Photosynthesis is a fundamental biochemical process that converts light into chemical energy stored in carbohydrates, forming the basis of all complex life. Despite its importance, traditional teaching methods often present photosynthesis as a context-free biochemical mechanism, which many students find too abstract to be engaging. This perception can reduce motivation and increase the risk of misconceptions. Teachers also report difficulties in teaching the topic. This thesis proposes that linking photosynthesis instruction to societal and sustainability contexts can make learning more meaningful and address common misunderstandings. The goal is to develop a scientifically grounded teaching design that fosters photosynthesis literacy: a form of scientific literacy that equips students with powerful photosynthesis knowledge for a well informed citizenship.

The thesis comprises four sub-studies. The first develops a theoretical model for photosynthesis literacy, drawing on three conceptualisations of scientific literacy. It argues that integrating elements from all three is essential for cultivating students’ deep understanding. The second sub-study, a Delphi study, translates this model into a framework of 25 content areas with corresponding learning objectives. This framework incorporates both conceptual clarity and contextual relevance. In the third sub-study, a design study conducted with two biology teachers transforms the framework into a ten-lesson teaching design. The fourth sub-study evaluates the impact of this design through a quasi-experiment using a custom questionnaire aligned with the framework’s objectives. Students who participated in the new teaching design performed significantly better than those in the control group.

Qualitative data from interviews and classroom observations identified four potential success factors of the teaching design explaining the positive results: authentic experiences, fascination and wonder, student-centred learning, and collaborative engagement.

The thesis demonstrates that a systematic transformation of an academic discipline content into student-adapted pedagogy can enhance learning outcomes and shape powerful knowledge, in this case about photosynthesis.

Fotosyntes anses vara den mest betydelsefulla biokemiska processen på jorden. Trots dess centrala betydelse upplevs fotosyntesundervisningen som svårtillgänglig. Avhandlingen utgår från att undervisningen om fotosyntes bör kopplas till hållbarhets- och samhällsfrågor för att öka relevansen och angripa vanliga missuppfattningar hos elever. Syftet är att utveckla en undervisning som ger elever fotosynteskunskaper för ett välinformerat medborgarskap.

Genom fyra delstudier undersöktes hur disciplinär vetenskaplig kunskap kan transformeras till relevant fotosynteskunskap för skolelever. Den första delstudien utvecklade en teoretisk modell för fotosynteslitteracitet. I den andra delstudien omvandlades modellen till ett ramverk med 25 ämnesområden med tillhörande lärandemål genom en Delphistudie. Den tredje delstudien omsatte ramverkets mål till en undervisningsdesign, utvecklad i samarbete med biologilärare. I den fjärde delstudien utvärderades designen där elever som deltagit i undervisningen uppnådde signifikant bättre resultat än kontrollgruppen. Fyra framgångsaspekter i undervisningsdesignen identifierades: autentiska upplevelser, fascination och förundran, elevaktivt arbetssätt samt kollaborativt lärande.

Avhandlingen visar att en systematisk transformation av ett ämnesinnehåll från en ämnesdisciplin till ett elevnära undervisningsinnehåll kan förbättra lärandet och göra kraftfull kunskap, i detta fall om fotosyntes, mera tillgängligt för lärande.