LUONNONTIETEIDEN OPETUKSEN KEHITTÄMISHAASTEITA 2012

Transkriptio

1 Kärnä Pirkko, Houtsonen Lea, Tähkä Tiina (Toim.) LUONNONTIETEIDEN OPETUKSEN KEHITTÄMISHAASTEITA 2012 Koulutuksen seurantaraportit 2012:10

2 Koulutuksen seurantaraportit 2012:10 Kärnä Pirkko, Houtsonen Lea, Tähkä Tiina (Toim.) Luonnontieteiden opetuksen kehittämishaasteita 2012

3 Opetushallitus ja tekijät Koulutuksen seurantaraportit 2012:10 ISBN (nid.) ISBN (pdf) ISSN-L ISSN (painettu) ISSN (verkkojulkaisu) Taitto ja kannen kuva: Sirpa Ropponen Juvenes Print Suomen Yliopistopaino Oy, Tampere

4 SISÄLTÖ LUKIJALLe Mielekäs luonnontieteiden opetus: Miten tukea oppilaiden ajattelua ja ymmärtämistä?... 9 Maija Aksela Greta Tikkanen Pirkko Kärnä Johdanto... 9 mielekäs luonnontieteiden opetus ja oppimisen arviointi... 9 Oppilaan ajattelutaitojen ja syvällisen.ymmärtämisen tukeminen 13 ajattelutaidot uudistettu Bloomin taksonomia opetuksen tukena Luonnontieteellisen tiedon luokittelu Luonnontieteellisen ajattelun luokittelu taksonomian käyttö luonnontieteiden opetuksen arvioinnissa monipuolisia oppilaiden ajattelua aktivoivia Tehtäviä Lopuksi Lähteet Näkökulmia biologian oppimisen kehittämiseksi Anna Uitto Biologia oppiaineena nykyiset ja tulevaisuuden haasteet Biologian tiedonalan pääteemat ja peruskysymykset tiedon ja ajattelun tasot biologian oppimisessa Biologian tiedonrakenne esimerkkinä ihmisen biologia kokeellisuus ja aktivoivat ja vuorovaikutteiset työ- ja toimintatavat kokeellisuus menetelmätietoa harjoittavana työtapana maasto-opetus ja kenttätyöt menetelmätietoa harjoittavana työtapana miten toteuttaa biologialle ominaisia työtapoja opettajan näkökulma Biologian merkitys luonnontieteiden ymmärtämisessä ja osaamisessa... 43

5 Yhteiskuntapainotteisuus biologian opetuksessa Lopuksi Lähteet Biologian opettaja oppilaittensa oppimisen arvioijana Mauri Åhlberg Arviointi biologian opetuksen ja siihen liittyvän kestävää kehitystä edistävän kasvatuksen perustekijänä kasvatuksen ja opetuksen kuusi perustekijää biologian opetukseen sovellettuina korkealaatuinen oppiminen biologiassa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa vee-heuristiikka apuna arvioinnissa Biologian erityisluonne tieteenalana ja oppiaineena: molekyylibiologiasta ekosysteemibiologiaan ja biosfäärin tutkimiseen Lajintuntemuksen ja biodiversiteetin kestävään.käyttöön oppimisen tärkeys 58 LuontoPortti/NatureGate-verkkopalvelun luomat mahdollisuudet tunnistaa Suomen luonnon lajeja ja edistää kestävää käyttöä Biologian opetuksessa tapahtuvasta oppilaiden arvioinnista Lähteet LIITE 1: Vihjeitä LuontoPortin opetuskäyttöön LIITE 2: Käsitekarttojen teko-ohje Kohti uudistuvaa maantiedon perusopetusta Lea Houtsonen Johdanto Maantiedon oppimistulosten kansallinen arviointi Työtapojen yhteys maantiedon osaamiseen perusopetuksen maantiedon työtapojen ja oppimisympäristöjen kehittäminen tutkiva oppiminen ongelmalähtöinen oppiminen projektit maastotyöskentely tieto- ja viestintäteknologian hyödyntäminen paikkatieto-opetus maantiedon opetuksen työtapojen valinnan perusteiden hahmottelua arvioinnin kehittäminen perusopetuksen maantiedossa kohti uusia maantiedon opetussuunnitelman perusteita maantieteellisen osaamisen kehittäminen Lopuksi Lähteet... 92

6 5. Maantieto auttaa maailman ymmärtämisessä Hannele Cantell Johdanto maantiedon opetuksen tavoitteet ja niiden toteutumisen arvioiminen aineistona arviointitehtävät ja taustakyselyn väittämät maantietoa pidetään hyödyllisenä ja tärkeänä.oppiaineena 97 maantiedon opiskelu vaikuttaa ympäristö-arvoihin ja lisää globaalia ymmärrystä maantiedon opetuksen tulevaisuus ja kehittäminen Lähteet Fysiikan opettaminen ja oppiminen Jouni Viiri Johdanto raportin tuloksia Fysiikan oppiminen on fysiikan kielen ja kulttuurin sisäistämistä 106 oppimista edistävä luokkahuonekeskustelu Johtopäätösten tekemisen ja perustelun opettaminen oppimista syventää mallien ja erilaisten esitysmuotojen käyttö 112 kokeellisuudessa teoria ja havainnot liittyvät toisiinsa Lopuksi Lähteet Peruskoululaisten asenteet fysiikan opintoja kohtaan mitä tehdä, kun fysiikasta ei pidetä Pirkko Kärnä Johdanto arviointitietoa fysiikan opetuksesta asenteet fysiikkaan asenteet ja osaaminen työ- ja toimintatavat ja fysiikasta pitäminen Fysiikan opetuksen moninaisten tavoitteiden toteutuminen kiinnostava fysiikan opetus opetusmenetelmät maailmankuvan rakentaminen miten oppilaita motivoidaan? kiinnostavat aiheet myönteisen asenteen kehittäminen tunnetekijöiden taksonomia

7 Keskustelua hyviä kokemuksia muista aineista Fysiikan merkitys oppilaalle asennekasvatus oppilaiden asenteet muihin oppiaineisiin Lopuksi Lähteet Kemian opetuksen kehittäminen monipuolisilla työtavoilla Aija Ahtineva Johdanto tutkimustuloksia kemian opetuksen työtavoista kemia tänään opettajan näkökulma työtavan yhteys kemian opiskeluintoon oppilaan näkökulma arkipäivään liittyvät asiat kiinnostavat kodin ja koulun yhteistyö tiedetapahtumat innostavat oppimaan yhteiskunnallinen merkitys 149 työtavat luonnontieteiden osaamisen arvioinnissa internet ja tietokoneavusteinen opetus kemian opetuksen kehittäminen internet ja innovaatiot Formaali opetus ja informaali oppiminen opetussuunnitelma LopUKSI Lähteet Asennetta kemian opiskeluun Tiina Tähkä Johdanto miten oppilaat suhtautuvat kemiaan? onko oppilaiden asenne muuttunut? miksi asenteella on merkitystä? voiko asenteeseen vaikuttaa? minkälaiset sisällöt kiinnostavat? miten opettajat huomioivat asenteisiin vaikuttamisen? Lopuksi Lähteet

8 Lukijalle Nyt käsillä oleva julkaisu on tarkoitettu palvelemaan luonnontieteiden opetuksen kehittämistä perusopetuksessa. Se on syntynyt Opetushallituksessa vuosina toteutetun luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnin pohjalta. Edellisestä arvioinnista, jonka tuloksena käynnistyi mittava luonnontieteiden perusopetuksen kehittämishanke (LUMA), oli ehtinyt kulua kymmenen vuotta. On ollut ilahduttavaa havaita, että luonnontieteiden opetuksen kehittämisen hyväksi on sekä yliopistoissa että kouluissa viime vuosina tehty paljon työtä. Tulokset heijastuivat myös uudessa seuranta-arvioinnissa saatuihin tuloksiin. Toteutetussa arvioinnissa tehtävät laadittiin Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteissa (Opetushallitus 2004) esitettyihin tavoitteisiin. Luonnontieteiden arviointitehtävät olivat sekä valinta- että tuottamistehtäviä. Suurin osa oppilaista saavutti tyydyttävän osaamistason. Menetelmätietoa ja tuottamistehtäviä osattiin huonommin kuin faktatietoa. Biologiassa ja maantiedossa oppilailla oli eniten vaikeuksia ilmiöiden selittämistä vaativissa tehtävissä, fysiikassa tuottamistehtävissä. Tytöt osasivat poikia paremmin biologiaa ja maantietoa. Fysiikkaa pojat osasivat tyttöjä paremmin. Kemiassa ei ollut sukupuolten välisiä eroja. Oppilaiden asenteet biologian ja maantiedon opiskelua kohtaan olivat myönteisiä, mutta fysiikan ja kemian opiskelua kohtaan varauksellisia. Silti oppilaiden mielestä fysiikka ja kemia ovat hyödyllisiä oppiaineita. Nyt käsillä olevan julkaisun artikkelien kirjoittajat ovat perehtyneet huolellisesti arviointiaineistoihin. Tekemiensä havaintojen pohjalta asiantuntijat ovat laatineet opetuksen kehittämistarkoituksiin edustamaansa oppiainetta koskevia artikkeleita, joiden tarkoituksena on kannustaa opettajia kehittämään opetustaan. Esitän kirjoittajille lämpimät kiitokseni heidän paneutumisestaan arviointiaineistoihin ja heidän merkittävästä panoksestaan luonnontieteiden opetuksen tietoperustaiseen kehittämiseen. Toivon, että tämä arviointiperustainen artikkelikokoelma innostaa kehittämään edelleen luonnontieteiden opetusta. Helsingissä Ritva Jakku-Sihvonen Oppimistulosten arviointiyksikön päällikkö 7

9 1. Mielekäs luonnontieteiden opetus: Miten tukea oppilaiden ajattelua ja ymmärtämistä? Maija Aksela, professori, Kemian opettajankoulutusyksikkö, Helsingin yliopisto Greta Tikkanen, FT, Kemian laitos, Helsingin yliopisto Pirkko Kärnä, FT, toiminut projektipäällikkönä Opetushallituksessa, Helsingin Yliopisto Johdanto Luonnontieteellinen ajattelu on yksi luonnontieteiden opetuksen päätavoitteista, joka on mainittu opetussuunnitelmien perusteissa (Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet 2004). Oppilaan ajattelun tunteminen ja sen ymmärtäminen on taitavan opettajan tärkeimpiä kykyjä, kun suunnitellaan ja toteutetaan mielekästä luonnontieteiden opetusta. Miten voin parhaiten tukea oppilaan ajattelua ja sen myötä asian syvällistä ymmärtämistä? Mitä tapahtuu oppilaani ajattelussa, kun asetan tavoitteen näin ja toteutan sen tällä tavalla? Minkälaisia ovat oppilaan ajattelua ja ymmärtämistä tukevat aktiviteetit? Edellä mainitut ovat keskeisiä opetuksen suunnittelua koskevia kysymyksiä. Tässä artikkelissa tarkastellaan muutamia työvälineitä (esim. uudistettu Bloomin taksonomia ja erilaiset tehtävätyypit), joita opettajat voivat hyödyntää suunnitellessaan mielekästä luonnontieteiden opetuksen prosessia: sen tavoitteita ja erilaisia työtapoja ja arviointia. Lisäksi artikkelissa esitetään esimerkkejä luonnontieteiden opetuksen erilaisista ajattelua tukevista tehtävistä. Mielekäs luonnontieteiden opetus ja oppimisen arviointi Mielekäs luonnontieteiden opetus on tavoitteellista linjakasta opetusta. Opetuksen suunnitteluvaiheessa on keskeistä eritellä sekä oppitunnin päätavoitteet että kunkin tehtävän tavoitteet. Opettajan olisi hyvä tuoda oppilaiden tietoisuuteen oppitunnin tiedolliset ja taidolliset tavoitteet. Millaisia tavoitteita esimerkiksi valittu kokeellinen työ tukee? Millaisia ajattelutaitoja tarvitaan? Tällöin oppilas tietää, millaista osaamista häneltä odotetaan. Tavoitteiden tiedostamisella on usein myös oppilasta motivoiva vaikutus. 9

10 Monipuolisilla työtavoilla voidaan kohdata paremmin erilaisia oppijoita (ks. esim. Ahtinevan artikkeli tässä kirjassa). Erityisesti oppilaita motivoivaa opetusta ja työtapoja on kehitettävä, sillä suomalaisten oppilaiden kiinnostus luonnontieteitä kohtaan on ollut OECD-maiden keskiarvoa vähäisempää. Vuoden 2011 luonnontieteiden oppimistulosten kansallisessa arvioinnissa oppilaiden asenteet olivat fysiikan ja kemian opintoja kohtaan kielteisiä, kun taas oppilaiden keskimääräiset asenteet biologian ja maantiedon opintoihin olivat myönteisiä. Arvioinnissa löytyi selvä yhteys oppitunnilla käytetyn opetusmenetelmän tai toimintatavan sekä oppilaan oppiaineeseen kohdistuvan kiinnostuksen ja sen osaamisen välillä. (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012.) KUVIO 1. Tavoitteellinen opetus-, opiskelu- ja oppimisprosessi (esim. Erätuuli & Meisalo 1994) Tavoitteet muodostavat luonnontieteiden opetuksen, opiskelun sekä oppimisen arvioinnin perustan. Arvioinnilla on keskeinen merkitys, sillä se ohjaa uusien opetuksen tavoitteiden asettamista, opetuksen kehittämistä sekä oppimistulosten parantamista saadun palautteen kautta (ks. KUVIO 1). Arviointi vaikuttaa myös opiskelijoiden motivaatioon, ja se vaikuttaa selvästi opiskelijoiden mielenkiinnon heräämiseen alan jatko-opintoja ja työuraa kohtaan (esim. Hazel, Logan & Gallagher 2006). Arvioinnin avulla pyritään ohjaamaan ja kannustamaan opiskelua sekä kehittämään opiskelijan edellytyksiä itsearviointiin (Lukiolaki 629/ mom). 10

11 Mielekkäässä opetuksessa on keskeistä monipuolisen arvioinnin käyttö. Oppimisen arviointi voidaan luokitella esimerkiksi diagnostiseen, formatiiviseen ja summatiiviseen arviointiin (esim. Black 2004). Taulukossa 1 on esitetty kooste kyseisistä arviointityypeistä. Opiskelijoiden arviointi luonnontieteiden opetuksessa perustuu usein summatiiviseen arviointiin. Se on ennustavaa, kokoavaa ja vertailevaa arviointia, joka antaa yleiskatsauksen jonkin tietyn oppimiskokonaisuuden aikana tapahtuneesta oppimisesta (esim. Black 2004). Summatiivinen arviointi antaa myös tietoa opiskelijoiden oppimistuloksista suhteessa muiden opiskelijoiden tuloksiin tai ennalta määriteltyihin standardeihin (Doran, Lawrenz & Helgeson 1994). Diagnostinen arviointi on toteavaa ja ennustavaa arviointia, joka antaa tietoa opiskelijoiden opiskelu- ja toimintaedellytyksistä ja tukee opetuksen suunnittelua (Atjonen 2007). Formatiivista arviointia käytetään luonnontieteiden opetuksessa opiskelujakson aikana. Se on opiskelu- ja toimintaprosessia säätelevää arvottamista (Atjonen 2007), jonka tarkoituksena on tukea opiskeluprosessin aikana tapahtuvaa opetusta ja oppimista palautteen avulla (esim. Bell 2007). Diagnostista ja formatiivista arviointia olisi erityisen tärkeä lisätä luonnontieteiden opetuksessa summatiivisen arvioinnin rinnalla. Kannustavat opettajan sanat innostavat oppilaita yrittämään entistä paremmin. Jokaiselle oppilaalle on myös tärkeää tietää olevansa hyvä jossain asiassa. 11

12 TAULUKKO 1. Oppimisen arviointityypit (Tikkanen 2010) Arviointityyppi Arvioinnin kuvaus Menetelmiä Diagnostinen arviointi - käytetään opiskelujakson alkuvaiheessa tai oppimisvaikeuksien ilmetessä - selvittää ja vahvistaa oppimis- ja koulutusedellytyksiä sekä tukee opetuksen suunnittelua - voi myös olla yksityiskohtaista ja asiantuntevaa tutkimusta, jossa selvitetään oppimisvaikeuksien perimmäisiä syitä standardisoitujen testien avulla - arvioinnin palaute suuntautuu koulutuksen suunnittelijalle ja opettajalle - toteavaa, ennustavaa ja ohjaavaa arviointia - diagnostiset testit - opettajan laatimat kokeet - käsitekartat - kyselyt - itsearviointi - keskustelut - havainnointi Formatiivinen arviointi Summatiivinen arviointi - käytetään opiskelujakson aikana - ohjaa, säätelee ja motivoi oppimista, opetusta ja koulutusta - tukee ja seuraa opiskeluprosessin aikana tapahtuvaa oppimista - arvioinnin palaute suuntautuu opettajalle ja kouluttajalle sekä erityisesti opiskelijalle itselleen - opiskelijan saama palaute ohjaa opiskeluprosessia itsearvioinnin kautta kohti oppimistavoitteiden saavuttamista - ohjaavaa ja motivoivaa arviointia - käytetään tavallisesti opiskelujakson loppuvaiheessa ja etenkin siirryttäessä luokka- tai kouluasteelta seuraavalle - ennustavaa ja kokoavaa arviointia, joka antaa yleiskatsauksen aikaisemmasta oppimisesta - käytetään ensisijaisesti oppilaiden arvostelussa ja oppimissaavutusten todistamisessa - arvioinnin palaute suuntautuu päättäjille, jatkokouluttajille, oppilaalle, opettajalle ja koululle - ennustavaa, toteavaa ja ohjaavaa arviointia - ennakkokäsitysten kartoitus - formatiiviset testit - havainnointi - kotitehtävät - oppimispäiväkirjat - portfoliot - itsearviointi - keskustelut - ongelmanratkaisutehtävät - kokeet - näytöt - tentit - tutkinnot - kansalliset arvioinnit - kansainväliset arvioinnit (esim. IEA- ja PISA-arvioinnit) 12

13 Oppilaan ajattelutaitojen ja syvällisen ymmärtämisen tukeminen Ajattelutaidot Mielekkäässä luonnontieteiden opetuksessa on tärkeätä tukea oppilaiden ajattelutaitoja, millä voidaan edistää luonnontieteiden syvällistä ymmärtämistä. Opettajan on tiedostettava aktiviteettien (esim. tehtävät ja kokeelliset työt) mahdollisuudet: millaisia erilaisia tietoja ja taitoja tehtävät edellyttävät ja minkälaista ajattelua ne tukevat. Opetuksen keskeisenä tavoitteena on kehittää erityisesti opiskelijoiden korkeamman tason ajattelutaitoja (nk. kognitiivisia taitoja). Ajattelutaidot voidaan jakaa kahteen kategoriaan: alemman tason ajattelutaitoihin (lower-order cognitive skills, LOCS) ja korkeamman tason ajattelutaitoihin (higherorder cognitive skills, HOCS). Alemman tason ajattelutaidoilla tarkoitetaan asioiden yksinkertaista tietämistä (esim. faktatiedon muistaminen) tai aikaisemmin opitun tiedon yksinkertaista soveltamista tutuissa tilanteissa ja/tai algoritmien rutiinimaista soveltamista. Käsitteiden määrittelytehtävät sekä rutiinimaiset laskutehtävät ovat esimerkkejä alemman tason ajattelutaitoja edellyttävistä luonnontieteiden tehtävistä. Korkeamman tason ajattelutaidot sisältävät kysymysten esittämistä, kriittistä ja systeemiajattelua, päätösten tekoa, ongelmanratkaisua, arvioivaa ajattelua sekä tiedon siirtoa. Tehtävänannoltaan avoimet ja ongelmanratkaisutehtävät ovat esimerkkejä korkeamman tason ajattelutaitoja edellyttävistä tehtävistä. (esim. Zoller & Pushkin 2007.) Uudistettu Bloomin taksonomia opetuksen tukena TAULUKKO 2. Taksonomiataulu (Krathwohl 2002, 216) Tiedon taso Ajattelun tasot (kognitiivinen prosessi) 1. Muistaa 2. Ymmärtää 3. Soveltaa 4. Analysoida 5. Arvioida 6. Luoda A. Faktatieto B. Käsitetieto C. Menetelmätieto D. Metakognitiivinen tieto 13

14 Uudistettu Bloomin taksonomia auttaa mielekkään opetuksen suunnittelussa. Se on kehitetty oppimiseen liittyvän uuden tutkimustiedon pohjalta. (Anderson, Krathwohl ym ) Taksonomiataulu on hierarkkinen kaksiulotteinen luokittelujärjestelmä (ks. Taulukko 2). Sen avulla voidaan luokitella luonnontieteiden opetuksen tavoitteita sekä oppimisen arvioinnissa käytettäviä tehtäviä ajatteluprosessin ja tiedon eri dimensioissa eli ulottuvuuksissa. Luokittelussa hyödynnetään aineiston sisältämiä verbejä ja substantiiveja. Verbeillä määritetään ajatteluprosessin luokka, ja substantiiveilla päätellään sopiva tiedon luokka. (Krathwohl 2002.) Tiedon dimensio muodostaa jatkumon, jossa tieto muuttuu siinä alaspäin siirryttäessä konkreettisesta yhä abstraktimmaksi. Esimerkiksi käsitteellinen tieto on luonteeltaan abstraktimpaa kuin faktatieto. Vastaavasti ajatteluprosessin luokat muuttuvat vasemmalta oikealle siirryttäessä kognitiivisesti vaativammiksi. Esimerkiksi Analysoida-luokkaan luokiteltu tehtävä edellyttää vaativampia ajatteluprosesseja kuin Soveltaa-luokan tehtävä. Ymmärtää- ja Soveltaa-kategoriat ovat osittain päällekkäisiä, sillä osa Ymmärtää-kategoriaan kuuluvista tehtävistä on tiedollisesti vaativampia kuin helpoimmat soveltamista edellyttävät tehtävät. (Krathwohl 2002.) Opettaja voi luokitella tai suunnitella tehtäviä tavoitteiden mukaisesti seuraavan taksonomiataulun avulla. Nurmisen ja Akselan (2005) tutkimuksen mukaan opettajat pitivät niitä tietojaan puutteellisina, jotka koskivat ajattelutietojen opettamista ja korkeamman tason ajattelutaitoja vaativien tehtävien suunnittelua. Luonnontieteellisen tiedon luokittelu Mielekkään luonnontieteiden opetuksen suunnittelussa opettaja voi jakaa oppitunnilla käytettävät tiedolliset tavoitteet neljään luokkaan: faktatieto, käsitteellinen tieto, menetelmätieto ja metakognitiivinen tieto (Krathwohl 2002). Taulukossa 3 on esitetty kyseiset pääluokat alaluokkineen sekä annettu luonnontieteiden aihepiiriin liittyviä esimerkkejä. 14

15 TAULUKKO 3. Tiedon luokittelu luonnontieteiden kontekstissa (vrt. Tikkanen 2010; Anderson ym. 2001) Pääluokka Alaluokat Esimerkkejä A. Faktatieto B. Käsitetieto C. Menetelmätieto D. Metakognitiivinen tieto A1. Tieto terminologiasta tieteelliset termit (atomin osat, solun rakenne, karttasymbolit, fysiikan suureet, kemian symbolinen merkkikieli, alkuaineiden nimet A2. Tieto tarkoista yksityiskohdista ja peruselementeistä B1. Tieto luokituksista ja kategorioista B2. Tieto periaatteista ja yleistyksistä B3. Tieto teorioista, malleista ja rakenteista C1. Tieto oppiainekohtaisista taidoista ja algoritmeista C2.Tieto oppiainekohtaisista tekniikoista ja metodeista C3. Tieto menetelmien käyttökriteereistä tietoja tapahtumista, paikoista, ihmistä; päivämääriä, tiedonlähteitä, keksintöjen vuosiluvut, alkuaineiden järjestysluvut eliökunnan luokittelu, geologiset ajanjaksot alkuaineiden jaksollinen järjestelmä, metallien sähkökemiallinen jännitesarja fysiikan peruslait, ihmisen terveyteen liittyvä biologian ja kemian tieto evoluutioteoria, DNA, fysiikan vuorovaikutukset, atomiteoria turvalliset työtavat laboratoriossa, laskujen ratkaisutavat ongelmanratkaisumenetelmät, tutkimusmenetelmät laskukaavojen ja tutkimusmenetelmien soveltuminen eri tilanteisiin, tilastomenetelmät D1. Strateginen tieto harjoittelu, muistisääntöjen laatiminen, tiedon järjestäminen (yhteenvedot, alleviivaukset, kaaviot), testit, koestrategiat, tieto kokeellisten menetelmien suunnittelusta D2. Tieto tarkoituksenmukaisen kontekstuaalisen ja konditionaalisen tiedon sisältävistä kognitiivisista tehtävistä tieto siitä, milloin mitäkin menetelmää käytetään kokeen tärppitehtävät, tehtävien erilaiset vaativuusasteet D3. Itsetuntemus uskomukset, motivaatio, omat kyvyt, päämäärät ja tavoitteet, arvot, kiinnostuksen kohteet omat vahvuudet ja heikkoudet erilaisissa tehtävätyypeissä Faktatiedolla tarkoitetaan luonnontieteen keskeistä perustietoa, joka jaetaan terminologiseen tietoon sekä tietoon tarkoista yksityiskohdista ja peruselementeistä. Esimerkiksi alkuaineiden kemialliset merkit sekä muut perussymbolit ovat esimerkkejä faktatiedosta. Käsitetiedolla tarkoitetaan tietoa peruselementtien välisistä yhteyksistä osana laajempaa rakennetta. Se jaetaan tietoon luokituksista ja kategorioista, tietoon periaatteista ja yleistyksistä sekä tietoon teorioista, malleista ja rakenteista. Käsitteiden määritelmät ja alkuaineiden jaksollinen järjestelmä ovat esimerkkejä käsitteellisestä tiedosta. 15

16 Menetelmätieto on tietoa erilaisista metodeista, taidoista ja tekniikoista sekä niiden käyttökriteereistä. Se jaetaan tietoon oppiainekohtaisista taidoista ja algoritmeista, tietoon oppiainekohtaisista tekniikoista ja metodeista sekä tietoon eri menetelmien käyttökriteereistä. Tieto kokeellisista tutkimusmenetelmistä on esimerkki menetelmätiedosta. Metakognitiivinen tieto on yleistietoa kognitiosta sekä tietoisuutta omasta kognitiosta. (Kognitio tarkoittaa tietoa työstäviä mielen ilmiöitä, kuten erilaista ajattelua, havaitsemista ja uskomuksia.) Se jaetaan strategiseen tietoon, tietoon tarkoituksenmukaisen kontekstuaalisen ja konditionaalisen tiedon sisältävistä kognitiivista tehtävistä sekä itsetuntemukseen. Tieto tehokkaista koestrategioista sekä itselle helpoimmista tehtävätyypeistä ovat esimerkkejä metakognitiivisesta tiedosta. (Krathwohl 2002.) Luonnontieteellisen ajattelun luokittelu Luonnontieteellisen ajattelun opettamisessa oppilaille ja opetuksen suunnittelussa voidaan hyödyntää uudistetun taksonomian luokittelua, jossa ajattelutaidot voidaan jakaa kuuteen pääluokkaan: muistaa (remember), ymmärtää (understand), soveltaa (apply), analysoida (analyze), arvioida (evaluate) ja luoda (create) (Krathwohl 2002). Hierarkian kolme alinta luokkaa (muistaa, ymmärtää, soveltaa) määritellään yleensä alemman tason ajattelutaitojen luokkaan (LOCS). Ylimmät luokat (analysoida, arvioida ja luoda) ovat vastaavasti korkeamman tason ajattelutaitoja (HOCS). Taulukossa 3 on esitetty kyseiset pääluokat alaluokkineen sekä annettu luonnontieteiden aihepiiriin liittyviä esimerkkejä. 16

17 TAULUKKO 4. Ajattelutaitojen luokittelua luonnontieteiden kontekstissa (Tikkanen 2010; Anderson ym. 2001) Pääluokka Alaluokat Esimerkkejä L O C S H O C S 6. Luoda 5. Arvioida 4. Analysoida 3. Soveltaa 2. Ymmärtää 1. Muistaa 1.1 Tunnistaminen Oppilas hakee tietoa muistista ja vertaa sitä annettuun tehtävään esim. kasvien lajintuntemus ja alkuaineiden kemiallisten merkkien tunnistaminen 1.2 Mieleen palauttaminen Oppilas palauttaa tiedon muistista, esim. suureiden ja yksiköiden symbolit 2.1 Tulkitseminen Oppilas osaa muuttaa tietoa toisesta muodosta toiseen esim. osaa laatia laskun tai reaktioyhtälön sanallisen tehtävänannon pohjalta, osaa selittää käsitteet omin sanoin 2.2 Esimerkin antaminen Oppilas osaa havainnollistaa käsitteitä tai periaatteita esimerkillä: osaa antaa esimerkin nisäkkäistä, poimuvuoresta, hiilivedystä ja energialähteestä 2.3 Luokittelu Oppilas osaa luokitella asioita kategorioihin esim. eliökunnan ja jätteiden luokitteleminen 2.4 Yhteenvedon tekeminen (referointi) Oppilas osaa tehdä olennaiset asiat sisältäviä yhteenvetoja: artikkelireferaatin tekeminen 2.5 Päättely Oppilas osaa tehdä loogisia johtopäätöksiä esitetyn tiedon pohjalta esim. populaation lisääntymisen, säätilan, voiman vaikutuksen ja yhdisteiden molekyylirakenteen päätteleminen 2.6 Vertaaminen Oppilas havaitsee kahden asian välisiä yhtäläisyyksiä ja eroja esim. käsitteiden vertaaminen 2.7 Perusteleminen Oppilas osaa tehdä erilaisista systeemeistä syy-seuraus-malleja, esim. talvihorroksen, vuodenaikojen, nopeuden tai tasapainoreaktion suunnan perusteleminen 3.1 Menetelmän toteuttaminen 3.2 Menetelmän käyttäminen Oppilas osaa soveltaa rutiininomaista menetelmää tutun tehtävän ratkaisemiseen esim. eliön tunnistaminen, kartan lukeminen, laskukaavojen käyttö ja tislaaminen Oppilas osaa käyttää valitsemaansa menetelmää entuudestaan tuntemattoman tehtävän ratkaisemiseen: ongelmanratkaisutehtävät 4.1 Erotteleminen Oppilas osaa erottaa tehtävänannosta tärkeät ja olennaiset asiat, joita tarvitaan tehtävän ratkaisemiseen 4.2 Organisoiminen (jäsentäminen) 4.3 Piilomerkityksen havaitseminen Oppilas tunnistaa tilanteeseen liittyvät perusosat ja osaa muodostaa niistä johdonmukaisia kokonaisuuksia, esim. tutkimusraportin laatiminen Oppilas tunnistaa materiaalista rivien välistä luettavat näkökulmat, ennakkoasenteet, arvot tai aikomukset esim. artikkelin kirjoittajan asenteiden havaitseminen 5.1 Tarkistaminen Oppilas osaa tarkistaa ovatko prosessit tai tuotteet johdonmukaisia ja virheettömiä, esim. tehtävän tai tutkimuksen tuloksen järkevyyden tarkistaminen 5.2 Arvosteleminen Oppilas osaa arvostella tuotetta ulkoisten kriteerien ja standardien pohjalta, esim. luonnontieteiden menetelmien hyvien ja huonojen puolien arvioiminen 6.1 Kehittäminen Oppilas osaa muodostaa hypoteeseja tai ratkaisutapoja esitettyjen kriteerien pohjalta 6.2 Suunnitteleminen Oppilas osaa suunnitella ratkaisutapoja tehtävän tai ongelman ratkaisuun, esim. kokeellisen menetelmän suunnitteleminen 6.3 Tuottaminen Oppilas osaa tehdä tehtävänannon vaatimusten mukaisen omaperäisen tuotoksen esim. esseevastauksen laatiminen 17

18 Muistamisella tarkoitetaan olennaisen tiedon palauttamista mieleen pitkäkestoisesta muistista. Muistaa-luokka jaetaan tunnistamiseen (identifying) ja mieleen palauttamiseen (recalling). (Krathwohl 2002.) Vuosilukujen muistaminen on esimerkki kontekstiin liittyvästä muistamisesta. Tunnistamisen taitoa voidaan arvioida vertailutehtävän, yhdistelytehtävän tai valintatehtävän avulla. Mieleen palauttamista harjoittavat tehtävät voivat olla myös laajemmassa kontekstissa. Kun arvioidaan muistamista, asiaa voidaan kysyä suoraan tai tehtävä voi olla myös täydennystehtävä. (vrt. Anderson ym ) Ymmärtämisellä tarkoitetaan merkitysten muodostamista opetukseen liittyvän suullisen, kirjallisen tai graafisen viestinnän pohjalta. Ymmärtää-kategoria jaetaan tulkitsemiseen (interpreting), esimerkkien antamiseen (exemplifying), luokitteluun (classifying), tiivistämiseen (summarizing), päättelemiseen (inferring), vertaamiseen (comparing) ja perustelemiseen (explaining). (Krathwohl 2002.) Graafisten esitysten sekä yhdisteiden rakennekaavojen tulkitseminen ovat esimerkkejä siitä, miten ymmärtäminen ilmenee luonnontieteiden kontekstissa. Luokittelua on se, että oppilas tunnistaa esimerkiksi eläimen tietyt piirteet ja osaa sijoittaa sen tiettyyn luokkaan. Arviointitehtävässä oppilas voi vaikka merkitä ympyröimällä samaan luokkaan kuuluvat eläimet. Vertailtaessa tehtävä voidaan ratkaista analogialla. Oppilaalle voidaan antaa tehtävä, jossa hän vertaa sähkövirran kulkua johonkin tuttuun ilmiöön, esimerkiksi veden virtaukseen. Perusteleminen tarkoittaa syy seuraus-suhteen käyttämistä. Esimerkiksi oppilasta pyydetään kertomaan ja perustelemaan vastauksensa siitä, mitä tapahtuu virralle, kun virtapiiriin lisätään toinen paristo. Arviointitehtävät voivat olla syiden etsimistä, ongelmanratkaisua, ennustamista ja kehittämistä. Yhteenvedon tekemistä on se, kun oppilas pystyy poimimaan informaatiosta pääkohdat ja esittämään ne yksinkertaisessa muodossa. Esimerkiksi oppilas tekee yhteenvedon tunnettujen tiedemiesten tutkimuksista luettuaan useita heidän kirjoituksiaan. Arviointitehtävä voisi olla myös sopivan otsikon luominen tai valitseminen artikkeliin. (Anderson ym ) Soveltamisella tarkoitetaan menetelmien toteuttamista tai hyödyntämistä annetussa tilanteessa. Soveltaa-luokka jaetaan menetelmän toteuttamiseen tutussa tilanteessa (executing) sekä menetelmän käyttämiseen uudessa tilanteessa (implementing). (Krathwohl 2002.) Käytännön kokeellinen laboratoriotyöskentely on esimerkki luonnontieteiden kontekstiin liittyvästä soveltamisesta. Kun oppilas harjoittelee uuden käsitteen tai lain käyttöä, hän tietää, että kaikissa esimerkeissä käytetään kyseistä lakia (menetelmän toteuttaminen). Arviointitehtävässä oppilaalle annetaan esimerkiksi tiheyden kaava, jota hänen pitää soveltaa annettuun esimerkkiin. Menetelmän käyttämisessä oppilaan pitää selvittää, mitä lakia ongelman ratkaisussa käytetään. Tässä tarvitaan myös ymmärtämisen ja luomisen taitoja. Arviointitehtävässä oppilas esimerkiksi valitsee sopivan tutkimusmenetelmän annettuun tutkimusongelmaan. (Anderson ym ) 18

19 Analysoinnilla tarkoitetaan materiaalin pilkkomista ensin rakenneosiin, minkä jälkeen määritetään osien väliset keskinäiset suhteet sekä niiden suhde kokonaisuuteen verrattuna. Analysoida-luokka jaetaan erottelemiseen (differentiating), organisoimiseen (organizing) sekä piilomerkitysten havaitsemiseen (attributing). (Krathwohl 2002.) Olennaisten asioiden erottaminen ongelmanratkaisutehtävän tehtävänannosta on esimerkki siitä, miten analysointi ilmenee luonnontieteiden kontekstissa. Arvioimisella tarkoitetaan arvioiden tekemistä kriteerien ja standardien pohjalta. Arvioida-kategoria jaetaan tarkistamiseen (checking) ja arvostelemiseen (critiquing). Laskutehtävän vastauksen suuruusluokan arvioiminen on esimerkki arvioimisesta. Oppilas voi arvioida aineiston laatua, tehokkuutta ja johdonmukaisuutta tiettyjen kriteerien pohjalta. Arviointitehtävässä oppilas voi esimerkiksi lukea tekstin ja arvioida (tarkastaa) johtopäätösten oikeutusta. Arvosteleminen tarkoittaa sitä, että oppilas etsii aineistosta hyviä ja huonoja puolia. (Anderson ym ) Luomisella tarkoitetaan johdonmukaisen ja toimivan kokonaisuuden muodostamista rakenneosasista tai niiden uudelleen järjestämistä. Luoda-luokka jaetaan kehittämiseen (generating), suunnittelemiseen (planning) ja tuottamiseen (producing). (Krathwohl 2002.) Esseevastauksen laatiminen sekä kokeellisen menetelmän suunnitteleminen ovat esimerkkejä siitä, miten luominen ilmenee luonnontieteiden kontekstissa. Kun oppilas luo, hän kerää materiaalia monista lähteistä ja yhdistää ne kokemukseensa. Tuotos on uusi verrattuna alkuperäiseen. Kirjoittaminen, joka ei perustu muistitietoon, on luova prosessi. Kehittämisen taitoa tarvitaan ongelmanratkaisussa, jossa oikeaan ratkaisuun pääseminen vaatii ymmärrystä. Luovassa ongelmanratkaisussa etsitään vaihtoehtoisia ratkaisuja. Esimerkiksi oppilas voi etsiä useita tapoja, joilla mansikat kasvavat isoiksi. Opettaja voi antaa oppilaille arviointikriteerit. Suunnittelemista arvioidaan harvoin koulussa. Oppilas voisi esimerkiksi suunnitella sen, miten annettua hypoteesia testataan. Tuottaminen on sitä, että oppilaalle annetaan tuotteen kuvaus ja hänen pitää kehittää ja suunnitella se. Esimerkiksi oppilaat tuottavat tiettyyn elinympäristöön jonkin tuotteen (rakennus, asuinkortteli, koulussa oppilaiden tavaroiden säilytyslokerot). (Anderson ym ) Korkeamman tason ajattelutaitojen kehittämisessä ja opiskelussa on tärkeää aiheesta puhuminen ja keskustelu pienryhmissä (esim. Aksela 2005; Aksela 2009). 19

20 Taksonomian käyttö luonnontieteiden opetuksen arvioinnissa Jokaisen oppiaineen luonne määrittää sen, mikä on fakta- tai käsitetietoa, mikä taas menetelmätiedon ymmärtämistä. Taksonomiataulua käytettiin luonnontieteiden kansallisen arvioinnin tehtävien luokittelussa, ja sen käyttö mahdollisti monipuolisen tiedon saamisen oppilaiden tietojen ja taitojen osaamisesta. Arvioinnissa esimerkiksi ilmeni, etteivät oppilaat hallitse ajattelun korkeampia tasoja. (Kärnä ym ) Taksonomiataulun käyttö auttaa kehittämään luonnontieteiden opetuksessa sellaisia piirteitä, jotka harjoittavat haluttuja taitoja. Menetelmätiedoksi luonnontieteiden arvioinnissa määriteltiin Opetussuunnitelman perusteiden mukaan oppilaan taito käyttää aineistoa, selittää ilmiöitä ja kertoa luonnontieteellisen tutkimuksen suorittamisesta. Oppilaat osasivat biologian fakta- ja käsitetietoa tyydyttävästi, mutta menetelmätietoa (erotus 20,5 prosenttiyksikköä) ja soveltamistehtäviä kohtalaisesti.*** Maantiedon osaamisen taso oli sekä fakta- ja käsitetieto- että menetelmätietotehtävissä tyydyttävää. Ilmiöitä osattiin selittää kohtalaisesti, sen sijaan aineistoa osattiin käyttää hyvin. *** Opetushallituksen oppimistulosten arvioinnissa käytettiin seuraavaa ratkaisuprosenttien luokittelua: 0 20 % heikko, % välttävä, % kohtalainen, % tyydyttävä, % hyvä, > 80 kiitettävä. Luokittelu ei vastaa kouluarvostelua. Fysiikan fakta- ja käsitetietotehtäviä osattiin hieman paremmin kuin menetelmätietotehtäviä (erotus 1,9 prosenttiyksikköä). Ilmiöitä osattiin selittää vähän huonommin kuin käyttää aineistoa. Fysiikan tehtävissä oli pieni määrä analysointi- ja arviointitaitoa vaativia tehtäviä, jotka osattiin heikosti. Kemian fakta- ja käsitetietoa osattiin hieman paremmin kuin menetelmätietoa. Menetelmätiedosta parhaiten osattiin kokeelliseen työskentelyyn (luonnontieteellinen tutkimus) ja aineiston käyttöön liittyvät tehtävät. Yleisesti arvioinnissa ilmeni, etteivät oppilaat hallitse ajattelun korkeampia tasoja. Lisäksi tämänkaltaisia tehtäviä oli arvioinnissa niukasti (Kärnä ym. 2012), eikä niitä harjoiteta tietoisesti oppitunneillakaan. Seuraavassa on esimerkkejä tehtävien luokittelusta luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnissa. Maantiedon tehtävä Kartan tulkinta on esimerkki aineiston käyttöä (menetelmätieto) vaativasta tuottamistehtävästä. Oppilaan tuli tarkastella karttaa ja kertoa lyhyesti, mitä palveluja alueelta löytyy sekä mihin kyseisen kartan alueella tulisi rakentaa jalkapallokenttä. Tehtävä oli vaikeustasoltaan helppo (osio b ratkaisuosuus 86 %, osio c ratkaisuosuus 66 %). (Kärnä ym ) Tehtävän ratkaisuun tarvittiin karttaan liittyvien merkkien soveltamisen taitoa. 20

21 b) Tarkastele kartalla kuvatun alueen palvelutarjontaa. Mitä palveluja alueelta löytyy? koulu, autokorjaamo, kioski, puhdistamo ja ratsastuskenttä. (0 1 palvelua mainittu = 0 p 2 3 palvelua mainittu = 1 p 4 5 palvelua mainittu = 2 p) c) Alueelle on suunniteltu urheilukentän rakentamista. Kentän sijainniksi on ehdotettu karttaan merkittyjä paikkoja 1, 2 ja 3. Mikä ehdotetuista paikoista olisi paras kentälle? Perustele. Biologian tehtävä Puolukan lehden rakenne oli monivalintatehtävä, joka luokiteltiin ilmiöiden selittämiseksi (menetelmätieto). Tehtävä osoittautui helpoksi (ratkaisuosuus 65 %). Noin viidesosa oppilaista oli sitä mieltä, että puolukan lehdet ovat vahapintaiset, jotta ne kestävät paremmin pakkasta. (Kärnä ym ) Väite oli ensimmäisenä, mikä voi vaikuttaa tulokseen. Tehtävän suorittamiseen tarvittiin myös kasvin lehden rakenteeseen liittyvän tiedon ymmärtämistä ja käyttämistä. Edellä kuvattu luonnontieteiden oppimisen arvioinnissa käytetty tapa luokitella tehtäviä auttaa opettajaa opetuksen suunnittelussa ja opetussuunnitelman tavoitteiden tulkinnassa. Taksonomiataulu auttaa tiedon järjestämisessä ja jäsentämisessä, ja se soveltuu laajemman opetuskokonaisuuden suunnitteluun. Luokittelu auttaa opettajaa tarkastelemaan opetuksen tavoitteita oppilaan näkökulmasta. Mikä on haluttu oppimistulos? Pitääkö oppilaan osata luetella faktoja vai käsiterakennelmia? Tavoitellaanko sitä, että oppilas osaa luokitella (ymmärtää) tai erotella (analysoida) vai molempia? Tavoitteena voi olla myös oppilaan itsearvioinnin harjoittaminen (metakognitiivinen tieto). (Anderson ym. 2001, ) 21

22 Esimerkkinä taksonomiataulun käytöstä sen kehittäjien tulkitsemana on Ohmin lain opettaminen (ks. TAULUKKO 5.) Taulukkoon merkitään opetuksen tavoitteen lisäksi opetus- ja arviointimenetelmä, jolloin nähdään, miten ne ovat linjassa keskenään. Ohmin lain opettaminen liittyy kaikkiin tiedon tasoihin. Lakiin liittyvät suureet ja yksiköt ovat faktatietoa. Käsitetietoa on se, että oppilas ymmärtää suureiden vuorovaikutussuhteet. Kun oppilaat arvioivat oppimistaan ja omia tavoitteita, on kyse metakognitiivisesta tiedosta. Kun Ohmin lain käyttöä harjoitellaan, oppilaan tulee muistaa suureiden symbolit ja se, miten Ohmin lain avulla lasketaan resistanssi (A1). Käsitetiedon muistamista harjoitellaan, kun oppilas piirtää muistista virtapiirin kuvan tai kaavion (B1). Itsearvioinnissa muistaminen tarkoittaa kykyä arvioida omaa etenemistä sekä taitoa muuttaa menetelmää tarvittaessa. (D1). (Anderson ym ) TAULUKKO 5. Ohmin lain opettamisen suunnitteluesimerkki taksonomiataulun käytöstä (Anderson ym. 2001) Tiedon taso Ajattelun tasot ( kognitiivinen prosessi) 1. Muistaa 2. Ymmärtää 3. Soveltaa 4. Analysoida 5. Arvioida 6. Luoda A. Faktatieto X X B. Käsitetieto X X X X C. Menetelmätieto X X x D. Metakognitiivinen tieto X x Ohmin lain opettamisessa ja oppimisessa tarvitaan kaikkia ajattelun tasoja, kun tavoitteena on muistamisen lisäksi lain soveltaminen ja tiedon siirto (ks. TAU- LUKKO 5). Kun oppilaat puhuvat omin sanoin käsitteistä, on kyseessä faktatiedon tulkinta (ymmärtäminen) (A2). Ja kun oppilaat selittävät, mitä tapahtuu virtapiirissä, kun sen komponentteja muutetaan, selitetään (ymmärtäminen) käsitetietoa (B2). Menetelmätiedon soveltamista harjoitetaan, kun oppilas käyttää Ohmin lakia jännitteen laskemiseen tapauksessa, jossa tunnetaan virran ja resistanssin suuruus (C3). Oppilas harjoittaa käsitetiedon erottelua (analysointi) tehtävässä, jossa hän etsii sanallisesta esimerkistä ne tiedot, joita tarvitaan resistanssin määrittämiseen (C4). Kun oppilas pystyy arvioimaan, soveltuuko Ohmin laki ongelman ratkaisemiseen, hän taitaa menetelmätiedon tarkistamisen (arvioida) (C5). Kun oppilas valitsee hänelle sopivamman ratkaisutavan, hän harjoittaa metakognitiivisen tiedon arvioimista (D5). Oppilas luo käsitetietoa, kun hän pystyy kehittämään vaihtoehtoisia tapoja lisätä lampun kirkkautta muuttamatta paristoa (D6). (Anderson ym ) 22

23 Monipuolisia oppilaiden ajattelua aktivoivia tehtäviä Mielekkään opetuksen suunnittelussa, toteutuksessa ja arvioinnissa on hyvä käyttää monipuolisia tehtäviä, jotka aktivoivat oppilaiden korkeamman tason ajattelutaitoja. Tehtäviä voidaan luokitella eri tavoilla. Hyvin yleisesti käytetty luokittelutapa perustuu tehtävien erilaiseen vastaustapaan (ks. TAULUKKO 6). Tehtävät jaetaan tällöin kahteen pääkategoriaan: valintatehtäviin ja tuottamistehtäviin (esim. Rodriquez 2002). TAULUKKO 6. Tehtävien luokittelu tehtävätyyppien mukaan (McTighe & Ferrara 1998) VALINTA- TEHTÄVÄT TUOTTAMISTEHTÄVÄT Monivalintatehtävät Vaihtoehtotehtävät Yhdistelytehtävät Tehostetut monivalintatehtävät Suppeat tuottamistehtävät Täydentämiset - sanat - virkkeet Lyhyet vastaukset - virkkeet - kappaleet Nimeämiset Oman työn esittäminen Visuaaliset esitykset - internet - käsitekartat - vuokaaviot - graafiset esitykset - taulukot - kuvitukset Suoritusarviointi Tuotokset Suoritukset Prosessit Esseet Tutkimusraportit Tarinat Näytelmät Runot Portfoliot Taideteokset Luonnontieteen projektit Mallit Videot Nauhoitukset Taulukkolaskennat Laboratorioraportit Suulliset esitykset Tanssi/liike Luonnontieteiden laboratoriodemonstraatiot Urheilusuoritukset Näytteleminen Esitykset Väittelyt Musiikkiesitykset Kosketinsoittaminen Opetukset Suulliset kuulustelut Havainnointi Haastattelut Konferenssit Prosessin kuvaukset Ääneen ajattelu Oppimispäiväkirjat Valintatehtävät ovat tehtäviä, joissa opiskelijan on valittava vastaus kysymykseen, väittämään tai ongelmaan annetuista vaihtoehdoista. Tuottamistehtävät ovat taas tehtäviä, joissa opiskelijan on konstruoitava vastaus itse. Se voi olla kirjallinen, visuaalinen tai auditiivinen tuotos. Tuottamistehtävillä voidaan arvioida myös konkreettisia suorituksia tai prosesseja. (Esim. McTighe & Ferrara 1998.) Luonnontieteiden oppimistulosten kansallisessa arvioinnissa oli tuottamistehtäviä sekä valintatehtäviä, jotka olivat monivalinta-, oikein/väärin- tai yhdistelytehtäviä. Erityisesti oppilailla oli vaikeuksia biologian ja fysiikan tuottamistehtävissä. (Kärnä ym ) 23

24 Valintatehtävien ja tuottamistehtävien hyvien ja huonojen puolten tunteminen auttaa opettajaa monipuolisen arvioinnin suunnittelussa (ks. TAULUKKO 7). Koulussa käytettäviin tehtäviin olisi hyvä lisätä esimerkiksi entuudestaan tuntemattoman oheismateriaalin (esim. artikkelit, taulukot, kaaviot) analysointia, jolloin tehtävät mittaavat todennäköisemmin korkeamman tason ajattelutaitoja kuin oppikirjan sisällön ulkoa muistamista tai harjoiteltuja rutiinitaitoja. Tehtävänantoihin voi myös lisätä tarpeettomia lähtötietoja harhautukseksi, jolloin kokelaat joutuvat todella analysoimaan tehtävää erottaakseen tehtävänannosta olennaiset tiedot. (Tikkanen 2010.) TAULUKKO 7. Valintatehtävien ja tuottamistehtävien vertailua (Tikkanen 2010) VALINTATEHTÄVÄT Hyvät puolet - soveltuvat erinomaisesti laajojen tietokokonaisuuksien osaamisen mittaamiseen - arvostelu on objektiivista ja nopeaa - vastaaminen on nopeaa - osaamisalueen peittävyys erinomainen - voidaan mitata laaja-alaista osaamista useilla eri kognitiivisilla tasoilla - samoja tehtäviä voidaan käyttää useita kertoja - saattavat alentaa koejännitystä Huonot puolet - eivät sovellu konkreettisten taitojen ja tuotosten arviointiin - vaikeaa arvioida luovuutta ja kriittistä ajattelua - arvaamismahdollisuus - poikkeavat yleensä selvästi todellisen elämän ongelmista - laadukkaiden tehtävien laatiminen on vaikeaa TUOTTAMISTEHTÄVÄT Hyvät puolet - soveltuvat erinomaisesti konkreettisten taitojen ja tuotosten arviointiin - saattavat antaa tietoa opiskelijoiden ymmärtämisestä ja oppimisesta valintatehtäviä paremmin - soveltuvat yksilöllisyyden, luovuuden ja oma-peräisyyden arviointiin - arvaamisen mahdollisuus on vähäinen - tehtävien laatiminen on usein helppoa - saattavat muistuttaa todellisen elämän ongelmia Huonot puolet: - arvostelu on yleensä subjektiivista, hidasta, vaikeaa ja kallista ja edellyttää aina johdonmukaisen arvostelumallin kehittämistä - vastaaminen on usein hidasta - laajaa osaamisaluetta on vaikeaa peittää tehokkaasti - saattavat lisätä koejännitystä 24

25 LOPUKSI Luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnissa ilmeni, että opettajat pitävät ajattelun taitoja ja tiedon soveltamista tärkeinä opetuksen tavoitteina (vrt. Nurminen & Aksela 2005). Kuitenkin arvioinnin tuloksissa näkyi myös vanha haaste käsitteiden oppimisen vaikeudesta (Kärnä ym. 2012). Kouluopetuksen haasteena voidaan edelleen pitää sitä, etteivät oppilaat osaa soveltaa luonnontieteellistä tietoa omiin kokemuksiinsa ja arkielämäänsä. Oppilaan vaikeudet ymmärtää esimerkiksi käsitteitä valo, lämpö, voima ja sähkö voivat johtua siitä, että hän luokittelee käsitteen kuuluvan aineeseen eikä ilmiöön. Oppilas ei näe käsitteen merkitystä vaan pitää sitä keinotekoisena. Kun oppilas tulee tietoiseksi tiedon luokittelusta, tämä väärinkäsitys voi hävitä. (Anderson ym ) Taksonomiataulun käyttö auttaa sekä oppilasta että opettajaa. Ajattelutaitojen harjoittaminen sopii hyvin luonnontieteiden opetukseen. Opetussuunnitelman perusteissa on paljon mainintoja näistä taidoista, kuten johtopäätösten tekemisestä. Havaitseminen on yksi kognitiivisen prosessin osa, ja siihen liittyvä havaintojen tekeminen on vahva osa kokeellista työskentelyä. Käsitteen muodostuksella on hierarkkinen rakenne, ja se alkaa havaintojen tekemisestä ympäröivästä maailmasta (Kurki-Suonio & Kurki-Suonio 1998). Havaintojen tekeminen on oppilaskeskeistä toimintaa ja parantaa myös itsetuntemusta (Kärnä 2009). Ajattelutaitoja ei voida opettaa irrallaan tiedon tasoista. Taksonomiassa muistamisen taito liittyy yleensä faktatietoon, ymmärtäminen käsitetietoon ja soveltaminen menetelmätietoon. Korkeampien ajatteluntasojen harjoittaminen auttaa oppilaita ymmärtämään käsitetietoa. Ne ovat välttämättömiä tiedon siirrossa ja ongelmanratkaisussa. Korkeampaa ajattelua voidaan harjoittaa erilaisen tiedon, helposti metakognitiivisen tiedon yhteydessä. Metakognitiivisen tiedon opettaminen auttaa oppilaita ottamaan vastuuta oppimisestaan, ja sitä voidaan pitää siltana affektiivisiin tekijöihin. (Anderson ym ) Ajattelu on mielen toimintaa, ja siihen kuuluvat ajatustoimintojen lisäksi tunteet, arvot, luovuus, mielikuvitus ja toiminta (Lipman 2003). Taksonomian käyttö auttaa opettajaa erottamaan opetuksen tavoitteet ja sisällöt opetuksessa käytetyistä opetusmenetelmistä ja toimintatavoista. Usein oppilaille jää hämäräksi se, mitä tulee oppia. Oppilaat eivät osaa vastata kysymykseen, mitä ovat koulussa oppineet, mutta muistavat käytetyn työtavan. Tämä voi johtua siitä, että opetuksen tavoite on abstrakti ja se voi olla joskus epäselvä opettajallekin. (Anderson ym ) Oppimisessa painotetaan sitä, että opettajan tulee kiinnittää huomiota oppimisen prosessiin, ei lopputulokseen. Tämä tapahtuu, kun opettaja vahvistaa opetuksen tavoitteen, opetusmenetelmän ja arvioinnin yhteyttä. Arvioinnin tulee mitata opetuksen tavoitetta. Muutoin on mahdollista, että oppilaat saattavat oppia erinomaisesti jotakin muuta kuin arvioinnin kohteena olevaa asiaa. (Anderson ym ) 25

26 Tavoitteiden luokittelu ei ole aina helppoa ja yksinkertaista. Luokittelu on tulkintaa ja keskeisten tavoitteiden ja sisältöjen valitsemista. Sen tekemisessä auttaa esim. opetuksen havainnointi. Perinteisesti opetuksessa on paljon käsitetietoon liittyviä tavoitteita. Kuitenkin saman opetussisällön tavoitteet voivat kuulua eri tiedon tasoihin. (Anderson ym ) Taksonomiataulu auttaa opettajaa päättelemään sitä, mitä oppilaat ovat oppineet, ja antaa opetukselle uusia mahdollisuuksia menestykselliseen opetukseen. Luonnontieteiden mielekkään oppimisen ja korkeamman tason ajattelutaitojen opettamisessa on tärkeää käyttää monipuolisia opetusmenetelmiä ja oppimisympäristöjä, esimerkiksi tieto- ja viestintätekniikkaan pohjautuvia oppimisympäristöjä. Opetuksessa ja oppimisessa ei ole yhtä ainoaa oikeaa reittiä, ja opetuksen tulisi kohdata entistä paremmin erilaisia oppijoita. Olisi myös tärkeää saada oppilaat entistä aktiivisempaan rooliin: puhumaan ja kysymään luonnontieteistä, erityisesti esittämään miksi- ja miten-kysymyksiä sekä keskustelemaan ja argumentoimaan pienryhmissä. Mielekkäässä opiskelussa oppilailla on keskeinen aktiivinen rooli, ja opettaja toimii niin sanottuna katalyyttinä oppilaan rinnalla. Mielekkäässä oppimisessa oppilaan kokonaisvaltainen huomioiminen tunnetiloineen on tärkeää. 26

27 Lähteet Aksela, M Supporting meaningful chemistry learning and higher-order thinking through computer-assisted inquiry: a design research approach. Kemian laitos. Helsingin yliopisto. Akateeminen väitöskirja. Helsinki: Helsingin yliopistopaino. aksela/ Aksela, M Higher-order thinking skills in chemistry learning through computer-assisted inquiry. Matematiikan ja luonnontieteiden oppimista ja ajattelun taitoa tutkimassa. K. M. J. T. H. (toim.). Turku: Turun opettajankoulutuslaitos, p. (Turun yliopiston kasvatustieteiden tiedekunnan julkaisuja. B). Anderson, L. W., Krathwohl, D. R., Airasian, P. W., Cruikshank, K. A., Mayer, R. E., Pintrich, P. R., Raths, J., Wittrock, M. C. (toim.) A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assessing. A Revision of Bloom s Taxonomy of Educational Objectives. Abridged Edition. New York: Addison Wesley Longman. Atjonen, P Hyvä, paha arviointi. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, Bell, B Classroom assessment of science learning. Teoksessa S. K. Abell & N. G. Lederman (toim.), Handbook of research on science education. New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates, Inc, Black, P Purposes for Assessment. Teoksessa J. Gilbert (toim.) The routledgefalmer reader in science education. London: Routledge, Bloom, B. S. (Engelhart, M. D., Furst, E. J., Hill, W. H., Krathwohl, D. R.) Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. New York. Doran, R. L., Lawrenz, F. & Helgeson, S Research on assessment in science. Teoksessa D. L. Gabel (toim.) Handbook of research on science teaching and learning. New York: Macmillan Publishing Company, Erätuuli, M. & Meisalo, V Evaluaation peruskysymyksiä luonnontieteissä. Helsinki: Yliopistopaino, Hazel, E., Logan, P. & Gallagher, P Equitable assessment of students in physics: Importance of gender and language background. Teoksessa J. Gilbert (toim.) Science education: Major themes in education: Volume II. London: Routledge, Krathwohl, D. R A revision of Bloom s taxonomy: An overview. Theory into Practice, 41(4), Kurki-Suonio, K. & Kurki-Suonio, R. 1994/1998. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. 3. muuttumaton painos. Helsinki: Limes ry. Kärnä, P Kokonaisvaltainen fysiikanopetus peruskoulussa fysiikan valinnaiskurssilla. Akateeminen väitöskirja. Helsingin yliopisto. Fysiikan laitos. Report Series in Physics, HU-PD157, 27

28 28 Kärnä, Hakonen & Kuusela Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuksen 9. luokalla Koulutuksen seurantaraportit 20121:2. Helsinki: Opetushallitus. Lipman, M Thinking in Education. United Kingdom: Cambridge university press. Lukiolaki 629/98 17 ( ). Ks. McTighe, J. & Ferrara, S Assessing learning in the classroom. Student assessment series. Washington D.C.: National Education Association, Ks. storage_01/ b/80/17/8c/6b.pdf. Nurminen E. & Aksela, M Kemian opettajien käsityksiä ajattelutaidoista kemian oppimisen tukena. Lavonen J. (toim.). Ainedidaktiikan symposiumkirja osa 1. Käyttäytymistieteellinen tiedekunta, Helsingin yliopisto, Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet Helsinki: Opetushallitus. Rodriquez, M. C Choosing an item format. Teoksessa G. Tindal & T. M. Haladyna (toim.) Large-scale assessment programs for all students: Validity, technical adequacy, and implementation. Mahwah, N. J.: Lawrence Erlbaum Associates, Tikkanen, G Kemian ylioppilaskokeen tehtävät summatiivisen arvioinnin välineenä. Kemian opettajankoulutusyksikkö. Kemian laitos. Helsingin yliopisto. Akateeminen väitöskirja. Helsinki: Helsingin yliopistopaino. helda.helsinki.fi/handle/10138/21074 Zoller, U. & Pushkin, D Matching higher-order cognitive skills (HOCS) promotion goals with problem-based laboratory practice in a freshman organic chemistry course. Chemistry Education Research and Practice, 8(2),

29 2. Näkökulmia biologian oppimisen kehittämiseksi Anna Uitto, Dosentti, Biologian didaktiikan yliopistonlehtori, vastuullinen tutkija, Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto Biologia oppiaineena nykyiset ja tulevaisuuden haasteet Vuosiluokkien 7 9 biologian opetuksessa tutkitaan elämää, sen ilmiöitä ja edellytyksiä. Opetuksen tulee kehittää oppilaan luonnontuntemusta ja ohjata ymmärtämään luonnon perusilmiöitä (Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet, POPS 2004). Biologian tiedonalalle on ominaista sisäkkäinen rakenne, jonka eri organisaatiotasot molekyylitasolta biosfääriin ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Biologiasta voidaankin kärjistäen sanoa, että kaikki vaikuttaa kaikkeen tämä tekee oppiaineesta haasteelliseen. On opittava monenlaisia rakenteita, ymmärrettävä, miten ne toimivat ja ovat yhteydessä toistensa ja ympäristönsä kanssa. Tärkeää on myös ymmärtää, miten ihmisen toiminta ja luonto ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ja havaita, että ihminen on vastuussa biodiversiteetistä ja sen suojelusta. Rakenteiden ja prosessien lisäksi biologiassa on aina historiallinen ulottuvuus: miten ja miksi elämä ja sen eri muodot ovat maapallolla kehittyneet. Opetussuunnitelman perusteissa (POPS 2004) todetaan myös, että biologian opetuksen tulee kehittää oppilaan luonnontieteellistä ajattelua. Oppilaalla tulisi olla valmiudet havainnoida ja tutkia luontoa sekä osata etsiä ja käyttää biologista tietoa. Opetuksessa tulee käyttää erilaisia oppimisympäristöjä myös luokkahuoneen ulkopuolella, esimerkiksi tutkimalla lähiluontoa. Tavoitteena on myös, että oppilaat saavat myönteisiä elämyksiä ja kokemuksia luonto-opetuksesta ja oppilaan ympäristötietoisuus ja halu vaalia erilaisia elinympäristöjä ja elämän eri muotoja kasvavat. Vuonna 2011 toteutettu laaja perusopetuksen 9-luokkalaisten luonnontieteiden osaamista mittaava arviointi osoitti, että oppilaat osasivat selittää biologian käsitteitä, mutta menetelmätieto, kuten aineiston käyttö ja käsittely ja ilmiöiden selittäminen, oli heikompaa (Kärnä, Hakonen ja Kuusela 2012). Tutkimuksen tuloksista pääteltiin, että oppilaiden asenteet tulee ottaa huomioon opetuksessa, sillä niillä on yhteyttä oppimistuloksiin. Opetuksessa tulee myös lisätä sellaisia työ- ja toimintatapoja, joilla on yhteyttä biologian oppimistulosten ja biologiasta pitämiseen. Esimerkiksi kokeellinen työtapa oli selkeästi yhteydessä biologian oppimistuloksiin. Biologiassa tulee kiinnittää huomiota myös opetuksen kehittämiseen siten, että myös 29

30 pojat kiinnostuisivat biologian opiskelusta tyttöjen tavoin. Ylipäätään opetuksessa tulee kiinnittää huomiota luonnontieteellisen ajattelun kehittämiseen, kuten taitoihin selittää ilmiöitä, täsmälliseen käsitteiden käyttöön sekä esimerkiksi kokeellisen työn tulosten analysointiin ja arviointiin. Oppilailla olisi oltava myös mahdollisuus luoda uusia ideoita oppimansa perusteella ja arvioida omaa oppimistaan. Työtavoilla on merkitystä oppimisen ja opiskelumotivaation kannalta, mutta biologian opettajat kokivat, että hyvien oppimistulosten saavuttamista vaikeuttivat opetussuunnitelman perusteiden laajuus, tuntimäärä sekä opetusryhmien suuri koko ja heterogeenisuus. Sekä opettajat että oppilaat toivoivat enemmän kokeellista työtapaa opetukseen (Kärnä ym. 2012). Tulevaisuuden perusopetusta käsittelevässä selvityksessä (Opetus- ja kulttuuriministeriön työryhmämuistioita ja selvityksiä 2012) ja Opetushallituksen tiedotteessa (Opetushallitus 2012) valotetaan uudistuksiin liittyviä näkökulmia. Tärkeäksi nähdään muun muassa monipuolisten ja yhteisöllisyyttä korostavien oppimisympäristöjen käyttäminen sekä opetussisältöjen karsiminen ja jäsentäminen. Lisäksi korostetaan myös oppimisen aikaisen jatkumon tärkeyttä, tulevaisuuden tarpeiden huomioonottamista sekä oppiaineiden välistä yhteistyötä. Tärkeää on myös määritellä kasvatustyötä ja toimintakulttuuria ohjaavat periaatteet ja arvot, joiden lähtökohtana on mm. toisia ihmisiä kunnioittava ja kestävää kehitystä edistävä toimintatapa. Oppiainekohtaisen opetuksen ja opetussuunnitelman painopistealueita, oppilasarviointia, oppilaiden ja oppituntien työ- ja toimintatapoja kehitettäessä on tärkeää pohtia, mitä haasteita uudistaminen asettaa myös biologian opetukselle ja oppimiselle peruskoulussa (Kärnä ym. 2011). Mitkä sisällöt ja käsitekokonaisuudet ovat oppimisen kannalta oleellista? Millaisilla työtavoilla oppiainetta kannattaisi peruskoulussa opettaa? Miten biologian opetus osaltaan tukee luonnontieteellistä ymmärtämistä ja osaamista, valmiutta soveltaa oppimaansa omassa elämässä peruskoulun päätyttyä? Biologian tiedonalan pääteemat ja peruskysymykset Tulevaisuuden perusopetusta käsittelevässä selvityksessä opetussisältöjen jäsentäminen on todettu yhdeksi tärkeäksi kehittämisen kohteeksi. Myös luonnontieteiden osaamisen arvioinnin mukaan opetuksessa tulee kiinnittää huomiota muun muassa täsmälliseen käsitteiden käyttöön ja taitoon selittää muun muassa biologisia ilmiöitä (Kärnä ym. 2012, 9). Jokaisella oppiaineella on oma käsitejärjestelmänsä, jonka hahmottaminen käsitehierarkian avulla auttaa tiedollisten kokonaisuuksien ymmärtämistä. Biologian kohdalla tiedonalan yläkäsitteet voidaan yleisesti hahmottaa esimerkiksi kuuden perusteeman avulla (Biology Teacher s Handbook 2009). Biologialle ominainen käsitejärjestelmä tulisi ottaa opetuksessa huomion jo alaluokilta lähtien, jotta oppilaalla olisi mahdollisuus pienin askelin rakentaa selkeitä käsitteellisiä kokonaisuuksia biologiasta. Yleisesti ottaen biologian perusteemat käsittelevät biologisten järjestelmien evoluutiota, ekologiaa, geneettistä jatkuvuutta ja 30

31 lisääntymistä, yksilön elinaikaista kasvua, kehittymistä ja erilaistumista, energiaa, ainetta ja organisaatiotasoja sekä ylläpitoa ja dynaamista tasapainoa (TAULUKKO 1). Nämä perusteemat liittyvät kaikkiin organisaatiotasoihin molekyyleistä biosfääriin. Peruskoulun luokilla 7 9 perusteemoja käsitellään kuitenkin paljon suppeammin kuin lukion biologian kursseilla. On opetuksellisesti hankalaa mutta oppilaan kannalta tärkeää oppia esimerkiksi perustietoa perinnöllisyydestä ja geenitekniikan kysymyksistä esimerkiksi ihmisen biologiassa 9. luokalla. Biologian tieteenalan nopea kehittyminen ja sen merkitys yhteiskunnallisella tasolla tuo omat haasteensa opetuksen kehittämiselle. TAULUKKO 1. Biologian tiedonalan pääteemat ja niiden yläkäsitteet. Perusteemat Evoluutio Vuorovaikutus ja riippuvuus (ekologia) Geneettinen jatkuvuus ja lisääntyminen Yksilön kasvu, kehittyminen ja erilaistuminen Energia, aine ja organisoituminen Ylläpito ja dynaaminen tasapaino Yläkäsitteitä Evoluution mekanismit ja tuotteet, geneettinen muuntelu ja luonnonvalinta Sukupuutot Luonnonsuojelubiologia, resurssien kestävä käyttö Elollisten järjestelmien tunnusmerkit Luonnon monimuotoisuus, spesialisoituminen ja sopeutuminen Ympäristötekijät ja niiden vaikutus elollisiin järjestelmiin Kantokyky ja rajoittavat tekijät Yhteisön rakenne, ravintoverkot ja niiden rakenneosat Vuorovaikutukset elollisissa järjestelmissä Ekosysteemi, ravinteiden kierrot, energian läpivirtaus Biosfääri ja ihmisen vaikutus siihen Geenit ja DNA, geenien ja ympäristön vuorovaikutusten ilmeneminen yksilön kasvussa ja kehittymisessä Perinnöllisyysilmiöt Lisääntymistavat Yksilönkehittymisen tyyppejä Rakenteet ja niiden toiminta Elollisten järjestelmien organisaatiotasot ja niiden hierarkia Aineenvaihdunta, entsyymit, energian muuttuminen Tasapaino, takaisinkytkentäjärjestelmät, käyttäytyminen Esim. ihmisen terveys ja sairaus Biologiassa havaintojen tekeminen ja niitä koskevien kysymysten tekeminen ja niihin vastaaminen ovat olennainen tapa oppia. Evoluutiobiologi Ernst Mayrin mukaan (1998) biologia vastaa kysymyksiin mikä, miten ja miksi. Tätä ajattelua voidaan osin hyödyntää myös biologian tiedon alan ymmärtämisessä opetuksen kannalta (KUVIO 1). Mikä ja millainen ovat biologian peruskysymyksiä: biologin oppimisessa on tärkeää kuvailla ja oppia luokittelemaan esimerkiksi eliölajeja ja elinympäristöjä ja oppia ymmärtämään biologista monimuotoisuutta. Biologiassa kuvaillaan, millainen kala esimerkiksi ahven on ja millaisessa elinympäristössä se elää, 31

32 mutta myös jo alakoulun oppilaat pohtivat ongelmalähtöisesti esimerkiksi sitä, tarvitseeko ahven ilmaa elääkseen. Jos se tarvitsee sitä, pohditaan, miten ahven hengittää vedessä. Miten jokin toimii -kysymysten lisäksi esitetään miksi-tyyppisiä kysymyksiä. Syitä ja seurauksia pohdittaessa Mayr (1998) haluaa kiinnittää huomiota selittämisen erilaisuuteen, kun tarkastelun kohtana ovat välittömät eli proksimaaliset, esimerkiksi ympäristöstä johtuvat, syyt tai kun tarkastellaan perimmäisiä, ultimaattisia eli evolutiivisia syitä. Esimerkiksi ekologian opetuksessa voidaan esittää kysymys, miksi monet vesilinnut, kuten telkkä, yleensä muuttavat etelään, mutta leutoina talvina jäävät rannikoille. Tällöin Mayria mukaillen (1961) pohditaan ilmiön välittömiä, ympäristöön liittyviä syitä. Kun mietitään, miksi muuttolinnut ylipäätään muuttavat, pohdinnan kohteena ovat ultimaattiset eli evolutiiviset syyt. Evoluutio vastaa kysymykseen, miksi nykyinen eliökunta on kehittynyt monimuotoiseksi, miksi eliölajeille on kehittynyt juuri tietynlaiset, eri ympäristöissä parhaiten toimivat sopeutumat: rakenteet ja prosessit. Evoluution perusteiden ymmärtäminen on biologisten ilmiöiden ymmärtämisen perusta, mikä perustasolla tulisi ottaa paremmin huomioon myös peruskoulun biologian opetuksessa. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden oppimiskäsitys (2004) korostaa jo lähtökohdissaan konstruktivistista oppimiskäsitystä, jonka mukaan oppiminen on seurausta oppilaan aktiivisesta ja tavoitteellisesta toiminnasta, jossa hän aiempien tietorakenteidensa pohjalta käsittelee ja tulkitsee opittavaa ainesta. Opetuksessa onkin oleellista pedagogiseen tietämykseen perustuva tavoitteellinen suunnittelu ja siihen perustuva mutta joustava toteutus. Mm. Koba ja Tweed (2009) perustavat opetuksen ennakkokäsitysten, arki- ja virhekäsitysten huomioonottamiselle. Lähtökohtana on saada oppilas aktiivisesti pohtimaan omaa ymmärrystään tarkastelun aiheena olevasta ilmiöstä ja motivoida häntä haastamaan nämä käsitykset. Opetuksen edetessä oppilaille tulee mahdollisuus ymmärtää ja liittää oppimansa jo aiemmin rakentamaansa ymmärrykseen opittavasta ilmiöstä. Opettajan tehtävänä on formatiivisesti arvioida oppimista yhdessä oppilaiden kanssa ja luoda sen perusteella tavat, joilla oppimistavoitteet saavutetaan. Biologian tiedonalan laaja-alaisuuden vuoksi (TAULUKKO 1, KUVIO 1) on selvää, että kokonaiskuvan hahmottaminen on pitkällinen prosessi. Koska ilmiöitä voidaan tarkastella monesta suunnasta, mistä kannattaisi aloittaa? Mitkä ovat biologian peruskäsitteet, jotka tulisi tuntea? Mitä taitoja tulisi osata? 32

33 Rakenteet Prosessit Evoluutio Millainenn rakenne putkilokasvilla on? Mikä on ekosysteemi? Millainenn on ihmisen verenkiertoelimistö? Miten kasvit saavatt ravintonsa? Miten ravintoketju toimii? t Miten ihmisen sydän kierrättäää verta? Miksi putkilokasveilla on siemeniä? Miksi hirvi on kasvinsyöjä? Miksi ihminen muistuttaa muita nisäkkäitä? KUVIO 1. Biologian peruskysymykset, ilmiöt ja niitä koskeviin kysymyksiin vastaaminen kolmella eri tasolla. Tiedon ja ajattelun tasot biologian oppimisessa Luonnontieteiden osaamista mittaavassa arvioinnissa (Kärnä ym. 2012) tarkasteltiin erilasia tiedon tasoja (Krathwohl 2002). Faktatiedolla (factual knowledge) tarkoitetaan oppiaineen terminologiaa, yksityiskohtia ja peruselementtejä, ja käsitetieto (conceptual knowledge) sisältää faktatietoa ylempiä luokituksia, kategorioita, periaatteita, yleistyksiä, teorioita, malleja ja rakenteita. Arvioinnissa tutkittiin myös menetelmätietoa (procedural knowledge), joka on tietoa siitä, miten jokin asia tehdään, esimerkiksi miten biologian tehtävän aineistoa käytetään ratkaisun löytämiseksi ja miten ilmiöitä selitetään. Menetelmätiedoksi luetaan myös tieto siitä, miten luonnontieteellinen tutkimus tehdään eli miten luontoa ja ympäristöä voidaan tutkia. Biologiassa kokeellinen työskentely ja yleensä tutkiva lähestymistapa liittyvät pienimuotoisten kokeiden ja tutkimusten suunnitteluun ja niiden toteuttamiseen luokkahuoneessa tai koulun ulkopuolella. Kokonaisuuteen liittyy myös tulosten, esimerkiksi kasvien kasvatuskokeiden tai maastossa tehtyjen havaintojen ja mittausten tulosten, kirjaaminen, analysointi, arviointi ja esittäminen (Eloranta ym. 2005). 33

34 Vaativuudeltaan erilaiset ajattelun tasot ovat puolestaan muistaminen, ymmärtäminen, soveltaminen sekä analysoiminen, arvioiminen ja uuden tuottaminen. Fakta- ja käsitetiedon avulla vastataan biologiassa esimerkiksi eliölajien, elinympäristöjen ja yksilötasolla elimistön rakenteiden tunnistamista ja luokittelua vaativiin kysymyksiin. Tietoa tarvitaan myös biologisten prosessien ymmärtämisessä ja pohdittaessa syitä esimerkiksi sille, miksi selkärankaisilla, kuten nisäkkäillä, elimistöt ja niiden toiminnot ovat niin samankaltaisia. Tällöin biologisia ilmiöitä koskevaa tietoa käsitellään ajattelun eri tasoilla: ymmärretään, sovelletaan, analysoidaan ja arvioidaan. Menetelmätieto liittyy useimmiten näihin vaativimpiin ajattelutasoihin. Arvioinnissa ilmeni, että biologiassa oppilaiden selittämisen taidoissa on kuitenkin parantamisen varaa. Biologian oppimisen haastavuus ilmenee siinä, että oppilaan on muistettava ja ymmärrettävä yksityiskohtia eri organisaatiotasojen rakenteista ja perusprosesseista (faktatieto) ja sen jälkeen kyettävä yhdistämään eri tasojen ilmiöitä suuremmiksi kokonaisuuksiksi (käsitetieto), joissa tarvitaan myös tiedon soveltamista ja muita vaativampia ajattelutaitoja. Taito käyttää fakta- ja käsitetietoa ilmiöiden selittämisessä liittyy myös menetelmätietoon. Arvioinnissa menetelmätietotehtäviä oli biologiassa vähemmän kuin muissa luonnontieteissä. Menetelmätietoa osattiin biologiassa melko huonosti: tehtävistä vain 39 % ratkaistiin, kun se muiden oppiaineiden kohdalla oli %. Tulokseen on saattanut vaikuttaa se, että biologian kysymyssarja sijaitsi lomakkeen lopussa. Tuloksia tarkasteltaessa on myös otettava huomioon, että biologian ja maantiedon tehtäväsarja oli muita laajempi ja biologian tehtävät sijaitsivat koevihkon lopussa. Tämä on nähtävästi vaikuttanut biologian kokonaisratkaisuosuuteen heikentävästi (Kärnä ym. 2012, 86). Verrattuna muiden oppiaineiden piirrostulkintatehtäviin biologian tulkintatehtävä saattoi olla vaikea. Populaation kannanvaihtelutehtävässä oikean vastauksen eli petopopulaation kannanvaihtelun graafinen kuvaaminen metsämyyräpopulaation kannanvaihtelun avulla edellytti monenlaisen tiedon soveltamista peto-saalissuhteen lainalaisuuksista, ekologisesta pyramidista, eliöiden lisääntymisestä sekä syntyvyydestä ja kuolevuudesta populaatiodynamiikan ilmiöinä, kuvion analyysiä sekä uuden tulkinnan tuottamista aineoston pohjalta. Arvioinnin tuloksista voi kuitenkin päätellä, että biologian opetukseen tulisi valita enemmän menetelmätietotehtäviä. Oppilaan on tärkeää osata käyttää erilaisia ajattelun tasoja, ei vain muistaa tai nimetä rakenneosia, vaan myös ymmärtää biologian syy-seuraussuhteita, kuvata biologisia prosesseja, analysoida biologian ilmiöitä sekä tehdä ja selittää biologiaan liittyviä kokeellisia tutkimuksia ja niiden tuloksia. Biologialle ominaisten menetelmätietojen edistäminen vaatii kuitenkin käytännön harjoittelua, mm. kokeellisten työ- ja toimintatapojen ja laajempaa käyttöä. 34

35 Biologian tiedonrakenne esimerkkinä ihmisen biologia Biologian tiedonalalle on ominaista eri organisaatiotasojen sisäkkäisyys ja niiden vuovaikutus, mikä tulee ottaa huomioon opetuksessa. Esimerkiksi ihmisen biologiasta oppilailla esiintyy paljon virhekäsityksiä (Eloranta ym. 2005; Koba ja Tweed 2009). Opetuksessa voidaan keskittyä liiaksi rakenteita käsittelevään fakta- ja käsitetiedon opiskeluun, ja soveltaminen ja analyysi jäävät vähemmälle huomiolle. Opetuksen edetessä olisi osattava yhdistellä opittua tietoa uudella tavalla opittavaan kokonaisuuteen. Käsitetiedon hahmottaminen yksityiskohtaisesta faktatiedosta on vaikeaa, ellei sen rankentamiseen anneta apuvälineitä. Esimerkiksi opetuksessa ja oppimateriaaleissa voi tuoda esille, miten suuri osa ihmisen elimistöistä liittyy aineen ja energian saamiseen ja käyttämiseen (vrt. TAULUKKO 1). Energiaa käyttävät kaikki solut (soluhengitys), ja sitä tarvitsevat organisaatiotasolla ylempänä olevat, aineiden siirtoon ja käsittelyyn osallistuvat elimistöt, kuten ruuansulatus-, verenkierto-, hengitys- ja erityselimistö. Muita rakennetta ja toimintaa kuvaavia yläkäsitejärjestelmiä ovat liikkumiseen (tuki- ja liikuntaelimistö), säätelyyn (mm. aistit, aivot ja hermosto, umpieritys ja iho) sekä lisääntymiseen ja yksilönkehitykseen (lisääntymiselimistö) osallistuvat elimistöt. Biologiset järjestelmät ovat toisiinsa yhteydessä ihmisyksilössä. Käsitetietokokonaisuudet laajenevat edelleen, kun ihminen liitetään ekosysteemi-käsitteeseen ja esimerkiksi sen fysikaalis-kemialliseen aineiden kiertoon: esim. miten myös ihminen on ravinnon saannissaan riippuvainen auringon säteilyenergiaa käyttävästä fotosynteesistä, miten omavaraiset ja toisenvaraiset eliöt liittyvät eri organisaatiotasojen kautta aineiden kiertoon ja energian läpivirtaukseen, esimerkiksi hapen ja hiilidioksidin kierroissa (TAULUKKO 1). Laajoja käsitekokonaisuuksia voidaan hallita teemoittamalla tutkittavaa ilmiötä ja käsittelemällä osia suhteessa toisiinsa sitä mukaa kuin teemoissa edetään. Konkreettinen esimerkki on seinälehden rakentaminen luokkahuoneeseen opetuksen aikana, johon palataan oppimisen aikana. Kokonaisuus hahmottuu dynaamisesti, kun uusia elementtejä otetaan mukaan. Menetelmätietoon kuuluu tiedon soveltaminen esimerkiksi niin, että osataan selvittää, miten verenkiertoelimistön toiminta muuttuu, jos jokin siihen vaikuttava tekijä muuttuu. Arvioinnissa oli tuottamistehtävä, jossa kysyttiin, mitä muutoksia elimistössä tapahtuu, kun oppilas kuvittelee juoksevansa kiireessä portaita ylöspäin neljänteen kerrokseen. Tehtävässä oppilaiden piti soveltaa eri elimistöjä ja niiden vuorovaikutuksia koskevaa fakta- ja käsitetietoa (Kärnä ym. 2012). Opetukseen olisikin tärkeää ottaa enemmän mukaan myös ajatuskokeiluja, joiden avulla ilmiöitä käsitellään systeemiajatteluun perustuen useamman organisaatiotason kautta kuvailtuna (ns. jojo-oppiminen, Knippels 2002). Esimerkiksi tällaisessa systeemiajattelussa soluelin-elimistö-yksilö-tasoja tarkastellaan yhtäaikaisesti fokusoimalla opetuksessa eri organisaatiotasoja suhteessa tarkasteltavaan biologiseen ilmiöön (Verhoeff, Waarlo ja Boersma 2008). 35

36 Kokeellisuus ja aktivoivat ja vuorovaikutteiset työ- ja toimintatavat Aktivoivien ja vuorovaikutteisten työtapojen havaittiin yleisesti ottaen olevan yhteydessä oppilaan biologian oppimistuloksiin, biologiasta pitämiseen ja uskomuksiin omasta osaamisesta (Kärnä ym. 2012; Uitto ym. julkaisematon). Sosiaalisella vuorovaikutuksella tiedetään olevan suuri merkitys oppimiseen (Vygotsky 1982). Toisaalta myös opettajajohtoinen opetus oli suosittua, jos opettaja selvitti oppilaiden kanssa vaikeita käsitteitä. Aktiivisuutta ja vuorovaikutteisuutta korostavat työtavat korreloivat vahvasti biologian osaamisen ja/tai biologiasta pitämisen kanssa (Kärnä ym. 2012; Uitto ym. julkaisematon): Havaintojen tekeminen Ilmiöiden syiden ja seurausten pohtiminen Opittujen asioiden arkielämään soveltaminen Monien näkökulmien esittäminen tutkittavalle ilmiölle Opettajajohtoinen keskustelu käsitteistä tai ongelmista Tehtävien ratkaisu pienissä ryhmissä Omien tavoitteiden asettaminen ja oman edistymisen arviointi On merkillepantavaa, että vaikka vuorovaikutteisuuden merkitys ilmeni myös luonnontieteiden osaamisen arvioinnissa, yllämainittuja vuorovaikutteisia työtapoja käytettiin oppilaiden mielestä kuitenkin vain keskimäärin harvoin tai joskus (Kärnä ym. 2012, 79 80). Arvioinnissa pääteltiin, että biologiassa oppilaiden selittämisen taitoja tulisikin vahvistaa. Vuorovaikutteisuutta korostavien työ- ja toimintatapojen sijasta tavallisimpia olivat perinteistä opettajajohtoisuutta korostavat lähestymistavat, kuten vihkomuistiinpanojen tekeminen ja itsenäinen työskentely. Näillä yleisillä työtavoilla ei ollut yhteyttä biologian osaamisen ja biologiasta pitämiseen (Uitto ym. julkaisematon). Monissa tutkimuksissa on havaittu, että oppimisen kannalta on tärkeää voida koetella omia tietoja ja taitoja ja saada onnistumisen kokemuksia autonomian ja sosiaalisen yhteenkuuluvuuden tunnetta tukevassa oppimisympäristössä. Näiden tekijöiden tiedetään vaikuttavan positiivisesti oppimistuloksiin sekä oppiaineen kiinnostavuuteen ja oppimismotivaatioon (Deci ja Ryan 2004; Koba ja Tweed 2009; Sulkunen ym. 2010; Uitto ym. 2006, 2008; Uitto, Hakonen ja Manninen, 2011). Autonomiaa tukevan oppimisympäristön tärkeys ilmeni myös luonnontieteiden arvioinnissa, sillä biologiasta pitäminen korreloi voimakkaasti siihen, että oppilaat saivat asettaa itselleen tavoitteita ja arvioida edistymistään ja että opettaja ottaa huomioon oppilaiden oppitunnin suunnittelua ja toteutusta koskevat ehdotukset ja ideat (Kärnä ym. 2012, 157). Biologian oppimistulokset ja biologiasta pitäminen 36

37 korreloivat myös sen lähestymistavan kanssa, että oppilas kokee saavansa tarpeellista tietoa maailman kehityksestä, rakenteesta ja toiminnasta. Opettajan kannalta on ilahduttavaa tietää, että maailman ymmärtämisen tarve oli tärkeä opiskelumotivaation lähde. On tärkeää, että opetus herättää kiinnostusta ja kysymyksiä, joihin oppilas voi monin tavoin etsiä ja saada vastauksia. Kokeellisuus menetelmätietoa harjoittavana työtapana Perusopetuksen opetussuunnitelman uudistamisessa korostetaan myös oppimiskäsityksen syventämistä sekä monipuolisten ja yhteisöllisyyttä korostavien oppimisympäristöjen käyttämistä. Koska biologiasta pitäminen korreloi oppimistulosten kanssa, arvioinnin (Kärnä ym. 2012) mukaan opetuksessa tulisi lisätä sellaisia työ- ja toimintatapoja, joilla on yhteyttä sekä biologian oppimiseen että biologiasta pitämiseen. On merkillepantavaa, että vaikka biologian oppimistulokset korreloivat eniten kokeellisen työ- ja toimintatavan kanssa, kokeellisuutta opetuksessa oli biologian opettajien ja oppilaiden mielestä kuitenkin vain harvoin (Kärnä ym. 2012, 80). Fysiikan ja kemian osalta kokeellisuus oli merkittävin oppimistulosten kanssa korreloiva toimintatapa (Kärnä ym. 2012, 156). Arvioinnin tulosten perusteella voidaan olettaa, että nimenomaan kokeellisten ja tutkimuksellisten työ- ja toimintatapojen lisääminen edistäisi myös biologian oppimista. Sekä opettajat että oppilaat halusivat enemmän kokeellisuutta biologian opetukseen. Luonnontieteellinen tutkimus on usein vaikea menetelmätietoa käyttävä työtapa. Tällöin oppilaat suunnittelevat, tai ainakin toteuttavat ja arvioivat itse pienimuotoinen biologian tutkimuksen tai kokeellisen työn ja sen tulokset. Apuvälinein (esim. sykemittari) voidaan tutkia kokeellisesti vaikka sykkeeseen vaikuttavia tekijöitä. Tällöin oppilaat voivat itse asettaa tutkimuskysymyksiä, testata hypoteeseja, luoda oletuksia, suunnitella ja suorittaa pienimuotoinen koe tai tutkimus, analysoida tulokset, tehdä niistä päätelmiä ja arvioida tulosten luotettavuutta. Tutkivan lähestymistavan omaksuminen työhön voi aluksi tuntua hankalalta, mutta suunnittelua helpottaa, kun toimintaa katsotaan niin opettajan kuin oppilaankin näkökulmasta Bybeen (1997) tutkimuksellisen lähestymistavan pedagogista toimintamallia soveltaen (TAULUKKO 2). Malli on kehitetty luonnontieteiden opetukseen, mutta sopii myös moneen muuhun oppiaineeseen, jossa oppilaskeskeisesti tutkitaan jotakin ilmiötä. Malli koostuu viidestä eri osasta; engage (motivoiminen), explore (tutkiminen), explain (selittäminen), elaborate (kehitteleminen, soveltaminen), evaluate (arviointi). 37

38 TAULUKKO 2. Tutkivan lähestymistavan 5E-malli. Opettaja Esittelee ilmiön, herättää oppilaiden kiinnostuksen ja uteliaisuuden ilmiötä kohtaan esimerkiksi demonstraation avulla Saa oppilaat miettimään mitä ennestään tietävät ilmiöstä Asettaa kysymyksiä ilmiön tiimoilta mutta ei paljasta tai selitä ilmiön syitä tässä vaiheessa Ohjaa oppilaat suunnittelemaan omaa tutkimusta pienryhmissä Auttaa muotoilemaan tutkimuskysymyksiä ja suunnittelemaan koetta tai pienimuotoista tutkimusta Ei paljasta tutkittavan asiaan liittyviä oikeita vastauksia tai työtapoja Auttaa ryhmien sisäisessä tehtävien jaossa, suunnittelussa ja toteutuksessa tarpeen mukaan Rohkaisee oppilaita tulkitsemaan tuloksiaan ja muotoilemiaan käsitteitä omin sanoin Pyytää tarpeen mukaan perusteluja tuloksille, pyytää selvennyksiä jne. Selvittää ilmiön tieteellisen perustan, liittää oppilaiden havainnot tiedonalan laajempaan kokonaisuuteen Käyttää selvityksessä hyväksi oppilaiden näkemyksiä ja kokemuksia Laajentaa keskustelua ilmiöön ja tiedonalaan sekä rohkaisee oppilaita käyttämään keskusteluissa oppimiaan uusia käsitteitä Pyytää oppilaita soveltamaan oppimiaan käsitteitä uusissa yhteyksissä Käyttää selityksessä hyväksi oppilaiden aiempia kokemuksia Arvioi miten oppilaat käyttävät uusia käsitteitä Arvioi oppilaiden tietoja ja taitoja Etsii merkkejä tietojen tai taitojen muutoksesta Antaa oppilaiden arvioida itseään ja ryhmäänsä Tekee avoimia kysymyksiä ilmiöstä; miksi, miten, mitä ajattelet, jne) 1 Motivoituminen Oppilas Kiinnostuu uudesta aiheesta, haluaa tietää lisää Miettii mitä itse tietää aiheesta Keskustelee aiheesta muiden oppilaiden ja opettajan kanssa Havaitsee itsellään tiedollisen ristiriidan tai puutteen tiedossa - haluaa selvittää asian itselleen 2 Tutkiminen Suunnittelee tutkimusta ja sen toteuttamista pienryhmässä Asettaa tutkimuskysymyksiä ja oletuksia siitä, mitä tutkimuksessa tai kokeessa tapahtuu Tutkii opetusten paikkansapitävyyttä tekemällä tutkimuksen Tekee havaintoja, mittauksia, kirjaa tuloksia 3. Selittäminen Selittää oman kokeen tai tutkimuksen tulokset omin sanoin Arvioi miten hyvin on vastannut omaan tutkimuskysymykseen Kehittelee käsitteitä ilmiölle Soveltaa opettajan täsmentämiä käsitteitä omaan työhönsä 4. Soveltaminen Käyttää keskusteluissa uusia käsitteitä Pyrkii yleistämään tuloksensa; missä muualla ilmiö voidaan kohdata Pyrkii liittämään uuden tiedon aiempiin tietoihinsa ja kokemuksiinsa, esimerkiksi ratkaisemalla tiedollisen ristiriidan 5. Arviointi Arvioi oman tiedon tasoa mitä opin? Arvioi omaa toimintaa miten toimin? Arvioi oman ryhmän toimintaa mitä opimme, miten yhteistyö sujui? 38

39 On kuitenkin selvää, että opettajan antaman tuen tarve vaihtelee eri oppilaiden tai ryhmien kesken kokeellista tai tutkimuksellista työ- ja toimintatapaa käytettäessä, jos oppilaiden tehtävänä on luoda tutkimuskysymyksiä, testata oletuksia, suunnitella ja suorittaa pienimuotoinen koe tai tutkimus, analysoida tulokset, tehdä niistä päätelmiä ja arvioida tulosten luotettavuutta (Eloranta ym. 2005). Mikäli oppilas tai ryhmä ei ole tottunut kokeelliseen työtapaan tai tutkivaan lähestymistapaan, tai aiheen käsittely sitä edellyttää, opettaja tukee oppimista työn eri vaiheissa. Tällöin opettaja esimerkiksi auttaa oppilaita kehittelemään tutkimuskysymyksiä ja oletuksia sekä opastaa heitä toiminnan kaikissa vaiheissa (TAULUKKO 2). Vaikeustasoa, opettajajohtoisuutta ja oppilaskeskeisyyttä voidaan siis säädellä kulloisenkin ryhmän, tutkittavan ilmiön ja käytettävissä olevan välineistön ja ajan suhteen (Eloranta ym. 2005, 77; Wellington, 141) (KUVIO 2). Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaan (2004) tutkivaa lähestymistapaa harjoitellaan jo alaluokilta lähtien kaikissa luonnontieteissä, joten perusopetuksen luokkatasoilla 7-9 kokeellista työtapaa voidaan suunnata biologialle ominaisiin kysymyksiin. Koska biologiasta pitäminen liittyi opittujen asioiden arkielämään soveltamiseen, kokeelliseen lähestymistapaan liitettynä arkielämään soveltaminen voi edistää tehokkaasti biologian oppimista ja biologiasta pitämistä. Menetelmätietoa ei tarvitse kuitenkaan aina kehittää konkreettisen työskentelyn, kuten oppilaan oman pienimuotoisen tutkimuksen tai kokeen avulla. Tutkivaa lähestymistapaa ja menetelmätietotehtäviä voidaan harjoitella myös paperilaborointien avulla (Eloranta ym. 2005). Tällöin oppilaat saavat aineiston pohjalta tulkita ja selittää biologian ilmiöitä. Oppilaan kannalta työtapa on motivoiva, koska myös tällöin he voivat itsenäisesti tai ryhmässä taitojensa mukaan annetun aineiston avulla itse hallita ja säädellä tehtävän ratkaisemista, esimerkiksi miksi portaita ylöspäin juostessa alkaa hengästyttää. Aktiivisuutta ja vuorovaikutteisuutta korostavat työtavat korreloivatkin vahvasti biologiasta pitämisen kanssa (Kärnä ym. 2012). 39

40 KUVIO 2. Tutkivan ja kokeellisen lähestymistavan ulottuvuudet. maasto-opetus Ja kenttätyöt menetelmätietoa harjoittavana työtapana Biologian oppimisessa korostuu koulun ulkopuolisten oppimisympäristöjen käyttö, kuten maasto-opetus ja vierailut (Eloranta ym. 2005). Arvioinnissa (Kärnä ym. 2012, 80) ilmeni, että maasto-opetusta ja vierailuja tehtiin harvoin, joten oppimisympäristön mahdollinen vaikutus ei ilmennyt suhteessa osaamiseen ja oppiaineesta pitämiseen. Tosin maasto-opetuksen yleisyyttä kysyttiin vain yhden kysymyksen avulla, joka koski kartan käyttöä maastossa. Jää epäselväksi, missä määrin opetussuunnitelman tavoite taidosta työskennellä maastossa, on kouluissa toteutunut (vrt. POPS 2004). Maasto-opetus on biologialle olennainen työtapa, joten opettajien mahdollisuuksia sen järjestämiseen tulisi ehdottomasti lisätä. Maasto-opetuksen avulla voidaan myös toteuttaa muita biologian oppimiselle asetettuja tiedollisia, taidollisia sekä arvoihin ja asenteisiin liittyviä tavoitteita, kuten positiivista luontosuhdetta ja ympäristövastuullisuutta. Koska maasto-opetus vie paljon aikaa, sille olisi varattava oma aikansa. Parhaimmillaan maastopäivä huomioidaan koulun vuosisuunnitelmassa, ja siihen voi integroitua useita oppiaineita ja aihekokonaisuuksia, kuten Vastuu ympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta (Uitto, 2012). Täyttääkseen tavoitteensa maasto-opetus, ja yleensäkin kaikki koulun ulkopuolinen toiminta tulisi voida suunnitella siten, että ne sisällöllisesti linkittyvät opetukseen (TAULUKKO 3, Eloranta ym., 127). Maasto-opetukseen liittyy myös monia käytännön järjestelyjä ja lupa-asioita, jotka on suunnittelussa huomioon (Eloranta ym. 2005, Anttalainen ja Tulivuori 2011). 40

41 TAULUKKO 3. Koulun ulkopuolisen opiskelun toteutuksen vaiheet Vaihe Opettajan toiminta Oppilaan toiminta Ennakkosuunnittelu Yhteissuunnittelu koulussa oppilaiden kanssa Toiminta kohteessa Toiminta koulussa Tulosten tarkastelu Arviointi ja palaute Kohteeseen tutustuminen Toiminnan alustava suunnittelu Kohteen ja toiminnan esittely oppilaille Oppilaiden motivointi ja sitouttaminen toimintaan Pari tai ryhmätyön ohjaaminen Pienryhmän toiminnan ohjaaminen Pienryhmän toiminnan ohjaaminen Pienryhmän toiminnan ohjaaminen Itsearviointi Vertaisarviointi Yhteisöllinen arviointi Kohteen kuvailu Kohteen valitseminen Oppilaat tutustuvat kohteeseen ja toimintasuunnitelmaan Pienryhmien muodostaminen Pienryhmien valmistautuminen omaan toimintaansa kohteessa Oppilaat toimivat pienryhmissä suunnitelmansa mukaisesti Toiminnan jälkikäsittely koulussa Oppilaat esittelevät tuloksensa toisilleen Oppilaat kommentoivat toistensa töitä Itsearviointi Vertaisarviointi Yhteisöllinen arviointi Miten toteuttaa biologialle ominaisia työtapoja opettajan näkökulma Arvioinnissa selvitettiin myös tekijöitä, jotka opettajien mielestä vaikeuttivat hyvien oppimistulosten saavuttamista. Moni biologian opettaja koki, että biologian opetuksen käytössä oleva tuntimäärä on liian pieni ja opetussuunnitelman perusteet laajat. Myös opetusryhmät koettiin liian suuriksi ja heterogeenisiksi. Vaikuttaa siltä, että biologian opettajien kokeman suuren sisältömäärän ja kiireen tunnun vuoksi oppilaiden ennakkokäsitysten selvittäminen ja monipuolisten työtapojen, kuten kokeellisuuden ja maasto-opetuksen käyttäminen saattavat jäädä vähemmälle. Opettajat kokevat, että on siirryttävä aiheessa eteenpäin. Biologian tiedonala on jo lähtökohtaisesti varsin laaja, sillä se sisältää paljon fakta- ja käsitetietoa (TAULUKKO 1, KUVIO 1). Opetuksessa olisi tärkeä pystyä keskittymään biologian perusprosessien opettamiseen, tekemään yleistyksiä ja karsimaan yksityiskohtaista tietoa, jotta myös kokeelliselle työskentelylle, keskusteluille, omien käsitysten koettelemiselle ja pohtimiselle jää aikaa. Opetusryhmien koon ja heterogeenisyyden koettiin myös vaikeuttavan hyvien oppimistulosten saavuttamista. Arvioinnin mukaan (Kärnä ym. 2012) suuri ryhmäkoko on oppimisen kannalta ongelmallinen monestakin syystä. Opetukseen tulisi lisätä sellaisia työ- ja toimintatapoja, jotka edistävät oppimista ja opiskelumotivaatiota. 41

42 Esimerkiksi kokeellisen työtavan käyttö oli yhteydessä biologian osaamiseen. Kokeellisuuden toteuttamisen mahdollistaisi pienempi ryhmäkoko, joka myös auttaisi heterogeenisen oppilasjoukon opettamista. Arvioinnin mukaan biologian asemaa kokeellista työtapaa vaativana oppiaineena tulisikin vahvistaa siten, että opetusta voidaan antaa myös pienemmissä ryhmissä. Nykyisin fysiikassa ja kemiassa alle 16 oppilaan ryhmiä on noin 50 %, kun se biologiassa on vain 16 %. Oppiaineet ovat siis jo lähtökohtaisesti erilaisessa asemassa, kun tarkastellaan mahdollisuuksia käyttää kokeellisia ja toiminnallisia työtapoja. Biologian oppimisessa korostuu koulun ulkopuolisten oppimisympäristöjen käyttö, kuten maasto-opetus ja vierailut (Eloranta ym. 2005). Arvioinnissa (Kärnä ym. 2012, 80) ilmeni, että maasto-opetusta ja vierailuja tehtiin harvoin, joten oppimisympäristön mahdollinen vaikutus ei ilmennyt suhteessa osaamiseen ja oppiaineesta pitämiseen. Tosin maasto-opetuksen yleisyyttä kysyttiin vain yhden kartan käyttöä koskevan kysymyksen avulla. Jää epäselväksi, missä määrin opetussuunnitelman tavoite taidosta työskennellä maastossa on toteutunut (vrt. POPS 2004). Maasto-opetus on biologialle olennainen työtapa, joten opettajien mahdollisuuksia sen järjestämiseen tulisi ehdottomasti lisätä. Maasto-opetuksen avulla voidaan myös toteuttaa muita biologian oppimiselle asetettuja tiedollisia ja taidollisia tavoitteita. Suuri ryhmäkoko haittaa myös oppilaiden viemistä ulos oppimaan. Maastoopetuksen toteuttamisen mahdollisuuksia pitäisi tukea pienemmällä ryhmäkoolla, oikeudella koulunkäyntiavustajaan tai toisen opettajan mukaan saamisella. Opetuksellisen integraation avulla maastoon voidaan saada mukaan eri aineiden, esimerkiksi luonnontieteiden, opettajia. Maasto-opetuksella voi olla suuri merkitys oppilaiden luontosuhteen kehittymiselle ja lähiluontoa, ympäristöä ja niiden suojelua kohtaan tunnetulle kiinnostukselle (Eloranta ym. 2005, Uitto ym. 2011). Myös kestävän kehityksen kasvatuksen oppimistavoitteita voi hyvin liittää maasto-opetukseen. Biologian kenttätöiden ja laborointien valmisteluun kuuluu kuitenkin runsaasti aikaa. Kokeellisten töiden toteuttamisessa opettajien tulisi olla tasavertaisessa asemassa myös palkkauksen osalta. Opettajien näkemykseen opetuksen käyttöön tarkoitetusta tuntimäärästä saattaa vaikuttaa myös oppikirjojen asiasisällön runsaus. Luonnontieteiden osaamisen arvioinnissa ei kuitenkaan tutkittu sitä, missä määrin julkaistut oppimateriaalit ohjaavat opettajan ajattelua ja opetusta. Valmiiksi laaditusta materiaalista voi olla hankalaa poimia opetukseen kulloinkin keskeisiä asioita. Sisällöllisesti runsaissa oppimateriaaleissa saattaa korostua fakta- ja käsitetieto, eikä ilmiöitä välttämättä käsitellä riittävästi menetelmätietoa korostavien aktiviteettien kautta. Myös oppimateriaalien laadinnassa tulisi kiinnittää huomiota biologian oppimisen tutkimustuloksiin, miten ilmiöistä ja niiden keskeisistä käsitteistä rakennetaan selkeä ja dynaaminen kokonaisuus ja miten mukaan saadaan ajattelun eri tasoja kehittäviä menetelmätietotehtäviä, kuten kokeellisuutta. Myös selkeät valmiit oppimateriaalien tehtäväpaketit käyttöohjeineen ja aikatauluineen auttaisivat kiireistä opettajaa ottamaan kokeellisuutta mukaan opetukseen. 42

43 Biologian merkitys luonnontieteiden ymmärtämisessä ja osaamisessa Perusopetuksen opetussuunnitelman uudistamisessa kiinnitetään huomiota myös oppiaineiden integraatioon. Ilmiöpohjaiselle opettamiselle biologia tarjoaa mainion sillan kemiaan ja fysiikkaan ja toisaalta kotitalouden ja terveystiedon taitoihin. Nykyisissä tavoitteissa (POPS 2004) ei oteta selkeästi kantaa siihen, mikä rooli biologian oppimisella on esimerkiksi luonnontieteiden ymmärtämisessä ja osaamisessa (Sulkunen ym. 2010) Biologiset ilmiöt sisältävät fysikaalis-kemiallisia prosesseja, mutta tätä tosiasiaa ei ole opetuksessa juuri hyödynnetty. Perusteemoihin ja -käsitteisiin liittyvien biologisten ilmiöiden fysikaalis-kemiallisen perustan ymmärtäminen, kuten osmoosi ja kaasujen osapaineen merkitys hengityksessä, voi jää hataraksi (Uitto ym. 2011). Luonnontieteellisen osaamisen yhteydessä puhutaan usein myös luonnontieteiden luonteen (Nature of science) ymmärtämisestä, mikä yhdistää eri luonnontieteiden opetusta. Tähän kuuluu perusymmärrys siitä, millaisilla menetelmillä ja välineillä tietoa biologisista ilmiöistä voidaan ylipäätään saada ja millaisia johtopäätöksiä saaduista tuloksista voidaan tehdä. Tärkeää on myös ymmärtää, miten biologisen tiedon kehittyminen on historiaan sidottua. Esimerkiksi vasta kun hollantilainen Antonie Van Leeuwenhoek ( ) näki keksimänsä mikroskoopin avulla soluja, alettiin vähitellen ymmärtää, että kaikki elolliset olennot ovat koostuneet soluista. Biologian ilmiöihin, terveyteen ja ympäristöasioihin liittyen on tärkeää osata suhtautua kriittisesti tietoon, jota esimerkiksi tiedotusvälineissä esitetään. Opitaan erottamaan mielipide ja tieteellinen väite toisistaan ja osataan pohtia, onko tieteelliseksi tosiasiaksi esitetty biologian ilmiötä koskeva väite pätevä. Osaamista soveltaessaan oppilas kykenee tällöin suhtautumaan kriittisesti esimerkiksi mainoksiin, joissa esitetään näennäistieteellisiä väitteitä vaikkapa ulkonäköön, mielentilaan tai menestymiseen vaikuttavien valmisteiden tehosta ja turvallisuudesta. Evoluution ymmärtäminen on biologiassa ydinasia. Evoluution ymmärtäminen liittyy myös luonnonsuojelun ja yleensä kestävän kehityksen välttämättömyyden ymmärtämiseen, esimerkiksi miten monisoluisten, hitaasti lisääntyvien eliöiden kohdalla rajut ympäristömuutokset voivat merkitä sukupuuttoon kuolemista. Tieteellisiä poikkeavia selityksiä ei voida opetuksessa esittää evoluution sijasta, koska silloin opetuksesta katoaisi sen luonnontieteellinen perusta (vrt. Euroopan neuvosto 2007). Opetuksessa tulee kuitenkin ottaa kulttuurisensitiivisesti huomioon, että eräiden aiheiden käsittely opetuksessa voi olla osalle oppilaista arkoja aiheita (Biology Teacher s Handbook 2009). Toisaalta on ymmärrettävä, että kaikilla oppilailla tulee olla oikeus opetussuunnitelman mukaiseen oppimiseen. 43

44 Yhteiskuntapainotteisuus biologian opetuksessa Biologian opetuksen tavoitteisiin kuuluu taito soveltaa biologiaan liittyvää tietämystä ja merkityksiä myös oppilaan omassa elämässä. Yhteiskuntapainotteisilla aiheilla (Socio-scientific issues, SSI) tarkoitetaan yhteiskunnallisia aiheita, joiden käsitteet tai menettelytapa liittyvät luonnontieteeseen. Kysymykset ja ongelmat ovat usein kiistanalaisia, avoimia ja moniselitteisiä. Tyypillisesti luonnontieteellistä tietoa voidaan käyttää ongelman ratkaisussa, mutta ongelmaa ei voi kuitenkaan suoraviivaisesti ratkaista luonnontieteen avulla. Yhteiskunnalliset seikat, kuten taloudelliset näkökohdat tai eettiset kysymykset, liittyvät usein aiheiden käsittelyyn (Sadler 2011). Biologian opetuksessa yhteiskunnallinen taso liittyy muun muassa luonnonsuojeluun, ympäristöongelmiin, bioteknologiaan ja kestävään kehitykseen. Myös biologian sisältöön liittyviä aiheita, kuten genetiikkaa ja perinnöllisyyttä, tulkitaan yhteiskunnallisella tasolla. Esimerkiksi ihmisen kykyihin liittyviä piirteitä on joissakin yhteyksissä pyritty selittämään yksioikoisesti geenien avulla ottamatta huomioon ympäristön vaikutusta geenien ilmenemiseen yksilönkehityksessä ja biologisessa kasvussa (Verhoeff ym. 2008) tai sosiaalisen, kulttuurisen ja taloudellisen ympäristön vaikutusta yhteiskunnallisella tasolla (Sadler 2011). Oppilaan tulisikin saada perusopetuksessa valmiuksia oivaltaa sitä, miten biologian tietoa voidaan käyttää ratkottaessa yhteiskunnallisia kysymyksiä. Vaikka kestävän kehityksen käsittely on yksi seitsemästä ainekokonaisuudesta (POPS 2004), sen käsittely, myös muusta kuin ekologisesta näkökulmasta, on eniten liittynyt biologian ja maantiedon opettajien opetukseen (Uitto ja Saloranta 2012). Kestävän kehityksen näkökulma ilmenee myös biologian sisällöissä ja oppimistavoitteissa, sillä tavoitteena on muun muassa, että oppilaalla on peruskoulun päättyessä tietoja ja taitoja biologian osa-alueista ja että hän osaa soveltaa niitä esimerkiksi kestävään kehitykseen. Opetushallituksen vuonna 2010 keräämän arvioinnin perusteella (Uitto 2012) voidaan sanoa, että oppilaiden yleinen kestävän kehityksen fakta- ja käsitetiedon osaaminen oli hyvää tasoa. Ilmeisesti asioiden käsittely eri oppiaineissa, koulun toimintakulttuurissa ja kodeissa edistävät osaltaan kestävän kehityksen tietojen ja taitojen oppimista. Kestävän kehityksen teemat tarjoavat käyttökelpoisen kehyksen monien oppiaineiden väliseen integraatioon. 44

45 Lopuksi Biologian opetuksen kehittämisessä huomiota tulisi kiinnittää sisällön painotuksiin, opetusmenetelmällisiin ja luonnontieteellistä ajattelua kehittäviin seikkoihin. Tiedonalan rakenne tulisi ottaa paremmin huomioon sisältöjen painotuksissa, jotta perusopetuksen jatkumossa oppilaalla on mahdollisuus rakentaa selkeitä käsitteellisiä kokonaisuuksia ja ymmärrystä biologiasta. Fakta- ja käsitetietoa tulisi jäsentää ja kenties myös karsia, jotta biologialle olennaisten asioiden oppiminen tulisi mahdolliseksi. Huomiota on kiinnitettävä myös menetelmätiedon oppimiseen. Koska kokeelliset työ- ja toimintatavat liittyvät selkeästi biologian osaamiseen, on tärkeää lisätä näiden työtapojen käyttöä opetuksessa. Myös aktivoivia ja vuorovaikutteisia ajattelun eri tasoja kehittäviä työ- ja toimintatapoja sekä oppilaan autonomiaa tukevia työtapoja sekä oppimisympäristöjä tulee kehittää, koska myös ne liittyivät osaamiseen ja varsinkin oppiaineesta pitämiseen. Biologian merkitystä luonnontieteiden ymmärtämisessä ja osaamisessa tulee selventää ja mahdollistaa luonnontieteitä integroivia lähestymistapoja. Myös yhteiskuntaperustaisten aiheiden (socio-scientific issues) käsittelyä opetuksessa tulee tarkastella, kun pohditaan biologian yleissivistävää merkitystä oppiaineena oppilaan oman elämän kannalta. Koulujen ja biologian opettajien edellytyksiin opettaa biologiaa tulisi kiinnittää erityistä huomiota. Varsinkin kokeellisten työtapojen ja maasto-opetuksen toteuttamiseksi opetusryhmät ovat usein liian suuria. Biologialle ominaisten työtapojen käytölle opetuksessa tulisi saada enemmän mahdollisuuksia, sillä taitojen kehittyminen vaatii käytännön harjoittelua. 45

46 Lähteet Anttalainen, H. & Tulivuori, J. (2011). Luonnontieteiden opetustilat, työturvallisuus ja välineet. Perusopetus ja lukio. Oppaat ja käsikirjat 2011:6. Helsinki: Opetushallitus. Bybee, R. W. (1997). Achieving scientific literacy: From purposes to practices. Portsmouth, NH: Heinemann. Deci, E. L. & Ryan, R. M. (2004). Handbook of self-determination research. Rochester, NY: University of Rochester Press. Council of Europe The dangers of creationism in education. Resolution Parliamentary Assembly. Eloranta, V., Jeronen, E. & Palmberg, I. (toim.) Biologia eläväksi. Biologian didaktiikka. Helsinki: Otava. Knippels, M.C.P.J. (2002) Coping with the abstract and complex nature of genetics in biology education. The yo-yo learning and teaching strategy. CD-β Press, Centroom voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen, Universteit Utrecht. Koba, S. ja Tweed, A Hard-to-teach Biology Concepts. A Framework to Deepend Student Understanding. National Science Teachers Association. Arlington: NSTApress. Kärnä, P., Hakonen, R. & Kuusela, J. (2012) Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuksen 9. luokalla Koulutuksen seurantaraportti 2012:2. Helsinki: Opetushallitus. Mayr, E. (1998). Biologia elämän tiede. (This is biology the science of the living world). Suomentanut Anto Leikola Helsinki: Art House. Opetus- ja kulttuuriministeriö Tulevaisuuden perusopetus valtakunnalliset tavoitteet ja tuntijako. Koulutuspolitiikan osasto. Opetus- ja kulttuuriministeriön työryhmämuistioita ja selvityksiä 2012:6. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet Helsinki: Opetushallitus. Sadler, T Socio-scientific issues in the classroom. Teaching, learning and research. Springer. Sulkunen, S., Välijärvi, J., Arffman, I., Harju-Luukkanen, H., Kupari, P., Nissinen, K., Puhakka, E. ja Reinikainen, P PISA 09. PISA Ensituloksia. Opetus- ja kulttuuriministeriön julkaisuja 2010:21, Jyväskylä. The Biology Techer s Handbook. 4th Edition National Science Teachers Association. Arlington: NSTApress. Uitto, A Vastuu ympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta.. Teoksessa: E.K. Niemi, (Toim.). Aihekokonaisuuksien tavoitteiden toteutumisen seuranta-arviointi 2010, Koulutuksen seurantaraportit; 2012:1. Helsinki: Opetushallitus. Uitto, A., Kärnä, P. ja Hakonen, R. Työ- ja toimintatavat biologian oppimisen ja biologiasta pitämisen edistäjinä (Julkaistavaksi tarjottu käsikirjoitus). 46

47 Uitto, A., Juuti, K., Lavonen, J. & Meisalo, V Students interest in biology and their out-of-school experiences. Journal of Biological Education, 40(3), Uitto, A., Juuti, K., Lavonen, J. & Meisalo, V The importance of pupils Interests and out-of-school experiences in planning of biology lessons. Science Education Review, 7(1), Uitto, A., Hakonen, R. & Manninen, S Lukiolaisten kiinnostus ja minäpystyvyys biologian opinnoissa. In: Tainio, L., Juuti, K., Kalliomäki, A., Seitamaa-Hakkarainen, P., Uitto, A. (Toim.). Näkökulmia tutkimusperustaiseen opetukseen: Ainedidaktisia tutkimuksia 1, Uitto, A. & Saloranta, S Aineenopettajat kestävän kehityksen kasvatuksen toteuttajina. Teoksessa: E. Jeronen, M. Mikkola, H. Risku-Norja & A. Uitto (Toim.). Ruoka oppimisen edellytys ja opetuksen voimavara. Helsingin yliopisto, Ruralia-instituutti, Verhoeff, RP, Waarlo, AJ, Boersma, KTh Systems modelling and the development of coherent understanding of cell biology. International Journal of Science Education 30: Vygotski, L.S Ajattelu ja kieli. Espoo: Weilin+Göös. (Venäjänkielinen alkuteos 1931.) Uno, G. E. & R. W. Bybee Understanding the dimensions of biological literacy. BioScience, 44, (8):

48 3. Biologian opettaja oppilaittensa oppimisen arvioijana Mauri Åhlberg, Biologian ja kestävän kehityksen didaktiikan professori, Opettajankoulutuslaitos, Helsingin Yliopisto Arviointi biologian opetuksen ja siihen liittyvän kestävää kehitystä edistävän kasvatuksen perustekijänä Artikkelin alussa tarkastelen yleisesti biologian opetuksen kuutta perustekijää ja arvioinnin merkitystä biologian opetuksessa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa. Pohdin myös, millaista on arvokas oppiminen biologiassa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa. Arvokkaan (korkealaatuisen) oppimisen edistämiseksi tuon esiin mm. totuutta etsivän dialogin, yksilöllisen ja yhteisöllisen tiedonrakentamisen. Mielekästä ja syvää oppimista edistävinä välineinä käytetään käsitekarttoja, joiden luomiseen kannattaa käyttää ilmaista CmapTools-ohjelmaa. Opetushallitus ylläpitää CmapTools-palvelinta, joka on tarkoitettu opettajien ja oppilaiden käyttöön. Artikkelissa esittelen myös Vee-heuristiikkojen Suomessa kehitettyä versiota ja tarkastelen sen empiirisiä ja teoreettisia mahdollisuuksia edistää mielekästä ja syvää oppimista. Pohdin biologiatieteen tuottamia opetuksen ja opetussuunnitelmien sisältöjä ja sitä, miten kansainvälinen science-oppiaine jää yksityiskohdissaan pinnalliseksi: kunkin alueen eliölajeihin ja ekosysteemeihin ei syvennytä riittävästi. Paikalliset eliölajit olisi syytä tuntea, jotta paikallista biodiversiteettiä osattaisiin käyttää kestävällä tavalla. Kokemusten mukaan sekä luokanopettajiksi opiskelevien että aineenopettajiksi opiskelevien lajintuntemus on hyvin heikkoa. Tätä puutetta on paikattu opettamalla uusille opettajille vuodesta 2008 alkaen, miten LuontoPortin avulla tunnistetaan eliölajeja. Meneillään onkin YK:n julistama Biodiversiteetin vuosikymmen ( ) (UN Decade on Biodiversity ). Lopuksi esittelen sitä, miten opettajat voivat tarkemmin seurata ja edistää oppilaittensa osaamista (oppimista ja ajattelun tasoa) käyttämällä lyhyitä tarkkoja kysymyksiä ja tutkimalla vastauksia. Pohdin myös yleisellä tasolla Opetushallituksen luonnontieteiden osaamista ja etenkin biologiaa koskevaa tutkimusta. Osaamista voidaan edistää siten, että opettajat ottavat käyttöön ainakin LuontoPortin, käsitekartat, Vee-heuristiikat, digikuvaamisen ja kuvien lähettämisen digitaaliselle kartalle. 49

49 Kasvatuksen ja opetuksen kuusi perustekijää biologian opetukseen sovellettuina Seuraavassa käsitekartalla jäsennän, miten biologian opettajan työssä arviointi on yksi kasvatuksen ja siihen sisältyvän opetuksen kuudesta perustekijästä (Åhlberg 2004). KUVIO 1. Kasvatuksen kuusi perustekijää biologian opetukseen sovellettuina Biologian opetuksella tarkoitetaan kasvatusta, jolla pyritään edistämään mm. biologista ymmärrystä, arvoja, taitoja ja toimintaa. Kasvatuksen kuusi perustekijää ovat Åhlbergin (2004) mukaan: (1) opetus interaktiona ja kommunikaationa, (2) arvokas oppiminen, (3) oppilaat, (4) opettaja(t), (5) arviointi ja (6) konteksti. Nämä käsitteet on korostettu paksulla kehyksellä. Kasvatus-käsitteellä on vihreä paksu kehys, jolla haluan korostaa sen erityisasemaa. Kuvion 1 käsitekartassa on kaksi yhtä keskeistä käsitettä: arvokas oppiminen ja konteksti. Molemmilla on kuusi yhteistä linkkiä muiden käsitteiden kanssa. Tässä tulee korostetusti esiin, miten asiayhteys/konteksti määrittää kunkin oppiaineen opetuksen. Biologia-oppiaineen mukana opetukseen tulee runsaasti asioita, jotka ovat kasvatuksen perustekijöiden näkökulmasta sitä kontekstia, joka on ehdottomasti otettava huomioon. Tästä vuonna 2004 tehdystä käsitekartasta puuttuu kontekstista tärkeä LuontoPortti /NatureGate verkkopalvelu, joka on kansainvälisesti tärkeä biologian opetuksen innovaatio. 50

50 Ensimmäistä kertaa on helppoa, nopeaa ja vuorovaikutteista tunnistaa lajeja pelkästään havaintoja tekemällä. Maailman vanhin ja arvostetuin luonnonsuojelujärjestö IUCN (International Union for Conservation of Nature) ja sen CEC (Comission of Education and Communication) (2009) tekivät artikkelin tästä patentoidusta systeemistä ja metodista. Suomeksi tästä palvelusta on julkaistu selkeä yleisesitys Helsingin yliopiston tiedelehdessä (Leppänen 2012). Huomaa, että tässä muuten laadukkaassa artikkelissa käytetään harhaanjohtavaa ilmausta: sienten osalta puhutaan nettihakemistosta. Tarkka ilmaus on verkkopalvelu, koska LuontoPortti ei ole pelkästään nettihakemisto. Kaikkia kasvatuksen kuutta osatekijää arviointi mukaan lukien on aihetta arvioida (Åhlberg 1992, 2). Kuviossa 2 tämä esitetään käsitekarttana, jossa tuodaan esiin myös arvioinnin arviointi oppimista edistävänä meta-arviointina. KUVIO 2. Arvioinnin tehtävä ja tärkeys kasvatuksessa käsitekarttana. Arviointi ohjaa kasvatuksen laadun seuraamista ja edistämistä. Arvokas oppiminen - käsite on korostettu muita käsitteitä voimakkaammalla kehyksellä, koska sen edistämiseen pyritään kaikessa kasvatuksessa ja opetuksessa 51

51 Korkealaatuinen oppiminen biologiassa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa Biologian didaktiikka on biologian opettajan työtä ja sen edellytyksiä tutkimaan ja kehittämään pyrkivä tiede (Åhlberg 2004). Opettajan työssä keskeisintä on oppilaiden arvokkaan oppimisen edistäminen. Kannattaa pohtia, millaista on arvokas ja korkealaatuinen oppiminen. Siihen kuuluu kuvion 2 mukaisesti seuraavia asioita: Mielekäs oppiminen on mm. uusien tärkeiden asioiden liittämistä entiseen tietorakenteeseen, niin, että syntyy uusia entistä mielekkäämpiä, paremmin omaa ja muiden elämää palvelevia tietorakenteita. Syväoppiminen merkitsee omien ajattelu- ja toimintamallien, uusien opittavien asioiden jatkuvaa testaamista sekä teoreettisesti omassa ajattelussa että empiirisesti oman elämän käytännöissä. Se on mm. tiedon historian, alkulähteiden ja perustelujen jatkuvaa etsimistä ja koettelua. Metaoppiminen on oppimaan oppimista ja tietoa siitä, mitä oppii, miten omaa oppimistaan voi seurata ja edistää esim. käsitekarttojen ja Vee-heuristiikkojen avulla. Metaoppimisen avulla ihmisessä syntyy metatietoa eli tietoa siitä, mitä tietää. Tutkiva oppiminen laajassa mielessä tarkoittaa nykytieteen ottamista tosissaan sekä sisältöjen että menetelmien osalta, tieteellisen ajattelun soveltamista omaan tiedonhankintaan, ajatteluun ja toimintaan. Tutkivassa oppimisessa käytetään parasta saatavilla olevaa tietoa ja menetelmiä, testataan tietoa ja oletuksia mahdollisuuksien mukaan, korjataan omia käsityksiä mahdollisimman totuudenmukaisiksi. Vain mahdollisimman tosien käsitysten varaan voidaan rakentaa mahdollisimman hyvä ja kestävä elämä. Osa oppimisesta on ns. implisiittistä oppimista, joka johtaa hiljaiseen tietoon (tacit knowledge). Tämä tarkoittaa esimerkiksi sitä, että henkilö ei osaakaan kertoa sitä, miten jokin taitoa vaativa asia tehdään. Tällöin käsitekartan teosta saattaa olla apua: sen avulla voidaan pohtia, mitä kaikkia asioita kyseiseen asiaan liittyy. Tieteen edistyminen perustuu systemaattiseen tiedon luomiseen, testaamiseen ja jatkuvaan entisen tiedon hylkäämiseen ja useimmiten vähittäiseen korjaamiseen entistä paremmin todellisuutta vastaavaksi. Tämän perustalta on kehitetty idea yhteisöllisestä tiedonrakentamisesta (collaborative knowledge building), joka edistää osallistujiensa oppimista (Scardamalia & Bereiter 2003). Suomessa näitä ajatuksia ovat kehitelleet mm. Hakkarainen, Lonka ja Lipponen (2004). He käyttävät termiä tiedonrakentelu. Oppilaiden oppimisen arvioinnin kannalta tärkeää materiaalia ovat tässä menetelmässä syntyvät muistilaput. Tosiasiassa tieteessä ja muuallakin elämässä tiedonrakentaminen voi olla myös yksilöllistä. Tästä on tieteenhistoriassa esimerkkinä mm. Darwinin kertomus siitä, mitä tapahtui hänen tutkimusmatkallaan maailman ympäri. Kehittämässäni korkealaatuisen oppimisen teoriassa on otettu huomioon sekä persoonallinen että yhteisöllinen oppiminen (KUVIO 3). 52

52 Kestävän kehityksen edistämisessä tarvittaisiin yhteisöllistä tiedonrakentamista, jossa mukana olisi sekä eri alojen asiantuntijoita että oppilaita. Kestävää kehitystä edistettäessä kouluissa ja yhteiskunnassa yleisemminkin tarvittaisiin lyhytkestoisten tiedonrakentelujaksojen sijasta kumulatiivista yhteisöllistä tiedonrakentamista, samaan tapaan kuin tieteellinen tiedonmuodostus. Kouluissa voitaisiin esim. seurata eliöiden levinneisyyden muutoksia ilmaston muutoksen edetessä. Voitaisiin tehdä digitaalisia kasvioita, joista voitaisiin erottaa kunkin oppilaan omat havainnot ja saataisiin myös kokonaiskäsitys tutkittavan asian alueellisesta levinneisyydestä. Tämän voisi liittää totuutta etsivään dialogiin, joka toteutettaisiin kumulatiivisena yhteisöllisenä tiedonrakentamisena. Paukkunen (2010) on kokeillut digitaalisten kasvioiden tekoa CmapTools-ohjelman ja LuontoPortin avulla. Tieteessä ja tieteellistä ajattelutapaa edistävässä opetuksessa tärkeää on myös totuutta etsivä dialogi (Isaacs 1999) sekä siihen liittyvä tieteellinen argumentaatio ja päättely. Suomessa joudutaan kouluissa opiskelemaan paljon kieliä, jolloin biologian ja muiden luonnontieteiden opetukseen jää kovin vähän tunteja. Arvattavasti siksi runsaasti aikaa vievää yhteisöllistä tiedonrakentamista käytetään Suomessa suhteellisen harvoin. Sen tuottamat muistilaput mahdollistaisivat kuitenkin sekä tehokkaan, arvokkaan oppimisen edistämisen, sen ohjaamisen ja arvioinnin. Biologian opetuksessa tulisi korostua entistäkin voimakkaammin tieteellisen ajattelun ja tieteellisen tiedon/teorioiden rakentaminen, jatkuva teoreettinen ja empiirinen testaus oletuksiaan myöten. Hyvänä mahdollisuutena kouluille ja niitä ylläpitäville yhteisöille voisi olla paikallisten eliöyhteisöjen seuranta ja tutkimus. Tutkimuksen edetessä huomattaisiin, että lajien nimet osittain muuttuvat, lajit katoavat entisiltä paikoiltaan, uusia esiintymiä syntyy, uusia lajeja leviää alueelle, vuodet ovat erilaisia myös eliöiden kannalta jne. Monet harmittelevatkin sitä, että aikaisemmin tieteessä ollut jokin yleinen käsitys onkin korvattu jollakin toisella käsityksellä. Joistain asioista on myös useita kilpailevia käsityksiä. Näin on usein tieteen eturintamassa. Tieteellinen tieto perustuu kulloinkin saatavilla olevaan parhaaseen evidenssiin. On tärkeää oppia peruskäsitteet, tosiasiat ja perusteoriat. Ne ohjaavat havaintojen tekoa ja oppimista (Eberbach & Crowley 2009). Viisasta olisi oppia luomaan omaa tieteelliseen tiedonhankintaan perustuvaa systeemistä teoriaa maailmasta ja elämästä. Tätä teoriaa kannattaa jatkuvasti testata omassa elämässään ja tarvittaessa muuttaa kulloinkin parhaan saatavilla olevan evidenssin mukaisesti (Åhlberg 1997; Koltko-Rivera 2004). 53

53 KUVIO 3. Korkealaatuisen oppimisen peruskäsitteitä ja niiden välisiä yhteyksiä biologian opetuksessa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa Vee-heuristiikka apuna arvioinnissa Arviointi on olennainen osa kaikkea rationaalista toimintaa, myös biologian opetusta. Rationaalinen ihminen noudattaa yleensä selkeää sykliä: Ensin suunnitellaan, sitten koetetaan toteuttaa ja lopuksi arvioidaan, miten onnistuttiin (Åhlberg 1992; 1997). Tämä kolmijako on perustana kaikessa kasvatuksessa ja opetuksessa, jatkuvassa laadunparantamisessa, toimintatutkimuksessa sekä seuraavaksi esiteltävässä parannetussa Vee-heuristiikassa. Biologian opetuksessa ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa oppilaiden ja opettajan kannattaa tehdä itselleen kymmenen kysymystä, jotka johdattavat korkealaatuisen oppimiseen ja ajatteluun (KUVIO 4): Ensimmäinen kysymys on luonnollisesti tutkimusongelma (focus question) kysymysmuodossa: Mitä haluat oppia? Seuraavaksi kannattaa pohtia, miksi haluat käyttää elämääsi, aikaasi ja resurssejasi juuri tämän ongelman ratkaisemiseen. Kolmanneksi kannattaa palauttaa mieleen, mitä tiedät asiasta ennalta. Millaisesta ajattelusta, kirjoista, havainnoista, teorioista jne. tutkimusongelma syntyy? 54

54 Neljänneksi on hyvä palauttaa mieleen, että tarkastelemme maailmaa omien käsitteidemme ja niiden muodostaman käsitteiden ja propositioiden verkon läpi. Sekä käsitekarttojen että Vee-heuristiikan yhteydessä käytetään täsmällistä tieteenteoriaan perustuvaa proposition määritelmää: Propositiot ovat maailmaa koskevia väitteitä, jotka ovat enemmän tai vähemmän mielekkäitä, uskottavia, todennäköisiä tai tosia. Käsitekarttamenetelmän näkökulmasta propositiot yhdistävät vähintään kaksi käsitettä yhdeksi väitteeksi. Käsitteiden välissä on linkki ja linkki-ilmaus, jossa on vähintään yksi verbi. Käsitteet ovat oppimisen ja ajattelun ja siten myös propositioiden perusosia. Käsitteet ovat mielessä olevia luokitteluja ja toimivat havaintoja ohjaavina linsseinä. Siksi on hyvä kirjata, mitkä ovat peruskäsitteesi, kun yrität löytää ratkaisuja ongelmaan. Kaikki käsitteet tulevat tarkoiksi vasta suhteessa joidenkin teorioiden osina. Sama nimilappu/ termi saattaa viitata sisällöltään aivan erilaisiin käsitteisiin. Esimerkiksi ekologiakäsitteellä saattaa olla monia ja erilaisia merkityksiä eri tieteissä ja eri kulttuurin aloilla. Käsitteiden alustava määrittely muihin mieleen nouseviin käsitteisiin kannattaa ilmaista kirjallisesti, jotta myös muut ihmiset voivat tarvittaessa edistää ongelman ratkaisuyrityksiä. Usein käsitekartta auttaa ajattelun tulosten ilmaisemisessa, jakamisessa sekä käsitteiden ja ajattelun jatkuvassa parantamisessa. Viidenneksi kannattaa miettiä, millaisin menetelmin tutkimusongelmaan parhaiten saadaan vastauksia. Kuudennessa vaiheessa kirjataan, mitä tosiasiassa tehtiin tutkimuskysymykseen vastaamiseksi. Seitsemännessä vaiheessa tarkastellaan, millaista aineistoa (dataa) saatiin kootuksi ja miten laadukasta ja pätevää aineisto on. Kahdeksannessa vaiheessa kootaan ja tuodaan esiin, millä menetelmillä aineistosta saatiin esiin tietoväitteet ja arvoväitteet. Yhdeksännessä vaiheessa pohditaan, mitä juuri tässä oppimisprojektissa opittiin. Kymmenennessä vaiheessa pohditaan, minkä arvoista on saatu tieto ja toisaalta koko tutkimus- ja tiedonhankintaprosessi kokonaisuutena. Yleensä tällä tavoin perustellusti toimivat ihmiset ovat päätyneet siihen, että he ovat saaneet itselleen ja yhteisölleen todella arvokasta tietoa, he ovat itse kehittyneet ihmisinä ja koko tutkimusprosessi on ollut heille henkilökohtaisesti hyvin arvokas. Jos taas päädytään siihen, että hankittu tieto ei ollutkaan arvokasta, niin mitä todennäköisimmin alkuvaiheen arvoperustan selvittämistä ei ole tehty riittävän hyvin. Seuraavassa kuviossa on tiivistettynä edellä esitetyn parannetun Vee-heuristiikan vaiheet ja rakenne. Ison V-kirjaimen muoto on valittu siksi, että sekä suunnittelu ja arviointi ovat erityisen paljon ajattelua vaativia tapahtumia. Ajattelu tuntuu usein suorastaan lentävän läpi koko maailmankaikkeuden, ja aloittelijalla saattaakin kuvitella, että kerralla voi saada hankituksi hyvin paljon tietoa. V-kirjaimen muoto ohjaa huomaamaan, että vain pienestä osasta todellisuutta voidaan kerrallaan saada tarkkaa tietoa. Kehittämis- ja tutkimussuunnitelman toteuttaminen on usein raskasta ja aikaa vievää. Silloin viimeistään huomaa, mikä on rajallisessa ajassa ja rajallisin resurssein mahdollista. 55

55 SUUNNITTELU 2. Arvoperusta Miksi haluat käyttää, elämääsi, aikaasi ja resurssejasi juuri tämän ongelman tutkimiseen. 3. Teoreettinen perusta Mihin aikaisempaan tietoon tutkimusongelmasi perustuu? (teorioihin, malleihin, havaintoihin jne). 4. Käsitteellinen perusta Mitkä ovat pääkäsitteet, kun etsit ratkaisuja tutkimusongelmaasi? 5. Menetelmällinen perusta Millä menetelmillä aiot etsiä ratkaisua tutkimusongelmaasi? 1. Tutkimusongelma Kirjoita tähän selkeä kysymys, mitä haluat tutkia. Kysymys päättyy aina kysymysmerkkiin(?) ARVIOINTI 10. Arvoväitteet Minkä arvoista tietoa sait tutkimuksesi tuloksena? Minkä arvoisena pidät tutkimusprosessiasi? 9. Tietoväitteet Mitä uutta tietoa sait hankituksi? 8. Millaisia menetelmiä käytit todellisuudessa etsiessäsi vastauksia tutkimusongelmaasi? 7. Millaista tutkimusaineistoa sait todellisuudessa hankituksi? KUVIO 4. Kymmenen vaihetta korkealaatuiseen ajatteluun, tunteisiin ja toimintaan (Åhlberg 1997; 1998a; 1998b; Wheeldon & Åhlberg 2012) Ahoranta (2004) testasi kuuden vuoden ajan molempia menetelmiä luokan opetuksessa. Oppimisprojektien aiheina oli sekä biologisia että kestävän kehityksen teemoja. Näillä menetelmillä opettaja sai oppilaistaan runsaasti uutta arviointitietoa esimerkiksi heidän ajattelustaan ja arvoistaan. Myös kansainvälisesti tutkimus oli kiinnostava (esim. Åhlberg & Ahoranta 2002). Biologian erityisluonne tieteenalana ja oppiaineena: molekyylibiologiasta ekosysteemibiologiaan ja biosfäärin tutkimiseen Seuraavassa käsitekartassa on biologian opetuksen kannalta tärkeimpien käsitteiden välisiä tärkeimpiä yhteyksiä (KUVIO 5). Biologian tutkimuksessa, opetuksessa ja oppimisessa lajit ja lajikäsite ovat siinä mielessä tärkeimpiä, että ilman tietoa eliölajista ja sen eliöryhmästä tiedolla ei juuri ole mieltä eikä merkitystä. 56

56 KUVIO 5. Biologian peruskäsitteitä ja niiden välisiä tärkeimpiä yhteyksiä biologian opetuksen näkökulmasta 57

57 Vaikka eliöihin vaikuttavat kemialliset ja fysikaaliset tekijät monin tavoin, siitä ei kuitenkaan seuraa, että olisi eduksi opettaa näiden tieteiden peruskäsitteet, teoriat ja muut tulokset yhdessä science-oppiaineessa. Science-oppiaineen historia on lyhyesti seuraava: Neuvostoliiton saadessa ensimmäisenä tekokuun (Sputnik) Maata kiertävälle radalle 1950-luvulla Yhdysvalloissa alkoi voimakas luonnontieteiden opetussuunnitelmien kehittämistyö. Syntyi nykyinen laajalle levinnyt yhtenäisen luonnontieteen opetussuunnitelma, oppikirjat ja opetus. Lähiluonnon ja sen eliölajien systemaattinen tutkiminen supistui minimiinsä, jopa katosi melkein kokonaan. Lyhyessä artikkelissa viittaan vain seuraaviin lähteisiin väitteitteni tueksi: National Research Council 2001, Andresson 2008a ja 2008b, Kaasinen 2009, BSCS 2009, EURYDICE 2011, Yli-Panula & Matikainen Suomessa on onneksi säilynyt biologia suhteellisen erillisenä oppiaineena. Onneksi on säilynyt myös lähiluonnon eliölajeihin tutustuminen, erityisesti kasvioiden kokoaminen, koska kasvien perustuotantoon perustuu muiden eliöiden, myös ihmisen elämä (Åhlberg 2009a). Digitaalisilla kasvioilla voidaan luoda digitaalista tiedonrakentamista, joka ulottuu yli vuosiluokkien ja sukupolvien. Paikallisen biodiversiteetin tuntemus ja sen kestävän käytön oppiminen on yksi kestävän kehityksen syvimmistä lainalaisuuksista. Osa lajeista kelpaa ravinnoksi, osa on myrkyllisiä, osa suojeltavia ja osa kestää runsaankin käytön. Lajintuntemuksen ja biodiversiteetin kestävään käyttöön oppimisen tärkeys Lajit ovat biologisen ajattelun perusyksikköjä. Ilman tietoa lajista tai lajiryhmästä sekä ekosysteemistä, johon biologinen tieto liittyy, se on jokseenkin arvotonta. Paikallisten lajien tuntemista on edistettävä biologian opetuksessa, koska ne ovat paikallisten ekosysteemien ja ekosysteemipalveluiden perustana. Biodiversiteetti on sekä globaalia että paikallista. Nimenomaan paikallisen biodiversiteetin ja ekosysteemien tuntemisella ja kestävällä käytöllä voidaan edistää kestävää kehitystä (Åhlberg 2009a). Biodiversiteetin tärkeyttä ihmiskunnalle osoittaa sekin, että meneillään on YK:n julistama Biodiversiteetin vuosikymmen ( ) (UN Decade on Biodiversity ). 58

58 LuontoPortti/NatureGate-verkkopalvelun luomat mahdollisuudet tunnistaa Suomen luonnon lajeja ja edistää kestävää käyttöä LuontoPortti perustuu kansainvälisesti patentoituun systeemiin ja metodiin, jolla edistetään lajien vuorovaikutteista tunnistamista. LuontoPortin käyttö ei edellytä eliöiden nimien tuntemusta vaan havaintojen tekoa. Otetaan esimerkki luonnonkasvien tunnistamisesta. Kuljet metsässä ja huomaat pienen punakukkaisen kasvin, etkä muista sen nimeä. Avaat LuontoPortin kohdasta Tunnista kasveja. Kukan pääväriksi valitset punaisen. Noin 720 kasvista lähes 500 jää pois. Havaitset, että teriön muoto on kellomainen. Valitsemalla seuraavaksi tämän vaihtoehdon jäljelle jää 70 lajia. Havaitset, että lehden muoto on pyöreä, ja jäljelle jää 11 lajia. Erikoisominaisuuksista valitset kasvin korkeuden: alle 10 cm. Tämän jälkeen jäljelle jää vain kaksi kasvia. Nyt huomaat, että kyseessä on vanamo (Linnea borealis). Vastaavalla tavalla voidaan tunnistaa Suomen linnut, päiväperhoset ja kalalajit. LuontoPorttiin on avattu myös sienten tunnistamispalvelu ja suunnitteilla on myös nisäkkäiden tunnistamispalvelu. LuontoPortissa on kuvin ja tekstein esitettynä tietoa eri aiheista, ja sen saa esiin valitsemalla kysymysmerkin. Näin kaikkea ei tarvitse opetella ulkoa. LuontoPorttia on opetuksessa testattu mm. Mahnalan ympäristökoulussa hyvin tuloksin (Alppi & Åhlberg 2012). Yhdysvalloissa Spencer (2012) on tutkielmassaan osoittanut, että digitaalinen luontokuvaus edistää luonnon tuntemusta ja myönteisen luontosuhteen kehittymistä. Liitteenä on tiivistetty ohje, miten LuontoPorttia voidaan käyttää opetuksessa. Digitaalisia kansioita voidaan tehdä monella tapaa. Topi Paukkunen (2011) kokeili ohjauksessani niiden tekoa CmapTools-ohjelman avulla. Opetushallitus ylläpitää Suomen kouluille tarkoitettua CmapTools-palvelinta. Liitteessä 2 on ohje siitä, miten itse ja oppilaasi voitte tehdä hyviä käsitekarttoja. Aluksi luodaan kullekin käsitteelle oma käsitteensä, johon voidaan liittää omia digikuvia. Samaan käsitteeseen voidaan liittää linkki LuontoPortin lajisivulle, johon oppilas on päätellyt kuvien liittyvän. Näin opettaja tai digitaalisen herbaarion tutkija pystyy nopeasti varmistamaan, onko oppilas tehnyt oikean päätelmän. Tulossa on digikuvien verkkopalvelu, jossa digikuvat sijoittuvat karttapohjalle oikeisiin kohtiin. Näihin digikuviin on mahdollista liittää nimiehdotuksen lisäksi linkki LuontoPorttiin, jonka avulla voidaan varmistaa, mistä lajista on kyse. LuontoPortista on tehty älypuhelinsovellus, eli verkossa olevaa LuontoPorttia voidaan käyttää kätevästi myös maastossa. Näin lajintuntemuksen, biodiversiteetin ja ekosysteemien opiskelua voidaan harjoittaa oikeassa paikassa. 59

59 Biologian opetuksessa tapahtuvasta oppilaiden arvioinnista Käsitykseni mukaan oppilaiden oppimisen arvioinnissa tarkin väline on lyhyen vastauksen tehtävät (short answer questions): tarkkaan kysymykseen tulee antaa tarkka vastaus.tämä tehtävätyyppi puuttuu teoksesta Eloranta & al. (2005) Biologian didaktiikka. Tarkasti tämä ja muut tehtävätyypit on kuvattu teoksessa Åhlberg (1992). Myös käsitekartoilla voidaan hyvin paljastaa oppimisen tulos (Ahoranta 2004; Åhlberg & Ahoranta 2002). Lyhyiden vastausten ja käsitekarttojen yhteiskäytön hyötyjä on kuvattu sekä Ahorannan (2004) väitöskirjassa että Åhlbergin ja Ahorannan (2008) artikkelissa. Opettaja ja oppilaat voivat tehdä käsitekarttoja myös kynällä paperille. Kun käsitekartta tehdään ennen ja jälkeen opetuksen, voidaan seurata osaamisen kehittymistä. Lajintuntemuksen arvioinnissa kannattaa kokeilla älypuhelimien käyttöä luonnossa. Oppilaat tutkittavat tiettyä lajia sen kasvupaikalla, ja tehtävänä on löytää sille nimi esim. LuontoPortin avulla. Samalla voidaan tutkia esimerkiksi lajin ravintokäyttöä tai mahdollista myrkyllisyyttä. Oppilaat saavat testeissä onnistumisen kokemuksia, kun testattavat lajit ovat sopivan tasoisia. Siinä mielessä Opetushallituksen yhdeksännen luokan luonnontieteiden osaamisen arvioinnissa (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012) lajintuntemusta mittaavat tehtävät olivat onnistuneita. Oppilaiden lajintuntemus oli keskimäärin hyvää tasoa. On kuitenkin monia syitä siihen, miksi kokonaisuutena biologisen osaamisen taso ei ollut niin hyvää kuin opettajankouluttajana olisin odottanut. Tässä artikkelissa esitellyt välineet luokkatyöskentelyssä käytettyinä mitä todennäköisimmin edistävät biologian oppimista ja osaamista, joten seuraavassa viiden vuoden kuluttua tehtävässä mittauksessa odottaisin nykyistäkin parempaa osaamista. 60

60 Lähteet Alppi, A. & Åhlberg, M Learning from Local and Global Collaborations. In Murray, J., Cawthorne, G., Dey, C. & Andrew, C. (Eds.). Enough for All Forever. Champaign, IL: Common Ground Publishing LLC, Ahoranta, V Oppimisen laatu peruskoulun vuosiluokilla 4 6 yleisdidaktiikan näkökulmasta käsitekarttojen ja vee-heuristiikkojen avulla tutkittuna. Joensuun yliopiston kasvatustieteellisiä julkaisuja, no 99. Andersson, B. 2008a. Att förstå skolans naturvetenskap. Lund: Studentlitteratur. Andersson, B. 2008b. Grunskolans naturvetenskap. Lund: Studentlitteratur. BSCS The Biology Teacher s handbook. Arlington: NSTA Press. Eberbach, C. & Crowley, K From Everyday to Scientific Observation: How Children Learn to Observe the Biologist s World. Review of Educational Research. 79(1), Eloranta, V., Jeronen, E. & Palmberg, I. (toim.) Biologia eläväksi. Biologian didaktiikka. Jyväskylä: PS-kustannus. EURYDICE Science education in Europe: National policies, practices and research. Brussels: European Commission. Hakkarainen, K., Lonka, K. & Lipponen, L Tutkiva oppiminen. Järki, tunteet ja kulttuuri oppimisen sytyttäjinä. Helsinki, WSOY. Isaacs, W Dialogue: The Art of Thinking Together. New York: Random House. IUCN CEC Easily Identify Species with New Online Service from CEC Member in Finland cec/?2614/ Kaasinen, A Kasvilajien tunnistaminen, oppiminen ja opettaminen yleissivistävän koulutuksen näkökulmasta. Helsingin yliopiston soveltavan kasvatustieteen laitos. Tutkimuksia 306. Koltko-Rivera, M The Psychology of Worldview. Review of General Psychology 8(1), Kärnä, P., Hakonen, R. & Kuusela, J Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuksen 9. luokalla Helsinki: Opetushallitus. Leppänen, M Klikkaa luontoon. LuontoPortti ohjaa kädestä pitäen oppimaan lajistoa. Seuraavaksi nettihakemistoon lisätään sienet. Yliopisto. Helsingin yliopiston tiedelehti 26(9), National Research Council Inquiry and the National Science Education Standards. A Guide for teaching and learning. Washington Dc: National Academy Press. Paukkunen, T Digitaalisen kasvion luominen käyttämällä omia digikuvia, LuontoPortti-verkkopalvelua, CmapTools-käsitekarttaohjelmaa. Pro gradu -tutkielma. Helsingin yliopisto. Opettajankoulutuslaitos. 61

61 62 Paukkunen, T. & Åhlberg, M Creating digital herbarium in primary school using own photos, NatureGate online service and CmapTools. In Sánches, I., Cañas, A. & Novak, J. (Eds.) Proceedings of The Fourth International Conference on Concept Mapping (CMC 2010), Scardamalia, M., & Bereiter, C Knowledge Building. In Encyclopedia of Education. Second edition. New York: Macmillan Reference, Spencer, S Exploring the relationship between digital nature Photography and children s connectedness to nature. Master s Thesis. University of Minnesota Duluth. UN Decade on Biodiversity Yli-Panula, E. & Matikainen, E Tiedot eliökunnan monimuotoisuudesta perustana kestävälle kehitykselle opettajaksi opiskelevien eläinlajitietämys ekosysteemeittäin. Teoksessa Tainio, L. & al. (toim.) Näkökulmia, tutkimusperustaiseen opetukseen. Suomen ainedidaktisen tutkimusseuran tutkimuksia 1, Åhlberg, M Oppimisen, opetuksen ja opetussuunnitelman evaluaatio. Helsinki: Finn Lectura. Åhlberg, M Jatkuva laadunparantaminen korkealaatuisena oppimisena. Joensuun yliopisto. Kasvatustieteiden tiedekunnan tutkimuksia N:o 68. Åhlberg, M Kasvatuksen kuusi perustekijää biologian opetukseen sovellettuina. (luettu ) Åhlberg, M Biodiversiteetin kestävän käytön oppimisen edistäminen. Natura 46(3), (luettu ) Åhlberg, M Biodiversity. In Idowu, S. O., Capaldi, N., Das Gupta, A. & Zu, L. (Eds.). Encyclopedia of Corporate Social Responsibility. London: Springer. (12 pages) (in print). Åhlberg, M. & Ahoranta, V Two improved educational theory based tools to monitor and promote quality of geographical education and learning. International Research in Geographical and Environmental Education 11(2). Åhlberg, M. & Ahoranta, V Concept maps and short-answer tests: Probing pupils learning and cognitive structure. In Cañas, A, Reiska, P., Åhlberg, M. & Novak, J. (Eds.) Proceedings of the Third International Conference on Concept Mapping. Concept Mapping: Connecting Educators. Tallinn, Estonia & Helsinki, Finland 2008,

62 LIITE 1: Vihjeitä LuontoPortin opetuskäyttöön LuontoPortin verkkoversio löytyy kirjoittamalla esimerkiksi Googlen hakukenttään LuontoPortti tai NatureGate ja avaamalla linkin, jolloin esiin tulee valikko Luonto- Portissa olevista eliöistä. Tätä kirjoitettaessa LuontoPortista löytyvät Suomen luonnonkukat, luonnonvaraiset puut ja pensaat, päiväperhoset, linnut ja kalat. Lisää eliöryhmiä on tulossa. Otetaan esimerkiksi lähiluonnon luonnonkukkien tutkiminen ja tunnistaminen. Valitaan kasveista Kukkakasvit, joka LuontoPortissa tarkoittaa luonnonkukkia. Kun valitaan Tunnista kukkakasveja niiden ominaisuuksien perusteella, esiin tulee neljä kuvaketta. Jos suunnitellaan luontoretkeä, kannattaa miettiä, mitä eliöitä koulun alueella on kyseiseen vuodenaikaan näkyvillä. Yleisimmin luontoretkiä kannattaa tehdä joko huhti-toukokuussa tai elo-lokakuussa. Haluamansa alueen ja kuukauden voi etukäteen valita, jolloin kaikkien muiden alueiden ja eri aikoina kukkivat kasvit jäävät pois. Myös kasvupaikan voi valita useasta vaihtoehdosta. Kuvakkeista voi valita esimerkiksi kukan tai lehtienominaisuuksia. Lehden kuvakkeesta saadaan esiin kuusi eri vaihtoehtoista kuvaketta. Valitaan esimerkiksi yksittäisen, kokonaisen lehden kuvake. Sitä napsauttamalla saadaan esiin kahdeksan eri vaihtoehtoa. Valitsemalla lehden muoto -kuvakkeen saadaan esiin seitsemän eri vaihtoehtoa. Näiden seitsemän kolmannen tason kuvakkeen yläpuolella on kysymysmerkkikuvake. Sen valitsemalla voi tarkastaa valokuvista, mitä kuvakkeilla ja lehtimuodoilla tarkoitetaan: millaiset lehdet luetaan vastapuikeisiin, millaiset soikeisiin jne. Valinnan voi perua napsauttamalla uudestaan kuvaketta. Kukkaa ja kukintoa koskevia kolmannen tason kuvakkeita on kuusi. Jos esimerkiksi valitaan kukan pääväri -kuvake, esiin tulee kahdeksan kolmannen tason kuvaketta. Niistä viimeinen on jokin muu, jonka voi valita, jos seitsemästä edellisestä ei löytynyt sopivaa. Kysymysmerkkikuvakkeesta voi katsella valokuvia ja tarkastaa, miten värit on sijoitettu LuontoPortissa. Jopa punaisen eri värisävyt kannattaa tarkastaa, sillä esimerkiksi punaisen ja violetin määrittely voi olla hankalaa. Tällöin LuontoPortti yleensä hyväksyy molemmat värivalinnat. LuontoPortissa on myös ylimmän tason kuvakkeissa Jokin muu ominaisuus, josta löytyy mm. kasvin korkeus. Ominaisuuksia kylliksi havainnoimalla ja valitsemalla kuvakkeista oikeat vaihtoehdot päästään siihen vaiheeseen, että lopullisen valinnan voi tehdä jäljelle jääneistä kasveista. 63

63 LuontoPortissa voidaan käyttää myös sanahakua, ja eliölajeja voidaan etsiä esimerkiksi nimen perusteella tai hakusanoilla, kuten syötävä tai myrkyllinen. Huomaa myös, että LuontoPortissa voi kuunnella ilmaiseksi Suomen vakituisten lintulajien ääninäytteitä ja mm. kasveista ja linnusta löytyy levinneisyyskartta. 64

64 Liite 2: Käsitekarttojen teko-ohje Olen kehittänyt käsitekartan nopean ja tehokkaan opettamismenetelmän, jonka opetteluun kuluu ainoastaan kymmenisen minuuttia. Kehittämäni parannettu käsitekartta -menetelmän (Åhlberg 1989a 2005b) opettamisessa käytän silta ja saari analogiaa. Olen satoja kertoja eri puolilla maailmaa opettanut sekä suomeksi että englanniksi tällä menetelmällä kaikenikäisiä kirjoitustaitoisia tekemään erinomaisia käsitekarttoja. Joillakin on voimakkaana mielessä Tony Buzanin ( ) kehittämä miellekartta (Mind Map) -menetelmä, ja heille toimintatavan muuttaminen voi olla hankalaa. Miellekartta on vain puu-analogiaan tehty assosiaatioiden (avainsanojen) rakennelma. Sen lukeminen täydellisiksi virkkeiksi, maailmaa koskeviksi väitelauseiksi, on joka lukukerralla erilainen. Åhlberg (2005b) esittää havainnollisesti, miten samoista käsitteistä tehdään toisaalta käsitekartta ja miellekartta. Käsitekartta on paljon rikkaampi, yksityiskohtaisempi ja tarkempi. Parhaimmillaan käsitekartat vastaavat tekijänsä ajattelua tarkasti. Käsitekarttaa on myös helppo muokata, jos sen tekee digitaalisesti esimerkiksi ilmaisella CmapTools-ohjelmalla ( ihmc.us/download/). Olen käyttänyt seuraavankaltaisia käsitteitä, jotka tuovat sekä lapsille että aikuisille runsaasti assosiaatioita (KUVIO 6:) (1) lintu, (2) koivu, (3) kuusi, (4) puu, (5) haukka, (6) varis ja (7) toukka. Nämä toimivat erinomaisesti Suomessa. Sijoitan valitsemani käsitteet aakkosjärjestykseen (jotta en anna mitään tarpeettomia vihjeitä) ja allekkain seuraavasti: KUVIO 6. Esimerkki hyvin toimivasta käsitteistöstä parannettua käsitekartta-menetelmää opetettaessa saari- ja silta analogian avulla 65

65 Kerron, että käsitteet ovat kuin saaria, käsite-saaria. Saaresta toiseen päästään vain kertomalla, miten kaksi käsitettä liittyvät vastaajan ajattelussa toisiinsa. Pyydän ensimmäistä vastaajaa (oppilasta/osallistujaa) valitsemaan minkä tahansa käsitteistä. Kuvitellaan, että hän valitsee toukka-käsitteen. Se on yhteisen käsitekarttamme otsikkokäsite. Seuraava vastaaja saa valita minkä tahansa jäljelle jääneistä käsitteistä. Kuvitellaan, että hän valitsee lintu-käsitteen. Kolmatta vastaajaa pyydän kertomaan, miten hänen ajattelussaan kaksi jo valittua käsitettä liittyvät toisiinsa siten, että tuloksena on selkeä maailmaa koskeva väite, joka on enemmän tai vähemmän mielekäs, uskottava yms. Kuvitellaan, että hän sanoo Lintu syö toukan. Silloin kuviossa 7 osoitetulla tavalla voimme täysin yksikäsitteisesti ilmaista hänen ajatuksensa käsitekarttana. Piirrän ja kirjoitan käsitteiden väliin linkin ( sillan käsitesaaresta toiseen ), jossa on lukemisen suuntaa osoittava nuolenkärki. Linkissä täytyy olla verbi-ilmaus, jotta tällainen maailmaa koskeva väite syntyy. Neljättä vastaajaa pyydän taas valitsemaan jäljelle jääneistä käsitteistä uuden käsitesaaren. Kuvitellaan, että hän valitsee puu-käsitteen. Viidettä pyydän kertomaan, miten viimeksi valittu käsite liittyy hänen mielessään jompaankumpaan aikaisemmin valittuun käsitteeseen. Kuvitellaan, että hän sanoo Toukka syö puuta. Kuviossa 7 olen muuttanut sen täsmälliseksi käsitekartta-ilmaukseksi. Näin jatketaan, kunnes jokainen käsite on liitetty muihin käsitteisiin ainakin yhdellä linkillä. Tulokset on koottu kuvioon 7. KUVIO 7. Esimerkki käsitekartta-tuokion opettamisesta Vuoropuhelussani oppijoiden kanssa kiitän koko ajan hyvistä ilmauksista. Varmistan aina, että kahden käsitteen välinen ilmaus on juuri sellaista muotoa kuin vastaaja on sanonut. Linkkiä muutetaan, kunnes vastaaja myöntää, että juuri näin hän ajattelee kyseisten kahden käsitteen yhdistyvän ajattelussaan. Vaikka olen tehnyt tämän satoja kertoja, koskaan ei ole tullut kahta täysin samanlaista käsitekarttaa lopputulokseksi ja jokaisessa ryhmässä syntyy omanlaisensa. Toki yhteisiä perusväitteitä eri tavoin ilmaistuina syntyy joka kerta. 66

66 Lähteet Buzan, T Use of your head. London: BBC Books. Buzan, T Use of your head. London: BBC Productions. Buzan, T Use your head. Revised edition. London: Ariel Books. Buzan, T Use your head. New Revised Edition. London: BBC Books. Novak, J. & Gowin, B Learning how to learn. Cambridge: Cambridge University Press. Åhlberg, M. 1989a. Concept mapping and other graphic representation techniques in science and technology education. Teoksessa Meisalo, V. & Kuitunen, H. (Eds.) 1989 Innovations in the science and technology education. Proceedings of the Second Nordic Conference on Science and Technology education. Heinola 8-11, August National Board of General Education. Information Bulletin 2, Åhlberg, M. 1989b. Environmental educators need conceptual innovations and scientific ontology and epistemology. In Meisalo, V. & Kuitunen, H. (Eds.) 1989 Innovations in the science and technology education. Proceedings of the Second Nordic Conference on Science and Technology education. Heinola 8-11 August National Board of General Education. Information Bulletin 2, Åhlberg, M Oppimisen, opetuksen ja opetussuunnitelman evaluaatio. Helsinki: Finn Lectura. Åhlberg, M. 1993a. Opettaja oman työnsä tutkijana ja kehittäjänä: kolme uutta työvälinettä. Teoksessa Ojanen, S. (toim.) Tutkiva opettaja. Helsingin yliopiston Lahden tutkimus- ja koulutuskeskus, s Åhlberg, M. 1993b. Concept maps, Vee diagrams and Rhetorical Argumentation (RA) Analysis: Three educational theory-based tools to facilitate meaningful learning. Paper presented at The Third International Seminar on Misconceptions in Science and Mathematics. August 1-5, Cornell University. Published digitally in the Proceedings of the Seminar, org/proc3pdfs/ahlberg_meaningfullearning.pdf Åhlberg, M Eheyttävän kasvatuksen teorian, käsitekarttojen ja Vee heuristiikan käytöstä sekä tutkimus- ja kehittämistyöstä Suomessa. Teoksessa Novak, J Tiedon oppiminen, luominen ja käyttö. Käsitekartat työvälineinä oppilaitoksissa ja yrityksissä. Jyväskylä: PS-kustannus, Åhlberg, M. 2005a. YK:n Kestävää kehitystä edistävän kasvatuksen vuosikymmen ( ) biologian ja kestävän kehityksen didaktiikan ja opettajan työn näkökulmasta. Natura 42(2), 9 14, handle/10224/4623 Åhlberg, M. 2005b. Eheyttävä opettajan työn ja sen edellytysten tutkimus. Teoksessa Enkenberg, J., Savolainen, E. ja Pertti Väisänen (toim.) (2004). Tutkiva opettajankoulutus - taitava opettaja. Joensuu: Joensuun yliopisto, Savonlinnan opettajankoulutuslaitos, Verkkoversion toimittaneet Erkki Savolainen ja Kati Ranta, pdft/ahlberg.pdf 67

67 4. Kohti uudistuvaa maantiedon perusopetusta Lea Houtsonen, opetusneuvos, Opetushallitus Johdanto Ympärillämme muuttuvan maailman hahmottaminen on maantiedon opetuksen keskeisiä tavoitteita. Opetus auttaa oppilasta ymmärtämään luonnon ja ihmisen toimintaan liittyviä ilmiöitä sekä niiden välistä vuorovaikutusta lähiympäristössämme ja maapallon eri alueilla. Maantiedon opetuksessa integroituvat luonnontieteelliset ja yhteiskunnaalliset aiheet. Sen vuoksi maantiedon opetus on luonteeltaan eheyttävää ja eri aihealueita yhdistelevää. Maantiedon opetuksessa oppilasta ohjataan tarkastelemaan maailmaa muuttuvana sekä luonnonoloiltaan ja kulttuurisesti monimuotoisena elinympäristönä. Keskeistä on oppilaan maantieteellisen ajattelutaidon kehittyminen sekä maantieteellisten taitojen hankkiminen. Maantiedon opetuksen tavoitteena on aktiivisen, vastuullisesti toimivan ja kestävään elämäntapaan sitoutuneen kansalaisen kasvattaminen. Tämä artikkeli perustuu Opetushallituksen keväällä 2011 otantaperustaisena tekemään luonnontieteiden oppimistulosten arviointiin, joka kohdistettiin perusopetuksen 9. luokan oppilaille (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012). Arviointi toi esille sekä maantiedon perusopetuksen vahvuuksia että kehittämistarpeita. Arviointituloksia tarkastellaan erityisesti siitä näkökulmasta, mikä yhteys käytetyillä työtavoilla on maantieteen oppimistuloksiin. Artikkelissa pohditaan myös sitä, miten maantiedon opetusta tulisi kehittää ottaen huomioon maantiedon kansallisen arvioinnin tulokset ja myös tulevaisuuden osaamisen tarpeet. Maantiedon oppimistulosten kansallinen arviointi Biologian ja maantiedon oppimistulosten arviointiin osallistui yhteensä oppilasta, joista poikia oli 52 % ja tyttöjä 48 %. Suomenkielisten osuus vastanneista oli 88 % ja ruotsinkielisten 12 %. Arviointiin käytetty aika oli 90 minuuttia. Koulujen otannassa otettiin huomioon alueellinen edustavuus. Asiantuntijaryhmät laativat arviointitehtävät opetussuunnitelman perusteissa mainittujen tavoitteiden ja keskeisten sisältöjen mukaan. Oppilaat ja opettajat vastasivat myös oppituntien työ- ja toimintatapoja koskeviin kysymyksiin. Toimintatavalla tarkoitettiin oppimisympäristöä tai opetuksen lähestymistapaa, esimerkiksi kokeellisuutta. Luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnin tarkoituksena oli saada luotettava yleiskuva osaamisen tasosta perusopetuksen päättövaiheessa. Arvioinnista saatua tietoa voidaan käyttää opetuksen, oppilasarvioinnin ja opetussuunnitelman perusteiden kehittämiseen. 69

68 Maantiedon tehtävät mittasivat käsitteiden ja ilmiöiden muistamista ja tunnistamista sekä soveltamista ja aineiston käyttöä. Lähtökohtana oli asettaa tehtäviä, jotka mittasivat maantiedon peruskäsitteistöä, luonnonmaantieteellisen karttakuvan hahmottamista ja paikannimistön hallintaa sekä maantieteellisiä taitoja, kuten karttojen sekä diagrammien lukutaitoa (TAULUKKO 1). TAULUKKO 1. Maantiedon tehtävien lukumäärä, pisteitys ja osuus arvioinnista (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012) Tehtävien lkm osa-alueessa Maksimipistemäärä osaalueessa Pisteiden osuus arvioinnista (%) Luonnontieteellinen osaaminen Fakta- ja käsitetieto * Paikannimistö Yleismaantieteelliset ilmiöt ja käsitteet Eurooppa Suomi Menetelmätieto * Aineiston käyttö Ilmiöiden selittäminen Ajattelun tasot Muistaminen, tunnistaminen Ymmärtäminen Soveltaminen Tehtävätyypit Valintatehtävät Tuottamistehtävät * Fakta- ja käsitetiedossa ja menetelmätiedossa oli osittain samoja tehtäviä. 70

69 Maantiedon oppimistulosten arvioinnissa oli yhteensä 48 tehtävää (maksimipistemäärä 84 p.), joista tuottamistehtäviä oli 55 %. Sisällöllisesti maantiedon tehtävät jakaantuivat neljään osa-alueeseen: 1) paikannimistö, 2) yleismaantieteelliset ilmiöt ja käsitteet, 3) Eurooppa ja 4) Suomi. Maantiedon tehtävistä 63 % kuului fakta- ja käsitetiedollisiin tehtäviin ja 67 % luokiteltiin menetelmätiedollisiin tehtäviin. Maantiedossa oli mukana useita tehtäviä, joissa mitattiin menetelmällistä tietoa, johon kuului ilmiöiden selittämistä ja aineiston käyttöä. Menetelmätietoon kuuluvat tehtävät mittasivat maantieteellisiä taitoja, kuten diagrammien, erilaisten karttojen ja koordinaattien lukutaitoa. Useimmat menetelmätietoon liittyvistä tehtävistä olivat valintatehtäviä, joiden sisältö koski ilmastoa, vuodenaikoja, nahkealehtistä kasvillisuutta, asutusta ja elinkeinoja. Yksi tehtävä sisälsi kartan tulkintaa ja asuinalueen suunnittelua, joten sen tekemisessä vaadittiin myös analysoinnin ja arvioinnin taitoja. Arviointiin kuului tehtäviä, jotka liittyivät maailman luonnon- ja kulttuurimaantieteellisen karttakuvan hahmottamiseen, paikannimistön hallintaan sekä maailman alueelliseen jäsentämiseen. Luonnonmaantieteellisiin ilmiöihin liittyvät tehtävät käsittelivät pääasiassa maapallon endo- ja eksogeenisia tapahtumia sekä planetaarisuutta. Paikannimistötehtävissä oppilaiden piti tunnistaa maanosat, valtameret, Maan luonnonmaantieteellisiä kohteita (sademetsäalue, aavikko, vuoristo) sekä Suomen kaupunkeja, järviä ja jokia. Yleismaantieteellisiä ilmiöitä käsittelevien tehtävien joukossa oli fakta- ja käsitetiedollisten tehtävien lisäksi useampi aineiston käyttötaitoa mittaava tehtävä ja yksi selittämistä vaativa tehtävä. Tehtävillä mitattiin ymmärtämistä, soveltamista ja muistamista. Suurin osa yleismaantieteellisiä ilmiöitä käsittelevistä tehtävistä oli tuottamistehtäviä. Oppilaan tuli nimetä ilmansuunnat, lämpövyöhykkeet ja aikavyöhykkeet, tunnistaa kuvasta luonnonmaantieteellisiä kohteita, selittää säätila säärintamien liikkeiden avulla ja perustella maanjäristyksen synty mannerlaattojen sijainnin avulla. Euroopan alueelliseen tarkasteluun liittyvät valintatehtävät käsittelivät sen karttakuvan, luonnonolojen, maiseman ja ihmisen toiminnan peruspiirteitä sekä niiden vuorovaikutusta Euroopan eri alueilla. Tehtävät mittasivat pääasiallisesti fakta- ja käsitetiedon muistamista. Suomeen liittyvät tehtävät olivat valintatehtäviä, joissa mitattiin pääasiassa käsitteiden ja ilmiöiden muistamista ja ymmärtämistä, mutta joukossa oli myös ilmiöiden selittämistä vaativia tehtäviä. Biologian ja maantiedon opetussuunnitelman perusteissa mainitun ympäristökurssin sisällöt oli yhdistetty arvioinnissa maantiedon osioon, joissa aiheina olivat jätteiden kierrätys, energian tuotanto, Itämeri ja rehevöityminen. 71

70 Maantiedon oppimistulosten arviointitehtävien asettamisessa oli otettu hyvin huomioon maantiedon opetukselle asetetut tavoitteet. Tehtävät kattoivat laajasti myös perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden keskeisiä sisältöalueita sekä mittasivat hyvin oppilaan ajattelutaitoja ja osaamista eri tiedon tasoilla (Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet 2004). Yleinen maantiedon osaamisen taso oli tyydyttävä (TAULUKKO 2). Maantiedon tehtävien ratkaisuosuus oli 61,5 %, mikä oli hieman korkeampi kuin kemiassa ja fysiikassa ja selvästi korkeampi kuin biologiassa (52,0 %). Ratkaisuosuus ilmaisee prosentteina, kuinka suuri osa maksimipisteistä saavutettiin. Maantiedon fakta- ja käsitetiedon tehtävissä ratkaisuosuus oli 59,9 % ja menetelmätiedon tehtävissä 59,3 %. Fakta- ja käsitetiedon tehtävien osa-alueista oppilaat ratkaisivat hyvin Suomeen ja Eurooppaan liittyvät tehtävät. Ilmiöitä osattiin selittää kohtalaisesti, sen sijaan aineistoa osattiin käyttää hyvin. Valintatehtävät osattiin paremmin (ratkaisuosuus 66 %) kuin tuottamistehtävät (ratkaisuosuus 58 %). Kukaan ei saanut maksimipisteitä tehtävissä, jotka liittyivät aineiston käyttöön ja yleismaantieteellisiin ilmiöihin ja käsitteisiin. 72

71 TAULUKKO 2. Maantiedon osaamisen keskeiset tulokset (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012) Ratkaisuprosentti (%) Hajonta Minimi/maksimi ratkaisuprosentti (%) Tehtävien osuus arvioinnista (%) Koko arviointi 61,5 15,22 1,2/96,4 Luonnontieteellinen osaaminen Fakta- ja käsitetieto 59,9 16,00 0/98,1 63,1* Paikannimistö 53,1 22,89 0/100,0 10,7 Yleismaantieteelliset ilmiöt ja käsitteet 59,8 16,72 0/97,2 42,9 Eurooppa 65,4 25,18 0/100,0 3,6 Suomi 69,5 22,27 0/100,0 6,0 Menetelmätieto 59,3 15,66 0/94,6 66,7* Aineiston käyttö 66,9 15,69 0/97,3 44,0 Ilmiöiden selittäminen 44,5 19,40 0/100,0 22,6 Tehtävätyypit Valintatehtävät 65,5 14,48 2,6/100,0 45,2 Tuottamistehtävät 58,1 17,55 0/100,0 54,8 * Fakta- ja käsitetiedossa ja menetelmätiedossa oli osittain samoja tehtäviä. Tuottamistehtäviin osattiin vastata huonommin kuin valintatehtäviin, jotka sisälsivät useita väittämiä, joista oppilaat valitsivat oikean vaihtoehdon tai yhdistelivät toisiinsa liittyviä tietoja. Tuottamistehtävissä oppilaan tuli tuottaa lyhyt kirjallinen vastaus annettuihin tehtäviin. Tyttöjen tulokset olivat maantiedossa merkitsevästi (p< 0,01) poikien tuloksia paremmat. Tytöt osasivat aineiston käyttöä koskevat tehtävät tilastollisesti erittäin merkitsevästi ja ilmiöiden selittämistä edellyttävät tehtävät merkitsevästi poikia paremmin. Suomenkielisten koulujen oppilaat osasivat vastata maantiedon tehtäviin tilastollisesti erittäin merkitsevästi paremmin kuin ruotsinkielisten koulujen oppilaat. 73

72 Oppilaiden ratkaisuosuudet maantiedossa jakaantuivat siten, että hyvin (66 80 %) ja kiitettävästi ( %) osaavia oppilaita oli enemmän kuin kohtalaisesti (36 50 %) ja välttävästi (21 35 %) osaavia oppilaita. Heikosti osaavia oppilaita (< 20 %) oli vähän (0,8 % otoksesta). Vajaa neljännes sai alle puolet maksimipisteistä (KUVIO 1) Osuus oppilaista (%) [0-20] ]20-35] ]35-50] ]50-65] ]65-80] ]80-100] Ratkaisuosuus (%) KUVIO 1. Maantiedon oppimistulosten jakauma Oppilaat osasivat parhaiten muistamista ja tunnistamista edellyttävät maantiedon tehtävät. Maantiedon ymmärtämistä ja soveltamista vaativat tehtävät osattiin tyydyttävästi. Oppilaat tarvitsivat soveltamisen taitoa 43 %:ssa maantiedon tehtävistä. Monilla oppilailla oli ongelmia sääilmiöön ja ilmastoon liittyvien käsitteiden hallinnassa. Tehtäväsarjassa kartan tulkintaa edellyttävä tehtävä oli esimerkki tuottamistehtävästä. Sen c-osion ratkaisuosuus oli 66 %. Selkeä arvioinnin tulos oli myös se, että oppilaiden selittämisen taidoissa on kehitettävää. 74

73 b) Tarkastele kartalla kuvatun alueen palvelutarjontaa. Mitä palveluja alueelta löytyy? koulu, autokorjaamo, kioski, puhdistamo ja ratsastuskenttä. (0 1 palvelua mainittu = 0 p 2 3 palvelua mainittu = 1 p 4 5 palvelua mainittu = 2 p) c) Alueelle on suunniteltu urheilukentän rakentamista. Kentän sijainniksi on ehdotettu karttaan merkittyjä paikkoja 1, 2 ja 3. Mikä ehdotetuista paikoista olisi paras kentälle? Perustele. Kentälle paras paikka olisi kartan nro 1, sillä se sijaitsee lähellä asutusta ja muita palveluja, ja sinne on hyvät kulkuyhteydet. Lisäksi kartan nro 1 sijaitsee tasaisella alueella. 1 piste siitä, että osaa valita oikean vaihtoehdon kentälle. 2 pistettä perusteluista siten, että kaksi seuraavista asioista on mainittu: kenttä sijaitsee lähellä asutusta (ja muita palveluja) kentälle on hyvät kulkuyhteydet kenttä sijaitsee tasaisella alueella. Osio b ja c yhteensä, maksimipisteet: 5 p. Esimerkki ymmärtämistä vaativasta tehtävästä oli yhden pisteen maantiedon monivalintatehtävä Maan asento. Tehtävän ratkaisi vain 51 % oppilaista. Kun Maan asento Aurinkoon nähden on sellainen kuin viereisessä kuvassa, on karkauspäivä. maaliskuu. syyskuu. kesäkuu. joulukuu. Luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnissa oli mukana muutama tehtävä myös aiemmasta vuoden 1998 kansallisesta arvioinnista, jotta osaamisen tasoa voitiin verrata. Tehtävät annettiin samassa muodossa kuin aiemmin. Maantiedon tehtävistä 5 % oli yhteisiä vuoden 1998 arvioinnin kanssa. Kaikkien yhteisten maantiedon tehtävien ratkaisuprosentti laski vuodesta 1998 (6 16 prosenttiyksikköä). Maan asentoon liittyvän tehtävän ratkaisuosuus oli laskenut 9 % edellisestä arvioinnista. Maantiedon tehtävissä tytöt menestyivät poikia paremmin kaikissa ajattelun tasoon luokitelluissa tehtävissä, mutta tilastollisesti merkitsevästi paremmin ymmärtämistä ja soveltamista vaativissa tehtävissä. 75

74 Työtapojen yhteys maantiedon osaamiseen Arvioinnissa tarkasteltiin myös opettajilta ja oppilailta saatujen taustatietojen yhteyksiä. Ilmeni, että oppilaat, jotka ilmoittivat tekevänsä kotitehtäviä, osasivat vastata paremmin maantiedon tehtäviin kuin ne, jotka eivät tehneet kotitehtäviä. Maantiedon oppitunneilla opetuksen lähestymistapa, jolla oli suurin yhteys osaamiseen, oli se, että oppilas saa tarpeellista tietoa maailman kehityksestä, rakenteesta ja toiminnasta. Kokeellisella työskentelyllä, tutkimisella ja siihen liittyvällä havaintojen tekemisellä, ilmiöiden syiden pohtimisella ja keskustelulla opettajan johdolla oli yhteys osaamiseen. Samansuuntaiset tulokset saatiin myös ympäristö- ja luonnontiedon oppimistulosten arvioinnissa vuonna 2006, jossa ilmeni, että mitä enemmän koulun käytössä oli ympäristö- ja luonnontietoon sopivaa oppimateriaalia ja laborointivälineitä, sitä parempia olivat koulun keskimääräiset tulokset (Salmio 2008). Tulokset osoittivat myös, että koulun maastotyöskentelyvälineiden määrän lisääntyessä myös koulun oppilaiden ratkaisuosuudet kasvoivat. Arviointituloksiin vedoten ympäristö- ja luonnontiedon opetuksessa ehdotettiinkin toteuttamaan enemmän laborointeja ja luokan ulkopuolista työskentelyä. Maantiedon oppitunneilla maailmankuvan muodostumiseen liittyvät kysymykset nousivat työtavoista tehdyn järjestysluettelon kärkeen (saan tarpeellista tietoa maailmasta; esitetään ilmiöille monia näkökulmia, tiedon soveltaminen oppilaan arkipäivään). Arvioinnin tulokset maantiedon osaamista koskien viittaavat siihen, että maantiedon opetuksessa on erityistä huomiota kiinnitettävä tulevaisuudessa työtapoihin. Varsinkin oppilaskeskeistä tutkivaa työskentelyä olisi lisättävä huomattavasti maantiedon opiskelussa. Tällöin oppilaalla on paremmat mahdollisuudet syventää ymmärtämystään tutkittavista maantieteellisistä kohteista ja ilmiöistä. Tutkivaa oppimista pidetään nykyisin yhtenä tehokkaimmista opiskelutavoista. Siinä oppilas ohjaa omaa oppimistaan asettamalla ja rajaamalla itse tutkittavan ongelman, rakentamalla asioista omia käsityksiään ja etsimällä uutta syventävää tietoa. Puhutaankin tutkivan oppimisen mallista, jossa tavoitteena on saada syvällinen ymmärrys opiskeltavasta asiasta. Tutkivassa oppimisessa oppilas toimii kuten asiantuntija etsiessään uutta tietoa. Tärkeää on tiedon laatu, ei niinkään tiedon määrä. Tieto ei saisi olla pinnallista, vaan tietoa on pystyttävä myös soveltamaan uusissa tilanteissa. (Hakkarainen, Lonka & Lipponen 1999; Mönter & Hof 2012; Otto & Schuler 2012.) Maantiedon opetuksen työtapojen kehittämistä ja työtapojen valinnan perusteita käsitellään tarkemmin tämän artikkelin seuraavassa pääkappaleessa. 76

75 Luonnontieteiden arvioinnin taustakyselyssä biologian ja maantiedon opettajat toivoivat lisää täydennyskoulutusta, joka liittyy kokeellisiin työtapoihin ja tietotekniikan monipuoliseen hyödyntämiseen. Opettajat toivoivat myös pienempiä ryhmäkokoja opetukseen, jotta kokeellisuutta voitaisiin toteuttaa paremmin. Noin kolmasosa biologian ja maantiedon opettajista piti opetussuunnitelman perusteiden sisältöjä laajoina, minkä he kokivat vaikeuttavan hyvien oppimistulosten saavuttamista. Huomattava osa biologian ja maantiedon opettajista ilmoitti hyödyntävänsä opetussuunnitelman perusteita työssään vain vähän. Biologian ja maantiedon opettajista noin puolet piti oppiaineiden käytössä olevaa tuntimäärää hyvien oppimistulosten saavuttamista haittaavana tekijänä. Opetussuunnitelman perusteisiin ehdotettiin integroivia sisältöalueita, jotka suunniteltaisiin yhdessä oppilaiden kanssa. Tällaisiksi nähtiin erityisesti ympäristöaiheet. Sekä oppilaat että opettajat antoivat tietoa kouluissa käytetyistä työ- ja toimintatavoista luonnontieteiden oppitunneilla. Työtavat jaettiin arvioinnissa yksilöllisiin ja vuorovaikutteisiin työtapoihin. Lähes kaikissa kouluissa yksilöllisiä työtapoja käytettiin enemmän kuin vuorovaikutteisia. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet 2004 kannustavat käyttämään monipuolisia työtapoja. Arvioinnin mukaan kokeellisia tutkimuksia biologian ja maantiedon opetuksessa tehtiin harvoin. Perusopetuksen maantiedon työtapojen ja oppimisympäristöjen kehittäminen Luonnontieteiden arvioinnissa selkeä tulos oli, että opetuksessa käytetyillä työtavoilla oli yhteys osaamisen tasoon. Sen vuoksi maantiedon opetuksessa on erityistä painoa lisättävä tulevaisuudessa pedagogiikan ja työtapojen kehittämiseen. Työtapojen kehittämiseen liittyy myös oppimisympäristöjen kehittäminen. Lähtökohtana on se, että laadukas maantiedon opetus on tavoitteellista toimintaa. Tutkiva oppiminen Tutkiva oppiminen sopii hyvin maantiedon kouluopetukseen. Tällöin oppilas on tutkija, joka etsii oppimisprosessissa ratkaisua ja selitysmallia jollekin aihealueelle tai ilmiökokonaisuudelle. Tärkeintä on, että oppilas ottaa itse asioista selvää, tarkastelee tietoa kriittisesti ja ratkaisee yhteisöllisesti ongelmia. Tutkivaan oppimiseen liittyy jaettu asiantuntijuus. Tutkimusongelmat asetetaan mieluiten pienissä ryhmissä yhdessä keskustellen, ja tiedon rakentamisprosessi on yhteisöllinen. Tiedon luomisprosessit ovatkin tulevaisuudessa entistä yhteisöllisempiä. Olennaista onkin silloin se, mitä tiedämme yhdessä toisten kanssa. (Hakkarainen ym ) 77

76 Tiedon yhteisöllisen jakamisen tukena voidaan käyttää verkkopohjaisia oppimisympäristöjä. Ne mahdollistavat oppilaiden välisen vuorovaikutuksen ja tukevat tiedon luomista, etsimistä, jakamista sekä esittämistä. Verkkotyöskentelyyn voivat osallistua myös muut koulun ulkopuoliset asiantuntijat. Oppilaat voidaan ohjata työskentelemään tieteellisen tutkimusryhmän tapaan. Kuviossa 2 esitetty prosessimalli tutkivan oppimisen osatekijöistä ja vaiheista konkretisoi tutkivan oppimisen toteuttamista. Mallin mukaan tietoja ei omaksuta valmiina opettajalta tai oppikirjasta, vaan oppimisyhteisön toiminnassa jäljitellään asiantuntijaorganisaatioille tyypillisiä tiedonrakentamisen käytäntöjä. KUVIO 2. Tutkivan oppimisen osatekijät (Hakkarainen, K., Lonka, K. & Lipponen, L Kuvan tekninen toteuttaja Asta Raami) Tutkivassa oppimisessa tiedon jäsentämisen ja ymmärtämisen tavoittelu etenee tieteellisen tutkimuksen tavoin. Tutkiva oppiminen tarkoittaa opetuksen organisoimista siten, että oppiminen tähtää ymmärtämiseen ja ilmiöiden selittämiseen (Aho, Havu-Nuutinen & Järvinen 2003). Tutkiva oppiminen edellyttää sellaista opetuksen uudistamista, jonka avulla voidaan tukea opiskelijoiden menestymistä tulevaisuuden työelämässä ja yhteiskunnassa. Tällöin tärkeitä ovat erityisesti yhteisöllisyys ja opiskelijoiden vuorovaikutustaitojen kehittäminen. Opiskelijoita ohjataan käyttämään toisiaan tiedonlähteinä, ajatusten testaajina ja ajattelumallien välittäjänä. Tutkivan oppimisen keskeisenä tavoitteena onkin jakaa tutkimusprosessi ja kaikki sen osavaiheet oppimisyhteisön jäsenten kesken. 78

77 Tutkiva oppiminen on todettu erityisen hyväksi opiskelumuodoksi luonnontieteissä, jossa opetuksen yhtenä tavoitteena on oppilaan luonnontieteellisen lukutaidon syventäminen. Tutkivalla oppimisella on todettu olevan myönteinen vaikutus oppilaan motivaation opiskella luonnontieteitä (Bolte, Holbrook & Rauch 2012). Ongelmalähtöinen oppiminen Eräs tutkivan oppimisen sovellus on niin kutsuttu ongelmalähtöinen oppiminen (problem based learning, PBL). Siinä perinteistä opettajajohtoista opetusta on muutettu enemmän oppilasta aktivoivaan suuntaan. Lähtökohtana on todellisen elämän ongelma, jota oppilaat lähtevät opettajan tukemana ratkomaan. Pohjimmiltaan ongelmalähtöinen oppiminen on tietoa ja ymmärrystä koskeva ajattelutapa, joka poikkeaa sisältökeskeisen oppimisen taustalla olevasta tavasta oppia asioita ja ilmiöitä (Yli-Panula 2005). Opettajan tehtävänä on toimia ennen kaikkea tutorina, oppimisen ohjaajana ja tukijana sekä työskentelyn laadunvarmistajana. Tiedonhankinta tapahtuu itsenäisesti ja luennointia käytetään mahdollisimman vähän. Oppilailla on aktiivinen rooli omassa oppimisessaan. Projektit Myös projektityyppinen opiskelu mahdollistaa yhteistoiminnallisen ja innovatiivisen oppimisen ja kasvun asiantuntijuuden vaatimien taitojen kehittymiseen. Projektityyppisen opiskelun käytänteitä voitaisiinkin tulevaisuudessa kehittää osana maantiedon perusopetusta. Maastotyöskentely Maastotyöskentely tuo maantiedon opetukseen elämyksellisyyttä ja herättää oppilaissa kiinnostusta tutkittavia asioita kohtaan. Sen vuoksi kenttätyöskentelyn merkitystä korostetaan maantieteen kouluopetuksen kehittämistä koskevassa kansainvälisessä kirjallisuudessa (Haversath 2012; Lambert & Balderstone 2000). Joensuun yliopiston soveltavan kasvatustieteen laitoksella on kehitetty malli, jossa yhteistoiminnallisessa maasto-opetuksessa etsitään ratkaisuja tutkimuskysymyksiin ja rakennetaan yksilöllisesti ja yhteisöllisesti näkemystä luonnosta (Pulkkinen & Kärkkäinen 2005). Mallissa korostuu se, että yhteisyyden syntyminen koulussa samoin kuin luonnossa edellyttää kiireetöntä aikaa, havainnointia, tutkimista, ihmettelyä ja arvostamista. Maasto-opetuksen merkitys nähdään tärkeänä oppilaan kokonaisvaltaisen kasvun ja kehittymisen näkökulmasta. Vaikka malli on kehitetty erityisesti biologian opetusta varten, se johdattaa yhtä lailla pohtimaan myös sitä, millaiset ovat ne maantiedossa opetettavat tiedot, taidot, arvot, asenteet, tunteet ja moraali, jotka vaikuttavat oppilaan ajatteluun, toimintaan ja käyttäytymiseen, ja millaisia ovat aitoa oppimista tuottavat oppimisympäristöt, jotka rakentavat kokemuksellista suhdetta 79

78 luontoon ja innostavat luonnon tuntemiseen ja luovuuden kehittämiseen. Kehitetty malli lähtee siitä, että aito yhteistoiminnallinen oppiminen edellyttää myös opettajilta yhteisölähtöistä toimintaa: yhteistä suunnittelua, kokemusten jakamista, ongelmanratkaisua, tukea ja yhteisymmärryksen löytämistä monimutkaisista opetus- ja oppimiskysymyksistä. Tärkeinä lähtökohtina nähdään tällöin 1) oppilaiden oppimisen tukeminen, 2) yhteistyö sekä oppiaineiden integrointi, 3) tavoitteiden ja saavutettujen tulosten arviointi ja 4) sitoutuminen. 80 Tieto- ja viestintäteknologian hyödyntäminen Viestintä- ja informaatioteknologian kehittyminen on avannut uudenlaisia mahdollisuuksia maantiedon kouluopetuksen kehittämiselle. Maantieteellisen tiedon hankkimisen tavat ovat muuttuneet huomattavasti. Informaatiotulva on yleisemminkin muuttanut suhdettamme tietoon. Informaatio on useinkin epämääräistä ja hahmotonta, minkä vuoksi sitä ei voi hyödyntää sellaisenaan. Informaatiota täytyy osata etsiä, tulkita, muokata ja esittää, jotta sitä voidaan hyödyntää. Tietoyhteiskunnassa korostuu metakognitiivisten tietojen ja taitojen merkitys. Tärkeää on osata etsiä tietoa, analysoida tietoa kriittisesti ja reflektoida tietoa aiempaan käsitysmaailmaan. Tulevaisuuteen liittyy yhä laajeneva tieto- ja viestintätekniikan käyttö ja kiihtyvä informaatiovirta. Tietoyhteiskunnassa informaatioon ja tiedon käsittelyyn liittyvät tehtävät ovat keskeisiä. Oppilaita voidaan ohjata tulevaisuuden tietotyöhön kehittämällä heidän valmiuksiaan tiedonrakenteluun (knowledge building). Yhteisöllinen tiedon rakentaminen on keskeinen lähtökohta myös tutkivassa oppimisessa. Tietoyhteiskuntakäsitteen rinnalla esiintyy nykyään julkisessa keskustelussa osaamisyhteiskunnan käsite. Osaamisyhteiskunnassa vaaditaan luovuutta, innovatiivisuutta, muutosvalmiutta sekä joustavuutta. Oppiminen on osaamisyhteiskunnan ytimessä. Maantiedon opetuksessa opetusteknologian ja tietoverkkojen kehittyminen tarjoavat entistä monipuolisempia mahdollisuuksia tiedon eri muotojen integroimiseen ja monimutkaisten ongelmanratkaisuprosessien hallitsemiseen (Houtsonen 2003). Tiedon ja oppimisen luonne on muuttunut tietoteknologian kehityksen myötä, mikä on vauhdittanut siirtymistä maantiedon opettamisesta maantiedon oppimiseen. Oppiminen on myös ajasta ja paikasta riippumatonta, ja opetuksessa voidaan huomioida oppilaiden erilaisia oppimistyylejä, yksilöllistä edistymistä ja vuorovaikutteisuutta. Maantiedon opetuksessa tieto- ja viestintätekniikkaan perustuvat ympäristöt tarjoavat oppilaille mahdollisuuden työskennellä autenttisten, aitojen oppimistehtävien parissa, mikä lisää oppilaiden kiinnostusta opiskelemaansa asiaa kohtaan. Virtuaalisten oppimisympäristöjen avulla maantieteen teoreettinen tieto voidaan havainnollistaa ja konkretisoida oppilasta kiinnostavalla tavalla.

79 Paikkatieto-opetus Paikkatieto-opetus on tärkeä osa tulevaisuuden maantiedon opetusta. Keskeisin peruste sille on paikkatiedon käytön yleistyminen. Aiemmin lähinnä ammattilaisten käyttämästä työkalusta on muodostunut muutamassa vuodessa tavallisten kansalaisten vapaa-ajallaan hyödyntämä apuväline. Paikantavat matkapuhelimet, GPSvastaanottimet, opastavat autonavigaattorit sekä näiden päälle rakentuneet yksilölliset ja yhteisölliset palvelut ovat tuoneet paikkatiedon sovellukset monien kansalaisten arkeen. Myös Internetin laajentunut käyttö on lisännyt paikkatiedon hyödyntämistä. Erilaista sijainti- ja paikkatietoa jaetaan tietoisesti sosiaalisen median kautta. Vähitellen vapautuvat kansalliset paikkatietovarannot on hyvä saada kansalaisten käyttöön ja päätöksenteon tueksi. Tämä edellyttää kansalaisilta erityisosaamista ja kykyä tarkastella kriittisesti erilaisia tietolähteitä. Ymmärrys paikkatiedosta ja sen soveltaminen ovat muuttuneet kansalaistaidoksi, jonka perustiedot on hankittava jo koulussa. Tarve kansalaisten paikkatietovalmiuksien kehittämiseen on nostettu esiin myös Suomen uudistetussa Kansallisessa paikkatietostrategiassa : Kartta- ja paikkatietopalvelujen hyödyntäminen on osa uuslukutaitoa, johon tulee antaa valmiuksia kaikilla koulutuksen tasoilla. Opettajien paikkatietoosaamista on lisättävä ja paikkatiedon verkko-opetusta kehitettävä tukemalla karttakäyttöliittymien hyödyntämistä. Paikkatietoaineistot on avattava opetuksen käyttöön. Paikkatietoalan osaajien täydennyskoulutuksessa on paneuduttava paikkatietoinfrastruktuurin tarjoamien laajojen mahdollisuuksien ymmärtämiseen. Paikkatietotaitojen opetusta ja paikkatietojärjestelmien käyttöönottoa kouluissa on tutkittu sekä Suomessa että kansainvälisesti (Kankaanrinta 2009; Johansson 2006; Kersky 2003). Paikkatiedon käytön on nähty tukevan maantiedon ja maantieteen opetusta ja oppimista sekä kehittävän maantieteellistä ymmärrystä ja toisaalta valmentavan oppilaita tulevaisuuden työelämään, jossa paikkatietotaitajien tarve kasvaa nopeasti (Ratinen & Keinonen 2011; Jekel, Koller & Donert 2009; Mitchell 2009; Houtsonen 2006; van der Schee 2006; Green 2001). Opetushallituksen rahoittamassa PaikkaOppi-hankkeessa on toteutettu paikkatieto-opetuksen haasteisiin vastaava verkkopalvelu. Oppimisympäristön ensisijaisena tavoitteena ei ollut paikkatiedon tekniikan opettaminen, vaan paikkatiedon arvon, sovellettavuuden ja helppokäyttöisyyden havainnollistaminen mahdollisimman selkeässä ja opiskelijaa tukevassa oppimisympäristössä. Palvelussa opetuksen painopiste noudattaa oppimista paikkatiedon avulla, ei niinkään paikkatiedosta tai paikkatietotekniikoista oppimista. 81

80 Mikäli koulussa on käytettävissä oman lähiseudun alueelta paikkatietoaineistoja, oppilaat voivat käytännön esimerkein ja omien analyysien kautta tutustua esimerkiksi aluesuunnitteluun, kaavoitukseen sekä ympäristövaikutusten arviointiprosesseihin. Itse kokeilemalla yleensä vaikeasti hahmotettavat suunnitteluprosessit tulevat tutuiksi. Yhtäaikainen tutustuminen esim. aineistoja tuottaviin ja käyttäviin virastoihin voi lisätä yhteiskunnallista ja kiinnostusta ja aktiivisuutta myöhemmin. Tieto- ja viestintätekniikan sekä verkostoituneiden toimintamallien välityksellä voidaan murtaa koulun ja ympäröivän yhteiskunnan välisiä raja-aitoja. Tieto- ja viestintätekniikan avulla luodaan käytäntöjä, joiden välityksellä opettajat ja oppilaat voivat olla suoraan yhteistoiminnassa jonkin alan asiantuntijoiden kanssa. Tällainen projekti on esimerkiksi koulujen kansainvälinen GLOBE-ohjelma. Suurena haasteena maantiedon ja maantieteen opetuksen kehittämiselle ja myös maantieteen opetuksen tutkimukselle on paikkatieto-opetuksen pedagogiikan kehittäminen kohti oppilaiden omatoimista tutkivaa oppimista. Vaikka tieto- ja viestintätekniikka antaa entistä paremmat mahdollisuudet kehittää maantiedon opetusta, ei tietotekniikka kuitenkaan itsestään johda parempiin oppimistuloksiin, vaan tulokset riippuvat siitä, millaisiin älyllisiin ja sosiaalisiin prosesseihin oppilaat tietotekniikkaa hyväksi käyttäen osallistuvat. Maantiedon opetuksen työtapojen valinnan perusteiden hahmottelua Opetushallitus on muuttanut ja täydentänyt vuonna 2011 Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden työtapoja koskevan luvun (Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden muutokset ja täydennykset 2010; julkaistu 2011). Opetuksen järjestäjiltä muutos on edellyttänyt opetussuunnitelman muuttamista siten, että opetussuunnitelma on otettu käyttöön viimeistään Uuden määräyksen pohjalta voidaan lähteä hahmottelemaan seuraavassa esitettyjä maantieteen opetuksen työtapojen valinnan perusteita. 82

81 Maantiedon opetuksessa työtapojen valinnan perusteita voisivat olla, että ne virittävät halun oppia maantietoa ottavat huomioon oppimisen prosessuaalisen ja tavoitteellisen luonteen ottavat huomioon maantiedon opetuksen tavoitteet aktivoivat oppilasta työskentelemään tavoitteellisesti edistävät jäsentyneen maantieteellisen tietorakenteen muodostumista sekä maantieteellisten taitojen oppimista ja niissä harjaantumista kehittävät maantieteellisen tiedon hankkimisen, analysoimisen, soveltamisen ja arvioimisen taitoja tukevat oppilaiden keskinäisessä vuorovaikutuksessa tapahtuvaa oppimista edistävät sosiaalista joustavuutta, kykyä toimia rakentavassa yhteistyössä sekä vastuun kantamista toisista kehittävät valmiuksia ottaa vastuuta omasta oppimisesta, arvioida sitä sekä hankkia palautetta oman toiminnan reflektointia varten auttavat oppilasta tiedostamaan omaa oppimistaan sekä mahdollisuuksiaan vaikuttaa siihen. kehittävät oppilaan oppimisstrategioita ja taitoja soveltaa niitä uusissa tilanteissa. Maantiedon opetuksessa käytetään oppilaiden edellytykset huomioon ottavia, eri ikäkausiin sekä erilaisiin oppimistehtäviin ja -tilanteisiin soveltuvia työtapoja. Niiden avulla tuetaan ja ohjataan koko opetusryhmän ja yksittäisen oppilaan oppimista. Maantiedon opettaja suunnittelee työtavat vuorovaikutuksessa oppilaiden kanssa. 83

82 Maantiedon opetuksessa työtapojen valinnalla luodaan sellaisia vuorovaikutteisen oppimisen sekä yhdessä ja yksin työskentelyn tilanteita, joissa oppilaat voivat kehittää oppimisen ja oman tulevaisuutensa kannalta tärkeitä taitoja. Näitä ovat mm. ajattelun ja ongelmanratkaisun, työskentelyn ja vuorovaikutuksen, itsetuntemuksen ja vastuullisuuden, osallistumisen ja vaikuttamisen sekä ilmaisun taidot. Maantiedon opetuksessa työskentelyn tulee edistää monipuolisesti tieto- ja viestintätekniikan sekä verkossa toimimisen taitoja. Työtapojen tulee antaa mahdollisuuksia myös eri ikäkausille ominaiseen luovaan toimintaan ja elämyksiin. Maantiedon opetuksessa eriyttäminen on ensisijainen keino ottaa huomioon opetusryhmän tarpeet ja oppilaiden erilaisuus. Huomiota kiinnitetään eri oppilaille ominaisiin oppimistapoihin ja työskentelyn rytmiin, erilaisiin valmiuksiin ja kiinnostuksen kohteisiin sekä itsetuntoon ja motivaatioon kytkeytyviin emotionaalisiin tarpeisiin. Tyttöjen ja poikien väliset sekä oppilaiden yksilölliset kehityserot ja taustat otetaan huomioon. Eriyttämisellä vaikutetaan oppimismotivaation. Maantiedon opetusta eriyttämällä oppilaille voidaan tuottaa sopivia haasteita ja onnistumisen kokemuksia sekä tarjota mahdollisuuksia kehittyä ja oppia omien vahvuuksien mukaisesti. Tällöin on tärkeää hyödyntää samassa opetusryhmässä olevien oppilaiden erilaista osaamista ja harrastuneisuutta. Eriyttäminen edellyttää maantieteen opettajalta kasvun ja oppimisen prosessien tuntemista, opetusryhmän toiminnan ja ilmapiirin sekä oppilaiden kehittymisen seurantaa ja oppimisen arviointia. Maantiedon opettajien keskinäinen yhteistyö sekä yhteistyö huoltajien, muun henkilöstön ja eri asiantuntijoiden kanssa tukee eriyttämistä. Eriyttämisen kolme keskeistä ulottuvuutta liittyvät maantiedon opiskelun laajuuden, syvyyden ja etenemisnopeuden vaihteluun. Eriyttäminen voi kohdistua muun muassa maantiedon opetuksen sisältöihin, käytettäviin opetusmateriaaleihin ja -menetelmiin, työtapoihin sekä koulu- ja kotitehtävien määrään ja käytettävissä olevaan aikaan. Maantiedon opetuksessa oppimisympäristöä ja työtapoja voidaan muokata esimerkiksi luomalla tilaisuuksia oppilaiden osallistumiseen, tarjoamalla valinnanmahdollisuuksia, säätelemällä tilankäyttöä, ryhmittelemällä oppilaita joustavasti ja hyödyntämällä koulun ulkopuolella tapahtuvia oppimistilanteita. Oppilasta ohjataan oppimaan itselleen parhaiten soveltuvalla tavalla. Opetuksessa otetaan huomioon oppilaiden kiinnostuksen kohteet kytkemällä opittavat tiedot ja taidot oppilaille merkityksellisiin kokemuksiin ja toimintamuotoihin. Oppilaat voivat tarvita erilaisia mahdollisuuksia osaamisensa ja edistymisensä näyttämiseen ja hyötyvät aina yksilöllisestä palautteesta. 84

83 Arvioinnin kehittäminen perusopetuksen maantiedossa Oppilaan arvioinnin kansallisessa kehittämistyössä Opetushallitus on korostanut kannustavan ja monipuolisen arvioinnin merkitystä. Myös koulutasolla maantiedon opetukselle opetussuunnitelmassa asetettuja tavoitteita voidaan pitää oppimisen arvioinnin keskeisenä perustana. Oppilaan arviointi jaetaan arviointiin opintojen aikana ja päättöarviointiin, joilla on erilaiset tehtävät. Opintojen aikaisen maantiedon arvioinnin tehtävänä on ohjata ja kannustaa oppilasta maantiedon opiskelussa sekä kuvata, miten hyvin oppilas on saavuttanut maantiedon oppimiselle asetetut tavoitteet. Opintojen aikainen maantiedon arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön. Oppilaan edistymistä ja työskentelyä arvioidaan suhteessa opetussuunnitelman tavoitteisiin ja kuvauksiin oppilaan hyvästä osaamisesta. Arvioinnissa otetaan huomioon sen merkitys maantiedon oppimisprosessissa. Arvioinnin avulla opettaja ohjaa oppilasta tiedostamaan omaa ajatteluaan ja toimintaansa sekä auttaa oppilasta ymmärtämään oppimistaan. Oppilaan arviointi muodostaa kokonaisuuden, jossa on tärkeää opettajan antama jatkuva palaute. Maantiedon päättöarvioinnin tehtävänä on määritellä, miten hyvin oppilas on opiskelun päättyessä saavuttanut perusopetuksen maantiedon oppimäärän tavoitteet. Myös päättöarviointi tulee perustua monipuoliseen näyttöön. Päättöarvioinnissa myös työskentelyn arviointi sisältyy maantiedon arvosanaan. Oppilaan monipuoliseen arviointiin liittyy myös se, että opettaja arvioi monipuolisesti myös oppilaan maantieteellistä ajattelutaitoa. Hyvä lähtökohta maantieteellisten ajattelutaitojen arvioinnille on tämän julkaisun artikkelissa Mielekäs luonnontieteiden opetus: Miten tukea oppilaiden ajattelua ja ymmärtämistä esitetty luonnontieteellisten ajattelutaitojen luokittelu (Aksela, Tikkanen, Kärnä). Siinä ajattelutaidot on jaoteltu kuuteen luokkaan: 1. Muistaa 2. Ymmärtää 3. Soveltaa 4. Analysoida 5. Arvioida 6. Luoda Luokittelussa kolme alinta luokkaa (muistaa, ymmärtää, soveltaa) kuvaavat alemman tason ajattelutaitoja ja ylimmät luokat (analysoida, arvioida, luoda) kuvaavat korkeamman tason ajattelutaitoja. 85

84 Kohti uusia maantiedon opetussuunnitelman perusteita Opetushallitus on käynnistänyt kesällä 2012 opetussuunnitelman perusteiden uudistamistyön valtioneuvoston annettua asetuksen perusopetuslaissa tarkoitetun opetuksen tavoitteista ja perusopetuksen tuntijaosta (Valtioneuvoston asetus 422/2012). Asetuksessa määritellään perusopetuksen tavoitteet. Asetus sisältää myös perusopetuksen tuntijaon. Valtioneuvoston asetuksessa säädetään, että Opetushallituksen tulee hyväksyä opetussuunnitelman perusteet niin, että asetuksen mukaiset paikalliset opetussuunnitelmat otetaan käyttöön viimeistään (KUVIO 3). Opetus- ja kulttuuriministeriön laatimassa Koulutuksen ja tutkimuksen kehittämissuunnitelmassa vuosille edellytetään, että opetussuunnitelman perusteet valmistuvat vuoden 2014 loppuun mennessä Esi, perus ja lisäopetuksen opetussuunnitelman perusteet Paikallinen opetussuunnitelma Varhaiskasvatussuunnitelma Lukion opetussuunnitelman perusteet Paikallinen opetussuunnitelma Aikuisten perusopetuksen perusteet ja aikuisten lukiokoulutuksen perusteet Paikalliset opetussuunnitelmat Taiteen perusopetuksen perusteet Paikallinen opetussuunnitelma KUVIO 3. Yleissivistävän koulutuksen opetussuunnitelman perusteiden uudistamisprosessi 86

85 Opetushallitus laatii opetussuunnitelman perusteet laajassa sidosryhmäyhteistyössä ja vuorovaikutuksessa opetuksen järjestäjien kanssa. Opetushallitus julkaisee verkkosivuillaan ( tietoa perusteiden laadintaprosessin etenemisestä sekä tukiaineistoa paikalliseen opetussuunnitelmatyöhön valmistautumiseen ja työn toteuttamiseen. Tietoa löytyy oph.fi-osoitteen etusivulta OPS tunnuksen alta. Valmistelutyöhön ja siihen liittyvään palautteenantoon halutaan saada mukaan kaikki opetuksen järjestäjät. Sen lisäksi palautetta perusteiden luonnoksista voivat antaa opettajat ja kaikki muut perusteiden kehittämistyöstä kiinnostuneet tahot. Perusopetuksen maantiedon opetussuunnitelman perusteiden uudistamistyö käynnistyy vuoden 2013 alkupuolella. Ainekohtainen opetussuunnitelman perusteiden uudistamistyö aloitetaan alkuvuodesta Tässä artikkelissa hahmotellaan lopuksi niitä maantieteen opetuksen kulmakiviä, joihin on syytä luonnontieteiden arviointitulosten pohjalta kiinnittää opetussuunnitelman perustetyössä erityistä huomiota, ja toisaalta niitä näkökohtia, joita tulevaisuuden osaaminen edellyttää maantiedon opetukselta. Maantieteellisen osaamisen kehittäminen Lähtökohtana maantieteellisen ajattelun kehittämisessä voidaan pitää tässä julkaisussa esille tuotua luonnontieteellisen ajattelun luokittelutasoja (Aksela, Tikkanen, Kärnä). On tärkeää, että maantiedon työtapojen ja oppimistulosten arvioinnin suunnittelussa otetaan huomioon myös ylimmät ajattelutaitojen tasot (analysoida, arvioida ja luoda). Maantieteellisen ajattelutaidon kehittymistä voidaan tarkastella myös alkuperäisen Bloomin esittämän taksonomian pohjalta: 1. tietäminen, 2. ymmärtäminen, 3. soveltaminen. 4. analysoiminen, 5. syntetisoiminen, 6. arviointi (KUVIO 4). Varsinkin syntetisointitaito on jo maantieteen tiedonalan synteettisen luonteen vuoksi tärkeä. 6. Arviointi 5. Syntetisoiminen 4. Analysoiminen 3. Soveltaminen 2. Ymmärtäminen 1. Tietäminen KUVIO 4. Bloomin taksonomian kognitiivisen alueen hierarkkiset tasot 87

86 Kognitiivisen alueen lisäksi on tärkeää, että maantiedon opetus kehittää myös oppilaan affektiivista aluetta, johon liittyvät asenteet ja arvot, sekä psykomotoorista aluetta, esimerkiksi oppilaan taitoa työskennellä maastossa. Maantiedon opetussuunnitelman perusteita uudistettaessa on pohdittava myös sitä, miten tuetaan oppilaan tahtoa ja halua toimia vastuullisesti (Educational standards in geography for the intermediate school certificate with sample assignments 2012; Tilbury 1997). Esimerkiksi kestävä elämäntapa on valintoja, vastuuta ja toimintaa (Houtsonen & Jääskeläinen 2011). Maantiedon opetuksen tulee edistää oppilaiden aktiivista kansalaisuutta ja vieraiden kulttuurien arvostamista sekä vahvistaa myös oppilaiden medialukutaitoa (Houtsonen 2002). Maantiedon opetuksen tiedollisten sisältöjen kehittämistarvetta voidaan lähteä pohtimaan oheisen Hemmerin (2012) esittämän kaavion pohjalta. (KUVIO 5). Ihmisen ja ympäristön välinen vuorovaikutus KUVIO 5. Maantiedon opetuksen rakentuminen keskeisten alueellisuuteen ja tilaan liittyvien käsitteiden kautta. Kuva on laadittu Hemmerin (2012) esittämän kaavion pohjalta 88

87 Tarkasteltaessa nykyisin käytössä olevia perusopetuksen maantiedon sisältöjä kaavion pohjalta voidaan todeta, että keskeiset kaaviossa esille nostetut maantiedon opetuksen sisällölliset peruselementit on otettu vuoden 2004 opetussuunnitelman perustetyössä Suomessa huomioon. Silti on syytä pohtia sitä, miten alueellisuutta ja tilallisuutta korostava rakenne on siirtynyt koulujen opetuskäytäntöihin. Luonnontieteiden arviointitulokset toivat esille, että oppilailla oli vaikeuksia Suomen keskeisen paikannimistön hallinnassa. Vastaavasti ylioppilastutkintotuloksissa näkyy, että osalla lukiolaisista on heikohko globaalin maailman hahmottamiskyky. Globalisoituvassa maailmassa on kuitenkin tärkeää, että maantiedon opetus peruskoulussa ja maantieteen opetus lukiotasolla antaa oppilaille ja opiskelijoille jäsentyneen alueellisen kehikon, johon uutiset maailman tapahtumista voidaan sijoittaa. Globaalikasvatusnäkökulman sisällyttämistä sekä opettajankoulutukseen että kouluopetukseen on viime aikoina korostettu myös kansainvälisellä tasolla (Jääskeläinen, Kaivola, O Loughlin & Wegimont 2011; Kirkwood-Tucker 2009). Maantiedon opetuksella on erityinen vastuu oppilaiden maantieteellisen maailmankuvan hahmottamisessa. Siinä keskeisiä käsitteitä ovat paikka, tila ja mittakaava (Lambert 2009). Paikka Paikka-käsitteeseen liittyen maantiedon opetuksen keskeisiä käsitteitä ovat paikkojen ainutlaatuisuus, ilmentyminen ja näyttäytyminen (representaatio), dynaamisuus ja paikkojen maantieteelliset mielikuvat. Ainutlaatuisuus. Paikat ovat ainutlaatuisia samanlaisuuksineen ja erilaisuuksineen. Ilmentyminen ja näyttäytyminen. Paikkoja voidaan kuvata eri tavoin eri tarkoituksia varten. Dynaamisuus. Paikat ovat muuttuvia. Maantieteelliset mielikuvat. Ihmisillä on erilaisia mielikuvia paikoista. Tila Tila-käsitteeseen liittyen maantiedon opetuksen keskeisiä käsitteitä ovat sijainti, vuorovaikutus ja riippuvuus, virrat sekä mallit, rakenteet ja verkostot. Sijainti. Useimmat ilmiöt sijaitsevat tilassa. On selvitetty, että 80 % informaatiosta voidaan sijoittaa alueellisesti eli sijoittaa kartalle (Lambert 2009). Tämä korostaa spatiaalisen lukutaidon merkitystä. 89

88 Vuorovaikutus ja riippuvuus. Maantiedon opetuksen keskeisiin periaatteisiin on aina kuulunut vuorovaikutussuhteiden analysoiminen ja alueellisten riippuvuuksien etsiminen. Tämä on nykyisin entistä helpompaa paikkatietojärjestelmiä (geographic information systems, GIS) hyödyntämällä. Spatiaalisen tietoisuuden keskeisiin piirteisiin kuuluu kyky tunnistaa, tulkita ja ymmärtää alueellisia rakenteita, levinneisyyttä ja vuorovaikutussuhteita. Virrat. Virroilla tarkoitetaan erilaista liikettä tilassa, kuten liikennevirtoja. Virrat toimivat usein linkkeinä sijaintipaikkojen välillä ja vaikuttavat verkkojen ja verkostojen muodostumiseen. Mallit, rakenteet ja verkostot. Näihin kuuluvat esimerkiksi malli keskusetäisyyden vaikutuksesta vuorovaikutusvirtoihin, levinneisyysmallit ja erilaiset verkostot, kuten liikenneverkot. Mittakaava Mittakaava-käsitteeseen liittyen maantiedon opetuksen keskeisiä käsitteitä ovat henkilökohtainen taso, paikallinen taso, alueellinen taso, kansallinen taso ja globaali taso. Henkilökohtainen taso. Henkilökohtainen taso liittyy henkilökohtaiseen tilaan ja siihen, miten maailmaa koetaan. Paikallinen taso. Paikallinen taso liittyy ihmisten elinympäristöihin sekä siihen, miten ihmiset elävät, tekevät työtä, asioivat ja harrastavat. Alueellinen taso. Alueellinen taso voidaan ymmärtää laajasti. Maantieteilijät tutkivat alueita. Alueilla on usein identiteetti. Alueet voivat olla myös hallinnollisia yksiköitä. Alueet voivat liittyä maisema-alueisiin. Alueita voidaan luokitella, kuvailla ja analysoida. Kansallinen taso. Ihmiset elävät valtioissa, joilla on rajat. Valtioiden rajat voivat muuttua. Globaali taso. Monia maantieteellisiä kysymyksiä voidaan tarkastella maailmanlaajuisella tasolla. Tällaisia ovat esimerkiksi ympäristökysymykset sekä taloudelliset ja poliittiset kysymykset. Maantiedon opetuksen kehittämistyössä on korostettu maantiedon mahdollisuuksia avata oppilaille maailma todenmukaisena, mutta silti subjektiivisesti koettuna kokonaisuutena (Cantell, Rikkinen & Tani 2007). On tärkeää, että maantiedon oppiminen liitetään myös oppilaan henkilökohtaiseen ympäristöön ja oppilaan arkikokemuksiin. 90

89 Lopuksi Maantiedon kouluopetusta kehitettäessä on tärkeää ottaa huomioon, että opetus on suunniteltu niin, että se lisää oppilaiden kiinnostusta tutkia maailman erilaisia paikkoja ja alueita. Oppilaiden tulee saada ymmärrys monimutkaisesti toimivasta ja koko ajan muuttuvasta maailmasta. Maantiedon opetuksen tulee antaa oppilaille alueellinen kehikko maailmasta, ymmärrys siitä, miten paikat ja alueet ovat muotoutuneet, miten ihminen on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa sekä miten talous, yhteiskunta ja ympäristö ovat toisiinsa yhteydessä. Maantieteen opetus innostaa oppilasta havainnoimaan ja tutkimaan maailman erilaisia paikkoja omasta kokemismaailmastaan aina globaalille tasolle saakka. Oppilaan itse tekemä tutkiminen kehittää spatiaalista ja kriittistä ajattelua, kykyä asettaa mielekkäitä maantieteellisiä kysymyksiä sekä halua seurata maailman tapahtumia. Tutkivaan oppimiseen pohjautuva kenttätyöskentely on osa mielekästä maantiedon opetusta. Maantiedon opetuksessa oppilaat oppivat tutkimaan ja tulkitsemaan karttoja, hyödyntämään paikkatietoa (GIS) sekä analysoimaan ja esittämään asioita visuaalisesti. Maantiedon opetus auttaa oppilaasta kehittymään aktiiviseksi maailmankansalaiseksi, joka tunnistaa oman asemansa ja paikkansa maailmassa, omat arvonsa sekä tiedostaa vastuunsa muista ihmisistä, ympäristöstä ja koko planeetan kestävästä tulevaisuudesta. 91

90 92 Lähteet Aho, L., Havu-Nuutinen, S. & Järvinen, H Opetus, opiskelu ja oppiminen ympäristö- ja luonnontiedossa. Helsinki: WSOY. Bolte, C., Holbrook, J. & Rauch, F. (toim.) Inquiry-based science education in Europe: Reflections from PROFILES Project. Book of invited presenters of the 1 st International PROFILES Conference 24 th -26 th September Berlin: Freie Univärsität Berlin. Cantell, H., Rikkinen, H. & Tani, S Maailma minussa minä maailmassa. Maantieteen opettajan käsikirja. Helsingin yliopisto. Soveltavan kasvatustieteen laitos. Studia Paedagogica 33. Educational standards in geography for the intermediate school certificate with sample assignments Bonn: German Geographical Society. Green, D.R GIS in school education. Teoksessa Green, D.R (toim.) GIS: A sourcebook for schools. London: Taylor & Francis, Hakkarainen, K., Lonka, K. & Lipponen, L Tutkiva oppiminen Älykään toiminnan rajat ja niiden ylittäminen. Helsinki: WSOY. Haversath, J.-B. (toim.) Geographiedidaktik. Braunschweig: Westermann. Houtsonen, L Editorial: Geographical education for environmental and cultural diversity. International Research in Geographical and Environmental Education 11(3), Houtsonen, L Maximising the use of communication technologies in geographical education. Teoksessa R. Gerber (toim.) International handbook on geographical education. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, Houtsonen, L GIS in school curriculum: Pedagogical viewpoints. Teoksessa T. Johansson (toim.) Geographical Information Systems Applications for Schools GISAS. Helsingin yliopiston maantieteen laitoksen julkaisuja A 141, Houtsonen, L. & Jääskeläinen, L Koulu kohtaa maailman. Mitä osaamista maailman kansalainen tarvitsee? Oppaat ja käsikirjat 2011: 16. Helsinki: Opetushallitus. Jekel, T., Koller, A. & Donert, K. (toim.) Learning with geoinformation IV- Lernen mit Geoinformation IV. Heidelberg: Wichmann. Johansson, T Gisas project in a nutshell. Teoksessa Johansson T. (toim.) Geographical information systems applications for schools. Helsingin yliopiston maantieteen laitoksen julkaisuja A 141, Jääskeläinen, L., Kaivola T., O Loughlin, E. & Wegimont, L. (toim.) Becoming a global citizen. Proceedings of the international symposium on competencies of global citizens. Finnish National Board of Education & GENE (Global Education Network Europe). Kankaanrinta, I.-K Virtuaalimaailmoja valtaamassa verkko-opetusinnovaation leviäminen koulun maantieteeseen vuosituhannen vaihteessa. Helsingin yliopisto. Käyttäytymistieteellinen tiedekunta. Soveltavan kasvatustieteen laitos. Tutkimuksia 296.

91 Kansallinen paikkatietostrategia Maa- ja metsätalousministeriö. MMM:n julkaisuja 10/2004. Kirkwood-Tucker, T.F Visions in global education. The globalization of curriculum and pedagogy in teacher education and schools. Perspectives from Canada, Russia, and the United States. Complicated conversation: a book series of curriculum studies 29. New York: Peter Lang. Kärnä, P., Hakonen, R. & Kuusela, J Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuksen 9. luokalla Koulutuksen seurantaraportit 2012: 2. Helsinki: Opetushallitus. Lambert, D What is living geography? Teoksessa D. Mitchell (toim.) Living geography. London: Chris Kington Publishing, 1 7. Lambert, D. & Balderstone, D Learning to teach geography in the secondary school. A companion to school experience. London: RoutledgeFalmer. Mitchell, D GIS: changing life and work geographic information systems. Teoksessa D. Mitchell (toim.) Living geography. London: Chris Kington Publishing, Mönter, L. & Hof, S Mit Methoden den Individuen näherkommen: Experimente. Teoksessa J.-B. Haversath (toim.) Geographiedidaktik. Braunschweig: Westermann, Otto, K.-H. & Schuler, S Pädagogisch-psychologische Ansätze: Forschendes Lernen. Teoksessa J.-B. Haversath (toim.) Geographiedidaktik. Braunschweig: Westermann, Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet Helsinki: Opetushallitus. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden muutokset ja täydennykset Määräykset ja ohjeet 2011:20. Helsinki: Opetushallitus. Pulkkinen, L. & Kärkkäinen, S Yhteistoiminnalliset maastotutkimukset yhteistoiminnallisen oppimisen esimerkkeinä. Teoksessa Eloranta, V., Jeronen, E. & Palmberg, I Biologia eläväksi. Jyväskylä: PS-kustannus, Ratinen, I. & Keinonen, T Student-teachers use of Google Earth in problem-based geology learning. International Research in Geographical and Environmental Education 20:4, Salmio, K Miksi jää sulaa? Ympäristö- ja luonnontiedon oppimistulosten arviointi vuonna Opetushallitus. Oppimistulosten arviointi 2/2008. Tilbury, D Environmental education and development education. Teaching geography for a sustainable world. Teoksessa Tilbury, D. & Williams, M. (toim.) Teaching and learning geography. London: Routledge, van der Schee, J Geography and the new technologies. Teoksessa Lidstone, J. & Williams, M. (toim. Geographical education in a changing world: Past experience, current trends and future challenges. The GeoJournal Library 85. Dordrecht: Springer, Yli-Panula, E Ongelmalähtöinen oppiminen. Teoksessa Eloranta, V., Jeronen, E. & Palmberg, I Biologia eläväksi. Jyväskylä: PS-kustannus,

92 5. Maantieto auttaa maailman ymmärtämisessä Hannele Cantell, Dosentti, Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto Johdanto Maantieto on luonteeltaan poikkitieteellinen koulun oppiaine, jossa yhdistyvät luonnontieteelliset sekä ihmis- ja yhteiskuntatieteelliset näkökulmat. Koulutuskonteksteissa maantieto luokitellaan usein luonnontieteiden oppiaineisiin tieteitä integroivasta lähestymistavastaan huolimatta. Kun tarkastellaan Opetushallituksen toteuttaman luonnontieteiden osaamisen kansallisen arvioinnin (Kärnä, Hakonen & Kuusela 2012) tuloksia, tämä maantiedon muista luonnontieteistä hieman poikkeava luonne on hyvä pitää mielessä. Arvioinnissa oppilaat vastasivat osaamista mittaavien tehtävien ja taustakyselyn lisäksi työtapoja ja opetuksen lähestymistapoja sekä ympäristöasenteita mittaaviin väittämiin. Aineiston perusteella saatiin tietoa myös siitä, miten paljon oppilaat pitävät luonnontieteellisten aineiden opiskelusta ja kuinka tärkeänä he pitävät oppiaineiden sisältöjä. Tässä artikkelissa tarkastellaan kansallisen arvioinnin tulosten perusteella 9.-luokkalaisten oppilaiden asenteita maantiedon opetusta ja ympäristöasioita kohtaan ja pohditaan niiden merkitystä opetuksen kehittämisessä. Lisäksi selvitetään, miten opetuksessa käytetyt työtavat vaikuttavat maantiedosta pitämiseen, ja pohditaan, mitkä muut seikat vaikuttavat maantiedosta pitämiseen koulun oppiaineena. Lisäksi artikkelissa esitetään ajatuksia siitä, miten maantiedon opetusta voidaan kehittää. Kirjoittaja on tarkastellut samoja aihepiirejä yhdessä Riikka Hakosen kanssa myös maantieteellisen aikakauslehti Terran artikkelissa (Cantell & Hakonen 2012). Maantiedon opetuksen tavoitteet ja niiden toteutumisen arvioiminen Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaan maantiedon opetuksessa tutkitaan maapalloa ja sen erilaisia alueita sekä alueellisia ilmiöitä. Opetuksen keskeisenä tavoitteena on oppilaiden maantieteellisen maailmankuvan ja sen alueellisen perustan kehittäminen. (Opetushallitus 2004.) Tavoitteena on myös, että oppilas sijoittaa tiedotusvälineiden kautta saamansa usein hajanaiset tiedot maailman tapahtumista maantieteen opetuksessa hankkimaansa alueelliseen kehikkoon (Opetus- ja kulttuuriministeriö 2010). Arvo- ja asennekasvatuksen tavoitteina on muun muassa, että oppilaan tulisi oppia osoittamaan kiinnostusta ja vastuullisuutta erilaisia ympäristöjä kohtaan sekä osata arvioida ympäristön kauneutta, monimuotoisuutta ja viihtyisyyttä (Opetushallitus 2004). 95

93 Opetussuunnitelmien tavoitteiden toteutumisen arviointi on vaikeaa. Isossa-Britanniassa maantieteen didaktiikan tutkijat ovat kritisoineet maansa kansallisia oppimisarviointeja ennen kaikkea niiden summatiivisen luonteen takia (Butt 2000; Lambert 2000; Weeden 2010). He ovat pohtineet, miten kvantitatiiviset mittarit soveltuvat arvioimaan kaikkia oppimistavoitteita ja miten hyvin näiden tuottamat tulokset ovat yleistettävissä. Onkin olennaista pohtia, miten hyvin määrälliset mittarit, tai edes laadulliset, kuvaavat vaikkapa arvotavoitteiden toteutumista. Esimerkiksi seuraavia perusopetuksen luokkien tavoitteita voi olla hyvin vaikea arvioida: Oppilas oppii suhtautumaan myönteisesti vieraisiin maihin ja niiden kansoihin sekä erilaisten kulttuurien edustajiin ja oppilas oppii hahmottamaan oman alueellisen identiteettinsä (Opetushallitus 2004). Vaikka arvioinneilla on vaikea mitata kaikenkattavasti ja objektiivisesti opetussuunnitelman tavoitteiden toteutumista, niiden avulla saadaan tarpeellista tietoa yksittäisistä mitatuista asioista ja ilmiöistä. Tätä tietoa voidaan käyttää pedagogisessa kehittämistyössä. Englannin kielellä on kuvaavasti ilmaistu, että arviointi tuottaa sekä palautetta jo tehdyistä asioista (feedback) että ajatuksia tulevista ratkaisuista (feedforward) (Department of Education and Science 1988). Näitä molempia, palautetta toteutuneesta oppimisesta sekä näkemyksiä tulevaisuuden haltuunottoon, tarvitaan maantieteen opetuksen ja oppimisen kehittämisessä. David Leatin ja Julie McGranen (2002) mukaan maantieteellisen ajattelun arvioinnissa tulisi kiinnittää huomio ennen kaikkea ajattelun taitoihin, kuten kontekstuaaliseen ongelmanratkaisuun, syiden ja seurausten etsimiseen, yleistämiseen, vertailemiseen ja oppilaan omien ajatteluprosessien tunnistamiseen. Olennaista on myös arvioida, miten oppilas kykenee liittämään omat henkilökohtaiset kokemuksensa oppimiseen. Myös Graham Butt (2002) korostaa oppilaiden omia toiveita ja kokemuksia. Hänen mukaansa maantieteen opetuksen ja oppimisen arvioinnin avulla tunnistetaan yleisellä tasolla nuorten oppimistarpeita. Tätä tietoa voidaan käyttää apuna, kun oppilaat pohtivat omia henkilökohtaisia maantiedon opiskelutavoitteitaan. Aineistona arviointitehtävät ja taustakyselyn väittämät Opetushallituksen kansallisessa luonnontieteiden arvioinnissa maantiedon osaamista mitattiin 48 arviointitehtävällä, joista noin puolet oli valintatehtäviä (monivalinta- ja yhdistelytehtävät) ja puolet tuottamistehtäviä. Maantiedon tehtävissä arvioitiin a) maantieteellisen peruskäsitteistön, karttakuvan ja paikannimistön muistamista ja tunnistamista, b) maantieteellisten taitojen, kuten karttojen ja diagrammien lukutaidon, soveltamista sekä c) yleismaantieteellisten ilmiöiden ja käsitteiden ymmärtämistä. Joukossa oli runsaasti ilmiöiden selittämistä ja aineiston käyttöä vaativia tehtäviä. Suurin osa tehtävistä keskittyi luonnonmaantieteellisiin sisältöihin, 96

94 sillä vain 11 tehtävää 48:sta sisälsi kulttuurimaantieteellisiä näkökulmia. Maantiedon tehtävien ratkaisuosuus oli koko arvioinnissa 61 %. Muissa tutkituissa aineissa ratkaisuosuudet olivat hieman heikommat: kemiassa 59 %, fysiikassa 57 % ja biologiassa 52 %. (Kärnä ym ) Osaamisen mittaamisen lisäksi arvioinnissa oli ympäristöasenteita kartoittavia tehtäviä sekä taustakysely, jossa selvitettiin perustietojen (oppilaan arvosana, sukupuoli, kieliryhmä, vanhempien koulutustausta) lisäksi 15 väittämän avulla oppilaiden suhtautumista luonnontieteisiin. Vastaavanlaisia väittämiä on käytetty vertailtavuuden vuoksi muidenkin oppiaineiden kansallisissa arvioinneissa. Lisäksi oppilaat vastasivat noin kolmeenkymmeneen muuhun väittämään, jotka käsittelivät oppitunneilla käytettyjä työtapoja, oppimisympäristöjä ja opetuksen lähestymistapoja. (Kärnä ym ) Maantietoa pidetään hyödyllisenä ja tärkeänä oppiaineena Arvioinnissa tutkittiin oppilaiden suhtautumista luonnontieteisiin kolmen asennemuuttujan avulla: oppiaineesta pitäminen, oppiaineen hyödyllisyys ja käsitys omasta osaamisesta oppiaineessa. Tulokset osoittavat, että oppilaiden asenteet sekä maantietoa että myös biologiaa kohtaan ovat myönteisemmät kuin fysiikkaa ja kemiaa kohtaan, joita niitäkin pidetään kuitenkin hyödyllisinä. Biologiassa tulokset ovat positiiviset, mutta huomionarvoista on, että tyttöjen ja poikien väliset erot ovat varsin suuret. Sen sijaan kaikista luonnontiedon oppiaineista vain maantiedossa kaikki muuttujat eli oppiaineesta pitäminen, oppiaineen hyödyllisyys sekä käsitys omasta osaamisesta ovat sekä tyttöjen että poikien osalta positiivisia. Maantietoa pidettiin myös kaikkein hyödyllisimpänä tutkituista oppiaineista, kun laskettiin yhteen molempien sukupuolten vastaukset. Mielenkiintoista on, että tytöt pitävät maantietoa hyödyllisempänä oppiaineena kuin pojat. Silti tyttöjen käsitys omasta maantiedon osaamisestaan on epävarmempi kuin pojilla. (KUVIO 1) Nämä tulokset vastaavat Jerosen ja Pahkalan (2012) omasta tutkimuksestaan saamia asennetuloksia. Vaikka maantiedon osalta tulokset ovat kokonaisuudessaan positiivisia, on hyvä kiinnittää huomio maantiedosta pitämiseen. Kuvio 1 osoittaa, että maantieto ei herätä suuria tunteita kumpaankaan suuntaan eli maantietoa ei pidetä ikävänä oppiaineena, mutta ei kovin mukavanakaan. Tämä on ristiriidassa sen suhteen, että maantietoa kuitenkin pidetään hyödyllisenä aineena ja sitä koetaan myös osattavan. 97

95 Biologia Maantieto Pitäminen Fysiikka Kemia Biologia Hyödyllisyys Maantieto Fysiikka Kemia Biologia Osaaminen Maantieto Fysiikka Kemia -0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Pojat Tytöt KUVIO 1. Oppilaiden suhtautuminen luonnontieteisiin oppiaineittain (Kärnä ym. 2012, 75). Tulokset esitetään viisiportaisella Likert-asteikolla: -2 täysin eri mieltä, -1 jokseenkin eri mieltä, 0 epävarma, +1 jokseenkin samaa mieltä, +2 täysin samaa mieltä. Tulosten perusteella oppilaiden asenteilla oli yhteys osaamiseen. Ne oppilaat, jotka suoriutuivat arviointitehtävissä hyvin, olivat myös tietoisia omasta osaamisestaan. Samat henkilöt myös kokivat, että opinnoista on hyötyä, ja he pitivät oppiaineen opiskelemisesta. Niin sanottua minäpystyvyyttä eli käsitystä omasta osaamisesta vahvistavat myös kouluarvosanat. Luonnontieteiden arvioinnissa 2011 saadut tulokset oppilaiden asenteiden ja arvioinnissa menestymisen yhteyksistä ovat samansuuntaisia muiden laajojen arviointitutkimusten tulosten kanssa (mm. Jeronen & Pahkala 2012; Lappalainen 2011; Mattila 2005; Ouakrim-Soivio & Kuusela 2012). Myönteinen käsitys omasta osaamisesta luonnontieteissä, kiinnostus luonnontieteitä kohtaan sekä luonnontieteiden kokeminen hyödyllisenä ennustavat Lavosen ja Laaksosen (2009) mukaan suomalaisten oppilaiden menestymistä myös kansainvälisessä PISA-tutkimuksessa. 98

96 Maantiedon opiskelu vaikuttaa ympäristöarvoihin ja lisää globaalia ymmärrystä Arviointitehtävien yhteydessä oli ympäristöasenteita mittaava väittämäsarja. Väittämät liittyivät muun muassa omassa lähiympäristössä toimimiseen ja maailman tilaan vaikuttamiseen. Enemmistö oppilaista vastasi myönteisesti kaikkiin maantiedon ympäristö- ja globaalikasvatuksellisia asioita käsitteleviin väittämiin. Suurin osa koki, että he saavat koulussa tietoa vaikuttamisesta yhteisiin asioihin, ja he haluavat myös kehittää omaa elinympäristöään. Tämä on hyvä tulos, sillä valtaosa oppilaista oli huolestunut maailman tilasta. On tärkeää, että nuoria huolettaviin asioihin löytyy maantiedon kouluopetuksessa myös ratkaisuehdotuksia. Sukupuolten eroja tarkasteltaessa tytöt suhtautuivat tilastollisesti erittäin merkitsevästi poikia myönteisemmin kaikkiin maantiedon asenneväittämiin. Tytöt olivat myös poikia huolestuneempia ympäristön tilasta. (KUVIO 2) a) Oman asuinalueen ja elinympäristön tunteminen on tärkeää b) Vieraiden alueiden tunteminen lisää suvaitsevaisuutta c) Kansainvälisyys on hyvä asia d) Kouluopetus on antanut minulle tietoja ja taitoja vaikuttaa yhteisiin asioihin e) Ympäristön tutkiminen on tärkeää f) Tulevaisuudessa haluan kehittää omaa elinympäristöäni ja vaikuttaa asioihin. g) Olen huolestunut maailman tilasta ja ympäristöasioista Täysin eri mieltä Osittain eri mieltä Osittain samaa mieltä Täysin samaa mieltä % KUVIO 2. Oppilaiden suhtautuminen ympäristö- ja globaalikasvatuksen asioihin (Kärnä ym. 2012, 103) 99

97 Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden (Opetushallitus 2004) aihekokonaisuus Vastuu ympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta velvoittaa käsittelemään ympäristö- ja globaalikasvatuksen näkökulmia oppitunneilla. Arviointi vahvisti jo aiemmissa tutkimuksissa esiinnousseen tiedon, että oppilaiden suhtautuminen kestävään kehitykseen ja ympäristökasvatukseen on pääasiassa myönteistä (mm. Asunta 2003; Cantell & Larna 2006; Uitto 2012). Oppilaiden ympäristövastuullisuuteen ja -asenteisiin vaikuttaa todennäköisesti se, että biologian ja maantiedon opettajien mukaan oppitunneilla keskustellaan usein ympäristökysymyksistä. Arviointitutkimukseen liittyneessä opettajakyselyssä moni opettaja ilmoitti myös erityisesti painottavansa ympäristökasvatusta. (Kärnä ym ) Hannele Cantell (2011) selvitti tutkimuksessaan muun muassa perusopetuksen maantiedon ja lukion maantieteen opetuksen hyödyllisyyttä ja merkitystä sekä maantieteen sisältöjen tärkeyttä eri-ikäisten oppilaiden mielestä. Hänen mukaansa maantietoa/maantiedettä pidetään tärkeänä oppiaineena koulussa, mutta siltä toivotaan lisää ajankohtaisuutta ja maailmankuvaa laajentavia näkökulmia, muun muassa globaalien kysymysten käsittelemistä. Cantellin tutkimuksessa erityisesti lukiolaisnuoret arvioivat nykyisen maantieteen opetuksen olevan liiaksi Eurooppa-keskeistä ja toivoivat opetukselta kriittisempää ja monipuolisempaa tarkastelutapaa. Vastaavaan tulokseen on päässyt Necati Tomal (2010). Hänen mukaansa siihen, että maantiedettä pidetään mukavana ja merkityksellisenä oppiaineena, vaikuttavat ennen kaikkea opettajan persoona, oppiaineksen sitominen arkielämän tilanteisiin, oppiaineksen käyttökelpoisuus oman lähiympäristön lisäksi myös laajemmassa ympäristössä, oppiaineen yleissivistävä luonne ja aiheiden yleinen kiinnostavuus sekä opetuksen kiinnostavuus ja mielekkyys. Mitä enemmän opetusta viedään oppilaille läheisiin tiloihin ja paikkoihin ja mitä enemmän huomioidaan heidän omat elämismaailmansa, sitä mielekkäämmäksi ja hyödyllisemmäksi opiskelu koetaan (A different view 2009). Tämän vuoksi on harmillista, että monet arviointitutkimuksen tulokset osoittavat maantiedon työtapojen olevan varsin yksipuolisia. Oppilaiden mukaan kokeellisia työtapoja, esseiden ja referaattien kirjoittamista, väittelyä, ryhmäkeskusteluja sekä tieto- ja viestintätekniikkaa toteutetaan ja käytetään liian vähän oppitunneilla. Niin ikään koulun ulkopuolisten oppimisympäristöjen käyttö on liian vähäistä oppilaiden mielestä. Tämä todennäköisesti heikentää oppilaiden maantieteellisten ilmiöiden soveltamistaitoja, sillä juuri soveltamistaidot kehittyvät erilaisissa konteksteissa (Cantell 2001). Tulokset osoittavat, että kun maantiedon opettaja huomioi oppilaiden näkemykset opetuksessaan, oppilaat myös pitävät maantiedosta enemmän. Tulos ei sinänsä ole kovin yllättävä. Oppimistutkimuksessa on yleisesti havaittu, että opettajan ja oppilaiden hyvä vuorovaikutus ja se, että opettaja huomioi oppilaidensa näkemykset, heijastuu oppiaineista ja ylipäätään koulusta pitämiseen (mm. Ahonen 2008; Cantell 2010; Kämppi, Välimaa, Tynjälä, Haapasalo, Villberg & Kannas 2008). Maantiedon osalta erityisen huomionarvoista tuloksissa on se, että oppilaat arvostivat globaaleiden ilmiöiden syistä ja seurauksista keskustelemista sekä saamaansa tietoa 100

98 maailman kehityksestä, rakenteesta ja toiminnasta. Nämä heijastuivat maantiedosta pitämiseen. Oppilaille kertynyt ja jäsentynyt ajankohtainen tieto maailmasta auttaa maailman asioiden ymmärtämistä. Siksi oppilaat kokevat tiedon olevan heille tärkeää ja omaa maailmankuvaa kehittävää ja avarruttavaa (ks. myös Cantell 2011). Oppilaat ilmoittivat myös opiskeltavien asioiden soveltamisen arkielämään lisäävän maantiedosta pitämistä. Maantiedon opetuksen tulevaisuus ja kehittäminen Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteissa (Opetushallitus 2004) määritellään maantiedossa oppilaan persoonallisuuden kehittymiseen liittyviä tavoitteita, kuten asioihin vaikuttaminen ja elinympäristön arvostaminen. Maantiedon opetuksen tulee ohjata oppilasta seuraamaan ajankohtaisia tapahtumia ja arvioimaan niiden vaikutusta luontoon ja ihmisen toimintaan. Maantiedon opetuksen tavoitteena on myös kehittää oppilaan ajattelun taitoja sekä tukea oppilaiden kasvua aktiivisiksi ja kestävään elämäntapaan sitoutuneiksi kansalaisiksi. Näiden tavoitteiden näkökulmasta yksi keskeisimmistä arvioinnin tuloksista on, että maantiedon osaaminen ja maantiedosta pitäminen lisääntyvät, kun opetuksessa on käsitelty maailman kehitystä, rakennetta ja toimintaa, toisin sanoen sitä, mitä ympäröivässä maailmassa tapahtuu. Voidaan todeta, että oppilaat toivovat opetukselta omaa maailmankuvaansa tukevaa lähestymistapaa. Tämä oli myös Cantellin (2011) tutkimuksen keskeinen tulos. Oppilaiden kiinnostus maantiedettä ja globaaleja ilmiöitä kohtaan olisikin tärkeää huomioida opetuksessa ja näin vahvistaa oppiaineen asemaa maailmankuvan muodostumisessa sekä maailman ymmärtämisessä (Tani 2009). Opettajien kannattaisi tarttua juuri tähän ja käsitellä maantiedon opetuksessa mahdollisimman paljon ajankohtaisia, globaaleja kysymyksiä. Olennaista on myös sitoa nämä asiat oppilaiden omaan arkeen ja elämismaailmaan. Tällaiseen tarkasteluun maantieto monitieteisenä oppiaineena antaa erinomaisia mahdollisuuksia. Arvioinnin tulosten perusteella on myös olennaista, että maantiedon, samoin kuin muiden arvioitujen oppiaineiden, ilmiöitä tarkastellaan kokonaisvaltaisesti ottamalla huomioon ihmisen ja ympäristön vuorovaikutus. (Cantell 2011; Lambert 2009). Maantieto antaa uutisten ilmiöille sekä luonnontieteellistä että ihmistieteellistä taustaa. Maantieteellinen tarkastelu auttaa ymmärtämään, miksi jossakin päin maailmaa tapahtuu jotakin ja miten tämä vaikuttaa alueen ihmisten elämään. Opetussuunnitelmassa aktiivinen kansalaisuus ja osallisuuden kehittyminen ovat tavoitteita, jotka sopivat erinomaisesti maantiedon opetuksen lähestymistavaksi. Nyt saadut tulokset ja myös aiemmat tutkimukset (mm. Cantell & Larna 2006) kuitenkin osoittavat, että opetuksessa käytetään valitettavan vähän toiminnallisia ja vuorovaikutteisia työtapoja. Esimerkiksi kestävän kehityksen edistämistä käsitellään tiedollisesti, mutta opetus ei aktivoi ja osallista nuoria toimimaan. Erilaisia oppimisympäristöjä käytetään liian vähän. Maantieteen opetus tapahtuukin pääasiassa luokkahuoneen sisällä, eikä toiminnallisuutta edistetä monimuotoisissa koulun ulkopuolisissa ja virtuaalisissa oppimisympäristöissä. 101

99 Nuoret ovat ymmärtäneet maantiedon merkityksen ja tärkeyden maailman asioiden hahmottamisessa. Sama ymmärrys tarvittaisiin nyt aikuisten maailmassa, jossa tehdään koulutuspoliittisia päätöksiä. Koulussa pitää olla aikaa opiskella globaaleja kysymyksiä monia näkökulmia integroiden, mutta kuitenkin siten, että tarjotaan riittävä luonnontieteellinen ja kulttuurinen pohja ilmiöiden ymmärtämiselle. Toivottavasti myös maantiedon opettajat voimaantuvat entistä enemmän ja huomioivat oppilaiden kiinnostuksen maailman asioista. Opetukseen tarvitaan rohkeutta ja uusia toimintatapoja avata ovia erilaisiin ympäristöihin. Kaikkein eniten tarvitaan kuitenkin sydäntä niin oppilaiden parissa kuin laajemminkin ihmisten kesken erilaisuuden ja moninaisuuden huomioimiseksi. 102

100 Lähteet A different view. A manifesto from the Geographical Association Luettu Ahonen, A Koulussa ei viihdytä, mutta miksi. Pohjoissuomalaisten oppilaiden kouluviihtyvyyttä selittävien tekijöiden tarkastelua. Teoksessa M. Lairio, H.L.T. Heikkinen & M. Penttilä (toim.) Koulutuksen kulttuurit ja hyvinvoinnin politiikat. Suomen kasvatustieteellinen seura, Kasvatusalan tutkimuksia 35, Asunta, T Knowledge of environmental issues: where pupils acquire information opinions, and how it affects their attitudes, opinions, and laboratory behaviour. Jyväskylä Studies in Education, Psychology and Social Research 221. Butt, G The place of assessment in geographical education. Teoksessa C. Fisher & T. Binns (toim.) Issues in geography teaching. London: Routledge- Falmer, Butt, G Reflective teaching of geography London: Continuum. Cantell, H Oppimis- ja opettamiskäsitykset maantieteen opetuksen ja aineenopettajankoulutuksen kehittämisen lähtökohtana. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitoksen tutkimuksia 228. Cantell, H Ratkaiseva vuorovaikutus pedagogisia kohtaamisia lasten ja nuorten kanssa. Jyväskylä: PS-kustannus. Cantell, H Maantieteen opetus globaalin ymmärryksen edistäjänä. Terra 123 (1), Cantell, H. & Hakonen, R Vaikeuksia ilmiöiden selittämisessä ja soveltamisessa - maantiedon oppimistuloksia 9.-luokkalaisten kansallisesta arvioinnista. Terra 123 (3), Cantell, H. & Larna, R Ympäristövastuullisuus nuorten sanoissa ja teoissa. Helsingin kaupungin opetusviraston julkaisusarja A1: Department of Education and Science National Curriculum. Task Group on Assessment and Testing: A Report. London: DES. Jeronen, E. & Pahkala, J. 2012). Suomalaisten oppilaiden osaaminen, asenteet ja kiinnostus: esimerkkinä maantieto ja luonnontieteet. Ainedidaktiikan symposiumi 2012, Maantieteen ja ympäristökasvatuksen teemaryhmän abstraktit. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. okl/ad-symposiumi/valmiit%20abstraktit%20teemaryhmitt%c3%a4in/ Maantiedon%20didaktiikka%20ja%20ymp%C3%A4rist%C3%B6kasvatus. pdf. Luettu Kämppi, K., Välimaa, R., Tynjälä, R., Haapasalo, R. Villberg, J. & Kannas, L Peruskoulun 5., 7. ja 9. luokan oppilaiden koulukokemukset ja koettu terveys. WHO-Koululaistutkimuksen trendejä vuosina Opetushallitus & Jyväskylän yliopisto, Terveyden edistämisen tutkimuskeskus. 103

101 Kärnä, P., Hakonen, R. & Kuusela, J Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuksen 9. luokalla Koulutuksen seurantaraportit 2012:2. Helsinki: Opetushallitus. Lambert, D Using assessment to support learning. Teoksessa Kent, A. (toim.) Reflective practice in geography teaching. London: Paul Chapman Publishing, Lambert, D Geography in education. Lost in the post? An inaugural professorial lecture by David Lambert. Institute of Education, University of London. Lappalainen, H.-P Sen edestään löytää. Äidinkielen ja kirjallisuuden oppimistulokset perusopetuksen päättövaiheessa Koulutuksen seurantaraportit 2011: 2. Helsinki: Opetushallitus. Lavonen, J. & Laaksonen, S Context of teaching and learning school science in Finland: reflections on PISA 2006 results. Journal of Research in Science Teaching 46 (8), Leat, D. & McGrane, J. (2002. Assessing students thinking. Teoksessa Smith, M. (toim.) Aspects of teaching secondary geography. London: RoutledgeFalmer, Mattila, L Perusopetuksen matematiikan kansalliset oppimistulokset 9. vuosiluokalla Oppimistulosten arviointi 2/2005. Helsinki: Opetushallitus. Opetushallitus Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet. Helsinki: Opetushallitus. Opetus- ja kulttuuriministeriö Perusopetus 2020 yleiset valtakunnalliset tavoitteet ja tuntijako. Opetus- ja kulttuuriministeriön työryhmämuistioita ja selvityksiä 2010: 1. Ouakrim-Soivio, N. & Kuusela, J Historian ja yhteiskuntaopin oppimistulokset perusopetuksen päättövaiheessa Koulutuksen seurantaraportit 2012: 3. Helsinki: Opetushallitus. Tani, S Maantieteen opiskelu auttaa ymmärtämään (ja muuttamaan) maailmaa. Natura 46 (3), Tomal, N High school students attitudes towards geography and the questions they wonder about. Scientific Research and Essays 5(13), Uitto, A Vastuu ympäristöstä, hyvinvoinnista ja kestävästä tulevaisuudesta. Teoksessa Niemi, E. K. (toim.) Aihekokonaisuuksien tavoitteiden toteutumisen seuranta-arviointi Koulutuksen seurantaraportit 2012: 1. Helsinki: Opetushallitus, Weeden, P Assessment, teaching and learning. Teoksessa Brooks, C. (toim.) Studing PGCE geography at M level. Reflection, research and writing for professional development. London: Routledge,

102 6. Fysiikan opettaminen ja oppiminen Jouni Viiri, Matematiikan ja luonnontieteiden pedagogiikan professori, Opettajankoulutuslaitos Jyväskylän yliopisto Johdanto Tarkastelen tässä artikkelissa lähinnä sellaisia kansallisen arvioinnin fysiikan tuloksia, jotka paljastavat oppilaiden korkeamman ajattelun taitojen tason. Esitän näkemyksiä, miten fysiikan (luonnontieteen) opetusta tulisi kehittää sosiokulttuurisesta lähestymistavasta katsoen. Kirjoituksessa esitän myös konkreettisia esimerkkejä, miten luokassa tulisi toimia. Raportin tuloksia Seuraavaan olen koonnut joitakin raportissa (Kärnä, Hakonen ja Kuusela 2012) esitettyjä tuloksia ja jäljempänä ehdotan joitakin opetusmenetelmämuutoksia ja opetussuunnitelman tavoitemuutoksia. Raportin mukaan seuraavat asiat olivat yhteydessä oppilaiden osaamiseen: Luonnontieteiden oppimistulosten ja koulussa käytetyn työ- ja toimintatavan välillä oli yhteys. Kokeellisella työskentelyllä ja tulosten järkevyyden pohtimisella oli eniten yhteyttä fysiikan ja kemian osaamiseen. Ilmiöiden syiden ja seurausten pohtimisella, havaintojen tekemisellä ilmiöistä, käsitteistä ja ongelmista keskustelulla opettajan johdolla sekä opettajan tekemillä demonstraatioilla oli yhteys osaamiseen. Raportin mukaan tunneilla keskusteltiin käsitteistä tai ongelmista usein opettajan johdolla pohdittiin luonnontieteellisten ilmiöiden syitä ja seurauksia. Oppilailla oli vaikeuksia seuraavissa asioissa: Analysointi, arviointi ja uuden tuottamisen tehtävät osattiin heikosti. Kukaan ei saanut täysiä pisteitä tehtävistä, jotka liittyvät ilmiön selittämiseen. Koejärjestelyjen arviointi osoittautui vaikeaksi. Oppilaat osasivat tehdä johtopäätöksiä vain välttävästi. 105

103 Fysiikan oppiminen on fysiikan kielen ja kulttuurin sisäistämistä Sosiokulttuurisen näkemyksen mukaan ajattelumme perustuu niihin kielellisiin ilmauksiin, joista meillä on kokemuksia ja jotka olemme omaksuneet vuorovaikutuksessa muiden kanssa. Fysiikan oppimista voidaan kuvata fysiikan kielen oppimisena ja siten opettaminen voidaan nähdä fysiikan kielen ja kulttuurin opettamisena. Kulttuurilla tarkoitetaan tässä fysiikan tapaa käsitteellistää ympäröivää todellisuutta. Kieltä ja muita (tieteen) kulttuurisia resursseja (teoriat, käsitteet, mittalaitteet, tapa esittää asioita, tapa todistaa asia jne.) pidetään siis tärkeänä ja oppimisen (sisäistämisen) kohteena. Näitä laajempia kulttuurisia tavoitteita voi jopa pitää tärkeämpänä kuin faktatietoa, sillä ne ovat yleisempiä ja soveltuvat myös luonnontieteen ulkopuolelle. Fysiikan ymmärrystä ei voida saavuttaa jokapäiväisistä kokemuksista tai keskustelemalla vain sellaisten henkilöiden kanssa, jotka eivät ole fysiikan asiantuntijoita. Koska fysiikan opettaja hallitsee fysiikan kielen ja kulttuurin, opettajalla on merkittävä rooli välittää tätä fysiikan kulttuurista tietämystä. Oppiminen ei ole kuitenkaan opettajajohtoista luennointia tai yksilökeskeistä konstruktivismia, vaan tässä lähestymistavassa korostetaan oppimisen sosiaalista luonnetta. Yksilökonstruktivismin ja opettajajohtoisen opetuksen sijaan tieto yhteiskonstruoidaan vuorovaikutuksessa muiden kanssa. OPPILAS Toimintaa ja keskustelua Toimintaa ja keskustelua Ymmärtää Tehtävän esittely ja keskustelu OPETTAJA Tukee ja opettaa Tukee ja opettaa Arviointi KUVIO 1. Sosiokultuurinen malli opettamisesta ja oppimisesta (mukailtu lähteestä Pollard 2009) Sosiokulttuurisessa näkemyksessä tunnustetaan oppilaiden omien ajatusten ja aikaisemmin opitun tiedon merkitys, mutta samalla korostetaan opettajan tai muun edistyneemmän henkilön (oppilastoverin) merkitystä tämän tiedon laajentamisessa. Oppilaat tutkivat ryhmissä tai opettajan johdolla, miten opittava uusi käsite tai malli sopii havaintoihin ja miten niiden avulla voidaan kuvata ja selittää ilmiöitä. Tällöin oppilaat pystyvät soveltamaan annettuja käsitteitä ja syventämään niiden 106

104 ymmärrystä mittausten yhteydessä. Näin opettaja suo opiskelijoille tilaisuuden kokeilla tietojaan ja taitojaan sekä luonnontieteen uusia ideoita. Oppimistehtävien, esimerkiksi luonnontieteiden kokeiden, tarkoituksena ei siis ole niinkään tuottaa uusia käsitteitä, vaan toisaalta koetella vallitsevia omia käsityksiä ja toisaalta harjoittaa annettujen käsitteiden käyttöä. Koska oppiminen on vuorovaikutustapahtuma, opettajan tapa vuorovaikuttaa oppilaiden kanssa puheen avulla opetustoimien yhteydessä on yhtä tärkeää kuin nämä oppimistoiminnot itsessään. Oppimista edistävä luokkahuonekeskustelu On esitetty, että opettamisen tulisi olla kollektiivista, vastavuoroista, kannustavaa, kumulatiivista ja tarkoituksellista (Alexander 2008). Kollektiivisuus tarkoittaa sitä, että opettaja ja oppilaat keskittyvät oppimistehtäviin yhdessä, joko ryhmänä tai luokkana. Vastavuoroisessa opetuskeskustelussa opettaja ja oppilaat kuuntelevat toisiaan, jakavat ideoita ja tarkastelevat vaihtoehtoisia näkökulmia. Keskustelu on kannustavaa, jos oppilaat ilmaisevat ideoitaan vapaasti ilman pelkoa erehtymisestä ja auttavat toisia oppilaita yhteisen käsityksen saavuttamisessa. Opiskeltavaa asiaa rakennetaan keskustelun kautta kumulatiivisesti, jos opettaja ja oppilaat rakentavat uutta tietoa omien ja muiden ideoille ja kiinnittävät ne johdonmukaisiksi rakenteiksi. Keskustelu on tarkoituksellista, kun opettaja suunnittelee ja ohjaa luokkahuonepuhetta. Oppimista edesauttava luokkahuonekeskustelu vaatii siis opettajaa, joka tuntee oppilaiden ajatukset, opetettavan tieteen ja joka osaa synnyttää kumulatiivisen luokkahuonekeskusteluketjun. Luokkahuonepuheesta voidaan tarkastella, onko opettaja vuorovaikutuksessa oppilaiden kanssa ja ottaako opettaja huomioon erilaisia käsityksiä ja näkökulmia. Tästä näkökulmasta katsoen luokkahuonepuhe voidaan jakaa neljään erilaiseen tapaan, joilla opettaja ohjaa oppilaiden ymmärrykseen tähtäävää vuorovaikutusta luonnontiedon tunneilla (Mortimer ja Scott 2003). Luokkahuonepuhe voi olla: vuorovaikutteinen dialoginen, jolloin opettaja ja oppilaat tarkastelevat erilaisia käsityksiä. Opettaja ja oppilaat esittävät kysymyksiä, kuuntelevat erilaisia näkökulmia ja työskentelevät erilaisten näkökulmien parissa. Opettaja kyselee oppilaiden ajatuksia tarkasteltavasta asiasta ja ottaa nämä aidosti huomioon. Myös opetussuunnitelman ja oppikirjan näkökulmat voivat tulla esille. vuorovaikutukseton dialoginen, jossa opettaja tarkastelee yksinään asian eri puolia osoittaen, tutkien, vertaillen ja kehitellen erilaisia näkökulmia. vuorovaikutteinen auktoritatiivinen, jolloin opettaja johdattelee oppilaat kysymys-vastaussarjojen läpi tavoitteenaan saavuttaa tietty tarkoin määrätty näkökulma. Yleisimmin tämä on opetussuunnitelman tai oppikirjan mukainen näkökulma. vuorovaikutukseton auktoritatiivinen, kun opettaja esittelee tietyn tarkoin määritellyn näkökulman. 107

105 Luokkahuonekeskustelussa keskustelutyyppien tulisi vaihdella sopivasti (Alexander 2008; Scott ja Ametller 2007). Opetuksessa tulisi näkyä dialoginen avaamisvaihe, jossa oppilaiden käsitykset opetettavasta asiasta tulisivat esille ja tarkasteltaviksi. Opettaja ja oppilaat työskentelevät yhdessä kuunnellen toisiansa, jakaen ajatuksiaan ja tarkastellen vaihtoehtoisia näkökulmia. Kun opettaja ja oppilaat osaavat aidosti kuunnella toisiaan, opetuksessa voidaan päästä tasolle, jossa keskustelu kumulatiivisesti ja tarkoituksellisesti rakentuu oppilaiden omista ja muiden arkikäsityksistä lähtien kohti luonnontieteellistä käsitystä. Oppitunnilla tulisi olla auktoritatiivinen sulkemisvaihe, jossa luonnontieteellistä näkökulmaa selvennetään. Tässä vaiheessa opettajan tulee varmistaa käsitteiden oikea ja täsmällinen käyttö. Tuloksena tulisi olla yhteinen ymmärrys, joka on fysiikan teorian mukainen. Toisaalta auktoritatiivisen luonnontieteen näkökulman esittelyn jälkeen tulisi myös tarjota aikaa dialogiseen käsitteiden tarkastelemiseen. Tutkimukset osoittavat oppimisen tehostuvan, jos luokkahuonekeskustelussa on vaihtelevuutta (Furtak ja Shavelson 2009). Siten luokkahuonekeskustelun luonne tulisi suunnitella sen mukaan, onko kyseisessä opetuksen vaiheessa tarkoitus tarkastella oppilaiden käsityksiä, selittää luonnontieteellistä tietoa tai esimerkiksi antaa oppilaiden soveltaa oppimiaan asioita. Oppitunnin keskustelussa tulisi siis olla aiheeseen ja oppilasryhmään sovitettu rytmi (Viiri ja Saari 2006). Luokkahuonekeskustelun luonteella ei ole pelkästään tiedollisia vaikutuksia, vaan myös oppilaiden motivaatio saattaa parantua opetuskeskustelun edetessä sopivasti (Scott 2008). Myös alustavat tulokset Suomessa osoittavat, että opetuskeskustelun variointi edistää oppimista (Nurkka, Mäkynen, Viiri, Savinainen & Nieminen 2012). Raportin mukaan opettajat (87 %) esittivät, että käsitteistä ja ongelmista keskustellaan opettajan johdolla. Koska oppilaat eivät kuitenkaan ole sisäistäneet korkeamman tason pohdintaa, saattaa olla, että keskustelu onkin liian opettajajohtoista. Tällöin luokkahuonevuorovaikutus voisi olla auktoritatiivista ja interaktiivista, mutta jossa interaktiivisuus ilmenee seuraavasti: opettajan kysymys oppilaan vastaus opettajan arvio. Tällainen keskustelu oli eräässä tutkimuksessa erittäin yleistä yläkoulun fysiikan tunneilla ja dialogista lähestymistapaa esiintyi melko vähän (Lehesvuori 2012, Sajaniemi 2009). Opetuksen pääpaino oli tieteellisen tiedon esittelyssä, jossa oppilaiden ennakkokäsitykset jäivät vähäiselle huomiolle. Myös muut tutkimukset vahvistavat tätä näkemystä, että joitakin dialogisia tuokioita lukuun ottamatta opetus on auktoritatiivista ja selkeät dialogiset opetuksen avaamisvaiheet puuttuvat (Kokkonen 2012). Luokkahuonekeskustelun luonteeseen tulisi siis kiinnittää huomiota sekä oppilaiden oppimisen että opiskelumotivaation kannalta. Edellisessä on tarkasteltu lähinnä opettajan ja oppilaiden välistä luokkahuonepuhetta. Sen lisäksi on tärkeää opettaa oppilaita tehokkaaseen keskinäiseen keskusteluun. Heitä tulee harjaannuttaa ja ohjata luokkahuonevuorovaikutuksen tapoihin ja siihen, että keskustelun tarkoitus on vakuuttaa oppilastoverit omista ajatuksista. 108

106 Luokkahuonekeskustelua voidaan luokitella monin tavoin. On havaittu, että tutkiva (eksploratiivinen) keskustelu on oppimisen kannalta merkittävin. Tutkivan keskustelun oleellinen piirre on, että keskustelijat kehittävät muiden tuomia ideoita kriittisesti, mutta kuitenkin rakentavasti (Mercer & Littleton 2007). Asioita pohditaan yhdessä perustellen ja vaihtoehtoja avoimesti esittäen. Keskustelussa saavutettava tulos ei ole yhden keskustelijan mielipide, vaan yhteisen kehittelyn tulos. Siten tutkiva keskustelu edistää oppimista, sillä keskustelijat perustelevat huolellisesti ja ymmärrettävästi näkemyksensä. Tästä hyötyvät sekä kuulijat että puhujat, sillä puhuja joutuu jäsentämään sanomansa huolellisesti ja toisaalta kuulija esittää tarkentavia kysymyksiä. Tutkiva keskustelu ei synny luokkahuoneessa itsestään, vaan oppilaita tulee harjaannuttaa sen käyttöön. Kun oppilaille opetetaan tutkivaa keskustelua, heidän oppimistuloksensa parantuvat merkittävästi (Mercer & Littleton 2007). Omassa tutkimuksessamme havaitsimme, että yliopiston ensimmäisen vuoden fysiikan opiskelijat eivät pystyneet tutkivaan keskusteluun pienryhmäopetuksessa (Alftan 2012). Tämä osoittaa, että tätä keskustelutapaa tulee opettaa kouluissa, sitä ei opita luontaisesti. Johtopäätösten tekemisen ja perustelun opettaminen Tutkivaan keskusteluun liittyy tietynasteinen kriittisyys. Oppilaiden tulisikin oppia perustelua (argumentaatiota), puolustamaan omia näkemyksiään ja toisaalta kyseenalaistamaan toisten näkemyksiä. Oppilaiden ei tule vain tietää, mitä tiedämme, vaan myös miten tiedämme. Luonnontieteen opetuksen heikkous voidaan nähdä osin siinä, että korostetaan sitä, mikä pitää tietää tai jopa uskoa, eikä sitä, miksi opiskeltava asia tulisi uskoa. Tämä tulos paljastuu myös raportissa, sillä oppilaat eivät pystyneet korkeamman tason analyysiin. Seuraavassa on muutama esimerkki, millaisin tehtävin perustelua voisi harjoittaa (suomennettu soveltaen lähteestä Osborne, Erduran, Simon & Monk 2001). 109

107 110 Esim. 1. Millä perusteella seuraavat väittämät pitävät paikkansa? Aine koostuu atomeista. Päivä ja yö seuraavat maapallon pyörimisestä. Kasvit ottavat ilmasta hiilidioksidia valmistaessaan ravinteita. Astrologia ei ole tiedettä. Asumme ilmameren pohjalla. Palaminen ei ole prosessi, jossa aine jakautuu pienemmiksi osasiksi, vaan jossa aineen rakenneosaset liittyvät eritavalla yhteen, jolloin syntyy uusia aineita. Esim 2. Kilpailevat teoriat Tutkijat ovat esittäneet kaksi erilaista teoriaa näkemisestä. Teoria 1. Valon säteet etenevät silmistämme kohteeseen ja siksi näemme kohteet. Teoria 2. Valon säteet syntyvät valonlähteessä ja ne heijastuvat kohteesta silmiimme, jolloin näemme kohteet. Mikä seuraavista lauseista tukee Teoriaa 1 ja mikä Teoriaa 2? Tukeeko jokin lause molempia tai ei kumpaakaan? Valo kulkee suoraviivaisesti. Näemme vielä yöllä, vaikka Aurinkoa ei olekaan taivaalla. Aurinkolaseja käytetään suojelemaan silmiämme. Jos ei ole valoa, emme voi nähdä kohdetta. Me tuijotamme ihmisiä, luomme pahan katseen. Sinun täytyy katsoa jotakin, jotta näet sen. Esim. 3. Väitteen muodostaminen Eräs tutkija esitti seuraavan väitteen. Väite: Raskaammat kappaleet eivät aina putoa nopeammin. Tarkastele seuraavia lauseita, jotka on esitetty väitelauseen tueksi. Keskustele perusteista muiden kanssa ja laita ne loogiseen järjestykseen, jotta saat tukea väitteelle. Euro ja tiilikivi saavuttavat maan samanaikaisesti, jos ne pudotetaan samalta korkeudelta. Ilmanvastus on voima, joka vastustaa liikettä. Kaikki kappaleet liikkuvat samalla nopeudella, jos ilmanvastus voidaan jättää huomioimatta. Paperin pala liikkuu paljon hitaammin kuin tiilikivi.

108 Esim. 4. Perustelun ymmärtäminen Mikä seuraavista lauseista tukee väitettä, että aine koostuu hiukkasista? Miksi? Ruiskussa oleva ilma voidaan puristaa. Kaikkien puhtaiden aineiden kiteet ovat muodoltaan samanlaisia. Lätäkön vesi häviää. Paperi voidaan repiä pieniksi palasiksi. Esim. 5. Ennusta, havaitse ja selitä Oheisessa sähköpiirissä polttimot A ja B ovat identtiset. Ennusta: Mitä tapahtuu polttimon B kirkkaudelle, jos poltin A ruuvataan irti? Keskustelkaa ryhmässänne ja perustelkaa näkemystänne. Havaitse: Mitä tapahtuu? Selitä: Miten hyvin ennuste ja havainto vastasivat toisiaan? Mitä eroa oli? Miten voitte selittää eron? Raportin mukaan opettajat (75 %) ilmoittivat, että tunneilla pohditaan tehtävän vastauksen tai tutkimuksen järkevyyttä. Tällainen pohdinta on argumentaatioajattelun mukaista. Mutta toisaalta oppilaiden mielestä tätä toimintaa oli selvästi harvemmin kuin opettajien ilmoittamana (raportti Kuvio 23). Olisiko siis niin, että itse asiassa opettaja pohtii ja oppilaat kuuntelevat. 111

109 Oppimista syventää mallien ja erilaisten esitysmuotojen käyttö Sosiokulttuurisen näkemyksen mukaan oppilaan tulee sisäistää kunkin opiskeltavan oppiaineen kulttuuri, tapa lähestyä maailmaa ja rakentaa tietoa. Fysiikan kulttuuriin kuuluu tapa kuvata luontoa ja sen ilmiöitä malleilla. Siksi oppilaille tulee opettaa mallien konstruointia, malleilla ennustamista ja malleilla selittämistä. Raportin mukaan oppilaat eivät osanneet selittää ilmiöitä. Opetuksessa tulisikin lisätä mallien käyttöä ilmiöiden selittämisessä. Esimerkiksi kitkatutkimusten tuloksia pyydetään selittämään käyttämällä ns. harjamallia, jossa kappaletta mallinnetaan karkealla harjalla. Tai sähköopissa sähkövirran säilymistä sarjaan kytkennässä tulee selittää elektronien liikkeiden avulla. Luonnontieteessä käytettävät mallit ovat lähinnä matemaattisia, mutta niitä voidaan havainnollistaa monella tavalla. Siksi luonnontieteen opetuksessa voidaan käyttää esimerkiksi seuraavia malleja (Gilbert & Boulter 2000): konkreetti malli, esimerkiksi junan metalli-/muovimalli, molekyylin pallomalli verbaalinen malli, metafora tai analogia puheena tai kirjoituksena matemaattinen malli, matemaattinen yhtälö, esitys visuaalinen malli, graafinen esitys, diagrammi elemalli, käsien liike symbolinen malli, visualinen, verbaalinen, matemaattinen. Varsinkin nuoremmat oppilaat saattavat ajatella, että malleja ovat vain konkreettiset mallit. Mutta myös tasainen liike on malli, ja sitä voidaan esittää monella tavalla: eleellä (käsi liikkuu tasaisesti), visuaalisesti (graafinen esitys esimerkiksi aika paikkakoordinaatistossa), matemaattisesti (yhtälöllä s = vt). Kun opetuksessa tarkastellaan erilaisia malleja ja esitysmuotoja (KUVIOT 2, 3 ja 4), oppilaat huomaavat, että sama ilmiö voidaan kuvata eri tavoin. Tällöin käsitteiden hallinta kehittyy ja oppilaat sisäistävät opiskeltavan asian monipuolisesti. Eri esitysmuotojen suunnitellulla käytöllä on tutkimuksissa (mm. Savinainen, Scott & Viiri 2004, Nieminen, Savinainen, Nurkka & Viiri 2012) havaittu selkeä oppimista tehostava vaikutus. Mallien ja eri esitysmuotojen kautta oppilaat oppivat luonnontieteen kieltä ja samalla myös luonnontieteen kulttuuria ja sen perusfilosofiaa. Opetuksessa tulee välttää sellaisia opetusmenetelmiä, joissa oppilaille syntyy kuva fysiikasta ikuisten totuuksien kokoelmana. 112

110 KUVIO 2. Ohmin lain tutkimuksessa käytetään useita eri malleja ja esitysmuotoja. (Mittalaitteiston kuva kirjasta Physica 6, kuvat Timo Suvanto ja Microsoft Office ClipArt) KUVIO 3. Samaa todellista tilannetta voidaan kuvata tilanteeseen sopivalla representaatiolla. (käännetty lähteestä Redish 2003) 113

111 KUVIO 4. Valon taittumista linssissä mallinnetaan sädepiirroksin. Oppilaiden tulisi oppia käyttämään tätä mallia ja selittää viereisten kuvien ilmiöt mallin avulla tai ennustamaan mitä ilmiössä tapahtuu. (Ote kirjasta Fyke 7 9, Fysiikka, Wsoy Pro) Piirtäminen on oppilaille jo alakoulusta tuttu tapa esittää asioita. Tutkimukset osoittavat, että oppilaat ovat motivoituneita, kun opettaja ja oppilaat piirtävät tutkimusten hahmotelmia, havaintoja ja perusteluja. Kun oppilaat luovat omia esityksiä asiasta piirtämällä, heidän ymmärrys syventyy opiskeltavasta asiasta ja käytettävästä tutkimusmenetelmistä. Esimerkiksi he oppivat parempia tapoja sovittaa suora havaintopisteisiin, ymmärtävät tämän menetelmän tarkoituksen ja ymmärtävät, että havaintopisteiden kautta piirretty suora antaa tietoa myös havaintopisteiden ulkopuolelta. Kun oppilaat valitsevat piirrokseensa tiettyjä piirteitä, oppilaat joutuvat pohtimaan esitettävää asiaa, sovittamaan piirroksensa yhteen havaintojen kanssa ja mahdollisten uusien ideoiden kanssa. Oppilaita voidaan pyytää lukemaan vaikkapa oppikirjan kappale ja piirtämään siitä kuva tai kuvasarja. Tämä paljastaa, mitä he ovat ymmärtäneet, ja toisaalta pakottaa oppilaan miettimään asiaa. Tällöin tieteen kieli käy sisäisen puheen kautta julkiseksi puheeksi ja piirrokseksi. Piirrosten avulla oppilaat voivat vaihtaa ajatuksiaan ja selventää käsityksiä keskenään oppilastovereiden kanssa. 114