SUOMALAISTEN MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OSAAMINEN VUONNA 2002

SUOMALAISTEN MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OSAAMINEN VUONNA 2002 KANSALLISTEN KEHITTÄMISTALKOIDEN LOPPURAPORTTI LUMA-TUKIRYHMÄ LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 1

2 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

TIIVISTELMÄ Tiedeyhteisöjen, elinkeinoelämän ja muiden toimijoiden vauhdittaman yhteiskunnallisen keskustelun perusteella pääministeri Paavo Lipposen ensimmäinen hallitus sisällytti hallitusohjelmaansa tavoitteen, että suomalaisten matemaattis-luonnontieteellinen osaaminen nostetaan kansainväliselle tasolle. Tavoitteen saavuttamiseksi opetusministeriö käynnisti vuonna 1996 laajan matematiikan ja luonnontieteiden osaamisen kehittämisohjelman (LUMA-talkoot) vuosiksi 1996-2002. Vuonna 1998 ohjelman toteutumisesta tehtiin väliarvio, jonka perusteella ohjelmaa tarkistettiin joiltakin osin. LUMA-ohjelmalle on määritelty useita määrällisiä ja laadullisia tavoitteita sekä lukuisia osahankkeita. Kaikkia talkoo-ohjelman tavoitteita ei ole saavutettu, mutta useilla osa-alueilla kehitys on kulkenut oikeaan suuntaan. Korkeakoulujen aloituspaikkoja on lisätty jopa yli tavoitteiden, mutta pitkää matematiikkaa ja luonnontieteiden laajoja oppimääriä opiskelevien lukiolaisten määrät eivät ole kasvaneet toivottua vauhtia. Niinpä tällaisia lukiolaisia ei valmistu riittävästi korkeakoulujen ja tietoyhteiskunnan tarpeisiin. Voidaankin todeta, ettei nykymuotoinen ylioppilastutkinto riittävästi tue luonnontieteiden opiskelua eikä kannusta suorittamaan pitkää matematiikkaa. Tästä syystä ponnisteluja on jatkettava sekä laajojen oppimäärien valintojen lisäämiseksi lukioissa että suppeammilla tiedoilla korkeakouluun tulevien opiskelijoiden opintojen alkuvaiheen tukemiseksi. Erityisesti tytöillä/ naisilla olisi edellytyksiä valita lukion pitkää matematiikkaa ja varsinkin fysiikkaa huomattavasti nykyistä enemmän. He ovat edelleen selvänä vähemmistönä myös korkeakoulujen fysiikan ja tekniikan opiskelijoissa, vaikka heidän osuutensa tekniikan opiskelijoista näyttääkin hiljalleen kasvavan. Toisaalta biologian ja maantieteen yliopisto-opintoihin sekä luokan- ja lastentarhanopettajien koulutukseen kaivattaisiin lisää miehiä. Aineenopettajiksi opiskelevien määrän tulisi myös kasvaa erityisesti matematiikassa, jotta vuosikymmenen lopulla alkava suurten opettajaikäluokkien siirtyminen eläkkeelle saataisiin korvatuksi pätevillä opettajilla. Perusopetuksessa oppimistulosten laatu näyttää kansainvälisten tutkimusten valossa hyvältä. OECD:n PISA-tutkimuksessa suomalaiset sijoittuivat tavoitteena olevaan parhaaseen neljännekseen sekä matematiikassa että luonnontieteissä ja IEA-järjestön TIMSS 1999 -tutkimuksenkin mukaan LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 3

suomalaiset ovat kansainvälisen keskitason yläpuolella. Lisäksi koulutuksen tasa-arvo näyttää toteutuvan hyvin sekä alueellisesti että koulujen ja sukupuolten välillä. Tulosten hajonta on kansainvälisen aineiston pienimpiä eli pudokkaita ja huippuosaajia on suhteellisen vähän. Kuitenkin sekä kansainvälisten että kansallisten arvioiden mukaan 10 20 prosentilla ikäluokasta on matematiikan ja luonnontieteiden osaamisessa sellaisia puutteita, että heillä tulee olemaan vaikeuksia jatko-opinnoissa. Tämä näkyykin jo lukiossa mutta vielä selvemmin ammatillisessa peruskoulutuksessa, koska suurin osa heikosti tai välttävästi matematiikkaa ja luonnontieteitä osaavista hakeutuu ammatilliseen koulutukseen. LUMA-talkoiden aikana ammatillisessa koulutuksessa onkin kehitetty opetusta ottamaan paremmin huomioon opiskelijat, joiden perustiedoissa ja -taidoissa on puutteita, mutta haastetta tällä saralla on tulevaisuudessakin. Toisaalta huippuosaajienkin määrää olisi Suomessa mahdollista lisätä. Perusopetuksen uuteen tuntijakoon saatu matematiikan lisätunti yläluokilla sekä fysiikan ja kemian aseman selkiyttäminen alaluokilla tukevat näiden aineiden osaamisen parantamista tulevaisuudessa. Merkille pantavaa on myös se, että vaikka tyttöjen ja poikien matematiikan osaaminen on peruskoulun päättövaiheessa samantasoista, huomattavasti pienempi osa tytöistä valitsee pitkän matematiikan lukiossa. Tähän lienee syynä tutkimuksissa todettu tyttöjen poikia pienempi itseluottamus matematiikan osaamisessa. Samankaltainen on tilanne myös fysiikassa ja kemiassa. Tyttöjen itseluottamuksen kasvattamiseen ja toisaalta motivoimiseen näiden aineiden opinnoissa onkin jatkossa kiinnitettävä yhä enemmän huomiota. Talkoo-ohjelman luonteeseen kuuluu, että siihen osallistuu useita eri toimijoita kukin omilla resursseillaan. Valtion opetushallinnon lisäksi talkoisiin ovatkin merkittävillä panoksilla osallistuneet esimerkiksi kunnat, koulut, oppilaitokset ja korkeakoulut sekä elinkeinoelämä ja useat järjestöt. Opetusministeriö ja Opetushallitus ovat osoittaneet talkoisiin kehittämisvaroja yhteensä noin 34 miljoonaa euroa ja Opetushallituksen projektiryhmä on käyttänyt hankkeen aikana noin 20 henkilötyövuotta matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämiseen. Tärkein työ on kuitenkin tehty kouluissa ja oppilaitoksissa, joissa opettajat ovat suorittaneet lisäopintoja ja kehittäneet opetusta oppiainerajat ylittäen. Opettajien täydennyskoulutus onkin ollut yksi näkyvimpiä LUMA-ohjelman hankkeita: Opetushallituksen rahoittamaan täydennyskoulutukseen on ohjelmakauden aikana osallistunut noin 11 000 4 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

opettajaa suorittaen noin 85 000 opintoviikkoa. Oppilaitosten ylläpitäjät ovat antaneet kehittämistyöhön taloudellisia mahdollisuuksia opetus- ja kehittämistyön resursoinnin sekä oppimisympäristöinvestointien muodossa. Aineenopettajajärjestöt, muut järjestöt ja elinkeinoelämä ovat tukeneet opettajien kehittämistyötä monin tavoin. Koulut, oppilaitokset ja korkeakoulut ovat tehneet merkittävää yhteistyötä yli asterajojen. Korkeakoulut ovat antaneet koulujen käyttöön välineitään ja asiantuntemustaan, järjestäneet opettajille täydennyskoulutusta sekä toteuttaneet matematiikan ja luonnontieteiden oppimiseen ja opettamiseen liittyviä tutkimus- ja tutkijakoulutushankkeita, joita muun muassa Suomen Akatemia on rahoittanut. Matematiikan ja luonnontieteiden osaamista on pyritty edistämään myös elinikäisen oppimisen alueella suuntaamalla toimenpiteitä varhaiskasvatukseen, vapaaseen sivistystyöhön, julkaisu-, harrastus- ja kerhotoimintaan sekä tiedottamiseen. Tiedekeskukset ovat osaltaan tehneet arvokasta työtä tällä sektorilla. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 5

SAMMANDRAG Programmet för Paavo Lipponens första regering satte som mål att finländarnas matematisk-naturvetenskapliga kunskaper höjs till internationell nivå efter att vetenskapssamfundet, näringslivet och andra aktörer initierat en debatt om saken. För att nå detta mål igångsatte undervisningsministeriet 1996 ett omfattande program för utveckling av kunskaperna i matematik och naturvetenskaper (LUMA-samarbetet) 1996 2002. I en mellanrapport 1998 granskades vissa delar av utfallet av programmet. LUMA-programmet innehåller flera kvantitativa och kvalitativa mål samt talrika delprojekt. Alla mål i samarbetsprogrammet har inte nåtts, men på flera delområden har utvecklingen gått i rätt riktning. Nybörjarplatserna i högskolorna har ökat till och med mer än planerat, men antalet gymnasieelever som väljer långa matematiken och de långa lärokurserna i naturvetenskaper har inte ökat i önskad takt. Denna kategori studerande som går ut gymnasiet räcker inte till för behoven i högskolorna och informationssamhället. Det kan konstateras att studentexamen i sin nuvarande form inte stöder studier i naturvetenskaper och att eleverna inte heller sporras att genomföra långa matematiken. Ansträngningarna måste därför fortsätta så att fler förmås välja de långa lärokurserna i gymnasiet och så att de stöd som kommer till högskolan med begränsade kunskaper stöds i början av sina studier. Speciellt flickorna/kvinnorna har betydligt större förutsättningar att välja långa matematiken i gymnasiet än vad som reellt sker. De utgör också fortfarande en klar minoritet av de studerande i fysik- och teknik i högskolorna trots att deras andel av de studerande i teknik tenderar att stiga. För universitetsstudier i biologi och geografi och för utbildning av klasslärare och barnträdgårdslärare behövs det å andra sidan fler män. Antalet studerande som blir ämneslärare bör också öka särskilt i matematik för att de stora årsklasserna lärare som börjar gå i pension i slutet av decenniet skall kunna ersättas med kompetenta lärare. Kvaliteten på studieresultatet i den grundläggande utbildningen förefaller god i skenet av internationell forskning. I OECD:s Pisa-undersökning placerades sig Finland bland den bästa fjärdedelen vilket var målet både för matematiken och naturvetenskaperna och enligt organisationen IEA:s TIMSS 1999-undersökning höjer sig finländarna över det internationella medeltalet. Jämställdheten i utbildningen förefaller också att ha 6 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

förverkligats både regionalt och mellan skolorna och könen. Spridningen av resultatet hör till den lägsta i det internationella materialet, dvs. det finns relativt få som inte klarar sig alls eller som har toppresultat. Både internationella och nationella utvärderingar visar dock att 10 20 procent i en årsklass har sådana brister i kunskaperna i matematik och naturvetenskaper att de kommer att få det besvärligt i de fortsatta studierna. Detta kan märkas redan i gymnasiet men ännu tydligare i den grundläggande yrkesutbildningen, eftersom största delen av dem som är svaga i eller tillfredsställande behärskar matematik och naturvetenskaper söker sig till yrkesutbildning. Under LUMA-samarbetet har undervisningen inom yrkesutbildningen utvecklats för att bättre ta hand om studerande med brister i sina baskunskaper och -färdigheter, men det kommer att finnas utmaningar på det här fältet också i framtiden. Det är å andra sidan möjligt att öka antalet studerande med toppresultat i Finland. Tilläggstimmen i matematik i timfördelningen i den grundläggande utbildningen i de högre klasserna och en mer uttalad ställning för fysik och kemi i de lägre klasserna bör förbättra kunskaperna i dessa ämnen i framtiden. Det är anmärkningsvärt att en betydligt mindre del av flickorna väljer långa matematiken i gymnasiet trots att deras matematikkunskaper är på samma nivå som pojkarnas i slutet av grundskolan. Orsaken torde enligt vissa undersökningar vara att flickorna har sämre självförtroende i fråga om sina matematiska kunskaper än pojkarna. En liknande situation råder i fysik och kemi. Det finns skäl att i framtiden allt mera fästa uppmärksamhet vid att flickornas självförtroende behöver uppbackning och motivering för studierna i dessa ämnen. Samarbetsprogrammet karaktäriseras av att det har flera olika aktörer var och en med sina egna resurser. Statens undervisnignsförvaltning deltar i samarbetet och dessutom har kommunerna, skolorna, läroanstalterna och högskolorna samt näringslivet och ett flertal organisationer gjort sina insatser. Undervisningsministeriet och Utbildningsstyrelsen har anvisat totalt omkring 34 miljoner euro för en utveckling av samarbetet och en projektgrupp vid Utbildningsstyrelsen har under projektets gång använt omkring 20 årsverken för att utveckla undervisningen i matematik och naturvetenskaper. Det är dock skolorna och läroanstalterna som utfört det viktigaste arbetet och lärarna har där genomfört extra studier och utvecklat undervisningen genom att gå över ämnesgränserna. Fortbildningen av lärare har varit ett av de LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 7

mest synliga projekten i LUMA-programmet: I den fortbildning som finansieras av Utbildningsstyrelsen deltog under programperioden omkring 11 000 lärare och omkring 85 000 studieveckor slutfördes. Huvudmännen för läroanstalterna har ekonomiskt möjliggjort utvecklingsarbetet genom att tilldela undervisningen resurser och investera i studiemiljön. Ämneslärarföreningar, övriga organisationer och näringslivet har stött lärarna i arbetet på många sätt. Skolorna, läroanstalterna och högskolorna har samarbetat över stadiegränserna. Högskolorna har låtit skolorna förfoga över material och sakkunskap, ordnat fortbildning för lärarna och genomfört forsknings- och forskarutbildningsprojekt om studier och undervisning i matematik och naturvetenskaper bl.a. med hjälp av finansiering från Finlands Akademi. Matematiken och naturvetenskaperna har främjats också inom området livslångt lärande med åtgärder inom förskolepedagogiken, det fria bildningsarbetet, publikations-, hobby och klubbverksamheten samt informationen. Vetenskapscentra har inom den här sektorn bidragit med ett värdefullt arbete. 8 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

SISÄLLYSLUETTELO TIIVISTELMÄ 3 SISÄLLYSLUETTELO 9 1 LUMA-OHJELMA 2 LUMA-OHJELMAN TAVOITTEET JA NIIDEN TOTEUTUMINEN 17 2.1 Korkeakoulujen aloituspaikat 17 2.2 Ylioppilastutkinto 19 2.3 Koululaisten matematiikan ja luonnontieteiden osaaminen 24 2.4 Sukupuolten välinen tasa-arvo 33 2.5 Matematiikan ja luonnontieteiden osaaminen ammatillisessa koulutuksessa 37 2.6 Kansalaisten mahdollisuudet 40 2.7 Matematiikan ja luonnontieteiden aineenopettajien koulutus 41 3 LUMA-HANKKEET JA NIIDEN TOTEUTUMINEN 45 3.1 Kehittämis- ja informaatioverkosto 45 3.2 Opetuksen arviointi, tutkimus ja tutkijankoulutus 57 3.3 Matematiikka ja luonnontieteet kouluissa ja oppilaitoksissa 62 3.4 Laadunarvioinnit oppimisprosessin luonnolliseksi osaksi 79 3.5 Tasa-arvoa lisäävät hankkeet 90 3.6 Erityistukitoimet 101 3.7 Opettajankoulutuksen uudistamishankkeet 108 3.8 Kansallinen kehittämisohjelma elinikäisen oppimisen hankkeiksi 127 3.9 Kunnat, elinkeinoelämä ja tutkimuslaitokset mukana talkoissa 137 3.10 Yliopistojen ja ammattikorkeakoulujen sekä lukioiden ja ammatillisten oppilaitosten välisen yhteistyön kehittäminen 143 AINEISTOLUETTELO 151 1. LUMA-talkoiden aineisto 151 2. Muu aineisto 166 LIITELUETTELO 172 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 9

10 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

1 LUMA-OHJELMA Tiedeyhteisöjen, elinkeinoelämän ja muiden toimijoiden vauhdittaman yhteiskunnallisen keskustelun perusteella pääministeri Paavo Lipposen ensimmäinen hallitus sisällytti hallitusohjelmaansa tavoitteen, että suomalaisten matemaattis-luonnontieteellinen osaaminen nostetaan kansainväliselle tasolle. Lipposen toisen hallituksen (1999 ) ohjelman mukaan matemaattisluonnontieteellisen osaamisen vahvistamista jatketaan. Hallitusohjelman perusteella Opetushallitus käynnisti vuonna 1995 matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämishankkeen (LUMAhanke). Opetusministeriö laajensi ohjelman käsittämään myös koululaitoksen ulkopuoliset toimijat ja julkisti tätä varten vuonna 1996 laajan matematiikan ja luonnontieteiden osaamisen kehittämisohjelman (LUMA-talkoot) vuosiksi 1996 2002 (Opetusministeriö 1996). LUMA-ohjelmaan osallistuvat opetusviranomaisten, koulujen ja oppilaitosten lisäksi muun muassa korkeakoulut, elinkeinoelämä ja useat järjestöt. Talkoo-ohjelman luonteeseen kuuluu, että eri toimijat osallistuvat siihen kukin omilla resursseillaan. Vuonna 1998 talkoo-ohjelman toteutumisesta tehtiin väliarvio (Opetusministeriö 1999a), jonka perusteella ohjelmaa tarkistettiin (Opetusministeriö 1999b). Eri osapuolet ovat panostaneet talkoisiin huomattavasti henkisiä ja aineellisia resursseja. Opetusministeriö ja Opetushallitus ovat osoittaneet talkoisiin kehittämisvaroja yhteensä noin 34 miljoonaa euroa, joista merkittävimmän osan muodostavat matematiikan, luonnontieteiden ja tekniikan koulutuspaikkojen lisääminen yliopistoissa (n. 14,3 M ), mittava opettajien täydennyskoulutus (n. 9,4 M ) ja opettajankoulutuksen laajennusohjelma (n. 3 M ) sekä pilottilukioiden laitehankinta-avustukset (n. 1,7 M ). Lisäksi varoja on osoitettu LUMA-ohjelman koordinaatioon sekä erilaisiin opetuksen kehittämishankkeisiin. Opetushallituksen projektiryhmä on käyttänyt hankkeen aikana noin 20 henkilötyövuotta matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämiseen. Tärkein työ on kuitenkin tehty kouluissa ja oppilaitoksissa, joissa opettajat ovat suorittaneet lisäopintoja ja kehittäneet opetusta oppiainerajat ylittäen. Oppilaitosten ylläpitäjät ovat antaneet kehittämistyöhön taloudellisia mahdollisuuksia opetus- ja kehittämistyön resursoinnin sekä oppimisympäristöinvestointien muodossa. Aineenopettajajärjestöt, muut järjestöt ja LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 11

elinkeinoelämä ovat tukeneet opettajien kehittämistyötä monin tavoin. Elinkeinoelämästä esimerkiksi Nokia oyj. on tukenut koulujen välinehankintoja ja toimintaa sekä erityislahjakkaiden koulutusta 1,38 miljoonalla eurolla ja Taloudellinen tiedotustoimisto on sijoittanut koulujen tukimateriaaleihin sekä erilaisiin nuorille, erityisesti tytöille, suunnattuihin tiedotuskampanjoihin n. 2,0 miljoonaa euroa. Lisäksi mm. Kemianteollisuus ry, Metalliteollisuuden keskusliitto MET ry. sekä Sähkö-, elektroniikka- ja tietoteollisuus SET ry ovat tukeneet LUMA-työtä monien kehittämishankkeiden avulla. Koulut, oppilaitokset ja korkeakoulut ovat tehneet merkittävää yhteistyötä yli asterajojen. Korkeakoulut ovat antaneet koulujen käyttöön välineitään ja asiantuntemustaan, järjestäneet opettajille täydennyskoulutusta sekä toteuttaneet matematiikan ja luonnontieteiden oppimiseen ja opettamiseen liittyviä tutkimus- ja tutkijakoulutushankkeita, joita muun muassa Suomen Akatemia on rahoittanut. Matematiikan ja luonnontieteiden osaamista on pyritty edistämään myös elinikäisen oppimisen alueella suuntaamalla toimenpiteitä varhaiskasvatukseen, vapaaseen sivistystyöhön, julkaisu-, harrastusja kerhotoimintaan sekä tiedottamiseen. Tiedekeskukset ovat osaltaan tehneet arvokasta työtä tällä sektorilla. Talkoiden tueksi opetusministeriö asetti vuonna 1996 työryhmän (LUMA-tukiryhmä), jonka tehtävänä on - kannustaa eri vastuutahojen osallistumista ohjelman toteuttamiseen - seurata ja tukea tavoitteiden toteutumista sekä - osallistua ohjelman arviointien järjestämiseen vuosina 1998 ja 2002 Tukiryhmän puheenjohtajina ovat toimineet opetusministerit Olli-Pekka Heinonen ja Maija Rask sekä varapuheenjohtajina kansliapäälliköt Vilho Hirvi ja Markku Linna (liite 1). Talkoiden tarpeellisuutta perusteltiin kirjaamalla alkuperäiseen talkooohjelmaan osaamisen tarpeita ja puutteita, joita tarkistettiin joiltakin osin väliarvion jälkeen. Tarkistetussa LUMA-ohjelmassa todetaan seuraavaa: Syitä matematiikan ja luonnontieteiden kasvavaan osaamistarpeeseen: - Matematiikan ja luonnontieteiden ymmärtäminen ja osaaminen tärkeänä perussivistyksen osana nyky-yhteiskunnassa ja tulevaisuudessa, - Tietoyhteiskunnan vaatimukset, 12 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

- Korkeaan osaamiseen perustuvan yritystoiminnan kasvu, erityisesti tietoteollisuusaloilla, - Suomen kilpailukyvyn ja työvoimatarpeen turvaaminen, - Elinikäisen oppimisen periaatteiden toteuttaminen, - Kestävän kehityksen turvaavan luonnontieteellisen osaamisen tarpeet, - Poliittis-taloudellisen päätöksenteon tietotarpeet, - Kansalaisten arkielämän matematiikan ja teknologian osaamistarve. Suurimpia ongelmia matematiikan ja luonnontieteiden osaamisessa: - Pitkää matematiikkaa sekä fysiikan ja kemian syventäviä kursseja opiskelevien määrä lukiossa ei riitä yliopistojen ja ammattikorkeakoulujen tekniikan ja luonnontieteiden koulutuksen tarpeisiin. - Fysiikan, kemian ja biologian oppimistulokset ovat riittämättömät erityisesti soveltamisen ja kokeellisen työskentelyn taitojen osalta. - Matematiikan ja luonnontieteiden aineenopettajia valmistuu arvioituun tarpeeseen nähden liian vähän. - Fysiikassa ja teknologia-aloilla opiskelee vähän naisia. - Matematiikassa kouluopinnot etenevät kansainvälistä tasoa hitaammin. Alkuperäisessä talkoo-ohjelmassa määriteltiin talkoille kuusi tavoitetta, joihin pyrittiin kymmenellä hankkeella. Kukin hanke koostui useasta osahankkeesta. Tarkistetussa ohjelmassa tavoitteita on seitsemän ja niiden sisällöt samoin kuin hankkeetkin täsmentyivät jonkin verran. Tarkistetun ohjelman tavoitteet ovat: 1. Yliopistoissa ja ammattikorkeakouluissa on yhteensä vähintään 17 000 aloituspaikkaa luonnonvara-alojen sekä tekniikan ja liikenteen koulutuksessa. Ylempiä korkeakoulututkintoja ja AMK-tutkintoja suoritetaan näillä aloilla vuosittain yhteensä vähintään 10 000 kpl. 2. Ylioppilastutkinnossa pitkän matematiikan kokeen suorittaa vuosittain yli 17 000 opiskelijaa. Ylioppilastutkinnon reaalikokeen fysiikan tehtäviä suorittaa vuosittain LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 13

yli 12 000 ja kemian tehtäviä yli 9 000 opiskelijaa. Biologian ja maantiedon tehtävien suorittaminen säilyy kummassakin aineessa vähintään 15 000 suorittajan vuositasolla. Lukion suorittaneista vuosittain yli 10 000 henkilöä on suorittanut vähintään kuusi fysiikan syventävää kurssia ja yli 8 000 vähintään kolme kemian syventävää kurssia. 3. Koululaiset ja opiskelijat saavuttavat hyvät ja monipuoliset matematiikan ja luonnontieteiden tiedot ja taidot, joihin kuuluvat erityisesti asioiden käsitteellinen hallinta ja tietojen soveltaminen sekä kokeellisen ja havainnoivan työskentelyn taidot. Kansainvälisissä vertailuissa (mm. PISA ja TIMSS-R) Suomi sijoittuu OECD-maiden parhaaseen neljännekseen. 4. Sukupuolten välinen tasa-arvo paranee. Lukiossa yli 40 % fysiikan syventävien kurssien opiskelijoista on tyttöjä. Yli 30 % tekniikan alojen uusista opiskelijoista on naisia. Yli 30 % luokanopettajakoulutuksen ja biologian yliopistokoulutuksen uusista opiskelijoista on miehiä. 5. Ammatillisten oppilaitosten opiskelijat saavuttavat eri aloilla ja ammateissa vaadittavat sekä jatko-opintojen edellyttämät matematiikan ja luonnontieteiden valmiudet. Ammatillisen koulutuksen opettajat hallitsevat oppimisvaikeuksista kärsivien tunnistamisen ja heidän ohjaamisensa sekä sitoutuvat toiminnallisten opetusmenetelmien kehittämiseen. 6. Kansalaisilla on mahdollisuudet hankkia tietoyhteiskunnan ja kestävän kehityksen edellyttämät matematiikan ja luonnontieteiden taidot. Tässä hyödynnetään erityisesti vapaan sivistystyön oppilaitoskentän sekä neuvontajärjestöjen ja tiedotusvälineiden toimintamahdollisuuksia. 7. Matematiikan ja luonnontieteiden aineenopettajien määrä vastaa koulujen ja oppilaitosten sekä muun koulutus- ja sivistystoiminnan tarpeita. Vuosittain valmistuu matematiikka pääaineena vähintään 140, fysiikka tai kemia pääaineena vähintään 90 sekä biologia tai maantiede pääaineena vähintään 80 aineenopettajaa. Tarkistetun LUMA-ohjelman hankkeet ovat: 1. Jatketaan Opetushallituksen käynnistämää kuntien, koulujen ja oppilaitosten pilottitoimintaa uudistetussa muodossa ja sidosryhmäyhteis- 14 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

työtä, sekä tehostetaan saatujen tulosten levittämistä 2. Tehostetaan matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen arviointia, tutkimusta ja tutkijankoulutusta sekä arviointi- ja tutkimustulosten hyödyntämistä opetuksen ja opettajankoulutuksen kehittämistyössä 3. Lisätään matematiikan ja luonnontieteiden painoarvoa koulujen ja oppilaitosten opetuksessa ja opetussuunnitelmissa sekä osoitetaan voimavaroja tarkoituksenmukaisten oppimisympäristöjen muodostamiseen 4. Laadunarvioinnit oppimisprosessin luonnolliseksi osaksi 5. Tasa-arvoa lisäävät hankkeet 6. Erityistukitoimet 7. Opettajankoulutuksen uudistamishankkeet 8. Kansallinen kehittämisohjelma elinikäisen oppimisen hankkeiksi 9. Kunnat, elinkeinoelämä ja tutkimuslaitokset mukana talkoissa 10. Yliopistojen ja ammattikorkeakoulujen sekä lukioiden ja ammatillisten oppilaitosten välisen yhteistyön kehittäminen. Näiden hankkeiden osahankkeet on esitetty ranskalaisin viivoin varustettuina väliotsikkoina luvussa kolme. Väliarvion jälkeen käynnistettiin tarkistetun ohjelman mukaisesti LUMA-talkoiden vaikutusten tutkimusprojekti, jonka toteutti Jyväskylän yliopiston Koulutuksen tutkimuslaitos (Aroluoma 2001). Lisäksi Opetushallituksen LUMA-projekti on julkaissut useita raportteja hankkeen etenemisestä ja siihen liittyvistä indikaattoreista (Opetushallitus 1997 2002). Tärkeitä lähteitä ovat myös Opetushallituksen tekemät oppimistulosarvioinnit (ks. aineistoluettelo) sekä kansainvälisten TIMSS- ja PISA-tutkimusten raportit (ks. aineistoluettelo). Myös muut yhteistyötahot ovat julkaisseet runsaasti talkoisiin liittyvää materiaalia, jota on listattu aineistoluetteloon. Tähän kansalliseen loppuarvioon on kerätty tietoa yllä mainittujen lähteiden lisäksi lähettämällä kyselyt LUMA-kunnille ja normaalikouluille, yliopistoille, ammattikorkeakouluille ja muille yhteistyötahoille. Kyselyihin on vastattu alkuvuodesta 2002, joten niistä saatiin tietoa tilanteesta ja kehityksestä pääsääntöisesti vuoden 2001 loppuun asti. Talkoo-ohjelman mukaan loppuarvioinnin kriteereinä käytetään opetusministeriön asettamia kansallisia tavoitteita ja kansainvälistä tasoa. Tässä loppuraportissa tarkastellaan kansallisten tavoitteiden ja hankkeiden toteu- LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 15

tumista ohjelman rakenteen mukaisesti, siten että kussakin kohdassa on esitetty sekä alkuperäisen että tarkistetun ohjelman mukaiset tavoitteet. Kansainvälinen arviointi järjestetään syksyllä 2002 ja siitä julkaistaan erillinen raportti. 16 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

2 LUMA-OHJELMAN TAVOITTEET JA NIIDEN TOTEUTUMINEN 2.1 KORKEAKOULUJEN ALOITUSPAIKAT Alkuperäinen tavoite: Yliopistoissa ja ammattikorkeakouluissa on noin 14 000 aloituspaikkaa luonnonvara-alojen sekä tekniikan ja liikenteen koulutuksessa. Tarkistettu tavoite: Yliopistoissa ja ammattikorkeakouluissa on yhteensä vähintään 17 000 aloituspaikkaa luonnonvara-alojen sekä tekniikan ja liikenteen koulutuksessa. Ylempiä korkeakoulututkintoja ja AMK-tutkintoja suoritetaan näillä aloilla vuosittain yhteensä vähintään 10 000 kpl. Aloituspaikkatavoite on saavutettu jo ohjelmakauden alussa ja uusien opiskelijoiden määrä näillä aloilla on jatkanut kasvuaan ollen vuonna 2001 yliopistojen luonnontieteiden, tekniikan sekä maatalous- ja metsätieteiden koulutuksessa 9 101 ja ammattikorkeakoulujen luonnonvara-alan sekä tekniikan ja liikenteen koulutuksessa 11 719 (nuorten ja aikuisten koulutus) eli yhteensä 20 820 (kuviot 1 2). Suoritettujen AMK-tutkintojen määrä on kasvanut ripeästi, mikä on luonnollinen seuraus AMK-järjestelmän 1990-luvulla tapahtuneesta perustamisesta ja asteittaisesta laajentamisesta. Sen sijaan ylempien korkeakoulututkintojen suoritusten kasvu on verkkaisempaa. Vuonna 2001 AMK-tutkintoja suoritettiin 5 203 kpl ja ylempiä korkeakoulututkintoja 3 875, eli yhteensä 9 078. Mikäli kokonaiskasvu jatkuu vuosien 1997 2001 trendin mukaisena, tullaan 10 000 tutkinnon tavoite saavuttamaan vuonna 2002 (kuviot 1 2). Yksityiskohtaisempia erittelyjä on tilastoliitteessä 24. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 17

Yliopistojen luonnontieteiden, teknisten tieteiden ja maatalousmetsätieteiden uudet opiskelijat ja ylemmän korkeakoulututkinnon suorittaneet vuosina 1996 2001 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Uudet opiskelijat 7 014 7 295 7 863 7 991 8 184 9 101 Ylemmät 3 443 3 662 3 747 4 263 3 811 3 875 korkeakoulututkinnot Kuvio1. Yliopistojen luonnontieteiden, teknillisten tieteiden ja maatalous-metsätieteiden uudet opiskelijat ja ylemmän korkeakoulututkinnon suorittaneet vuosina 1996 2001. Lähteet: Oppilaitostilastot 1996 2001 sekä Korkeakouluihin hakeneet ja hyväksytyt 2001, Tilastokeskus; vuonna 2001 valmistuneet: KOTA, opetusministeriö. Ammattikorkeakoulujen tekniikan ja liikenteen sekä luonnonvara-alan uudet opiskelijat ja suoritetut tutkinnot vuosina 1996 2001 15000 10000 5000 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Uudet opiskelijat 7138 10000 10766 11257 12142 11719 AMK-tutkinnot 1624 2105 2404 2931 4106 5203 Kuvio 2. Ammattikorkeakoulujen tekniikan ja liikenteen sekä luonnonvara-alan uudet opiskelijat ja suoritetut AMK-tutkinnot vuosina 1996 2001 (nuorten ja aikuisten koulutus). Lähteet: Oppilaitostilastot 1996 2001 sekä Korkeakouluihin hakeneet ja hyväksytyt 2001, Tilastokeskus; vuonna 2001 valmistuneet: AMKOTA, opetusministeriö. Opiskelijamäärien kasvu ja heidän matemaattis-luonnostieteellisen perussivistyksensä hajonnan lisääntyminen on aiheuttanut korkeakouluille kasvavan tarpeen tukea opiskelijoita opintojen alkuvaiheen matematiikan ja luonnontieteiden opinnoissa. Tästä syystä tarvitaan toimenpiteitä, joilla parannetaan peruskoulun oppilaiden ja toisen asteen oppilaitosten opiskelijoiden osaamista. 18 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

2.2 YLIOPPILASTUTKINTO Alkuperäinen tavoite: Ylioppilastutkinnossa matematiikan vaativamman kokeen suorittaa yli 16000 opiskelijaa. Reaalikokeen fysiikan tehtäviä suorittaa yli 9000 ja kemian tehtäviä yli 8000 opiskelijaa. Biologian ja maantieteen tehtävien suorittaminen säilyy vähintään nykyisellä tasolla. Tarkistettu tavoite: Ylioppilastutkinnossa pitkän matematiikan kokeen suorittaa yli 17 000 opiskelijaa. Ylioppilastutkinnon reaalikokeen fysiikan tehtäviä suorittaa vuosittain yli 12 000 ja kemian tehtäviä yli 9 000 opiskelijaa. Biologian ja maantiedon tehtävien suorittaminen säilyy kummassakin aineessa vähintään 15 000 suorittajan vuositasolla. Lukion suorittaneista vuosittain yli 10 000 henkilöä on suorittanut vähintään kuusi fysiikan syventävää kurssia ja yli 8 000 vähintään kolme kemian syventävää kurssia. MATEMATIIKKA Pitkän matematiikan kokeeseen osallistuneiden määrä on viime vuosina kasvanut hiljalleen ollen 14 729 vuonna 2001 (kaikki kokelaslajit 1), kevät ja syksy yhteensä). Mikäli kehitys jatkuu samansuuntaisena, on kirjoittajia noin 15 000 vuonna 2002, joten 17 000 kirjoittajan tavoitetta ei saavuteta (kuvio 3). Jos tarkastellaan vain varsinaisia ylioppilaskokelaita 1), pitkän matematiikan kirjoittajien lukumäärät ovat vielä pari tuhatta pienempiä: vuonna 2001 heitä oli 12 469. Keväällä 2001 pitkän matematiikan kirjoittajia oli 47,5 % kaikista matematiikan kirjoittaneista. Lukion päättäneistä opiskelijoista noin 40 % on suorittanut pitkän matematiikan (40,1 % keväällä 2001). Tämä osuus ei ole viime vuosina juuri muuttunut, mutta pitkän valinneiden lukumäärä on silti kasvanut lukioopiskelijoiden kokonaismäärän kasvun vuoksi. Vuonna 2001 pitkän matematiikan valinneita oli 13 864 ja lyhyen matematiikan valinneita 20 764 (kuvio 5). 1) Ylioppilastutkinnossa kokelaslaji varsinaiset kokelaat tarkoittaa lukion oppimäärää suorittavia kokelaita, jotka osallistuvat ensimmäistä kertaa kyseisen aineen ylioppilaskokeeseen. Kaikki kokelaslajit sisältävät lisäksi hyväksytyn ja hylätyn kokeen uusijat, ammatillisen tutkinnon suorittajat ym. erikoistapaukset. Ylioppilastutkintolautakunnan nykyinen tilastointijärjestelmä mahdollistaa kuhunkin koetilaisuuteen osallistuneiden kokelaiden lukumäärän selvittämisen, muttei tiettynä vuonna tutkintotodistuksen saaneiden ylioppilaiden suoritusten selvittämistä. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 19

Ylioppilastutkinnon matematiikan kokeeseen vastanneiden lukumäärät vuosina 1995 2001 20 000 18 000 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Lyhyt matematiikka 13 731 14 838 18 339 18 931 18 350 18 858 19 632 Pitkä matematiikka 12 254 12 000 13 976 13 942 13 810 14 288 14 729 Kuvio 3. Ylioppilastutkinnon matematiikan kokeeseen vastanneiden lukumäärät kalenterivuosina 1995 2001. Huom. Vuoteen 1996 saakka on tilastoitu vain keväällä kirjoittaneiden varsinaisten kokelaiden määrät. Vuonna 1996 alkaneen ylioppilastutkinnon hajautusmahdollisuuden jälkeen on tilastoitu myös syksyllä kirjoittaneet ja luvut sisältävät kaikki kokelaslajit. Ylioppilaskokeissa pyritään hylkäämään keskimäärin 5 % kokelaista, mutta matematiikassa hylkäysprosentit ovat yleensä suuremmat: keväällä 2001 hylätyn arvosanan sai 9,3 % pitkän matematiikan kirjoittaneista ja 10,9 % lyhyen matematiikan kirjoittaneista. Syksyn kokeissa hylkäysprosentit ovat korkeammat varsinkin pitkässä matematiikassa (26,9 % pitkässä ja 11,8 % lyhyessä matematiikassa syksyllä 2000). Lähde: Ylioppilastutkintolautakunta 2002. REAALIKOE YLIOPPILASTUTKINNOSSA FYSIIKKA Reaalikokeen fysiikan tehtäviin vastanneiden varsinaisten kokelaiden määrä on vaihdellut välillä 7 310 10 120 vuosina 1995 2001 (kuvio 4). Kaikkien kokelaslajien ottaminen mukaan lisää lukumääriä noin kahdella tuhannella: vuonna 2001 fysiikan kirjoitti varsinaisista kokelaista 9012 ja kaikista kokelaista 11 164. Tavoitteesta puuttuu siis noin tuhat kirjoittajaa, jos kaikki kokelaat otetaan huomioon. Vähintään kuusi syventävää fysiikan kurssia on lukion päättäneistä suorittanut vuosittain 5 798 7 778 opiskelijaa vuosina 1997 2001; vuonna 2001 heitä oli 7 295. Näyttää siltä, että 10 000 suorittajan tavoitetta ei saavuteta lähivuosina (kuvio 5). 20 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

KEMIA Reaalikokeen kemian tehtäviin on vastannut vähintään 4 014 ja enintään 6 619 varsinaista yliopppilaskokelasta vuosina 1995 2001. Kaikkien kokelaslajien ottaminen mukaan lisää lukumääriä runsaalla tuhannella: vuonna 2001 kemian kirjoitti varsinaisista kokelaista 5 027 ja kaikista kokelaista 6 162. 9 000 vastaajan tavoitteesta ollaan vielä kaukana (kuvio 4). Vähintään kolme syventävää kemian kurssia lukion päättäneistä opiskelijoista suorittaneiden määrä on viime vuosina vakiintunut 6 000 opiskelijan tienoille; vuonna 2001 heitä oli 6 018. Näyttää siltä, että 8 000 suorittajan tavoitetta ei saavuteta lähivuosina (kuvio 5). BIOLOGIA JA MAANTIETO Biologiaan vastanneiden varsinaisten kokelaiden määrä on pudonnut vuoden 1995 18 100:sta 12 045:een vuonna 2001. Kaikkien kokelaslajien ottaminen mukaan lisää lukumääriä noin kolmella tuhannella: vuonna 2001 biologiaan vastasi kaikista kokelaista 15 242, mikä täyttää 15 000 vastaajan tavoitteen (kuvio 4). Maantietoon vastanneiden varsinaisten kokelaiden määrä on vaihdellut pysyen kuitenkin lähes joka vuonna 15 000 vastaajan tavoitteen yläpuolella (15 310 vastannutta varsinaista kokelasta vuonna 2001). Kaikkien kokelaslajien ottaminen mukaan lisää lukumääriä lähes neljällä tuhannella: vuonna 2001 maantietoon vastasi kaikista kokelaista 19 173 (kuvio 4). LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 21

Yo-tutkinnon reaalikokeen fysiikan, kemian, biologian ja maantiedon kokeeseen vastanneiden lukumäärien kehitys vuosina 1995 2001 20 000 15 000 10 000 5 000 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Maantieto 16441 18 845 18 671 16 745 14 547 16 186 15 310 Biologia 18100 14 764 14 820 15 314 12 394 11 778 12 045 Fysiikka 8582 7 448 9 436 10 120 7 894 7 310 9 012 Kemia 5608 5 804 6 619 4 014 4 232 4 545 5 027 Kuvio 4. Ylioppilastutkinnon reaalikokeen fysiikan, kemian, biologian ja maantiedon kokeeseen vastanneiden varsinaisten ylioppilaskokelaiden lukumäärien kehitys vuosina 1995 2001. Huom. Vuoteen 1996 saakka on tilastoitu vain keväällä kirjoittaneiden varsinaisten kokelaiden määrät. Vuonna 1996 alkaneen ylioppilastutkinnon hajautusmahdollisuuden jälkeen on tilastoitu myös syksyllä kirjoittaneet. Reaalikokeeseen osallistuu vuosittain 28 000 33 000 kokelasta. (28 544 v. 2001). Reaalikokeessa kokelaiden hylkäysprosentti on lähellä ohjeellista 5 prosenttia. Lähteet: Ylioppilastutkintolautakunta ja Opetushallituksen LUMA-projektin indikaattorijulkaisut. 22 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

Lukion oppimäärän suorittaneiden matematiikan ja luonnontieteiden laajojen oppimäärien suoritukset vuosina 1998 2001 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0 24% 23% 21% 21% 20% 19% 17% 17% 39% 38% 27% 25% 28% 28% 27% 25% 39% 40% 40% 41% Fysiikka Kemia Biologia Maantieto Pitkä matematiikka 1998 7 778 6 366 12 547 9 010 12 885 1999 7 461 6 071 12 199 8 756 12 918 2000 7 182 6 010 11 888 9 309 13 702 2001 7 295 6 018 11 224 8 562 13 864 Kuvio 5. Lukion oppimäärän suorittaneiden matematiikan ja luonnontieteiden laajojen oppimäärien suoritukset lukuvuosina 1998 2001 lukuvuoden päättymisvuoden mukaan 2). Prosenttiluvut pylväiden päällä kertovat kyseisen aineen oppimäärän suorittaneiden suhteen kaikkiin lukion oppimäärän suorittaneisiin. Vuodesta 2000 alkaen luvuissa on mukana myös aikuislukioiden ja lukioiden iltalinjojen opiskelijat, sitä ennen on tilastoitu vain päivälukioiden opiskelijat. Lukion oppimäärän suorittaa vuosittain yli 34 000 opiskelijaa, joista aikuisopiskelijoita on runsaat kaksi tuhatta (vuonna 2000 kyseiset luvut olivat 34 744 ja 2186). Lähteet: Opetushallituksen LUMA-projektin indikaattorijulkaisut ja Tilastokeskus sekä Opetushallituksen oppilaitostietokanta OPTI. Pitkässä matematiikassa, fysiikassa ja kemiassa jäätiin siis melko selvästi määrällisistä tavoitteista sekä ylioppilaskirjoituksiin osallistujissa että varsinkin laajat oppimäärät suorittaneissa. Voidaankin todeta, ettei nykymuotoinen ylioppilastutkinto riittävästi tue luonnontieteiden opiskelua eikä kannusta suorittamaan pitkää matematiikkaa. Ylioppilastutkintoa tulee kehittää siten, että siitä on enemmän hyötyä yliopistojen ja ammattikorkeakoulujen opiskelijavalinnoissa. Ylioppilastutkinnon uudistusten vaikutuksia tarkastellaan luvussa 3.4. 2) Laaja oppimäärä tarkoittaa sitä, että fysiikassa on suoritettu vähintään kuusi, kemiassa kolme, biologiassa kaksi ja maantiedossa kaksi syventävää kurssia pakollisten kurssien lisäksi. Pakollisia kursseja on fysiikassa yksi, kemiassa yksi, biologiassa kaksi ja maantieteessä kaksi. Pitkässä matematiikassa on suoritettava vähintään 10 pakollista kurssia. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 23

2.3 KOULULAISTEN MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OSAAMINEN Alkuperäinen tavoite: Koululaiset ja opiskelijat saavuttavat hyvät ja monipuoliset matematiikan ja luonnontieteiden tiedot ja taidot. Kansainvälisissä vertailuissa Suomi sijoittuu OECD-maiden parhaaseen neljännekseen. Tarkistettu tavoite: Koululaiset ja opiskelijat saavuttavat hyvät ja monipuoliset matematiikan ja luonnontieteiden tiedot ja taidot, joihin kuuluvat erityisesti asioiden käsitteellinen hallinta ja tietojen soveltaminen sekä kokeellisen ja havainnoivan työskentelyn taidot. Kansainvälisissä vertailuissa (mm. PISA ja TIMSS-R) Suomi sijoittuu OECD-maiden parhaaseen neljännekseen. Koulutuksen arviointi on Suomessa sekä koulutuksen järjestäjän että kansallisen opetushallinnon lakisääteinen tehtävä. Opetushallituksen tekemien perusopetuksen kansallisten arviointien runkona ovat joka toinen vuosi vuorovuosin järjestettävät perusopetuksen päättövaiheen äidinkielen ja kirjallisuuden sekä matematiikan arvioinnit. Näiden ohella arvioidaan erillisen suunnitelman mukaan muiden oppiaineiden tuloksia ja muuta osaamista. Kansallisten arviointien lisäksi osallistutaan joihinkin kansainvälisiin vertailuihin, joista matematiikan ja luonnontieteiden alalla on eniten voimavaroja käytetty OECD:n PISA-tutkimukseen ja IEA-järjestön (International Association for the Evaluation of Educational Achievement) TIMSS-R -tutkimukseen. Eri yliopistot ja muut tahot tekevät myös oppimistulostutkimuksia. Tutkimuksista kerrotaan tarkemmin luvussa 3.4. KANSALLISET ARVIOINNIT JA TUTKIMUKSET Matematiikan ja luonnontieteiden kansallisia oppimistulosten arviointeja on LUMA-ohjelmakauden aikana tehty matematiikassa vuosina 1998 (Korhonen 1999), 2000 (Korhonen 2001 ja Niemi 2001) ja 2002 (tuloksia ei vielä julkaistu) sekä luonnontieteissä vuonna 1998 (Rajakorpi 1999). Nämä arvioinnit on tehty perusopetuksen päättövaiheessa, matematiikan arviointi vuonna 2001 myös 6. luokalla. Yllä mainittujen tutkimusten lisäksi on arvioitu ammatillisten perustutkintojen matematiikan ja luonnontieteiden oppimistuloksia vuonna 1998 (Wuolijoki 1999 sekä Saloheimo 1999). Lisäksi on tehty lähtötasomittaukset 24 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

perusopetuksen 7. luokalle ja lukion aloitusryhmälle vuosina 1996 (Leino 1997) ja 1999 (Rajakorpi 2000). Ammatillisten perustutkintojen arvioista kerrotaan luvussa 2.5 ja lähtötasomittausten tuloksista luvussa 3.1. Lukion oppimistulosten kansallinen arviointi nojautuu pääasiassa ylioppilastutkintojärjestelmään. Ylioppilastutkintolautakunta pyrkii osaltaan monipuolistamaan tulosten analysointia keräämällä kokelaista ja oppimisympäristöistä yhä monipuolisempaa tietoa. Ylioppilastutkinto ei kuitenkaan anna tietoa kaikista kouluissa opiskelluista oppiaineista ja toisaalta kaikki kokelaat eivät osallistu samoihin kokeisiin. Luonnontieteiden osuus yleissivistävän koulun päättökokeessa riippuu opiskelijan valinnoista. Tästä syystä Opetushallitus arvioi syksyllä 2001 lukion kolmannen vuoden opiskelijoiden oppimistuloksia fysiikassa ja kemiassa. Arvioinnin tulokset julkaistaan vuoden 2002 lopussa (Halkka 2001). TIMSS JA PISA Vuoden 2000 PISA-tutkimuksessa suomalaiset yhdeksäsluokkalaiset sijoittuvat sekä matematiikassa että luonnontieteissä LUMA-ohjelman tavoitteen mukaiseen OECD-maiden parhaaseen neljännekseen. Oppilaiden pistekeskiarvoilla mitattuna matematiikassa ainoastaan Japani menestyi tilastollisesti merkitsevästi Suomea paremmin; luonnontieteissä merkitsevästi Suomea parempi oli ainoastaan Korea. TIMSS 1999 -tutkimuksen mukaan taas Suomi oli mukana olleiden 14 OECD-maan hyvää keskitasoa. Pekka Kuparin ja Pasi Reinikaisen mukaan parempaa menestystä PISA-tutkimuksessa voidaan selittää ainakin seuraavilla seikoilla (Kupari ja muut 2001, Välijärvi ja Linnakylä 2002): - TIMSS-tutkimukseen kuuluvista sisällöistä useita ei ollut Suomessa opetettu seitsemäsluokkalaisille, kun taas useimmissa muissa maissa oppilaat olivat saaneet vuoden tai jopa kaksi enemmän kouluopetusta tutkimushetkellä. - TIMSSissä painottuivat enemmän koulussa opittuja asioita mittaavat tehtävät, joissa tietoa tarvitsee muokata vain vähän. PISAn tehtävät taas yleensä edellyttivät eri tietojen ja prosessien yhdistelyä uusissa tilanteissa. PISAn tehtävien tilannekuvaukset olivat myös usein pitkiä, joten ne vaativat hyvää lukutaitoa ja kykyä olennaisen löytämiseen. Näitä PISAn tehtävien ominaisuuksia on korostettu suomalaisen peruskoulun opetussuunnitelmissa. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 25

- PISAn luonnontieteiden tehtävät painottuivat voimakkaammin kuin TIMSS:ssä biologian ja maantiedon tunneilla käsiteltäviin oppisisältöihin PISAn tuloksia tarkasteltaessa on syytä muistaa, että koska matematiikka ja luonnontieteet eivät olleet vuoden 2000 tutkimuksessa pääosassa, niiden tehtävät kattoivat vain osan näiden aineiden keskeisistä sisältöalueista. Niinpä onkin mielenkiintoista odottaa vuoden 2003 PISAn matematiikan tuloksia ja toisaalta vuoden 2006 PISAn luonnontieteiden tuloksia. Tällöin myös LUMA-talkoiden vaikutusten pitäisi kattavasti näkyä oppimistuloksissa. Kansainvälisten arvioiden mukaan oppimistulosten hajonta eri oppilaiden, sukupuolien, koulujen, alueiden ja kieliryhmien välillä on vertailumaiden pienimpiä, eli koulutuksen tasa-arvo toteutuu Suomessa hyvin. Suomessa on siis suhteellisen vähän sekä täydellisiä pudokkaita että terävimpiä huippuosaajia. Tästä huolimatta heikommassa päässä on vielä liian paljon oppilaita, joiden osaamisessa on sellaisia puutteita, että heillä tulee olemaan vaikeuksia myöhemmissä opinnoissa. Matematiikassa tällaisia oppilaita arvioidaan olevan noin viidennes peruskoulun päättövaiheessa vuoden 2000 kansallisen arvioinnin mukaan ja luonnontieteissä noin 10% seitsemäsluokkalaisista TIMSS 1999 -tutkimuksen mukaan. Tulevaisuudessa näiden heikkojen osaajien määrää pitäisi pyrkiä edelleen vähentämään ja toisaalta terävimpien huippuosaajien määrää olisi varmasti mahdollista lisätä. MATEMATIIKAN OSAAMINEN Eri matematiikan arviointien mukaan näyttää siltä, että perusopetuksen ylimmillä luokilla suomalaiset koululaiset hallitsevat kohtuullisen hyvin LUMA-tavoitteessa mainitun tietojen soveltamisen ja ongelmanratkaisun. Matematiikan sisällöistä hallitaan parhaiten luvut ja laskutoimitukset sekä tietojen, tilastojen ja kuvaajien käsittely. Sen sijaan perinteisesti keskeisinä pidetyillä osa-alueilla algebrassa ja osin geometriassa osaaminen on heikompaa. Näiden osalta asioiden käsitteellisessä hallinnassa on eniten parantamisen varaa. Lukion päättävien opiskelijoiden matemaattista kypsyyttä mitataan ylioppilaskokeella. Ylioppilastutkintolautakunnan puheenjohtajan Aatos Lahtisen mukaan (Opetushallitus 2002) etenkin lyhyen matematiikan opiskelleilla on usein suuria vaikeuksia käyttää matematiikan tarjoamia mahdollisuuksia yksinkertaistenkin ongelmien ratkomisessa. Huolestuttavaa on myös pit- 26 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

kän matematiikan lukeneiden voimakas jakaantuminen paremmin ja huonommin osaaviin, mikä ilmenee pitkän matematiikan ylimääräisenä kirjoittavien heikkona tasona, lyhyen matematiikan kokeen valitsemisena sekä kokonaan kirjoittamatta jättämisenä. Näihin asioihin tulisi pyrkiä vaikuttamaan muun muassa tuntijakoja ja opetussuunnitelmien perusteita uudistamalla, niin että ydinasioiden sisäistämiseen jää riittävästi aikaa. LUONNONTIETEIDEN OSAAMINEN Vuoden 2000 PISA-tutkimuksen mukaan suomalaiset yhdeksäsluokkalaiset osasivat parhaiten tehtäviä, joissa oppilailta vaadittiin luonnontieteellisten käsitteiden ymmärrystä, eli tämä LUMA-tavoite näyttää toteutuvan. Myös tiedonhankinnan taidoissa oltiin OECD:n keskitasoa parempia, minkä voi tulkita antavan viitteitä LUMA-tavoitteena mainituista kokeellisen ja havainnoivan työskentelyn taidoista. Luonnontieteiden sisältöalueista erityisen vahvasti osattiin elämä ja terveys. Suhteellisen hyvin osattiin myös muut sisältöalueet eli maapallo ja ympäristökysymykset sekä luonnontieteiden teknologiset sovellukset. TIMSS 1999:n mukaan suomalaiset seitsemäsluokkalaiset osasivat erityisen hyvin kemiaa, mihin yhtenä selityksenä on se, että suurin osa kemian kysymyksissä tarvittavista oppisisällöistä oli ehditty opiskella tutkimusajankohtaan mennessä. Myös luonnontieteellisen tiedon hankintamenetelmät sekä ympäristö- ja luonnonvarakysymykset olivat suhteellisen hyvin hallinnassa kuten PISAssakin. Maantiedossa jäätiin kauimmaksi OECD-maiden huipun osaamisesta, mikä johtunee suomalaisten opetussuunnitelmien painottumisesta muuhun kuin TIMSS:n keskeisiin sisältöalueisiin. Maantiedonkin osaamisessa oltiin kuitenkin OECD-maiden keskitasoa. Vuoden 1998 perusopetuksen 9.-luokkalaisten luonnontieteiden oppimistulosten kansallisessa arvioinnissa biologian osaaminen oli tyydyttävää, maantiedon ja fysiikan osaaminen välttävää sekä kemian osaaminen heikkoa. Tulos sopii huonosti yhteen kansainvälisten vertailujen kanssa varsinkin kemian osalta. Yhtenä selityksenä voi olla se, että kemian opiskelu painottuu usein 7. ja 8. luokalle, minkä vuoksi asiat eivät ole enää tuoreessa muistissa 9. luokalla. Lisäksi eri oppiaineiden tehtäviä oli liian vähän luotettavien oppiainekohtaisten johtopäätösten tekemiseksi ja kemiaan liittyvät tehtävät olivat opettajien mielestä vaikeahkoja. Ristiriitainen kansain- LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 27

välisten tutkimusten kanssa on myös kansallisen kokeen tulos, että tietojen soveltaminen eri luonnontieteissä oli välttävää tai heikkoa. Edelleen kansainvälisistä tuloksista poiketen kansallisessa arviossa näkyi puutteita koulutuksellisessa tasa-arvossa, siten että tuloksissa oli tilastollisesti merkitsevää eroa sukupuolten, kieliryhmien sekä alueiden välillä. Huomiota herättää myös seikka, että vaikka poikien koetulokset olivat keskimäärin paremmat kuin tyttöjen, niin tytöillä oli keskimäärin poikia paremmat todistusarvosanat. Sukupuolten erilaisia koetuloksia selitettiin osaltaan asenteilla: asennekyselyn perusteella tytöt arvostavat enemmän biologiaa ja maantietoa, kun taas pojille mm. jatko-opintojen kannalta ovat fysiikka ja kemia tärkeimmät. Ylioppilastutkinnon reaalikokeen käyttäminen oppimistulosten mittaamiseen luonnontieteissä on ongelmallista siitä syystä, että ensinnäkin kaikki opiskelijat eivät kirjoita reaalia ja toiseksi opiskelijat valitsevat vapaasti tehtäviä eri oppiaineista, jolloin vaikkapa vain yhteen fysiikan tehtävään vastanneiden fysiikan osaamisesta ei voi tehdä luotettavia johtopäätöksiä. Kaikista reaalikokeen vastauksista maantietoon tuli 16 %, fysiikkaan 13 %, biologiaan 11 % ja kemiaan vain 5 % keväällä 2001. Vastausten pistekeskiarvoissa kemia, fysiikka ja biologia ovat perinteisesti olleet kärkipäässä, minkä voi tulkita tarkoittavan suhteellisen laadukasta osaamista näihin aineisiin vastanneilla. Sen sijaan maantiedon pistekeskiarvo on reaaliaineiden häntäpäässä, eli maantiedon osaamisen laadussa näyttää olevan muita luonnontieteitä enemmän toivomisen varaa. Kun tarkastellaan vastaajien keskittymistä yhteen oppiaineeseen (kokelas vastaa vähintään viisi kysymystä kahdeksasta tiettyyn aineeseen), fysiikka on kärkipäässä (7 206 tällaista kokelasta keväällä 2001), mistä voinee päätellä sen, että kohtuullisen suurella joukolla kokelaista on laajat tiedot fysiikasta. On mielenkiintoista nähdä, mitä vuoden 2002 lopussa julkaistava kansallinen arviointi kertoo lukiolaisten luonnontieteiden osaamisesta. Myös ehdotettu siirtyminen ainekohtaisiin kokeisiin ylioppilastutkinnon reaaliaineissa helpottanee osaamisen laadun arviointia. MATEMATIIKAN JA LUONNONTIETEIDEN OSAAMISEN SELITTÄJÄT Pekka Kuparin mukaan merkittävä tekijä suomalaisten hyvässä menestyksessä kansainvälisissä vertailuissa on opettajien korkeatasoinen koulutus ja ammattitaito sekä pätevien opettajien riittävyys eri puolille maata (Väli- 28 LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI

järvi ja Linnakylä 2002). Myös tehtävätyypit ovat sopineet suomalaisen opetussuunnitelman painotuksiin varsin hyvin. Tutkimukset viittaavat siihen, että oppilaiden itseluottamus ja asennoituminen ovat tärkeitä oppimiselle ja sekä PISAn että TIMSS-tutkimuksen mukaan suomalaisten yhdeksäs- ja seitsemäsluokkalaisten luottamus omiin matematiikan taitoihin on kansainvälisesti arvioiden korkea. Myös biologiassa ja maantiedossa oppilaiden itseluottamus oli TIMSSissä varsin hyvä, mutta kemiassa ja fysiikassa se oli hieman heikompi. Pojilla oli tyttöjä vahvempi itseluottamus matematiikassa, fysiikassa ja kemiassa, kun taas biologiassa tyttöjen itseluottamus oli poikia parempi. Maantiedossa ei TIMSSin mukaan ollut itseluottamuseroa sukupuolten välillä. Kodin kulttuurisilla ja materiaalisilla taustatekijöillä näyttää myös olevan selkeä yhteys oppilaiden suorituksiin sekä matematiikassa että luonnontieteissä. Tässä suhteessa suomalaisten koululaisten tilanne on kansainvälisesti katsoen hyvä. OPPIMISEN LAADULLINEN PARANEMINEN Tutkija Irma Aroluoman 31 LUMA-oppilaitoksessa vuonna 2000 tekemässä haastattelututkimuksessa (Aroluoma 2001) havaittiin, että opetuskäytänteet olivat kehittyneet lyhyessä ajassa paljon, mikä vaikutti positiivisesti oppituntien ilmapiiriin. Onnistumisen elämysten lisääntyminen lisäsi oppimisen iloa ja opiskelumotivaatiota, mikä varmasti vaikuttaa myös oppimistulosten laatuun. Odotettavissa onkin, että lähivuosina oppimistulokset paranevat laajemminkin LUMA-oppilaitosten hyvien käytänteiden levitessä myös muihin oppilaitoksiin. Tutkimusta on kuvattu yksityiskohtaisemmin luvussa 3.2. LUMA-OHJELMAN LOPPURAPORTTI 29