Robert Wahlström

Examenskurs i biologi för lärare: Zoologi 15 hpHT 2012

Institutionen f Biologi och MiljövetenskapGöteborgs universitet

Examinator: Catharina OlssonInstitutionen f Biologi och Miljövetenskap

Göteborgs universitet

Handledare: Kristina SundellInstitutionen f Biologi och Miljövetenskap

Göteborgs universitet

Laborationer inom fysiologioch deras plats i skolan

Beskrivning av två laborationer för gymnasieskolanoch grundskolans senare år, samt problematisering

av laborationer som pedagogiskt metod

2

Innehållsförteckning Abstract ................................................................................................................................................... 3

Bakgrund ................................................................................................................................................. 4

Styrdokumenten .................................................................................................................................. 4

Syfte och frågeställningar ........................................................................................................................ 7

Metod och material ................................................................................................................................. 7

Val av laborationer .............................................................................................................................. 7

Klassrumsgenomförande ..................................................................................................................... 8

Laborationshandledningarna .............................................................................................................. 8

Övrigt ................................................................................................................................................... 8

Teori.................................................................................................... Fel! Bokmärket är inte definierat.

Laborationsteori ............................................................................. Fel! Bokmärket är inte definierat.

Resultat .................................................................................................................................................... 8

En studie i osmos ................................................................................................................................. 9

Utvecklingen av laborationen ......................................................................................................... 9

Teoretisk förklaring till laborationen ............................................................................................... 9

Enzymaktivitet och Q10..................................................................................................................... 11

Utvecklingen av laborationen .................................................... Fel! Bokmärket är inte definierat.

Teoretisk förklaring till laborationen ............................................................................................. 12

Detektion av stärkelse ................................................................................................................... 14

Laborationshandledningarna ......................................................... Fel! Bokmärket är inte definierat.

Diskussion .............................................................................................................................................. 15

Slutsats .................................................................................................................................................. 19

Källor ...................................................................................................................................................... 19

Bilagor .................................................................................................................................................... 21

Bilaga 1 .............................................................................................................................................. 22

Bilaga 2 .............................................................................................................................................. 24

Bilaga 3 .............................................................................................................................................. 25

Bilaga 4 .............................................................................................................................................. 27

3

Abstract The idea with this essay was to design a foundation for building a series of lectures upon, taking origin in practical experiments fitting within the biology courses in Swedish upper secondary school. The purpose of this essay was to design and develop two laborations in biology and to problematize this. The two laborations that were designed treated two different topics; one to show differences in enzymatic reaction rate due to surrounding temperature, and the other to show osmotic movement of water over a semipermeable membrane. By looking at two alternative takes on laborative work, two pedagogic tools for altering the outcome and the didactical purpose of the lessons emerge. In order to fulfill the goal of developing laborations that can be used by teacher, the theories behind the functions in the laborations are described in the essay. The essay ends with a general discussion on what reasoning lied behind the choosing of the laborations, and examples of how to work with the previously presented pedagogic methods when laborating in class. Before the final words some of the more obvious problems that were encountered during the work are discussed. Concluding thoughts involve putting more thought in to the reasons behind the laboration; is the goal to give the students an understanding of the function showed, or should the emphasis lie within the teaching of laborative work? And furthermore, can both be achieved during the same lesson? The emphasis of this essay lies within the labs and theories about how teachers can work more qualitatively with laborations. The laborations are thought to act as an inspiration for teachers or to be used as they are. Tanken med den här uppsatsen var att utforma en grund för att bygga ett lektionspaket på, med ett avstamp i praktiska experiment som passar inom biologikurserna i svenska gymnasieskolan. Syftet med denna uppsats är att utforma och utveckla två laborationer i biologi och att problematisera detta. De två laborationer som utformades behandlade två olika ämnen; en för att visa skillnader i enzymreaktionshastigheten på grund av omgivande temperatur, och den andra för att visa osmotiskt flöde av vatten över ett semipermeabelt membran. Genom att titta på två alternativa upplägg för laborativt arbete utkristalliseras två pedagogiska verktyg för att ändra resultatet och det didaktiska syftet med lektionerna. För att uppfylla målet om att utveckla laborationer som kan användas av lärare är teorierna bakom funktionerna i laborationer beskrivna. Uppsatsen avslutas med en allmän diskussion om resonemanget bakom valet av laborationer, samt exemplifiering av hur man kan arbeta med de två pedagogiska metoder som presenterats tidigare. Slutligen behandlas några av de mer uppenbara problem som uppstod under arbetet. Slutordet innefattar argument för att investera mer eftertanke i de bakomliggande anledningarna för att genomföra laborationer; är det didaktiska målet att lära eleverna om de funktioner som förevisas, eller ligger tyngdpunkten på att lära ut naturvetenskapliga arbetsmetoder? Framförallt; måste det ena utesluta det andra? Tyngdpunkten i denna uppsats ligger inom laborationerna och de teorier om hur lärare kan arbeta mer kvalitativt med laborationer. Laborationerna är tänkta att fungera som inspiration för lärare, eller för att användas som de är.

4

Bakgrund Laborationer är ett pedagogiskt redskap som bygger på att förklara och förenkla olika modeller och teorier med hjälp av praktiska moment, visuella- och fysiska resultat samt spänning och upptäckarlusta. Internet spelar idag en roll som plattform för lärare eller forskare, där man dela med sig av lektionsupplägg och laborationer till kollegor. Några exempel på detta går att återfinna på sidor som Skolkemi (www03.edu.fi), Laborationer i biologi (www.school.chem.umu.se), Magnus Ehinger undervisning (www.ehinger.nu), Bioresurs (www.bioresurs.uu.se) och Bioscience Explained (www.bioscience-explained.org).

Styrdokumenten I de nya styrdokumenten för gymnasieskolan som Skolverket lanserade 2011, poängteras det ytterligare att laborativa arbetsmetoder skall läras ut inom de tre naturorienterande ämnena, biologi, kemi och fysik (Skolverket, 2011a, b & c). Biologi i gymnasieskolan består av två kurser, biologi 1 och biologi 2 (Skolverket, 2011a). I de båda kurserna behandlas olika områden inom biologin och således kan det tolkas som att det inte finns någon direkt progression mellan de två kurserna. Men givetvis kommer kunskaper från kurs 1 att ha betydelse och bli återkopplade till under kurs 2. Då kurs 2 inte är tillgänglig för elever som inte har läst kurs 1 är även det ett tecken på att en viss progression ändå skall finnas mellan de två kurserna. I styrdokumenten för kurserna redovisas innehållet som skall förmedlas till eleverna som centralt innehåll. I biologi 1 utgörs det centrala innehållet av fyra block: Ekologi; Genetik; Evolution och Biologins karaktär och arbetsmetoder (Skolverket, 2011a). I kurs 2 utgörs det centrala innehållet av de tre blocken Cell- och molekylärbiologi, Organismens funktion och Biologins karaktär och arbetsmetoder (Skolverket, 2011a). Rubriken biologins karaktär och arbetsmetoder återfinns i båda kurserna, dock med lite olika innehåll. Detta betyder att momentet står för två av de sammanlagt sju rubrikerna som kurserna skall bestå av, vilket indikerar vilken vikt Skolverkets lägger vid momentet (Skolverket 2011a). Under kurs 1 skall följande moment innefattas inom blocket biologins karaktär och arbetsmetoder:

• Vad som kännetecknar en naturvetenskaplig frågeställning. • Modeller och teorier som förenklingar av verkligheten. Hur de förändras över tid. • Det experimentella arbetets betydelse för att testa, omvärdera och revidera hypoteser,

teorier och modeller. • Avgränsningar och studier av problem och frågor med hjälp av biologiska

resonemang. • Planering och genomförande av fältstudier, experiment och observationer samt

formulering och prövning av hypoteser i samband med dessa. • Utvärdering av resultat och slutsatser genom analys av metodval, arbetsprocess och

felkällor. • Fältstudier och undersökningar inom ekologi inklusive användning av modern

utrustning.

5

• Simulering av evolutionära mekanismer, till exempel naturligt urval. Hur man identifierar organismer. Mikroskopering vid till exempel studier av celler eller celldelning.

• Bearbetning av biologiska data med enkla statistiska metoder. • Användning av genetiska data för studier av biologiska sammanhang. • Ställningstagande i samhällsfrågor utifrån biologiska förklaringsmodeller, till exempel

frågor om hållbar utveckling (Skolverket, 2011a).

Kurs 2 innehåller till viss del många av kurs 1 moment men byter ut några punkter för att vara bättre anpassade till det övriga innehållet i kursen:

• Modeller och teorier som idealiseringar av verkligheten. Modellers och teoriers giltighetsområden samt hur de kan utvecklas, generaliseras eller ersättas av andra modeller och teorier över tid.

• Avgränsning och studier av problem och frågor med hjälp av biologiska resonemang. • Det experimentella arbetets betydelse för att testa, omvärdera och revidera hypoteser,

teorier och modeller. • Planering och genomförande av fältstudier, experiment och observationer samt

formulering och prövning av hypoteser i samband med dessa. Utvärdering av resultat och slutsatser genom analys av metodval, arbetsprocess och felkällor.

• Fysiologiska undersökningar och laborationer inklusive användning av modern utrustning. Enklare molekylärbiologiska metoder. Sterilteknik och odling av bakterier.

• Användning av genetiska data för studier av biologiska sammanhang. • Frågor om religion, etik och hållbar utveckling kopplade till biologins olika arbetssätt

och verksamhetsområden (Skolverket, 2011a).

Detta tyder på att det finns en möjlighet att öka svårighetsgraden på de överlappande punkterna och således har man möjlighet att ha en tydlig progression mellan de två kurserna.

Laborationsteori Den laborativa lektionens pratiska moment, styrs och påverkas av en uppsjö med teorier och funktioner. Lärarens uppgift är bland annat att koppla och belysa de aktuella teorierna till det praktiska momentet som eleven upplever. Genom att få eleven att förstå vad det är den lär sig, kan en djupare förståelse uppnås (Kurtén-Finnäs, 2008). V-diagrammet (se figur 1) utformades under 1980-talet av Bob Gowin som ett verktyg för eleverna för att enklare kunna strukturera upp och organisera sin kunskap under arbetets gång (Kurtén-Finnäs, 2008). V-diagrammet är ett diagram där eleven fyller i information under rubriker för att koppla samman den vänstra sidans förberedande teoretiska del med den högra metodologiska sidan. De olika rubrikerna benämns koncept och kort förklarat innebär de olika koncepten följande: forskningsfrågan i diagrammet representeras av den frågeställning man söker svar på genom laborationen, laborationen i sin tur representeras av händelse/objekt som v:et pekar på. Kurtén-Finnäs (2008) förklarar världsbild som: ”Den består av hennes uppfattning och värderingar och formar det sätt på vilket hon ser på händelser och objekt, vad hon är

6

intresserad av och vill lära sig mer om”. Filosofi, eller epistemologi, beskrivs som den kunskapssyn som leder eleven mot lärandet. Teori är de teorier som styr själva arbetet, men även den tidigare kunskapen som finns inom ämnet som förklarar vad som sker och varför, under den observerade händelsen eller det observerade objektet. Principer liknar en hypotes, det vill säga ett förväntat samband mellan en handling och en händelse. Constructs beskrivs i

Kurtén-Finnäs avhandling som en term som ”beskriver idéer som uttrycker specifika samband mellan begrepp, utan direkt ursprung i händelse eller objekt” (Kurtén-Finnäs, 2008). Sista rubriken på den teoretiska vänstersidan är begrepp som utgörs av termer som spelar en central roll i

förståelsen för händelsen eller objektet. Den högra sidan tar sitt avstamp i efterarbetet efter observationen. Värdemässiga slutsatser beskriver Kurtén-Finnäs som att de innehåller en affektiv komponent. Frågor om resultatens betydelse, och om utfallet kan anses som positivt eller negativt är relaterade till rubriken. De kunskapsmässiga slutsatserna handlar istället om besvarandet av den ursprungliga vetenskapliga frågeställnigen samt kunskapen som medföljder det besvarandet. Transformation är processen då vi omvandlar erhållen data till något mer begripligt genom att på något sätt visualisera den eller tolka den. Ett system för att förändra laborationens utförande är att definiera målet med laborationen med hjälp av en matris. En sådan matris nämner Gruvberg (2008) i sin doktorsavhandling och är avbildad i tabell 1. En beskrivande laborationsstil beskrivs som, den klassiska kokboks-

laborationen där allt är förutbestämt av läraren och eleverna i stort sett kan gissa sig till resultatet redan innan laborationen har börjat. Den undersökande stilen är mer lik en autentisk forskningssituation där undersökningen

är bestämd av eleven och resultatet således inte är känt innan genomförandet. Stil nummer tre går ut på att söka de styrande sambanden i laborationen själv. Den sista stilen,

Figur 1 Diagram för att på ett mer visuellt sätt koppla en praktisk laboration till teorier och naturvetenskaplig arbetsmetod, efter Kurtén-Finnäs (2008)

Tabell 1 Laborationsmatris enligt Gruvberg (2008)

7

problemlösande, ger eleven ett givet problem där de ska utforma metoden för att ta reda på ett svar själva.

Ett annat sätt att illusterera möjligheten att förändra laborationen beskriver Kurtén-Finnäs (2008) med en liknande matris (tabell 2). Här benämns stilarna med ”frihetsgrad” för att illustrera hur mycket inflytande eleven har på laborationens utformning och genomförande. Med givet menas att läraren har delgett eleven de förutsättningar den behöver, eller att resultatet går att räkna ut redan på förhand. Öppet står givetvis för motsatsen, alltså att det är upp till eleven att ta reda på, eller själv bestämma över aspekten. I rutorna givet eller delvis öppet är det upp till läraren att avgöra hur stor frihetsgraden skalla vara för eleverna för att anpassa laborationen för den aktuella klassen eller gruppen. Genom att förändra utformningen på laborationen och variera de olika aspekterna kan således olika didaktiska resultat nås via en variation i metodiken. Slutligen bör det väl nämnas att v-diagrammet med fördel kan varieras även det, genom att lägga till eller ta bort de olika rubrikerna, och sedan kombineras med någon av de tidigare nämnda laborationsstilarna. Syfte Syftet med detta arbete är att utveckla två laborationer inom fysiologi för gymnasieskolan samt belysa olika aspekter kring utvecklandet av dessa två laborationer, så som vilka problem som påträffas, tidsåtgång samt pedagogiska fördelar med att utveckla egna laborationer. Resultatet av laborationerna kommer sedan att diskuteras i förhållande till två teoretiska verktyg, v-diagram och laborationsmatriser, som kan tillämpas vid laborativ verksamhet inom skolan. Avsikten är att de två laborationerna skall vara utformade så att de, på ett kvalitativt sätt kan användas inom undervisning i biologi på gymnasieskolan, därför kommer laborationernas teoretiska bakgrund och förklaring ingå i arbetet. Metod och material Val av laborationer De laborationer som detta arbete fokuserar på valdes genom att styrdokumenten och innehållet i de båda biologikurserna för gymnasiet studerades. Ursprungligen fanns flera tänkbara laborationer att jobba vidare med, men de två som valdes ut ansågs ge ett större pedagogiskt värde genom att exempelvis vara bättre anknutna till kursens innehåll, eller att de fyllde ett större syfte som referensplattform för termer och biologiska funktioner att återknyta

Tabell 2 Tabell över variationer laborationstyper, där frihetsgraden avgörs av hur mycket information som delges eleverna (från Kurtén-Finnäs, 2008)

8

till när man senare skall påvisa mer avancerade funktioner. Samtidigt eftersöktes det hos laborationerna att de skulle fungera bra på ett visuellt och estetiskt plan, det vill säga att det skulle vara fascinerande att titta på och uppleva. Laborationerna valdes även ut ifrån kriteriet att de skulle kunna vävas ihop till ett lektionspaket där de båda skulle ingå, samt att de skulle kunna genomföras med så låg materialintensitet som möjligt. Det vill säga att de skulle vara möjliga att genomföra utan att vara för kostsamma, samtidigt som de inte skulle innehålla några speciella komponenter eller utrustning som är svåra för skolor att få tag på.

Klassrumsgenomförande De färdiga labbarna och laborationshandledningarna testades i en pilotstudie på en gymnasieskola i Göteborgsområdet. Den ansvariga läraren genomförde alla moment samt hade den huvudsakliga dialogen med eleverna.

Laborationshandledningarna Laborationshandledningarna utformades i takt med att utvecklandet av laborationerna framskred. Avsikten med handledningarna var att göra en del till eleverna och en del till läraren där all information för genomförandet av laborationen återfanns. Detta för att ge läraren möjlighet att genomföra laborationen som en förevisningslaboration, men även ges möjligheten att kunna ta bort eventuell information för att anpassa laborationens didaktiska mål.

Utformande av laborationer och laborationshandledning Utformningen av laborationerna gjordes under ca två veckor på Institutionen för Biologi och Miljövetenskap (tidigare Zoologiska institutionen) vid Göteborgs Universitet. Det mesta av allt material som krävdes för att ta fram laborationerna fanns redan i laboratoriet, vilket gjorde jobbet avsevärt mycket lättare. För material och utförande, se resultat. Resultat Laborationerna som utvecklades handlade dels om osmos och semipermeabla membran, och dels om enzymer och enzymaktivitet. Laborationerna relaterar givetvis till det tidigare nämnda centrala innehållet i biologiskursen som benämns biologins karaktär och arbetsmetoder, men även till det övriga innehållet. I kurs två finns stark koppling till laborationernas innehåll under både rubriken cell- och molekylärbiologi där det står att följande skall behandlas under kursen: Celldelars funktion. Livsprocesser och regleringen av dem, till exempel fotosyntes, metabolism och transport över membran. Evolutionärt perspektiv på molekylärbiologi. Men även under rubriken organismens funktion där följande område skall tas upp: Fysiologi hos människan och andra djur. Organsystem och deras uppbyggnad, funktion och samspel. Hormonsystemets och nervsystemets reglering av organismen (Skolverket, 2011a).

9

En studie i osmos

Utvecklingen av laborationen Denna laboration inspirerades dels av olika länkar på internet där viss vägledning erhölls

(www.school.chem.umu.se, www.scienceoffcenter.org, www.science-sparks.com, www.mysciencesite.com ), men även av Thompson och Thompsons bok ”Illustrated Guide to Home Biology Experiments”. Dock upplevdes det som att påvisandet av selektiviteten hos membranet behövdes vidareutvecklas och förtydligas. Skalet på ett ägg löstes upp varpå det skallösa ägget utsattes för destillerat vatten, det vill säga en hypoosmotisk lösning i relation till äggets innehåll, och sedan för hushållssalt (NaCl) löst i vatten, en hyperosmotisk lösning. Gällande koncentrationerna på lösningarna så löstes helt enkelt en ansenlig mängd hushållssalt i vattnet; 40 g per 150 ml H2O d.v.s. en molalitet på ca 4,5 M eller 9000 mOsm, i förhållande till äggets ca 330-35 0mOsm vilket även motsvarar osmolaliteten hos en normal cell. För att påvisa membranets semipermeabilitet användes röd hushållsfärg då detta gav en tydlig rosa färg. Molekylen tillåts inte passage genom membranet på grund av dess storlek (se figur 2).

Teoretisk förklaring till laborationen Osmos är ett passivt flöde av vatten över ett membran från en vätska med låg osmolalitet till en med en högre. Det finns två enheter för att beskriva koncentrationen på vätskor, osmolalitet och osmolaritet. Enheterna ger ett mått på koncentrationen av osmotiskt aktiva ämnen, exempelvis salter eller proteiner, i en viss mängd vatten. Måttet utgörs av antalet lösta ämnen i mol, per mängd H2O mätt i kg. 1 mol av ett ämne löst i 1 kg vatten blir således 1 osmol/kg. Osmolaritet å andra sidan är mol mängden lösta ämnen per liter vatten som betecknas Osm eller mOsm. Värdena för de båda är således väldigt lika men inte identiska. Havsvatten har en osmolaritet på ungefär 1000 mOsm och cellplasma uppgår till ca 300 mOsm (Sherwood, 2005). Under osmos förbrukas ingen energi för att förflytta vattnet. Drivkraften för rörelsen är inte till fullt utredd men beskrivs som en typ av diffusion. Ordinär diffusion drivs av den Brownska rörelsen, som alla molekyler med en temperatur över den absoluta nollpunkten rör sig med, med hjälp av värmeenergi (Sherwood, 2005). Detta är en slumpvis förflyttning som möjliggör krockandet av molekyler i en lösning, vilket i sin tur sprider dessa jämnt i lösningen. Ett område med en hög koncentration av lösta ämnen har alltså en högre frekvens av krockar och sprids således mer än ett område med färre krockar (Sherwood, 2005). Dock har det visat sig att detta inte kan vara den enda kraften som driver osmos, då osmos sker med högre hastighet än vad ren diffusion kan skapa (Sherwood, 2005). Genom osmos eftersträvas isosmolalitet mellan de två åtskilda vätskorna med olika osmolalitet, med isosmolalitet menas alltså att koncentrationen är lika hög på båda sidor av

Figur 2 Strukturformel för rött färgämne; Karminsyra (Från Wikipedia, 2012)

10

membranet. Detta är dock oftast omöjligt, och det som sker är att vatten går från den hyposmotiska lösningen till den hyperosmotiska lösningen varpå ett hydrostatiskt tryck byggs upp på den hyperosmotiska sidan. Denna volymförändring kommer i ett öppet system att höja ytnivån, men i ett slutet system kommer ett tryck att skapas. Båda dessa effekter kommer resultera i att vattenmolekyler trycks genom membranet från den hyperosmotiska lösningen tillbaka till den hyposmotiska. En jämnvikt kommer uppstå då osmosens förflyttning av vatten in i den hyperosmotiska lösningen är lika stor som det hydrostatiska tryckets förflyttning av vatten tillbaka igen (Sherwood, 2005). I organismvärlden förekommer osmos i stor utsträckning. Våra celler innehåller en vattenhaltig del, cytosol, som avgränsas med ett semipermeabelt membran, plasmamembranet, som stänger ute övriga vätskor från cellen. Man skiljer således på vätskan utanför och innanför cellmembranet; intracellulärvätska, ICV, och extracellulärvätska, ECV (Hill et al., 2012). Organismer utsätts ofta för en omgivning som utsätter celler för en osmotisk stress, där omgivningens osmolalitet får vatten att vilja gå in eller ut ur cellerna. Exempel på detta är vattenlevande djur, vare sig det är salt- eller sötvatten, eller vår egen magsäck och tarm. Vatten rör sig kontinuerligt mellan kroppens utrymmen och omgivningen, men organismer kan aldrig aktivt förflytta vatten själv utan lösningen blir istället att aktivt pumpa olika osmolyter, det vill säga salter eller små organiska ämnen, för att tvinga vatten att följa efter då osmolaliteten höjs (Sherwood, 2005). Saltvatten har, som tidigare nämnts, en osmolaritet på ca 1000 mOsm och ICV ungefär 300 mOsm, hur kan då en fisk överleva i saltvatten utan att allt vatten går från cellerna ut i den omgivande miljön? Havslevande fiskar nyttjar den funktionen som nämnts tidigare, det vill säga att de dricker vatten och när saltet tas upp följer vatten med in i fiskens kropp. Genom att ha ett väl utvecklat system för att göra sig av med salt i stora mängder över gälarna så upprätthålls balansen i organismen (Hill et al., 2012). Organismer som utsätts för fluktuerande osmolalitet i deras omgivning kan tillämpa en av två olika strategier; reglering eller konformering. Osmoreglerare reglerar sina kroppsvätskor för att hålla en mer eller mindre konstant osmolalitet och sammansättning av oorganiska joner oavsett om det sker förändringar i omgivningen, medan en osmokonformerare, tillåter sina kroppsvätskor att följa förändringarna i omgivningen (Sherwood, 2005). Osmos fyller även en viktig funktion som skydd mot låga temperaturer. Vissa organismer nyttjar det faktum att en ökande halt av lösta ämnen i vätska, sänker frystemperaturen för lösningen (Hill et al., 2012). Detta är den principen som gör att sötvatten fryser till is innan

saltvatten fryser. En annan lite mer komplex funktion förekommer hos organismer som tillåter sin vävnad att frysa. Det som sker är att ECV innehåller iskärnebildande ämnen vilka inducerar en kontrollerad isbildning i ECV innan de hinner bildas i cellen. Med solidifieringen av vattnet i ECV ökar osmolaliteten i den samma, och som reaktion på detta förflyttas vatten från ICV ut i ECV för att nå isosmos. På så sätt minskar vattenhalten i cellerna och

Figur 3 Ägget efter att skalet lösts upp.

11

osmolaliteten ökar vilket sänker fryspunkten i cellen. Det som sker är alltså att delar av ECV fryser till is, medan cellerna på ett kontrollerat sätt torkas ut och krymper ihop. Slutresultatet blir att ICV har såpass hög osmolalitet att den inte kan bilda iskristaller och skada cellerna (Hill, et al., 2012). Laborationens utgångspunkt är i frågeställningar så som hur fiskar kan leva i saltvatten, varför vi inte kan dricka saltvatten och varför blommor slokar när de inte får vatten. I denna laboration används ett hönsägg för att på ett påtagligt sätt visa hur man genom osmos kan tvinga vatten att röra sig genom ett membran. Det skallösa ägget representerar en cell som innesluts i ett semipermeabelt cellmembran (figur 3), betydande att vatten fritt kan passera över membranet men större, eller laddade molekyler så som salter eller proteiner tillåts inte passage. Genom att placera det skallösa ägget i hypo- eller hyperosmotiska lösningar kan den passiva transporten av vatten över membranet styras och således påverka äggets vikt. Slutligen placeras ägget i en bägare med hushållsfärg i en hyposmotisk lösning, detta för att visa på att vattnet diffunderar in i ägget medan färgmolekylerna inte kan passera membranet utan stannar på utsidan. Sticker man då hål på ägget kommer innanmätet ha sin ursprungliga färg medan membranet har färgats rosa.

Enzymaktivitet och Q10 Laborationen om enzymaktivitet tog avstamp i att jag ville göra en något mer avancerad

laboration. Laborationen utgörs av en sammanslagning av flera laborationer som jag inspirerades av, exempelvis ”Laborationer i biologi” (www.school.chem.umu.se). Upplägget för laborationen var ganska givet; flera prover med samma innehåll som utsattes för olika temperatur behövdes för att visa aktiviteten vid olika exponering, även en kontroll fordrades. Vidare var målet att ha en tydligt urskiljbar infärgning av proverna som var ljusa nog att nyansen tydligt kunde urskiljas utan att bli för ljusa. Det som eftersöktes var således en balans mellan enzymets kcat, halten stärkelse i provet och exponeringstiden. Genom att använda sig av ett kontrollprov, som visar på den maximala nyansen som proverna kan uppvisa, får man en bra referens att jämföra de andra proverna där enzymet har fått bryta ned stärkelsen med för att förtydliga effekten.

Laborationens uppgift var att visa på att enzymer har olika hög aktivitet vid olika temperaturer. Enzymet amylas, som är ett enzym som återfinns i vår saliv som bryter ned stärkelse till enklare sockerarter, tillsätts till provrör innehållandes stärkelselösning varpå de utsätts för olika temperatur. Stärkelsen kommer då att brytas ned med olika hastighet till de mindre beståndsdelarna disackarider, enligt följande formel: ä ( ) + ⟹ + + (Hill et al., 2012).

Stärkelsen kan färgas in med hjälp av en jod-lösning medan nedbrytningsprodukterna inte kan färgas in. Den fria joden i lösningen binder till stärkelsemolekylerna och komplexet får en djupt blå färg. Beroende på halten stärkelse efter enzymets påverkan kommer olika blåa nyanser

Figur 4 Provrör efter behandling.

12

uppstå. En blekare blå där mindre stärkelse kan påvisas, och mörkare blå där mycket stärkelse finns kvar. Figur 4 visar fyra provrör där enzymet har fått verka i ca tio minuter vid olika temperaturer; första röret har stått i is, det andra har stått i rumstemperatur, tredje placerades på ett element där temperaturen var ca +40°C. Sista röret är en kontroll där inget enzym är tillsatt utan det innehåller bara stärkelse- och jodlösning. Sista röret visar alltså den maximala färgtonen lösningen kan ha. Att samtliga rör har en ljusare ton på färgen än vad kontrollen har, visar på att enzymet har varit aktivt i alla rör, även när temperaturen är mycket låg. Titeln på laborationen innefattar termen Q10 för att lämna utrymme till pedagogen att diskutera funktionen efter eget tycke i anslutning till laborationen. Dock har funktionens koppling till laborationen inte utvecklats vidare än att den förklaras i teoridelen nedan.

Teoretisk förklaring till laborationen

Enzymer är proteiner och katalysatorer, det vill säga att genom sin närvaro ökar de reaktionshastigheten för en specifik process, men ingår själv inte i reaktionen (Hill et al., 2012). Enkelt uttryckt kan man beskriva en enzymatisk reaktion som att ett substrat omvandlas till en produkt med hjälp av enzymet eller: + ↔ ↔ ↔ + Där E står för enzym, S för substrat och P för produkt. Således betyder formeln att substratet, det initiala ämnet som ingår i reaktionen, i laborationen är stärkelsen. Enzymet, som i laborationen är amylas, binder till substratet och skapar ett gemensamt enzym-substrat komplex. Enzymet kommer därefter bryta ned substratet, varpå ett komplex innehållande enzymet och produkten bildas. Slutligen delar enzymet och produkten på sig och enzymet kan upprepa processen med en ny substratmolekyl (Hill et al., 2012). Då enzymer är katalysatorer kommer de själva inte att omvandlas i processen utan förblir intakta. För att en reaktion ska kunna ske krävs det att det aktuella substratets aktiveringsenergi överstiger en specifik brytpunkt, substratet går då in i övergångstillståndet, vilket leder till att substratet omvandlas till en produkt. Genom att rätt enzym för den aktuella reaktionen är närvarande kommer brytpunkten för när övergången sker sänkas. Detta illustreras i ett mycket förenklat diagram i figur 5. Y-axeln är energin hos molekylerna och X-axeln tiden för reaktionen. Den röda linjen visar på uppbyggnaden av aktiveringsenergin fram till brytpunkten då övergår processen till övergångstillståndet utan närvaro av enzym. Den blåa linjen representerar samma reaktion men med enzym närvarande, då nås övergångstillståndet vid en lägre energinivå. Den gröna linjen representerar hur mycket av produkten som genereras. I takt med att brytpunkten nås och övergångstillståndet tar vid, kommer substratet omvandlas till produkten och således ökar halten av produkten i takt med reduktionen av substratet (Hill et al., 2012).

Ener

gi

Figur 5 Aktiveringsenergi och övergångstillstånd

Tid

13

Det är flera olika faktorer som bestämmer med vilken hastighet som en enzymatisk reaktion sker. Först och främst är det den maximala omvandlingshastigheten för ett enzym som utrycks kcat och är ett mått på hur många substrat som konverteras till produkt per enzym molekyl och sekund, i en lösning där enzymet är mättat med substrat (Hill et al., 2012). En annan faktor som påverkar reaktionshastigheten är hur benäget substratet är att binda till enzymet. En kollision mellan substrat och enzym behöver inte betyda att de binder till varandra, om affiniteten mellan dem är för låg kommer de studsa från varandra (Hill et al., 2012). Även mängden aktivt enzym som finns tillgängligt i lösningen samt temperaturen påverkar reaktionshastigheten. Enzymers tredimensionella struktur avgör hur stor affiniteten är för substratet. Värme kan göra att de svaga icke kovalenta bindningarna släpper och nya skapas på andra kompatibla platser. Detta förändrar proteinets form och med det dess funktion (Hill et al., 2012). Förändringen kan även vara dubbelriktad och således både höja och sänka enzymets affinitet beroende på temperaturens förändring samt enzymets egenskaper (Hill et al., 2012). Värme kan alltså påverka kcat på två sätt; dels genom att höja energinivån i substratet så att det blir lättare att uppnå aktiveringsenergin, men även genom att påverka enzymets affinitet för substratet (Hill et al., 2012). Bland exempelvis ishavsfiskar ökar vissa enzyms kcat med en fallande temperatur, således tar de två effekterna ut varandra och en organism får en bättre anpassning till den låga omgivande temperaturen (Hill et al., 2012). En annan adaption som uppkommit hos olika djur är att enzymer kan finnas i olika isoformer, det vill säga varianter på samma enzym. De olika isoformerna kan utryckas olika mycket beroende på ändringar i omgivningsfaktorer som till exempel temperatur. Enzymer namnges beroende på vilket funktion de har; ett enzym som bryter ned stärkelse heter alltid amylas, men de kan se olika ut i sin form. Dessa olika former benämns isoenzym, då de fyller samma funktion men har olika form (Hill et al., 2012). Om vi än en gång använder oss av ishavsfiskarna som exempel så är deras enzym anpassade till att fungera optimalt i ett liv i extrem kyla. Om samma enzym skulle flyttas in i en organism med en kroppstemperatur lik vår egen, skulle enzymernas substrataffinitet förändras extremt mycket och en obalans skulle uppstå. För att kompensera för en temperaturförändring kan antingen halten av enzym i cellerna ändras för att minska eller öka reaktionshastigheten, eller så syntetiseras en isoform av enzymet som är anpassat för att ha en bevarad kcat vid den aktuella temperaturen (Hill et al., 2012). Q10 är ett mått på hastighetsförändringen i en reaktion vid en temperaturförändring på 10oC. Normalt ligger förändringsfaktorn för biologiska system på mellan 2-3. Ekvationen för uträkningen ser ut som följande:

= ( ) Där RT är hastighet vid temperaturen T och R(T-10) således är hastigheten vid en temperatur som är 10oC lägre. Med detta menas alltså att om man ökar temperaturen med 10 grader erhålls en 2-3 gångers ökning av reaktionshastigheten (Hill et al., 2012).

14

Detektion av stärkelse Att fria jod-joner binder till stärkelse och bildar ett starkt blått komplex har varit känt sedan länge. I en recension av Julius von Sachs arbete angående formationen av stärkelse i växters blad skriver författaren H. Marshall Ward i 1885 års upplaga av tidskriften ”Nature” att:

”Some twenty-two years ago Prof. Sachs showed that the presence of starch in chlorophyll grains can readily be detected by means of the now well-known iodine test, a modification of which was employed in

these researches.”(Ward, 1885) Dock verkar det som att de exakta detaljerna kring fenomenet fortfarande inte är fullt utredda (Saenger, 1984). Det som sker är att stärkelsens ena komponent, amylos, som utgör en lång, rak kedja istället bildar en spiral i vilkens mittre hålrum joden binder in (Figur 6). Komplexet som skapas innehåller ett flertal jod-joner som utövar elektron dislokation mellan varandra, detta ger upphovet till den djupt blåa färg som uppvisas (Saenger, 1984).

Utvecklingen av laborationen Först tillverkades en stärkelselösning innehållande vatten och potatismjöl. För att komma fram till vilket förhållande som skulle råda mellan de två ingredienserna antogs det att endast en relativt liten mängd stärkelse skulle erfordras och således provades det fram med små mängder om ca 0,5 g potatisstärkelse per liter vatten. Efter detta späddes jod-lösning tills en tillfredställande nyans erhölls i den blandade stärkelsen. På så sätt hade ett kontrollprov framställts, mot vilket de andra proverna med enzym skulle jämföras. Därefter späddes enzymet för att nå en koncentration där en tydlig skillnad uppstod mellan de olika proverna som exponerades för olika temperatur. En tillfredsställande koncentration erhölls vid 0.01% av den inköpta enzymlösningen löst i destillerat vatten. Rören innehållande stärkelse och enzym placerades sedan i respektive temperatur, det vill säga ett rör på ett element, ett i isbad och ett i rumstemperatur, de exponerades i tio minuter varefter jodlösningen tillsattes för att kunna urskilja färgskillnader. Till en början tillsattes jodlösningen först, men det verkade som att enzymet och stärkelsen inte längre kunde bilda komplex om joden hade bundit in till stärkelsen innan enzymet tillsattes, eftersom ingen skillnad kunde ses mellan rören vid den behandlingen. Ett annat problem som uppstod vid detta tillvägagångssätt var att reaktionen tycktes ha ägt rum i det röret som värmts då det blev helt klart, men efter att röret svalnat igen återkom den blå färgen. Vilket antyder att bindningen mellan stärkelse och jod eventuellt är temperaturkänslig. Dock utreddes inte detta vidare. Då laborationen genomfördes korrekt kunde en tydlig skillnad i färg ses mellan de olika rören efter infärgning. Olika mängd stärkelse hade således brutits ned av enzymet under exponeringen av de olika temperaturerna de respektive rören utsatts för. Resultatet visade sig

Figur 6 Schematisk bild av stärkelse-jod komplex (från Rundle et al., 1944)

15

som olika mörk nyans vid infärgningen där mörkare kulört påvisar en högre koncentration av stärkelse än en ljusare kulört (Figur 4). Det största problemet som uppstod under utvecklandet av laborationen var att initialt användes ättiksyraanhydrid, det vill säga en dehydrerad ättiksyra. Problemet var att försöka blanda och späda anhydriden till en användbar syra för att lösa upp skalet med. Efter de första tre försöken hade proteinerna i ägget denaturerats och blivit solida likt ett kokt ägg. Vattnets förflyttning kunde dock fortfarande uppmätas, men det var varken lika fascinerande eller estetiskt tilltalande som när ägget förblev ”rått” på insidan. Vidare luktade proteinerna i ägget starkt av ättika då membranet avlägsnades, vilket inte kändes fördelaktigt. Därför försöktes det vidare med vanlig hushållsättika, som går att köpa i livsmedelsaffärer. Efter några försök visade det sig att vid en 6 % -ig koncentration av syran blev resultatet att skalet löstes upp men proteinerna förblev oförändrade. Dock tog det 2-3 dygn för skalet att lösas upp.

Pilotstudie För att kontrollera att laborationerna gav tillfredställande resultat även utanför det laboratoriet de utformades i, samt för att se hur de mottogs av elever, kontaktades en gymnasieskola i Göteborgs närområde, där en biologilärare tillbads att genomföra laborationerna. Utprovningen lades upp så att eleverna förberedde laborationerna under dag ett, genom att blanda lösningarna och lägga äggen i syra. Två dagar senare genomfördes resten av laborationerna och resultatet samlades in. Under dag ett valde pedagogen att inte dela ut laborationshandledningen utan gick muntligt igenom vad som skulle blandas och hur. Dock skrevs det upp på white board-tavlan i laborationssalen. Diskussion Laborationernas utformning En fråga som spelat en central roll under hela arbetets gång är vilka element som utgör en kvalitativ laboration. De grundläggande kriterierna, eller elementen, som styrde utformningen av laborationerna i det här arbetet var att de skulle visa på relevanta fenomen som har en naturlig del i undervisningen, men samtidigt skulle det fylla en funktion att genomföra dem som just laborationer och inte bara behandla funktionerna teoretiskt. Dessa aspekter bör givetvis även tas i beaktande vid valet av laborationer till ordinarie undervisningen, och inte bara vid detta specifika tillfälle. Vidare så eftersöktes att de två aktuella laborationerna skulle visualisera processer av mer generell natur, processer som sker i våra egna kroppar och i andra levande organismer. Laborationer kan ha en tendens att bli nischade och endast visa på en väldigt specifik process, något som kan uppfattas som alltför abstrakt då man inte kan relatera till processen eller placera den i något sammanhang. Osmoreglering och enzymaktivitet är något som är väldigt universellt och sker i stor utsträckning hos levande organismer. Utöver detta bör laborationer inom skolan ingå som en naturlig del i den resterande undervisningen, inte som ett inklippt inslag endast för att underhålla.

16

Ytterligare en målsättning med laborationernas utformning var att eleverna själva skulle kunna göra det mesta av det praktiska arbetet, detta för att skapa en möjlighet för att kunna bedöma elevernas laborativa arbete. Men även för att ge läraren möjligheten att kunna förbereda olika mycket beroende på hur mycket tid som disponeras.

Laborationerna är tänkta att ingå i ett lektionspaket med utgångspunkt i ”livsmiljöer” där man under några lektioner kan börja med att prata om de funktioner som laborationerna beskriver och hur de är en del av allt liv, för att sedan genomföra laborationerna. Avslutningsvis kan man ha en lektion där man behandlar olika ”extrema” livsmiljöer så som saltvatten, varma och kalla miljöer och olika organismers strategier för att tolerera dessa.

Osmoslaborationen påvisar att osmos går att se på en större skala än bara på cellnivå. Alternativa lösningar på genomförandet övervägdes, till exempel genom att utsätta röda blodceller för en hypoosmotisk lösning, men med mikroskop är risken att eleverna distanseras från vad som sker då det inte längre går att se med blotta ögat. Genom att använda ett objekt som alla känner igen och kan relatera till, i detta fall ett hönsägg, tror jag att eleverna får en större förståelse för vad som sker då skalan är förstorad. Att få laborationerna så visuella som möjligt är något som har eftersträvats genom hela arbetet, en större skala kändes således mer rätt. Genom att flytta ägget från den ena lösningen till den andra, påvisas det på ett tydligt sätt för eleverna att effekten inte når något slutgiltigt stadie utan är kontinuerlig, samt att förflyttningen av vatten är dubbelriktad. När äggen sedan vägs mellan varven får man ett värde på hur mycket vatten som har tagits upp, alternativt diffunderat ut. Således ger man eleverna bevis på att vatten har förflyttats på två sätt; visuellt och genom ett konkret värde. Den slutliga placeringen av ägget i vatten med karamellfärg visar att membranet är selektivt och inte tillåter passage av alla molekyler; till skillnad från saltet som är löst i den hyperosmotiska lösningen så syns det att hushållsfärgens stora molekyler inte tillåts passage.

Arbetet med laborationerna Målet med laborationshandledningarna var att ge lärare en ram, eller en grund, att jobba utifrån. Utformningen på lektionerna runt omkring laborationen och hur de aktuella teorierna skall förmedlas är upp till läraren att formulera. Detta arbete innehåller endast en enklare teoretisk förklaring till laborationen, samt en punktlista med de praktiska momenten. Valet ligger hos pedagogen på vilket sätt handledningarna skall användas, om de alls skall användas. Elevhandledningen innehåller färre moment, då lärarens innehåller vissa förberedande moment, samt att elevhandledningen saknar den teoretiska genomgången. Om läraren anser att det fyller en funktion att eleverna skall genomföra samtliga moment kan de dela ut lärarhandledningen istället. Laborationerna går dock utmärkt att genomföra som förevisningslaborationer om så krävs, men att alternera mängden information till eleverna bidrar till en variation i det laborativa arbetet. Kurtén- Finnäs (2008) och Gruvbergs (2008) matriser ger ett kvalitativt verktyg för att uppnå detta. Genom att ändra laborationsstil, blir eleverna mer involverade i det kognitiva arbetet runt om kring själva laborationen. Element som hantering av felkällor och tolkning av data, får mer utrymme och fokus flyttas till ett kvalitativt naturvetenskapligt arbetssätt. Laborationsstilarna i matriserna kan alltså med fördel spridas på de olika laborationerna i en kurs. Genom att använda hela spektrumet varieras utlärandet och når fler elever. Man kan, eller rent ut av bör, bygga upp kursen som en

17

progression, där laborationerna successivt lämnar över mer och mer ansvar åt eleven, och flyttar fokus från laborationens resultat till den laborativa arbetsmetoden. Ett anpassat v-diagram (Kurtén-Finnäs, 2008) blir då den tydliga röda tråden under alla laborationerna i kursen, och lägger till en kvalitativ dimension till det laborativa arbetet. Genom att kunna återkoppla till diagrammet kan eleverna hålla koll på vilka delar som skall inkluderas och vilka luckor de kan ha missat. Genom att samla in och analysera diagrammen kan lärare se vilka moment som behöver förtydligas eller gås igenom igen för att öka elevernas förståelse. Laborationen får mer utrymme och ses som ett projekt, mer än att det är något som skall hinnas med under en lektion. V-diagrammet kan både användas innan och efter laborationen, som diskussionsunderlag och som grund för reflektion. Genom att eleverna får fylla i information under de olika rubrikerna blir de mer delaktiga i dels de omkringliggande teoretiska regler som styr dels det vetenskapliga arbetssättet, och dels den praktiska laborationen i sig. Eleverna som laborationerna utprovades på verkade uppskatta laborationerna i den utformning som pedagogen i fråga valde, och de upplevde laborationerna som tydliga. Läraren hade inga större problem med att följa handledningarna och valde att använda dem som de var. Metoden medför att eleverna är aktiva i samtliga steg genom hela momentet. Dock hade en lite längre genomgång gällande vad läraren förväntar sig från eleverna när det kommer till laborativt arbete varit på sin plats, då detta var deras första laboration på gymnasiet.

Problematisering av arbetet Ett mål har varit att i så stor utsträckning som möjligt standardisera lösningarna och

materialen i laborationerna för att få dem stabila. Detta för att försöka utesluta eventuella felkällor som kan uppstå, och således säkerställa att ett positivt resultat ska kunna uttydas oavsett vem som genomför laborationerna. Givetvis är detta svårt att uppnå och samtidigt är det inte någon självklarhet att ett negativt resultat måste vara något dåligt, utan det är en ypperlig utgångspunkt för diskussion kring laborationens teori och val av material. För laborationen köptes enzym från företaget Sigma-Aldrich (Produktnummer A4582, α-Amylase from Bacillus Licheniformis). Anledningen att enzym köptes in istället för att saliv, som innehåller amylas, användes var att enligt Arbetsmiljöverket får kroppsegen saliv inte användas av minderåriga elever i skolverksamhet. Via mail svarade en handläggare från arbetsmiljöverket följande på frågan om vad som gäller angående hantering av saliv i skolan:

”Vad gäller salivet kommer väldigt snart nya regler om hantering av kroppsvätskor som kommer att innebära att det inte blir ok för minderåriga, och för övriga kräver väldigt

specifika säkerhetsåtgärder. Det framstår därför inte som lämpligt.”(Korrespondens via email med Arbetsmiljöverket)

Innan detta hade förtydligats av Arbetsmiljöverket, nyttjades kroppsegen saliv som vid en koncentration av 1 ml saliv i 19 ml H20 gav samma resultat vid samma stärkelse och jodlösningar som i övriga laborationen.

18

Enzymet som användes kom från bakteriekulturer av arten Bacillus Licheniformis, och enzymet var löst i 25 % propylen glykol, det vill säga att det var löst i en vätska. Produkten ingick som färdigblandad reagent i en metod för bestämning av stärkelse med spektrofotometer, och trots begäran om upplysning från företaget som tillhandahöll lösningen kunde den faktiska halten enzym i lösningen eller dess reaktionshastighet inte säkerställa. Att använda sig av saliv hade varit fördelaktigt på flera sätt; dels rent resursmässigt då det är lättillgängligt och billigt, men även att det hade fyllt ett pedagogiskt syfte genom att påvisa närvaro av kroppsegna enzymer och att de kan utföra steget i laborationen. Gällande tidsåtgång för att designa laborationerna så tog det kortare tid än vad som var förväntat. Detta är givetvis positivt; att förändra en redan befintlig laboration bör inte ta mer än ett par dagar. Båda laborationerna gav det förväntade slutresultatet; enzymerna fungerade enligt de förväntade teoretiska modellerna från litteraturen och den förväntade effekt hos osmoslaborationen var påtaglig. Givetvis finns det alltid saker som kunnat göras bättre och två saker har speciellt stått ut. Dels hade det varit bra att använda sig av ett rent enzym och inte en produkt som skall ingå i ett ”kit”. Osäkerheten kring det exakta innehållet försvårar senare arbete om företaget i fråga väljer att sluta tillverkningen av produkten. Ett rent enzym där reaktionshastighet och innehåll var angivet hade gjort det lättare att hitta eller tillverka en likartad produkt, även om originalprodukten inte längre är tillgänglig. Det andra som kunnat göras annorlunda var att istället för att sträva efter att få laborationerna att bli stabila samt att få ett specifikt resultat, söka göra laborationer där misslyckande är det planerade resultatet. Genom denna metod får eleverna själva tänka ut förändringar för att få laborationen att fungera. Ett enligt mig ypperligt sätt att lära elever att handskas med, och utesluta felkällor. Att göra laborationer som är ämnade att gå fel är en bra metod för att ge elever i det högre betygspektrat en utmaning; genom att ta bort information lägger man till ett moment där eleven får möjlighet att visa en större förståelse. Jag tror även att det kan vara ett roligt sätt för eleverna att få använda ”detektivarbete” för att söka felkällan på en laboration, och korrigera den för att sedan erhålla ett positivt resultat. Med införandet av de nya betygen, tyder mycket på att betyget A kommer vara mycket svårare att få än det gamla MVG. För betyget A i biologi 1 står det bland annat att eleven skall uppfylla följande (Skolverket, 2011a): ”Eleven analyserar och söker svar på komplexa frågor i bekanta och nya situationer med gott

resultat. Detta gäller såväl i det teoretiska som i det praktiska arbetet. I arbetet formulerar eleven relevanta hypoteser och formulerar med säkerhet komplexa egna frågor. Eleven planerar och genomför efter samråd med handledare experiment och fältstudier på ett

tillfredsställande sätt. Dessutom hanterar eleven material och utrustning på ett säkert sätt. Vidare tolkar eleven sina resultat, utvärderar sina metoder med nyanserade omdömen och

motiverar sina slutsatser med välgrundade och nyanserade resonemang. Vid behov föreslår eleven också förändringar.”

Detta ställer krav på utformningen av undervisningen; laborationerna i dagens skola måste förankras mer i didaktiken för att inte bli bortkastad tid, men framför allt måste utrymme skapas för att eleverna ska kunna nå dessa mål. Ett förslag är att anpassa laborationerna enligt

19

de två tidigare nämnda matriserna. Genom att ta bort ett eller flera element från laborationen skapar man den möjlighet som efterfrågas. Slutord På grund av arbetets utformning är det svårt att dra några generaliserande slutsatser, arbetet förmedlar vissa insikter och förståelser, men specificiteten i uppgiften begränsar givetvis den breda förståelsen. Att jobba med laborationer på detta sätt är givetvis givande och utvecklande, men kanske mer för författaren än för läsaren. Förhoppningsvis kan dock detta arbete fungera som en inspiration, eller språngbräda för läsaren att själv utveckla en laboration eller ifrågasätta sin arbetsmetod under de laborativa delarna.

Laborationer har en given plats i dagens undervisning på gymnasiet enligt både mig och regeringen, dock bör lärare ägna mer tanke åt didaktiska funderingar för att göra de handgripliga laborationsaktiviteterna mer kvalitativa. För att kunna nå en djupinlärning hos eleven krävs det att denne ser meningen med undervisningen, men då måste det även finnas just en bakomliggande mening. Utmaningen ligger då i att utveckla laborationer som både entusiasmerar eleverna, samt får dem att se kopplingen till verkligheten. Lärare måste därför ta en mer aktiv roll i arbetet med laborationer. Ett steg i rätt riktning ligger enligt mig i de didaktiska frågorna som jag som lärare måste ställa mig när jag använder mig av laborationsmatriserna och v-digrammen.

Källor • Gruvberg, C. (2008). Kemilaborationens bidrag till förståelse (Doktorsavhandling,

Göteborgs Universitet). Göteborg: Chalmers Reproservice. Tillgänglig: http://hdl.handle.net/2077/18644

• Hill, R. W., Wyse, G. A., & Anderson, M. (2012). Animal Physiology, Third Edition. Sunderland: Sinauer Associates.

• Kurtén-Finnäs, B. (2008). Det var intressant, man måste tänka så mycket. Åbo: Åbo Akademis Förlag.

• Rundle, R.E., Foster, J. F., & Baldwin R.R. (1944). On the Nature of the Starch-Iodine Complex. Journal Of The American Chemical Society, 66(12), 2116-2120, DOI: 10.1021/ja01240a031

• Saenger, W. (1984). The Structure Of The Blue Starch-Iodine Complex. Naturwissenschaften, 71(1), 31-36, DOI: 10.1007/BF00365977

• Sherwood, L., Klandorf H., & Yancey P. H. (2005). Animal Physiology- From Genes to Organisms. Belmont: Brooks/Cole.

• Skolkemi. (2000). Skolkemi. Hämtad 2014-07-15, från http://www.school.chem.umu.se

20

• Skolverket. (2011a). Läroplan och ämnesplaner för gymnasieskolan. Biologi, Tillgänglig: http://www.skolverket.se/laroplaner-amnen-och-kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/bio?tos=gy&subjectCode=BIO&lang=sv

• Skolverket. (2011b). Läroplan och ämnesplaner för gymnasieskolan. Fysik, Tillgänglig: http://www.skolverket.se/laroplaner-amnen-och-kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/fys?tos=gy&subjectCode=FYS&lang=sv

• Skolverket. (2011c). Läroplan och ämnesplaner för gymnasieskolan. Kemi, Tillgänglig: http://www.skolverket.se/laroplaner-amnen-och-kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/kem?tos=gy&subjectCode=KEM&lang=sv

• Thompson, R. B., Thompson, B. F. (2012). Illustrated Guide to Home Biology Experiments. Sebastopol: O´Reilly Media

• Ward, H. M. (1884). On The Formation Of Starch In Leaves. Nature, 29 (754), 545-568, DOI: 10.1038/029552a0

• Wikipedia. (2012). Karminsyra. Hämtad 2013-01-09, sv.wikipedia.org/

21

Bilagor Nedan följer följande bilagor i nämnd ordning:

1. Lärarhandledning för laborationen Enzymaktivitet och Q10 2. Elevhandledning för laborationen Enzymaktivitet och Q10 3. Lärarhandledning för laborationen En studie i osmos 4. Elevhandledning för laborationen En studie i osmos

22

Bilaga 1 För läraren Laboration 1 – Enzymaktivitet och Q10

Teori:

Enzymer är protein som genom sin närvaro ökar hastigheten på de reaktioner där ett substrat omvandlas till en produkt. Enzymer är katalysatorer, vilket innebär att de inte förändras själva utan förblir intakta efter processen. Detta betyder att enzymer är aktiva så länge de inte blir denaturerade. Enzymer är olika effektiva vid olika temperaturer, men det finns även olika isoformer av ett och samma enzym där de olika isoformerna fungerar optimalt vid olika temperaturer. Laborationen visar på ett specifikt enzyms (Amylas) aktivitet vid olika temperaturer. Genom att låta amylas, som är ett enzym vi har i vår saliv, bryta ner stärkelse i en lösning vid olika temperaturer erhåller vi en skillnad i aktivitet. När den kvarvarande stärkelsen sedan färgas in observeras en skillnaden i färgintensitet vilket visar på aktiviteten. Tänk på att anpassa lösningarnas volym efter klassens storlek, samt att om eleverna blandar lösningarna själva bör volymerna anpassas efter gruppernas storlekar. Material: Bägare Potatismjöl Amylas (Vid utformningen användes amylas från Sigma-Aldrich med artikelnummer A4582) Destillerat vatten Lugol’s lösning/Jodopax Genomskinliga provrör eller motsvarande Pasteurpipetter Värmeskåp/Vattenbad Isbad Våg Värmekälla (Bunsenbrännare, Spisplatta, etc.) 20-200 µl pipett 5ml mätglas Genomförande:

1. Gör iordning ett isbad samt slå på ett värmeskåp/vattenbad och ställ in det på ca 40oC. 2. Blanda en sträkelselösning innehållande ca 0.15 g potatismjöl per 200 ml destillerat

vatten i en bägare. Blanda noga på låg värme. 3. Tillsätt 20 µl av enzymet till 200 ml destillerat vatten.

23

4. Späd 12 droppar lugol’s lösning/jodopax i 40 ml destillerat vatten. 5. Markera 4 provrör med 1-4. 6. Tillsätt cirka 0,5 ml av stärkelselösningen till varje rör. 7. Tillsätt därefter 50 µl (ungefär en droppe) av enzymet till alla utom till rör nr. 1 som

blir kontrollprov. Ställ de övriga fyra rören på de respektive platserna (rör nr. 2 i isbad, rör nr. 3 i rumstemperatur och rör nr. 4 i värmeskåp/vattenbad) och låt stå i 10 minuter.

8. Tillsätt slutligen en droppe jod-lösning till alla rör och observera skillnaden.

Recept på lugol’s lösning 10g Kaliumjodid 5g Jod 70ml Destillerat vatten Kaliumjodiden löses i destillerat vatten varpå jod tillsätts och löses fullständigt. Förvara i mörka flaskor i kylskåp.

24

Bilaga 2 För elever Enzymaktivitet och Q10 Material: Bägare Potatismjöl Enzym Destillerat vatten Jodlösning Genomskinliga provrör eller motsvarande Pasteurpipetter Värmeskåp/Vattenbad Isbad Våg Värmekälla (Bunsenbrännare, Spisplatta, etc.) Genomförande:

1. Blanda en sträkelselösning innehållande ca 0.15 g potatismjöl per 200 ml destillerat vatten i en bägare. Blanda noga på låg värme.

2. Tillsätt 20 µl av enzymet till 200 ml destillerat vatten. 3. Späd 12 droppar lugol’s lösning/jodopax i 40 ml destillerat vatten. 4. Markera 4 provrör med 1-4. 5. Tillsätt cirka 0,5 ml av stärkelselösningen till varje rör. 6. Tillsätt därefter 50 µl (ungefär en droppe) av enzymet till alla utom till rör nr. 1 som

blir kontrollprov. 7. Ställ de övriga tre rören på de respektive platserna; rör nr. 2 i isbad, rör nr. 3 i

rumstemperatur och rör nr. 4 i värmeskåp/vattenbad och låt stå i 10 minuter. 8. Tag upp rören från baden och tillsätt slutligen en droppe jod-lösning till alla rör och

observera skillnaden.

25

Bilaga 3 För läraren Laboration 2 – En studie i osmos Teori: Genom att avlägsna skalet på ett ägg blottas ägghinnan, vilket utgör ett semipermeabelt membran. Detta betyder att membranet släpper igenom vatten men inte salter eller andra större molekyler som påverkar osmolaliteten. Genom att förändra omgivande lösnings osmolalitet kan vi således tvinga vatten att röra sig från den ena sidan membranet till den andra vilket påverkar äggets vikt och storlek. Tänk på att anpassa lösningarnas volym efter klassens storlek, samt att om eleverna blandar lösningarna själva bör volymerna anpassas efter gruppernas storlekar. Material: Ägg Ättiksyra 24 % Bägare Glasstav Salt Destillerat vatten Röd hushållsfärg (karamellfärg) Våg Mätglas Kastrull Spisplatta Isbad/Kylskåp Pappersservetter Genomförande:

1. Blanda en del 24 % ättiksyra med tre delar vatten i en bägare. 2. Förbered ett ägg genom att låta det ligga i 6 % ättiksyra tills skalet försvunnit, detta tar

ungefär tre dygn. Låt det hela stå i dragskåp under tiden för att undvika att det luktar! När skalet är borta kan du försiktigt plocka upp ägget och skölja av det. Eventuella skalrester går att gnida bort med fingrarna under rinnande vatten. Rulla ägget på lite papper för att torka det.

3. Koka ett av äggen så det är hårdkokt, minst 10 minuter, och skala det. 4. Väg upp minst 40 g salt (NaCl) och lös det i en bägare med 150 ml vatten, rör om

under uppvärmning så att saltet är helt löst. 5. Fyll en bägare med 150 ml destillerat vatten.

26

6. Tag en ny bägare med 150 ml destillerat vatten och tillsätt 2 droppar hushållsfärg/karamellfärg.

7. Väg det råa ägget och anteckna dess vikt i tabellen nedan. 8. Placera det därefter i en bägare med destillerat vatten. 9. Låt ägget ligga i ca 15 minuter och plocka därefter upp det, torka det försiktigt och väg

det på nytt. Anteckna vikten i tabellen. 10. Flytta ägget till bägaren med saltvatten, låt det ligga ytterligare 15 minuter. Torka,

väg och anteckna därefter ägget en sista gång. 11. Tag ägget från i saltvattnet och flytta det till bägaren med färgat vatten, lägg samtidigt

i det kokta ägget. Låt de ligga i några minuter och ta sedan upp dem och jämför. Stick hål på det råa ägget för att blotta insidan.

27

Bilaga 4 För elever En studie i osmos Material: Ägg Ättiksyra 24 % Bägare Glasstav Salt Destillerat vatten Röd hushållsfärg (karamellfärg) Våg Mätglas Kastrull Spisplatta Isbad/Kylskåp Pappersservetter Genomförande: Tillfälle 1:

1. Blanda 25 ml 24 % ättiksyra med 75 ml vatten i en bägare. 2. Lägg ett ägg i den nu 6 % -iga ättiksyran och ställ i dragskåp. 3. Väg upp minst 40 g salt (NaCl) och lös det i en bägare med 150 ml vatten, rör om

under uppvärmning så att saltet är helt löst. Tillfälle 2:

1. Fyll en bägare med 150 ml destillerat vatten. 2. Plocka försiktigt upp ägget och skölj av det. Eventuella skalrester går att försiktigt

gnida bort med fingrarna under rinnande vatten. Rulla ägget på lite papper för att torka det.

3. Väg ägget och anteckna vikten i tabellen. 4. Placera det därefter i en bägare med destillerat vatten. 5. Låt ägget ligga i 15 minuter, under tiden tar ni en ny bägare och fyller med 150 ml

destillerat vatten och tillsätter 2 droppar hushållsfärg/karamellfärg. 6. När 15 minuter har gått plockar ni upp ägget, torka det försiktigt och väg det på nytt.

Anteckna vikten i tabellen. 7. Flytta ägget till bägaren med saltvatten, låt det ligga ytterligare 15 minuter varpå ni

torkar, väger och antecknar äggets vikt.

28

8. Flytta nu ägget till bägaren med färgat vatten. Låt de ligga i några minuter och ta sedan upp det och observera vad som skett. Stick hål på ägget för att se hur insidan ser ut. Anteckna vad ni ser!

Startvikt

Destillerat vatten

Saltvatten

Destillerat vatten

Ägg