Slumpen är det svåraste att förstå om evolutionen

Hur kan visualisering göra det lättare för elever att förstå evolutionen? Det har forskare vid Linköpings universitet undersökt i ett samarbete med forskare i Tyskland. Samtidigt har de också tittat på hur man kan förstå hur elever tänker kring evolutionen och vad eleverna kan.

Silhuetter från apa till man Traditionellt utgår pedagoger ofta från det som är bekant och från människan när man undervisar om evolutionen, för att skapa intresse. Forskare visar att elever bättre förstår slumpens betydelse i evolutionen när evolutionen diskuteras med bakterier som exempel. iStock.com/00Mate00

Biologiska evolutionen är en komplex process som kan vara svår att förstå. Andreas Göransson är doktorand och forskar på lärande och undervisning inom naturvetenskap och teknik, med inriktning mot visuellt lärande och kommunikation. Han visar i en ny publikation att det svåraste för elever att förstå om evolutionen är att slumpen är det som orsakar nya egenskaper.

– Många tycker att det är onaturligt att slumpen ligger bakom detta, det känns inte intuitivt, Det vanligaste missförståndet i hur evolutionen fungerar är att en organism känner av ett behov av förändring i en miljö och sedan anpassar sig till den nya livsmiljön.

Forskningsprojekt om tröskelbegrepp

Andreas Göranssons forskning är en del av ett projekt där man vill utforska hypotesen att en viss sorts begrepp som är viktiga för evolutionsförståelsen blivit bortglömda, så kallade tröskelbegrepp. Det kan handla om slump och sannolikhet och saker som är för små för att se men som ändå spelar stor roll. När elever väl förstår innebörden av dessa så har de en djupare förståelse av ämnet. Det finns vissa nyckelbegrepp som pedagoger ofta fokuserar på i undervisningen av evolutionen, till exempel att det finns variation mellan individer eller organismer, att olika organismer har olika chans att överleva och fortplanta sig och så vidare. Men tröskelbegrepp har inte studerats särskilt mycket i det här sammanhanget. Forskare har tagit för givet att elever kan eller förstår. 

Foto Thor BalkhedFör att jobba med mer abstrakta och svårtillgängliga tröskelbegrepp startade forskargruppen ett samarbete med forskare på ett pedagogiskt institut för naturvetenskap i undervisning, i Kiel, Tyskland. De tittade också på hur visualisering kan användas för att tydliggöra tröskelbegrepp. Det blev ett femårigt samarbetsprojekt, finansierat av Vetenskapsrådet och vars delresultat nyligen blivit publicerade i tidskriften Life Sciences Education.

Forskarna gav tyska och svenska högskolestudenter i uppdrag att resonera omkring evolutionen, sedan analyserade forskningsgruppen deras förklaringar för att undersöka om och hur studenterna använder tröskelbegreppen. Forskarna undersökte också hur mycket tröskelbegreppen finns i visualiseringar av evolutionen.

Tröskelbegreppen kan handla om slump - att den spelar stor roll i evolutionen i uppkomsten av genetisk variation, eller tid - att det är långa tidsskalor. Eller att det är stora rumsskalor, det vill säga från avstånd på molekylär nivå till avstånd på nivå med stora populationer. För att förstå evolution måste man förstå saker ända nerifrån vad som händer i dna och generna upp till hela det globala ekosystemet. Man ser på det som en skala av olika nivåer, så kallade organisationsnivåer. Från gener, proteiner, celler till organismer eller individer, till gruppnivå som populationer av organismer eller arter.

– Tröskelbegreppen har varit dåligt utforskade och inte så betonade i undervisningen. Det kan leda till en hel del missförstånd hos eleverna, menar Andreas Göransson.

Resultaten visar hur ofta studenterna uttrycker de här begreppen spontant. Forskarna analyserade även hur mycket tröskelbegreppen används i samband med undervisning och hur förståelsen förändras när man undervisar med begreppen.

Ungdomar förstår bakteriers evolution bättre än förväntat

En bild från visualiseringen som ska underlätta förståelsen av evolutionen.– När det gäller evolution har det länge hävdats att man i undervisningen ska utgå från det som är bekant och från människan, för att skapa intresse. Därför undervisar man ofta om evolution i skolan i böcker eller filmer utifrån djur och människor. Men evolution gäller allt levande, även bakterier, svampar och växter, säger Andreas Göransson.
Studenterna fick resonera om evolutionen runt tre exempel: gepard, salamander och bakterier. På så sätt kunde forskargruppen analysera vilken roll sammanhanget spelar. Kunde studenterna förklara evolutionen på ett likartat sätt för de olika livsformerna eller såg de det som helt olika saker? Det visade sig att studenterna har svårt att överföra de här delarna av evolution mellan olika exempel eller sammanhang. Forskarna förvånades dock över att frågan om bakterier gav goda resultat jämfört med de andra frågorna när det gäller vissa begrepp som slump. Studenterna resonerade även i högre grad om gener och mutationer kring bakterierna.

– Det var ett spännande resultat. Traditionellt har forskning visat att man inte ska prata om det så tidigt i undervisningen. Det var spännande att det är så olika beroende på vad det är man frågar om, säger han.

Visualisering av slumpen

Nu utvecklar Andreas Göransson och hans kollegor visualisering som till största delen är fokuserad på att lära ut slump. Det har inte gjorts i tidigare visualiseringar av evolution. Tidigare har fokus varit på det naturliga urvalet och på vilka som har störst chans att överleva, inte var variationen kommer från. Med nya verktyg ska forskargruppen visa hur variationen har varit med och slumpat, att miljön inte styr vilka drag som uppkommer.

– Det finns aldrig en superlösning när det gäller lärande. Det är så många faktorer, så komplext. Man kan hitta små saker som kan leda till förbättringar. Det tycker jag är jätteviktigt.

Även om Andreas Göransson främst arbetat med evolution och biologi i fokus kommer visualiseringen av slumpen även att kunna användas inom andra sammanhang, till exempel inom ämnesområden som kemi, samhällsvetenskap, ekonomi eller epidemiologi.

Labbkit till skolor

Forskargruppens arbete handlar också om utveckling av ett uppdrag till NTA, Naturvetenskap och teknik för alla. Många grundskolor i Sverige jobbar med en slags labblåda som lärare får tillgång till för att hålla i laborationer i naturvetenskap och teknik. NTA är ett program för att utveckla lärarnas kompetens och ge stöd i elevers lärande inom naturvetenskap, teknik och matematik genom dessa labblådor. För några år sedan tog Visualiseringscenter C i Norrköping fram de första digitala labblådorna till NTA, om människokroppen och rymden. Andreas Göransson och hans kollegor kommer nu att använda sig av lärdomar från sina forskningsresultat i designutformningen av ett nytt labbkit om genetik och evolution i genteknik.

– Det är ju jättekul att få börja tänka tillämpning av forskningen i praktiskt sammanhang och se att den kan komma till nytta för lärare och elever, säger Andreas Göransson.

Fotnot: Uppdraget med labbkit om genetik och evolution i genteknik till NTA är beställt från Ingenjörsakademin och finansieras av Wallenbergstiftelserna.

Artikel

Conceptual Characterization of Threshold Concepts in Student Explanations of Evolution by Natural Selection and Effects of Item Context
Andreas C. Göransson, Daniel Orraryd, Daniela Fiedler, Lena Tibell (2020)

Andreas Göransson om coronavirus

Här berättar Andreas Göransson om visualiseringen av det nya coronaviruset sars-cov-2 och ger en fördjupning i hur virus fungerar.

KontaktVisa/dölj innehåll

Mer forskning om att lära sig naturvetenskap med visualiseringVisa/dölj innehåll

Senaste nytt från LiUVisa/dölj innehåll