SISÄLTÖ 1. JOHDANTO 3 2. TUTKIMUSASETTELU 4 2.1 Tutkimusongelma 4 2.2 Erityisryhmien määrittely 4 2.3 Tutkimusryhmä 5 2.3.1 Emu-ryhmä 5 2.3.2 Esy-ryhmä 6 3. PUITTEET OPETUKSELLE 7 3.1 Yleinen OPS 7 3.2 Oppituntien järjestely 7 3.3 Tunnit lukujärjestyksessä 8 3.4 Kurssin tuntimäärä 8 3.5 Oppimateriaali 9 4. HAHMOTTAVA LÄHESTYMISTAPA 10 4.1 Yleistä 4.2 Hahmottavan lähestymistavan vaikutus opetuksen suunnitteluun 10 4.3 Prosessin eteneminen 11 4.3.1 Perushahmotus 11 4.3.2 Esikvantifiointi 11 4.3.3 Kvantifiointi 11 5. KURSSI 12 5.1 Sisältö 5.2 Suunnittelumateriaali 12 5.3 Ennakkotiedot 12 5.4 Ennakkokäsitystesti 13 5.4.1 Esy-ryhmän tulokset 14 5.4.2 Emu-ryhmän tulokset 15 5.4.3 Päätelmiä ennakkokäsitystestistä 16 6. KURSSIN ALOITUS 17 6.1 Aloitustavan valinta 17 6.2 Piirrosmerkintä ja kytkentäkaavio 17 6.3 Oppilaiden suhtautuminen opiskeluun 18 7. OPPITUNNIT 19 7.1 Tasavirtapiirit 19 7.1.1 Perushahmotus 19 7.1.2 Virtapiirin virran tutkiminen 19 7.1.3 Virran mittaaminen 21 7.1.4 Tuntitesti 22 7.1.5 Jännite 23 7.1.6 Käytännön harjoituksia 25 1
7.1.7 Kirjallisia harjoituksia 26 7.2 Ohmin 1. Laki 27 7.3 Ohmin 2. Laki 28 7.4 Resistanssi eli virran vastustuskyky 29 7.4.1 Työnä sähkölampun resistanssin määritys 30 7.4.2 Vastus 30 7.5 Ohjelmanmuutos 30 7.6 Sähkövaraus 30 7.7 Sähkön varastointi 32 7.8 Energia teho 34 7.9 Sähköopin laskuja ja paniikkireaktioita 35 7.10 Kestomagneetti 36 7.11 Sähkömagneetti 37 7.12 Sähkömagneetti käytössä 38 7.13 Induktio 38 7.14 Muuntaja 39 7.15 Sähköturvallisuus 39 8. OPPILASARVIOINTIA 40 8.1 Perusteet kirjalliselle kokeelle 40 8.2 Oppilaiden valmistautuminen kokeeseen 40 8.3 Koe 40 8.3.1 Työosa 41 8.3.2 Kirjallinen osa 42 8.3.3 Ennakkokäsitystesti uudestaan 42 8.4 Oppimisen arviointia 45 9. KURSSIN ARVIOINTIA HAHMOTTAVAN LÄHESTYMISTAVAN KANNALTA 46 9.1 Kurssin laajuus 46 9.2 Lähestymistavan vaikutus opetukseen ja opiskeluun 46 9.3 Lopuksi 47 LÄHTEET 49 LIITTEET 51 2
1. JOHDANTO Sain syksyllä 2001 vastuulleni koulumme erityisryhmien fysiikan ja kemian opetuksen. Kun samaan aikaan omia fysiikan tietojani täydentäessäni tutustuin hahmottavaan lähestymistapaan fysiikan opetuksessa, päätin kokeilla tämän opetustavan toimivuutta heti käytännössä. Tämä työni perustuu peruskoulun opettajan jokapäiväiseen opetustyöhön, tuntien suunnitteluun ja opetukseen. Olen tutkimuksessani suunnitellut ja toteuttanut koulussa hahmottavalla lähestymistavalla sähköopin kurssin erityisryhmille. Tutkimuksessani selvitin, miten tämä lähestymistapa toimii käytännön koulutyössä erityisryhmissä. Erityisryhmien opetus täytyy suunnitella kulloisenkin ryhmän rakenteen mukaan. Tavalliset oppikirjat eivät sovellu mukautettujen oppilaiden käyttöön ja toisaalta fysiikan mukautettua materiaalia on heikosti saatavilla. Erityisryhmien fysiikan opiskelu jää liian helposti kirjallisten tehtävien tekemiseen ryhmän oman, fysiikkaan suuntautumattoman opettajan johdolla. Vaihtoehtoisesti erityisopetuksen oppilas osallistuu fysiikan tunneille jonkun perusopetuksen ryhmän mukana. Muodollisesti fysiikasta saadaan sovittu oppimäärä suoritetuksi, mutta on kokonaan toinen asia, voidaanko tällaisessa opiskelussa puhua fysiikan oppimisesta. Fysiikan opettajana halusin opettaa myös näille erityisryhmille fysiikkaa oikeassa fysiikan luokassa tutkimalla ja töitä tekemällä. Oppilasryhmät oli koottu eri luokkaasteilla opiskelevista oppilaista, joiden aikaisempi fysiikan opiskelu ja tiedon taso vaihteli melkoisesti. Tässä tilanteessa uusi lähestymistapa sopi erittäin hyvin. Valitsin tutkimuskohteekseni sähköopin kurssin. Valintaani vaikutti se, että koska ryhmät olivat poikavoittoisia, omakohtaisia kokemuksia sähköasioista löytyy varmasti. Toinen tärkeä valintaperuste oli sähköopin kuuluminen vasta yhdeksännen luokan opetussuunnitelmaan. Uudenlainen opiskelu onnistuu paremmin, jos oppilaat eivät ole ehtineet aikaisemmin opiskella asiaa ohjatusti. 3
Alun perin tarkoituksenani oli tehdä myös valmis opetuspaketti sähköopin opettamiseen erityisryhmille. Kurssin edetessä totesin kuitenkin, että jokainen ryhmä vaatii täysin oman lähestymistapansa ja materiaalinsa. Suunnitelmia oli muutettava niin moneen kertaan kurssin edetessä, ettei valmista materiaalia kokonaisuudesta syntynyt. 2. TUTKIMUSASETTELU 2.1 Tutkimusongelma Työssäni tutkin, mitenkä hyvin pystyn toteuttamaan erityistyhmien sähköopin kurssin hahmottavalla lähestymistavalla ja kuinka hyvin tämä lähestymistapa sopii sähköopin opettamiseen peruskoulun erityisryhmille. Olin alusta asti valmis lähestymään asioita tarpeen vaatiessa myös muilla tavoilla, jotta oppilaiden kiinnostus opiskeltavaan asiaan säilyy. Opetuksen lähtökohtana oli koko ajan oppilaat ja heidän tarpeensa saada opetussuunnitelman mukaiset tiedot ja taidot jatko-opintoja varten. Tutkimuksessani pyrin selvittämään, mitä sähköopin asioita voidaan opiskella puhtaasti hahmottavalla lähestymistavalla ja miten pitkälle tiedon tasoilla voidaan sen avulla edetä opetusryhmieni kanssa. Monen vuoden kokemuksella opettamisesta oli oma ennakkoasenteeni se, että peruskoulussa on tavallisissa perusopetusryhmissäkin vaikeuksia päästä empiriaa pitemmälle tasolle oppilastöissä. Tämä tutkimukseni perustuu keväällä 2002 koulussa tekemääni opetustyöhön. 2.2 Erityisryhmien määrittely Tutkimusryhminäni olivat koulun erityisluokka ja pienluokka eli esy- ja emu-luokat. Vaikka koulumaailmassa näistä leimaavista lyhenteistä pyritään pääsemään eroon ja oppilaista puhutaan erityisopetusta ja pienryhmäopetusta tarvitsevina oppilaina, käytän tutkimuksessani esy- ja emu-lyhenteitä selvyyden vuoksi. Emu on koulukielen sanaston mukaan mukautettu opetus oppilaille, jotka eivät suoriudu peruskoulun oppimääristä kehityksen viivästymän tai heikkolahjaisuuden vuoksi. Emu- 4
oppilas opiskelee mukautetun yleisopetuksen opetussuunnitelman mukaisesti emuluokassa. Opetussuunnitelmaa helpotetaan tai mukautetaan oppilaan edellytyksiin sopivaksi. (Koulukielen sanastoa, 2000) Ryhmän jokaisella oppilaalla oli oma HOJKS, mikä tarkoittaa perusopetuslain mukaisesti erityisopetukseen osallistuvalle oppilaalle laadittua henkilökohtaisen opetuksen järjestämistä koskevaa suunnitelmaa. (Koulukielen sanastoa, 2000) Esy-opetus on sopeutumista tukeva opetus oppilaille, jotka tunne-elämän tai muun syyn vuoksi tarvitsevat erityisopetusta. Esy-oppilas opiskelee yleisopetuksen opetussuunnitelman mukaisesti, ts. opetuksen vaatimustasoa ei helpoteta, mutta opetus tapahtuu tavalliseen luokkaan sopeutumattomien oppilaiden esy-luokassa. Tavalliseen luokkaan sopeutumattomuuden syynä voivat olla monenlaiset seikat, kuten häiriökäyttäytyminen, motivoimattomuus, sopeutumattomuus isoon ryhmään ja/tai lintsaus. (Koulukielen sanastoa, 2000) 2.3 Tutkimusryhmät 2.3.1 Emu-ryhmä Ryhmään kuului kurssin alussa kuusi oppilasta ja kurssin puolivälissä mukaan tuli seitsemäs oppilas. Kurssin aloittaneista kolme lintsasi melkein kaikki tunnit, joten heiltä kurssi jäi suorittamatta, eikä heidän opiskeluaan voinut tutkia. Ryhmän vahvuus oli siis käytännössä kolme oppilasta, kaksi poikaa ja yksi tyttö koko kurssin ajan ja lisäksi neljäs poika, joka liittyi ryhmään vähän kurssin puolivälin jälkeen. Näistä neljästä oppilaasta kaksi suoritti kahdeksatta luokkaa ja kaksi yhdeksättä luokkaa. Oppilaiden keskeisiä ongelmia ja syitä erityisopetukseen siirrolle olivat vaikeudet keskittyä opetukseen yleisopetuksen tunneilla ja oppimisvaikeudet erityisesti matematiikassa ja kielissä. Osalla oli vaikeuksia kirjoittamisessa ja äidinkielessä sekä puutteita työskentelytaidoissa. Joukossa oli myös diagnosoituja oppimisvaikeuksia. Ryhmän neljä jäsentä kävi säännöllisesti tunneilla, mutta yleisasenne oli aika passiivinen koko ajan. 5
2.3.2 Esy-ryhmä Ryhmässä oli kuusi poikaa ja yksi tyttö, eli yhteensä seitsemän oppilasta. Oppilaista neljä oli siirretty esy-ryhmään yläasteen perusopetusryhmästä ja loput oli siirretty esyryhmään jo ala-asteella. Joukosta viisi suoritti kahdeksatta luokkaa, yksi seitsemättä ja yksi yhdeksättä luokkaa. Yhdellä oppilaalla oli takanaan kaksi vuotta perusopetuksen fysiikanopetuksessa ja yhdellä oli edessään uusi oppiaine. Tätä yhtä seitsemännen luokan oppilasta lukuun ottamatta kaikilla oli takanaan jonkin verran fysiikan opiskelua tavallisessa luokassa. Osalla ryhmän oppilaista oli diagnosoituja oppimisvaikeuksia, osa oli siirretty erityisluokkaan häiriökäyttäytymisen takia ja osa lintsauksen takia. Kaikki ryhmän oppilaat kävivät melko hyvin fysiikan tunneilla. Kurssin aikana kukaan ei ollut paikalla joka kerta, mutta toisaalta kenelläkään ei ollut pahoja peräkkäisiä lintsauksia tunneilta. Sinikka Nikki on tutkimuksessaan (Nikki, 2000) jakanut fysiikasta erikoisopetuksessa olleet oppilaat viiteen oppilastyyppiin. Oman tutkimukseni esy-ryhmästä on löydettävissä nämä Nikin määrittelemät oppilastyypit Matti, Ville, Jaska, Liisa ja Piia. Nikin ryhmiin jaon perusteena olevia ongelmia on ratkottu juuri siirrolla esyryhmään. Tutkimukseni emu-ryhmän oppilaihin ei voi soveltaa Nikin ryhmäjakoa, sillä jokaisella ryhmän oppilaalla oli oma diagnosoitu oppimisongelmansa. 6
3. PUITTEET OPETUKSELLE 3.1 Yleinen OPS Koulun opetussuunnitelman mukaan fysiikan ja kemian opetuksen tavoitteena on oppilaan luonnontieteellisen yleissivistyksen laajentamisen kautta luoda mahdollisuus ymmärtää maailmaa olemassa olevan tiedon pohjalta. Opetuksen tulisi olla mielenkiintoista ja virikkeitä antavaa. Teoria tulee sitoa käytäntöön oppilastöiden ja demonstraatioiden avulla. Oppilaan arviointi perustuu jatkuvaan näyttöön sekä summatiivisin kokeisiin. (Koulun opetussuunnitelma, 2001) Sähköoppi kuuluu koulun perusopetuksen opetussuunnitelmassa yhdeksännelle luokalla. Sähköopin osa-alueita ei ole mitenkään eritelty opetussuunnitelmassa, vaan tutkimuksen aikana noudatetussa opetussuunnitelmassa oli pelkästään maininta sähköoppia. Esy-ryhmän oppilaat noudattivat yleistä opetussuunnitelmaa. Emu-ryhmän oppisisällöissä pääpaino on käytännön fysiikassa ja kemiassa, syvemmälle teoriaan edetään kunkin oppilaan edellytysten mukaan. (Mukautettu opetussuunnitelma, 2001) Koska eritysopetuksessa jokainen oppilas opiskelee henkilökohtaisen opetussuunnitelmansa mukaan, opiskeltavia asioita ei ole jaettu eri luokka-asteille. Opetussuunnitelma jätti minulle vapaat kädet oppisisällön määrittämisessä. Hahmottava lähestymistapa vastaa mielestäni täysin opetussuunnitelman yleisen osan mielenkiintoisen opetuksen vaatimukseen. Samoin Emu-ryhmän käytännön fysiikan opetukseen painottuminen on juuri hahmottavaa fysiikkaa. 3.2 Oppituntien järjestely Tunnit pidettiin fysiikan ja kemian laboratoriossa. Esy-ryhmän oma opettaja oli mukana tunneilla, minkä ansiosta pystyin keskittymään opettamiseen, töiden ohjaamiseen ja työryhmien kanssa keskusteluun. Ryhmän oma opettaja hoiti järjestyksen pidon ja toimi silminä selässäni. Esy-ryhmää ei vaivannut passiivisuus 7
laboratorioluokassa. Tosin aktiivisuus kohdistui enemmän omiin kokeisiin kuin ohjelmassa olleisiin kokeisiin. Kahden opettajan luokassa oleminen mahdollisti sen, että pystyin käyttämään kaikkia haluamiani välineitä ja oppilaat saivat tehdä töitä itsenäisesti ryhmissä. Emu-ryhmällä oli joillakin tunneilla avustaja mukana. Koska ryhmä oli liian passiivinen edes pahantekoon, järjestyksenpitoon ei tässä ryhmässä apua tarvittu. Avustajan tehtäväksi jäi pelkästään oppilaiden auttaminen työskentelyssä. 3.3 Tunnit lukujärjestyksessä Tunnit pidettiin yksittäisinä tunteina. Kummankaan ryhmän oppilaat eivät olisi jaksaneet keskittyä opiskeluun fysiikalle tyypillisen kaksoistunnin aikaa. Tunnin paikka lukujärjestyksessä vaikutti olennaisesti sen kulkuun. Ensimmäiselle tunnille oli osalla suuria vaikeuksia saapua ajoissa, ja ajoissa kouluun ehtineistäkin osa oli hyvin väsyneitä ja heräili päivään vasta tunnin lopulla. Ennen ruokatuntia olevalla tunnilla ajatukset olivat jo ruuassa ja viimeisellä tunnilla yleinen levottomuus vaikeutti opiskeluun keskittymistä. 3.4 Kurssin tuntimäärä Tuntimäärää kurssin opiskeluun ei rajattu, vaan sain käyttää opetukseen tarvitsemani ajan. Tästä vapaudesta huolimatta opetukseen käyttämäni aika oli hyvin lähellä normaaliopetuksessa sähköopin opetukseen käytettävää aikaa. Kaikkiaan käytin kurssiin lopussa pidetty koe mukaan lukien 20 oppituntia. Keskittymiskyvyttömyys oli yksi oppilaiden pääongelmista. Oppilaat kyllästyivät nopeasti samanlaiselta näyttäviin aiheisiin. Vapaudesta päättää opiskeluun käytettävissä olevien tuntien määrä seurasi kiireettömyys, mitä en ole aikaisemmin opettajana päässyt kokemaan. Jos esittämäni asia ei jollain tunneilla oppilaita kiinnostanut, pystyin huoletta muuttamaan suunnitelmia. Jos tunnilta puuttui monta oppilasta, saatoin seuraavalla tunnilla käydä vaikka kaikki käsitellyt aiheet uudestaan läpi. 8
Hahmottavaan lähestymistapaan ei sovi perinteinen nämä asiat on käsiteltävä tällä tunnilla ja jos ei ehditä, niin lukekaa loppu kotona -tyyli. Vapaus käyttää tarvittava määrä tunteja mahdollisti sen, että kaikki pääsivät itse tekemään tutkimuksia ja kvantifioimaan suureita ja lakeja oikeassa järjestyksessä. 3.5 Oppimateriaali Oppilailla ei ollut käytössään perinteistä oppikirjaa. Oppikirjan ja vihon korvasi kansio, johon oppilaat liittivät aina tunneilla jakamani materiaalin. Esy-ryhmän opettaja kuljetti ryhmänsä kansioita ja oppilaat käyttivät niitä vain tuntien aikana. Joku oppilaista yritti kerrata kansiostaan asioita ennen koetta omassa luokassa, mutta hän oli kyllä poikkeustapaus. Emu-ryhmän kansiot säilytettiin fysiikan luokassa. Ryhmien luonteesta johtuen en voinut tehdä materiaalia valmiiksi moneksi tunniksi eteenpäin. Edellisen tunnin tapahtumat ja mahdolliset poissaolot määräsivät seuraavan tunnin ohjelman. Hahmottavan lähestymistavan periaatteiden mukaan minun oli koko ajan tiedettävä, mitä oppilaat olivat aikaisemmilla tunneilla oppineet ja mitä halusin heidän kurssin aikana oppivan. Oppimateriaali oli vain tukena, pääosin opiskelu oli keskustelua ja opettajan ohjeiden mukaisesti ohjattua tutkimusta. Kansio toimi pääasiassa dokumenttina opiskelusta. Nämä oppilaat eivät tulleet tunnille reppu ja koulutarvikkeet mukanaan. Heille riitti, että tunnille ylipäätään tultiin. Luokassa oli kaikki tarvittavat välineet kynistä alkaen ja kyniä tarvittiin lähinnä tutkimustulosten kirjaamiseen. Päätavoite oli saada oppilaat käymään säännöllisesti tunneilla ja tunnilla olosta heille jäi kansioon moniste ikään kuin todistuskappaleeksi opiskelusta. Muutamat oppilaat tekivät tunnollisesti muistiinpanoja, suurin osa kirjoitti joskus jotain paperille ja yksi oppilas ei ottanut läheskään aina edes vastaan monisteita. Homma sujui helpommin, jos muistin rei ittää paperit valmiiksi ennen oppilaille jakamista. Jos reiät puuttuivat, niiden paperiin saaminen tuntui olevan tunnin tärkein asia. 9
4. HAHMOTTAVA LÄHESTYMISTAPA 4.1 Yleistä Hahmottavassa lähestymistavassa merkitykset luodaan ensin. Terminologia ja sitä käyttävä kieli rakennetaan ymmärretyille merkityksille. Käsitteistöä rakentaa merkityksiä luova hahmotusprosessi, joka kerrostuu hierarkkisesti ja abstrahoituu asteittain. Se etenee havainnoista lähtien hahmottamalla kohti yleisempiä jäsentäviä käsitteitä. Se on perusolemukseltaan intuitiivinen prosessi, jossa mielikuvat (teoria) kytkeytyvät erottamattomasti havaintoihin (empiriaan). ( Kurki-Suonio, K. & R., 1998) Hahmottava lähestymistapa korostaa empirian primaarisuutta käsitteenmuodostuksen perustana. Aito ymmärtäminen on mahdollista vain, jos opetuksen lähtökohtana on luonto ja havaitseminen. Käsitteet hahmotetaan itse. ( Kurki-Suonio, K. & R., 1998). Kurki-Suonioiden mukaan opettaja voi vain opastaa oppilaat näkemään ja huomaamaan. Heidän mukaansa kasvattaminen omakohtaiseen empiriaan on ainoa tapa saada oppilas luomaan itselleen oivallettua, ymmärrettyä ja omaksuttua tietoa. Se opettaa näkemään luonnon tiedon alkuperäisenä lähteenä ja etsimään tietoa luonnosta. Samalla se opettaa kysymään tiedon perusteita ja arvioimaan sen luotettavuutta. Se on kasvatusta itsenäiseen ajatteluun. 4.2 Hahmottavan lähestymistavan vaikutus opetuksen suunnitteluun Opetuksen lähtökohtana on empiria ja tavoitteena käsitteiden ymmärtäminen. Merkitykset ovat kvalitatiivisia ja ne on ensin opittava kvalitatiivisina. Kokeilussa korostuu kvalitatiivisten kokeiden ja havaintojen merkitys. Opiskelun on siis perustuttava omiin havaintoihin eli oppilastöiden tekemiseen. Töiden järjestykseen on kiinnitettävä aikaisempaa enemmän huomiota, jotta asia etenee oikeassa järjestyksessä. Jouduin muuttamaan monia aikaisempia ajatuksiani sähköopin opettamisesta kurssin edetessä. 10
4.3 Prosessin eteneminen 4.3.1 Perushahmotus Perushahmotus on ilmiöiden tason kokeellisuutta. Siinä tehdään havaintoja ja kvalitatiivisia kokeita, joiden tarkoituksena on tunnistaa ilmiöalueen perushahmoja ja luokitella niitä. Näitä perushahmoja ovat oliot ja ilmiöt, sekä olioiden ja ilmiöiden ominaisuudet. Olioita ovat luonnon olemassa olevat subjektit, esim. kappale, virtajohdin, jne., ja ilmiöillä tarkoitetaan sitä, mitä oliot tekevät tai mitä niille tapahtuu, esim. liike, lämpeneminen, jne. 4.3.2 Esikvantifiointi Esikvantifioinnissa luodaan mielikuva ominaisuuksien eri asteista, niihin vaikuttamisesta ja niiden välisistä riippuvuuksista. Tässä vaiheessa liikutaan siis syyseuraussuhteissa, eli voidaan puhua kausaalimielikuvista. 4.3.3 Kvantifiointi Kvantifiointi on tässä lähestymistavassa kynnys- tai avainprosessi. Kvantifioinnissa ominaisuuksista saadaan suureet ja ominaisuuksien välisestä riippuvuudesta päädytään lakiin. Kausaalimielikuvasta päädytään teoriaan. Kvantifiointi määrittelee suureen ja kertoo, miten se voidaan mitata. Esikvantifiointi motivoi ja luo ajatukset kvantifioivista kokeista ja niiden idealisoinneista. Koska ymmärtäminen syntyy kvalitatiivisella tasolla, on kaikki ymmärtäminen pohjimmiltaan kvalitatiivista. 11
5. KURSSI 5.1 Sisältö Kurssin runko oli seuraava: - tasavirtapiirit: virran tutkiminen ja mittaaminen, jännite, kytkentöjä - Ohmin laki - resistanssi - varaus - sähkövirta: Voltan pari, akku, paristo, verkkovirta - energia teho, liikkeestä esimerkkinä moottori, lämmöstä kuumalankaleikkuri sekä muutama lasku tehosta ja sähkön hinnasta - kestomagneetti - sähkömagneetti - induktio, generaattori, muuntaja ja voimalaitokset - sähköturvallisuus 5.2 Suunnittelumateriaali Kurssin suunnittelussa ja materiaalina käytin apunani useaa peruskoulun oppikirjasarjaa opettajanoppaineen. Koska valittu lähestymistapa vaatii opettajalta laajaa tietoa koko alueesta, käytössäni oli myös lukion oppikirjoja ja muuta sähköopin materiaalia. Oppimateriaalin koostamisessa ei voi antaa tarkkaa viittausta, mistä lähteestä mikin työ on otettu, sillä samat työt esiintyvät eri kirjoissa. Historia näkyy siinä, että asia voidaan opiskella samojen kokeiden kautta, millä ne on keksittykin. Tämän takia en viittaa oppitunneista raportoidessani mihinkään lähdeteokseen. Tuntien suunnittelussa käyttämäni lähdeteokset löytyvät lähdeluettelosta. 5.3 Ennakkotiedot Esy-ryhmästä neljä oppilasta oli opiskellut ainakin vuoden fysiikkaa perusopetusryhmässä. Useimmat olivat tehneet teknisissä töissä elektroniikan töitä. Pojilla oli kokemusta myös vapaa-ajalla sähkölaitteiden näpräämisestä ja he tuntuivat 12
tietävän aika hyvin, mitä sähkölaitteiden kanssa ei saa tehdä ja mitä pahaa niillä saa tehdyksi. Emu-ryhmälläkin oli kokemusta lähinnä teknisistä töistä ja vapaa-ajasta. Heidän kanssaan kokemuksista keskustelu oli lähinnä yhden sanan vastauksia opettajan kysymyksiin. Tutkimuksen sähköopin kurssi pidettiin kevätlukukaudella. Kurssi oli ryhmien ensimmäinen erityisopetuksen fysiikan kurssi. Syyslukukaudella samojen ryhmien kanssa oli opiskeltu kemiaa. Kemian opetus perustui myös töiden tekoon. Ryhmät olivat tuttuja ennen fysiikkaan siirtymistä ja oppilaat olivat oppineet tekemään ryhmissä töitä ohjeitteni ja tehtävämonisteiden mukaan. Lisäksi he olivat tottuneet siihen, että ns. teoriaopetusta ei ollut, vaan kerroin aina tunnin alussa mitä tunnilla tehdään ja mitä välineitä tarvitaan. Varsinainen opetus tapahtui sitten niin, että ohjasin oppilaiden töitä haluamaani suuntaan ja kerroin, mitä tarkkailla, mitä pitäisi huomata ja mitä se tarkoittaa. Kerroin samat asiat erikseen joka ryhmälle ja tavoitteena oli, että oppilaat oppisivat ikään kuin vahingossa kemiaa töitä tehden. Sama menetelmää käytin sitten fysiikan opetuksessa. Fysiikan opiskelu poikkesi paljon varsinkin emu-oppilaiden omassa luokassa tapahtuvasta opiskelusta. Omassa luokassa jokainen opiskeli omaan tahtiinsa ja jokainen saattoi opiskella omaa oppiainetta henkilökohtaisia tehtäviä tekemällä. Myös esy-ryhmällä omassa luokassa opiskelu keskittyi paljon itsenäiseen työskentelyyn, koska samassa tilassa oli monella eri luokka-asteella opiskelevia. Fysiikan tunneilla kaikki opiskelivat samaa joko pienissä ryhmissä tai yksin, jos yhteistyö muiden kanssa ei sujunut. Fysiikan opiskelu toimi siis samalla valmentautumisena jatko-opintoihin, eli opiskeluun ryhmässä samaan tahtiin. 5.4 Ennakkokäsitystesti Syksyn kemian opiskelujen perusteella mietin pitkään kannattaako ryhmillä teettää ennakkokäsitystestiä. Kirjalliset työt olivat olleet koko ajan molemmilla ryhmillä 13
vastenmielisiä ja yksi esy-ryhmän oppilas oli kieltäytynyt systemaattisesti koko syksyn ajan kirjoittamisesta ja monisteiden täytöstä koe mukaan lukien. Minulla oli kurssin ensimmäisellä tunnilla mukanani Aine ja energia-kirjan sähkön ennakkokäsitystesti (Liite1). Kerroin oppilaille fysiikan opiskeluun siirtymisestä ja siitä, että ensimmäiseksi opiskelemme sähköoppia. Keskustelimme vähän aikaa siitä, mitä kukin tiesi asiasta ennakkoon. Esy-ryhmä vaikutti niin rauhalliselta ja asiasta kiinnostuneelta, että ehdotin heille mielipidetiedusteluun vastaamista. Porukka yllätti minut ja vastasi kunnolla kyselyyn. Olen myös jatkossa korostanut aina vastaavia kyselyjä tehdessäni, että kyseessä on mielipidetiedustelu, jossa ei ole oikeita vastauksia ja tarvitsen tiedot, jotta osaan valita oikeat asiat tunneille. Kun Esy-ryhmä oli vastannut ennakkokyselyyni, pidin saman testin myös emuryhmälle. Ryhmä vastasi kyselyyn tunnollisesti, mutta heidän kohdallaan en voi olla varma siitä, miten he kysymykset ymmärsivät. 5.4.1 Esy-ryhmän tulokset Testiin vastasi 6 oppilasta. Olen kirjannut oppilaiden vastauksien lukumäärät testin kysymysten perään. Käytetty testi on liitteenä 1. 1. Ovatko seuraavat väitteet mielestäsi oikein vai väärin? Oppilaiden vastauksia Väite oikein väärin a) Jännite ja virta ovat sama asia. 2 kpl 4 kpl b) Sähkölaite (lamppu) kuluttaa virtaa. 5 kpl 1 kpl c) Sähkövirta on sitä heikompi, mitä kauempana paristosta ollaan. 4 kpl 2 kpl d) Paristoon on säilötty sähkövirtaa. 6 kpl 0 kpl e) Paristosta saadaan aina sama sähkövirta. 2 kpl 4 kpl 2. Kuviin liittyvät väitteet. Ovatko väitteet oikein vai väärin? Kuva 1. Lamppu ja paristo vierekkäin, ei kosketusta. 14
Kuva 2. Lampun kanta yhdistetty pariston toiseen napaan yhdellä johtimella. Kuva 3. Lampun kannasta lähtee johtimet pariston molempiin napoihin. Väite oikein väärin a) Kuvan 1 tilanteessa esiintyy jännitettä. 2 kpl 4 kpl b) Kuvan 1 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa. 1 kpl 5 kpl c) Kuvan 2 tilanteessa esiintyy jännitettä 5 kpl 1 kpl d) Kuvan 2 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa 1 kpl 5 kpl e) Kuvan 3 tilanteessa esiintyy jännitettä 3 kpl 3 kpl f) Kuvan 3 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa. 5 kpl 1 kpl 3. Missä tilanteessa lamppu hehkuu? a) Lamppu pariston jatkeena 0 kpl b) Sama tilanne, mutta pariston navat yhdistetty johtimella 3 kpl c) Lamppu yhdistetty kahdella johtimella pariston napoihin. 6 kpl d) +, johdin, lampun kanta, - 3 kpl e) Lamppu + dynamo 1 kpl f) Virtapiirin välissä pyyhekumi 0 kpl g) -, johdin, lamppu, + 5 kpl h) Lamppu kallellaan pariston napojen välissä 0 kpl i) Suolaliuos virtapiirissä 4 kpl 5.4.2 Emu-ryhmän tulokset Testiä oli tekemässä kolme oppilasta. 1. Ovatko seuraavat väitteet mielestäsi oikein vai väärin? Väite oikein väärin a) Jännite ja virta ovat sama asia. 1 kpl 2 kpl b) Sähkölaite (lamppu) kuluttaa virtaa. 3 kpl 0 kpl c) Sähkövirta on sitä heikompi, mitä kauempana paristosta ollaan. 0 kpl 3 kpl d) Paristoon on säilötty sähkövirtaa. 2 kpl 1 kpl e) Paristosta saadaan aina sama sähkövirta. 1 kpl 2 kpl 15
2. Kuviin liittyvät väitteet. Ovatko väitteet oikein vai väärin? Kuva 1. Lamppu ja paristo vierekkäin, ei kosketusta. Kuva 2. Lampun kanta yhdistetty pariston toiseen napaan yhdellä johtimella. Kuva 3. Lampun kannasta lähtee johtimet pariston molempiin napoihin. Väite oikein väärin a) Kuvan 1 tilanteessa esiintyy jännitettä. 0 kpl 3 kpl b) Kuvan 1 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa. 0 kpl 3 kpl c) Kuvan 2 tilanteessa esiintyy jännitettä 2 kpl 1 kpl d) Kuvan 2 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa 1 kpl 2 kpl e) Kuvan 3 tilanteessa esiintyy jännitettä 3 kpl 0 kpl f) Kuvan 3 tilanteessa esiintyy sähkövirtaa. 3 kpl 0 kpl 3. Missä tilanteessa lamppu hehkuu? a) Lamppu pariston jatkeena 0 kpl b) Sama tilanne, mutta pariston navat yhdistetty johtimella 2 kpl c) Lamppu yhdistetty kahdella johtimella pariston napoihin. 3 kpl d) +, johdin, lampun kanta, - 2 kpl e) Lamppu + dynamo 2 kpl f) Virtapiirin välissä pyyhekumi 0 kpl g) -, johdin, lamppu, + 1 kpl h) Lamppu kallellaan pariston napojen välissä 1 kpl i) Suolaliuos virtapiirissä 3 kpl 5.4.3 Päätelmiä ennakkokäsitystestistä Oppilaat eivät selvästi osaa erottaa jännitettä ja virtaa. Virtapiiri on vaistonvaraisesti tuttu. Osalle riittää jo yhden johtimen läsnäolo, jotta virtaa ja jännitettä voi olla. Eriste tai materiaali, jossa sähkö ei kulje, näytti selvältä, sillä kukaan ei väittänyt lampun hehkuvan virtapiirissä, jossa on osana kumi. Suolaliuoksen sähkönjohtokyky oli jäänyt suurimmalle osalle mieleen syksyn kemian tunneilta. Testin perusteella minulla oli odotettavissa paljon vääriä mielikuvia, joita vastaan taistella. 16
6. KURSSIN ALOITUS 6.1 Aloitustavan valinta Aloitin kurssin virtapiireillä motivoinnin takia. Molemmilla ryhmillä käsillä tekeminen oli paras tapa opiskella ja uskoin alun leikkimisellä mielenkiinnon asiaa kohtaan heräävän. Annoin oppilaille paristot, lamppuja ja johtimia ja vapaat kädet niiden kanssa leikkimiseen. Oppilaiden tehtävänä oli tutustua välineisiin ja saada lamppu palamaan. Työ onnistui helposti kaikilta, mikä vahvisti ennakkokäsitykseni siitä, että kaikki olivat olleet aikaisemmin tekemisissä lamppujen ja paristojen kanssa. Paristo virtalähteenä toimii perushahmotuksessa ja kvantifioinnissa huomattavasti isoa verkkovirtaan liitettävää oppilasvirtalähdettä paremmin. Paristossa on selvästi kaksi napaa ja erilaiset kytkennät näkee selvästi edessään. Samoin on havainnollisempaa kytkeä paristoja sarjaan kuin vääntää virtalähteen nappulaa suurempaan lukuun. Rinnan kytkennän vaikutuksia voi havainnollistaa ainoastaan paristojen avulla peruskoulussa. 6.2 Piirrosmerkinnät ja kytkentäkaavio Välineisiin tutustumisen ohessa opeteltiin piirrosmerkinnät johtimelle, katkaisijalle, lampulle ja virtalähteelle. Oppilaat piirsivät kytkentäkaavion eli kuvan rakentamastaan kytkennästä. Oppilailla oli omat nimityksensä käytössä oleville välineille: virtalähde oli patteri ja johdin johto. Pyrin alusta alkaen käyttämään aina oikeita nimityksiä vaikka joillekin oppilaille oli sama toistettava vielä heidän omilla sanoillaan selvyyden vuoksi. Tämä on useimmalle oppilaalle aluetta, josta he luulevat tietävänsä aika paljon. Lamput, johdot ja paristot ovat jokapäiväisiä arkielämän esineitä. Kytkentäkaaviossa tärkeämpää kuin piirtäminen oli kaavion lukeminen ja kytkennän tekeminen kaavion mukaan. Oppilaille oli helppo perustella kaavion lukemisen tärkeys. Jokaisen on helppo ymmärtää, että sähkömies tarvitsee piirustukset, joiden mukaan toimia. Kytkentäkaavio 17
oli opiskeltava heti alussa, jotta oppilaat pääsivät jatkossa heti työhön kiinni, eikä asiaa tarvinnut selittää alusta asti kädestä pitäen jokaiselle erikseen. Esy-ryhmän pojat aloittivat innolla rakentelun. Jokainen sai jossain välissä myös minun pyytämäni kytkennän tehdyksi, vaikka omat viritelmät tuntuivatkin paljon mielenkiintoisemmilta. Ryhmän ainoa tyttö kauhisteli välineitä aluksi kädet perin naisellisesti pystyssä ja väitti, ettei osaa. Loppujen lopuksi hän teki muutaman tunnin kuluttua kytkentöjä paljon poikia näppärämmin ja varmemmin. Hän ei kuvitellut tietävänsä itse vaan seurasi ohjeita poikia tarkemmin. Tässä oli heti alussa luonnollinen paikka oppia, mitä tarkoitetaan virtapiirillä. Avoin ja suljettu virtapiiri olivat ihan selviä. Suljetussa olivat tietysti kaikki johdot kiinni ja avoimeksi virtapiirin sai nyppäämällä jostain johdon pään irti ja heiluttelemalla sitä ilmassa. Tämä kaikki oli jo hahmotusta, vaikka vasta valmistauduimme sähköopin systemaattiseen opiskeluun tarvittavia perustaitoja hiomalla. Erityisryhmien kanssa on vielä perusopetusryhmiä tärkeämpää tarkastaa, että opettaja ja oppilaat puhuvat samaa kieltä. Jotta oppimisen perusedellytykset olisivat kunnossa, kaikkien on tiedettävä tietty määrä nimityksiä ja hallittava perussanastoa ja välineiden käyttöä. 6.3 Oppilaiden suhtautuminen opiskeluun Emu-ryhmän oppilailla oli hyvä kädentaito. Oppilaat käsittelivät laitteita näppärästi, mutta suhtautuminen käsiteltävänä olevaan aiheeseen oli aika vaisua ja passiivista. Perusasenne oli annetuista tehtävistä suoriutuminen ilman suurempaa mielenkiintoa itse aihetta kohtaan. Esy-ryhmäläiset osasivat tehdä hyvin kytkentöjä. He tuntuivat tietävän mitä olivat tekemässä, ja aikaisemmat kokemukset olivat opettaneet miten homma tehtiin. Sähköoppia opiskeltavana asiana ei pahemmin kyseenalaistettu. 18
7. OPPITUNNIT 7.1 Tasavirtapiirit 7.1.1 Perushahmotus Oppilaat luulivat leikkivänsä laitteilla ja tekevänsä, mitä haluavat, mutta todellisuudessa käynnissä oli hahmotus. Yksinkertaisilla laitteilla, lampuilla, paristoilla ja johtimilla, saimme havainnollistettua valo- ja lämpöilmiöitä. Kun toin pöytiin 4,5 voltin pariston ja oikosuljin sen navat kompassin vieressä, saimme havainnollistettua myös magneettista vaikutusta. En antanut oppilaiden tehdä tätä koetta itse, sillä tuloksena olisi ollut kasa tyhjiä 4,5 voltin paristoja. Oppilailla oli käytössään erilaisia paristoja ja näiden avulla huomattiin, että erilaiset paristot muuten samanlaisessa kytkennässä aiheuttavat erilaisen virran voimakkuuden. Oppilaat siis näkivät, että lampun kirkkaudessa oli eroja erilaisilla kytkennöillä. Lampun palaminen, johtimen lämpeneminen ja kompassineulan heilahtaminen ovat sähkövirta-ilmiön ilmentymiä. Näin olimme leikkien löytäneet ilmiöitä, joihin voi paneutua tarkemmin ja joiden ominaisuuksia voi tutkia. 7.1.2 Virtapiirin virran tutkiminen Sähkövirran esikvantifioinniksi tutkimme lamppujen palamista erilaisissa kytkennöissä. Ensimmäisessä työssä tutkimme lamppujen palamista sarjassa. Jokainen työryhmä sai pariston virtalähteeksi ja johtimia. Työssä tarvittiin kolme yhtä kirkkaasti palavaa lamppua ja oppilaiden oli itse silmämääräisesti valittava itselleen nämä lamput. Oppilaiden monisteessa oli kuvan 1 mukaiset kytkennät. Kuva 1. 19