Undervisning och lärande i naturvetenskapliga ämnen har studerats länge och har visar stora framsteg ända sedan 1970-talet. De flesta studier har diskuterat relationerna mellan studenter och vetenskapliga begrepp. Studier om missuppfattningar (eng. misconceptions) i naturvetenskaplig undervisning och sätt att övervinna dem (eng. conceptual change), har genererat diskussioner under lång tid och påverkat studier fram till idag. Många av dåtidens mål var inriktade på att förutse lärarnas arbete, för att förbättra undervisnings- och lärandeprocesserna. "Begreppsförändring" blev i stort sett synonymt med ’lärande’ i naturvetenskapliga ämnen. Kanske denna utveckling kan kännas igen, även i andra ämnen. Med tiden utvecklades synen på begreppen. En av förändringarna presenteras i artikeln "Why the covalent bond is such a complex concept: a conceptual profile proposal" i International Journal of Science Education som en utveckling till något som kallas begreppslig profil. Det innefattar att en individ kan ha mer än ett sätt att tala och mer än ett sätt att tänka för att representera världen, vilket i sig drivs av sammanhanget. Detta sätt att se på begrepp öppnar upp för att börja fundera över hur begrepp kan användas i olika sammanhang och hur det påverkar betydelsen. Författarna till studien (Baltieri, Bego, och Cebim) ville därför ta sig an ett begrepp som inte var så väl studerat. Först funderade de på kemisk bindning, men det visade sig vara för brett begrepp inom högre utbildning. De landade därför på kovalent bindning, det vill säga hur atomer hänger ihop och bildar en molekyl.
Fördelarna var flera. För det första är det ett centralt begrepp inom kemi. För det andra har den flera betydelser, såsom elektrondelning, överlappning av orbitaler och valensbindning. Slutligen innebär kovalent bindning termer som lätt blandas med vardagsspråk, som tanken att elektrondelning är något som är likvärdigt att utföra.
Tre olika sätt närma sig begreppets användning och innebörder
För att förstå begreppet utförde författarna tre olika studier. Den första var en historisk granskning, De följde ”kemisk bindning” och ”kovalent bindning” genom vetenskapens historia för att kunna presentera en omfattande bild av användningen av dessa begrepp genom århundradena. Sedan gjorde de en systematisk genomgång av studier om studenters missuppfattningar om ”kovalent bindning”. Det tredje kompletterande steget var undersökning av nuvarande studenters uppfattningar om begreppet och hur de kunde kartläggas gentemot de två tidigare studierna. Studenter på 3:dje året i en grundutbildning i kemi, på ett brasilianskt universitet, blev inbjudna att delta i forskningen. De fick besvara tio frågor i ett frågeformulär om kovalent bindning med frågor som till exempel ”Vad är kemisk bindning?” eller ”Vad är kovalent bindning?”. Författarna betonar vikten av hur enkätanalysen kunde genomföras med större kunskap om begreppet än vad de hade i början av studien, tack vare den historiska granskningen och detaljerade studier av missuppfattningar.
Utveckling av begreppslig profil
Resultatet blev en semantisk matris över begreppet kovalent bindning med 19 olika betydelser. Denna matris omvandlades till fyra betydelsebärande zoner till en begreppslig profil:
- Urskillningslös anslutning (eng. indiscriminate connectivity) — studenten föreställer sig atomer eller molekyler som är ”ihop” utan någon korrekt urskiljning av hur det händer,
- stabiliserande attraktivitet (eng. stabilising attractiveness) — studenter kan beskriva begreppet kovalent bindning mer detaljerat men i termer av attraktion mellan atomerna,
- lokaliserad kvarvarande (eng. localised remnant) — kovalent bindning beskrivs inte bara som en process med attraktionskrafter, utan också med balanserande frånstötande krafter,
- systematisk delokalisering (eng. systematic delocalisation) – begreppet frikopplas från en lokaliserad och riktad natur och den elektroniska strukturen grundas i en mer teoretisk förståelse.
Baserat på studien menar författarna att det är möjligt att identifiera hur ett begrepp som kovalent bindning, vanligtvis enkelt och väldefinierat i kemi, kan vara komplext i undervisnings- och lärandeprocesserna. Lärare i detta ämne bör vara medvetna om att undvika en okritisk användning av begreppet, eftersom det ibland är strikt bundet till en modell eller teori, ibland används i andra sammanhang med andra betydelser. Den begreppsliga profilen kan därför användas för analys av de egna föreläsningarna och hur begreppet används och profilen kan användas till planering av undervisning. Utifrån de här fyra profilerna kan vi också bedöma studenters förståelser och kanske också hur läroböcker använder begreppet. Studien bidrar till diskussioner om hur vi förklarar innehåll som begrepp i kemiundervisning (men även andra naturvetenskapliga ämnen), med hänsyn till begrepps mångtydighet och hur utveckling i studenternas lärande kan se ut i relation till detta.
Kommentar: Den här studien ger en fin inblick i hur komplexa begrepp egentligen kan vara för studenten, i undervisningen. Som lektor befinner man sig i ett sammanhang, där innebörder ofta är självklara och där man också kan växla mellan innebörder beroende på vad man vill fokusera. Men för studenten är det inte alls lika självklart. De möter också många olika sammanhang genom de olika kurserna ett utbildningsprogram består av. Men hur ska jag då egentligen undervisa komplexa begrepp? Ja, det finns det ju inget enkelt svar på. Annan forskning visar just också på denna brist i vår kunskap, mellan hur vi förstår missuppfattningar med mera och hur vi sedan kan tillämpa den förståelsen i vår undervisning. Men ett första steg är ändå att som lärare bli medveten om den komplexitet studenten kan möta i sin utbildning. Ett nästa steg kan vara att diskutera med sina kollegor om hur de undervisar om begreppet.
Text: Veronica Flodin, Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik
Nyckelord: kemi, naturvetenskaplig undervisning, begrepp, begreppsförståelser
