grön kemi och hållbar utveckling - diva portal689325/fulltext01.pdf · 4! sammanfattning!...
Post on 06-Jul-2020
3 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Grön kemi och hållbar utveckling Laborationsdesign för gymnasium och högskola
Daniel Hammarberg Examinator Biträdande handledare: Christina Moberg, Åsa Julin-‐Tegelman, Kungliga Tekniska Högskolan Stockholms Universitet Huvudhandledare Johan Franzén, Kungliga Tekniska Högskolan
Examensarbete på programmet Civilingenjör och lärare inom området Teknik och lärande
Stockholm 2013
2
Förord: Jag vill börja med att tacka mina handledare Johan Franzén och Åsa Julin-‐Tegelman för deras stora stöd och öppna sinne för mina idéer. Utan er hjälpsamma attityd och era insiktsfulla kommentarer hade mitt examensarbete blivit ohanterligt stort. Vidare vill jag tacka Fredrik Schaufelberger och Petra Mikkelborg för att fick ta av er tid och komma in i era klassrum för att genomföra denna undersökning. Till sist vill jag nämna ett par namn utan vars hjälp och input detta examensarbete inte hade blivit av. Tack till Robin Aldenholt, Johannes Yayo, Madeleine Karlsson, Matilda Berkell och Daniela Eriksson. Känn er stolta över ert bidrag, för det är jag. Stockholm, september 2013 Daniel Hammarberg
3
Abstract This thesis is about sustainability within chemistry, the so-‐called, green chemistry. With this work I seek to combine green chemistry with sustainable development and find methods for teaching green chemistry in a laboratory environment. I have designed and tested two labs with ingredients of green chemistry and sustainable development in my study. I wanted to determine if my design model leads to conception for the students. The students have through forms and interviews declared their perspective on the education and their conception. In a laboratory environment the pros of a laboratory way of work should be recognized. Pre-‐ and post-‐work puts the lab in a context. The students understand the concepts better if they are allowed to test their knowledge in a discussion. The teachers role in the discussion should be to lift the level of the discussion by controlling the conversation and in a constructive way contribute to making the discussion move forward whenever necessary. Keywords: Green chemistry, sustainable development, laboratory work, pre-‐ and post-‐lab assignments, pedagogy, organic chemistry.
4
Sammanfattning Denna uppsatts behandlar hållbarhet inom kemi, den så kallade gröna kemin. Med arbetet söker jag förena grön kemi med hållbar utveckling och hitta metoder för att undervisa grön kemi i en laborativ miljö. I undersökningen har jag designat och testat två laborationer med inslag av grön kemi och hållbar utveckling. Jag ville undersöka om undervisningsmodellen leder till en begreppsutveckling hos studenter och elever. Studenterna/eleverna har genom enkäter och intervjuer uttalat sig om dels sina egna kunskaper och dels om undervisningens inslag och dess bidrag till deras begreppsutveckling. I ett laborativt sammanhang bör fördelarna med ett laborativt arbetssätt utnyttjas. Förarbete och efterarbete ger laborationen ett sammanhang. Studenten/eleven förstår begreppen bättre om de får testa sina kunskaper i en diskussion. Lärarens roll i diskussionen bör vara att lyfta diskussionsnivån genom att styra samtalet och på ett konstruktivt sätt bidra till att föra diskussionen framåt när det är nödvändigt. Nyckelord: Grön kemi, hållbar utveckling, laborativt arbete, före-‐ och efter-‐labb uppgifter, pedagogik, organisk kemi.
5
Innehållsförteckning
1. INLEDNING: ................................................................................................................................... 6 1.1 SYFTE/FRÅGESTÄLLNINGAR .................................................................................................................... 6
2. TIDIGARE FORSKNING: ............................................................................................................. 7 2.1 GRÖN KEMI .................................................................................................................................................. 7 2.2 HÅLLBAR UTVECKLING ............................................................................................................................ 12 2.3 BEGREPPSBILDNING OCH SYFTEN I UNDERVISNINGEN ...................................................................... 14 2.4 MÅLINRIKTAT ARBETE I LABORATIVA SAMMANHANG ...................................................................... 15 2.5 FÖRE-‐ OCH EFTERARBETE I LABORATIONER ....................................................................................... 16 2.6 MILJÖUNDERVISNING OCH MILJÖDIDAKTIK ......................................................................................... 16 2.6.1 De tre vanligaste undervisningstraditionerna ................................................................... 16 2.6.2 The action competence approach ............................................................................................ 18
3. MODELL-‐ OCH TEORIBILDNING: ......................................................................................... 19 3.1 DEN MILJÖDIDAKTISKA MODELLEN ...................................................................................................... 19 3.2 DESIGNVAL KRING UNIVERSITETSLABORATIONEN ............................................................................ 21 3.3 DESIGNVAL KRING GYMNASIELABORATIONEN ................................................................................... 23
4. METOD: ........................................................................................................................................ 26 4.1 METODPRESENTATION FÖR ENKÄTUNDERSÖKNINGARNA ............................................................... 26 4.1.1 Universitetsenkäten ....................................................................................................................... 26 4.1.2 Gymnasieenkäten ............................................................................................................................ 27
4.2 METODPRESENTATION FÖR INTERVJUERNA ....................................................................................... 28 5. PRESENTATION AV UNDERSÖKNINGENS RESULTAT: ................................................. 29 5.1 UNIVERSITETSENKÄTENS RESULTAT ................................................................................................... 29 5.2 GYMNASIEENKÄTENS RESULTAT ........................................................................................................... 33 5.3 INTERVJUERNAS RESULTAT .................................................................................................................... 35
6. ANALYS OCH DISKUSSION: .................................................................................................... 36 6.1 SLUTSATS ................................................................................................................................................... 43 6.2 UNDERSÖKNINGENS VALIDITET ............................................................................................................ 43 6.3 VIDARE FORSKNING ................................................................................................................................. 44
REFERENSLISTA: ........................................................................................................................... 45 BILAGOR: ......................................................................................................................................... 46 BILAGA 1: UNIVERSITETSENKÄTEN .......................................................................................................... 47 BILAGA 2: GYMNASIEENKÄTEN .................................................................................................................. 49 BILAGA 3: GENOMGÅNGENS INNEHÅLL .................................................................................................... 51 BILAGA 4: GRÖN KEMIS PRINCIPER I NUMMERORDNING (ENGELSKA) ............................................... 55 BILAGA 5: GRÖN KEMIS PRINCIPER OCH PERSPEKTIVEN PÅ HÅLLBAR UTVECKLING ....................... 56 BILAGA 6: UNIVERSITETSLABORATIONEN ............................................................................................... 58 BILAGA 7: GYMNASIELABORATIONEN ...................................................................................................... 60 BILAGA 8: INTERVJUPLAN ........................................................................................................................... 62
6
1. Inledning: Denna studie har utförts inom ramen för examensarbete för civilingenjör och lärare 30hp. Programledningen på teknisk kemi hade länge haft för avsikt att när programmet skulle göras om 2012/13 skulle hållbar utveckling och grön kemi skrivas fram mer tydligt i kursplanerna. På avdelningen för organisk kemi pratades det om att under laborationerna skulle grön kemi och hållbar utveckling tas upp. Eftersom jag som blivande lärare har ett intresse i hur studenter och hur elever lär genom laborationer sig fann jag denna diskussion intressant. Jag tog på mig att designa och testa laborationer med inslag av grön kemi och hållbar utveckling inom ramen för organisk kemi, på både studenter och på elever. För att göra detta krävs utöver generell laborationsdesignsteknik även god insikt i didaktik som rör hållbar utveckling och grön kemi. Litteraturstudien visade att lärandeteorier för hållbar utveckling existerade men inga motsvarande för grön kemi. Vidare föreföll det sig att grön kemi och hållbar utveckling var besläktade begrepp och det väckte frågan om didaktik för hållbar utveckling kan vara en bra utgångspunkt vad gäller didaktik för grön kemi. Mot denna bakgrund tog jag fram en modell för laborationsdesign inom grön kemi och hållbar utveckling. Genom laborationer designade enligt modellen testades om modellen bidrog till begreppsutveckling hos högskolestudenter och gymnasielever. Undersökningen behandlade tre grupper som testat olika laborationer under olika förutsättningar. Två av grupperna genomförde laborationer designade enligt modellen, ena gruppen var högskolestudenter och den andra gruppen var gymnasieelever. Den tredje gruppen genomförde en laboration ej designad enligt modellen men med vilken kursansvarig ämnade lära studenterna om grön kemi. Genom att undersöka dessa tre grupper bidrog resultaten till diskussionen om den modell jag tagit fram. Undersökningen i sig bestod av en enkätundersökning och några intervjuer. En begränsning med detta arbete är att det har genomförts som en del i ett examensarbete och således varit begränsat till 20 veckors arbete. Dessutom har modellen endast testats på två olika laborationer för två olika åldersgrupper, där en laboration var för universitetsstuderande och den andra var för gymnasieelever. Detta var känt på förhand men med vidare forskning kan dessa begränsningar överbyggas.
1.1 Syfte/Frågeställningar Syftet med det här examensarbetet har varit att undersöka hur laborationsdesign kan integrera grön kemi som närliggande syfte och hållbar utveckling som övergripande syfte för en laboration inom organisk kemi. Arbetet försöker besvara följande fråga. Hur kan man inom ramen för en laboration lära studenter/elever om grön kemi och hållbar utveckling?
7
2. Tidigare forskning: Här presenteras den tidigare forskningen som denna rapport utgår ifrån. Först presenteras det innehåll och de begrepp som har tagits till vara på vid skrivandet av denna rapport. Sen görs begrepp och terminologi till min egen genom att relateras till de definitioner som tidigare forskningen lagt fram.
2.1 Grön kemi För att förstå hur ett komplext begrepp som grön kemi är uppbyggt måste först det sammanhang och det behov ur viket begreppet växt fram förstås. Den bakgrund och definition av grön kemi som detta arbete utgår ifrån är framtagen av Paul.T.Anastas och John.C.Warner och presenteras i deras bok ”Green Chemistry – theory and practice”.1 Grön kemi faller in under en kategori av föroreningsbekämpning som kallas ”pollution prevention”.1 I den kategorin är målet att motverka att utsläpp sker snarare än att rena utsläppen från gifter. Historiskt sett har dock föroreningar bekämpats på många olika sätt. Det började med en kategori som kallades för utspädningsprincipen,1 en princip som gick ut på att späda ut föroreningarna till låga koncentrationer för att eliminera skadligheten. När begrepp som biomagnifikation och bioackumulering formulerades av forskare blev det uppenbart att föroreningsproblemet måste bemötas på ett annat sätt. De nya bekämpningsstrategierna baserades på att begränsa de totala utsläppen genom lagar och förordningar. En naturlig följd av detta beslut var att processernas avloppsströmmar måste renas så att mindre mängd giftiga substanser släpps ut och lagstiftade gränsvärden inte överskrids.1 För kemister blev detta reningsarbete viktigt och kemister från många olika inriktningar arbetade med miljöfrågor på något sätt.1 Till exempel arbetade analytiska kemister med att kontrollera gränsvärden och identifiera föroreningar, fysikaliska kemister arbetade med att utveckla modeller för miljörelaterade fenomen och atmosfärskemister studerade nedbrytningen av ozon och utsläpps påverkan på växthuseffekten. Några kemister som inte varit delaktiga i denna process var de syntesinriktade kemisterna. Deras jobb har uteslutande varit att utveckla processer för att ta fram nya produkter med så stor omsättning som möjligt.1 Eftersom allt annat alltid varit sekundärt har deras syntesvägar inte tidigare analyserats ur andra synvinklar, som till exempel miljöpåverkan. När nästa steg i den historiska utvecklingen av miljöarbete kom och företag började arbeta för att minska föroreningarna innan de måste renas blev syntesinriktade kemisters arbete högaktuellt.1 Genom att omvärdera och utforma nya syntesvägar kan kemister minska och ibland helt eliminera föroreningar. Denna ”source prevention” är den mest attraktiva varianten av all ”pollution prevention”. Att grön kemi är attraktivt är också lätt att förstå ur både
1 Paul.T.Anastas & John.C.Warner, Green Chemistry – theory and practice, Oxford University Press 2000, Oxford 2008.
8
ekonomiska och ekologiska perspektiv. Om det kräver mindre eller ingen energi att rena avfallet från en process så minskar inte bara miljöpåverkan som sker vid reningen utan processen blir även betydligt billigare.1 Livet som kemist har stundtals varit tungt eftersom det hela tiden upptäcktes nya miljöförstörande ämnen och gifter. Ofta upptäcktes de när det varit försent och en katastrof redan inträffat. På grund av många sådana händelser hamnade kemi i dålig dager och kemister fick dåligt rykte.1 Detta dåliga rykte, som framför allt drabbade kemiingenjörerna, fick kemister att engagera sig ännu mer i miljöfrågan och försöka göra skillnad. Nu följer de 12 principerna för grön kemi listade av Paul T. Anastas. Jag kommer fortsättningsvis i texten använda dessa definitioner av principerna. Anastas säger själv att de 12 principerna inte ska ses som regler för grön kemi utan som riktlinjer enligt vilka arbetet med grön kemi kan fortskrida för att nå fram till en förändring.1 1. It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it has been formed. Den här principen handlar i sin essens om det som kemisten erfarit av historien. Det lönar sig alltid, både ekonomiskt och socialt, att förhindra att skadliga ämnen skapas istället för att försöka städa upp efter eller förstöra dessa skadliga ämnen.1 2. Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product. Historiskt sett har det bara funnits flera mätetal som talar om hur ”bra” en process är. Av dessa har utbytet varit mest framträdande och ansetts vara det viktigaste mätetalet. Utbytet tar dock inte hänsyn till skadliga ämnen som skapas eller hur mycket av startmaterialet som faktiskt används i produkten. Därför handlar den här principen om att medvetet designa processer så att inte bara utbytet tas i akt utan även försöka få med så mycket av de material som används som möjligt.1 3. Wherever practicable, synthetic methodologies should be designed to use and generate substances that possess little or no toxicity to human health and the environment. Utöver att minska farligt avfall genom att sträva efter att inte skapa något, bör det om möjligt jobbas för att undvika att använda miljö-‐/hälsoskadliga ämnen. Detta är en viktig kärnpunkt inom den gröna kemin.1 Det vill säga att genomföra en minskning av skadliga ämnen, både miljöskadliga och skadliga för människor, i alla delar av den kemiska processen. 4. Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity.
9
Den här delen av grön kemi sammanfattas ofta med att vi ska designa säkrare kemikalier. Det innebär att med den kunskapsbas som byggts upp över decennier välja bort funktionella grupper som gör kemikalier skadliga, under premissen att grupperna inte behövs för att substansen ska bibehålla sin funktionalitet. Historiskt har det alltid varit lätt att mäta om en substans gör det den är tänkt att göra eller inte, men det har varit svårare att mäta vad som gör den skadlig.1 Nu finns dock en fördjupad förståelse för vad som gör vissa substanser giftiga och andra inte. 5. The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. Definitionen av en hjälpsubstans (“auxiliary substance”) är en substans som hjälper till att rena, framställa eller manipulera en produkt utan att för den sakens skull ingå i produkten. Detta gör naturligtvis att den behöver tas omhand och separeras från produkten på något sätt, vilket kräver både energi och kunskap. Ytterligare en anledning till att välja bort lösningsmedel varhelst det är möjligt är deras effekt på inte bara människor utan även på miljön.1 Många har hört talas om vilka problem klorflourvätena (CFC) ställde till med under 1900-‐talet. Det som gjorde den extra förrädisk var dess låga påverkan på människor och stora mångsidighet samtidigt som det sedan visade sig att den hade förödande effekter på ozonet i stratosfären.1 6. Energy requirements should be recognized for their environmental and economic impacts and should be minimized. Den här principen handlar om att minimera energiåtgången i olika steg i processen under designen. Energiåtgången för reaktioner ses över och delsteg där energi används på ett eller annat sätt omvärderas. Det kan röra sig om värmning för att få till en reaktion eller kylning för att avbryta densamma. Sådana steg kan vara viktiga för att syntesen ska kunna genomföras, vad som måste utvärderas är mängden energi som går åt. Behöver reaktionen återloppskoka 16h över natten för att bilda produkt? Behöver reaktionsblandningen kylas snabbt, med is eller dylikt, efter avslutad reaktion? Vanligt är också att det bildas produkt och biprodukt som vid något skede måste separeras. Separationer oavsett typ kräver energi i någon form, vilket påminner om att lösningsmedel om möjligt bör undvikas.1
10
7. A raw material or feedstock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. För att förstå denna princip krävs en diskussion om vad ordet förnyelsebar betyder. Precis som i läran om hållbar utveckling handlar ordet förnyelsebar för den gröna kemisten om att råvaran ska kunna återskapas inom ett begränsat tidsintervall.1 Vanligtvis bestäms detta tidsintervall till att inte vara längre än livslängden för människor. En försvinnande, ”depleting”, resurs i det här sammanhanget är en resurs som inte återbildas, som kommer ta slut.1 Det gör att startmaterial som kommer från till exempel olja räknas som försvinnande istället för som förnyelsebara även om olja naturligtvis kan återbildas i jorden över väldigt lång tid. Det finns redan många kommersiellt gångbara alternativa resurser att tillgå istället för olja. Problemen med majs och andra sädesslag är att det finns en stark oro för hur dessa ska kunna stå sig i längden eftersom det är svårt att få en jämn tillgång på dessa råvaror över hela året.1 Om det till exempel skulle bli dåliga skördar skulle det inte bara påverka människor direkt genom svält utan även vår industri skulle bli lidande.1 Ett annat problem med många av de alternativa råvarorna är att det krävs stora ytor och mängder av energi för att odla dessa i en omsättning som skulle motsvara det som den moderna industrin är van vid. 8. Unnecessary derivatization (blocking group, protection/deprotection, temporary modification of physical/chemical processes) should be avoided whenever possible. Här handlar det om att undvika steg i processen som kan vara onödiga. Att sätta på och sen ta bort en skyddgrupp kräver självklart energi och är en av anledningarna till att man ska undvika dessa om möjligt.1 Dessutom krävs en separation när den delen inte behövs längre. Det finns naturligtvis tillfällen då ett syntessteg behöver skydd för någon funktionell grupp för att inte bli av med funktionaliteten hos produkten. I sådana fall får fokus ligga på att undvika miljö-‐/hälsoskadliga substanser för att åstadkomma detta. 9. Catalytic reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents. Grundläggande handlar det om några få saker. Utöver den uppenbara energivinsten katalysatorer medför genom att sänka aktiveringsenergin för reaktionen kan katalysatorer även styra selektiviteten. Detta blir extra viktigt i och med att det inte finns många reaktioner där all reaktant och reagens återfinns i en önskad produkt.1 Mot den bakgrunden är det viktigt att använda katalysatorer och inte bara stökiometriska mängder reaktanter och reagens. 10. Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products. Häri ligger lösningen på ett av de svåraste problemen inom grön kemi. Även fast det ibland inte går att påvisa någon direkt skada på människor eller miljön för en
11
given substans betyder inte det att det inte finns någon indirekt skadlighet hos substansen. Därför är det bra, om än svårt, om ämnet bryts ned i ofarliga ämnen efter sin önskade livslängd. Komplikationen ligger i att produkten ska klara av sin tänkta uppgift på ett tillfredställande sätt hela livslängden utan att brytas ned i förtid.1 Ett exempel på ämnen som varit svåra att förutsäga skadligheten hos är bekämpningsmedel, till exempel DDT. Dessa ämnen har också visat sig svårnedbrytbara och bioackumuleras i växter och djur där de blir skadliga i större doser.1 11. Analytical Methodologies need to be further developed to allow for real-‐time, in-‐process monitoring, and control prior to the formation of hazardous substances. Analytisk kemi har länge använts till att kontrollera utsläpp och olika gränsvärden i miljön i syfte att motverka för höga halter av skadliga ämnen. Denna princip syftar till att effektivisera denna övervakning genom att ta fram metoder för att övervaka processer i realtid medan produktionen pågår.1 Fördelen är att man då redan vid uppkomsten av skadliga ämnen kan ändra betingelserna för processen så att dessa skadliga ämnen slutar bildas. Detta har stora fördelar mot att mäta med stickprov i avfallsströmmen eftersom då är det försent att motverka bildandet av de skadliga ämnena som måste tas omhand. Det handlar dock inte bara om att förbättra de mätmetoder som finns utan även om att hitta nya mätmetoder för att mäta saker som idag inte klaras av att mäta.1 12. Substances and the form of a substance used in a chemical process should be chosen as to minimize the potential for chemical accidents, including releases, explosions and fires. Denna princip kräver mycket av kemisterna men ger mycket tillbaka. Det var trots allt några stora katastrofer vid olyckor relaterade till kemiindustrin som skapade det förakt och den rädsla som ännu överskuggar kemins ämnesområde. För att återfå förtroendet hos allmänheten måste kemister jobba på att minimera risken för skador och olyckor i samband med deras kemiska processer.1 För att sammanfatta. Behovet av en grön kemi, som bidrar till att samhället i stort går mot en hållbar utveckling, växte fram i den historiska utvecklingen kring miljöproblem och politik. Anastas tog fram 12 principer för grön kemi som han ville skulle fungera som verktyg för kemister som utvärderar synteser och försöker göra dessa mer hållbara. Det är denna definition av grön kemi, som verktyg för kemister, som jag kommer använda mig av i rapporten.
12
2.2 Hållbar utveckling Likt grön kemi är hållbar utveckling också ett komplext begrepp och måste förstås ur det sammanhang och de behov begreppet växt fram. Bakgrunden och den historiska redogörelsen som detta arbete utgår ifrån är framtagen av Fredrik Gröndahl och Magdalena Svanström och presenteras i deras bok “Hållbar utveckling: en introduktion för ingenjörer och andra problemlösare“.2 Den historiska utvecklingen där åtgärdsplanen för miljöförstöring gick från utspädningsprincipen till att förhindra bildandet av föroreningar vid källan har redan diskuterats (se föregående rubrik). På ett liknande sätt hur grön kemi växte fram ur en behovsbild att göra något åt miljöproblemen, växte också hållbar utveckling fram ur behovet att kunna ställa upp gemensamma mål för utvecklingen i världen som inte äventyrar vår framtida överlevnad. Det finns idag många olika sätt att se på begreppet hållbar utveckling och vad det är/innebär. Oavsett syn på hållbar utveckling är den vanligaste och mest kända formuleringen av hållbar utveckling: ”Utveckling som möter nutidens behov utan att riskera möjligheten för kommande generationer att möta sina behov.” 2 (Gröndahl et al, sid 47) Denna definition myntades av Bruntlandkommissionen 1987 och kommer användas i denna text när jag pratar om hållbar utveckling. Hållbar utveckling är ett komplext begrepp och uppbyggt av flera olika perspektiv. Perspektiven är inte helt disjunkta utan går tvärt om in i varandra och delar åsikter i ganska många frågor.2 Därför brukar hållbar utveckling sägas ligga i skärningspunkten mellan dessa perspektiv. Perspektiven och deras bidrag till hållbar utveckling kan ses som en balansgång där det gäller att balansera perspektivens inbördes intressen mot varandra.2 Hållbar utveckling är inte begränsat till att vara ett begrepp utan är även ett politiskt ställningstagande till vilket de olika inbördes perspektiven är knutna.2 Det är ganska lätt att se på vilket sätt hållbar utveckling går att använda som en politisk konstruktion. Applicerad hållbar utveckling handlar om hur vi lever våra liv och vilka konsekvenser det får för miljön och framtida generationer. Detta öppnar för olika argument om hur vi ska leva våra liv och vad som är acceptabel påverkan på miljön. Att bestämma sig för att leva hållbart är att ta ställning. Hur nära en hållbar utveckling detta ställningstagande är beror på hur väl balanserade de ingående perspektiven är.2
2 Gröndahl, Fredrik & Svanström, Magdalena, Hållbar utveckling: en introduktion för ingenjörer och andra problemlösare, 1. uppl., Liber, Stockholm, 2011
13
Det sociala perspektivet är en av tre hörnstenar som bygger upp begreppet hållbar utveckling. Det sociala perspektivet förespråkar social rättvisa. Utvecklingen i världen måste sträva mot att eliminera den sociala orättvisan och upprätta social rättvisa. Hur människorna lever är det viktigaste. Alla ska ha rätt att leva i en jämnt fördelad social standard som kan gälla för individuella länder så väl som för världen.2 Det ekonomiska perspektivet är en annan av de tre hörnstenarna. Det ekonomiska perspektivet förespråkar ekonomisk tillväxt. Utvecklingen i världen måste gynna den ekonomiska tillväxten så att den inte stannar av eller dör ut. Detta för att det ekonomiska systemet som det idag är uppbyggt inte skulle klara av påfrestningarna av en avstannad tillväxt.2 Det ekologiska perspektivet är den tredje hörnstenen. Inom det ekologiska perspektivet ligger naturens intressen närmast hjärtat. Utvecklingen måste ta steg i riktning mot att stärka naturens bärkraft och bevara de naturresurser som idag håller på att ta slut. Ekosystemen måste få möjlighet att anpassa sig och inkorporeras i vårt samhälle på deras egna villkor.2
Bild 1: Hållbar utveckling ligger i skärningspunkten mellan dess ingående perspektiv. För att sammanfatta. Behovet av hållbar utveckling som begrepp växte fram ur miljöarbetets utveckling i historien. Hållbar utveckling handlar om att balansera perspektiven (ekonomi, social och ekologi) så att framtiden inte försämras för våra barn och deras barn.
14
2.3 Begreppsbildning och syften i undervisningen Annie-‐Maj Johanssons avhandling heter ”Undersökande arbetssätt i NO-‐undervisningen i grundskolans tidigare årskurser”.3 Den tar upp och belyser problematiken som finns när elever i yngre årskurser arbetar undersökande i syfte att stärka begreppsbildningen. Att arbeta undersökande innefattar men är inte begränsat till att laborera och därför har avhandlingen trots sitt fokus på yngre årskurser bidragit med viktiga utgångspunkter. Det är inte helt ovanligt med lärare som klagar på laborationer för att eleverna inte lär sig något. Dessa lärare menar då att laborationerna skulle vara värdelösa. Detta menar Johansson inte beror på att det är fel på eleverna utan hon menar att det är fel på undervisningsmetoden.3 Vidare säger hon också att bara laborationer ej är tillräckligt för inlärning. Diskussion krävs också. Läraren måste anpassa den laborativa undersökningen i ett undervisningssammanhang för eleverna att ta tillvara på, för att ge uppgiften mening. En anledning till att eleverna ibland lämnar en aktivitet som ett frågetecken, utan att få med sig det som var tänkt, beror på en konflikt mellan de syften som styr aktiviteten.3 Mot denna väldefinierade problembakgrund presenterar Johansson ett par begrepp som hjälpmedel för att utvärdera undervisningssituationer och som verktyg att använda vid förbättringsarbete. Hon talar om närliggande syften och om övergripande syften.3 Dessa syften bör ses som varandras komplement och förutsättningar för att verksamheten ska kunna bedrivas med medvetenhet och utan motverkan mellan olika drivande krafter. Närliggande syften, säger hon, får ofta agera som mål i sikte för eleverna.3 De är elevcentrerade och möjliggör för eleverna att medverka i aktiviteten med sitt eget språkbruk och sina egna erfarenheter. Elevernas görande är i fokus. När jag skriver närliggande syfte menar jag ett syfte som ligger nära i undervisningen. Ett syfte som definierar innehållet i aktiviteten och vad som är viktigt att ta med sig. Ett bra närliggande syfte håller jag med om bör vara elevcentrerat och bidra till att eleverna kan delta i aktiviteten med sitt eget görande. Övergripande syften, säger hon, är läroplanscentrerade och syftar till att knyta verksamheten till de styrdokument den är underordnad.3 När jag skriver övergripande syfte menar jag också ett syfte som kommer ovanifrån, från programledningen eller styrdokument, och syftar till att på sätt och vis validera att undervisningen innehåller de delar som den ålagts.
3 Johansson, Annie-‐Maj, Undersökande arbetssätt i NO-‐undervisningen i grundskolans tidigare årskurser [Elektronisk resurs], Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik, Stockholms universitet, Diss. (sammanfattning) Stockholm: Stockholms universitet, 2012 Stockholm, 2012. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-‐78835
15
2.4 Målinriktat arbete i laborativa sammanhang För att få en bättre förståelse för hur mål används i laborationer och hur de kan användas har jag läst två artiklar, av Högström Per, Ottander Christina och Benckert Sylvia4 och av Millar Robin5. Enligt Millar besvarar många lärare frågan om varför vi gör laborationer inom naturvetenskapen med att ”det är för att naturvetenskap är ett praktiskt ämne”. Miller menar att vi lika gärna skulle kunnat svara att ”det är för att naturvetenskap är ett teoretiskt ämne”. Han visar, genom att analysera laborationer och deras mål och roll i undervisningen, vad målet med mycket av det praktiska arbetet inom naturvetenskap är. Laborationer hjälper till att överbrygga avståndet mellan observerbara data och objekt å ena sidan och teorier och tankar å andra sidan.5 Högström, Ottander och Benckert skriver om laborativt arbete och försöker klassificera målen med laborationer i tre huvudområden. Utveckling av kunskap och förståelse (den kognitiva domänen), attityd och motivation (den affektiva domänen) och laborativa färdigheter och arbetssätt (den psykomotoriska domänen). Studien gick sedan igenom laborationer som lärare i årskurs 7-‐9 hade med sina elever och lärarna fick först berätta vad målen med laborationer i deras undervisning i stort var och sedan berätta vad målen med de laborationer de tagit med sig var. Undersökningen visade att bland lärarnas svar kunde 6 teman utläsas till varför lärarna använde laborationer i sin undervisning. Dessa teman kunde sedan kopplas till de tre huvudområden som presenterats ovan. Temat ”att intressera och roa” och temat ”att stimulera aktivitet och upplevelse” var teman som tillhör den affektiva domänen. Temat ”att anknyta till vardag och verklighet” hade kopplingar till både den affektiva och den kognitiva domänen.4 Temat ”att utveckla praktiska och manipulativa färdigheter” var det enda som hörde till den psykomotoriska domänen. Temat ”att utveckla elevers förståelse för begrepp och fenomen” och temat ”att tänka och reflektera kring det laborativa arbetet” hörde till den kognitiva domänen. Dessa två teman var även mest framträdande hos lärare när de skulle beskriva målen med deras laborationer på ett generellt plan.4 Undersökningen visade även att temat ”att stimulera aktivitet och upplevelse” var tillsammans med temat ”att utveckla elevers förståelse för begrepp och fenomen” de två teman som framträdde mest hos lärarnas medtagna exempel på laborationer. Detta betyder att affektiva aspekter lyfts fram mer i de laborationer som lärarna har än de själva tror.4 Att det är så är inte något negativt eftersom att både kognitiva och affektiva mål bör ingå i laborationer.
4 Högström, Per, Ottander, Christina & Benckert, Sylvia, Lärares mål med laborativt arbete: Utveckla förståelse och intresse NorDiNa 5 (s. 54-‐65). Umeå 2006 5 Millar, Robin, Rethoric and reality: what practical work really is for Wellington (Red.) ”Practical work in school sience – which way now?” (s16-‐31). Padstow: Routledge 1998
16
Millar betonar att laborationers mål bör vara att överbrygga klyftan mellan det observerbara och våra föreställningar.5 Högström, Ottander och Beckert betonar vikten av att förmedla målen med laborationen till studenterna.4 ”Att förvänta sig att det laborativa arbetet av sig själv ska medföra en utveckling av kunskaper kan innebära att klyftan mellan laborationer och teori vidgas.” 4 (Högström et al, sid 63)
2.5 Före-‐ och efterarbete i laborationer Eftersom laborationer inte alltid knyter an till elevernas kunskaper riskerar laborationerna att ses som ett separat moment isolerat från den övriga undervisningen. Pre-‐ och post-‐laborativa aktiviteter kan då vara ett sätt att få eleverna att sätta laborationen i ett sammanhang. Åsa Julin-‐Tegelman skriver om bland annat före-‐ och efterarbete i laborationer.6 Samtal och diskussioner kan vara exempel på aktiviteter som fungerar som pre-‐ och post-‐laborativa aktiviteter. Laborationen ses då av eleverna som en del av en större helhet där dessa aktiviteter ingår.6 En viktig aspekt av aktiviteterna är att de bör klargöra i vilken kontext laborationen ingår. Annars riskerar laborationen bara bli ett sätt att producera ett fenomen och inte ett tillfälle att undersöka sambanden mellan variabler. I diskussionen kommer Julin-‐Tegelman fram till att det är svårt för den studerande att fokusera på mer än en sak i sitt laborerande, nämligen görandet. Hon säger att för att få dem att värdera och ifrågasätta resultat behövs antagligen en post-‐laborativ uppgift.6
2.6 Miljöundervisning och miljödidaktik Miljödidaktik är undervisningsforskning som inriktar sig på miljö-‐ och naturfrågor. De tankar kring miljödidaktik som detta arbete utgår ifrån är hämtad ur Klas Sandell, Johan Öhman och Leif Östmans bok ”Miljödidaktik: naturen, skolan och demokratin”.7 Centralt för värdeladdade utbildningsområden i allmänhet och miljödidaktik i synnerhet är att undervisningen påverkas mycket av den som undervisar och hens egna åsikter och intressen.7
2.6.1 De tre vanligaste undervisningstraditionerna Sandell, Öhman och Östman säger att för att kunna kartlägga undervisningstraditionerna inom hållbar utveckling (i Sverige) och var de härstammar ur bör först miljösyn och undervisningsfilosofi identifieras.7 Miljösynen är den enskilde lärarens syn på problematiken kring miljö-‐ och resursproblemen. Den gäller inte bara omfattning utan även karaktär, åtgärder och allvar. Olika miljösyn kan ge stora skillnader i hur mycket undervisningen tar upp global uppvärmning till exempel.7
6 Julin-‐Tegelman, Åsa, Hur kan elevers kritiska tänkande tränas i naturvetenskapliga ämnen -‐ en studie om den öppna och den slutna laborationen. Stockholms universitet, Stockholm 2005 7 Sandell, Klas, Öhman, Johan & Östman, Leif, Miljödidaktik: naturen, skolan och demokratin, Studentlitteratur, Lund, 2003
17
En lärares undervisningsfilosofi behandlar frågor om varför och hur skolan ska bedriva undervisningen, inte bara vad gäller miljöundervisning utan även undervisning i allmänhet. Det är många frågor som får sitt svar via lärarens undervisningsfilosofi. Dessa undervisningsfilosofier kan med fördel klassificeras i tre grupper beroende på hur de besvarar frågorna kring undervisningens upplägg.7 Essentialismen premierar ett kunskapsperspektiv där målet med undervisningen är att eleverna ska lära sig om den vetenskap och de fakta som experter inom miljöforskning kommit fram till.7 Progressivismen premierar ett elevperspektiv där målet med undervisningen är att eleverna ska lära sig att leva enligt miljöetiska regler.7 Rekonstruktivismen premierar ett demokratiperspektiv där målet med undervisningen är att eleverna ska lära sig att kritiskt granska olika alternativ så att de kan ta del i den politiska debatten.7 De tre vanligaste undervisningstraditionerna inom miljö och hållbar utveckling i skolan har varit kontinuerligt påverkade av politiken. Den politiska agendan påverkar definitionen av begreppet hållbar utveckling och även vilken riktning forskning om miljöproblemen har tar tagit.7 Det demokratiska perspektivet är framskrivet i skollagen och därför är det viktigt att fundera över hur auktoriteten fördelas i klassrummet både vid föreläsningar och diskussioner.7 Faktabaserad miljöundervisning7, som är den första av de tre vanligaste undervisningstraditionerna, har en miljösyn där miljöproblematiken är en vetenskaplig och främst ekologisk fråga. Undervisningstraditionen återspeglar essentialismen, där vetenskapligt belagda begrepp och modeller ska förmedlas till eleverna. Det är läraren som tillsammans med faktamässigt bevandrade elever delar på auktoriteten i klassrummet och planerar undervisningen utan övriga elevers deltagande. De utan faktamässig kunskap bortprioriteras i diskussioner och blir passiva åhörare. Normerande miljöundervisning7 har en miljösyn där problematiken främst är en värdefråga. Miljöproblemen är effekten av en konflikt mellan människan och naturen som beror på människors värderingar. Lösningen blir att undervisningen ska hjälpa eleverna att anta miljövänliga värderingar, likt progressivismen. Det är läraren som främst har auktoriteten i klassrummet. Att vara faktamässigt bevandrad är inte något som ger auktoritet i detta klassrum, istället premieras elever med miljövänliga värderingar och ges mer utrymme i diskussioner och i planeringen av undervisningen. Undervisning om hållbar utveckling7 har en miljösyn där problematiken är effekten av konflikter mellan olika mänskliga intressen. Dessa konflikter måste lösas på demokratisk väg för naturen och människans skull och således får undervisningen som målsättning att hjälpa elever att kunna och vilja delta i den demokratiska processen och diskussionen kring miljöfrågor, likt rekonstruktivismen. Viktigt blir att undervisningen inte premierar specifika
18
lösningar utan att den belyser olika aspekter och utgångspunkter för eleverna att själva ta ställning för eller emot. Eleverna och läraren tillsammans delar på auktoriteten oavsett tidigare erfarenheter av teorier och egna miljövärderingar. Alla ges lika utrymme att delta i diskussioner och undervisningen.
2.6.2 The action competence approach Utöver den miljödidaktiska forskningen som presenterats ovan, där undervisningstraditioner inom miljödidaktik identifierats, kan perspektivet kompletteras med inslag från annan forskning om miljöundervisning. Ett sådant perspektiv som varit relevant för det här arbetet har varit en artikel skriven av Finn Mogensen & Karsten Schnack.8 ”Action competence” som är själva kärnan i deras artikel kan bäst beskrivas som ett tillstånd.8 Ett tillstånd där undervisningen präglas av handlingskraft och självsäkerhet. Konceptet går ut på att miljöundervisningen ska utrusta eleverna med argument, tankegångar, kunskap och handlingskraft för att kunna och vilja göra skillnad i sitt egna och andras beteendemönster. Effekten blir att action competence kan ses som en av kombination mellan en normerande miljöundervisning och en undervisning om hållbar utveckling. Det som är yttersta förhoppningen inom action competence approachen är att eleverna ska ändra sina miljövärderingar och ha kunskapen att och våga delta i diskussioner rörande hållbar utveckling. Eleverna ska helt enkelt bli kompetenta för handling.8 Att eleverna ska bli kompetenta för handling påminner mycket om hur den gröna kemin och dess principer syftar till att vara ett verktyg för kemisterna att bli kompetenta i handling. Det finns alltså likheter mellan grön kemi och miljödidaktik. Denna insikt påverkade det som följer i nästa del av rapporten, utformandet av arbetets strategi och valet av de metoder som använts presenteras där.
8 Finn Mogensen & Karsten Schnack (2010): The action competence approach and the ‘new’ discourses of education for sustainable development, competence and quality criteria, Environmental Education Research, 16:1, 59-‐74
19
3. Modell-‐ och teoribildning: Här presenteras den miljödidaktiska modellen, en modell för laborationsdesign som jag tagit fram med hjälp av den tidigare forskningen. Jag förklarar därefter hur jag applicerat den miljödidaktiska modellen på de två laborationer jag testat.
3.1 Den miljödidaktiska modellen Under denna rubrik presenterar hur grön kemi och hållbar utveckling kan förstås hänga ihop utifrån dess perspektiv och principer. Därefter knyter jag an till den tidigare didaktiska forskningen och bygger upp en modell för laborationsdesign inom grön kemi och hållbar utveckling. Att grön kemi och hållbar utveckling hör samman kan ses genom att grön kemi har för syfte att utrusta kemisterna med verktyg och kunskaper så att de kan verka för en hållbar utveckling. Frågan blir då inte om grön kemi och hållbar utveckling hänger ihop, utan på vilket sätt. Hur grön kemi bidrar till en hållbar utveckling kan förstås genom att identifiera hur de tolv principerna för grön kemi bidrar till att kemisten arbetar för en hållbar utveckling. Skulle en kemist designa sin syntes enligt en av de tolv principerna betyder inte det att kemisten verkar för en hållbar utveckling. Se till exempel princip sju om att använda förnyelsebara råmaterial. Var kommer det sociala eller det ekonomiska perspektivet på hållbar utveckling in i den principen? För att skapa en överblicksbild av sambandet mellan principerna och perspektiven delade jag in principerna i olika kategorier. Detta beroende på vilket eller vilka perspektiv på hållbar utveckling som framträder i principen. Jag har nedan placerat kategorierna i en triangel där varje hörn motsvarar ett perspektiv (ekonomi, ekologi och social) och varje sida längs triangeln motsvarar en kombination av de två hörnen som sidan förbinder. Inuti triangeln finns kategorin som motsvarar en hållbar utveckling. Placeringen av de tolv principerna för grön kemi (1-‐12) visar vilken kategori de hamnat i.
Bild 2: Hur de olika principerna 1-‐12 om grön kemi förhåller sig till perspektiven på hållbar utveckling
20
Denna indelning är inte den enda möjliga. Poängen med att göra en sådan här indelning är att lyfta fram att grön kemi, när flera principer integreras, verkar för en hållbar utveckling. Var för sig är inte principerna tillräckliga åtgärder för att leda till en hållbar utveckling. Flera principer måste kombineras så att alla perspektiven från hållbar utveckling representeras i utvärderingen av synteser och processer. Anastas1 lyfter åter och åter igen fram hur viktigt det är att principerna ses som ett sammanhang/en helhet. Utifrån visualiseringen i bild 2 vill jag poängtera samma sak eftersom kemister behöver integrera flera principer för att nå en hållbar utveckling. För vidare diskussion se bilaga 5. Med denna överblicksbild över grön kemi och hållbar utveckling presenterar jag nu teorin bakom den miljödidaktiska modellen. När studenterna och eleverna ska lära sig om grön kemi och hållbar utveckling handlar det till stor del om begreppsbildning. Något som beskrevs utförligt av Johannson hur det hänger ihop med laborativt arbete.3 Jag förutsatte att de allra flesta inte vet vad grön kemi är och bara har stött på begreppet hållbar utveckling någon gång. Detta för att jag ville skapa en bred modell som inte kräver förkunskaper av studenterna/eleverna i laborationen. Enligt Morgensen et al borde miljöundervisningen syfta till att göra eleverna redo för handling och som nämnts har syftet nära likheter med hur grön kemi syftar till att göra kemisterna redo för handling.8 Detta förstärker min tanke att undervisning om grön kemi bör syfta till att bidra med verktyg som eleverna kan använda utifrån deras egen utgångspunkt. Denna utgångspunkt som nämns måste då skapas inte minst vad gäller grön kemi utan även hållbar utveckling innan laborationen äger rum. Genom ett pre-‐laborativt arbete6 kan studenterna och eleverna få ta del av och testa på att använda de verktyg som de ska lära sig använda. Sandell et al beskrev i sin bok några undervisningstraditioner och av dem är undervisningen om grön kemi närmast en kombination av undervisning om hållbar utveckling och faktabaserad miljöundervisning.7 En konsekvens av denna utgångspunkt är att i diskussioner i grupp och helklass blir en central del av hur grön kemi bör förmedlas. Denna utgångspunkt stärks av den tidigare forskningen där flera av författarna4 5 påtalar att laborationer måste få synas i sitt sammanhang för elever om de ska kunna ta med sig något. Johansson föreslår diskussioner kring laborationen och de begrepp eleverna ska lära sig om som sammanhangsbildande aktivitet.3 Post-‐laborativt arbete6 kan vara ett sätt att låta studenterna och eleverna diskutera begreppen de lärt sig under laborationen. Målet med laborationen faller in under både den kognitiva och den affektiva domänen.4 Detta eftersom laborationen ska ge förståelse om begrepp och teori (kognitiva domänen). Laborationen måste även lyckas intressera och aktivera (affektiva domänen) studenterna/eleverna så att de genomför efterarbetet och blir handlingskraftiga med sina nyvunna verktyg. Om jag skulle sammanfatta den miljödidaktiska modellen i ett fåtal punkter skulle jag säga att den önskar följande av undervisningen:
21
• Undervisningens syfte är att förse de studerande med de verktyg grön
kemi och hållbar utveckling kan tillhandahålla.
• Diskussionsmoment är en viktig del av hur undervisningen bör läggas upp eftersom ämnesområdet kräver egen eftertanke av de studerande.
• Förarbete ökar det konstruktiva deltagandet i diskussionerna genom att de studerande får en utgångspunkt kopplad till ämnet att utgå ifrån.
• Efterarbete leder till att kunskap manifesteras och leder till en ökad reflektion hos de studerande.
3.2 Designval kring universitetslaborationen Universitetslaborationen utgick från en laboration som redan ingick i en laborationskurs. Den laborationen, som kallas för den gröna laborationen, återfinns i bilaga 6. Jag utgick från den laborationen och designade om den enligt den miljödidaktiska modellen. Det närliggande målet med laborationen var att studenterna skulle lära sig om grön kemi och dess tolv principer. Det övergripande målet var att studenterna skulle lära sig om hållbar utveckling och kom som beskrivet i bakgrunden från programledningen. Reaktionen som skulle genomföras var:
Bild 3: syntesen som genomfördes i universitetslaborationen Jag valde att använda den reaktionen för att den uppfyllde flera av principerna för grön kemi. Till exempel används inget tillsatt lösningsmedel i reaktionen och biprodukterna som bildas, vatten och etanol, är lätta att ta omhand och relativt ofarliga. Avfall undviks genom att en katalysator, dowex, används och varken startämnena eller produkten har någon synnerligen allvarlig riskfras. Resorcinol kan framställas med hjälp av kåda och natriumhydroxid och återväxten beräknas ta 10 år för kådan. Syntesen är en så kallad direkt syntes, vilket bland annat innebär att inga skyddsgrupper eller andra mellansteg används. Atomekonomin ligger någonstans straxt ovanför 70% och de reaktionsbetingelser som används i laborationen möjliggör nästan 100% utbyte. Reaktionen sker inte heller vid några höga temperaturer eller tryck vilket är bra för både säkerheten och energiåtgången. Reaktionen följs upp med TLC, som euleringsmedel använde studenterna hexan och etylacetat i olika blandningar. Studenten kan även se när reaktionen är klar på färgskiftningen.
22
Eftersom laborationen var väldigt grön i bemärkelsen att syntesen uppfyller många av principerna för grön kemi kunde laborationen användas som ett konkret exempel på den teori studenterna lärt sig. Dessutom kan den användas som en övning i att arbeta grönt. En skillnad jag gjorde i genomförandet mot den ursprungliga gröna labben var att studenterna fick testa att separera katalysatorn från produktblandningen och låta en annan grupp återanvända den, istället för att bara veta att detta var möjligt. Förarbete: Inför laborationen fick studenterna en sida med alla principerna listade. Denna lista innehöll en kort förklaring och låg till grund för den föreuppgift studenterna skulle göra. Jag lät studenterna läsa in sig på fyra av principerna var och tänka på hur laborationen knyter an till var och en av dem. Uppgiften var lätt nog för alla att genomföra och målet var att alla under laborationen skulle kunna delta i en diskussion baserat på deras förarbete. Frågeformuleringen blev så här. ”Granska kritiskt dagens laboration med avseende på miljövänlighet och grön kemi. Utgå ifrån principerna beskrivna i laborationshandledningen och för var och en av de principer som tilldelats dig förklara hur du tror laborationen är anpassad eller inte anpassad efter principerna.” Ett vanligt problem, säger labbassistenterna, är att när de går igenom föreuppgifterna för laborationerna är det svårt att aktivera alla studenterna. Detta eftersom de duktiga mycket gärna visar framfötterna medan de lite mer modesta inte gör mycket väsen av sig. Genom att låta studenterna fokusera på ett mindre antal av principerna kunde de vid diskussionen känna en trygghet i att ingen annan visste mer om deras princip än dem. Diskussionsmoment: I början av laborationen var det ett diskussionsmoment. Detta i samband med en genomgång om vad grön kemi är. Tillsammans skulle momenten ge studenterna de verktyg grön kemi erbjuder. Förarbetet gjorde att diskussionen inte blev platt och endimensionell genom att studenterna när de kom till laborationen redan hade en förhållning till grön kemi. Diskussionen började i en princip och den student som arbetat med principen fick berätta hur den var kopplad till laborationen. Därefter fick övriga studenter hålla med eller argumentera emot. Om behövligt gav jag fler exempel på kopplingar till laborationen. Genomgången gav sedan förslag på konkreta kopplingar mellan grön kemi och vardaglig hållbar utveckling, se bilaga 3 för genomgångens innehåll. På så sätt kunde genomgången bygga vidare på varje princip och hjälpa studenterna att placera principen där de tyckte den passade in i en tom variant av bild 2. När studenterna placerade in principerna i triangeln (bild 2) funderade de på vilka intressen (ekonomiska, sociala eller ekologiska) som principen grundas i. Övningen lät studenterna tänka själva och argumentera för hur de tyckte principerna och perspektiven hängde ihop.
23
Efterarbete: För att studenterna skulle jobba vidare med grön kemi fanns till laborationen en efteruppgift. Efteruppgiften lät studenterna utmana sig själva i hur mycket de kunde om grön kemi och hållbar utveckling. Studenterna skulle hitta ett alternativt sätt att syntetisera målsubstansen för laborationen. Till sin hjälp hade de sökverktyg som använts i kursen. Därefter skulle de utvärdera deras alternativa syntes genom att jämföra den med den syntesen vi gjorde i labbkursen. Jämförelsen skulle utgå från så många som möjligt av principerna för grön kemi. Till sin hjälp fick de en länk till ett exempel där några forskare gjort en jämförelse mellan två synteser snarlik den de förväntades göra.9 Uppgiftsformuleringen såg ut så här: ”Fredrik kontaktar dig och frågar om du inte kan hjälpa honom att hitta en alternativ syntesväg till målsubstansen i labben. Han funderar på om hans sätt är det bästa eller om det finns andra sätt som är bättre. Hitta en eller flera alternativa syntesvägar och utvärdera om dem är bättre eller sämre med avseende på grön kemi. Inkludera så många av principerna som möjligt i ditt resonemang och för var och en värdera vilken av synteserna som är bättre och varför. Ansluta resonemanget med en helhetsbedömning och utse den grönare syntesen.” Fokus vid formuleringen var att göra uppgiften precis så stor som varje student ville göra den. Det möjliggörs genom formuleringar som ”Hitta en eller flera…” och ”så många av principerna som möjligt”. För att sammanfatta. När universitetslaborationen designades utgick jag från en laboration som redan genomfördes i en labbkurs. Denna gröna kemi-‐labb, som återfinns i bilaga 6, valdes då syntesen uppfyllde flera av principerna för grön kemi. Det förarbete, efterarbete och den diskussion som beskrivits ovan var alltså delar som inte ingick i den gröna labben utan designats enligt den miljödidaktiska modellen enkom för universitetslaborationen.
3.3 Designval kring gymnasielaborationen Gymnasielaborationen, se bilaga 7, designades mot bakgrund av de miljödidaktiska resonemangen som förts ovan. En viktig aspekt var att gymnasielaborationen skulle genomföras på vanlig lektionstid i elevernas egen laborationssal. Detta gjorde att universitetslaborationen inte kunde användas då den kräver betydligt mycket mer tid än de 90 minuter eleverna hade. På universitetsnivå var målen att studenterna skulle lära sig om hållbar utveckling samt grön kemi och alla dess tolv principer. Med tidsbegränsningen kring gymnasielaborationen var det mer rimligt med ett närliggande mål att eleverna skulle bekanta sig med begreppet grön kemi och stöta på ett urval av de tolv principerna. Övergripande målet kom från kursplanen för kemi som lyfter fram att eleverna ska få lära sig om hållbarhet och hållbar utveckling inom kemi.10
9 Jennifer N. Boice, Christina M. King, Carol Higginbotham and Richard W. Gurney, Molecular Recycling: Application of the Twelve Principles of Green Chemistry in the Diversion of Post-‐consumer Poly(lactic acid) Waste, JOURNAL OF MATERIALS EDUCATION 2008 Volym 30 Häfte 5/6 Sidor 257-‐280 10 Skolverket, Kursplan kemi 1 gymnasieskolan, hämtad 131003
24
Som laboration valde jag en estersyntes i mikroskala. Eleverna skulle syntetisera tre olika estrar i små provrör och sedan identifiera deras lukter. En estersyntes sker enligt följande formel:
Bild 4: Den generella reaktionsformeln för en estersyntes Jag valde att använda estersynteserna för att de uppfyllde flera av principerna för grön kemi. Till exempel används inget tillsatt lösningsmedel i reaktionen och biprodukten som bildas, vatten, är lätt att ta omhand och ofarlig. Avfall undviks genom att använda en katalysator, svavelsyra, och utbytet maximeras genom att ha ett överskott av ena reaktanten. Vare sig reaktanterna eller produkterna har någon allvarlig riskfras och möjlighet finns att köpa alla reaktanter i dagligvaruhandeln om så önskas. Syntesen är en direkt syntes som bland annat innebär att inga skyddsgrupper eller andra mellansteg används. Atomekonomin är hög för alla tre reaktionerna och inga av reaktionerna sker vid höga temperaturer eller tryck. Dessutom sker reaktionerna i mikroskala vilket ytterligare ökar säkerheten. Eleverna kan se att reaktionerna är klara genom att lukta nära rören men också se en förändring i både grädden och natriumbensoatet. Svavelsyran är det i särklass farligaste momentet och den mest hälsoskadliga substansen. Laborationen användes som ett konkret exempel på den teori eleverna tagit del av och som en övning i att arbeta grönt. Eftersom alla substanser gick att köpa i dagligvaruhandeln låg det nära till hands att koppla labben till hållbar utveckling i vardagen. Förarbete: Eleverna hade inte en föreuppgift där de bekantat sig med principerna i förväg. Utan föreuppgift sattes innehållet i genomgången på hårdare prov eftersom eleverna inte hade hunnit bekanta sig med grön kemi innan laborationen. Innehållet i genomgången var detsamma som presenterats i bilaga 3 men endast principerna 2, 5, 6, 9 och 11 togs upp under genomgången. Diskussionsmoment: Genomgången lyfte som sagt fram fem av de tolv principerna, vilket jag ansåg lagom många principer för eleverna att bekanta sig med. Genomgången skulle på så sätt hjälpa eleverna förstå de verktyg som de behövde för att uppnå målen med laborationen. Diskussionen gick till så att eleverna under genomgången fick fundera på en princip och säga vilket/vilka av perspektiven på hållbar utveckling de tyckte den representerade och
http://www.skolverket.se/laroplaner-‐amnen-‐och-‐kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/kem?tos=gy&subjectCode=KEM&lang=sv&courseCode=KEMKEM01#anchor_KEMKEM01
25
argumentera för sin ståndpunkt. Eftersom detta var en mindre diskussion än universitetsstudenterna hade ville jag låta eleverna arbeta två och två så att de sinsemellan eller mellan grupperna kunde diskutera när de försökte besvara frågorna till labben. Efterarbete: En reflektionsuppgift likt efteruppgiften för universitetsstudenterna fanns men på grund av tidsbegränsningen behövde storleken på uppgiften ändras. Efteruppgiften bestod av ett par observationsfrågor och ett par reflektionsfrågor. Eleverna skulle i grupper om två besvara frågorna och förklara sina svar för mig innan de fick godkänt på laborationen. Det fanns två observationsfrågor. Vilka dofter känner du? Beskriv dem och fundera på om du känner igen dem. Kan du se att det är klart? Ser du någon förändring i provröret? Eftersom estrar är kända för att ha karaktäristiska lukter var första frågan en bra kontrollfråga för att se om eleverna gjort rätt. Dessutom kan eleverna få hjälp att besvara den andra frågan eftersom lukterna kommer när reaktionen är klar. Dessa frågor knyter an till principen om att spara energi och principen att analysera i realtid. Genom att fundera på frågorna får eleverna reflektera kring några av de viktigaste verktygen en grön kemist har att tillgå. Reflektionsfrågorna var tre till antalet. Hur kan du öka utbytet av ester? Vad fyller svavelsyran för funktion? Varför värmer vi endast till 80 grader? Vilka konsekvenser får det? Den första frågan syftar till att hjälpa eleverna att förstå hur deras agerande som kemister kan påverka synteser och på vilket sätt detta kan ske. Andra frågan upprepar den viktigaste biten information om laborationen genom att lyfta fram svavelsyrans funktion som katalysator. Tredje frågan syftar till att väcka reflektion över laborationsdesignen och ordvalen i labbhandledningen. Till exempel är det skrivet att reaktionsblandningen ska ”koka” men eftersom det bara värms till 80 grader tvingas eleverna omvärdera eventuella föreställningar om att bara vatten kan koka. För att sammanfatta. När gymnasielaborationen designades var den största begränsningen tiden och därför behövdes en annan syntes än den som universitetsstudenterna fick genomföra. Förarbetet utgick ur laborationen på grund av logistiska problem och ont om tid för eleverna. Diskussionen och efterarbetet var lite mindre än i universitetslaborationen och efterarbetet bestod av några observations-‐ och reflektionsfrågor.
26
4. Metod: Här presenteras de metoder som använts vid insamlingen av data. Först presenteras enkätundersökningen och dess tre svarsgrupper. Därefter presenteras intervjumetoden och de resonemang som ligger till grund för intervjuplanen som togs fram.
4.1 Metodpresentation för enkätundersökningarna Jan Trost och Oscar Hultåkers bok ”Enkätboken”11 har fått bidra med de metoder som använts i de två enkätundersökningarna som genomförts. Först presenteras tankarna kring universitetsenkäten eftersom den låg till grund för vad som skulle ingå i gymnasieenkäten. Sen presenteras gymnasieenkätens metod innan nästa avsnitt om intervjumetodiken.
4.1.1 Universitetsenkäten Jag har valt att göra vad som enligt Trost kallas för ett bekvämlighetsurval.11 Detta innebär att jag i praktiken har frågat alla studenter som varit relevanta för min enkät, nämligen de studenter som gick kursen jag gjorde min undersökning i. Denna typ av undersökning är vanlig i utvärderingssammanhang för undervisning.11 För att göra bra enkäter behövs ett tydligt syfte med enkäten. Universitetsenkätens syfte formulerades som nedan. Syftet med enkäten är att kvantifiera studenternas egna tankar kring sina kunskaper inom grön kemi och hållbar utveckling. Enkäten hade två svarsgrupper, den ena svarsgruppen var de studenter som genomförde universitetslabben jag designat och beskrivit i ett tidigare avsnitt. Den andra gruppen var de studenter som gick samma kurs som första svarsgruppen men istället genomförde den gröna kemilabben som designats av deras kursansvarige. Båda grupperna besvarade samma enkät för att svaren skulle kunna jämföras. Enkäten var främst av kvantitativ karaktär och låter studenterna ta ställning till 8 påståenden om deras kunskaper om grön kemi och hållbar utveckling. Enkäten avslutades med en öppen fråga där studenterna fick berätta vilken av laborationerna i deras som varit mest givande gällande hållbar utveckling och grön kemi. De skrev även på vilket sätt den laborationen varit mer givande än de andra laborationerna. Enkäten utformades och reviderades med hjälp av testpersoner för att se till att frågorna var välformulerade. Jag undvek att ha flera frågor per fråga i enkäten och jag försökte hålla nere det totala antalet frågor.11 Ett exempel på detta är en frågeformulering från första utkastet: ”Jag tycker att jag lärt mig mer om hur grön kemi och hur hållbar utveckling i samhället hänger ihop efter att ha genomfört labbkursen än innan”. Denna fråga som ville ha svar om både grön kemi och hållbar utveckling omarbetades till två separata frågor. Jag har varit tydlig med hur många svar som efterfrågas per fråga och jag har även undvikit rangordningsfrågor, eftersom dessa ofta misstolkas. Trost skriver
11 Trost, Jan & Hultåker, Oscar, Enkätboken, 3., [rev. och utök.] uppl., Studentlitteratur, Lund, 2007
27
att människor har en ovilja att rangordna saker i allmänhet och i synnerhet saker de inte bryr sig om eller inte förstår.11 Värdeladdade ord i frågeformuleringarna undveks på grund av tolkningsutrymmet de möjliggör. Av samma anledning har jag undvikt långa meningar och krångliga ord.11 Något som inte går att överbygga är det faktum att hållbar utveckling ett värdeladdat och/eller ett komplicerat koncept. Men eftersom hållbar utveckling ingår i undersökningens syfte måste begreppet ingå i frågeformuleringen. Jag valde att ha en mer tabellarisk uppställning över att ha unika svarsalternativ för varje fråga.11 Jag värderade den visuella upplevelsen av enkäten högre än fördelarna med olika svarsalternativ. Därför är svarsalternativen desamma för de olika påståendena. En annan fördel med att ha samma svarsalternativ för liknande frågor är igenkänningsfaktorn.11 Antalet svarsalternativ valdes för att motverka slentrianmässig ifyllning.11 Jag valde att ha fyra svarsalternativ eftersom jag ville kunna skilja på de studenter som höll med påståendet i stor utsträckning och de som höll med i inte lika stor utsträckning. Det fanns utrymme för en öppnare fråga i slutet av enkäten där studenterna kunde skriva lite mer och Trost förespråkar en öppen fråga som avslutning på enkäter.11
4.1.2 Gymnasieenkäten Metoden som användes vid gymnasieenkäten är densamma som den som presenterats ovan för universitetsenkäten. Alla tankar kring svarsalternativen och frågorna har applicerats även på denna enkät. Syftet med undersökningen på gymnasial nivå var att söka se om det var skillnad på hur elever och studenter lär sig om grön kemi och hållbar utveckling. Den sista frågan formulerades om så att den fokuserade mer på undervisningsstrategin vid laborationen. En sådan omformulering inte möjlig på universitetsenkäten eftersom alla som skulle svara på den enkäten inte hade genomfört samma laboration och således inte alla kunde skriva om min undervisningsstrategi. Gymnasieenkäten var baserad på ett bekvämlighetsurval11, dock lite snävare än urvalet för universitetsenkäten. Den enda svarsgruppen som svarande på gymnasieenkäten hade genomfört gymnasielaborationen med mig. Detta för att bland eleverna fanns det ingen kontrollgrupp som genomfört en liknande laboration utan den miljödidaktiska modellen att jämföra med. Målen med laborationerna påverkade vilka frågor som kunde inkluderas i gymnasieenkäten. Universitetslaborationen hade som syfte att studenterna, med grön kemis principer som verktyg, skulle kunna utvärdera hur grön en given
28
syntes eller laboration är. Gymnasieeleverna behövde inte kunna det och därför exkluderades frågan som behandlade det ur enkäten. En fråga på universitetsenkäten behandlade studenternas inställning till grön kemi och hållbar utveckling. Den inkluderades inte i gymnasieenkäten. Detta eftersom att utan referensgrupp att jämföra inställningen med kunde jag inte visa att inställningen var kopplad till laborationen.
4.2 Metodpresentation för intervjuerna Metoden som jag använde för intervjuerna är hämtad ur Annika Lantz bok ”Intervjumetodik”.12 Intervjuer precis som enkäter och undersökningar i allmänhet kräver ett formulerat syfte på ett tidigt stadium för att arbetet med frågorna som ska ställas får bästa möjliga förutsättningar. Syftet med intervjuerna är att på ett kvalitativt sätt ta reda på hur de studenter som har en förhållning till grön kemi och hållbar utveckling har skapat detta förhållande och hur utbrett förhållandet är. Lantz säger att när det ska beslutas vilken typ av intervju som passar bäst till frågeställningen är det viktigt att knyta an intervjuformen så att den passar bra till den tidigare kunskapen som finns på området.12 Av de fyra intervjutyper hon beskriver valde jag en öppen riktad intervju. 12 En öppen riktad intervju passade bäst på grund av dess möjlighet av att kombinera ett syfte som söker förståelse med en redan välutvecklad modell. En öppen riktad intervju har för syfte att beskriva och avgränsa ett fenomen, att skapa en modell. Relationen till tidigare kunskap har bidragit med en tentativ modell och det är denna modell som sedermera ska undersökas om den kan bidra till förståelsen av fenomenet och bidra med begrepp som beskriver fenomenet.12 Frågorna delades in i fyra delar. Studenterna frågades dels om förarbetet och efterarbetet kring labben och dels om genomgången/diskussionen vi hade innan laborationen började. Dessa tre områden togs upp i samma ordning vid intervjun som de genomfördes vid laborationen. Först förarbetet, sen genomgången/diskussionen och sen efterarbetet. Intervjun avslutades med ett sista område som frågade hur studenterna upplevt de olika momenten i förhållande till varandra. Följdfrågor planerades inte in på förhand men jag lämnade utrymme tidsmässigt för spontana följdfrågor inom de olika områdena. Se intervjuplanen12 i bilaga 8 för frågeformuleringarna.
12 Lantz, Annika, Intervjumetodik, 2., [omarb.] uppl., Studentlitteratur, Lund, 2007
29
5. Presentation av undersökningens resultat: Här presenteras undersökningarnas resultat i form av diagram. Graferna kommer i samma följd som frågorna på enkäterna. Enkäterna och frågorna återfinnes i bilagorna 1 och 2 för universitetsenkäten respektive gymnasieenkäten. Eftersom den studentgruppen som gjorde universitetslabben var tre stycken och de också intervjuats har deras data presenterats separat. Deras enkätdata redovisas i en tabell istället för med diagram. I den andra studentgruppen var det betydligt fler svarande (76 st) och dessa studenter var de studenter som genomförde den gröna kemilabben som redan ingick i deras kurs. Deras enkätdata redovisas med i diagram 1-‐8. Gymnasieeleverna som deltog i undersökningen var 11 till antalet och deras enkätdata presenteras i diagram 9-‐13. Intervjuerna har bearbetats genom att genomlyssnats två gånger och sedan transkriberats. Den övergripande tonen i svaren från intervjuerna presenteras sammanfattat längst ned under detta avsnitt. Relevanta citat att ta med i diskussionen, citat som hjälper att besvara arbetets frågeställning, identifierades och inkluderades direkt i analys och diskussionstexten.
5.1 Universitetsenkätens resultat Svaren från den mindre svarsgruppen, de tre studenterna som genomfört universitetslaborationen, presenteras i följande tabell. Alla instämde fullt eller delvis på påståendena och därför har jag bara skrivit om de instämde fullt eller delvis. Studenternas undersökningsnummer (NR) är 77, 78 och 79. Frågorna återfinns längre ned i samband med diagrammen och även i bilaga 1. NR
Fråga 1 Fråga 2 Fråga 3 Fråga 4 Fråga 5 Fråga 6 Fråga 7 Fråga 8 77
Fullt Fullt Delvis Fullt Delvis Fullt Fullt Fullt 78
Fullt Fullt Delvis Fullt Delvis Fullt Fullt Fullt 79
Fullt Fullt Delvis Fullt Fullt Fullt Fullt Fullt Tabell 1: Resultatet av universitetsundersökningen för student 77, 78 och 79 Fråga 1 och 2 var de som behandlade inställningen till grön kemi och utifrån tabellen syns att samtliga studenter i denna svarsgrupp anser att labbkursen bidragit till deras kunskaper om grön kemi och att de efter labbkursen kunde mer om grön kemi än innan. Fråga 5 och 6 behandlade motsvarande inställningar till hållbar utveckling och där kan vi se att alla fortfarande instämmer även om 66 % bara delvis instämmer till att laborationskursen bidrar till deras kunskaper om hållbar utveckling. Fråga 3 behandlade studenternas inställning till om de efter labbkursen ansåg sig kunna bedöma en syntes utifrån hur väl den uppfyller grön kemis principer. Samtliga instämde delvis till det påståendet. Fråga 7 frågade om studenterna ansåg sig kunna ge exempel på sambandet mellan grön kemi och hållbar utveckling och samtliga svarande instämde fullt.
30
Fråga 4 och 8 handlade om studenternas inställning till grön kemi och hållbar utveckling och om studenterna trodde de skulle ha användning för sina kunskaper i framtiden. Samtliga svarande instämde fullt i att det var viktiga begrepp. Den större svarsgruppen presenteras som diagram baserat på vad student 1 till och med student 76 har svarat på undersökningens frågor. Diagrammen presenterar en fråga och svarsfördelningen i procent över den frågan. Frisvarsfrågornas svar citeras direkt i analys och diskussionstexten. Avsnittet avslutas med att jag summerar några viktiga resultat från graferna innan resultaten för gymnasieenkäten presenteras.
Diagram 1: Studenters förståelse av grön kemi efter genomförd laboration (n=76)
Diagram 2: Studenters kunskap om grön kemi efter genomförd laboration (n=76)
1. Jag anser att labbkursen har varit bidragande till min förståelse av vad grön
kemi innebär.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
2. Jag vet mer om grön kemi efter att ha genomfört labbkursen än jag gjorde innan.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
31
Diagram 3: Studenters förmåga att identifiera grön kemi efter genomförd laboration (n=76)
Diagram 4: Studenters inställning till grön kemi efter genomförd laboration (n=76)
Diagram 5: Studenters förståelse av hållbar utveckling efter genomförd laboration (n=76)
3. Jag kan efter att ha deltagit i labbkursen uppskatta hur väl en given syntes följer
grön kemis principer.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
4. Jag tror jag kommer ha nytta av mina kunskaper inom grön kemi som ingenjör.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
5. Jag anser att labbkursen har varit bidragande till min förståelse av vad
hållbar utveckling innebär.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
32
Diagram 6: Studenters kunskap om hållbar utveckling efter genomförd laboration (n=76)
Diagram 7: Studenters inställning till hållbar utveckling efter avslutad laboration (n=76)
Diagram 8: Studenters förmåga att se samband mellan grön kemi och hållbar utveckling (n=76)
6. Jag vet mer om hållbar utveckling efter att ha genomfört labbkursen än jag gjorde
innan.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
7. Jag tror jag kommer ha nytta av mina kunskaper inom hållbar utveckling som
ingenjör.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
8. Jag kan efter att ha deltagit i labbkursen ge exempel på samband mellan grön kemi
och hållbar utveckling.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
33
Från dessa grafer ser vi att studenterna håller med i mer eller mindre grad om att de lärt sig om grön kemi och att de kan mer efter labbkursen än innan. Ett fåtal studenter håller inte med. En majoritet av studenterna håller inte med om att de lärt sig om hållbar utveckling eller att de kan mer om hållbar utveckling efter labbkursen än innan. En stor majoritet tror att de kommer ha nytta av sina kunskaper om grön kemi och hållbar utveckling i sitt arbete som ingenjörer. En majoritet anser sig även kunna bedöma om en syntes är grön och ge exempel på sambandet mellan grön kemi och hållbar utveckling.
5.2 Gymnasieenkätens resultat Här presenteras resultatet av elevernas enkäter. 11 svarande har tagit ställning till påståendena och i diagrammen presenteras svarsfördelningen i procent för de fem åsiktsfrågorna. Fritextsvaren från enkäterna presenteras direkt i analys och diskussionstexten.
Diagram 9: Elevernas förståelse av grön kemi efter genomförd laboration (n=11)
Diagram 10: Elevernas kunskap om grön kemi efter genomförd laboration (n=11)
1. Jag anser att labben har varit bidragande till min förståelse av
vad grön kemi innebär.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
2. Jag vet mer om grön kemi efter att ha genomfört labben än jag
gjorde innan.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
34
Diagram 11: Elevernas förståelse av hållbar utveckling efter genomförd laboration (n=11)
Diagram 12: Elevernas kunskap om hållbar utveckling efter genomförd laboration (n=11)
Diagram 13: Elevernas förmåga att se samband mellan grön kemi och hållbar utveckling (n=11)
3. Jag anser att labben har varit bidragande till min förståelse av vad hållbar utveckling innebär.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
4. Jag vet mer om hållbar utveckling efter att ha genomfört
labben än jag gjorde innan.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
5. Jag kan efter att ha deltagit i labben ge exempel på samband mellan grön kemi och
hållbar utveckling.
Obesvarat
Instämmer Fullt
Instämmer Delvis
Instämmer Inte
Instämmer Inte Alls
35
5.3 Intervjuernas resultat I sina intervjuer får de 3 studenterna som genomförde universitetslaborationen berätta på vilket sätt varje del av laborationen bidrog till deras förståelse av grön kemi. Studenterna svarade på hur respektive av de tre momenten (förarbete, genomgång/diskussion och efterarbete) bidrog till deras förståelse. Studenterna avslutade med att säga vilken del de tyckte bidrog mest för dem. I intervjuerna nämner även studenterna att de lärt sig om hållbar utveckling. Studenterna är överens om att förarbetet gjorde att de kom igång att tänka själva och ifrågasätta saker de annars inte hade tänkt på. De säger att förarbetet inte ger en helhetsbild och studenterna säger att förarbetet gjorde dem mer förberedda för genomgången och diskussionen. Studenterna säger att genomgången har hjälpt dem att öka deras kunskaper. Genomgången kompletterade den egna bilden studenterna skapat sig genom att göra förarbetet. Genom diskussionen har de också fått ta del av varandras tankar. Från genomgången har studenterna tagit med sig ett nytt tänk och nya verktyg i form av exempel på tillämpningar på principerna. Studenterna tycker att efterarbetet inte bidrog till någon förnyad kunskap. Som repetitionsuppgift och fördjupning av kunskaperna från laborationen var efterarbetet vettigt då studenterna fick både repetera och själva tänka i nya banor. Studenterna tyckte att genomgången var det moment som lärde dem mest om grön kemi.
36
6. Analys och diskussion: Här analyseras och diskuteras undersökningens resultat med utgångspunkt i det tidigare framlagda syftet och frågeställning. Först repeterar jag undersökningens syfte för att diskussionen ska gå lättare att följa. Sedan diskuteras frågeställningen innan den summeras i en slutsats och resultatens relevans och validitet samt riktlinjer för framtida forskning presenteras. Syftet med det här examensarbetet har varit att undersöka hur laborationsdesign kan integrera grön kemi som närliggande syfte och hållbar utveckling som övergripande syfte för en laboration inom organisk kemi. Följande frågeställning ska besvaras. Hur kan man inom ramen för en laboration lära studenter/elever om grön kemi och hållbar utveckling? I ett försök att besvara frågan har jag använt tidigare forskning och tagit fram vad jag kallar ”den miljödidaktiska modellen”. Jag tror att genom att designa laborationer enligt den miljödidaktiska modellen kan studenter och elever lära sig om hållbar utveckling och grön kemi. Jag försöker besvara frågan genom att bryta ned frågeställningen i mindre frågor. Dessa frågor besvaras med elevers och studenters svar från undersökningen där de fått ta ställning till sina kunskaper och utveckling inom grön kemi och hållbar utveckling. Med utgångspunkt i resultatet av undersökningarna vill jag visa att studenterna och eleverna som genomfört laborationerna designade enligt den miljödidaktiska modellen har lärt sig om grön kemi. Jag vill också visa att det inte var något annat moment i kursen än laborationen som lärde dem om det. Därefter vill jag på samma sätt visa att studenterna och eleverna lärt sig om hållbar utveckling och att de gjort detta med hjälp av laborationen. Avslutningsvis jämför jag studenterna som genomförde universitetslaborationens svar med svaren från de studenter som genomfört den gröna kemilabben. På så sätt vill jag styrka att det är laborationen designad med den miljödidaktiska modellen som hjälpt studenterna att lära sig om grön kemi och hållbar utveckling.
37
Bidrar laborationen designad enligt den miljödidaktiska modellen till att studenterna och eleverna lär sig om grön kemi? Gymnasieenkäten visade att gymnasieeleverna ansåg att laborationen bidrog till deras förståelse om grön kemi och att de efter laborationen kunde mer om grön kemi än innan. Se diagram 9 och 10. I den öppna frågan säger eleverna att genomgången var det moment i laborationen som hjälpte dem mest att lära sig om grön kemi. Genomgången var en viktig del men även andra moment har omnämnts i positiva ordalag av eleverna. Till exempel säger elev 5 ”Labben bidrar också med förståelse då vi får besvara frågor om labben.” Elev 7 säger ”Sedan var det bra att kombinera det med något praktiskt, där också utvärderingen återkopplade till genomgången.”. Elev 9 anser att ”Under labben fick vi även arbeta under dessa förhållanden, tex att vi kunde sänka temperaturen på vattnet som reaktionen lades i.” Detta tyder på att den miljödidaktiska modellen fungerat bra och att studenterna har kunnat sätta laborationen i ett sammanhang. Något som både Johansson och Julin-‐Tegelman ansåg viktigt för att de studerande ska lära sig av laborationen.3 6 Universitetsenkäten som gick ut till de 3 studenter som genomförde universitetslaborationen visade att studenterna ansåg att laborationen bidrog till deras förståelse om grön kemi och att de kunde mer om grön kemi efter laborationen än innan. Se tabell 1, fråga 1 och 2. I sina intervjuer svarade studenterna på hur respektive av de tre momenten (förarbete, genomgång/diskussion och efterarbete) bidrog till deras förståelse av grön kemi och vilket moment som bidrog mest. Student 77 säger om förarbetet att ”Jag tror inte vi skulle ha fått ut lika mycket av diskussionen om vi inte hade gjort det”. Student 78 säger om förarbetet att ”frågorna såg svåra ut …” och säger också att hen ”… kollade på det som du skickade också, fick lite hur man ska tänka men annars kollade jag mest genom labben och försökte tänka själv”. Förarbetet säger student 78 gjorde att ”… nu tänkte man verkligen på om det förekom slöseri eller om det var farligt och sådär”. Student 79 säger att ”förarbetet då var man mer inne på de första fyra punkterna och självklart fick jag inte då en helhetsbild över de tolv principerna” sen fortsätter hen och säger ”… förarbetet inte heltäckande men intressant att man kan söka på ämnen och metoderna för att göra det grönt ur de här perspektiven” Ur dessa uttalanden kan sägas att förarbetet gjorde studenterna mer förberedda inför genomgången och diskussionen. Studenterna är överens om att förarbetet hjälpte dem komma igång att tänka själva och ifrågasätta saker de annars inte hade tänkt på. Något som Julin-‐Tegelman också menar att studenterna behöver för att kunna värdera och ifrågasätta laborationens resultat.6
38
Om genomgången säger student 77 att ”vi pratade mest om labben, för det var ju mest det konkret som vi skulle tänka på liksom. Men du kom med exempel på hur det fungerar ute på företag och sådär, det är ju inte något vi har koll på annars. Så det tyckte jag kopplade samman lite med hållbar utveckling. Vi tänkte mer på grön kemi aspekten men i och med de fick man in mer hur det påverkar liksom samhället och industrin mer”. Hen jämför diskussionen också med vad övriga studenter i kursen diskuterat, ”Det tror jag de andra som gjorde grön kemilabben gick miste om. Den diskussionen är säkert inte lika stor och det faller sig inte lika naturligt”. Student 78 säger att genomgången ”sammanfattade det som man tagit reda på själv och så fick vi reda på lite nytt om de andras punkter.” ”… fick svar på alla frågor och bekräftelse på att det jag tänkt var rätt”. Hen säger också att ”det hjälpte till att jag hade förarbetat lite...” ”… vissa av dem hade jag fattat när jag höll på med mina frågor så en del hade man redan koll på och då var det kul att höra mer om det.” Student 79 säger att ”jag tyckte det var väldigt viktigt och man fick en bättre förståelse för vad grön kemi faktiskt innebär”. Hen förklarar också på vilket sätt genomgången bidrog till förståelse om grön kemi. ”… fick man ju se att det bygger på vissa grunder, att grön kemi är kategoriserat. Grön kemi är inte bara att spara energi utan det är faktiskt de här kriterierna som vi kollar på och det är också olika perspektiv”. ”… den bilden hade jag inte alls av grön kemi så att där har jag verkligen ökat förståelsen”. Hen säger att det var ”svårt att se de praktiska lösningarna på problemet och när du gick igenom typ så kunde vi ju enkelt göra det grönare eller se att det faktiskt var grönt”. Hen säger dessutom ”insikten att aha, alla andra synteser vi har gjort har vi inte tänkt på det här eller då är man inte lika sparsam med olika delar.” ”jag tycker flera borde varit med i diskussionen och hört det”. Det är tydligt att genomgången har hjälpt studenterna att öka deras kunskaper om grön kemi genom att komplettera den bild studenterna själva skapat. Under diskussionen har de också fått ta del av varandras tankar och tagit med sig ett nytt tänk och nya verktyg i form av exempel på tillämpningar på principerna. Detta tyder på att den approach på genomgångar som förespråkats av Mogensen et al och Sandell et al bidragit till att de studerande vågat delta i diskussioner och lärt sig om grön kemi.7 8 Om efterarbetet säger student 77 säger så här att ”Efterarbetet va liksom, a de va väl liksom en fortsättning på diskussionen egentligen å försöka sätta det i ytterligare ett lite annorlunda sammanhang, ur en annan synvinkel få bearbeta det själv lite gran.” ”Det kändes som att jag hade ett lite annat perspektiv när jag tittade på det efteråt.” ”Jag tittade på reaxys men det är synd för man får ju inte så, det var synd att man inte fick lika mycket information om synteserna när man kollade där.” ”Jag hade velat veta mer.” ”Jag blev mer nyfiken på det”. Student 78 säger att efterarbetet ”det lärde mig att det finns väldigt många sätt att arbeta hållbart och att det är svårt att säga vilket som är bäst.” Hen säger också ”Det var bra med förarbetet för då förstod man genomgången bättre och efterarbetet var viktigt för man ska ju lära sig att arbeta själv också.”
39
Student 79 säger ”Jag tyckte inte det var ett jättestort bidrag eller min förståelse ökade inte mycket mer” Hen säger att efterarbetet var ”… inte kompletterande.” ”Efterarbetet bidrar inte med jättemycket mer än vad man fått ut i kursen”. Här går åsikterna isär lite. Studenterna tycker att efterarbetet inte bidrog till någon förnyad kunskap. Student 77 och 78 tyckte att deras nyfikenhet väcktes och de var nöjda med efterarbetet medan student 79 inte höll med om att nyfikenheten väckts. Som repetitionsuppgift och fördjupning av kunskaperna från laborationen tyckte studenterna att efterarbetet var vettigt då de fick både repetera och själva tänka i nya banor. Att studenterna ser laborationen och arbetet kring som en helhet ligger i linje med Julin-‐Tegelmans tankar om hur pre-‐ och post-‐laborativa aktiviteter sätter laborationer i ett sammanhang.6 Vad gäller vilket moment som var mest givande var studenterna överens. Likt noterat i gymnasieundersökningen tyckte studenterna att genomgången var det moment som lärde dem mest om grön kemi. Student 77 säger ”Jag tycker förarbetet och diskussionen innan labben var det som gav mest…”. Student 78 säger ”genomgången som lärde mig mest om alla olika liksom allmänt, det var det som var mest om begreppet hållbar kemi.” Hen var också tydlig med att poängtera ”Jag tycker alla tre var lika viktiga och man borde ha med allting.” Student 79 säger ”de jag fick ut mest var när vi diskuterade tillsammans”. För att knyta an till frågeställningen igen så är det tydligt att studenterna lärde sig om grön kemi genom laborationen. Enkäterna visar att eleverna och studenterna känner sig säkra på sina kunskaper om grön kemi. Fritextsvaren från eleverna visar att genomgången och repetitionsfrågorna var det som bidrog mest i deras laboration. Studenterna säger i sina intervjuer att laborationen bidrar mycket till att de lär sig om grön kemi. Studenterna känner till och med att deras kurskamrater, som inte gjorde universitetslaborationen, missade något när de inte fick samma typ av genomgång och arbete som de själva. Bidrar laborationen designad enligt den miljödidaktiska modellen till att studenterna och eleverna lär sig om hållbar utveckling? Undersökningen i gymnasiet visade att alla eleverna i någon grad ansåg att laborationen bidrog till deras förståelse av hållbar utveckling och att de efter laborationen kunde mer om hållbar utveckling än innan, se diagram 11 och 12. Dessutom instämde 36 % fullt med att de efter laborationen kunde ge exempel på samband mellan grön kemi och hållbar utveckling. Övriga 64 % instämde delvis, se diagram 13. Universitetsenkäten visade på liknande resultat vad gäller studenternas förståelse av hållbar utveckling. En instämde fullt och övriga två instämde delvis, se tabell 1 fråga 5. Dock ansåg alla tre sig kunna mer om hållbar utveckling efter laborationen än innan och alla tre ansåg sig kunna ge exempel på samband mellan grön kemi och hållbar utveckling. Se tabell 1 fråga 6 och 8.
40
I intervjuerna nämner alla tre studenterna hållbar utveckling även om intervjuerna främst fokuserats på grön kemi. Student 77 till exempel säger, i samband med att hen pratar om diskussionen ”… så det tyckte jag kopplade samman lite med hållbar utveckling.” Student 78 säger att diskussionen var bäst för den lärde om vad hen omedvetet kallar för ”hållbar kemi”. Det är inte ens ett begrepp jag tagit upp utan något som naturligt kom för studenten när förståelsen ökade. Student 79 pratar ganska mycket om kopplingarna mellan grön kemi och hållbar utveckling. ”… hållbar utveckling också så kände jag att tidigare har man ju diskuterat ur mer ett världsligt perspektiv…” ”… att dela upp det till ekonomi, till ekologi och till samhället var ganska intressant och att man kunde dra paralleller till det och just då att de tolv principerna byggde på att påverka de punkterna.” ”å se liksom hur man i praktiken via de här tolv principerna kan bidra till en hållbar utveckling” Att alla studenterna nämner hållbar utveckling i samband med att de pratar om diskussionen stämmer bra överens med Sandell et al och Mogensen et al och deras tankar om hur diskussioner lär ut hållbar utveckling till de studerande.7 8 För att sammanfatta. Eleverna och studenterna är lite mer osäkra på sin kunskap om hållbar utveckling än de är på sina kunskaper om grön kemi. Detta till trots är det ingen som genomfört en laboration designad enligt den miljödidaktiska modellen som anser sig sakna kunskaper om hållbar utveckling eller som anser sig inte kunna mer om hållbar utveckling efter labben än innan. Vad lär sig studenter som genomför en grön kemilabb om grön kemi och hållbar utveckling? En snabb överblick av diagrammen i universitetsundersökningen (diagram 1-‐8) ger bilden av att en grön laboration lär studenter om grön kemi. Diagram 1 och 2 visar att en stor majoritet mer eller mindre anser att laborationskursen bidrog till studenternas förståelse av grön kemi (82 %) och till att deras kunskaper om grön kemi ökat efter kursen (80 %). Däremot visar diagram 5 och 6 att endast lite mer än en tredjedel av studenterna tyckte laborationskursen bidrog till deras förståelse av hållbar utveckling respektive att de kunde mer om hållbar utveckling efter laborationskursen än innan. Detta tyder på att studenternas närliggande mål inte varit detsamma som kursansvariges närliggande mål. I alla fall vad gäller att studenterna ska lära sig om hållbar utveckling.3 Diagram 8 visar att av studenterna var det cirka hälften som ansåg sig kunna ge exempel på samband mellan grön kemi och hållbar utveckling. Intressant eftersom det var något fler än som svarade att de lärt sig om hållbar utveckling, men också något mindre än de som lärt sig om grön kemi. Dessa resultat jämfört med studenterna som gjort universitetslaborationen är markant svagare. Svagare i bemärkelsen att av de ~80 % som varit positiva i diagram 1 och 2 är det en överväldigande del som instämt delvis jämfört med nästan bara fullt instämmande svar. Svagare också i bemärkelsen att resultaten i diagram 5, 6 och 8 inte når upp till samma nivå av positiva svar.
41
Från detta kan slutsatsen dras att universitetslaborationen är vad som lärt studenterna om hållbar utveckling och inte något annat moment i kursen. Det kan också konstateras att en grön laboration inte lär studenterna i någon större utsträckning om hållbar utveckling. Vilket är i linje med Millars tanke att syftet med laborationer bör vara att föra samman teori och praktik och Högström et al som menar att syftet måste förmedlas till de studerande för att de ska lära sig något.4 5 Med andra ord har antingen studenterna inte förstått syftet med laborationen eller så var inte syftet att studenterna skulle lära sig om hållbar utveckling. För att visa att detsamma stämmer för grön kemi vill jag visa på vilka grunder studenterna svarat att de lärt sig om grön kemi. Detta genom att lyfta resultatet från den öppna frågan där studenterna får svara på vilken laboration som bidrog mest till deras förståelse av grön kemi och på vilket sätt. Av de 76 studenter som besvarat enkäten har 63 svarat att labbkursen mer eller mindre varit bidragande till deras förståelse av grön kemi (de 82 % i diagram 1). Av dessa 63 studenter har hela 11 inte alls svarat alls på varför den gröna laborationen gav mest förståelse. Detta genom att lämna fältet blankt. 16 studenter har angett att den gröna laborationen var mest givande för att det var den enda laborationen där begreppet togs upp. Till exempel student 50 som skriver ”de andra bidrog inte alls” eller student 76 som skriver ”annars pratade vi aldrig om grön kemi”. Student 61 lägger också till att syntesen var grön, ”den var den enda som tog upp konceptet grön kemi, de andra behandlade inte ämnet alls. I labben beskrevs en syntesväg som var ’grön’ ”. 17 studenter har svarat att den gröna laborationen var mest givande för att det fanns en sida att läsa på i labbpeket. Till exempel student 69 som skriver ”texten i kompendiet förklarade begreppet” eller student 49’s svar ”informationen i labbhäftet” eller lite kortare som student 34 ”bra labpek”. Utifrån dessa 44 studenters svar har de alltså inte fått med sig kunskaper om grön kemi genom att genomföra en grön kemi labb. Studenterna har uppmärksammat att en laboration hette ”grön kemi” men inte tagit med sig vad grön kemi innebär. Som till exempel student 38 visar i sitt svar ”Den var "marknadsförd" som den "gröna" labben, typ” eller student 60, som felaktigt tror att grön kemi är att laborera smått och få liten mängd produkt, skriver ”den var liten och gav lite produkt”. Dessa uttalanden tyder på att för dessa 44 studenter har inte det närliggande målet varit att lära sig om grön kemi.3 Detta trots att kursansvarig sagt att syftet med laborationen är att studenterna ska lära sig om grön kemi. Bland de övriga 19 studenterna, som ansett att labbkursen bidragit till deras förståelse av grön kemi, har 11 har svarat att den gröna labben bidrog mest för att den innehöll gröna moment, och då räknat upp några av dessa moment. Till exempel student 52, 53 och 54 som alla refererat i sina respektive svar till katalysatorn dowex och dess inverkan på laborationen.
42
Student 52 skrev ”eftersom att dowex visade att essentiella kemikalier kan återanvändas (i vissa fall)”. Student 53 skrev ”Eftersom dowex visar att kemikalier kan återanvändas” och student 54 som skrev ”återanvändning av dowex var intressant att se”. De 8 sista av dessa 63 har svarat att den gröna labben var mest givande för att de hade en genomgång om grön kemi innan. Dessa studenter verkar således ha fått med sig något om grön kemi som inte övriga nämnt. Samtidigt säger de dock att det inte var på grund av att laborationen var grön utan för att labbledarna i dessa grupper haft genomgångar och studenterna själva har frågat om grön kemi. Till exempel student 39 som skriver ”Eftersom den hette grön kemi frågade man om varför den var grön och fick det förklarat” Men inte bara de 63 som ansåg att laborationskursen bidragit till deras förståelse av grön kemi har, i frisvarsfrågan, uppmärksammat den gröna labben som den laborationen som bidrog mest till grön kemi. Bland övriga 13 studenter återfinns samma typer av motiveringar som bland de 63 som diskuterats hittills. Till exempel skriver student 30 om labbpeket men verkar inte nöjd med innehållet, ”Det stod ett litet kort stycke om grön kemi i labbhäftet, men ganska svagt”. Student 57 instämmer och lägger till att det också var den enda labben som tog upp begreppet, ”det var den enda laborationen där grön kemi behandlades och där det stod lite om vad det innebär i labkompendiet” Student 14 har fått en genomgång om grön kemi men anser ändå inte att labbkursen bidragit till hens förståelse, ”den var en grön kemi labb, labb assistent berättade väldigt kort om grön kemi”. Student 63 beskriver en grön metod som tillämpades men med en viktig poäng, ”användande av katalysator (som sedan slängdes)”. Student 62 får avsluta med sitt utförliga och kritiska svar, ”eftersom labbinstruktionen innehöll tre minimala punkter om vad grön kemi innebär. De övriga innehöll ingenting. Den 7'e labben skulle jag dock inte säga att den innehöll särskilt mycket alls om grön kemi och i princip inget fokus låg på det”. Dessa 13 studenter har varit medvetna om att syftet med laborationen kan ha varit att de ska lära sig om grön kemi men menar att detta inte förmedlats tillräckligt väl. Vilket stärker Högström et al i deras uttalande om att läraren inte kan ta för givet att de studerande ska lära sig något på laborationen på egen hand.4 För att sammanfatta. Studenterna som genomfört en grön kemilabb får endast ytliga kunskaper om grön kemi. De minns att de läst om grön kemi i labbpeket men kan inte peka på vad i laborationen som var grönt. Några nämner dowex men bara en ifrågasätter om den går att återanvända. Detta trots att den kritiska granskningen och ifrågasättandet av generella metoder är en så pass central del av den gröna kemin. Många, 82 %, anser sig har lärt sig om grön kemi men bara 25 % (19 av 76) har i realiteten uttryckt sig som om de tagit med sig vad grön kemi innebär från labben. Således kan det inte konkluderas att en grön laboration skulle lära studenterna om grön kemi.
43
6.1 Slutsats Genom att jämföra resultaten från de som genomfört en laboration designad enligt den miljödidaktiska modellen med de som genomfört en grön laboration har jag visat att studenterna som genomförde den gröna laborationen inte lärde sig något nämnvärt alls om hållbar utveckling och att de inte heller lärt sig om grön kemi. Resultaten var tydliga i att laborationerna som designats med den miljödidaktiska modellen både lärt studenterna/eleverna om grön kemi och om hållbar utveckling. Studenternas intervjusvar och elevernas fritextsvar visade även att studenterna hade lärt sig om grön kemi och hållbar utveckling från laborationen genom före-‐ och efterarbetet. Laborationer designade enligt den miljödidaktiska modellen är ett sätt att inom ramen för en laboration lära studenter om grön kemi och hållbar utveckling.
6.2 Undersökningens validitet Frågeställningen har fått ett svar, men undersökningen lämnar utrymme för lite kritiskt granskande. Till att börja med var det endast 3 studenter som genomförde universitetslaborationen. Detta påverkar de kvantitativa analyserna negativt eftersom det är svårt att avgöra om dessa tre studenter representerar hela populationen. Det var svårt att få studenterna att ställa upp och det tror jag beror på att de flesta studenterna hade som närliggande mål att ta sig igenom laborationskursen och därför inte var öppna för förslag som ändrade deras planering. Detta bakslag för den kvantitativa analysen vägs upp av den utförliga kvalitativa analysen av de tre studenterna, i och med intervjuerna. De övriga två delarna av undersökningen hade fler svarande. 76 studenter som svarade på enkäten är en hög siffra jämfört med antalet studenter som gick labbkursen. Den kvalitativa analysen kan kritiseras lite för att den inte var utförlig och att det inte genomfördes intervjuer berodde delvis på att studenterna inte ville ställa upp. Samtidigt syftade enkäten främst till att vara kvantitativ och det har den lyckats med. Eleverna var 11 svarande vilket var en stor del av hela klassen som läste kemi 2 vid det givna tillfället. Den kvalitativa frågan var välformulerad och svaren var långa och uttömmande. Dessa 11 elever gick i samma klass och har sen tre år tillbaka samma utbildningsbakgrund. Därför finns utrymme för att framöver undersöka om dessa resultat kan tillämpas även på andra elevgrupper med andra bakgrunder. Vad gäller metoderna som använts i enkätundersökningen och intervjuerna har målgruppen preciserats och syften formulerats innan frågorna började ta form. Detta var de två viktigaste förutsättningarna för att metoderna skulle gälla. Det låga svarsbortfallet inom enkäterna stärker resultatet av undersökningarna eftersom det tyder på att frågorna ställts på ett bra sätt och varit förståeliga för respondenterna.
44
6.3 Vidare forskning Denna undersökning har visat att grön kemi och hållbar utveckling kan läras ut inom ramen för laborationer med hjälp av den miljödidaktiska modellen. Resultaten har visat att studenterna och eleverna lär sig grön kemi bättre med laborationer designade enligt den miljödidaktiska modellen än utan. Detta öppnar för framtida forskning och nya frågor. Det kanske finns någon annan modell baserad på en annan didaktik som fungerar bättre. Miljödidaktiken kanske behöver anpassas ännu mer till grön kemi för att nå bästa resultat. Något specifikt undervisningsmoment, laborationer eller föreläsningar eller seminarier, kanske förmedlar budskapet mångt bättre än övriga alternativ. Kanske modellen fungerar olika för olika lärare, olika för olika elevgrupper. Listan kan göras lång men i grunden bör framtida forskning på detta område handla om att vidareutveckla och verifiera den miljödidaktiska modellen för undervisning om grön kemi och hållbar utveckling. Denna vidareutveckling bör ske genom att samband mellan begreppen inom modellen och grön kemi specificeras och utforskas.
45
Referenslista: 1. Johansson, Annie-‐Maj, Undersökande arbetssätt i NO-‐undervisningen i grundskolans tidigare årskurser [Elektronisk resurs], Institutionen för matematikämnets och naturvetenskapsämnenas didaktik, Stockholms universitet, Diss. (sammanfattning) Stockholm: Stockholms universitet, 2012 Stockholm, 2012. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-‐78835 2. Paul.T.Anastas & John.C.Warner, Green Chemistry – theory and practice, Oxford University Press 2000, Oxford 2008. 3. Gröndahl, Fredrik & Svanström, Magdalena, Hållbar utveckling: en introduktion för ingenjörer och andra problemlösare, 1. uppl., Liber, Stockholm, 2011 4. Högström, Per, Ottander, Christina & Benckert, Sylvia, Lärares mål med laborativt arbete: Utveckla förståelse och intresse NorDiNa 5 (s. 54-‐65). Umeå 2006 5. Millar, Robin, Rethoric and reality: what practical work really is for Wellington (Red.) ”Practical work in school sience – which way now?” (s16-‐31). Padstow: Routledge 1998 6. Julin-‐Tegelman, Åsa, Hur kan elevers kritiska tänkande tränas i naturvetenskapliga ämnen -‐ en studie om den öppna och den slutna laborationen. Stockholms universitet, Stockholm 2005 7. Sandell, Klas, Öhman, Johan & Östman, Leif, Miljödidaktik: naturen, skolan och demokratin, Studentlitteratur, Lund, 2003 8. Finn Mogensen & Karsten Schnack (2010): The action competence approach and the ‘new’ discourses of education for sustainable development, competence and quality criteria, Environmental Education Research, 16:1, 59-‐74 9. Jennifer N. Boice, Christina M. King, Carol Higginbotham and Richard W. Gurney, Molecular Recycling: Application of the Twelve Principles of Green Chemistry in the Diversion of Post-‐consumer Poly(lactic acid) Waste, JOURNAL OF MATERIALS EDUCATION 2008 Volym 30 Häfte 5/6 Sidor 257-‐280 10. Skolverket, Kursplan kemi 1 gymnasieskolan, hämtad 131003 http://www.skolverket.se/laroplaner-‐amnen-‐och-‐kurser/gymnasieutbildning/gymnasieskola/kem?tos=gy&subjectCode=KEM&lang=sv&courseCode=KEMKEM01#anchor_KEMKEM01 11. Trost, Jan & Hultåker, Oscar, Enkätboken, 3., [rev. och utök.] uppl., Studentlitteratur, Lund, 2007 12. Lantz, Annika, Intervjumetodik, 2., [omarb.] uppl., Studentlitteratur, Lund, 2007
46
Bilagor: Här presenteras de bilagor som refererats till i rapporten. Deras inbördes ordning presenteras i nedanstående lista och varje ny bilaga startar med en ny sida för att enkäterna och laborationslydelserna ska få samma formatering som de hade vid undersökningen. BILAGA 1: Universitetsenkäten BILAGA 2: Gymnasieenkäten BILAGA 3: Genomgångens innehåll BILAGA 4: Grön kemis principer i nummerordning (engelska) BILAGA 5: Grön kemis principer och hållbar utvecklings perspektiv BILAGA 6: Universitetslaborationen BILAGA 7: Gymnasielaborationen BILAGA 8: Intervjuplan
47
BILAGA 1: Universitetsenkäten
Enkät om studenters inställning till hållbar utveckling och grön kemi efter labbkursen i organisk kemi 2. Syftet med enkäten är att undersöka om labbkursen i organisk kemi 2 bidrar till att studenter lär sig om grön kemi och hållbar utveckling. Tack för att du tar dig tid att svara, ditt svar bidrar till en bättre undervisning! 1. Jag anser att labbkursen har varit bidragande till min förståelse av vad grön kemi innebär. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 2. Jag vet mer om grön kemi efter att ha genomfört labbkursen än jag gjorde innan. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 3. Jag kan efter att ha deltagit i labbkursen uppskatta hur väl en given syntes följer grön kemis principer. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 4. Jag tror jag kommer ha nytta av mina kunskaper inom grön kemi som ingenjör. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls Var god vänd
48
5. Jag anser att labbkursen har varit bidragande till min förståelse av vad hållbar utveckling innebär. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 6. Jag vet mer om hållbar utveckling efter att ha genomfört labbkursen än jag gjorde innan. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 7. Jag tror jag kommer ha nytta av mina kunskaper inom hållbar utveckling som ingenjör. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 8. Jag kan efter att ha deltagit i labbkursen ge exempel på samband mellan grön kemi och hållbar utveckling. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 9. Om någon, vilken laboration gav dig mest kunskap om grön kemi? 10. På vilket sätt bidrog den laborationen mer än de andra?
49
BILAGA 2: Gymnasieenkäten
Enkät om elevers kunskaper inom grön kemi och hållbar utveckling efter synteslabb. Syftet med enkäten är att undersöka om estersynteslabben bidrog till att eleverna lärde sig om grön kemi och hållbar utveckling. Tack för att du tar dig tid att svara, ditt svar bidrar till en bättre undervisning! 1. Jag anser att labben har varit bidragande till min förståelse av vad grön kemi innebär. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 2. Jag vet mer om grön kemi efter att ha genomfört labben än jag gjorde innan. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 3. Jag anser att labben har varit bidragande till min förståelse av vad hållbar utveckling innebär. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 4. Jag vet mer om hållbar utveckling efter att ha genomfört labben än jag gjorde innan. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls 5. Jag kan efter att ha deltagit i labben ge exempel på samband mellan grön kemi och hållbar utveckling. Instämmer fullt Instämmer delvis Instämmer inte Instämmer inte alls
50
6. På vilket sätt tycker du labben bidrar till förståelse om grön kemi och hållbar utveckling?
51
BILAGA 3: Genomgångens innehåll I denna bilaga presenteras innehållet i genomgången som inledde både gymnasielaborationen och universitetslaborationen. Som nämnts i rapporten handlade genomgången om att förse studenterna/eleverna med de verktyg som grön kemi bidrar med och ge relevanta exempel på hur hushåll vardagligt arbetar för att bidra till en hållbar utveckling. Tanken var att studenterna/eleverna skulle få se kopplingen mellan principerna och vardagliga aktiviteter som bidrar till en hållbar utveckling. Därigenom kunde de också se att verktygen från grön kemi inte är unika till bara grön kemi utan används även vardagligt och utanför kemin. Genomgången behandlade var princip för sig själv och därför görs framställningen likadan i denna bilaga. För de fullständiga formuleringarna av principerna se bilaga 4 eller rubriken grön kemi under avsnittet tidigare forskning. 1. Den här principen handlar om att undvika avfall. Som kemist är det vanligt att detta sker genom att antalet biprodukter minimeras. Ett populärt sätt att åstadkomma det är genom att använda en återvinningsbar katalysator. Vardagligt gör vi liknande saker för att undvika avfall. Vi återanvänder och återvinner våra sopor. Vi gör matlåda av våra matrester och vi samåker för att undvika extra utsläpp. 2. Denna princip handlar om att maximera användandet av sina resurser. För gemene kemisten handlar det om att inkorporera så mycket som möjligt av materialen i produkterna. Det vanligaste sättet kemister gör detta på är genom att maximera både utbytet men också atomekonomin för reaktionerna. Det är otänkbart hur slösaktiga kemister genom tiden har varit med atomekonomin, ibland måste det separeras bort lika mycket biprodukter/lösningsmedel som det bildats produkt även om utbytet är 100%. Detta kan jämföras med att om en kemist bara använder en liten del av en molekyl skulle det vara likvärdigt med om köttindustrin bara använde en liten del av djuret och resten (ibland upp emot 60%) gick till avfall. Lika självklart som det är att inte slösa med köttråvarorna borde det vara att inte slösa med kemiråvarorna. Till exempel bakar vi inte kakor och slänger hälften av ingredienserna till vardags. 3. Denna princip handlar om att göra syntesen säkrare och fokus ligger på processen. För kemisten handlar det om att ersätta om möjligt farliga kemikalier med mindre farliga och om möjligt eliminera farliga moment. Detta görs hela tiden, människor i allmänhet gör farliga saker för att åstadkomma något. Det viktiga att ta med sig är hur vi genomför de farliga sakerna. Till exempel kan vi välja att skriva i en skruv med en kniv men vi kanske väljer en skruvmejsel för att det är säkrare och det är så vi bör tänka inom kemin också. Det finns många styrmedel även för icke kemiska processer och bland alla miljömärkningar och ISO standarder syftar de till en sak. Öka säkerheten och hållbarheten i processerna.
52
4. Denna princip handlar om att designa produkter utan inherent skadlighet. Ett bra verktyg för kemister är riskfraser. Dessa är ett sätt att uppmärksamma faror i samband med kemikalier och även klassificera dessa efter typ av fara och effekten av kemikalierna. Detta gäller dock för produkter i allmänhet och för produkter avsedda för barn i synnerhet. Det finns många kravprofiler att uppfylla och lika många miljömärkningar att få. Skillnaden mot att få en miljömärkning för en process är att miljömärkningar för produkter, som till exempel KRAV märkningen, är något som ökar värdet på deras produkt för konsumenterna medan en ISO certifiering är något som ökar intresset för företag att vilja samarbeta med eller använda din process men inte nödvändigtvis din produkt. 5. Denna princip handlar om att minimera mängden lösningsmedel och andra hjälpsubstanser och där de är nödvändiga byta ut dessa mot oskadliga varianter. Ett populärt alternativ är att göra reaktioner helt utan lösningsmedel. Man kan då till exempel låta ena ämnet om det är en vätska vara lösningsmedel eller låta reaktionen ske på speciella ytor som är anpassade för att reaktionen ska kunna ske utan lösningsmedel. Annars är superkritiska vätskor ett annat populärt alternativ till traditionella lösningsmedel som är på uppsving. En stor anledning till att välja bort just lösningsmedel varhelst det är möjligt är deras effekt på inte bara människor utan även på miljön. Det tydligaste exemplet från 1900talet är klorflorkolvätena (CFC) som användes i nästan alla typer av produkter på grund av sin mångsidighet och låga påverkan på människor. Däremot upptäcktes årtionden senare att gasen bröt ned livsnödvändigt ozon i stratosfären som fick stora konsekvenser för människor och djur. Ett annat exempel är att tillverkarna nyligen bytte från oljebaserade färger till vattenbaserade färger på grund av skadligheten i färgerna. Även vid matlagning använder vi lösningsmedel som till exempel vatten när vi kokar potatis eller soppa. 6. Denna princip handlar om att uppmärksamma energiförbrukningen för dess påverkan på miljön. Det enklaste sättet att göra detta som kemist är att gå igenom de steg i processen som kräver tillförsel av energi på något sätt. Upphettning av reaktionsblandningen är en viktig aspekt av det hela. Både längden av värmningen och mängden värme som måste tillföras påverkar, men även om produkten ska kylas snabbt är det något som kräver tillförsel av energi. Även i vardagen kräver nästan allt vi gör energi. Saker vi gör för att effektivisera energiförbrukningen kan inkludera att köpa energisparlampor eller stänga av elektroniska produkter istället för att sätta dem i standby läge. En viktig aspekt av detta är att välja elbolag med omsorg eftersom i slutändan handlar det inte bara om att minska sin energiförbrukning utan även att minska förbrukningen av energi från icke förnyelsebara energikällor. Intressant i samband med detta är att idag finns elbolag som erbjuder fjälltjänster för att kontrollera både förbrukningen av el hemma men även för att styra till exempel lampor via mobilen trots att ingen är hemma.
53
7. Denna princip handlar om att där det är möjligt välja förnyelsebara material över icke förnyelsebara. För kemister handlar det mycket om att söka alternativa sätt att skapa de råvaror som behövs. Vanligt är att byta ut oljeråvaror mot odlade alternativa råvaror. Med odlade råvaror blir dock kontinuerlig tillgång ett problem. Missväxter påverkar redan världen över många miljoner människor varje år, om dessa missväxter också ska påverka vår industri blir det ännu fler människor som påverkas. Även andra typer av produkter som inte är kemiska tillämpar denna princip och strävar hela tiden efter att använda sig av förnyelsebara råvaror. Men lösningarna är fler än att bara använda förnyelsebara material, i stor utsträckning används också återvunna material. Överallt där säkerheten kan garanteras används annat är så kallade jungfrumaterial. 8. Denna princip handlar om att undvika att använda skyddsgrupper och onödiga reaktionssteg varhelst de inte är nödvändiga. Som kemist är det viktigt att vara medveten om effekterna av de verktyg som används. Vad som kan göras är att utnyttja syntesvägar som används i naturen eftersom där är energiåtgången ofta låg och utgången gynnsam. Traditionellt inom kemi har det varit tvärt om att processerna har krävt hög energi och på ett eller annat sätt producerat gifter och skadliga ämnen. 9. Denna princip handlar om att använda katalysator. Katalysatorer påverkar energiåtgången och tidsåtgången för processer men även hur mycket biprodukter som bildas. Att katalysera något och undvika onödiga steg i produktionen är jämförbart med något som vi till vardags gör omedvetet. Minsta motståndets lag brukar det kallas när beslut fattas baserat på vad som ger mest vinning för minst ansträngning. När vi ska välja väg hem låter vi inte enbart sträckan avgöra utan även förväntad trafik eftersom vi vill komma till målet så snabbt och enkelt som möjligt. Så endimensionella kan dock inte kemister vara eftersom de har fler principer att följa, vilken katalysator som helst duger inte. 10. Denna princip handlar om att kemiska produkter ska designas så att de bryts ned efter sin livstid. Detta är betydligt svårare än det låter. Framförallt är det svårt att garantera livslängden och samtidigt göra produkten lätt att bryta ned. För de flesta applikationer är det viktigare med kravprofilen än att produkten kan brytas ned lätt. Detta är något som kemisterna måste jobba på ska arbetas in i kravprofilen. Vardagligt är detta med omhändertagande av produkten något som tas på stort allvar. För en del produkter är det så viktigt att vi infört vad vi kallar producentansvaret. För övriga är återvinning och källsortering viktiga verktyg i att motverka miljöförstöring. 11. Denna princip handlar om att analysera processflöden i realtid för att motverka föroreningar när de uppkommer istället för vid slutet av produktionen. Men det är mer till den här principen än bara föroreningsaspekten. Genom att
54
utveckla bättre analyser kan kemister också spara mycket energi genom att helt enkelt veta när en syntes är ”klar”. Ett bra knep att ta till för att åstadkomma en mer kontinuerlig analys är genom att följa reaktionerna TLC. På så sätt fås information om när reaktionen är klar och om när det börjar bildas biprodukter. Vardagligt använder vi oss hela tiden av kontinuerliga utvärderingsmetoder. Våra mätinstrument är våra sinnen. Matlagning har många av de bästa exemplen på tester för att avgöra när produkten (maten) är klar. Till exempel smakar vi för att avgöra när vi är nöjda och vid tillagning av kött är det många som känner till köttestet, ett test där testaren trycker på köttbiten och jämför tryckmotståndet med att trycka på sin handled. 12. Denna princip handlar om att minimera olyckspotentialen genom val av utrustning och material. Vanliga skyddsanordningar på labbet är bland annat skyddskläder, handskar och dragskåp. När val av material ska göras bör definitivt de arbetandes säkerhet och riskerna med kemikalierna övervägas. Samma principer gäller på diverse övriga ställen. Till exempel är arbetsmiljörelaterade frågor något som legat högt på agendan ända sedan fackföreningar först bildades. Inom en del yrken är det dessutom en förutsättning med rätt utrustning. Till exempel kräver många yrken skyddsutrustning och inom vården är sterila verktyg ett krav för att verksamheten ska kunna genomföras.
55
BILAGA 4: Grön kemis principer i nummerordning (engelska) 1. It is better to prevent waste than to treat or clean up waste after it has been formed. 2. Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product. 3. Wherever practicable, synthetic methodologies should be designed to use and generate substances that possess little or no toxicity to human health and the environment. 4. Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity. 5. The use of auxiliary substances (e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6. Energy requirements should be recognized for their environmental and economic impacts and should be minimized. 7. A raw material or feedstock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8. Unnecessary derivatization (blocking group, protection/deprotection, temporary modification of physical/chemical processes) should be avoided whenever possible. 9. Catalytic reagents (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents. 10. Chemical products should be designed so that at the end of their function they do not persist in the environment and break down into innocuous degradation products. 11. Analytical Methodologies need to be further developed to allow for real-‐time, in-‐process monitoring, and control prior to the formation of hazardous substances. 12. Substances and the form of a substance used in a chemical process should be chosen as to minimize the potential for chemical accidents, including releases, explosions and fires.
56
BILAGA 5: Grön kemis principer och perspektiven på hållbar utveckling I denna bilaga argumenterar jag för sambandet mellan grön kemis principer och perspektiven på hållbar utveckling som jag använt. Jag gör det princip för princip med principerna angivna enligt deras nummer, för att läsa principens fulla formulering se avsnittet om tidigare forskning eller bilaga 4 där principerna står på engelska i nummerordning. Jag lägger även in bilden som visualiserar sambandet igen.
Bildtext: Hur de olika principerna 1-‐12 om grön kemi förhåller sig till perspektiven på hållbar utveckling 1. Principen handlar om att undvika avfall. Avfall ackumuleras och förstör naturen. Utöver ett tydligt ekologiskt perspektiv är även ett ekonomiskt perspektiv närvarande genom att kemiska produkter avgiftsbeläggs baserat på deras sluthantering och giftighet. Alltså om ämnet efter att ha producerats förväntas bilda mycket eller skadligt avfall avgiftsbeläggs produktionen och produkten går upp i pris för att göra miljövänligare alternativ konkurrenskraftiga. 2. Principen handlar om att inkorporera så mycket av materialen som används i processen som möjligt i produkten. Ett sätt är att maximera atomekonomin, vilket gör processen betydligt mer kostnadseffektiv. Därför är ekonomi en stark drivkraft bakom principen. Det går att argumentera för att principen bidrar till mindre avfall och eftersom mindre avfall är bra för miljön borde ekologi också vara en drivkraft. Jag har valt att inte inkludera ekologi som drivkraft för principen eftersom det är en effekt av att avfallet minskar, vilket ju är en annan princip. Som Anastas själv påpekar hänger principerna sinsemellan ihop1 men det är inte det sambandet jag är ute efter att belysa här. 3. Principen anammar alla tre perspektiven på hållbar utveckling. Säkra synteser betyder mindre skadliga kemikalier och det ökar den sociala tryggheten för arbetarna och den ekologiska hållbarheten. Den ekonomiska stabiliteten gynnas också genom de ekonomiska sanktioner som finns att få om processen uppfyller vissa krav. ISO standarder och miljömärkningar är attraktiva sätt att öka
57
försäljningen i dagens samhälle och därför vägs även det ekonomiska perspektivet in. 4. Principen handlar om att producera säkrare kemikalier. Säkrare kemikalier leder till mindre skadligt avfall och en ekologisk hållbarhet men det leder även till att produkterna vi människor använder är säkrare och vi kan bibehålla vår sociala trygghet. Därför hamnar principen mellan ekologi och social. 5. Principen handlar om att använda säkra kemikalier och lösningsmedel. Argumentationen blir väldigt lik den för princip tre med sociala och ekologiska effekter samt ekonomiska konsekvenser genom produktionsomställningen. 6. Principen handlar om att öka energi effektiviteten. Det finns en stor ekonomisk vinning att göra genom att minska energiförbrukningen och det är det stora perspektivet bakom principen. 7. Principen handlar om att använda förnybara material och det ekologiska perspektivet är givet redan i formuleringen. Det finns möjlighet att argumentera för att social och ekonomi också passar in eftersom principen berör framtiden väldigt starkt men jag ser den ekologiska vinningen som den stora drivkraften. 8. Principen handlar om att undvika onödiga reaktionssteg och kemiska derivat. Den har en nära koppling till principen om energi men här ligger fokus på de ekologiska fördelarna genom att undvika derivat. Inga onödiga derivat minskar avfallen och belastningen på miljön. 9. Principen handlar om att använda katalysatorer och katalysatorer är bra ur många aspekter. Bland annat minskar de energin som krävs för reaktionen vilket gör den billigare att genomföra och dessutom minskar den avfallet genom att färre biprodukter bildas och katalysatorn ofta återanvänds. Tydlig koppling till att minska miljöpåverkan och öka den ekonomiska vinningen. 10. Principen handlar om att designa produkter som är lätta att ta om hand eller bryts ned naturligt i miljön efter avslutad livslängd. Som med princip ett finns starka ekonomiska styrmedel för avfall och miljövinningen vore enorm om alla produkter kunde brytas ned naturligt till oskadliga ämnen. 11. Principen handlar om att analysera i realtid för att motverka att föroreningar bildas under processens gång. Genom att analysera vet kemisten när reaktionen är klar och slipper vänta otaliga timmar i onödan. Det finns därför en social aspekt genom bättre arbetsförhållanden. 12. Principen handlar om att minimera olyckspotentialen och har ett tydligt socialt perspektiv kopplat till arbetsmiljö. Samtidigt är det naturligtvis en nämnvärd bonus att om vi minimerar olyckspotentialen kan vi minska miljökatastroferna i antal.
58
BILAGA 6: Universitetslaborationen LABORATION 7 – GRÖN KEMI Grön kemi är ett koncept som utvecklats inom den organiska kemin sedan början av 1990-‐ talet och som innebär att kemiska processer i första hand utformas från ett miljöperspektiv. Grundtanken bakom grön kemi är att utforma syntesarbetet så att mängden bildat avfall och energiåtgången minimeras, samtidigt som så få giftiga eller svårhanterliga föreningar som möjligt används. Processer utformade enligt grön kemi-‐konceptet kännetecknas av att den totala massan onödiga biprodukter minimeras, utbytet blir maximalt och att mängden lösningsmedel från icke-‐förnyelsebara råvaror hålls så låg som möjligt.
Sammanlagt har det formulerats tolv principer för grön kemi som fungerar som riktlinjer när miljövänligheten beaktas i en process. 1. Undvik avfall – utforma processer som ger högt utbyte och få biprodukter. 2. Utforma säkrare kemikalier – undvik om möjligt att syntetisera föreningar med hög giftighet, brandfarlighet eller miljöfarlighet 3. Utforma säkrare synteser – undvik att använda reagens med hög giftigtighet, brandfarlighet eller miljöfarlighet 4. Använd förnybara råmaterial 5. Använd katalysatorer – vid användning av stökiometriska reagenser bildas alltid mer biprodukter 6. Undvik kemiska derivat – att introducera skyddsgrupper leder till extra steg och därmed mer avfall och högre energiåtgång 7. Maximera atomekonomin – se till att så många atomer som möjligt i reagensen hamnar i slutprodukten 8. Använd säkrare lösningsmedel och reaktionsförhållanden – undvik att använda giftiga eller brandfarliga lösningsmedel, och arbeta helst inte vid höga tryck eller extrema temperaturer. 9. Öka energieffektiviteten 10. Utforma produkter som enkelt kan tas om hand – hög nedbrytbarhet till något ofarligt är mycket attraktivt 11. Analysera i realtid – med löpande analys är det lättare att se när något i processen går fel och därmed att rätta till problem i tid. 12. Minimera olyckspotentialen – arbeta under säkra förutsättningar, med säkra �kemikalier och lösningsmedel.
59
Grön kemi E:1 4-‐Metylumbelliferon
��������������������������������������������
Försök: ����� Etylacetoacetat, resorcinol och Dowex sätts till en E-‐kolv. I ytterligare en E-‐kolv tillsätts etanol (15 mL) och till en tredje vatten (20 mL). Alla tre E-‐kolvarna värms på låg värme på en värmeplatta (ca 80 °C). Rör/skaka om då och då tills reaktionsblandningen slutat bubbla och en grå massa börjat bildats. När reaktionen är klar tillsätts varm etanol (2 mL) för att lösa upp massan. En Pasteurpipett används för att föra över lösningen till en ren E-‐ kolv, ytterligare två portioner etanol (2 mL) används för att få med all produkt. Lösningen värms medan varmt vatten tillsätts i portioner till lösningen, när den blir grumlig kyls den långsamt till rumstemperatur. Fällningen sugfiltreras sedan och tvättas med vatten. Tre olika lösningar bereds genom att i tre olika provrör eller vialer lösa upp ca 20 mg av produkten i etanol (2-‐3 mL). Till en av proverna tillsätts saltsyra (2 mL, 10 %) och till en av proverna natriumkarbonatlösning (2 mL, 10 %). Observera lösningarna under UV-‐ljus. Analys: TLC, fluorescens, smältpunkt Mekanism-‐hjälp: Dowex är en s.k. katjonbytare som i det här fallet tillhandahåller H+.
60
BILAGA 7: Gymnasielaborationen
Laboration Estersyntes i microskala Bakgrund: Estrar är en viktig del av den organiska kemin och syntetiseras vanligen genom att en alkohol och en karboxylsyra får reagera under inverkan av en katalysator. Karaktäristiskt för de lågmolekylära estrarna är att de har ganska specifika lukter vilket är anledningen till att de återfinns i många kommersiella produkter, till exempel olika oljor och parfymer. Material:
• Finsprit (etanol) • Metanol • Koncentrerad svavelsyra • Sur grädde • Värktabletter som innehåller acetylsalicylsyra, t ex Aspirin, Dispril eller
Albyl • Konserveringsmedlet natriumbensoeat
• 3 små glasrör • 3 Droppipetter • Kokande vattenbad • Ställ för små provrör • Liten spatel • Kapillärrör
Riskanalys: Varmt vatten kan ge brännskador av mildare grad och om man bränner sig på glasrören kan man riskera att tappa kemikalierna. Iakttag försiktighet och tänk på att glaset kommer vara varmt. Konc. Svavelsyra är starkt frätande och bör handskas med försiktigt. Man får absolut inte hälla vatten i syran! Om man får syra i ögonen ska man genast till ögonduschen och sedan till sjukhus. Om man mår illa eller får yrsel ska man säga till läraren och sedan uppsöka läkarhjälp. Glasvaror, Tänk på att glasvarorna är små och kapillärerna i synnerhet är sköra så iakttag försiktighet när ni använder dem för att undvika olyckor och skärsår.
61
Utförande: 1. Värm upp vatten i ett vattenbad (stanna vid ca 80 grader) 2. Medan vattnet värms upp förbered glasrören genom att numrera dem 1-‐3 3. Överför en spatel sur grädde till glasrör nummer 1 och tillsätt sedan 8
droppar finsprit. 4. Överför en spatel acetylsalicylsyra till glasrör nummer 2 och tillsätt sedan
8 droppar metanol. 5. I det tredje glasröret tillsätter ni en spatel natriumbensoat och 8 droppar
finsprit. 6. När vattnet närmar sig 80 grader tillsätt till vart och ett av rören 3
droppar koncentrerad svavelsyra och ett kapillärrör. 7. Placera rören i vattenbadet och låt innehållet koka 3 -‐ 4 minuter. 8. Tag upp rören från vattenbadet och lyft upp kapillärrören. 9. Dofta på ångorna.
Observationsfrågor: Vilka dofter känner du? Beskriv dem och fundera på om du känner igen dem. Kan du se att det är klart? Ser du någon förändring i provröret? Reflektionsfrågor: Hur kan du öka utbytet av ester? Vad fyller svavelsyran för funktion? Varför värmer vi endast till 80 grader? Vilka konsekvenser får det?
62
BILAGA 8: Intervjuplan
Intervjuplan Innan intervjun: Informera om syftet med intervjun
• Att ta reda på vad studenterna fått ut av laborationen med avseende på grön kemi och hållbar utveckling
Informera om hur bearbetningen kommer gå till • Fråga om inspelning är ok • Ingen annan kommer lyssna på intervjuerna • Pseudonymer kommer användas i arbetet
Under intervjun: Frågor om förarbetet
• Hur tycker du att förarbetet bidrog till att utveckla din förståelse om grön kemi och hållbar utveckling?
Frågor om genomgången/diskussionen
• Hur bidrog diskussionen vi hade i början av laborationen till din förståelse om grön kemi och hållbar utveckling?
Frågor om efterarbetet
• Hur tycker du att efterarbetet lärde dig om grön kemi och hållbar utveckling?
Frågor om helheten
• Vilken var den viktigaste aktiviteten i samband med laborationen för din förståelse av grön kemi och hållbar utveckling?
o På vilket sätt var den viktig? o Viktigare än de andra (hur)? o (Om alla lika viktiga, på vilket sätt hängde de samman för dig?)
Efter intervjun: Sammanfatta muntligt det som sagts under intervjun Påminn om överenskommen bearbetningsmetod
• Inga andra kommer lyssna • Pseudonymer i arbetet
Tacka och fråga hur de vill ta del av resultatet
• Färdiga rapporten kan skickas till deras mail
Tacka för er tid
top related