Eksempler på innovation i biologi

Eksemplerne er udvalgt med henblik på at kunne anvendes i den daglige undervisning og med fokus på, hvordan faget kan bidrage til at styrke elevernes innovative kompetencer. Af denne grund er innovationsforståelsen således løsrevet fra særlige innovative processer. For en mere generel diskussion af innovationsdidaktik i gymnasiet henvises til ”Model for arbejdet med innovation i STX og HF”. Beskrivelserne ligger også på Fondens hjemmeside.

Udgangspunktet for beskrivelserne er fagets formål, indhold, metoder og arbejdsformer og det eksemplificeres hvordan man ved at accentuere bestemte stofområder og styrke bestemte arbejdsformer og didaktiske principper i en faglig kontekst, kan understøtte træning af innovative kompetencer i henhold til BUVM´s vejledning om ”Elevernes innovative kompetencer”. Desuden trækkes der tråde til entreprenørskabstaksonomien indenfor dimensionerne handling, omverdensforståelse, kreativitet og personlig indstilling, Jf. NQF 4 for de gymnasiale uddannelser, Taksonomi for Entreprenørskabsuddannelse, s. 17

På EMU´en ligger der også rammebeskrivelser udarbejdet for andre fag. Da fagene er forskellige, er hver fagbeskrivelse således unik. Ligeledes er de indlejrede innovative kompetencer forskellige for fag til fag. Det er således intentionen, at summen af fagenes arbejde med de innovative kompetencer samlet medfører, at eleverne øger deres innovative kompetencer og dermed på en fagligt kvalificeret måde kan indgå i innovative processer i henhold til vejledningen.

Tak til en lang række gymnasielærere, fagkonsulenter og kolleger som har bidraget med tanker, forestillinger, refleksioner og erfaringer. Som læser af denne publikation håber vi ligeledes at du vil sende dine kommentarer og perspektiver, som evt. kan indarbejdes i senere udgaver.

Innovation i biologi

Generelle og didaktiske betragtninger

Innovation er iboende i faget biologi alene i kraft af fagets identitet, og meget af den biologiundervisning, der foregår i dag, rummer allerede elementer fra innovationen. Dette understøttes af det centrale didaktiske princip, at det teoretiske og eksperimentelle arbejde integreres, så eleverne øves i at kombinere iagttagelser og faglige forklaringer, så de selv kan formulere hypoteser og foreslå undersøgelsesmetoder.

Vi kan imidlertid som undervisere styrke elevernes forståelse af innovation ved at øge fokus, så eleverne får en voksende forståelse for værdien af de innovative metoder. Her tænkes der både på at betone over for eleverne, hvornår der arbejdes innovativt, så de forstår bredden af metoderne, men også i at lave små ændringer i den allerede eksisterende undervisning, så vi i fællesskab med de andre fag kommer omkring alle innovationskompetencerne.

Innovation kan umiddelbart indtænkes i en række af læreplanens punkter i henholdsvis fagets identitet og indhold samt i relation til de didaktiske principper og arbejdsformer. Der tages i det følgende udgangspunkt i læreplanen til biologi A, men da der er store overlap med læreplanerne til biologi B og C, skulle nedenstående være gyldigt for alle tre niveauer.

Innovation i relation til fagets identitet og formål

Biologiundervisningens alment dannende formål kan fint tilgodeses ud fra alle fire dimensioner i innovation. En del af fagets formål er, at vi skal sikre, at eleverne opnår faglig baggrund for at forholde sig til lokale og globale problemstillinger inden for sundhed, bioteknologi, bæredygtighed og miljø, og for selv at bidrage innovativt og ansvarligt til samfundets udvikling.

Både eksperimentelt og teoretisk kan eleverne med handling og kreativitet få en større indsigt i de udfordringer og muligheder, som er en del af den globaliserede verden i dag. Det kan konkret ske ved selv at opstille og udføre eksperimentelt arbejde, men også ved at udforske den eksisterende forskning med henblik på at vurdere værdien heraf - se eksempler nedenfor. Dertil kommer omverdensrelation og personlig indstilling, idet eleverne konkret skal forholde sig til, hvordan de som biologisk tænkende individer kan påvirke den verden, de er en del af.

Endelig kan innovationens fokus på problemløsning og værdiskabelse styrke udviklingen af elevernes ansvarlighed for sig selv, for natur og samfundsudvikling. Dette understøttes af, at innovation som didaktisk redskab styrker elevernes ejerskab i forhold biologiundervisningen, når de udfordres fagligt til at finde mulige løsninger på virkelige biologiske problemer. Dermed kan innovation udvikle den personlige indstilling omhandlende elevernes tro på, at de med egne ressourcer kan agere i verden.

Innovation kan dermed være et didaktisk redskab til at styrke elevernes faglige viden, indsigt og fordybelse i biologiens områder og øge indsigten i, hvordan biologi anvendes i det omgivende samfund.

Innovation i relation til didaktiske principper og arbejdsformer

Innovation kan indtænkes i en stor del af de faglige mål, der fremgår i læreplanen for biologi A. Herunder fremhæves udvalgte eksempler. Særligt i forhold til at anvende fagets viden og metoder til vurdering og perspektivering i forbindelse med samfundsmæssige, teknologiske, miljømæssige og etiske problemstillinger med biologisk indhold og til at udvikle og vurdere løsninger vil innovation være et muligt didaktisk princip. Dette både i store, sammenhængende innovationsforløb, men i høj grad også ved enkelte blokke, hvor der arbejdes med delelementer af innovationen som en del af et større forløb med andet fokus. Sidstnævnte ses i eksempel 1 nedenfor.

Målet om at anvende fagbegreber, fagsprog, relevante repræsentationer og modeller til beskrivelse og forklaring af iagttagelser og til analyse af biologiske problemstillinger kan ligeledes styrkes med innovation. En central færdighed i innovation er netop at kunne give udtryk for viden og kreativitet gennem modeller og illustrationer og ligeledes at kunne diskutere viden på en relevant faglig baggrund. Innovationskompetencerne understøtter dermed fint disse faglige mål ved både længerevarende innovationsforløb og kortere innovationssekvenser.

Det eksperimentelle arbejde fylder en del i biologifaget, og også her er der mulighed for at vinkle undervisningen i en innovativ retning ved at lade eleverne selv designe forsøg og ved at lade dem selv bestemme formålet af forsøgene; spørgsmål kan derfor forsøges besvaret af ikke bare et, men flere på hinanden følgende eksperimenter, hvor der hver gang arbejdes med formuleringen af nye hypoteser. Dette kan med fordel kobles til en IBSE-orienteret tilgang. hvor faglighed, fagsprog, formidling og databehandling kobles intimt sammen så der arbejdes med kompetenceudvikling indenfor alle de fire dimensioner omverdensrelation, handling, kreativitet og personlig indstilling Eksempel 3 nedenfor er et eksempel på, hvordan dette kan inddrages som en mindre del af et større forløb i den daglige biologiundervisning.

Eksempler med innovation i undervisningen

Det er muligt at indtænke alle fire innovationsdimensioner i den særfaglige biologiundervisning - også i undervisningsforløb, der ikke er planlagt som fuldskala innovationsforløb. Nedenfor er der eksempler på innovationselementer, der kan anvendes didaktisk i en enkelt blok eller få blokke. Vær igen opmærksom på, at der ikke er tale om en helt ny undervisningsform, men at det i højere grad er en vinkling af den allerede eksisterende undervisning.

Eksempel 1: At kunne identificere fagligt relevante problemer

Et vigtigt element i innovationsundervisningen er at kunne identificere “gode” problemer, der berører individer og/eller samfund. I et samlet innovationsforløb sker dette for at kunne udvikle den bedste innovative løsning, men arbejdsmetoden med at spotte problemer kan også være nyttig i andre sammenhænge. I dette eksempel som optakt til et immunologiforløb med fokus på bakterier og udviklingen af resistens.

• Læreren finder en række billeder, der alle på en eller anden måde har relation til emnet. Det kan f.eks. være af sygdomme, af smittekilder, men også billeder, der ikke umiddelbart leder tanken på oplagte problemer - f.eks. af unge, der fester, af mennesker, der bor tæt sammen, af vandløb osv.
• Eleverne får til at opgave at identificere ét problem (der relaterer til emnet) for hvert billede. Af hensyn til den videre arbejdsproces fungerer det bedst på post-its med et problem noteret på hver post-it.
• Eleverne må ikke samtale undervejs, og der gives kun 30 sekunder til hvert billede. Når alle billeder er gennemgået, får eleverne tid til at præsenterer deres problemer for hinanden, gruppere dem og udvælge de to mest interessante.
• De udvalgte problemer præsenteres for resten af klasse, konsekvenser og mulige løsninger kan diskuteres, og læreren har mulighed for at bruge dem som referenceramme i resten af forløbet.

Formålet med denne øvelse er at træne eleverne i divergent tænkning og at give dem en forståelse for værdien af kreative processer som en del af den faglige undervisning. Samtidig styrkes dimensionen, omverdensrelation, idet eleverne præsenteres for - og forholder sig til lokale og globale problemstillinger.

Eksempel 2: Idégenerering

Som en del af et økologiforløb kan det være relevant at se på forhold som biodiversitet, naturforbedring, forurening eller lignende. Her vil ekskursion til en lokalitet være nærliggende, men der kan også tages udgangspunkt i skolens eget område.

Med afsæt i status på området skal de finde på innovative løsninger, der kan forbedre f.eks. biodiversiteten. Her anbefales det at gøre brug af en eller flere af de idégenereringsværktøjer, der er til rådighed på en række platforme, f.eks. i ”Model for arbejdet med innovation og entreprenørskab i fagene på STX og HF”.

At lade eleverne udvikle løsninger under kontrollerede forhold, styrker elevernes evne til at skabe ideer, se muligheder, tænke divergent og kunne forholde sig åbent, eksperimenterende og improviserende til problemløsning, hvilket netop er kernen i kreativitetsdimensionen i innovation.

Hvis der er tid til det, kan eleverne lave en mock-up eller en prototype, men det er ikke et mål i sig selv. Selve den kreative proces i forbindelse med udviklinger af løsninger har værdi i sig selv og kan understøtte det didaktiske princip, om at vi skal inspirere vores elever til selv at kunne foreslå relevante undersøgelsesmetoder og problemløsninger.

Der findes flere eksempler på innovationsforløb med fokus på idégenerering.

Eksempel 3: Design af forsøg

I en Inquiry Based-tilgang vil man lade eleverne formulere spørgsmål som de på eksperimentel vis skal efterprøve. Man kan dog sagtens kombinere dette med et element af værdiskabelse. Herudfra kan man lade eleverne selv designe og afprøve forsøg ud fra deres eget definerede delformål.

F.eks. kan global fødevaremangel indgå som et delelement i et længerevarende økologiforløb. En relevant opgave, kan være at skulle designe et forsøg, der tester hvilke faktorer, der kan være begrænsende for fødevareproduktion. Majs kunne være testorganismen, men kan eventuelt erstattes af karse, sojabønner, alger eller anden tilgængelig organisme.

• Dag 0 udleveres frø og en række forskellige dyrkningsremedier (dyrkningsbakker, sand, jord, ler, forskellige næringsstoffer, lyskilder, varmekilder, glasklokker osv.). Eleverne skal nu selv designe og opstille deres forsøg, ligesom de skal passe opstillingen i den efterfølgende periode. Da rammerne for forsøget er brede, er det vigtigt, at eleverne er bevidste om, hvad formålet med deres forsøg er, ligesom de skal være bevidste om antallet af variabler i deres forsøg. Ligeledes skal det understreges over for eleverne, at hver enkelt gruppe ikke kan teste alle variabler.
• Afslutningsvist høstes biomassen ud fra en på forhånd defineret metode, og resultaterne analyseres.
• Efter forsøget kan grupperne pitche forsøgsdesign og resultater, så erfaringer deles, og elevernes evne til at anvende fagbegreber og fagsprog til analyse af biologiske problemstillinger trænes.
• Eleverne kan herefter på baggrund af denne viden brainstorme over, hvordan man ved hjælp af innovative løsninger, der relaterer sig til den erfarede viden, kan afhjælpe fødevaremangel. Dette kan gøres på cirka 20 min. De forskellige løsningsforslag præsenteres og diskuteres enten i makkergrupper eller på klassen.

Fokus i denne sekvens er på forsøget og de faglige overvejelser, der udspringer heraf. Det er således ikke tanken, at de enkelte innovative løsninger skal behandles i dybden. Den erkendelsesmæssige pointe er, at eleverne når til den erkendelse, at den viden, de har opnået gennem deres forsøgsdesign, kan være værdiskabende for andre.

Andre eksempler på forsøgsdesign kan findes i ”Algeinnovation” fra Astra. Dette materiale er målrette grundskolen, men med skærpede faglige krav kan fremgangsmåden fint anvendes på gymnasialt niveau.

Eksempel 4: Vurdering af allerede udviklede løsninger

Lad eleverne læse om HPV-vaccinen hjemmefra, gerne ud fra en populærvidenskabelig artikel. Start blokken med en fælles gennemgang af artiklen, så alle har en biologisk forståelse for vaccinen og for livmoderhalskræft.

Eleverne får nu til opgave at lave en fagligt funderet vurdering af HPV-vaccinen, herunder hvorvidt det giver mening at have den som et offentligt tilbud til både piger og drenge. Dette skal ske ud fra selvfunden dokumentation for effekten af vaccinen. Eleverne kan eventuelt få links, der repræsenterer forskellige syn, herunder også mulige bivirkninger.

Det kan være en fordel at give eleverne nogle benspænd, f.eks.: er der forskel på anbefalingerne til drenge og piger? Hvornår er der videnskabeligt belæg for et resultat?

Fokus i øvelsen lægges hermed på vurdering af allerede udviklede løsninger, hvorved eleverne trænes i at kunne analysere og vurdere værdien af og risikoen ved aktiviteter samt at evaluere andres aktiviteter ud fra relevante kriterier. Det innovative består ikke i selve vurderingen, men derimod i metoderne, der tages i brug for at opnå vurderingen. Her kan der arbejdes med effekter og viden blandt venner, klasse, familie, Facebook-relationer osv. Hermed skulle det gerne gøres klart, at nogle innovationskompetencer sagtens kan opnås, selvom det innovative produkt (her HPV-vaccinen) ikke er udviklet af eleverne selv.

Eksempel 5: Innovation i evolutionær kontekst.

Lige netop biologifaget kan diskutere innovationsfaserne i en evolutionær kontekst. I et evolutionsforløb kan man således bruge et eller flere moduler på en diskussion af, hvorfor den teknologiske udvikling gik så langsomt i starten af Homo sapiens´ historie? Her får biologiske begreber som bæreevne, selektion og migration relevans, lige som det får relevans at forholde sig til hjernestørrelse, hjernens anvendelse, bevidsthed og hjerneforskningen i forhold til innovationsdimensionerne; kreativitet og omverdensrelation. Her kan det også være interessant at diskutere vores opfattelse af hjernen i relation til De Bonos begreber om vertikal og lateral tænkning. Over flere moduler kan man også arbejde med fremtidsperspektivet så som betydningen af den anthropocæne periode for vores fremtidige teknologiske udvikling. Her kan man fortsætte til værdiskabelse i form af nytænkning af eksisterende produkter, f.eks. med udgangspunkt i hjemmesiden Asknature, hvor det er muligt at søge på hvordan naturens organismer løser deres udfordringer. Herudfra kan eleverne arbejde videre med hvilke bioteknologiske teknikker der er relevante og hvordan et sådant udviklingsarbejde kan foregå, samt hvilke tekniske og etiske udfordringer eleverne kan forudse.