Artikel om Biospets i LMNT-nytt

Transcription

Artikel om Biospets i LMNT-nytt
Bioteknik som den röda tråden på det
naturvetenskapliga biospetsprogrammet
Hur kan man utveckla gymnasiets naturvetenskapliga program till något ännu bättre?
Detta är en artikel om hur spetsutbildningen i bioteknik utvecklades på Katedralskolan i Uppsala,
från den första tanken om vad vi tycker att en naturvetenskaplig utbildning skall innehålla, till att bli
tilldelade Ingvar Lindkvistpriset av Kungliga Vetenskapsakademin i mars 2012. Vetenskapsakademins prismotivering var: ”Mats Hansson och Mia
Pontoppidan, Katedralskolan i Uppsala, tilldelas
Ingvar Lindqvistpriset i kemi/biologi för deras utveckling av en nationell spetsutbildning i bioteknik
baserad på områdets tvärvetenskapliga natur. De
visar att det genom att kombinera kunskaper inom
kemi, biologi och matematik är möjligt att förstå
den moderna molekylära biologin.”
Tankarna innan – planeringen och
arbetsformerna
En av tankarna från skolverkets sida med spetsutbildningar i gymnasieskolan är att elever ska kunna
läsa universitetskurser redan under gymnasieåren.
För att detta ska vara möjligt krävs en genomtänkt
timplan. Bra naturvetare får man inte bara genom
kurser som ger faktakunskaper, utan också genom
att förstärka det naturvetenskapliga arbetssättet i
samband med laborationer och andra praktiska
undersökningar. Vi önskade också att stor vikt
skulle läggas vid kontakter med universitet och
yrkesliv under hela gymnasietiden. I arbetet har vi
modifierat timplanerna och innehållet i kurserna för
att underlätta ämnesöverskridande samarbete och
öka elevernas övergripande förståelse. Vetenskapligt arbetssätt har fått ett ökat utrymme och kontakter med universitet och näringsliv är återkommande
inslag i utbildningen. Utvecklandet av biospetsutbildningen på Katedralskolan som beskrivs i den
här artikeln gjordes innan Gy11-reformen trädde i
kraft. Programmet har sedan anpassats för att passa
till Gy11.
Planering av programmets kurser
Vad behöver en naturvetare kunna? Vilka kurser
bör vara obligatoriska och vilka moment skall ingå
för att de skall tränas till självständigt tänkande och
problemlösande naturvetare? Matematik är viktigt
inom all naturvetenskap och därför blev matematik
A–E, samt Matematik breddning obligatoriska kurser. Breddningskursen med fokus på statistik och
databearbetning passade utmärkt för samarbete
med de andra naturvetenskapliga ämnena där eleLMNT-nytt 2012:1
Hanna och Mohammad utvärderar sina resultat under
en biologilaboration.
Foto: Anna B. Strömer
verna kunde öva på statistisk bearbetning av sina
egna laborationsdata. Inom de naturvetenskapliga
ämnena ingick naturligtvis fysik A och B, kemi A
och B, samt biologi A och B. Förutom dessa kurser
lästes fyra obligatoriska breddningskurser i kemi
och biologi på 50 p vardera. Dessa kurser var Kemi
breddning/Biokemi och de tre biologibreddningskurserna Mikrobiologi, Genteknik samt Cellbiologi
och Genomanalys. Eftersom det mesta av naturvetenskaplig fortsättningslitteratur förutsätter goda
kunskaper i engelska gjordes även Engelska C obligatorisk. Även Etik och livsfrågor gjordes obligatorisk så att eleverna skulle få utökade möjligheter
till reflektion och etiska ställningstaganden. Dessa
kurser skulle ge eleverna bästa möjliga kunskaper
och maximala meritpoäng.
Övriga arbetsformer och moment
Kurser och faktakunskaper är dock inte allt inom
en utbildning. Under planeringsstadiet kändes det
extra viktigt att få in ytterligare träning på naturvetenskapligt arbetssätt och att bedriva undervisningen kring verklighetsbaserade och problembaserade
teman. På så sätt vet eleverna alltid varför de gör
något och vad de skall ha kunskapen till. Vi har
ofta en tät koppling mellan teori och laborationer.
Vissa laborationer har genomförts i flera steg under
längre tidsperioder med eleverna som medplanerare.
1
Hur kan man presentera allt som finns att välja på
efter avslutad gymnasieutbildning?
Detta kan vi naturligtvis inte ta på oss, men vi kan
presentera ett så varierat utbud som möjligt. Kontakt med universiteten i Uppsala universitet och
Sveriges lantbruksuniversitet, SLU, får eleverna
via studiebesök under kursernas gång, genom att vi
bjuder in forskare till skolan och att vi genomför
hela eller delar av kursmoment på universiteten.
Projektarbetet genomförs som ett samarbete med
SLU där deras doktorander går en doktorandkurs i
handledning samtidigt som de fungerar som handledare för våra elever. Eleverna skriver projektrapporten på engelska och presenterar den muntligt
som en del av kursen i Engelska C.
Förutom kontakten med universiteten har vi ett
utarbetat mentorsprogram i samarbete med bioteknikföretagen i regionen. Detta samarbete koordineras med hjälp av Uppsala Bio, som är bioteknikföretagens samarbetsorganisation. Eleverna får besöka bioteknikföretag under alla sina tre gymnasieår, både i små grupper och i större sammanhang,
och får se företagens olika funktioner. Dessa besök
görs i åk 1 i samarbete mellan biologi och samhällskunskap och i åk 2 och 3 i samarbete med de
naturvetenskapliga breddningskurserna.
Alla dessa kurser och samarbeten med universitet och företag gör att eleverna vet varför de behöver en viss kunskap, vilket ju är grunden till att
motivera eleverna för sina studier. I större projekt
är det viktigt att se till att eleverna hela tiden känner ett stöd från lärarna så att de kan utveckla sina
förmågor under trygga förhållanden och få hjälp
vid behov. Lärare kan också hjälpa och utmana
eleverna till att utvecklas till högre nivåer än de
kan på egen hand.
Några undervisningsexempel
I genomförandet av spetsutbildningen i bioteknik
vid Katedralskolan finns en målsättning att ytterligare lyfta fram det naturvetenskapliga arbetssättet.
Ett exempel på detta är att utforma och omarbeta
laborationerna så att resultaten blir kvantitativa.
Med upprepade mätvärden från undersökningar får
man en bra utgångspunkt för matematisk behandling av resultaten. Matematiska illustrationer av
sådant som spridningsmått ger en bra utgångspunkt
för nyanserade diskussioner. Ibland är en laboration så tidskrävande att det inte går att göra upprepningar. Då kan man låta grupperna lämna in protokoll med sina resultat till läraren som sammanställer en gemensam tabell för hela klassen. Under
kommande lektion kan alla grupper göra en matematisk bearbetning av samtliga resultat. Här presenteras tre undervisningsexempel, ett från varje
årskurs.
I årskurs 1 görs populationsbestämning av antalet individer av Scilla siberica i en park nära Katedralskolan. Grupper av elever räknar antalet individer i en provruta på 1,0 kvadratmeter. Provrutorna
tilldelas eleverna genom en kombination av riktat
och slumpmässigt urval. Resultat från räkningen
samlas in från hela klassen vilket ger ca 40 räknade
rutor i parken som är 3800 kvadratmeter stor. Vi
gör frekvenshistogram, beräknar medelvärde och
standardavvikelse för hela materialet. Det visar sig
vara stor spridning i materialet så hypotesen ”det är
olika populationstäthet i olika delar av parken” formulerar sig själv. Vi prövar hypotesen genom att
dela in parken i olika områden för att se om spridningsmåttet minskar. Undersökningen av detta visar att spridningsmåttet är detsamma för parken
som helhet som för de delar vi studerade. Vi kan
alltså inte stödja hypotesen att populationstätheten
är olika i olika delar av parken enligt vår indelning.
Mohammad, Patrik och Anto diskuterar skogens
ekosystem med sin lärare Mia Pontoppidan.
Foto: Beatrice Lundborg/Scanpix
I åk 1 görs populationsbestämning av antalet individer av
Scilla sibirica i en park nära skolan.
Foto: Mats Hansson
2
LMNT-nytt 2012:1
I årskurs 2 använder vi en motsvarande matematisk bearbetning då vi studerar hur aktiviteten hos
enzymet succinatdehydrogenas påverkas av faktorerna enzymhalt, substrathalt och närvaro av inhibitor. Vi mäter den tid det tar tills metylenblått
har avfärgats. Avfärgningstiderna jämförs och genom att studera spridningsmåttet för hela materialet och jämföra mot spridningsmåttet för grupper
av materialet kan hypoteser prövas. I detta fall
jämför vi spridningsmåttet för avfärgningstiden då
enzymhalten är fördubblad mot spridningen i hela
materialet, spridningen då substrathalten är fördubblad mot spridningen i hela materialet o.s.v.
Genom att jämföra spridningsmåtten kan vi t.ex.
avfärda hypotesen att substrathalten påverkar avfärgningstiden men kan däremot hitta stöd för hypotesen att inhibitorhalten påverkar avfärgningstiden. Genom att använda material från hela klassen
och jämföra standardavvikelsen kan vi alltså göra
en mer nyanserad tolkning av resultaten från
undersökningen av enzymaktiviteten än om varje
grupp hade gjort en egen tolkning.
I årskurs 3 studerar vi aktiviteten hos enzymet
lysozym som eleverna renar fram från hönsäggvita
med hjälp av en katjonbytare i ett separationssystem. Genom att studera aktiviteten kan vi identifiera den aktivaste fraktionen av de som erhålls från
reningen. Innehållet från en fraktion innehållande
lysozym sätts till en kyvett med en uppslamning av
Micrococcus-bakterier. Med spektrofotometern
mäts den optiska densiteten som avspeglas av
grumligheten i uppslamningen. Ju fortare den optiska densiteten minskar desto aktivare var den enzymblandning som tillsattes. Detta kan endast jämföras om vi utnyttjar elevernas kunskaper från Matematik C. Ändringshastigheten för ett visst tidsintervall jämförs och den mest aktiva lysozymfraktionen kan på så sätt identifieras.
Slutord
Med all denna erfarenhet har programmet sedan
anpassats till Gy11 genom att exempelvis flytta
moment till rätt kurs i Gy11. Vi har dock sett det
som mycket viktigt att bibehålla den övergripande
grundtanken som vi hade från början då vi ville
forma duktiga, kreativa och självständigt tänkande
naturvetare.
Med eleven i centrum vill vi avsluta med ett citat
från en elev då hon fick frågan vad hon tycker om
biospetsutbildningen på Katedralskolan:
LMNT-nytt 2012:1
”Vem har inte suttit med sina läxor och undrat
VARFÖR – varför skall jag behöva lära mig det
här? Men så är det inte här! På den här utbildningen vet jag varför, för jag har sett vad man
skall använda kunskapen till utanför skolan, på
både universitet och företag.”
Amanda, NV10S
Mats Hansson
Mia Pontoppidan
Katedralskolan i Uppsala
Ingvar Lindqvistpristagare 2012
Mia Pontoppidan
Mats Hansson
Foto: Bo Pontoppidan
Foto: Expressbild
3