Teorier i det naturvetenskapliga klassrummet
Bjรถrn Andersson
Förord Samhället har stora förväntningar på skolans naturvetenskap. Eleverna ska inte bara lära sig om begrepp och teorier, utan också om den naturvetenskapliga verksamheten och hur vunna kunskaper kommer till utryck i samhället. Men undersökningar visar att faktakunskaper får ett stort utrymme i undervisningen på bekostnad av andra aspekter. Ett skäl är att systematiska och tillförlitliga kunskaper om vad dessa andra aspekter konkret innebär, och hur de kan undervisas, är bristfälliga. Det kan delvis förklaras med att ambitiöst kursplanearbete inte följs upp av uthållig forsknings- och utvecklingsverksamhet. Mot denna bakgrund görs i den här boken ett försök att analysera och konkretisera en försummad, men central, aspekt av den naturvetenskapliga verksamheten, nämligen att skapa och använda teorier. Utgångspunkten är ämnesdidaktiska forskningsresultat angående elevers möjligheter och svårigheter att förstå olika naturvetenskapliga företeelser och en insikt om att naturvetenskapens teorier är verktyg för vetgirighet och kunskapsbygge. I en undervisning som beaktar detta ersätts statisk memorering av fakta med dynamiskt resonerande. Efter en inledande del om teoriers natur, kommunikation och lärande diskuteras ingående hur man kan undervisa om sju teorier, bland annat en kvalitativ partikelteori för gaser, fotosyntesen och teorin om biologisk evolution genom naturligt urval. Nästa steg är konkreta exempel på undervisning i form av berättelser för eleverna att läsa. De handlar om hur två ungdomar – Ludvig och Lisa – genom diskussioner med varandra och sin lärare försöker erövra olika teorier och göra dem till sin egendom. Boken avslutas med en problemsamling som går ut på att eleverna ska använda teorier för att komma fram till lösningar. Synen att naturvetenskapens teorier är verktyg för vetgirighet och kunskapsbygge medför att diskussioner och argumentation får en framträdande plats i undervisningen. Läraren har en central roll genom att introducera begrepp och teorier och hjälpa eleverna att införliva dem i sin världsbild. Ett tack riktas till Sofia Bigert för värdefulla synpunkter på berättelserna 3
teorier i det naturvetenskapliga klassrummet om Ludvig och Lisa, Christina Kärrkvist för den tibetanska böneplattan och idén om att använda ansiktets lutning för att känna skillnader i strålningsenergin från solen och Anita Wallin för en internetversion av problemet med hur en population renar förändras. Landvetter i september, 2012 Björn Andersson
4
Innehåll
DEL 1 TEORETISK PLATTFORM
1 Inledning
11
Bokens innehåll
12
Webbplats
14
2 Naturvetenskapens teorier Teorier i skolans kursplaner
15 15
Teorier är mänskliga konstruktioner
16
Teorier är socialt konstruerade
20
Teorier är tankeredskap
21
Teorier i skolans praktik
22
Reflexioner
23
3 Kommunikation
25
En konstruktivistisk modell av kommunikation
25
En överföringsmodell av kommunikation
27
Några undersökningsresultat
30
Naturvetenskapliga texter
36
Reflexioner
37
4 Argumentation
41
Monologisk argumentation
42
Dialogisk argumentation
44
Några undersökningsresultat
48
Reflexioner
51
5 Lärande
53
Progression för undervisning om materiens byggnad
54
Naturvetenskap är ett nätverk av kunnande
57
Vad gynnar lärande med förståelse?
58
Trådarna samlas – från teori till undervisning
63
Plattformens begränsningar
64
DEL 2 UNDERVISNING AV SJU TEORIER
6 En partikelteori för gaser
69
Varför ska eleverna lära om gaser?
69
Undersökning av luftens makroskopiska egenskaper
70
En partikelteori introduceras och används
78
Atmosfären
82
7 En partikelteori för gas, vätska och fast fas Varför ska eleverna lära om faser och fasändringar?
85 85
Konkreta erfarenheter av faser och fasövergångar
86
Smältpunkt och kokpunkt
90
En utvidgad partikelteori
92
Naturvetenskapens karaktär
96
8 Fotosyntes och förbränning
99
Biologi, fysik och kemi hjälper varandra
99
Fotosyntesen i vida världen
102
Syre-koldioxidcykeln och teleologiskt tänkande
106
Reflexioner
107
9 Ljuset
109
Varför undervisa om geometrisk optik?
109
Ljusets idéhistoria
110
Keplers strålbegrepp
113
Elevers föreställningar
114
Konsekvenser för undervisningen
117
En skiss till några inledande lektioner
117
Den geometriska optikens struktur
132
10 Jorden i strålningsflödet från solen
135
Integration av kunskapselement
139
Elevers föreställningar
141
Progression
146
En undervisningsidé
147
Reflexioner
150
11 Evolution genom naturligt urval
153
Livets kontinuitet
153
Evolutionens idéhistoria
156
Progression
157
Elevers föreställningar
159
En ämnesdidaktisk teori
165
Reflexioner
168
12 Temperatur och värme
169
Varför temperatur och värme i skolans undervisning?
169
Vad är temperatur och värme?
170
Elevers föreställningar
171
Kunnande för liv och samhälle
178
Reflexioner
180
DEL 3 BERÄTTELSER
13 Från didaktiska insikter till berättelser
185
14 Renarna
189
Vad kommer att hända med populationerna?
189
Carolinas lektion om evolution genom naturligt urval
193
15 Snögubben
197
Den ovanliga snögubben
197
Carolinas lektion
198
Fysik i köket
202
DEL 4 PROBLEMSAMLING
16 Introduktion
211
17 Luft och andra gaser
212
18 Fasta, flytande och gasformiga ämnen
219
19 Fotosyntes och förbränning
224
20 Ljus och seende
229
21 Jorden i strålningen från solen
238
22 Evolution
241
23 Temperatur och värme
246
Slutord
250
Referenser
252
1 Inledning På senare år har lärarens betydelse för vad eleverna lär sig i och om natur vetenskap alltmer uppmärksammats. Det som egentligen är självklart blir tydligt utsagt – det är läraren som bär det naturvetenskapliga kunnandet och har erfarenhet av att göra det begripligt och intressant för eleverna. Läraren ses alltså som en aktiv kulturbärare snarare än en resurs som finns i bakgrunden när eleverna undersöker och upptäcker på egen hand. Det är fråga om att hjälpa eleverna att bygga kunnande om naturvetskapens begrepp, teorier, arbetssätt och användning och klargöra att detta kunnande är en del av vår världsbild, liksom en förutsättning för den tekniska omdaning som samhället genomgått. Individen behöver naturvetenskap för att begripa sin omvärld och samhället behöver naturvetare för fortsatt utveckling. Undervisning i naturvetenskap är med andra ord en viktig verksamhet, och inblandade aktörer arbetar på olika sätt med att utveckla den. Den här boken är ett bidrag till denna verksamhet. Den tar fasta på att undersökningar visar att faktakunskaper tar så stor plats att det går ut över bland annat undervisning om den naturvetenskapliga verksamheten. För mig är kärnan i denna att skapa och använda teorier, och jag känner starkt för att detta ska återspegla sig i skolans undervisning. Frågan är hur man i så fall ska gå fram? Boken ger svar som förhoppningsvis leder till nya insikter, idéer och undervisningsförsök. En viktig inspirationskälla har varit den ämnesdidaktiska forskning som pågår runtom i världen, bland annat angående elevers möjligheter och svårigheter att förstå olika naturvetenskapliga företeelser, och hur de diskuterar och argumenterar. Detta är i korthet bakgrunden till bokens två syften. Det ena är att diskutera de naturvetenskapliga teoriernas roll i grundskolans undervisning och ge konkreta exempel på hur lektionssekvenser och texter för eleverna kan utformas; det handlar om att eleverna utvecklar tankeverktyg för att förklara och förutsäga, vilket bidrar till att de allt bättre förstår sin omvärld. Det andra syftet är att visa hur ämnesdidaktiska forskningsresultat kan komma till användning då man planerar och genomför undervisning. 11
teorier i det naturvetenskapliga klassrummet
Bokens innehåll Bokens första del är en beskrivning av den teoretiska plattform som ett antal undervisningsförslag bygger på. Kapitel 2 behandlar naturvetenskapliga teorier. En avgörande poäng är att de är mänskliga konstruktioner, inte definitiva sanningar som man får fram genom att noga undersöka naturen. Med hjälp av teorierna ska det vara möjligt att förutsäga och förklara experimentresultat och andra iakttagelser, annars är de till föga nytta. Om teori och experimentresultat inte stämmer överens kan teorin behöva ändras. Därför kan man säga att naturen har sista ordet när det gäller att avgöra en teoris giltighet. I kapitel 3 beskrivs två modeller för hur kommunikation går till. Vidare diskuteras några kommunikationsmönster som förkommer vid undervisning i naturvetenskap. Ett avsnitt om naturvetenskapliga texter ingår också. Kapitel 4 poängterar att naturvetenskap är en argumentationskultur. Detta faktum kan med fördel sätta sin prägel på skolans undervisning i biologi, fysik och kemi, bland annat därför att lärande med förståelse här igenom kan stimuleras. Kapitel 5 går närmare in på betingelser som gynnar lärande med förståelse. Efter den teoretiska plattformen följer i bokens andra del att antal kapitel som diskuterar hur man kan undervisa om olika teorier. Kapitel 6 tar upp en kvalitativ partikelteori för luft. Det börjar med förslag till experiment och resonemang om luftens makroskopiska egenskaper. En viktig insikt är att den är materiell. Den tar plats och har massa och tyngd. Den kan ändra volym och utövar ett tryck. En kvalitativ partikelteori för luft införs, som förklarar en del av dess makroskopiska egenskaper. Eleverna använder den i många olika situationer. Teorin generaliseras till att gälla gaser. Ett avsnitt om atmosfären avslutar kapitlet. Kapitel 7 går vidare med en partikelteori för fasta ämnen, vätskor och gaser, vilket bland annat ger möjlighet att på partikelnivå förklara vad som händer vid avdunstning, kokning och andra fasövergångar. Alla dessa erfarenheter kan användas för att tillsammans med eleverna reflektera över partikel teorins natur, såsom att en bra teori är ett verktyg som kan skapa ordning och sammanhang bland många olika observationer Kapitel 8 gäller teorin om fotosyntes och förbränning. Som inledning till området föreslås att eleverna får fundera över varifrån materien till ett stort träd har kommit. Med lite hjälp från läraren kan de upptäcka att de har nytta av sina kunskaper om såväl gaser och atmosfären som kemiska reaktioner när det gäller att tänka ut hypoteser om källor till trädets materia. 12
1. Inledning Läraren introducerar sedan teorin om fotosyntes och den om förbränning av organiskt material, och eleverna tillämpar dem i några olika sammanhang. Fotosyntesens betydelse för livet på jorden betonas, liksom att den gett oss de fossila bränslen som i dag dominerar människans användning av teknisk energi. Ett resonemang om ett akvarium leder fram till att kunskaper om fotosyntes och förbränning kan sättas samman till ett nytt mönster, nämligen syre – koldioxidcykeln. Kapitel 9 tar upp teorin om ljusets utbredning längs räta linjer. Den används till att förklara bland annat skuggors uppkomst och former. Reflektion behandlas också. Teorins enkelhet gör att den är en bra utgångspunkt för att resonera om vilka egenskaper en naturvetenskaplig teori har. Kapitel 10 behandlar teorin om varför vi har årstider. Elever ger oftast förklaringar som bygger på en föreställning om olika avstånd till solen. Vi är närmare solen på sommaren och längre bort på vintern. De behöver lära sig att förstå varför denna typ av förklaring inte håller och få hjälp att tänka i andra banor, nämligen hur jorden lutar i ljusflödet från solen och vad det betyder för hur varmt eller kallt det är på norra respektive södra halvklotet. Kapitel 11 gäller teorin om biologisk evolution genom naturligt urval. Som inledning på undervisningen föreslås att eleverna får försöka förklara förändringar över tid i fördelning av egenskapen ”benlängd” hos en population renar, givet att det finns vargar i omgivningen. Erfarenheten visar att detta kan stimulera dem att börja resonera om skillnader i överlevnad, det vill säga de kommer in på ett produktivt spår från första början, och undviker på så sätt den vanliga vardagsföreställningen att egenskaper uppkommer eller förändras därför att detta behövs. Kapitel 12 går in på teorin om temperaturutjämning då system av olika temperatur växelverkar. Det är fråga om att få insikt i vad som händer då system med olika temperatur växelverkar, och vad som påverkar detta förlopp. Eleverna får lära sig att temperaturerna efterhand utjämnas, vilket bland annat betyder att föremålen i ett rum har samma temperatur som luften i rummet. Hur kan det då komma sig att diskbänken känns kall då man lägger handen på den? Denna fråga leder in på att olika material har olika förmåga att leda värme. Bokens tredje och fjärde del innehåller tillämpningar i form av berättelser för eleverna att läsa respektive problem att lösa. Här ges exempel på hur bokens teoretiska plattform och idéer om undervisning angående olika teorier kan omsättas till något som är praktiskt användbart. Två berättelser presenteras. Den ena handlar om temperatur och värme, den andra om 13
teorier i det naturvetenskapliga klassrummet evolution genom naturligt urval. Problemsamlingen berör alla teorier som behandlats i del två.
Webbplats Till boken hör en webbplats. Där finns ytterligare fem berättelser för eleverna att läsa som pdf-filer. Detta extramaterial finner du på hemsidan www.gleerups.se i direkt anslutning till boken.
14
3 Kommunikation Att förbättra undervisningen i de naturvetenskapliga ämnena är i grund och botten en fråga om att förbättra kommunikationen mellan inblandade aktörer: elever, lärare, lärarutbildare, forskare och andra. Låt oss därför betrakta två olika modeller som beskriver hur kommunikation går till, och resonera om några konsekvenser av dessa för undervisningen.
En konstruktivistisk modell av kommunikation Den första modellen är närmast en följd av en konstruktivistisk syn på lärande och kunnande.9 Grundstrukturen framgår av följande exempel: Anta att A och B har försökt att få en liten glödlampa att lysa genom att koppla den till ett runt batteri. A lyckas med detta och säger till B: ”Man kopplar en tråd från batteriets pluspol och en från minuspolen till lampan.” För sin inre syn ser A hur han gjort kopplingen (figur 3.1), men
+
+
-
A
-
man kopplar en tråd från minus och en från plus till lampan
B
Figur 3.1. Ett försök att kommunicera som inte lyckas helt. A uppfattar lampan som tvåpolig (gängorna är en pol, den lilla knoppen en annan). B uppfattar däremot lampan som enpolig. Båda kopplingstrådarna går till den lilla knoppen.
9 Modellen bygger på arbeten av Furth, 1969 och Reddy, 1979.
25
teorier i det naturvetenskapliga klassrummet detta kunnande stannar hos honom. Det som går från A till B är ordströmmen ”Man kopplar en tråd från pluspolen och en från minuspolen till lampan”. Fysikaliskt är denna ordström ett akustiskt energimönster. När det växelverkar med B:s hörselorgan försöker han i tanken återskapa den koppling som A har gjort. Men han har en annan uppfattning om hur kopplingen är gjord (se figur 3.1). A har alltså inte lyckats kommunicera sitt kunnande till B. Strukturen i detta exempel kan uttryckas på följande sätt: A har ett visst kunnande. Det kan inte överföras direkt till en annan person genom någon slags telepatisk process. Men A kan försöka uttrycka det genom att tala, skriva eller rita. Dessa uttryck når fram till B som akustiska och optiska energimönster. När de växelverkar med B:s sinnesorgan gör han en tolkning med hjälp av det kunnande han har, det vill säga försöker återskapa A:s kunnande. Se figur 3.2 för en schematisk framställning. ”Mentala strukturer” betecknar det kunnande som respektive individ tar i anspråk då de kommunicerar.
man kopplar en tråd från plus och en från minus till lampan
refererar till
konstruerar
energimönster
+ -
konstruerar
MENTALA STRUKTURER
man kopplar en tråd från plus och en från minus till lampan
refererar till
+ konstruerar
förstås av
MENTALA STRUKTURER
Figur 3.2. Schematisk framställning av en konstruktivistisk modell av kommunikation.
26
3. Kommunikation Figur 3.2 understryker att kunnande alltid är en människas kunnande, och att det inte finns som sådant i text, tal och andra media. En konsekvens av den nu beskrivna konstruktivistiska modellen för kommunikation är att samtal, dialoger och diskussioner mellan elever och mellan lärare och elev är viktiga i undervisningen. En förutsättning för framgång är att aktörerna har en ömsesidig vilja att förstå varandra och är inställda på att det kan krävas en hel del möda för att uppnå detta. Eleverna har i alla år ansträngt sig för att förstå sina lärare. Har lärarna, inklusive professorer vid våra universitet, gjort motsvarande ansträngning för att förstå eleverna? Viktigt i sammanhanget är att eleverna vågar träda fram utan att vara rädda för att göra bort sig. Om de bara sitter tysta och lyssnar blir det ingen dynamik i kommunikationen. Möjligheterna att lära försämras. En annan konsekvens är att forskare, lärare och läromedelsförfattare behöver bygga upp systematiskt kunnande om elevers förställningar och svårigheter att begripa inom olika naturvetenskapliga områden. Det gör att undervisning kan läggas fram på ett sådant sätt att elevernas möjligheter att förstå förbättras, alltifrån lektioner till lämplig progression under längre tidsperioder. Exempel på sådant kunskapsbygge är de många studier som gjorts på senare år angående hur elever uppfattar, och resonerar om, olika naturvetenskapliga företeelser, ett annat det arbete med att skapa lämpliga learning progressions inom olika områden, som pågår i USA.10 Ännu en konsekvens när det gäller att förbättra kommunikationen i skolan är att eleverna verkligen anstränger sig att förstå och minnas. Till detta hör att de ställer frågor, diskuterar det nya med kamrater och andra och att de kopplar ihop nytt kunnande med befintligt.
En överföringsmodell av kommunikation Ledtrådar till en annan modell av kommunikation finns i vårt språk.11 Fundera över utsagan ”hans föredrag gav mig en ny idé”. Vad uttrycker den? Jo, att en idé har förflyttats från en person till en annan. Föredragshållaren är givare och åhöraren mottagare. Förflyttningen sker med hjälp av språket, som fungerar som en behållare för idén. Det finns en likhet mellan utsagan och den konkreta erfarenheten av att man kan förflytta ett objekt till någon genom att lägga det i en behållare, till exempel ett paket, och skicka det till mottagaren, som öppnar och tar ut objektet. Idén motsvarar objektet och orden den behållare i vilken objektet-idén förpackas. Kommunikationen 10 Corcoran, Mosher & Rogat, 2009. 11 Detta har belagts utförligt av Reddy, 1979.
27
6. En partikelteori för gaser
Luft tar plats En ärta placeras i mynningen på en flaska. Eleverna uppmanas att blåsa hårt på ärtan för att få in den i flaskan. De ska beskriva vad som händer och försöka förklara detta. (Det går inte så bra eftersom flaskan är full med luft som håller emot.)
En variant är att ersätta ärtan med en ballong vars öppning krängts över flaskans mynning. Resten av ballongen hänger ned i flaskan så som figuren visar. Eleverna ska försöka blåsa upp ballongen så att den tar ett större och större utrymme i flaskan, beskriva resultatet och försöka förklara det!
blås!
ballong
(Det är svårt att blåsa upp ballongen eftersom flaskan är full med luft som håller emot.)
Ännu en variant är att ha två flaskor, var och en med en ballong krängd över mynningen. I den ena flaskans botten har läraren gjort ett litet hål, men detta påpekas inte för eleverna. De ska försöka blåsa upp ballongerna så att de tar en större och större plats i flaskan, beskriva resultatet och försöka förklara det!
blås!
(Nu går det att blåsa upp ballongen i flaskan med hål i botten. En del av luften i flaskan trängs ut genom hålet och då tar den inte emot.)
blås!
litet hål
71
11
Evolution genom naturligt urval År 1990 hade rymdsonden Voyager 1 nått utanför Plutos bana. På initiativ av astronomen Carl Sagan riktades dess kamera mot jorden och ett foto togs av vår planet.61 Det visar en liten ljus punkt omgiven av en väldig rymd. Vårt klot framstår som ett dammkorn i kosmos. Fotografiet har blivit berömt. Det brukar omtalas som the pale blue dot och har inspirerat till många reflexioner. Carl Sagan säger bland annat: Jorden är den enda värld vi känner till som inhyser liv. Det finns ingen annan stans, åtminstone i en nära framtid, dit människosläktet kan utvandra. Besöka, ja. Kolonisera, ännu inte. Vare sig vi vill eller inte är jorden för tillfället det enda ställe där vi har vår plats.62
Jag tycker att fotografiet ger ett perspektiv på skolans biologiundervisning. Det manar oss att vara varsamma med allt liv och att bygga kunnande om dess förutsättningar och former. I dag vet vi en hel del om detta. Livet antas ha börjat för cirka fyra miljarder år sedan. Nästan 3,5 miljarder gamla mikroorganismer är fossilt bevarade. Bland annat studier och datering av fossil har lett till kunskaper om hur livet utvecklats från enklare former till dagens mångfald av arter.
Livets kontinuitet Livet har hela tiden varit kontinuerligt. Om kontinuiteten upphör kan det inte återuppstå på nytt. Om alla organismer av en viss art dör är arten borta. Att vänta tills evolutionen eventuellt återskapar arten är knappast ett realistiskt alternativ. Därför är det motiverat att i undervisningen gå närmare in på hur livets kontinuitet upprätthålls – från dag till dag, från generation till generation, från begynnelse till nutid. 61 Om man skriver in pale blue dot i en sökmotor på internet så får man olika möjligheter att se och läsa om fotografiet, t.ex. på Wikipedia. 62 Sagan, 1997.
153
teorier i det naturvetenskapliga klassrummet Organismer lever från dag till dag, och dagarna läggs samman till längre tidsperioder. Denna kontinuitet upprätthålls av alla de biokemiska reaktioner som försiggår i organismen. Livet bevaras också från generation till generation. Ägg och spermie förenas i en ärtblomma (befruktning), en ärta bildas, den sås, gror, växer och blommar varefter befruktning åter äger rum. Ärtväxten har då genomgått en livscykel och en ny har påbörjats. Med en cykel menas en process som gång på gång återvänder till ett utgångsläge. Ärtväxtens livscykel börjar med befruktning i blomman och är tillbaka till detta utgångsläge då ny befruktning sker. Människans livscykel omfattar på samma sätt hela perioden från det befruktade ägget och den nybildade lilla människan till dess att denna i sin tur blir vuxen och genom parning ger upphov till en ny individ. Ärtväxten och människan i våra exempel är dock inte helt och hållet tillbaka på ruta ett efter en livscykel. Den ärta och den nya människa som inleder en ny livscykel är genetiskt annorlunda. Mutationer kan ha skett i de könsceller som förenas och utgör början på en ny individ. Omkombinationer av genetiskt material sker vid befruktning. Tack vare processer som dessa finns en variation i ärftliga egenskaper i en population, vilket är en förutsättning för evolution. Livet bevaras under lite längre tidsperioder genom mikroevolution. Förändringar i omgivningen kan vara ett hot mot en arts överlevnad. Men om det i en population finns individer med ärftliga egenskaper som är fördelaktiga i den nya miljön kan de överleva och fortplanta sig. De får större reproduktiv framgång jämfört med individer med mindre fördelaktiga egenskaper. Avkomman ärver föräldrarnas egenskaper vilket gör att dessa blir mer och mer företrädda i populationen under generationernas gång. På grund av omständigheter i miljön sker det alltså en selektion, eller ett naturligt urval, av egenskaper som är fördelaktiga i den givna miljön. Detta kallas evolutionär anpassning. Det är populationen som evolverar, inte individerna. Ett exempel på mikroevolution hämtar vi från England. Det handlar om hur björkmätaren (Biston betularia) förändrats. Den förkommer i två former. Den ena är ljus till färgen och har en spräcklig teckning, den andra är svart. I omgivningar med ljusa, lavatäckta trädstammar förkom nästan enbart den ljusa formen. Då de satt på stammarna var de svåra att upptäcka för hungriga fåglar. De svarta syntes tydligt och blev infångade. Men under den industriella revolutionen täcktes trädstammarna av sot. Då blev de ljusa björkmätarna i stor utsträckning uppätna, under det att chansen för överlevnad och förökning bland de svarta ökade betydligt. 154
11. Evolution genom naturligt urval Härigenom ökade successivt andelen svarta björkmätare i populationen. Ett annat exempel på mikroevolution är uppkomsten av antibiotika resistenta bakteriestammar. Mekanismen för detta är att ett antibiotikum slår ut alla bakterier i en population utom en mindre del med motståndskraftiga individer. Dessa förökar sig och avkomman ärver motståndskraften. Det leder efterhand till en population som det använda antibiotikumet inte rår på. Det naturliga urvalet upprätthåller också livets kontinuitet från begynnelse till nutid. Nu handlar det om att alltmer komplexa arter under cirka fyra miljarder år har utvecklats fram till dagens stora biologiska diversitet. Detta kallas makroevolution. Tidsrymden är nästan ofattbar. Charles Darwin (1809–1882) påpekade att huvudskälet till vår naturliga ovilja att medge att en art har gett upphov till en annan art är att vi alltid motvilligt erkänner stora förändringar som vi inte kan följa steg för steg … Det är omöjligt för förståndet att fatta den fulla innebörden av hundra miljoner år: det kan inte sätta samman och föreställa sig den samlade effekten av många små variationer som ackumulerats under ett nästan oändligt antal generationer.63 Tabell 11.1. Några ”milstolpar” i livets makroevolution. händelse
Hur många år sedan?
Jorden bildas Organismer börjar bildas Eukaryotiska celler bildas (det vill säga, celler som har en kärna och organeller) Kambriska explosionen; en mångfald flercelliga djur uppträder. De första däggdjuren uppträder Dinosaurierna dör ut Hominider (Homo habils) uppträder
4,6 miljarder 4 miljarder 2 miljarder 500 miljoner 200 miljoner 65 miljoner 2 miljoner
Som framgår har halva livets tid på vårt klot gått åt till att bilda celler med kärna och organeller.
63 Darwin, 1859, s. 499. Citerad av Catley och Novick, 2009 (min översättning).
155
Teorier i det naturvetenskapliga klassrummet Björn Andersson
Att skapa och använda teorier är kärnan i naturvetenskapen. Teorierna är redskap för individens vetgirighet, samhällets kunskapsbygge och utgör grunden för den tekniska utveckling som förändrat våra liv under de senaste århundradena. För att elever ska lära sig att använda dessa teoretiska red skap krävs undervisningsmetoder där problemlösning, argumentation och diskussion står i centrum. Den här boken belyser hur man kan undervisa om teorier i skolans natur vetenskap. Den består av fyra delar där den första behandlar kommunika tion och lärande. I den andra diskuteras utförligt undervisning av centrala teorier, bland dem en kvalitativ partikelteori för faser och fasomvandlingar och teorin om evolution genom naturligt urval. I den tredje delen ger för fattaren exempel på hur det kunnande som redovisats i tidigare delar kan förmedlas till elever i form av berättelser. Två av dessa ingår i boken. Ytter ligare fem kan laddas ner från nätet. Den sista delen är en problemsamling. Boken vänder sig till blivande och verksamma lärare i grundskolan och gym nasiet, till lärarutbildare och andra med intresse för undervisning och läran de i naturvetenskap.
Björn Andersson är professor emeritus vid Göteborgs universitet med inriktning mot de naturveten skapliga ämnenas didaktik.
ISBN 978-91-40-68121-8
9 789140 681218