KONSTRUKTIVISTISEN OPPIMISKÄSITYKSEN HUOMIOIMINEN PERUSKOULUN YLÄASTEEN FYSIIKAN OPETUKSESSA

Pro gradu -tutkielma KONSTRUKTIVISTISEN OPPIMISKÄSITYKSEN HUOMIOIMINEN PERUSKOULUN YLÄASTEEN FYSIIKAN OPETUKSESSA Jari Nulpponen 2000 Ohjaaja: Professori Heimo Saarikko Tarkastajat: Professori Heimo Saarikko Prof. Emer. Kaarle Kurki-Suonio HELSINGIN YLIOPISTO FYSIIKAN LAITOS PL 9 (Siltavuorenpenger 20 D) 00014 Helsinki

SISÄLTÖ 1 JOHDANTO... 1 2 LAPSEN KOGNITIIVISEN KEHITYKSEN PÄÄVAIHEET... 2 2.1 Sensomotorinen vaihe... 3 2.2 Esioperationaalinen vaihe... 3 2.3 Konkreettisten operaatioiden vaihe... 4 2.4 Formaalisten operaatioiden vaihe... 5 2.5 Dialektisen ajattelun vaihe... 6 3 MUISTITOIMINNAN PÄÄVAIHEET JA SEN VAIKUTUS OPPIMISEEN.. 8 3.1 Muistin rakenne... 8 3.1.1 Informaation vastaanottaminen... 9 3.1.2 Lyhytaikaismuisti eli työmuisti... 10 3.1.3 Pitkäaikaismuisti eli kestomuisti... 11 3.2 Muistin toiminta... 11 3.3 Muisti ja opiskelu... 13 4 BEHAVIORISTINEN JA KOGNITIIVINEN PSYKOLOGIA, TIETOKÄSITYS JA KONSTRUKTIVISMI... 14 4.1 Behaviorismin lähtökohdat... 14 4.2 Behavioristinen oppimiskäsitys... 14 4.3 Kognitiivinen psykologia... 16 4.3.1 Yleinen oppimiskäsitys... 17 4.3.2 Kognitiivinen oppimiskäsitys... 19 4.4 Tietokäsitys ja tietoteoria... 30 4.5 Konstruktivismi... 32 5 RAKENNE, KÄSITTEET, OPPIMINEN, ONGELMANRATKAISU JA VIRHEKÄSITYKSET... 36 5.1 Opetettavien asioiden sisäinen rakenne... 36 5.1.1 Toiminnan konstruointi... 36 5.1.2 Toiminnan oppiminen... 38

5.1.3 Toiminnan sisäistäminen... 38 5.2 Toimintaskeemoista operaatioihin... 39 5.2.1 Operaation konstruointi... 40 5.2.2 Operaation sisäistäminen... 40 5.2.3 Automatisoituminen... 40 5.2.4 Operaation syventäminen... 41 5.3 Käsitteen muodostaminen... 41 5.4 Oppimisprosessi... 45 5.4.1 Ongelmia ratkaiseva konstruointi... 45 5.4.2 Syventäminen... 49 5.4.3 Harjoittelu ja kertaus... 49 5.4.4 Soveltaminen... 49 5.5 Ongelmanratkaisu... 50 5.6 Oppilaiden virhekäsitykset... 53 5.6.1 Ennakkokäsitykset... 53 5.6.2 Väärinymmärrykset... 55 5.6.3 Vaihtoehtoiset ajatusrakenteet... 55 5.7 Oppilaiden käsityksiä fysiikan eri aloilta... 57 5.7.1 Sähköoppi... 58 5.7.2 Energia, kitka ja voima... 61 5.7.3 Gravitaatio... 62 5.7.4 Nopeus... 63 5.7.5 Kiihtyvyys... 64 5.7.6 Mekaniikka... 65 5.7.7 Valo-oppi... 66 6 KONSTRUKTIVISMIN HUOMIOIMINEN OPETUKSESSA... 69 6.1 Oppiminen konstruktioprosessina... 71 6.2 Konstruktivistinen opetus... 71 6.2.1 Konstruktivistisia opetusmalleja... 75 6.3 Opetus ja opetussuunnitelmat... 83 6.3.1 Opetussuunnitelmien uudistamisen tarve... 84 6.3.2 Opetussuunnitelmat ja konstruktivismi... 86 6.4 Fysiikan opetussuunnitelmat... 87

6.4.1 Fysiikan opetuksen tavoitteet ja keskeiset sisällöt... 87 6.4.2 Fysiikan työtavat ja opetus... 90 6.4.3 Tietokone fysiikan opetuksessa... 91 6.5 Opettajan työ konstruktivismin valossa... 94 6.5.1 Motivaattori... 96 6.5.2 Diagnostikko... 98 6.5.3 Ohjaaja... 98 6.5.4 Uudistaja...100 6.5.5 Tutkija...100 7 EMPIIRINEN TUTKIMUS...102 7.1 Tutkimuksen toteuttaminen...102 7.1.1 Tutkimuksen käytännön toteuttaminen...102 7.1.2 Tutkimuksen kysymykset...102 7.2 Tutkimuksen tulokset...104 7.2.1 Tutkimukseen vastaaminen...104 7.2.2 Perustietojen analysointi...104 7.2.3 Konstruktivismin toteutuminen ja ennakkokäsitysten huomioiminen...116 7.2.4 Oppimistulokset ja kielteiset näkökohdat...117 7.2.5 Oppimisen prosessin luonne...118 7.2.6 Käytettävät työtavat...118 7.2.7 Ongelmanratkaisun käyttäminen...119 7.2.8 Oppimisympäristön vaatimukset...119 7.2.9 Opettajan rooli...120 7.2.10 Konstruktivismiin motivoituminen...120 7.2.11 Konstruktivismin käyttäminen jatkossa...120 8 POHDINTA...122 LÄHTEET...124

LIITTEET Liite 1: Tutkimuksen kyselykaavake...131 Liite 2: Kyselyn konstruktivismin sivu...134 Liite 3: Kyselyn ennakkokäsitykset sivu...135 Liite 4: Kyselyn ongelmanratkaisu sivu...136 Liite 5: Kyselyn opettajan rooli sivu...137

1 1 JOHDANTO Pro Gradu -tutkielman tarkoituksena on selvittää ne lähtökohdat ja mahdollisuudet, jotka auttavat tekijöitä opettajana toteuttamaan konstruktivismin menetelmiä ja mahdollisuuksia yläasteen fysiikan opetuksessa. Tutkielmassa perehdytään aluksi eri-ikäisten lasten kognitiiviseen kehitykseen ja siihen, miten asioiden esittäminen vaikuttaa oppimiseen, kun oppilaat ovat erilaisessa kehitysvaiheessa. Huomattavaa on mm. konkreettisella tasolla olevien oppilaiden oppimisen vaikeus silloin, kun tuleva informaatio ei sisällä konkreettista materiaalia. Suurin osa yläasteella olevista oppilaista on vielä konkreetilla tasolla ja he tarvitsevat opetukseen runsaasti konkreettista materiaalia. Muistia ja sen merkitystä oppimiselle, sekä behaviorismia ja kognitiivista oppimiskäsitystä käsitellään lyhyesti myös tutkielmassa. Pääosa tutkielmaa tarkastellaan kognitiivista psykologiaa, konstruktivismia, ennakkokäsityksiä ja niiden avulla tapahtuvaa opetuksen tuntikohtaista suunnittelua. Kognitiivinen psykologia käsitellään tutkimuksessa perustana konstruktivismille. Valo-opista, sähköopista, mekaniikasta ja energiasta tekijät ovat tehnet konstruktivismiin perustuvia opetusmalleja lähtien käsittelyissä oppilaiden ennakkokäsityksistä. Aihe rajattiin käsittelemään ainoastaan peruskoulun yläasteen fysiikan opetusta ja aihealueita peruskoulun opetussuunnitelmien uudistuksen antamien virikkeiden perusteella. Tutkielman alkuosa on tarkastettu Jyväskylän Yliopistossa 1994. Se on tehty yhteistyössä Kari Torkkolan kanssa professori Vesa Rahkosen ohjauksessa. Tutkimus oli osa alempaa tutkintoa ja se oli tarkoitus liittää ylempään tutkintoon. Loppuosan tutkimus on tehty professori Heimo Saarikon ohjauksessa. Loppuosan tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka laajasti yläasteella työskentelevät fysiikan opettajat tuntevat konstruktivismia ja kuinka laajasti he käyttävät menetelmää opetuksessaan.

2 2 LAPSEN KOGNITIIVISEN KEHITYKSEN PÄÄVAIHEET Ihmisen oppimisprosessien ymmärtämiseksi on tarpeellista tuntea, miten eri kehitysvaiheessa olevat lapset ajattelevat, ja miten he pystyvät oppimaan ulkopuolelta saadusta informaatiosta. Seuraavaksi tarkastellaan lapsen kognitiivista ja älyllistä kehitystä eri ikäkausina. Tämä jako eri ikäkausiin on perusta nykyisin käytetylle oppimisteorialle. Ihmisen kognitiivinen kehitys on verrattavissa fyysiseen kasvuun. Kognitiivisen kasvun tavoitteena on saavuttaa aikuiselämän tasapaino, minkä avulla aikuiselämän itsenäinen toiminta onnistuu. Kognitiivinen kasvu niin kuin muukin kasvaminen on siirtymistä vaiheesta toiseen tasapainotilojen kautta. Kognitiivinen kasvu on jatkuvaa rakentamista, joka jatkuu myös aikuisiässä. (Piaget 1988, 22.) Lapsen kognitiivisessa kehityksessä on havaittavissa erilaisia vaiheita riippuen siitä, minkä ikäinen lapsi on. Kaikissa vaiheissa on nähtävissä jonkinlaisten kokonaisrakenteiden olemassaolo. Jokaisessa kehitysvaiheessa saavutetaan tasapainotila, jonka jälkeen uusi vaihe alkaa kehittyä. Lapsi ja myöskin aikuinen tekee kaikki tekonsa jonkin vaikuttimen johdosta, joka ilmenee aina tarpeena. (Piaget 1988, 24.) Ajattelun kehittäminen perustuu prosessiin, jonka lopputulosta ei voida määrittää etukäteen. Siihen vaikuttavat mm. kulttuuritekijät. Lapsen kehitys, joka johtaa kognitiiviselta kehitystasolta toiselle, on tällainen prosessi. (Kubli 1983.) Kognitiivisessa kehityksessä havaittavat kehitysvaiheet ovat havaittavissa kasvavalla lapsella hyvin selvästi. Näihin kehitysvaiheisiin liittyvät ikärajat ovat ohjeellisia ja ne vaihtelevat eri yksilöiden välillä. Kehitysvaiheiden eriaikainen saavuttaminen johtuu eri yksilöiden välisistä eroista ja ympäristötekijöistä. Kognitiivinen kehitys on laaja henkinen prosessi ja uusi kehitysvaihe on aina jatkoa edelliselle. (Seinelä 1987a, 8.) Kognitiiviseen kehitykseen liittyviä peruskäsitteitä on operaatio. Operaatio on sisäistetty teko, joka muuttaa havainnollisuudesta lähtien ympäristön kohteita loogisiksi ajatusrakenteiksi. Operaatiot liittyvät alaluokkana skeema-käsitteeseen. (Seinelä 1987a, 8-9.)

3 Operaatio on todellinen, kuviteltu tai merkkikielelle käännetty toimintaskeemasta muodostunut toiminto, jota suoritettaessa huomio suunnataan syntyvään rakenteeseen. Operaatio pyrkii tiedon saavuttamiseen. (Aebli 1991, 227-228.) 2.1 Sensomotorinen vaihe Sensomotorinen vaihe on ensimmäinen lapsen kehityksen vaihe. Se alkaa syntymästä ja päättyy noin kahteen ikävuoteen mennessä. Vaiheen aikana luodaan ihmisen ajattelun perusta. Perinnölliset vaistotoiminnot ovat dominoivia varsinkin lapsen ensimmäisen ikävuoden aikana. Vastasyntyneellä lapsella ei ole eriytynyttä kykyä reagoida ärsykkeisiin, vaan hän reagoi sekä ulkoisiin että sisäisiin ärsykkeisiin joka kerta erikseen. reagoimisesta alkaa vähitellen muodostua jäsentyneitä toimintoja eli skeemoja. Skeemojen avulla lapsi pystyy sopeutumaan ympäristön vaatimuksiin. Lapsi kokee myös ensimmäiset tunteensa tämän vaiheen aikana. (Kuusinen 1991, 97.) Toisen vuoden lopulla lapselle muodostuu semioottinen funktio, jolloin lapsi kykenee mielessään symbolien ja kielen varaan rakentuvaan todellisuuden esittämiseen. (Kuusinen 1991, 97.) 2.2 Esioperationaalinen vaihe Esioperationaalinen vaihe alkaa noin kahdesta ikävuodesta ja päättyy seitsemään ikävuoteen eli se käsittää lapsen leikki-iän. Vaihetta kutsutaan myös intuitiivisen älykkyyden kaudeksi. Vaiheen aikana spontaanit tunteet alkavat kehittyä. (Piaget 1988, 23.) Lapsen ajattelulle ovat luonteenomaisia todellisuutta koskevien havaintojen varaan rakentuvat skeemat. Lapsi kykenee monenlaisiin ajattelutoimintoihin, mutta hän ei välttämättä ole selvillä ajattelunsa säännöistä. (Kuusinen 1991, 97.) Esioperationaalisen vaiheen aikana lapsi alkaa ajatella sisäistettyjen mallien ja operaatioiden avulla. Lapselta onnistuu myös mielikuvien avulla ajatteleminen. Lapsen toiminta on kuitenkin sidonnaista ulkoa tulleisiin ärsykkeisiin. Tyypillistä lapsen ajattelulle on

4 egosentrisyys, eikä lapsi näin ollen pysty huomioimaan useinkaan muita toimiessaan eikä myöskään pysty asettumaan ajatuksissaan toisen ihmisen asemaan. (Kuusinen 1991, 98.) 2.3 Konkreettisten operaatioiden vaihe Konkreettisten operaatioiden vaiheessa (7-12 v.) lapsi alkaa hallita monia loogisia operaatioita silloin, kun ajattelun kohde on konkreettisesti esillä. Lapsi ei täysin pysty irtautumaan konkreettisesta tilanteesta. Lapsi ymmärtää myös erilaisten ajattelutoimintojen käänteisyyden, kuten lisääminen ja vähentäminen. (Kuusinen 1991, 98.) Lapsen saavuttaessa kouluiän hän kykenee hyvin yhteistoimintaan muiden ihmisten kanssa, koska lapsi pystyy erottamaan omat näkökantansa. Lapsi alkaa ajatella itsenäisesti ja itsekeskeisyys katoaa. Looginen ajattelu alkaa ja järki ohjaa todellisuuden rakentumista. (Piaget 1988, 62-80.) Konkreettisten operaatioiden kausi alkaa, kun luokkia ja sarjoja pystytään muodostamaan ajatuksissa. Loogisen ajattelun alkaminen voidaan todeta siinä vaiheessa, kun lapsi osaa ryhmitellä konkreettisesti läsnä olevia asioita. Säilyvyyden käsite selviää myös tässä iässä. (Seinelä 1987a, 10.) Esioperationaaliselta kaudelta siirtyminen konkreettisten operaatioiden tasolle on laaja kokonaisprosessi, jossa siirrytään edellisen kauden minäkeskeisyydestä kognitiiviseen, sosiaaliseen ja moraaliseen desentralisaatioon. Konkreettisten operaatioiden vaiheeseen liittyy monia rajoituksia, jotka vaikuttavat lapsen kykyyn hallita ajatuksiaan ja käyttäytymistään. Tällaisia rajoituksia ovat konkreettisen materiaalin tarve, kykenemättömyys käsitellä useita asioita samanaikaisesti, kykenemättömyys yleistää erikoistapauksia, sanallisten ongelmien vaikeus ja vaikeus muodostaa hypoteeseja. (Seinelä 1987a, 11.) Konkreetilla tasolla olevan lapsen ajattelu on loogista, koska hän ei ole enää riippuvainen intuitioistaan. Abstrakti ajattelu on huomattavan alkeellista. (Fogiel 1986.)

5 Huomattava osa yläasteen oppilaista on konkreettien operaatioiden kehitystasolla, jolloin he kaipaavat oppimisen tueksi runsaasti konkreettista materiaalia ja käytännön työskentelyä (Meisalo & Erätuuli 1985). Oppilaat eivät ymmärrä formaalissa muodossa esitettyjä fysiikan käsitteitä ja lakeja (Ahtee 1990). 2.4 Formaalisten operaatioiden vaihe Formaalisten operaatioiden vaihe kestää noin kahdestatoista vuodesta viiteentoistakuuteentoista ikävuoteen saakka. Abstrakti ajattelu alkaa ja vaiheen loppuvaiheessa ajattelu tapahtuu lähes aikuismaisesti. Tähän ikäkauteen liittyy myös nuoren persoonan kehittyminen. Ensimmäiset merkit formaalin vaiheen alkamisesta ovat yleensä havaittavissa 12-13 -vuotiailla, kuitenkin niin, että formaali ajattelu tulee vallitsevaksi vasta noin kahden vuoden kuluttua ensimmäisistä merkeistä (Neufeld 1976). Lapsi on siirtynyt abstraktien operaatioiden tasolle ja pystyy käsittelemään hypoteeseja. Lapsen ajatusmaailma on muotoutunut siten, että hänellä on ajatuksissaan toimintasuunnitelmat ja hän kokeilee niitä. Lapsi pystyy käsittelemään havainnoista riippumattomia tietostruktuureja ja ne ovat lapsen ajattelussa tärkeitä. Uudet tietostruktuurit täydentävät aikaisempia rakenteita. Nuori yrittää mukauttaa ympäristöään itsensä mukaan, eikä itseään ympäristön mukaan. (Seinelä 1987a, 11.) Formaalissa vaiheessa oleva nuori on lapseen verrattuna yksilö, joka rakentaa järjestelmiä ja laatii teorioita. Nuorella on kyky rakentaa abstrakteja teorioita, jotka muuttavat hänen maailmaansa. (Piaget 1988, 87.) Lapsen ajatusmaailmassa tapahtuu perusteellinen muutos 11-12 -vuotiaana, jolloin lapsuudenaikaiset rakenteet on saatettu loppuun ja siirrytään muodolliseen ajatteluun, jota kutsutaan hypoteettis-deduktiiviseksi ajatteluksi. Nuori pystyy ajattelemaan asioita mielikuvien avulla ilman, että ajattelun kohde on konkreettisesti läsnä. (Piaget 1988, 88.) 11-12 -vuotiaana lapsi pystyy tekemään johtopäätöksiä pelkästään hypoteesien avulla ja häneltä onnistuu loogis-matemaattinen ajattelu ilman havaintoja. (Piaget 1988, 89.)

6 Konkreettisten operaatioiden järjestelmän on tultava ensin valmiiksi ennen kuin voidaan siirtyä käsittelemään muodollisia operaatioita. Konkreettisten operaatioiden kauden operaatioilla on itseasiassa samankaltainen sisältö kuin formaalisen kauden operaatioilla, mutta nyt lapsi kykenee soveltamaan niitä olettamuksiin ja väittämiin. (Piaget 1988, 90.) Lapsen kehityksessä voidaan havaita runsaasti melko nopeita muutoksia. Lapselle kehittyy kyky ymmärtää verrannollisuuksia ja kyky päätellä ja kuvitella samanaikaisesti kahdenlaisen vertailujärjestelmän avulla. (Piaget 1988, 107.) Lapselle syntyy tällä tasolla propositiologiikka eli hän kykenee tekemään johtopäätöksiä annetuista olettamuksista eikä pelkästään konkreettisista esineistä. (Piaget 1988, 108.) Kun yksilö saavuttaa 14-15 -vuoden iän, voidaan puhua nuoruusiän ajattelusta. Oppilas pystyy hypoteettis-deduktiiviseen ajatteluun ja kokeelliseen todistamiseen perustaen ajattelunsa muuttujiin, joita ovat sekä yksittäiset tekijät että skeemat, joita hän käyttää toistuvasti kokeellisessa loogis-matemaattisessa ajattelussaan. Tähän ikäkauteen liittyy se, että nuori alkaa ajatella tulevaisuuttaan. Nuori mielellään rakentelee teorioita ja rakennelmia mielessään. Nuori pystyy helposti analysoimaan omia ajatuksiaan ja konstruoimaan teorioita. (Gruber & Vonéche 1977, 434.) 2.5 Dialektisen ajattelun vaihe Piaget (1988, 107) katsoo formaalin vaiheen olevan viimeinen kehitysvaihe lapsen älyllisessä kehityksessä. Formaalin ajattelun vaihe ei kuitenkaan kulminoidu aikuisuuteen, niin kuin Piaget oletti, vaan se riippuu koulutuksesta ja saattaa jatkua läpi elämän (Agnoli & Kratz, 1989). Bassechs (1984) on esittänyt vielä yhden kehitysvaiheen; dialektisen ajattelun vaihe. Dialektinen ajattelu on aikuisiän ajattelua. Formaalisen kauden aikana muodostuneet formaalit operaatiot ovat monien yksilöiden kohdalla ainoastaan mahdollisuuksia ja ajattelu toimii vain selvästi rajattujen ongelmien yhteydessä. Ongelmien ratkaiseminen vaatii loogisen ajattelun ohella myös kokemusta ja käytännön realiteettien tuntemista. (Kuusinen 1991, 98.)

7 Edellä kuvatuista ikäkausista tälle tutkimukselle on tärkein konkreettisten operaatioiden vaihe, koska suurin osa yläasteen oppilaista on juuri tässä kehitysvaiheessa ja opetusta suunniteltaessa tämä seikka on otettava huomioon.

8 3 MUISTITOIMINAN PÄÄVAIHEET JA SEN VAIKUTUS OPPIMISEEN Oppimisprosessien ymmärtämisen kannalta on tärkeää tietää muistin toimintaan liittyviä perusasioita. Muistin rakenteessa ja toiminnassa on monia sellaisia asioita, joiden tunteminen auttaa ymmärtämään monia konstruktivismissakin esiintyviä asioita. Seuraavaksi selvitetään muistin rakenne ja toiminta. 3.1 Muistin rakenne Muistista on esitetty monenlaisia malleja kuitenkin niin, että eri käsitykset muistuttavat monelta osin toisiaan. Mikkonen (1987, 188) on esittänyt von Wrightin käsityksen muistitoiminnan päävaiheista (Kuva 1). Kuva 1: Muistitoiminnan päävaiheet (Mikkonen 1987). Kaavioissa muisti on jaettu sensoriseen muistiin, sekä työ- ja säilömuistiin. Nuolet merkitsevät aktiivista toimintaa. Hjelmqvist (1982, 63) on jakanut muistin kestomuistiin, joka ohjaa ihmisen ulkoista käyttäytymistä, sekä lyhytaikais- ja pitkäaikaismuisteihin. Von Wrightin mukainen säilömuisti vastaa pitkäaikaismuistia. Ropo (1984, 15-16) on kuvannut ihmisen informaatiokäsittelyjärjestelmää kolmen muistivaraston avulla. Informaation saapuessa järjestelmään se tallennetaan ensin aistimuistivarastoihin eli sensorisiin rekistereihin, joista informaatio siirtyy tarkkaavaisuu-

9 den avulla eteenpäin lyhytaikaismuistiin. Lyhytaikaismuisti rinnastetaan usein työmuistiin, koska se sisältää käytössä olevan informaation. Kuva 2: Informaatiokäsitelyjärjestelmän kolme muistivarastoa (Ropo 1984, 15). Pitkäaikaismuisti tallentaa informaation pysyvästi. Pitkäaikaismuistin semanttiseen osaan tallentuvat taidot ja sanavarasto, ja episodimuistiin kokemukset ja muistikuvat. (Ropo 1984, 16). Rovon (1984, 16-17) esittämään informaatiokäsittelyjärjestelmään on liitettävä muistin toimintaa ohjaava ja valvova järjestelmä, jota toisaalla tässä tutkimuksessa kutsutaan metakognitioksi. 3.1.1 Informaation vastaanottaminen Tiedon vastaanottaminen ei ole pelkästään yksisuuntainen tapahtuma, vaan ihmisen aikaisemmat pitkäaikaismuistissa olevat kokemukset ja tiedot vaikuttavat havaintotilanteessa. Tiedon vastaanottaminen ei siis ole vain passiivinen tapahtuma, vaan se on ulkoista tiedon hakua ja aktiivista sisäisten mallien testaamista ulkoa tulevaan informaatioon. Havaitsemista voidaan kuvata syklisenä prosessina, jossa sisäisten ohjausmallien tarkennus ja ulkoisten ärsykkeiden tarkistus toistuvat kunnes yksilöä miellyttävä tulkinta on saavutettu. (Mikkonen, Posti & Vuorinen 1987, 165.)

10 3.1.2 Lyhytaikaismuisti eli työmuisti Muisti on mukana kaikessa tiedon käsittelyssä. Yleensä unohdetaan tiedon tilapäinen tallentaminen, josta käytetään usein käsitteitä tietoisuus tai tajunnan virta. Tämä työmuistiksi kutsuttu lyhytaikaismuisti toimii yleensä ihmisen ponnistelematta. Työmuistissa hallitaan aktiivisen käsittelyn kohteena olevaa informaatiota. Työmuisti ylläpitää erilaisiin tarkoituksiin tarvittavan aineiston, ylläpitää kuvaa toiminnan tavoitteesta sekä valvoo palautetta. (Mikkonen ym. 1987, 187.) Lyhytaikainen muisti on melko rajallinen ja nimensä mukaisesti lyhytaikainen. Informaatio säilyy muistissa yleensä noin 30 sekuntia. Lyhytaikaisen muistin kapasiteetti on yleensä pienempi kuin 7±2 yksikköä, missä yksikön suuruus ja laatu ovat yksilöllisiä riippuen aikaisemmista tiedoista. Lyhytaikainen muisti sisältää kulloinkin tarvittavan ja käytössä olevan informaation. (Ropo 1984, 16.) Mikkosen ym. (1987, 199) mukaan tieto saavuttaessaan työmuistin alkaa välittömästi hävitä asymptoottisesti saavuttaen lopputilan noin 20 sekunnin kuluttua. Myös Mikkosen mukaan tietomäärän laajuus on rajoitettu, mikä huomataan mm. siitä, että on vaikeaa kiinnittää huomiota useaan asiaan samanaikaisesti. Mikkonen käyttää työmuistin laajuuden mittana muistitilan pituutta, joka hänen mukaansa on 3-5 numeroa. Työmuisti on muistiyksikkö, johon tieto ja informaatio tallennetaan vain väliaikaisesti. Työmuisti liittyy myös suureen joukkoon erilaisia tiedonkäsittelyprosesseja, joita ylläpidetään toiminnan ohjausta varten. Tietoa luovutetaan ja vastaanotetaan jatkuvasti. (Mikkonen ym. 1987, 199.) Työmuisti voi pidentää tiedon tallentamista 20 sekunnista sisäisen kertailun avulla, joka parantaa myös tiedon pysyvää tallentamista. Ylläpito- ja siirtokertailu ovat sisäisen kertailun muotoja. Ylläpitokertailu valmistaa muistia pysyvää tallennusta edistäväksi. Siirtokertailu on kuormittavampi ja se johtaa muistin kapasiteetin ylittävän aineksen unohtamiseen. (Mikkonen ym. 1987, 199-201.) Unohtaminen on yksi työmuistin mahdollisuuksia luovuttaa tietoa. Unohtamista tapahtuu varsinkin silloin, kun käsiteltävä aines muistuttaa jo aiemmin käsiteltyä ainesta.

11 Unohtamista voi siis tapahtua joko muun muistiaineksen häirinnän vuoksi tai säilytysajan myötä tapahtuvan heikkenemisen myötä. (Mikkonen ym. 1987, 203-205.) 3.1.3 Pitkäaikaismuisti eli kestomuisti Eri lähteissä mainitut kestomuistit vastaavat toiminnaltaan melko tarkasti toisiaan, vaikka nimitykset vaihtelevat. Mikkonen ym. (1987, 207) käyttää kestomuistista säilömuisti-nimitystä, kun taas Ropo (1984, 16) mukaan pitkäaikainen muisti tallentaa informaation periaatteessa pysyvästi. Pitkäaikaismuisti jakautuu kahteen osaan, joista semanttiseen osaan tallentuvat tiedot ja sanavarastot, ja episodimuistiin tallentuvat kokemukset. Työmuistissa tapahtuva tiedon kertailu auttaa tiedon viemisessä säilömuistiin. Kertailu ei kuitenkaan takaa tiedon pysyvää tallentumista säilömuistiin ja toisaalta tallentumista voi tapahtua ilman kertailuakin. (Mikkonen ym. 1987, 207.) Opetuksen kannalta tärkeänä huomiona on mainittava se, että tehtävän on vaadittava työmuistilta muutakin kuin hetkellistä informaation ylläpitämistä siirtyäkseen säilömuistiin (Mikkonen ym. 1987, 210). Tämä on oleellinen huomio tarkasteltaessa oppilaiden oman aktiivisuuden merkitystä muistamiseen ja sitä kautta oppimistuloksiin. 3.2 Muistin toiminta Kuinka muisti toimii ja miten asioiden muistamista voidaan auttaa? Opetuksen kannalta on tärkeää tietää, millaiset muistia vähiten kuormittavat työskentelytavat ovat tehokkaita, ja kuinka muistin kapasiteettia voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Jotta oppiainesta tallentuisi säilömuistiin, on tiedon vastaanottamiselle oltava jonkinlainen tarve. Muistin käyttö on hyvin erilaista riippuen siitä, millaisella aineksella muistia kuormitetaan. (Mikkonen ym. 1987, 210-211.) Tarkasteltaessa sanojen muistettavuutta fysikaalisten ominaisuuksien tarkastelu on epäedullista toimintaa muistamisen kannalta. Sanojen merkityksen käsittely ja niiden liit-

12 täminen laajempiin kokonaisuuksiin auttaa sanojen muistettavuutta. Sanojen mieleenpainaminen sellaisenaan on epäedullinen tapa niiden muistamiselle. (Mikkonen ym. 1987, 212.) Asioiden käsittelysyvyyden suurentaminen parantaa aineksen pysymistä säilömuistissa. Käsittelysyvyydellä tarkoitetaan sanojen yhdistämistä mahdollisimman pitkälle yhtenäisiksi merkitysrakenteiksi. (Mikkonen ym. 1987, 213.) Syväsuuntautuminen on pintasuuntautumista edullisempi menetelmä omaksua tehokkaasti annettua tekstiä. Syväsuuntautumisessa tekstistä eritellään sen sisältöä tarkoituksena löytää tekstin tarkoitus, kun taas pintasuuntautunut lukija pyrkii omaksumaan tekstin sellaisenaan. (Mikkonen ym. 1987, 215.) Syväsuuntautuneessa omaksumisessa oppimistulosten pysyvyyden on todettu olevan parempaa kuin pintasuuntautumisessa. Oppilas voi syväsuuntautuneen omaksumisen jälkeenkin aineistoa pohtimalla parantaa oppimistaan. Pintasuuntautunut omaksuminen on kuluttavampaa ja se heikentää opiskelumotivaatiota. (Mikkonen ym. 1987, 218-220.) Aiemmin mainittu episodinen muisti tallentaa tapahtumat ajan ja paikan suhteen samoin kuin filmi. Aika ja paikka ovat luokitteluperusteita, joita myös käytetään yksilön omien tietorakenteiden muodostamiseen. Semanttinen muisti tallentaa kielelliset ajasta ja paikasta riippumattomat tapahtumat tai asiat. Kielen käyttösäännöt ovat tallennettuna myös semanttiseen muistiin. Episodinen ja semanttinen muisti ovat välttämätön tuki toisilleen. (Mikkonen ym. 1987, 224.) Tieto jäsentyy muistiin luokittain ja se on palautettavissa helpoimmin luokkiin viittaavien assosiaatioiden avulla. Luokkia käytetään yleisesti hakuavaimina muistin aineiston mieleen palauttamisessa. Muistissa on paljon sellaista, mitä ei voida palauttaa ilman rakennevihjeitä. Vaikka tieto olisi säilömuistissa, voidaan haun epäonnistumisen perusteella unohtaa asioita. (Mikkonen ym. 1987, 228.) Haun yhteydessä tapahtuvassa palautuksessa opittu aines ei palaudu sellaisenaan, vaan palautustilanteen tarjoamien vihjeiden kanssa siitä rekonstruoidaan palautustulos. Rekonstruoinnin perustana on skeema. Palautus on hylkäämistä ja hyväksymistä sisältävää

13 päättelyä eikä pelkästään aiemmin opitun toistamista sellaisenaan. (Mikkonen ym. 1987, 231.) 3.3 Muisti ja opiskelu Hyvää ulkomuistia pidetään vielä nykyisinkin useasti oppimisen yhtenä tärkeimmistä välineistä. Kuitenkin on osoittautunut, että opittavan aineksen kanssa askarointi edistää oppimista. Oppimiselle on siis hyväksi tutkia aineistoa sen sisällön antamien virikkeiden avulla. (Mikkonen ym. 1987, 234-235.) Tämän käsityksen perusteella suora mieleenpainaminen on oppimistulosten kannalta epäedullinen tapa omaksua opittavaa aineistoa. Suora mieleenpainaminen soveltuu ainoastaan lyhyttä säilytysaikaa vaativiin tehtäviin. Muisti toimii kaikkein luontevimmin, kun oppija askartelee oppiaineksen kanssa yrittäen oivaltaa opittavan aineksen tarkoituksen. (Mikkonen ym. 1987, 238.) Pelkästään muistin varaan perustuva oppiminen on epäedullista ja tarvitaan muita menetelmiä. Oppilaiden kiinnostuminen, itsenäinen ja pohtiva työskentely sekä käytännön kokeet auttavat asioiden mieleenpainamista.

14 4 BEHAVIORISTINEN JA KOGNITIIVINEN PSYKOLOGIA, TIETOKÄSITYS JA KONSTRUKTIVISMI 4.1 Behaviorismin lähtökohdat Vaikka tutkielma keskittyy lähinnä konstruktivismiin ja sen avulla tapahtuvaan opetukseen, on syytä tarkastella myös behaviorismia, joka on perinteisesti ollut opetuksen perustana. Behaviorismista ollaan siirtymässä pois sen puutteiden vuoksi. Behaviorismin merkitys opetukselle on kuitenkin niin merkittävä, että sen ohittaminen ei olisi mielekästä. Behavioristien käsitys ajattelusta on se, että ajattelu on pelkästään puhe-elinten refleksiivistä toimintaa, joka laukeaa sosiaalisista ärsykkeistä. Ajattelu on yksilön sisäistä puhetta. Lapsi oppii ehkäisemään ajattelua välittävät ulkoiset reaktiot eli puheen. Behavioristien mukaan lapsi oppii puhe-elimistä tulevan sisäisen palautteen kautta eikä hän tarvitse korvien kautta tulevaa ulkoista palautetta. (Mikkonen ym. 1987, 249.) Behavioristinen tutkimus on perehtynyt pitkälti erilaisten käyttäytymismuotojen tutkimukseen. Tutkimukselle on luonteenomaista sen kohdistaminen ulkoisesti havaittaviin toimintoihin, joiden perusteella tarkastellaan, miten yksilö on oppinut. Oppimista behaviorismi pyrkii selvittämään oppimislakien avulla. (Lehtinen, Kinnunen, Poskiparta, Vauras, Salonen & Olkinuora 1989b, 18.) 4.2 Behavioristinen oppimiskäsitys Behavioristinen oppimiskäsitys on tällä hetkellä yleisesti opetuksessa käytössä oleva käsitys. Behaviorismille tyypillistä on välittömän positiivisen palautteen antaminen, missä kielteiset asiat pyritään syrjäyttämään nopeasti, jotta niiden tuomat ajatukset ja tavat eivät vakiintuisi. Opetuksessa pyritään oppilaan ulkoisen käyttäytymisen kontrollointiin ja oppilaan aktiivisuudella tarkoitetaan ainoastaan ulkoista aktiivisuutta. (Lehtinen ym. 1989b, 18-19.)

15 Kuva 3: Behavioristien käsitys ajattelusta (Mikkonen ym. 1987, 249). Behavioristiselle opetukselle on olennaista opetettavan aineksen osittaminen pieniin osasiin välttäen suurten kokonaisuuksien samanaikaista opettamista. Behaviorismissa on havaittu monenlaisia ongelmia, jotka ovat vaikuttaneet paljolti tästä opetusmenetelmästä luopumiseen. Ongelmina voidaan mainita mm., että se korostaa vain ulkoisen käyttäytymisen muuntelua ja vakiinnuttamista. Käytetyt didaktiset opetusmenetelmät voivat pahimmassa tapauksessa jopa estää ymmärryksen ja ajattelun kehittymisen. (Lehtinen ym. 1989, 21.) Etenkin reaaliaineissa on tyypillistä atomistinen ja rekisteröivä oppimistapa. Oppilaan muodostamat tiedolliset rakenteet koostuvat usein erillisistä, jäykistä ja staattisista "muistiyksiköistä", jotka eivät ole integroituneet laajoiksi dynaamisiksi tiedon ja toiminnan rakenteiksi, joissa oppilas voisi joustavasti ajatuksellisesti liikkua, ja joita hän voisi käyttää muodoltaan vaihtelevien tilanteiden tulkintaan ja ongelmien ratkaisuun. Sen sijaan tämä rakenteellisesti rajoittunut tieto voi parhaimmillaan auttaa oppilasta selviämään erittäin hyvin koulun vaatimuksista. (Lehtinen 1989b.) Behavioristinen opetusmenetelmä siirtää oppimisen älyllisen vastuun pois oppilailta. Älyllisesti laajat tavoitteet ovat ongelmallisia behavioristiseen opettamiseen tottuneille oppilaille. (Lehtinen ym. 1989, 22-23.)

16 Behavioristisen näkemyksen mukaan yksilö absorboi käyttäytymismalleja, jotka lujittuvat ja joista pidetään kiinni, kun taas toiset putoavat pois (Sigel & Cocking 1977). Oppimisen määrällisen tarkastelun yhteydessä behavioristisen käsityksen mukaan silloin, kun oppijassa ei havaita reaktioita, oppimista ei tapahdu (Ropo 1984, 10). Behaviorismista ollaan luopumassa, koska siinä oppilaat ovat vain passiivisia tiedon vastaanottajia. Oppilailta ei vaadita älyllistä toimintaa, vaan opetus korostaa ulkoista oppimista ja estää itsenäisen tiedonhankinnan ja oppimisen. 4.3 Kognitiivinen psykologia Kognitiivinen psykologia tarkastelee ihmistä informaation käsittelijänä (Ropo 1984, 3). Kognitiivinen psykologia tutkii havaitsemista, muistia, oppimista ja ajattelua sekä sitä, miten ihminen vastaanottaa, tallentaa ja käyttää tietoa (Hjelmqvist ym. 1982, 3), toisin kuin behaviorismi, joka tutkii hyvin paljon ulkopuolisen ärsykkeen johdosta ihmisessä tapahtuvia reaktioita ja niiden vaikutuksia oppimiselle ja toiminnalle. Kognitiivisen käsityksen mukaan tieto rakentuu tietorakenteista. Saatu ulkopuolinen informaatio on tallennettu episodirakenteessa mikäli se jää henkilökohtaiseksi tapahtumaksi, ja jos se voidaan yhdistää aikaisempiin kokemuksiin, se voidaan tallentaa tietorakenteeseen. Informaatio rakentuu skeemoista. (Hjelmqvist ym. 1982, 26.) Kognitiivista kehitystä ohjaa Piaget'n mukaan kaksi mekanismia: a) Assimilaatio eli sulautuminen, missä uusia kokemuksia saadessaan ihminen pyrkii sulauttamaan uuden tiedon osaksi vanhaa tietojärjestelmää siten, että uusi tieto pyritään saamaan sopusointuun vanhojen struktuurien kanssa. Uutta tietoa mukautetaan ja muokataan parhaiten vanhaa tietoa vastaavaan muotoon. Mukauttamisen ollessa kesken uusi tieto koetaan vieraaksi. (Mikkonen ym. 1987, 44-45.) b) Akkomodaatio eli mukauttaminen, missä uuden tiedon poiketessa selvästi olemassa olevista tietorakenteista, yksilö joutuu mukauttamaan tietojärjestelmänsä si-

17 ten, että ne vastaavat uutta tietoa. Uusi tieto osoittaa vanhan tiedon vääräksi ja syrjäyttää sen. (Mikkonen ym. 1987, 45.) Mitä enemmän lapset oppivat kokemuksistaan, sen sopeutuvaisempia he ovat niihin. Tätä sopeutumisprosessia Piaget kutsui tasapainoksi. Tämä ottaa paikan, kun oppilas assimiloi kokemuksen ja niin tehdessään hän järjestelee tai akkomondoi tietostruktuurinsa siitä. (Driver 1986, 51-52.) Edellisten menetelmien mukaisesti muodostunut uusi tietorakenne käytetään uuden informaation vastaanottamiseen. Tällä tavoin ihminen konstruoi havaitsemansa ja saamansa tiedon. Akkomodaation ja assimilaation välillä voidaan havaita yksilön sopeutumista ympäristön mukaan, mitä kutsutaan adabtaatioksi. (Seinelä 1987a, 9.) 4.3.1 Yleinen oppimiskäsitys Oppiminen ja oppimistapahtuma on jo pitkään ollut monien tutkijoiden tutkimuksen kohteena. Behavioristien oppimiskäsityksen mukaisen ulkoisen käyttäytymisen tutkimusta on tehty myös hyvin paljon. Kognitiivinen oppimiskäsitys poikkeaa suuresti edellä esitetystä behavioristisesta käsityksestä. Varsinaisen oppimisen tapahtumasta on olemassa hyvin erilaisia käsityksiä. Oppimisella tarkoitetaan suhteellisen pysyviä, kokemukseen perustuvia muutoksia yksilön tiedoissa, taidoissa ja valmiuksissa sekä näiden välityksellä itse yksilön toiminnassa. Oppimiseen liittyy myös adaptiivisen kyvyn lisääminen, mikä on ympäristön ja yksilön välisen vuorovaikutuksen prosessi, jossa yksilö aktiivisesti muuttaa tai rakentaa uudelleen toimintaansa ja ajattelun malleja. (Lehtinen ym. 1989, 13-14.) Kognitiivinen kehitys ja siihen liittyneenä yksilön ajattelun kehitys liittyy monilla tavoin oppimiseen ja sen kehittymiseen. Lehtinen (1983, 16) on todennut, että Piaget'n käsitys on se, että yksilön ajattelun ja toiminnan kehitys on nähtävä aktiivisena konstruktioprosessina, jossa yksilö jatkuvasti organisoi uudelleen käyttämiään ajattelun ja toiminnan struktuureita, kun taas Aeblin kanta on se, että yksilön kognitiivinen kehitys

18 realisoituu oppimisen kautta ja oppiminen on ajattelun ja toiminnan struktuureiden rakentamista ja uudelleen organisoimista. Edellä mainittuja toiminnan ja ajattelun muutoksia syntyy myös muusta toiminnasta kuin oppimisesta. Esimerkiksi fyysinen kypsyminen, vaistotoiminnat ja ympäristötekijät voivat muuttaa yksilön toimintoja. (Lehtinen ym. 1989, 14.) Oppimistapahtumasta on saatu selville mm. oppimistilanteessa tapahtuu paljon enemmän kuin se, että tietoa viedään sisään ja tuodaan ulos mustasta laatikosta, oppilaat oppivat paljon asioita toisiltaan sosiaalisen kanssakäymisen kautta, ihmisen aivot eivät ilmeisesti työskentele kuten tietokoneet, vaikka monet opettajat ja tiedemiehet niin väittävät. Informaation käsittely perustuu ihmisen omiin käsityksiin ja ymmärtämiseen. (Fischer & von Aufschnaiter 1993.) Fischerin ja von Aufschnaiterin (1993) kuvauksia oppilaiden ajattelusta ja oppimisesta: oppilas välttää keskustelua niin kauan kunnes hän on sisäistänyt kysymysten ideat. Sitä systeemiä, missä kognitiivinen tapahtuma tulee toimimaan, kutsutaan todellisuudeksi. Kognitiivisen järjestelmän ei itse tarvitse tietää omia konstruktioitaan mitä objekti aktivoi. kognitiivisen prosessin on taattava identiteetin suojelu. Identiteetti ilmaisee symbolisen struktuurin kuuluvan persoonan kognitiiviseen järjestelmään. Uusi kognitiivinen prosessi voidaan yleistää vain, jos se on tarpeellinen ja jos se ei tuhoa tarpeellisia ja jo tärkeitä konstruktioita. kognitiiviset komponentit organisoidaan kokemuksen subjektiivisessa alaisuudessa. Tällainen kokemus on kognitiivisuutta, joka voi aktivoitua tilanteesta riippuen. Yksilö on valmis ratkaisemaan samantyyppisiä ongelmia.

19 optimaalinen ristiriita on yksi subjektin alaisuudessa toimivan kokemuksen komponenteista. toiveet ovat subjektiivisen kokemuksen komponentteja. Ne edustavat yksilön kokemuksia muodollisesti samanlaisissa tilanteissa, mukaan lukien kaikki sosiaaliset elementit ja tunteet. kokemuksiin liittyy myös hienoja rakenteita. Rakenteet työstävät saatua informaatiota yhä monimutkaisemmilla tavoilla. 4.3.2 Kognitiivinen oppimiskäsitys Kognitiivinen tutkimus on lähtenyt kehittämään kognitiivisen opetuksen mallia nimenomaan yksilön oppimisprosessia tutkimalla. Tavoitteena on ollut löytää ne menettelytavat, opetuksen välineet ja muodot, jotka edistävät oppimista. (Ropo 1984, 4.) Kognitiivisen psykologian perinteissä oppiminen liitetään yleensä tiedollisiin prosesseihin. Ihminen on tiedon käsittelijä. Tietojen ja toimintojen oppiminen eivät ole toisistaan erillisiä, toisistaan riippumattomia toimintoja. (Lehtinen ym. 1989, 24-25.) Kognitiivisen teorian mukaan oppimisen ydin on yksilön sisällä tapahtuvissa tulkintaprosesseissa. Behavioristinen tarkastelu johtaa oppimisen määrälliseen tarkasteluun, kun taas kognitiivisen teorian mukaan oppiminen tapahtuu, kun yksilön tulkintaprosessi on toiminut ja antanut ärsykkeelle merkityksen. Tuloksena yleensä syntyy reaktio, mutta eri yksilöiden reaktiot voivat poiketa suuresti toisistaan. Näkyvä reaktion syntyminen ei kognitiivisen teorian mukaan välttämättä merkitse oppimisen tapahtumista. (Ropo 1984, 10.) Oppiminen käsitellään yleensä muutosprosessiksi, joka muuttaa yksilön tiedonkäsittelyjärjestelmää. Muutos katsotaan oppimiseksi silloin, kun yksilön toiminta samantapaisten tehtävien suorittamisessa helpottuu tai paranee. Tällaisia muutosprosesseja voivat olla:

20 tietojen lisääntyminen tai uudelleen jäsentyminen, havaintojen teon ja niiden tulkintojen nopeutuminen tai informaatiokäsittelyjärjestelmän muuntaminen. (Ropo 1984, 11-12.) Kognitiivisessa oppimiskäsityksessä oppiminen liitetään yksilön omiin tiedollisiin prosesseihin, jossa ihminen on tiedon käsittelijä ja oman toimintansa aktiivinen ohjaaja. Kognitiivinen käsitys on myös se, että toiminta on hierarkkisesti rakentunut. Tieto on yksilön yleistyneitä sisäisiä malleja ja oppiminen tapahtuu aktiivisen yksilö-ympäristövuorovaikutuksen kautta. (Lehtinen ym. 1989, 27.) Tieto on yksilön itsensä konstruoima. Uusien tietojen ja taitojen hankinta on tiedollisten rakenteiden ja toimintaa ohjaavien sisäisten mallien käyttöä ja uudelleen kehittämistä. Oppiminen tapahtuu syklisessä prosessissa, jossa aiemmin opittua käyttämällä omaksutaan uutta. (Lehtinen ym. 1989, 30.) Yksittäisen oppilaan toiminta tai teko ei ole ymmärrettävissä oikein erillisenä tapahtumana, vaan se on aina osa oppilaan laajempaa toimintaa. Systeemin tarkastelussa on otettava huomioon aina yksilön ja ympäristön monitasoinen vuorovaikutus. Koska kognitiiviseen oppimiskäsitykseen kuuluu se, että oppimisella tarkoitetaan yksilön omaa aktiivista toimintaa, niin voidaan todeta, että oppimisprosessit eivät kaikilla oppilailla ole samanlaiset, vaan prosessit voivat saada hyvin erilaisen sisällön eri oppilailla. (Lehtinen ym. 1989, 33-34.) Kognitiivisessa oppimiskäsityksessä oppijan omaa aktiivisuutta pidetään tärkeänä ilmiöiden ymmärtämisen kannalta. Uusiin oppimistilanteisiin ei voida soveltaa mitään yleistä lakia, vaan jokainen oppimistilanne on otettava tarkasteluun erikseen. Mallin oppimiseen vaikuttavat seuraavat tekijät: oppijan ominaispiirteet, joita ovat oppilaan aikaisemmat tiedot, asenteet, taipumukset, valmiudet, kyvyt jne. oppijan oppimistoiminnot, kuten tarkkaavaisuuden suuntautuminen, oppimisen strategiat, ennakoidun kuulustelun vaikutus asennoitumiseen.

21 opettajan toiminta ja opetusmenetelmät, kuten oppilaan aktivointi, tehtävän sisältö jne. oppimistulosten kontrollointi. Oppilaisiin vaikuttaa tieto siitä, että oppimista kontrolloidaan ja kuinka kontrollointi suoritetaan. (Kuusinen 1991, 48.) Piaget'n mukaan on olemassa sekä fyysistä oppimista, joka edustaa assosiatiivista prosessia, että loogis-matemaattista oppimista, joka edustaa deduktiota ja induktiota. Ajattelun kehittyminen on hänen mukaansa kypsymisen ja kokemuksen välisen tasapainottumisen tulos, laaja, kokonaisvaltainen ja jatkuva prosessi. (Seinelä 1987a, 14.) Piaget'n mukaan opetuksessa käytettävien opetusmetodien tulisi olla oppilaita aktivoivia, toiminnallisuutta, keksimiskykyä ja kriittisyyttä kehittäviä sekä ongelmakeskeisiä. Kubli on todennut, että opetuksen on oltava oppilaskeskeistä ja oppilaan edellytykset huomioonottavaa. (Seinelä 1987a, 15.) Kognitiivisessa teoriassa kokonaisuuksien opettaminen on tärkeää. Behaviorismin mukaisesti aiemmin opetettava materiaali pilkottiin pieniin osiin eli oppilaille annettiin sirpaletietoutta. (Lehtinen ym. 1989, 40.) Oppimistoimintojen yhteydessä käytettävien yksinkertaisten toimintojen automatisointi auttaa niiden avulla myöhemmin tapahtuvaa toimintaa. Oppiminen on strategista toimintaa, jossa toimintavalmiudet kuvastuvat yksilöllisinä toimintastrategioina tai keinoina saavuttaa tavoitteet ja ratkaista annetut ongelmat. (Lehtinen ym. 1989, 43.) Kognitiivisen oppimiskäsityksen pohjalta tehdyissä opetusohjelmissa ollaan kiinnostuneita tavoitteisesta oppimisesta, erilaisista tietojen ja taitojen oppimisesta. Tällaisen toiminnan tehokkuuden perustana on oppijan oma aktiivinen toiminta ja omaa suoritusta arvioiva kognitiivinen toiminta. (Lehtinen ym. 1989, 44.) A) Ausubelin oppimisteoria

22 Kognitiiviset oppimisteoriat ovat keskittyneet kuvaamaan ja selittämään oppimista, muistamista ja mieleen palauttamista. Mieleen painaminen, mielessä pysyminen ja unohtaminen ovat keskeisimpiä tutkimuksen kohteita. (Kuusinen 1991, 44.) Ausubel jakaa oppimisen toisaalta vastaanottavaan ja keksivään oppimiseen ja toisaalta ulkoa oppimiseen ja mielekkääseen oppimiseen. Vastaanottavassa oppimisessa kaikki tieto annetaan valmiissa jo ajatellussa muodossa, kun taas keksivässä oppimisessa yksilö itse löytää opittavan sisällön. Koulussa oppiminen vastaa usein vastaanottavaa oppimista ja koulun ulkopuolella keksivää oppimista. Nämä kaksi eri oppimisen vaihtoehtoa voivat ilmetä mielekkäänä oppimisena tai toteutua mekaanisesti, kuten ulkoa oppiminen on perinteisesti kouluissamme tapahtunut. Mielekästä oppimista voitaisiin kuvata siten, että se valjastaa oppilaassa kaikki ennestään olevat tiedot tai muut kognitiivisen struktuurin sisältämät tiedot. Nämä Ausubelin esittämät ulottuvuudet ovat toisistaan riippumattomia siten, että niiden yhdistelmistä voi olla tuloksena monenlaista oppimista. (Kuusinen 1991, 45.) B) Havaitseminen, skeemat ja oppiminen Havainnointi on tärkeä osa oppimisprosessia. Havaitsemiselle on ominaista valikointi ja tulkinta. Tiedon varastointi- ja käsittelykapasiteettimme on huomattavan rajallinen suhteessa ympäristömme informaatiotulvaan. Näin ollen ihminen valikoi asiat, joihin hän keskittää tarkkaavaisuutensa. Havainnot saavat merkityksensä, kun ne kytkeytyvät aikaisemmin opittuihin asioihin. Tällöin aikaisempien kokemusten muodostama viitekehys on tulkintaprosessin perustana. Edellisessä viitataan skeeman käsitteeseen, joka liittyy oleellisesti havaitsemiseen ja yleensäkin tiedon hankintaprosesseihin. Kognitiiviselle kehitykselle on ominaista skeeman muodostus, joka tarkoittaa sisäisten vastineiden muodostumista ympäristön toiminto- ja havaintomahdollisuuksille. Von Wright (1981) selventää skeeman käsitettä esittämällä alunperin Neisseriltä lainatun kaavion. Kuva 4 selvittää havaitsemista, joka ymmärretään tiedon hankkimisena ympäristöstä.

23 Kuva 4: Havaitseminen syklisenä tiedonhankintaprosessina (Von Wright 1981). Skeemojen merkitystä ja olemassaoloa on tutkittu paljon viime vuosina. Hjelmqvist (1982, 26) on todennut, että informaatio rakentuu skeemoista. Hän selittää skeemoja siten, että ensinnäkin tieto rakentuu tietorakenteista. Toisaalta saatu ulkopuolinen informaatio on tallennettuna episodirakenteessa, ja mikäli se jää henkilökohtaiseksi tapahtumaksi, ja jos se voidaan yhdistää aikaisempaan kokemukseen, se voidaan tallentaa yleiseen tietorakenteeseen, joka muodostaa skeeman. Lahdes (1988) on todennut, että ihminen tulkitsee tietoa hänellä jo olevien skeemojen avulla ja oppiminen on aktiivista toimintaa, jossa uutta tietoa suhteutetaan vanhaan tietoon. Tieto jäsentyy eräänlaisiksi tietopaketeiksi eli skeemoiksi. Skeemoilla tarkoitetaan jäsentynyttä toimintojen sarjaa. Skeeman voidaan sanoa tarkoittavan yksilön sisällä olevaa toimintakaavaa, joka tapahtuu ulkoisen informaation tai ärsykkeen vaikutuksesta. Kaavat muodostavat verkostoja, jotka ovat sekä hierarkkisia että päällekkäisiä. Skeemat eivät ole suljettuja tai täydellisiä, vaan ne muuttuvat kokemuksen ja uuden tiedon myötä. Skeemat toimivat uuden informaation assimiloinnin ja nivomisen perustana. (Kuusinen 1991, 50.) Kuten edellä myös Ropo (1984, 20) on todennut skeemojen olevan tietorakenteita, jotka voivat kuvata laajoja muistin sisältöön liittyviä kokonaisuuksia. Skeemat kokoavat ja jäsentävät tietoa, jota yksilöllä on eri kohteista.

24 Barlettin mukaan skeema-käsite viittaa ihmisen konstruoimaan organisoituun, muunneltuun ja oleellisempaan keskittyvään kuvaukseen todellisuudesta. (Lehtinen 1988, 12.) Ihmisellä on pyrkimys tehdä yleistyksiä havainnoista, jotta hän erottaisi tutun ja vieraan. Skeemat ilmenevät ihmisen pyrkimyksenä hahmottaa ympäristöään kokonaisvaltaisesti yleistyksien avulla. (Ropo 1984, 21.) Vaikka havaitseminen ei muutakaan maailmaa, muuttaa se havaitsijaa. Havaitsemis- ja tiedonkäsittelyprosessien tutkimisessa emme saa unohtaa toiminnan merkitystä. Oppimisprosessissa teot ja toiminta ovat aivan keskeisissä rooleissa. "Tietomme eivät ole koskaan lähtöisin yksinomaan aistimuksesta tai havaitsemisesta, vaan kokonaistoiminnasta, jossa havainnoilla on vain merkinantajan tehtävä." (Piaget 1988, 113.) Miettisen (1984, 157) mukaan kuitenkin Piaget'in toimintakäsitteen ongelmana on epäyhteiskunnallisuus. Tekoja ei voida suhteuttaa pelkästään fyysisiin esineisiin kuten Piaget tekee, vaan kokonaisvaltaisesti kulttuurin tuotteisiin. Tällöin aikaisemmin esitetty havaintosykli voidaan nähdä ihmisen kokonaistoiminnan ja maailman sisäisen representaation muodostumisen keskiössä, osana kokonaisvaltaista maailman haltuunottoprosessia. Von Wright (1981) esittää prosessin kuvassa 5 olevan kaavion muodossa, joka on alun perin lainattu Neisserilta.

25 Kuva 5: Havaintoprosessi ("the perceptual cycle") laajemman tiedonhakuprosessin osana (Neisser 1976). Ropo (1984, 21-22) on esittänyt kolme eri oppimistapaa, joiden avulla opittavana oleva skeeman käsite hyväksytään muistiin: uusi informaatio lisätään jo olemassa oleviin skeemoihin, uuden informaation sisältämä skeema mukautetaan jo olemassa oleviin skeemoihin, vanhat ennestään olevat skeemat muokataan uudelleen uuden informaation mukaisiksi. Ihmisen kaikki toiminta perustuu skeemojen käyttämiseen. Skeemojen muodostumisen kautta yksilö tulee kykeneväksi hallitsemaan toimintaympäristöään. Skeemojen konstruoinnin perustana ovat aina yksilölle aiemmin muodostuneet skeemat. Oppiminen merkitsee aikaisempien skeemojen mukautumista ja uudelleen organisoitumista. (Lehtinen 1988, 18-22.) Piaget'n mukaan ärsykkeet saavat merkityksen sisäisten skeemojen kautta. Ulkoisilla ärsykkeillä ei ole yleistä merkitystä, vaan se mihin ihminen reagoi riippuu siitä subjek-

26 tiivisesta merkityksestä, minkä ärsyke saa henkilön kognitiivisten skeemojen puitteissa hänen assimiloidessaan kohteen. (Lehtinen 1988, 23.) Ekvilibraatio on sisäinen itsesäätelyprosessi, joka saattaa assimilaation ja akkomodaation tasapainoon. Näillä itsesäätelyprosesseilla pyritään kompensoimaan assimilaatiota vaikeuttavia häiriöitä akkomodoimalla kognitiivisia struktuureja sellaisiksi, että ne entistä paremmin mahdollistavat monimutkaisen ympäristön hallinnan. Yksilö ei ole passiivinen sosiaaliseen ympäristöön mukautuja vaan aktiivinen subjekti. (Lehtinen 1988, 24.) Kuva 6: (Driver 1986.) C) Metakognitioiden vaikutus oppimiseen Metakognitiolla tarkoitetaan yksilön tietoa omista kognitiivisista prosesseistaan. (Von Wright, 1981.) Ja toisaalta se on yksilön tietoista oman toimintansa säätelyä, tarkkailua ja ohjaamista. Oppilas pystyy metakognitioiden avulla ohjaamaan oppimistaan ja huomiotaan haluamaansa suuntaan, jolloin oppimisen varsinainen päämäärä ei välttämättä toteudu. (Kuusinen 1991, 50.) Koulussa metakognitiot ilmenevät oppimisen suunnitteluna, aiemmin opitun kertaamisena, oman oppimisen tason arvioimisena ja yleisesti toiminnan säätelynä. Metakognitiivisten taitojen oppimista voidaan kuvata oppimaan oppimisella eli oppilaan tietoisuudella siitä, mitä tietoja ja taitoja oppilas tarvitsee kulloinkin ratkaistavassa ongelmassa. Metakognitioiden käyttämisestä ovat myös esimerkkeinä mielikuvat, joita voidaan käyttää hyväksi uuden asian oppimisen yhteydessä. (Kuusinen 1991, 51.)

27 Tarkkaavaisuuden ohjaamisen katsotaan olevan metakognitioiden tärkeimpiä tehtäviä. Ilman tarkkaavaisuutta informaatio ei siirry prosessoitavaksi. Asenteet ovat esimerkki metakognitiosta. ( Ropo 1984, 17-26.) D) Kenttäsidonnaiset ja kentästä riippumattomat oppimistyylit Kenttäsidonnaisessa havainnoimisessa havaitseminen on kokonaisvaltaista ja toisaalta kentästä riippumattomassa havaitsemisessa yksilö havaitsee vain osan kentästä erillisenä osana. (Kuusinen 1991, 53.) Kenttäsidonnaiset havainnoitsijat eivät osaa käyttää oppimista edistäviä strategioita, eivätkä osaa jäsentää informaatiota jonkin rakenteen mukaan niin hyvin kuin kentästä riippumattomat havaitsijat tekevät. Kenttäsidonnaisten yksilöiden toimintaa on helppo ohjata ulkoapäin. (Kuusinen 1991, 53.) E) Syvä- ja pintaprosessointi Oppilaan huomioidessa enemmän tekstiä itseään eikä sen sisältöä, puhutaan pintatason prosessoinnista. Oppilas yrittää oppia tekstin sellaisenaan ilman, että hän sisäistäisi sen sisältöä. Pintatason prosessointia harjoittava oppilas on opiskeluasenteeltaan passiivinen ja käsittelee opetettavasta asiasta ainoastaan yksityiskohtia irrallisena. Pintatason prosessointia voidaan verrata Ausubelin teorian ulkoaoppimiseen. (Kuusinen 1991, 56.) Tällainen kumulatiivinen tiedonrakenne ei anna riittävää perustetta itse arvioida osaako jonkin asian vai onko jokin oleellinen elementti unohtunut (heikko metakognitiivinen valmius). (Lehtinen 1988, 100.) Syväprosessointia harjoittava oppilas yrittää saada selville tekstin sanoman, tavoitteen ja merkityksen. Kirjoituksen sisältö on tärkeää ja oppilas pyrkii selvittämään tekstin laajemmalta periaatteelliselta kannalta, kuten Ausubelin mielekkäässä oppimisessa. Syväsuuntautumisen on havaittu tuottavan paremman oppimistuloksen kuin pintasuuntau-

28 tuneella oppimisella varsinkin teksteihin perustuvassa oppimisessa. (Kuusinen 1991, 56.) F) Myötäkonstruointi Oppilaan perspektiivin huomioon ottaminen on itsestään selvä vaatimus kaikessa opettamisessa ja se vaikuttaa sekä siihen, mitä tiedollisia rakenteita esitetään että siihen millaista toimintaa, ulkoista ja sisäistä, oppilaissa pyritään saamaan aikaan opetustoimenpiteillä. (Lehtinen 1988, 101.) Oppilas näkee oppimisensa kohteena tietoaineksen struktuurin, joka on olemassa täysin riippumatta tästä opetuksesta tai tästä nimenomaisesta opettajasta. Uuden elementin ja aikaisempien kokemusten kytkennät voivat olla kontrolloimattomia assosiaatioita ja intuitiivisia mahdollisuuksia. Näiden valinta ja koordinointi yhtenäiseksi rakenteeksi on mahdollista vain tavoitteellisesti suuntautuneen yleisen aikaisemman rakenteen varassa. Näin sekvenssin yksittäisten elementtien synnyttämien väärien assosiaatioiden käyttöönotto estyy. (Lehtinen 1988, 102-103.) G) Motivaationaalinen orientaatio ja kognitiiviset suoritukset Tärkeämpää kuin se, kuinka oppilas asennoituu fysiikkaan ja kouluun yleensä, on oppilaan asennoituminen itseensä. Oppilaan minäkäsitys vaikuttaa siihen, kuinka oppilas näkee opettajan. (Carin & Sund 1980, 59.) Puhujan emotionaalisten tilojen kautta välittyy suuri osa siitä konstruointituesta, jonka puhuja kuulijalle monimutkaisten tiedonrakenteiden konstruoimiseksi voi antaa. (Lehtinen 1988, 105.) Ulkoisella motivaatiolla ei kuitenkaan ole yhteyttä oppimistoimintaan, vaan oppilaan sisäinen palkinto säätelee oppimismotivaatiota. Sisäinen palkinto vaihtelee laajasti eri oppilaiden välillä. (Carin & Sund 1980, 76.)