas innan innehållet når tjocktarmen. Där absorberas ytterligare vätska men också vissa salter och en del vitaminer, exempelvis vitamin K. I tjocktarmen lever bakterier – cirka 1,5 kilo bakterier i en vuxen människa.

Bakterierna lever på cellulosa – de växtfibrer som kroppen inte kan ta hand om. Fibrerna gör också att avföringen får en lagom konsistens. Till slut lämnar avföringen kroppen via ändtarmen.

Sökord på www.1177.se: matsmältningsorganen.

Andningssystemet Luft andas in och går ner i lungorna där syre förs över till blodet för transport till cellerna. Genom andningen lämnar också koldioxid och vatten kroppen i utandningsluften. Systemet består av följande organ: näsa, luftstrupe, luftrör och alveoler (lungblåsor).

Bihåla Näshåla

Bihåla

Svalg Struphuvud

Matstrupe

Luftstrupe Lunga

Bronker (luftrör) Lunga Diafragma Figur 36. Andningssystemet.

När man andas in sänks mellangärdet (diafragman) och revbenen och brösthålan vidgas. Det bildas undertryck i lungorna och luft tas in via näsa och mun och går ner i lungorna genom luftstrupen och luftrören. I näsa och svalg värms luften upp. På insidan av näsa och luftvägar finns små flimmerhår och slemhinnor. De renar luften från partiklar som smuts och bakterier. De minsta luftrören slutar i lungblåsorna – alveolerna – och från dessa går syret i luften över till små blodkärl, kapillärer. I lungorna avges också koldioxid, som är en restprodukt vid ämnesomsättningen, från vävnaderna via blodet till utandningsluften. Även en del vattenånga lämnar kroppen via utandningsluften. Vid utandning höjs mellangärdet igen och luft pressas ur lungorna.

Sökord på www.1177.se: luftvägar och lungor.

110

liv och hälsa

Cirkulationssystemet I cirkulationssystemet transporteras olika ämnen till och från cellerna. Systemet består av följande organ: hjärta, blodkärl och blod. Hjärtat är en muskel som pumpar runt blodet i blodkärlen. Syre från lungorna och olika ämnen, bland annat glukos och aminosyror som tagits upp från tunntarmen, transporteras ut till cellerna i hela kroppen. Koldioxid och avfallsämnen som bildas i cellerna går ut i blodet och transporteras till njurarna och lungorna. Även andra ämnen transporteras i blodkärlen. I det lilla krets­loppet går blodet i kärl från hjärtats högra kammare till lungorna, där blodet syresätts för att sedan gå tillbaka till vänster förmak i hjärtat. Därifrån går det syresatta blodet ner i vänster kammare för att pumpas ut till kroppens alla delar – det stora kretsloppet. Kroppens största blodkärl, aorta, lämnar hjärtat och grenar sig sedan i allt mindre blodkärl. De allra minsta blodkärlen heter kapillärer och där sker ämnesutbytet med cellerna. Alla blodkärl som går från hjärtat heter artärer. De har alla syrerikt blod, förutom den artär som går från hjärta till lungor i det lilla kretsloppet. De små kapillärerna bildar ett nät, och när de börjar gå ihop igen till större och större kärl heter de vener och går till

Lungor Hjärta Njure

Aorta

Ven Artär

Figur 37. Cirkulationssystemet.

111

9

Undervisningens bärande idéer Ett syfte med den här boken är att ge läsaren en översiktlig bild av naturvetenskapens bärande idéer och därmed vara en resurs vid planering av undervisning. Mot denna bakgrund avslutas boken med några didaktiska utgångspunkter, formulerade som bärande idéer för undervisningen i naturvetenskap i förskolan. Det är idéer som genom forskning och utvecklingsarbete framstår som betydelsefulla.

Naturvetenskap har i ett historiskt perspektiv alltid utgjort ett betydelsefullt innehåll i förskolans verksamhet (Thulin 2006). Föreskrifter och styrdokument har förespråkat en bred syn på naturvetenskap och har omfattat såväl biologi som fysik och kemi, men den praktiska undervisningen har ofta begränsats till biologi och ekologi. Då förskolan fick en läroplan 1998 dominerades de naturvetenskapliga strävansmålen av biologi–ekologi samt betydelsen av att barn utvecklar en miljömedvetenhet (Utbildningsdepartementet 1998). En reviderad version av förskolans läroplan trädde i kraft 2011 där förskolans arbete med naturvetenskap vidgades och preciserades. Enligt den nu gällande läroplanen ska naturvetenskap i förskolan förutom biologi bland annat också omfatta enkla kemiska processer och fysikaliska fenomen (Skolverket 2018).

Naturvetenskaplig undervisning har ofta setts som en förberedelse för högre studier (Osborne m.fl. 2008). När nu naturvetenskap som innehållsområde förstärks i förskolan kan det vara på sin plats att vara observant på att detsamma kan ske i ett förskoleperspektiv, det vill säga att lärare rättfärdigar innehållsområdet främst som en förberedelse för skolan eller för högre studier. Ett sådant förhållningssätt kan medföra att själva målet med naturvetenskapen i förskolan flyttas från de aktuella barnens perspektiv och förskjuts mot framtiden. Det kan i sin tur påverka förskollärares val av innehåll och arbetssätt, där motivet för undervisningen i förskolan förflyttas från en här- och nusituation till något mer avlägset. Ett annat sätt att 231

naturvetenskapens bärande idéer rättfärdiga naturvetenskap i förskolan är att se innehållsområdet som något som hela tiden finns runt omkring oss, i barns vardag och i förskolans närmiljö, och som något barn är lika nyfikna på och intresserade av som vilket annat innehåll som helst. Med den utgångspunkten är inte intresse för naturvetenskap något som uppstår med ålder eller mognad. Barn föds med en vilja att begripa världen och sin egen roll i denna, och naturvetenskap är en naturlig del av den världen. Flera naturvetenskapliga fenomen och samband kan emellertid upplevas som abstrakta och svåra att få syn på. Ett kretslopp, till exempel, ligger ju inte där konkret och synligt framför våra ögon, utan måste synliggöras för barnen. För att få syn på det naturvetenskapligt specifika behöver barn stöd och redskap till sin hjälp. Dessa stöd och redskap rör såväl språkliggörande av upplevelser och händelseförlopp som konkreta upplevelser och ett undersökande arbetssätt.

Hur kan då naturvetenskap i förskolan förstås? En forskare vid namn Haim Eshach (2006) menar att innehållsområdet består av två kunskapsdomäner som rör dels fakta, samband och fenomen, dels ett naturvetenskapligt arbetssätt. Det naturvetenskapliga arbetssättet handlar om förmågan att ställa frågor, genomföra undersökningar och följa dessa över tid, iaktta förändringar, observera mönster och dra slutsatser. Ytterligare en aspekt av vad naturvetenskap kan vara i förskolan handlar om attityder samt naturvetenskapens syfte och funktioner i samhället (Osborne m.fl. 2006). Det kan handla om att samtala med barn om vad naturvetenskap fyller för funktion i samhället, att stifta bekantskap med kvinnor och män som har naturvetenskap som yrke eller intresseområde, eller att synliggöra, diskutera och problematisera attityder och inställningar, såväl egna som andras.

I en forskningsstudie om hur förskolan arbetar med naturvetenskap visas att man i många förskolor arbetar mycket kreativt och systematiskt med naturvetenskap (Sundberg m.fl. 2015). Förskollärarna lyckas integrera lek, omsorg och fostran med ett innehåll som ger barnen positiva erfarenheter av naturvetenskap. Studien visar att viktiga faktorer för att integreringen ska fungera är en väl fungerande praktikgemenskap med gemensam syn på barn och kunskap.

Förskolan ska enligt läroplanen präglas av en pedagogik där omsorg, utveckling och lärande utgör en helhet (Skolverket 2018). Verksamheten ska främja lek, kreativitet och ett lustfyllt lärande. Förskolan ska också erbjuda barn en verksamhet som utgår ifrån och tar tillvara, men som också stärker barns intresse för att lära och erövra nya erfarenheter, kunskaper och färdigheter. Verksamheten ska även bidra till att barn utvecklar en förståelse för sig själva och sin omvärld (Skolverket 2018 s. 10).

232

Naturvetenskapens bärande idéer

ANDRA UPPLAGAN

För förskollärare Mats Areskoug, Margareta Ekborg, Maria Rosberg & Susanne Thulin

Att arbeta med naturvetenskap i förskolan är ett utmanande, spännande och roligt uppdrag. Alla har vi väl förundrats över barns nyfikenhet och goda observationsförmåga när de möter naturvetenskapliga fenomen. Många förskollärare berättar också att det är tacksamt att arbeta med naturvetenskap. Ämnesområdet är stort och det kan vara svårt att som förskollärare få en överblick och veta vad man ska läsa in sig på för att få idéer till relevanta uppgifter att göra tillsammans med barnen.

Den här boken handlar om de bärande idéerna i naturvetenskap och är tänkt att stödja förskolläraren i strävan att få grepp om det viktigaste innehållet.

Ambitionen är att dra upp de stora linjerna snarare än att ge en heltäckande beskrivning. Exempel från vardagliga sammanhang används för att visa på bärkraften i dessa idéer.

Den nya upplagan är reviderad i enlighet med förskolans nya läroplan (Lpfö 18).

Mats Areskoug, docent i fysik, Malmö högskola. Margareta Ekborg, professor emeritus vid Malmö universitet. Maria Rosberg, universitetslektor i fysik, Högskolan Kristianstad. Susanne Thulin biträdande professor i pedagogik, Högskolan Kristianstad

ISBN 9789151103969

9 789151 103969