4. Tutkimusongelmat ja analyysikysymykset. 4.1 Tutkimuksen kolme pääongelmaa

Transkriptio

1 22 4. Tutkimusongelmat ja analyysikysymykset 4.1 Tutkimuksen kolme pääongelmaa Tämän tutkimuksen tarkoituksena on arvioida Matemaattisten aineiden opettajien liiton, MAOL ry:n, järjestämien peruskoulun yhdeksänsien luokkien valtakunnallisten fysiikan kokeiden tarkoituksenmukaisuutta oppimistulosten mittarina. Tutkimus kattaa kokeet aikavälillä , jolloin on ollut voimassa kaksi eri opetussuunnitelmaa: vuoden 1985 opetussuunnitelma (Anon. 1985) ja vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteet (Anon. 1994). Tutkimuksen ohjenuorana olen pitänyt Kurki-Suonioiden esittämiä ja dfclkoulutuksessa tarkasteltuja tehtävien arvioinnin periaatteita (Kurki-Suonio K. & Kurki- Suonio R. 1994, luku 4.5.1), siltä osin, kuin ne koskevat opetuskokonaisuuden loppukokeiden tehtäviä: "... Kertausta ja syventävää opetusta varten laaditun tehtäväsarjan tulee kattaa sopivasti alue, johon tehtävät liittyvät. Sarjan yksittäiset tehtävätkin ovat tällöin laajempia monivaihetehtäviä, jotka vaativat asioiden yhdistelyä." "Sama koskee koe- ja tenttitehtäviä, mutta niiden pitää erityisesti keskittyä tavoitteisiin, siihen, mitä halutaan testata, opetettujen tietojen muistamista, taitojen osaamista, käsitteiden ja periaatteiden ymmärtämistä ja kykyä niiden luovaan soveltamiseen jne. Sen tähden niiden tulee kaikkiaan olla luonteeltaan monipuolisempia, koska laskennallisilla tehtävillä voidaan kattaa vain osa opetuksen keskeisistä tavoitteista. Tehtäväsarjassa tarvitaan tällöin myös tasollista vaihtelua, sillä saavutustason mittarilla on oltava 'täysi asteikko'." "... Tärkein vaatimus on kuitenkin, että... tehtävien tulisi vastata fysiikan opetuksen perustavoitteita sellaisina kuin ne seuraavat yleisistä kasvatustavoitteista. Tämä merkitsee ennen muuta fysikaalisuuden vaatimusta, joka edellyttää keskittymistä ymmärtämiseen ja fysikaaliseen ajattelutapaan."

2 23 "... Niiden (tehtävien) varsinainen merkitys opetuksessa riippuu kuitenkin niiden fysikaalisuudesta. Ilmeneekö niissä fysikaalisen tiedon luonne? Voiko niitä käsittelemällä osoittaa tuntevansa ja ymmärtävänsä ilmiöiden ja teorian välisen vastaavuuden, käsitteiden empiiriset merkitykset, lakien ja niiden pätevyysalueiden merkitykset, teorioiden ja teoreettisten mallien merkityksen luonnon ilmiöiden esityksenä ja selityksenä.... Tämän on oltava lähtökohtana tehtäviä suunniteltaessa, niitä laadittaessa tai valittaessa ja kirjoitettaessa,..." Tehtävien tarkoituksenmukaisuutta arvioitaessa keskeisimmäksi perusteeksi nousee kattavuus, joka on tutkimuksen ensimmäinen pääongelma: A: Miten hyvin tehtävät kattavat opetussuunnitelmissa asetetut tavoitteet? Tavoitteet, sellaisina kuin ne esitetään opetussuunnitelmissa, ovat kuitenkin hyvin monenlaisia ja eritasoisia. Opetuksen kannalta yksinkertaisimpia ja testaamisen kannalta selvimpiä ovat sisällölliset tavoitteet. On siten kysyttävä ensiksi A1 Kattavatko tehtävät opetussuunnitelmien sisällölliset tavoitteet? Sekä opetussuunnitelmien että esitetyn sitaatin perusteella metodiset ja prosessuaaliset tavoitteet nousevat jopa tärkeämmiksi, koska niihin samalla paljolti keskittyy fysiikan merkitys yleisten, persoonallisuuden kehittämiseen liittyvien, kasvatustavoitteiden kannalta (K. Kurki-Suonio & R. Kurki-Suonio 1994, luku 1.3). Niitä ovat erityisesti fysiikalle ominaiset tiedonhankinnan ja käsitteenmuodostuksen sekä soveltamisen valmiudet. Empiirisen käsitteenmuodostuksen rakenteen (luku 3) mukaisesti sekä sen perusteella, miten tämä rakenne liittyy erityisesti vuoden 1994 opetussuunnitelmien perusteisiin (luku 2.2), pääongelmaa A voidaan tältä osin vielä purkaa osiin: A2 Kattavatko tehtävät oppilaiden eriasteiset käsitteenhallinnan saavutustasot? Tämä liittyy luvussa 3.1 tarkasteltuun käsitteenmuodostuksen hierarkkiseen kehitykseen. Tietyntasoinen käsitteenhallinta vaatii pohjakseen alempien tasojen hallintaa. Vuoden 1994 opetussuunnitelmat erottavat lähinnä kaksi tasoa, kvalitatiivisen ja kvantitatiivisen. Kvantitatiivinen käsitteenhallinta edellyttää kuitenkin perustakseen

3 24 kvalitatiivisen tason ymmärrystä. Mutta kvantitatiivisen tason tehtävät eivät ole silti riittäviä kvalitatiivisen ymmärryksen testaamiseen, vaan tarvitaan erikseen riittävä määrä pelkästään kvalitatiiviseen tasoon keskittyviä tehtäviä. A3 Testaavatko tehtävät tasapuolisesti oppimisprosessin eri komponenttien aktivoitumista opetuksessa? Kuten luvussa 3.3 esitetään, tieteellisen, teknologisen ja sosiaalisen prosessin sekä niiden kummankin suunnan tasapuolinen aktivoituminen on hyvän oppimisen välttämätön edellytys. Tämä tasapaino kuuluu siten testin kattavuuskysymyksiin. A4 Testaavatko tehtävät tasapuolisesti empirian ja teorian käyttöä käsitteenmuodostuksen lähtökohtana? Kuten luvussa 3.1 esitetään, fysiikan käsitteenmuodostus perustuu empirian ja teorian erottamattomuuteen. Sen tähden on ratkaisevan tärkeää, että opetuksessa ja sen tulosten testauksessa kiinnitetään tasapuolisesti huomiota empiria- ja teorialähtöiseen ajatteluun. Testikysymysten tulisi kattaa molemmat tasapuolisesti. Kattavuus ei kuitenkaan merkitse pelkästään tasapuolisuutta kussakin kohdassa erikseen. Lisäksi on kysyttävä A5 Testaavatko tehtävät eri kategorioiden tavoitteiden saavuttamista tasapuolisesti niille opetussuunnitelmissa annettua painoarvoa vastaavasti? Eri tavoitekategorioiden tasapuolinen testaaminen edellyttää ainakin tehtävätyyppien monipuolisuutta. Tähän on tehtävien laatijaryhmä kiinnittänytkin erityistä huomiota. Yksityisessä sähköpostikeskustelussa ryhmän edustaja totesi mm. "Tuloksia tarkastellessa täytyy huomioida se, että koe laaditaan koko ikäpolvelle ja siksikin kokeessa täytyy olla monia eri tehtävätyyppejä" (Havonen, T, 2001). Erityisen tärkeätä on, ettei laskennallisuus pääse liikaa hallitsemaan tehtäviä vaan että laskennallisten tehtävien ja muiden tehtävätyyppien välillä on kohtuullinen tasapaino. Tätä korostaa myös kvalitatiivisen ja kvantitatiivisen tason selvä erottelu vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteissa.

4 25 Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteissa (luku 2.2) ja sen jälkeisessä kehityksessä (luku 2.3) on kiinnitetty erityistä huomiota opetuksen kokeellisuuteen. Sen lisäämistä on pyritty kannustamaan kaikin tavoin. Sen merkitys korostuu myös empiirisen käsitteenmuodostuksen rakenteessa ja hahmottavan lähestymistavan perusteissa (luku 3). Sen vuoksi on tarkoituksenmukaista nostaa kattavuuden ohella esille toiseksi pääongelmaksi kysymys B: Millaisen kuvan koetehtävät antavat kokeellisuuden merkityksestä fysiikassa? Kysymys ei ole pelkästään oppilaiden kokeellisten taitojen valmiuksien testaamisesta, vaan jopa suuremmassa määrin lähestymistavasta, siitä millainen käsitys empirian merkityksestä fysikaalisen tiedon luomisessa ja käsitteenmuodostuksessa tehtävistä heijastuu. Tämä kytkeytyy samalla kiinteästi oppimisnäkemykseen. Kuten luvuissa 2.1 ja 2.2 ilmeni, vuosien 1985 ja 1994 opetussuunnitelmat edustavat selvästi toisistaan eroavia näkemyksiä, mikä ilmenee erityisesti siinä, millainen merkitys niissä annetaan kokeellisuudelle. Opetussuunnitelman vaihtuminen kesken tutkittavan aineiston tarjoaa myös mahdollisuuden tutkia muutoksen vaikutusta tehtäviin. Tästä seuraa tutkimuksen kolmas pääongelma: C: Ilmeneekö tehtävissä opetussuunnitelmien tavoitteenasettelun erilaisuus? Muutoksen mahdollisen vaikutuksen tulisi näkyä siitä, miten ongelmien A ja B tutkimuksessa saadut tulokset eroavat toisistaan analysoitaessa erikseen vuosien ja tehtäviä Esitettyihin ongelmiin etsitään vastauksia analysoimalla aineiston tehtävät neljästä eri näkökulmasta, joista jokainen muodostaa oman osionsa: 1. Keskeiset sisällöt: Tehtävien liittyminen fysiikan opetuksen keskeisiin sisältöihin. 2. Hierarkkiset tasot: Tehtävien jakautuminen kvalitatiivisiin ja kvantitatiivisiin.

5 26 3. Prosessuaalisuus: Tehtävien liittyminen oppilaan tieteelliseen, teknologiseen ja sosiaaliseen prosessiin ja niiden kahteen eri suuntaan. 4. Laskennallisten tehtävien loogiset tyypit: Laskennallisten tehtävien edellyttämän päättelyn jakautuminen empirialähtöisiin ja teorialähtöisiin loogisiin tyyppeihin. Alun sitaatin mukaan myös laskennallisten tehtävien fysikaalisuus, jota dfclkoulutuksessa käsiteltiin varsin perusteellisesti, on opetuksen tavoitteiden kannalta tärkeä kysymys. Se liittyy läheisesti ensimmäiseen pääongelmaan kattavuuden täydentävänä ulottuvuutena. Valitut neljä tutkimusosiota eivät valaise sitä, vaan tehtäviä pitäisi sitä varten analysoida useastakin muusta näkökulmasta (Kurki-Suonio K. & Kurki-Suonio R. 1994, Luvut ), jolloin fysikaalisuuden mukaan ottaminen laajentaisi tutkimusta kohtuuttomasti. Sen merkitys kohdistuu kuitenkin enemmän opetuksen aikana annettaviin tehtäviin kuin tällaiseen päättökokeen kaltaiseen testiin, joten sen rajaaminen ulkopuolelle ei sanottavasti haittaa tutkimuksen tarkoitusta. 4.2 Keskeiset sisällöt Tehtävien sisällöllisen kattavuuden (A1) arviointi olisi verrattain yksinkertaista, jos lähtökohtana voitaisiin käyttää joukkoa nimettyjä fysiikan osa-alueita tai aihepiirejä. Tällainen lähtökohta on kuitenkin koetulosten arvioinnin kannalta sikäli ongelmallinen, että se asettaa eri koulut erilaiseen asemaan sen mukaan, mitä osa-alueita koulussa on voitu sijoittaa kursseihin ja missä järjestyksessä niitä on opetettu. Tutkittavan kokeen järjestämisen ajankohta on lisäksi sellainen, että jokin fysiikan kurssi on voinut jäädä lukujärjestyksestä johtuen, ainakin osittain kokeen jälkeiseen aikaan. Tästä syystä opettajat ovatkin usein toivoneet tehtäviin lisää valinnanvaraisuutta (Havonen, T. 2001). Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteiden määrittelemät "opetuksen keskeiset sisällöt" (taulukko 1, luku 2.2) tarjoavat tasapuolisemman lähtökohdan. Esitetyt viisi teemaa: 1. rakenteet ja järjestelmät, 2. vuorovaikutukset, 3. energia, 4. prosessit ja 5. kokeellinen menetelmä eivät kytke sisältöjen toteutusta opetuksessa mihinkään erityisiin

6 27 fysiikan alueisiin. Sen tähden niitä voidaan pitää sopivana perustana myös aikaisempien vuosien tehtävien sisällöllisen kattavuuden arvioinnille. Analyysin ensimmäisessä osiossa arvioidaan erikseen kunkin keskeisen sisällön ilmenemistä koetehtävissä. Näin voidaan selvittää, testaavatko koetehtävät sisällöllisiä oppimistavoitteita tasapuolisesti vai suosivatko ne joitakin teemoja muiden kustannuksella (pääongelma A). Kokeellinen menetelmä on tässä osiossa mukana viidentenä sisältöalueena. Sen painottuminen ja painottumisen erot eri opetussuunnitelmakausien tehtävissä, valaisevat pääongelmia B ja C. 4.3 Hierarkkiset tasot Tutkimuksen toisessa osiossa etsitään ensi sijassa vastausta ongelmaan A2. Siinä tehtävät luokitellaan niiden käsittelyn edellyttämän käsitteenhallinnan tason mukaisesti kvalitatiivisiin ja kvantitatiivisiin. Kvantitatiivisten tehtävien tarkempikin jaottelu fysiikan käsitehierarkian mukaan (kuva 2, luku 3.2) olisi periaatteessa mahdollinen. Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteiden esittämissä kvantitatiivisen tason tavoitteissakin (luku 2.2, s. 9) voidaan erottaa suureiden, lakien ja teorioiden tasoille kuuluvia valmiuksia, sekä kokeellisia että teoreettisia. Vastaavasti kvalitatiivisen tason tavoitteissa näkyvät erikseen kvalitatiivisen käsitteenmuodostuksen peräkkäiset vaiheet, tunnistus ja luokittelu, riippuvuuksien toteaminen ja syy-seuraus-suhteiden ymmärtäminen. Tehtäviä lähemmin tarkasteltaessa tällainen yksityiskohtaisempi luokittelu osoittautui kuitenkin epätarkoituksenmukaiseksi, osittain jopa mahdottomaksi. Näyttää siltä, että niin kvalitatiivisissa kuin kvantitatiivisissa tehtävissä useimmiten vain vastaukset voivat ilmaista tarkemmin käsitteenhallinnassa saavutetun tavoitetason, joten tarkempi jaottelu voi toimia selvästi paremmin vastausten kuin itse tehtävien arvioinnin perustana. Sen

7 28 tähden tässä osiossa tyydyttiin jakamaan tehtävät yksinkertaisesti kahteen luokkaan, kvalitatiivisiin ja kvantitatiivisiin. Fysiikanopetusta on erityisesti moitittu liiasta tai ennenaikaisesta laskennallisuuden korostuksesta. Tämä saattaisi näkyä kvantitatiivisten tehtävien ylisuurena osuutena, vaikka kaikki kvantitatiiviset tehtävät eivät välttämättä edellytäkään laskemista. Laskennallisuuden painotus liittyy läheisesti teoreettisen lähestymistavan korostamiseen kokeellisen kustannuksella, joten tehtävä valaisee jossakin määrin myös ongelmaa B. Tutkitun aineiston alku- ja loppukauden vertailu taas kertoo mahdollisesta kehityksestä tässä suhteessa ja liittyy ongelmaan C. 4.4 Prosessuaalisuus Tutkimuksen kolmannen osion pääpaino on ongelmassa A3. Siinä pyritään selvittämään, missä määrin tehtävät testaavat tieteellisen, teknologisen ja sosiaalisen prosessin aktivoitumista opetuksessa, kunkin erikseen, ja näkyykö niissä mahdollisesti prosessien kaksisuuntaisuus. Yksittäinen tehtävä voi liittyä jollakin tavalla kaikkiin kolmeen prosessiin. Tulosten odotetaan ilmaisevan, testaavatko tehtävät eri prosesseja tasapuolisesti vai suosivatko ne jotakin niistä muiden kustannuksella tai mahdollisesti prosessin yhtä suuntaa toisen kustannuksella (ongelma A3). Erityisesti tässä kiinnostaa jakautuminen empirialähtöiseen ja teorialähtöiseen ajatteluun tieteellisen ja teknologisen prosessin yhteydessä. Prosessuaalisuuden näkökulma koskettaa tältä osin teoreettisen ja kokeellisen lähestymistavan kysymystä ja valaisee siten myös ongelmaa B. Alku- ja loppukauden aineistojen vertailu valaisee ongelmaa C.

8 Laskennallisten tehtävien logiikka Neljäs osio keskittyy laskennallisten tehtävien tarkasteluun. Oppilaan eteneminen käsitteenhallinnan kvantitatiiviselle tasolle kuuluu fysiikanopetuksen perustavoitteisiin. Siksi laskennallisilla tehtävillä on aina ollut, ja on yhä, keskeinen merkitys fysiikassa. Helena Törhönen on pro gradu -tutkielmassaan (Törhönen, H. 1998) analysoinut ylioppilastutkinnon reaalikokeen fysiikan tehtäviä ja Teknillisen korkeakoulun (TKK) valintakoetehtäviä. Kuten hän toteaa, jälkimmäiset ovat yksinomaan laskentatehtäviä. Reaalikokeessakin nämä ovat enemmistönä, vaikka tehtäviä onkin 1990-luvulta alkaen selvästi monipuolistettu. Sen tähden laskennallisilla tehtävillä on yhä edelleen paljon painoa erityisesti lukion fysiikanopetuksessa. Vaikka ne eivät olekaan yhtä vallitsevia perusopetuksessa, niiden tutkiminen erikseen on perusteltua. Törhönen analysoi sekä tehtävien loogisia tyyppejä että niiden fysikaalisuutta menetelmällä, joka perustuu dfclkoulutuksessakin tarkasteltuihin periaatteisiin (Kurki-Suonio, K & Kurki-Suonio, R 1994, luvut ). Tutkimuksessani tarkastellaan kuitenkin vain loogisia tyyppejä, koska fysikaalisuuden tutkiminen on rajattu ulkopuolelle. Törhösen tutkimus osoittaa, että empirialähtöiset ja teorialähtöiset tehtävät erottuvat tällaisessa analyysissa selvästi, ja niiden jakautuminen antaa selvän kuvan empirian ja teorian suhteesta tehtäviin liittyvässä ajattelussa. Jos teoreettisen tyypin tehtävillä on yliedustus, ajattelu suosii teoreettista lähestymistapaa empiirisen perustan kustannuksella. Nähdään esimerkiksi, että TKK:n valintakokeiden tehtävät ovat huolestuttavasti lähes pelkästään teorialähtöisiä ja edustavat suurimmaksi osaksi yhtä ainoata loogista tyyppiä, kun taas reaalikokeen tehtävissä empirialähtöisyyttä on selvästi lisätty ja loogisten tyyppien valikoimaa on samaan aikaan monipuolistettu. Sen tähden, vaikka tätä analyysia ei voikaan soveltaa koko aineistoon, tämän tutkimusosion voidaan odottaa antavan tärkeätä tietoa ongelmista A4 ja B, jotka liittyvät nimenomaan teorian ja empirian metodiseen tasapainoon opetuksessa. Myös ongelman C kannalta tämä osio on erityisen mielenkiintoinen: Näkyykö tehtävistä vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteiden keskeinen vaatimus kokeellisuuden lisäämisestä? Onko niissä merkkejä teoreettisen lähestymistavan ylivallan toivotusta väistymisestä?