Biologi i skola och lärarutbildning

Nationellt resurscentrum för biologi och bioteknikUppsala 1 april 2019

Niklas GerickeProfessor naturvetenskapernas didaktik

Karlstads universitet

Vad ska vi undervisa om i NO och biologi?

‘Big ideas’ i naturvetenskapenIdeas of science1) All material in the Universe is made of very small particles.2) Objects can affect other objects at a distance.3) Changing the movement of an object requires a net force to be acting on it.4) The total amount of energy in the Universe is always the same but energy can be transformed when things change or are made to happen.5) The composition of the Earth and its atmosphere and the processes occurring within them shape the Earth’s surface and its climate.6) The solar system is a very small part of one of millions of galaxies in the Universe.7) Organisms are organised on a cellular basis.8) Organisms require a supply of energy and materials for which they are often dependent on or in competition with other organisms.9) Genetic information is passed down from one generation of organisms to another.10) The diversity of organisms, living and extinct, is the result of evolution.

Ideas about science11) Science assumes that for every effect there is one or more causes.12) Scientific explanations, theories and models are those that best fit the facts known at a particulartime.13) The knowledge produced by science is used in some technologies to create products to serve human ends.14) Applications of science often have ethical, social, economic and political implications.

(Harlen 2010)

‘Big ideas’ i naturvetenskapenIdeas of science1) All material in the Universe is made of very small particles.2) Objects can affect other objects at a distance.3) Changing the movement of an object requires a net force to be acting on it.4) The total amount of energy in the Universe is always the same but energy can be transformed when things change or are made to happen.5) The composition of the Earth and its atmosphere and the processes occurring within them shape the Earth’s surface and its climate.6) The solar system is a very small part of one of millions of galaxies in the Universe.7) Organisms are organised on a cellular basis.8) Organisms require a supply of energy and materials for which they are often dependent on or in competition with other organisms.9) Genetic information is passed down from one generation of organisms to another.10) The diversity of organisms, living and extinct, is the result of evolution.

Ideas about science11) Science assumes that for every effect there is one or more causes.12) Scientific explanations, theories and models are those that best fit the facts known at a particulartime.13) The knowledge produced by science is used in some technologies to create products to serve human ends.14) Applications of science often have ethical, social, economic and political implications.

(Harlen 2010)

”Big ideas in science” – NH standards (2007)

1. Systems; 2. Models; 3. Constancy or Stability; 4. Change; 5. Evolution; 6. Scale.

Varför ska man lära sig naturvetenskap?

• Nyttoargumentet

• Ekonomiargumentet

• Kulturargumentet

• Demokratiargumentet

(Sjöberg 2000)

Två olika syften med naturvetenskaplig utbildning

• Grund för vidare utbildning i naturvetenskap och teknik (Roberts Vision 1)

• Grund för allmänbildning – Scientific literacy (Roberts Vision 2)

(Roberts 2007)

Vad är naturvetenskaplig kunskap i skolan?

Kunskap i att praktisera naturvetenskap

Kunskap i naturvetenskap

Kunskap om naturvetenskap

(NOS)

(Hodson 1993)

Mål för biologiämnet – LGR 11

Genom undervisningen i ämnet biologi ska eleverna sammanfattningsvis ges förutsättningar att utveckla sin förmåga att• använda kunskaper i biologi för att granska information, kommunicera och ta

ställning i frågor som rör hälsa, naturbruk och ekologisk hållbarhet,• genomföra systematiska undersökningar i biologi, och• använda biologins begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara

biologiska samband i människokroppen, naturen och samhället.

Mål för biologiämnet – LGY 11

Undervisningen i ämnet biologi ska ge eleverna förutsättningar att utveckla följande:• Kunskaper om biologins begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder samt

förståelse av hur dessa utvecklas.• Förmåga att analysera och söka svar på ämnesrelaterade frågor samt att identifiera,

formulera och lösa problem. Förmåga att reflektera över och värdera valda strategier, metoder och resultat.

• Förmåga att planera, genomföra, tolka och redovisafältstudier, experiment och observationer samt förmåga att hantera material och utrustning.

• Kunskaper om biologins betydelse för individ och samhälle.• Förmåga att använda kunskaper i biologi för att kommunicera samt för att granska

och använda information.

Vad är naturvetenskaplig kunskap i skolan?

Kunskap i att praktisera naturvetenskap

Kunskap i naturvetenskap

Kunskap om naturvetenskap

(NOS)

(Hodson 1993)

Hur skall man organisera lärarutbildningen – en fråga om fokus

Integrerat i ämnet – ämnesdidaktiskt perspektiv

Lärarhögskola –allmändidaktiskt eller pedagogiskt perspektiv

Hur skall man organisera lärarutbildningen – exemplet Karlstads universitet; ämnesdidaktiskt fokus

Lärarutbildningen

Fakulteten Humaniora & Sam.vet.

Fakulteten för hälsa, natur vet.

Och teknik

Hur skall man organisera lärarutbildningen – ett ämnesdidaktiskt fokus

Lärarutbildningen

Fakulteten Humaniora & Sam.vet.

Fakulteten för hälsa, natur vet.

Och teknik

SMEER

SMEER

The Centre of Science, Mathematics and Engineering Education Research

https://www.kau.se/en/smeer

Hur skall man organisera lärarutbildningen – en fråga om fokus

Integrerat i ämnet – ämnesdidaktiskt perspektiv

Lärarhögskola –allmändidaktiskt eller pedagogiskt perspektiv

DIDAKTIK

• Didaktik – Undervisningens och inlärningens teori och praktik• Kan man lära sig något utan ett innehåll?

– Ämnesdidaktik– Fagdidaktikk– Fachdidaktik– (Subject Education)

Naturvetenskapernas didaktik – Science Education

• Biologididaktik - Biology Education• Fysikdidaktik - Physics Education• Kemididaktik - Chemistry Education• (Teknikdidaktik) - Technology Education / Engineering Ed.• (Matematikdidaktik) - Mathematics Education

De didaktiska frågorna…

•Vad

•Hur

•VarförSyn på ämnetSyn på den lärande individen

Metodik

ÄmneInnehåll

•NärI vilken årskurs

Den didaktiska triangeln

(adapted from Develay 1992; Clémont 2010)

KNOWLEDGE TEACHER

LEARNER

didactical contractconceptions

didactisationof knowledge

Skolämnet (lärarutbildningen) – i skärningspunkten mellan beprövad erfarenhet, politik och forskning

• Praktikerperspektivet• Ideologisktperspektivet (kursplaneperspektiv)• Forskningsperspektivet

IpFp

Pp?

?

?

Relationen mellan perspektiven?

Naturvetenskap vs. naturvetenskapernas didaktik

Pedagogical Content Knowledge (PCK)

(Shulman 1986)

curriculum teorier

Viktig princip för ämnesdidaktik?

• Skolans naturvetenskap är inte en ”miniatyr av akademins naturkunskap”

• Mycket av didaktisk forskning syftar till att belysa dessa skillnader

Didaktisk transposition

Scholaryscientificknowledge (1)

Scientific knowledge actually taught (3)

Scientific knowledge to be taught (2)

Learnt scientific knowledge (4)

Didactical Research has to account for all the stepsof the didactic transposition

(Bosch et al. 2005)

A science textbook for girls, another for boys (11-12 years old)(Classiques Hachette, 1959, Applied Sciences for rural schools)

(Clément 2011)

(Clément 2011)

(Clément 2011)

K, V, P

K, V, P

K, V, P

K, V, P

K, V, P

K, V, P

CONCEPTIONS of- Scientists, leaders, groups

- Medias (Journals, TV, ...)

-Main actors of the school system

- Authors & Editors

-Teachers

-Learners

DIDACTIC SITUATION=ENVIRONMENT OF LEARNING

DIDACTIC TRANSPOSITION- REFERENCES

- Different levels of science popularization

- Curricula & syllabuses

-Texbooks & other tools

-What is taught

- What is learned

(Clément 2004, 2006)

Didaktisk transposition • Human evolution

(Clément 2011)

Två världar i biologiundervisningen

Fenomenvärlden

Modellvärlden (teori)

Vad är en gen?

34

En gen definieras utifrån fyra fenomen:

- genetic transmission (inheritance of traits from one generation to the next),

- genetic recombination (generating new combinations of traits),

- gene mutation (changes in DNA that generate new traits), and

- gene function (how the gene influences traits)

35(Portin 1993)

En gen definieras utifrån fyra fenomen:

- genetic transmission (inheritance of traits from one generation to the next),

- genetic recombination (generating new combinations of traits),

- gene mutation (changes in DNA that generate new traits), and

- gene function (how the gene influences traits)

36(Portin 1993)

En gen kan beskrivas på olika sätt– epistemologiska problemet

37

En gen kan beskrivas på olika sätt– epistemologiska problemet

38

Genetik är ett komplext ämne- Flera av modellerna (mendelsk, klassisk) kan lätt

uppfattas som deterministiska- De olika modellerna är inte helt överförbara till

varandra (begreppsmässigt motstridiga)- Om de kombineras (alla organisationsnivåer

överbryggas) uppstår en genetisk deterministisk förklaring

39

Hur ser det ut i läroböckerna?

40(Gericke & El Hani 2018)

Vilken förståelse av genfunktionen förmedlas i läroböcker?

2019-04-05 41

(Gericke & Hagberg 2010)

Hur ser det ut i svenska läroböcker?

Spira Biologi 1, s. 61

42

Hur ser det ut i svenska läroböcker?

Weldon originalbild (1902)

43

Didaktisk transposition

Didaktisk transposition

Scholaryscientificknowledge (1)

Scientific knowledge actually taught (3)

Scientific knowledge to be taught (2)

Learnt scientific knowledge (4)

Didactical Research has to account for all the stepsof the didactic transposition

(Bosch et al. 2005)

Vad blir biologiämnet i skolan

Kunskap i att utföra biologi

Kunskap om biologi/naturvetenskap

(NOS)

Kunskap i biologi

Vad blir biologiämnet i skolan

Kunskap i att utföra biologi

Kunskap om biologi/naturvetenskap

(NOS)

Kunskap i biologi

Vad är biologiämnet i skolan

Kunskap i att utföra biologi

Kunskap om biologi/naturvetenskap

(NOS)

Kunskap i biologi

Vad är biologiämnet i skolan

Kunskap i att utföra biologi

Kunskap i biologi

Vilka konsekvenser kan det innebära?

Kunskap i att utföra biologi

Kunskap i biologi

Skolvetenskap

Naiv positivism – Genom observationer och experiment får eleverna tillgång till den kunskap som de behöver.

I skolvetenskapen smälter fenomenvärlden ihop med

modellvärlden till den naturvetenskapliga sanningen

Fenomenvärlden

Modellvärlden

Arv och miljö

52(Clément & Castéra 2013)

Genetik vs Epigenetik

53

Didaktisk transposition

Scholaryscientificknowledge (1)

Scientific knowledge actually taught (3)

Scientific knowledge to be taught (2)

Learnt scientific knowledge (4)

Didactical Research has to account for all the stepsof the didactic transposition

(Bosch et al. 2005)

Vilken förståelse av genfunktionen förmedlas i läroböcker?

55(Clément & Castéra 2013)

Vilken förståelse av genfunktionen förmedlas i läroböcker?

2019-04-05 56

(Gericke & Hagberg 2010)

Vilken förståelse av genfunktionen förmedlas i läroböcker?

57BIOHEAD - Stor europeisk studie med 16 länder

Vad skulle kunna förmedlas

2019-04-05 58

Epigenetik - mekanismer

59

https://www.youtube.com/watch?v=eEZHxVqh2IE (Chaturvedi & Tyagi 2014)

Epigenetiska mekanismer

DNA metylering Histonmodifiering

Epigenetik är länken mellan arv och miljö

• Epigenetik handlar om att öppna upp eller stänga av gener, dvs. epigenetiska mekanismer reglerar genaktiviteten.

• Genaktiviteten bestämmer vilka proteiner som bildas och även hur många av ett protein.

• Det är proteinerna som sedan i sin tur fungerar som byggstenar eller enzymer för vidare processer som leder till olika egenskaper.

• Epigenetiska förändringar är reversibla till olika grad.• De epigenetiska förändringarna skapar ett ”cellminne” över i vilken

miljö en cell och/eller cellens föregångare befunnit sig i tidigare.

Arv och miljö

62(Clément & Castéra 2013)

Hur skall man organisera lärarutbildningen – en fråga om fokus

Integrerat i ämnet – ämnesdidaktiskt perspektiv

Lärarhögskola –allmändidaktiskt eller pedagogiskt perspektiv

Naturvetenskapernas didaktik - mångvetenskap

Viktiga tidskrifter

• Journal of Research in Science Teaching (NARST)• Science Education• International Journal of Science Education (ESERA)• Research in Science Teaching (ASERA)• Research in Science & Technology Education• Science & Education (IHPST)• Studies in Science Education• ”Handbook in Science Education”• Environmental education Research (ECER, AERA)• Nordina (Nordic Studies in Science Education) (NFSUN)• Journal of Biological Education (ERIDOB)• Journal of Chemistry Education (ECRICE)• Journal of Physics Education

Viktiga konferenser

• Journal of Research in Science Teaching (NARST)• Science Education• International Journal of Science Education (ESERA)• Research in Science Teaching (ASERA)• Research in Science & Technology Education• Science & Education (IHPST)• Studies in Science Education• ”Handbook in Science Education”• Environmental education Research (ECER, AERA)• Nordina (Nordic Studies in Science Education) (NFSUN)• Journal of Biological Education (ERIDOB)• Journal of Chemistry Education (ECRICE)• Journal of Physics Education

Tack för att ni lyssnade!