Maija Aksela & Riitta Juvonen KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN OPETUSHALLITUS Moniste 27/99
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN Tekijät ja Opetushallitus Tekijät Taitto Maija Aksela Riitta Juvonen Pirjo Nylund ISBN 952 13 0682 3 ISSN 1237 6590 Edita Oy Helsinki. Marraskuu. 1999.
Maija Aksela & Riitta Juvonen ALKUSANAT Valtakunnallinen LUMA-hanke on taitekohdassa. Väliarvio on tehty ja pilottitoimintaa uudistetaan. Kehittämisstrategiaksi valittua opettajien täydennyskoulutusta jatketaan, ovathan tietämyksemme ja käsityksemme siitä, miten luonnontieteitä tulee opettaa, dramaattisesti muuttuneet parin viime vuosikymmenen aikana. Laadukkaan opetuksen takaamiseksi opettajien olisi jatkuvasti kehitettävä didaktista asiantuntijuuttaan. Lisäksi erityisesti kemiassa sovellusalueiden ja tutkimuksen nopea kehitys edellyttää jatkuvaa aineenhallinnan täydennystä ja ajantasaistamista. Teollisuuden, opetushallinnon ja opettajien yhteistyönä toteutettu Kemia tänään -täydennyskoulutus on vastannut esimerkillisellä tavalla molempiin haasteisiin. Teollisuus on aktiivisesti mukana luonnontieteiden ja matematiikan kehittämistalkoissa sekä järjestö- että yritystasolla. Kemianteollisuus katsoo omaksi tehtäväkseen erityisesti kemian opetuksen tukemisen ja kehittämisen. Kemia tänään - hanke käynnistettiin, koska halusimme antaa kemian opettajille mahdollisuuden tulla tutustumaan tämän päivän kemianteollisuuteen ja -tutkimukseen. Ajankohtaistilaisuuksien tarpeellisuudesta kertovat Kemia tänään -tapahtumien suuret osanottajamäärät sekä saamamme myönteinen palaute. Hankkeen yhteydessä on toteutettu laaja kyselytutkimus. Se antaa luotettavan kuvan kemian opettajien näkemyksistä ja luo pohjaa sekä täydennyskoulutuksen suunnittelulle että opetussuunnitelmatyölle. Yksittäiselle opettajalle tutkimustulokset tarjoavat vertailukohdan oman asiantuntijuuden kehittämisessä. Helsinki, marraskuun 18. päivänä 1999 Aslak Lindström ylijohtaja Opetushallitus Hannu Vornamo toimitusjohtaja Kemianteollisuus ry
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN KIITOKSET Haluamme kiittää kaikkia Kemia tänään -hankkeeseen osallistuneita yhteistyökumppaneita: opetusministeriötä, Opetushallitusta, MAOL ry:tä ja Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitosta sekä kaikkia tapahtumien järjestelyihin osallistuneita opettajia ja esiintyjiä sekä teollisuutta hyvästä yhteistyöstä. Erityisesti tässä yhteydessä haluamme lämpimästi kiittää Kemian opetus tänään -tutkimukseen osallistuneita opettajia. Ilman teitä tämä tutkimus ei olisi ollut mahdollinen. Tutkimuksen suunnitteluun, toteuttamiseen ja tutkimusraportin tarkistamiseen on osallistunut useita asiantuntijoita. Erityiskiitokset professori Veijo Meisalolle ja lehtori Jari Lavoselle kyselylomakkeen muotoiluavusta sekä kaikesta tuesta tutkimuksen aikana. Suurkiitokset myös opetusneuvos Marja Montoselle, lehtori Päivi Ojalalle sekä lehtori Kati Mikkolalle tutkimusraportin tarkistamisesta ja hyvistä kommenteista. Samoin lämpimät kiitokset professori Heikki Saariselle kaikesta avusta ja kannustuksesta tutkimuksen aikana. Kiitos myös tutkimusavustaja Paavo Peltoselle ja kaikille tutkimuksessa avustaneille henkilöille. Olette kaikki tehneet arvokasta työtä kemian opetuksen tukemiseksi! Maija Aksela Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos Riitta Juvonen Kemianteollisuus ry Tämä julkaisu on myös Opetushallituksen LUMA-projektin www-sivuilla http://www.edu.fi/projektit/luma Kemian opetuksen keskustelupalsta Kemia tänään on samassa osoitteessa.
Maija Aksela & Riitta Juvonen SISÄLTÖ KEMIA TÄNÄÄN -HANKKEEN TAVOITTEET JA TOTEUTUS 6 KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN -TUTKIMUS: Kemian opettajien näkemyksiä kemian opetuksesta ja kemian opetuksen kehittämisestä 8 1 Tutkimuksen taustaa 8 2 Kemian opettajien tausta 11 3 Kemian oppiminen, opiskelu ja opetus 13 3.1 Miten kemiaa oppii parhaiten? 13 3.2 Kokeellisuus kemian opetuksessa 14 3.3 Kemian opetuksen työtavat 21 3.4 Yhteistyö yritysten ja muiden yhteistyökumppanien kanssa 25 3.5 Kemian koulukohtaiset opetussuunnitelmat 31 3.6 Valtakunnalliset kokeet 38 4 Kemian opetuksen ongelmat ja parannusehdotukset 42 4.1 Valtakunnalliset kemian opetuksen ongelmat ja parannusehdotukset 42 4.2 Koulukohtaiset kemian opetuksen ongelmat ja parannusehdotukset 50 5 Kemian opettajien koulutustoiveet ja muun tuen tarve 55 6 Yhteenvetoa ja pohdintaa 62 Lähteet 70 Liitteet 75
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN KEMIA TÄNÄÄN -HANKKEEN TAVOITTEET JA TOTEUTUS Kemia tänään -hanke osa LUMA-talkoita Kansalliset luonnontieteiden ja matematiikan kehittämistalkoot ovat olleet käynnissä nyt muutaman vuoden ajan. LUMA-talkoisiin (1996 2002) osallistutaan laajalla rintamalla oppilaitoksissa, opetushallinnossa ja muuallakin yhteiskunnassa (Anon. 1996b). Myös elinkeinoelämä on todennut luonnontieteiden ja matematiikan osaamisen keskeiseksi menestystekijäkseen nyt ja tulevaisuudessa. Kemianteollisuus ry teki vuonna 1997 aloitteen kemian opettajille suunnatun täydennyskoulutushankkeen käynnistämisestä. Yhteistyössä Opetushallituksen, opetusministeriön, Matemaattisten Aineiden Opettajien Liiton (MAOL ry) ja Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitoksen edustajien kanssa luotiin edellytykset kuudelle koulutustapahtumalle, jotka toteutettiin lukuvuoden 1998 1999 aikana. Hanke sai nimekseen Kemia tänään. Kemia tänään -hankkeen tavoitteet Opettaja avainasemassa Kemia tänään -hankkeelle määriteltiin seuraavat tavoitteet: Kemian opetuksen tason ja aseman nostaminen. Kemian opettajien ammattitaidon kehittäminen ja työskentelymotivaation parantaminen. Uusien opetusmenetelmien ja näkökulmien soveltamisen edistäminen kemian opetuksessa. Yritysten aktivointi ja innostaminen yhteistyöhön koulujen kemian opettajien ja oppilaitosten kanssa. Kemia tänään -tapahtumat Kemia tänään -tapahtumien kohderyhmänä olivat peruskoulun tai lukion kemian opettajat ja osallistujia oli yhteensä noin 500. Taulukossa 1 on yhteenveto kuudella paikkakunnalla toteutetuista tapahtumista ja niiden teemoista.
Maija Aksela & Riitta Juvonen TAULUKKO 1 Kemia tänään tapahtumat lukuvuonna 1998 1999 Paikkakunta Ajankohta Teemat Osanottajamäärä* Kuopio 28. 29.8.1998 Kemira/Siilinjärvi 95 Oulu 25. 26.9.1998 Kemira/Oulu Metsäkemia 101 Espoo 16. 17.10.1998 Kemian tutkimus tänään 70 Vaasa 13. 14.11.1998 Polymeerit erikoiskemikaaleista kaukolämpöputkiin 54 Turku 27. 28.11.1998 Hyvinvointi ja ympäristö 95 Vehkalahti 15. 16.1.1999 Puu öljy ympäristö 70 *Lisäksi mukana oli suuri joukko järjestelyihin osallistuneita opettajia ja yhteistyökumppaneita. Kuhunkin tapahtumaan osallistui 5 10 yritystä. Kemia tänään -tapahtumien luento-osuuksissa kuultiin kemianteollisuuden tulevaisuuden näkymistä ja kemian mahdollisuuksista sekä merkityksestä yhteiskunnassa. Luennoissa käsiteltiin myös muun muassa kemian tutkimukseen sekä kemian opetukseen ja ylioppilaskirjoituksiin liittyviä teemoja. Vierailukohteissa nähtiin kemianteollisuutta ja tutkimusta käytännössä, ja useissa vierailukohteissa oli myös mahdollisuus workshop -työskentelyyn (liite 1 Turun Kemia tänään -tapahtuman ohjelma). Kemia tänään -tapahtumissa esiteltiin koulu yritysyhteistyö -mahdollisuuksia. Tavoitteena oli käynnistää paikallisen yhteistyöverkoston rakentaminen koulujen ja yritysten välille sekä kehittää toiminnallisten vierailujen toteutusmalleja. Kun osanottajat pääsivät tutustumaan yrityksiin ja usein myös tekemään laboratoriotöitä yritysten tiloissa, muodostui heille kuva yritysten toiminnasta ja samalla syntyi ideoita opetuksessa toteutettavaksi. Joissakin tilaisuuksissa toiminnallisuus toteutui hyvin ja malleja yhteistyölle syntyi, toisissa se osoittautui vaikeaksi muun muassa osanottajien suuren määrän vuoksi. Kemia tänään hanke jatkuu Jo Kemia tänään -hanketta käynnistettäessä oli selvää, että asetettuihin tavoitteisiin pääseminen tulee edellyttämään sitkeää, pitkäjänteistä työtä. Kuuden tapahtuman toteuttaminen oli lähtölaukaus kehittämistyölle, ja Kemia tänään -toiminnasta toivotaan jatkuvaa sekä opetushallinnossa että kouluissa. Myös kemianteollisuuden yritysten ja muun elinkeinoelämän aktiivinen osallistuminen kemian opetuksen kehittämiseen on tarpeen hankkeen tavoitteisiin tähdättäessä. Tapahtumista saadun palautteen ja tässä julkaisussa esiteltävän tutkimusaineiston perusteella kehitetään uusia Kemia tänään -toimintamuotoja kemian opettajien ja opetuksen kehittämisen avuksi. 7
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN -TUTKIMUS: Kemian opettajien näkemyksiä kemian opetuksesta ja kemian opetuksen kehittämisestä 1 TUTKIMUKSEN TAUSTAA Kemian ja muiden luonnontieteiden opetuksen kehittämisen tarpeellisuus on todettu tärkeäksi useissa eri asiakirjoissa ja tutkimuksissa viimeisen kymmenen vuoden aikana (mm. Anon. 1988; Anon. 1989; Anon. 1992 a & b, 1996b ja 1999f). Koulujen luonnontieteiden opetuksen nykytilaa ovat kartoittaneet viime vuosina muun muassa Opetushallitus, MAOL ry ja Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliitto. Syksyllä 1996 Opetushallitus kartoitti LUMA-pilottikoulujen opetustiloja ja -välineitä sekä opettajien kelpoisuuksia. Kokeellinen opetus todettiin melko kehittymättömäksi ja muusta opetuksesta irralliseksi kaikilla kouluasteilla. Opettajien aineenhallinta ei myöskään ollut kaikissa tapauksissa riittävää. Yhteistyötä eri sidosryhmien kanssa oli jonkin verran eri kouluasteilla. Noin puolet pilottilukioista teki yhteistyötä yritysten kanssa (Anon. 1997; Anon. 1999g). Kesällä 1998 Opetushallitus analysoi LUMA-pilottikoulujen opetussuunnitelmia, niiden tavoitteita, opetusmenetelmiä ja arviointia (Anon. 1998). Vuonna 1999 suoritettiin otospohjainen opetussuunnitelma-analyysi (Anon. 1999d). Molempien analyysien mukaan kemian opetuksen sisällöt eivät vastanneet opetussuunnitelman perusteiden tavoitteita osassa koulujen yläasteista. Lukiossa tavoitteet olivat yhdenmukaiset opetussuunnitelman perusteiden tavoitteiden kanssa, ja sisällöt olivat useimmissa tapauksissa tiivistelmä perusteista. Kemian opetuksen opetusmenetelmistä ja arvioinnista oli niukasti kuvauksia. Useiden koulujen opetuskäytänteiden todettiin olevan edellä koulujen opetussuunnitelmia (Anon. 1999f). Matemaattisten Aineiden Opettajien Liitto (MAOL ry) sekä Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliitto (TT) toteuttivat keväällä 1996 kartoitustutkimuksen matemaattisten aineiden nykytilasta ja kehittämistarpeista peruskouluissa ja lukioissa (Anon. 1996a). Kyselylomake lähetettiin 150 yläasteeseen ja 95 lukioon. Systemaattinen satunnaisotanta kattoi koko maan peruskouluista ja lukioista joka viidennen. Tutkimukseen osallistui 110 yläastetta ja 65 lukiota. Selvityksessä kartoitettiin muun muassa koulujen opetustiloja ja -välineitä, työtapoja sekä opettajien koulutustarvetta. MAOL ry:n ja TT:n tutkimuksessa mainittiin kemian työtavoista yläasteella useimmin oppilastyöt, pari- ja ryhmätyöt sekä demonstraatiot. Vähemmän käytettyjä työtapoja olivat projektit ja tutkielmat, opetuskeskustelu, yhteistoiminnallisuus, videot, vierailut, tietokoneavusteinen opetus, työpistetyöskentely ja työselosteet. Oppilaita oli tunneilla keskimäärin 16. Yläasteista 38 prosenttia ei tarjonnut yhtään kemian valinnaiskurssia. Suositut kemian kurssit olivat kokeellisia, käsittelivät arkipäivän sovelluksia ja liittyivät lisäopintoihin. Noin viidennes vastanneista lukioista ei tarjonnut yhtään kemian valinnaiskurssia. Tutkimuksessa vain yksi koulu ilmoitti kemian valinnaiskurssien toteutuneen. 8
Maija Aksela & Riitta Juvonen Yli puolessa lukioista kokeellista työskentelyä fysiikan ja kemian opetuksessa oli vähän tai ei ollenkaan. Yläasteella tilanne oli parempi. Kouluista 90 prosentissa järjestettiin kokeellista työskentelyä. Useilta kouluilta puuttuivat kunnolliset laboratoriotilat. Varsinkin lukioiden tilanne oli huono. Vain kolmanneksella opettajista oli käytössä riittävästi opetus- ja havaintovälineitä. Yli puolet lukion opettajista ilmoitti, että havaintovälineitä ei ollut riittävästi kaikille oppilaille. Opettajista 90 prosenttia toivoi täydennyskoulutusta. Eniten kaivattiin koulutusta uusista opetusmenetelmistä, kokeellisesta opetuksesta ja tietotekniikan hyödyntämisestä opetuksessa. Kaksikolmasosaa kouluista teki yritysvierailuja. Noin 30 prosenttia vastaajista kutsui kouluun luennoitsijoita yrityksistä. (Anon. 1996a.) LUMA-kehittämistalkoiden väliarvioraportissa (Anon. 1999f) esitetään matematiikan ja luonnontieteiden osaamisen nykytaso sekä toimenpiteitä ja suunnitelmia sen kohentamiseksi. Yhteenvedossa mainitaan, että LUMA-ohjelma on osoittautunut erittäin tarpeelliseksi ja talkooidea on toteutunut suunnitelmien mukaisesti. Tavoitteiden saavuttamiseen tarvitaan kuitenkin vielä paljon työtä. Yhteenvedon mukaan erityistä huomiota tulisi kiinnittää matematiikan, fysiikan ja kemian asemaan koulussa sekä panostaa niiden tasa-arvoa edistäviin toimenpiteisiin. Uusia tavoitteita ja hankkeita määriteltäessä tulisi hyödyntää luonnontieteiden ja matematiikan opettamisen tutkimustuloksia (Anon. 1999a). Tarkistetut LUMA-tavoitteet on hyväksytty 12.10.1999 (Anon. 1999g) (ks. http://www.minedu.fi/toim/luma.html). Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteiden mukaan (LOPS & POPS: Anon. 1994a & b) nykyinen koulutuksen kehittäminen pohjautuu aikaisempien keskusjohtoisten mallien sijasta koulukohtaiseen opetussuunnitelma-ajatteluun, joka nähdään dynaamisena prosessina. Se antaa kunnille ja opettajille vastuun kehittää hyviä kemian opetussuunnitelmia valtakunnallisten perusteiden pohjalta. Opettaja nähdään aktiivisena oman työnsä kehittäjänä. Kunnan tulee omilla toimenpiteillään luoda puitteet koulujen kehittämistyölle. Koulu voi päättää tuntijaon rajoissa itse myös kemian opetuksen laajuuden kullakin luokka-asteella. Vuoden 1993 tuntijaon mukaan fysiikkaa ja kemiaa tulee opettaa peruskoulun yläasteella vähintään kuusi vuosiviikkotuntia. Koulu voi tarjota lisäksi valinnaiskursseja. Lukiossa kemiaa opetetaan yksi pakollinen kurssi kaikille. Lisäksi opiskelijalla tulisi olla mahdollisuus valita kolme syventävää kurssia. Lukion opetussuunnitelmaan voi sisältyä opetussuunnitelman perusteissa (Anon. 1994a) mainittujen kurssien lisäksi muita kemian syventäviä ja soveltavia kursseja. Kemian opetus tänään -tutkimus Uusi opetussuunnitelma-ajattelu mahdollistaa hyvin erilaisten kunta- ja koulukohtaisten kemian opetussuunnitelmien laatimisen ja toteuttamisen. Kemian opetus tänään -tutkimuksen tavoitteena on koota tietoa kemian opetuksen nykytilasta opettajan näkökulmasta peruskouluissa ja lukioissa. 9
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN Tutkimuksen ongelmat määriteltiin seuraavasti: Miten kemian opetussuunnitelman perusteet ovat toteutuneet peruskoulun yläasteella ja lukiossa kokeellisuuden, monipuolisten työtapojen, eri sidosryhmien kanssa tehtävän yhteistyön sekä valinnaiskurssien suhteen? Miten valtakunnalliset kokeet kannustavat tai estävät kemian opetuksen kehittämistä? Mitkä ovat kemian opetuksen ongelmat opettajan näkökulmasta? Mitkä ovat opettajien parannusehdotukset kemian opetuksen tilanteeseen? Mitä koulutusta ja tukea kemian opettaja toivoo? Tutkimus on kartoittava tapaustutkimus (esim. Syrjälä 1994). Tutkimuksessa selvitetään aluetta, josta ei ole aikaisempaa tarkkaa käsitystä, saadaan syvällisempää tietoa tilanteesta ja opitaan muiden kokemuksista (Levine 1980; Patton 1991). Kysymyslomake lähetettiin Kemia tänään -tapahtumien informaatiokirjeen mukana 540 ilmoittautuneelle opettajalle. Oheiskirjeessä kerrottiin tutkimuksen tarkoitus seuraavasti:... tutkimuksen tarkoituksena on kartoittaa kemian opettajien ajatuksia kemian opetuksen nykytilasta ja sen kehittämistarpeista. Vastaamalla ohessa olevaan kyselylo - makkeeseen autat kemian opetuksen kehittämistä maassamme. Lomake pyydettiin palauttamaan Kemia tänään -tapahtuman virkailijalle ilmoittautumisen yhteydessä. Vastaajat saivat Kemianteollisuus ry:n lahjoittaman Suomen kemianteollisuus -kirjan (Hase et al. 1998). Lomake sisälsi 32 kysymystä, joista noin puolet oli avoimia kysymyksiä (liite 2 kyselylomake). Avoimia kysymyksiä käytettiin, koska haluttiin saada selville opettajan omia ajatuksia. Kyselylomakkeen laadintaan osallistui kaikkiaan kuusi henkilöä sekä Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitokselta että Kemianteollisuus ry:stä. Vastaukset käsiteltiin luottamuksellisesti. Tutkimusavustaja kirjoitti puhtaaksi vastaukset ja koodasi ne tietokoneella. Sen jälkeen avoimien kysymysten vastaukset luokiteltiin aineistolähtöisesti (Strauss & Corbin 1990). Saaduista pääluokista laskettiin frekvenssit ja prosentit. Vaihtoehtoja sisältävistä kysymyksistä laskettiin tilastollisia kertoimia käyttäen Stat View -ohjelmaa. Tutkimusraporttia on ennen sen julkaisemista kommentoinut viisi asiantuntijaa, joista kaksi on itse osallistunut tutkimukseen. Tutkimusaineisto on eriteltävissä muun muassa sukupuolen, kouluasteen, opetuskokemuksen, kemian arvosanojen, koulutustapahtuman paikkakunnan, koulukoon ja koulussa olevien kemian opettajien määrän mukaan. Tässä raportissa kä - sitellään osa laajan aineiston tuloksista. Kemian opettajien vastauksia tarkastellaan pääasiallisesti kokonaisuutena. Muutamissa kysymyksissä aineisto on eritelty tarkemmin tietyn taustamuuttujan suhteen. Tutkimuksen tavoitteena on kartoittaa tilanne ja koota tietoa opetushallinnon, koulujen, opettajien sekä kaikkien kemian opetuksen kehittämisestä ja tukemisesta kiinnostunei - den yhteistyökumppanien käyttöön. Tutkimuksessa tuodaan esille kemian opetuksen käytänteitä ja ideoita kemian opetuksesta eri puolilta maatamme. Tutkimuksen tavoit - teena on lisätä keskustelua kemian opetuksesta ja sen kehittämisestä, lisätä vuorovaiku - tusta sekä luoda pohjaa kemian opettajien erilaisten tukiverkostojen syntymiselle. 10
Maija Aksela & Riitta Juvonen 2 KEMIAN OPETTAJIEN TAUSTA MAOL ry:n jäsentilaston mukaan (Anon. 1999c) kemian opettajia on yhteensä 3 280, joista 1 365 opettaa lukiossa ja 2 551 peruskoulussa. Kemia tänään -hankkeeseen osallistui runsaat 500 kemian opettajaa, joista 399 opettajaa (82 %) osallistui tutkimukseen. Vastausprosentti on laskettu luvusta 485, joka oli rekisteröityjen osallistujien lukumäärä. Kyselylomakkeeseen vastattiin aktiivisesti myös alueittain. Vastausprosentit vaihtelivat Vaasan 72 prosentista Turun 87 prosenttiin. Osallistujat opettajia eri puolilta Suomea. Enemmistö naisia. Vastaajilla pitkä opettajakokemus. Enemmistö yläasteella, kolmannes lukioissa. Vastaajilla keskimääräistä korkeammat arvosanat. Sekä tutkimukseen että Kemia tänään -koulutustapahtumiin osallistui opettajia eri puolilta Suomea. Tutkimukseen osallistuneista yli puolet (55 62 %) oli Kemia tänään -tapahtuman maakunnasta ja noin 15 prosenttia seuraavaksi lähimmästä maakunnasta. Vastaajat asuivat eri kokoisilla paikkakunnilla: noin puolet asui yli 50 000 asukkaan paikkakunnalla ja noin neljännes alle 10 000 asukkaan paikkakunnalla. Suurin osa vastaajista työskenteli oppilasmäärältään keskikokoisessa koulussa: noin 80 prosenttia 100 500 oppilaan kouluissa ja noin 20 prosenttia isoissa, yli 500 oppilaan kouluissa. Alle sadan oppilaan kouluja edusti tutkimuksessa 2 prosenttia vastaajista (7 opettajaa). Sekä tutkimukseen että koulutustapahtumiin osallistuneiden enemmistö oli naisia (80 %). Tutkimuksessa oli mukana 81 miesopettajaa (20 %). MAOL ry:n tilaston mukaan naisia on noin 54,5 prosenttia jäsenistä. Kemian opettajissa naisten osuus lienee tätäkin suurempi. Vastaajat olivat toimineet pitkään opettajina. Noin 70 prosentilla opettajista oli yli 10 vuoden opettajakokemus ja lähes 40 prosenttia oli ollut opettajana yli 20 vuotta. Tilanne kuvaa hyvin myös kentällä olevien opettajien ikäjakaumaa, sillä keskiikä MAOL ry:n jäsenkunnassa on 46 vuotta. Vastaajista 6 10 vuoden opettajakokemus oli noin 15 prosentilla ja alle viiden vuoden opettajakokemus noin 14 prosentilla. MAOL ry:n jäsenkunnasta alle 30-vuotiaita matematiikan ja luonnontieteiden opettajia on noin 10 prosenttia, 30 39-vuotiaita noin 17 prosenttia, 40 49-vuotiaita noin 30 prosenttia, 50 59-vuotiaita noin 35 prosenttia ja yli 60- vuotiaita noin 8 prosenttia (Anon. 1999c). Yli puolet vastaajista (59 %) toimi kemian opettajina yläasteella ja noin 30 prosenttia lukiossa. Noin 6 prosenttia opettajista työskenteli sekä yläasteella että lukiossa ja noin 6 prosenttia muissa kouluissa. Tutkimusjoukko vastaa MAOL ry:n tilastoja pelkästään peruskoulussa kemiaa opettavien osalta (58 %). Sen sijaan lukion opettajia oli suhteessa enemmän (Anon. 1999c, 22 %) ja molemmilla asteilla opettavia suhteessa vähemmän (Anon. 1999c, 20 %). Tutkimukseen osallistuneista opettajista 75 prosenttia työskenteli koulussa, jossa oli kolme kemian opettajaa, noin 11 prosenttia koulussa, jossa oli kaksi kemian opettajaa ja 14 prosenttia vastaajista (56 kpl) oli koulussa ainoa kemian opettaja. Tutkimusjoukon opettajista noin 70 prosentilla oli vähintään cum laude approbatur -arvosana kemiasta. Noin 30 prosentilla vastaajista oli laudatur kemiasta (128 opettajaa). Approbatur-arvosana kemiasta oli noin neljänneksellä vastaajista (99 opettajaa). Noin 5 prosentilla opettajista ei ollut arvosanaa kemiasta. Opettajilla on keskimäärin korkeammat arvosanat kemiasta kuin muilla MAOL ry:n jäsenil- 11
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN lä. Jäsentilaston mukaan (Anon. 1999c) kemiaa opettavista opettajista yli puolella (52 %, 2 057) on alin arvosana kemiasta (128 opettajaa), 36 prosentilla on cum laude approbatur ja 10 prosentilla (485 opettajaa) on laudatur kemiasta. Fysiikan ja matematiikan opettajiin verrattuna tilanne on kemian arvosanojen suhteen selvästi heikompi. Fysiikan opettajista 34 prosentilla ja matematiikan opettajista 5 prosentilla on vain alin arvosana (Anon. 1999c). Noin 40 prosenttia vastaajista oli kolmen aineen opettajia, joilla oli opetettavina aineina kemia, matematiikka ja fysiikka. Muita aineyhdistelmiä olivat kemia, matematiikka ja tietotekniikka, kemia, fysiikka ja tietotekniikka sekä kemia, biologia ja maantieto. Enemmistö opettaa kolmea ainetta. Kahden aineen opettajia vastaajista oli 26 prosenttia. Yleisin aineyhdistelmä oli kemia ja matematiikka. Muita yhdistelmiä olivat kemia ja fysiikka, kemia ja biologia sekä kemia ja tietotekniikka. Tutkimukseen osallistui neljän aineen opettajia noin 17 prosenttia, opetettavina aineina kemia, matematiikka, fysiikka ja tietotekniikka. Noin 20 prosentilla vastaajista kemian osuus pidettävistä tunneista oli suurin lukuvuonna 1998 1999 (91 opettajaa). Toiseksi eniten kemiaa opetti noin puolet ja kolmanneksi eniten 22 prosenttia. Kymmenellä opettajalla oli kemia neljäntenä opetettavana aineena ja 25 vastaajalla ei ollut ollenkaan kemian tunteja kyseessä olevana lukuvuonna. 12
Maija Aksela & Riitta Juvonen 3 KEMIAN OPPIMINEN, OPISKELU JA OPETUS 3.1 Miten kemiaa oppii parhaiten? Opettajan omat henkilökohtaiset käsitykset oppiaineesta, opettamisesta ja oppimisesta vaikuttavat opetukseen käytännössä (Driver 1988; Nott et al. 1996; Munro 1999). Opetustyössä muovautuviin oppimiskäsityksiin vaikuttavat useat tekijät, kuten yleiset käsitykset tiedon ja psyykkisten prosessien luonteesta, yhteiskunnalliset normit, odotukset, joita yhteiskunta on opetukselle ja koulutukselle asettanut sekä oppimista koskevan tutkimuksen teoriat ja tulkintaperinteet (Rauste-von Wright & von Wright 1994). Oppimiskäsityksiä voidaan luokitella empiristis-behavioristisiin, kognitiivis-konstruktiivisiin, humanistisiin ja uusmarxilaisiin oppimiskäsityksiin (Rauste-von Wright & von Wright 1994). Niissä voidaan nähdä useita suuntauksia ja painotuksia. Nykyinen opetussuunnitelmauudistustyö perustuu lähinnä humanistis-konstruktiiviseen oppimiskäsitykseen, joka korostaa oppijan aktiivista roolia oman tietorakenteensa jäsentäjänä. Oppilas nähdään aktiivisena tiedon hankkijana, käsittelijänä ja arvioijana, jolle oppiminen on hänen aikaisempien ajatus- ja toimintamalliensa uudelleen järjestämistä ja täydentämistä. Jokainen oppilas on yksilö, jonka kokemusmaailma tuottaa erilaiset lähtökohdat uuden oppimiselle. Tehokas opettaminen on optimaalisten oppimisympäristöjen luomista sekä positiivisen oppimishalun virittämistä ja säilyttämistä pedagogiikan keinoin. Opettajan rooli on olla opiskelun ohjaaja ja oppimisympäristön suunnittelija. Opettajan tulisi jatkuvasti arvioida opetustaan ja muuttaa sitä tilanteisiin sopivaksi. Työtavoilla on erittäin suuri merkitys oppimisen kannalta (LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). Oppimiskäsityksen toteuttaminen käytännössä vaatii opettajalta entistä enemmän ammattitaitoa (Resnic 1989; Prawat 1990; Shiland 1999). Kemian opetuksen tulee olla innostavaa ja mielekästä ja sen tulee lähteä siltä menetelmälliseltä ja tiedolliselta tasolta, jonka oppilaat ovat aikaisemmissa opinnoissaan saavuttaneet (POPS: Anon. 1994b). Kemian ilmiöiden jäsentäminen, peruskäsitteiden ymmärtäminen ja ajattelun kehittyminen edellyttävät opetukselta monipuolisia työtapoja. Opetuksen kokeellisuus tarkoittaa nojautumista kokeellisesti hankittuun tietoon. Kokeellisuus voi olla omakohtaista toimintaa, laboratoriotyöskentelyä, demonstraatioita, opintokäyntejä, audiovisuaalisten apuvälineiden tai kerronnan avulla tapahtuvaa toimintaa (LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). Kemian opettajien oppimiskäsitys Kemiaa oppii parhaiten tekemällä. Kemian opettajien oppimiskäsitystä kartoitettiin avoimella kysymyksellä: Miten kemiaa oppii parhaiten? Kysymykseen vastasi 87 prosenttia (347) opettajista. Opettajien yksimielinen käsitys oli, että kemiaa oppii parhaiten tekemällä (95 %). Itse tekemällä (ei luennoimalla). Töitä tekemällä, sillä itse tehdyt havainnot jäävät paremmin mieleen kuin kirjasta luetut faktat. Riippuu varmaan oppilaasta itsestäkin. Tekemällä, milloin kokein, tehtävin. Suurin osa vastaajista toi esille erityisesti oppilastöiden tekemisen (noin 80 %). Opettajat korostivat aktiivisen oppimisen merkitystä ja oppijan omaa vastuunkantoa oppimistapahtumasta (vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). 13
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN Tekemällä oppilastöitä, ryhmätöillä tai yleensä työllä, missä itse joutuu ottamaan asioista selvää. Esille tuotiin myös innostavan opettajan, oppilaan motivaation, opiskelupaikan ja työskentelytavan vaikutus oppimiseen. Aidon oppimisympäristön (mm. oikea laboratorio koulussa tai vierailu muissa oppilaitoksissa tai tutkimuslaboratorioissa) vaikutusta oppimiseen korostettiin (nk. autenttinen oppiminen, Shaffer et al. 1999). Itse tekemällä ja työn tuloksia tarkastelemalla. Huom! Esimerkiksi se vaikuttaa, missä titrataan. Huomasin sen, kun oppilaani tekivät perustitrauksen lääketehtaassa. Oli kuulemma ammattimaisuuden tuntu. Näin olikin! Jos on kiinnostunut, oppii kyllä. Kemiaa oppii parhaiten myös käyttämällä monipuolisia työtapoja, vierailemalla erilaisissa kemian tuotanto- ja tutkimuslaitoksissa, liittämällä kemian opetus arkielämään ja ympäröivään yhteiskuntaan, projektitöillä, tarinoiden avulla, keskustelemalla, ongelmaratkaisutehtäviä käyttämällä sekä laskemalla (noin 20 % vastaajista). Muutaman opettajan mielestä kemiaa oppii parhaiten pelkästään lukemalla. (Vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b.) Opettajien käyttämiä työtapoja käsitellään lisää luvussa 3.3. Tarjoamalla kemian merkitys ja "yhteydet" elävään arkipäivän elämään. Yhteistyö teollisuuden kanssa, asioiden yhdistäminen oppilaan kokemusmaailmaan. Monipuolisella tutustumisella: Itse tehdyt kokeet, teorian pohdiskelu, hyvät opetusvideofilmit, tutustumiskäynnit, jos se vain olisi mahdollista. Kun saa tajuamaan kemian olemuksen (aina läsnä). Itse olen oppinut tarinoiden avulla ja samaa toteutan opetuksessakin, vaihtelu virkistää, mikään menetelmä ei ole ainoa oikea, ei tutkiminenkaan, vaikka sitä nykyään mainostetaan. Projektit, teollisuuden edustajien vierailut, seminaarit. Myönteinen ilmapiiri, monipuoliset työtavat, säännölliset opiskelutavat, omakohtainen paneutuminen ja harjoittelu siis vaatii työtä. 3.2 Kokeellisuus kemian opetuksessa Opetussuunnitelman perusteiden mukaan olennaista kemian opetuksessa on johdonmukainen ohjaaminen tiedonhankinnan menetelmään, johon kuuluu havaintojen, mittausten, kokeiden ja tutkimusten tekeminen ja suunnittelu, keskustelu, havaintojen käsitteistäminen, esittäminen, tulkitseminen ja mallintaminen, johtopäätösten ja hypoteesien tekeminen sekä niiden testaaminen, havaintojen ja esitettyjen tietojen kriittinen arviointi sekä opitun soveltaminen ongelmanratkaisussa (LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). Kemian opetusta voidaan monipuolistaa myös käyttämällä tietotekniikkaa mittauksissa, tulosten käsittelyssä, mallien luomisessa, tiedon analysoimisessa ja tulosten raportoinnissa (LOPS: Anon. 1994a; Meisalo & Lavonen 1994). Peruskoulun yläasteella kokeellisen menetelmän merkitystä on korostettu valitsemalla se yhdeksi kemian keskeiseksi sisällöksi (POPS: Anon. 1994b). Lukiossa kokeellisuus on lähestymistapa, joka kuuluu keskeisesti opetukseen. Kokeellisen työskentelyn lajit voidaan jakaa tavoitteiden mukaan viiteen luokkaan: 14
Maija Aksela & Riitta Juvonen taitoja harjaannuttavaan havainnointia korostavaan keksimistä korostavaan todentamista korostavaan ja tutkimusta korostavaan kokeelliseen työskentelyyn (Gott & Duggan 1994). Kokeellinen työskentely kehittää ja harjaannuttaa useita oppijan persoonallisuuden osa-alueita: luonnontieteellistä ajattelua, havaintojen ja tiedon jäsentämistä sekä päättelykykyä, erilaisia laboratoriotyöskentelyssä tarvittavia teknisiä ja motorisia sekä havaitsemisen taitoja, kommunikointiin ja yhteistyökykyyn liittyviä taitoja, luovuutta, aloitteisuutta, pitkäjänteisyyttä, itseluottamusta, turvallisen työskentelyn taitoja sekä mielenkiinnon herättämistä ja asenteiden parantamista (Hodson 1990; Lazarowitz & Tamir 1994; Meisalo & Lavonen 1994). Kokeellinen toiminta ei aina johda aktiiviseen tiedon käsittelyyn ja tiedon konstruointiin (Hodson 1990). Oppilaat tarvitsevat siinä opettajan ohjausta, harjoittelua, tarpeeksi aikaa ja monipuolisia kokeellisuuden työtapoja (Kreiter & Kreiter 1974; Millar et al. 1994; Lavonen & Meisalo 1997). Opettajan ja oppilaan tavoitteet voivat olla myös erilaiset. Kokeellisuutta suunnitellessaan opettajan tulisi eritellä tavoitteet ja toteuttaa opetus tavoitteiden mukaisesti (Osborne 1993). Avoimuuden astetta oppilastöissä voidaan vaihdella ongelman, välineiden, menetelmän ja tulosten käsittelyn suhteen (Meisalo & Erätuuli 1985; Hegarty-Hazel 1990). Liian yksinkertaiset oppilastyöt eivät jatkuvasti käytettynä anna oikeaa kuvaa kemiasta tieteenä (Hofstein & Lunetta 1982). Kokeellisuuden kehittämisessä sen jatkuva arviointi on keskeistä (Doran et. al. 1994; Layman 1996; Zoller et al. 1999). Oppilailla on yleensä positiivinen asenne oppilastöitä kohtaan, varsinkin silloin, kun he ymmärtävät, mitä ovat tekemässä (Hodson 1990), mutta on myös oppilaita, jotka näkevät sen lähinnä huvina (Johnstone & Wham 1982). Oppilastöistä ei pidetä, jos ne eivät onnistu (Dickson 1998). Oppilaat pitävät niistä yleensä kuitenkin enemmän kuin demonstraatioista ja luennoista (Hofstein & Lunetta 1982). Kokeellinen työskentely käytännössä Tutkimuksessa kartoitettiin valtakunnallisen kemian opetussuunnitelman perusteiden (LOPS & POPS: Anon. 1994a & b) toteutumista kouluissa kokeellisuuden osalta. Opettajilta kysyttiin oppilastöiden määrää kurssin aikana, perusteluja kokeellisen työskentelyn käyttämiseen, kokeellisuuden järjestämistä käytännössä, hyvän oppilastyön kriteerejä ja tietokoneen hyödyntämistä kemian kokeellisessa työskentelyssä (liite 2 kysymykset 21 25). Suurin osa käytti kokeellisuutta opetuksessa. Suurin osa opettajista käytti opetuksessaan kokeellisia oppilastöitä (taulukko 2). Peruskoulun yläasteen opettajista 38 prosenttia teetti yli kuusi oppilastyötä kurssin aikana. Joka neljäs lukion opettaja teetti 2 6 työtä kemian kurssilla. Opettajista 29 (lähinnä lukion opettajia) ei teettänyt kokeellisia oppilastöitä (vrt. Anon. 1997; Anon. 1996a; LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). 15
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN TAULUKKO 2 Kokeellisten oppilastöiden määrä kurssin aikana Kokeellisten töiden määrä % opettajista 0 8 1 4 2 6 23 >6 38 Noin 27 prosenttia vastaajista kuvaili oppilastöiden määrää sanallisesti. Useimmat opettajat mainitsivat töiden määrän vaihtelevan kursseittain. Osa yläasteen opettajista käytti niitä oppitunneilla jatkuvasti (vrt. POPS: Anon. 1994b). Osa opettajista taas, lähinnä lukion opettajia, teetti oppilastöitä pelkästään työkurssin aikana. Demonstraatioita käytettiin varsinkin suurten oppilasryhmien opetuksessa. (Vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b.) Kysymykseen vastasi 95 prosenttia opettajista (379 opettajaa). Riippuu siitä onko kyseessä ya vai lukio: ya:lla paljon, lukiossa kurssista riippuen 1 3. Työkurssi on sitä varten. Tunneilla pyritään tekemään aina aiheeseen liittyvä työ. 1. kurssi en yhtään, (2 4 kurssilla muutaman hyvin yksinkertaisen). Hyvin vähän, jos oppilaita on yli 16. Tärkeimmät perustelut kokeelliseen työskentelyyn olivat oppilaan motivointi ja kemian oppiminen (taulukko 3). Muita perusteluja olivat taitojen oppiminen ja vaihtelu sekä se, että kokeellisuus kuuluu olennaisena osana kemian opetukseen. (Vrt. POPS & LOPS: Anon. 1994a & b; Osborne 1993.) Kysymykseen vastasi 87 prosenttia opettajista (348 opettajaa). TAULUKKO 3 Perustelu Kokeellisten oppilastöiden teettäminen kemian opetuksessa % vastauksista Motivoinnin vuoksi 40 Kemian oppimisen vuoksi 29 Taitojen oppimisen vuoksi 6 Se kuuluu olennaisena osana kemian opetukseen 10 Vaihtelua 3 Kuinka muuten peruskoulussa voisi opettaa kemiaa? Työt oleellinen osa opetussuunnitelmaa: kemia ei ole pelkkää teoriaa. Koska ilman sitä kemia on kuin täysin veretön ihminen. Oppivat käsittelemään lab. välineitä, työskentelemään yhdessä, pohtimaan mitä, miten, miksi. Vaikea kuvitella miten selvittää esim. suolanmuodostus, jos oppilas ei itse nää tapahtumaa. Kemia-kokeellinen tiede, näkemänsä muistaa mutta tekemänsä toivottavasti ymmärtää. Onnistumisen elämyksiä oppilaille, havainnollistaa käytännössä teoriaa. Motivointisyistä, johdatteluna teoriaan, yhteistyötaitojen lisäämiseksi ja jotta heille syntyisi käsitys luonnontieteellisen tutkimuksen tekemisestä. Oppilaat saa helposti innostumaan kemiasta, juuri kokeellisuuden takia. Sitä kautta 16
Maija Aksela & Riitta Juvonen kiinnostus pohjana on helppo edetä kemian syövereihin.. Antaa oikean kuvan siitä mitä kemia on. Vastauksissa tuotiin esille myös seuraavat perustelut (12 %): peruskoulun kriteerit lapset haluavat leikkiä yhteys omaan ammattialaan oppilaat tykkäävät niistä töitä on paljon tarjolla ja koululla on hyvät mahdollisuudet siihen. Töiden todettiin sopivan yläasteikäisille ja niille, joille teorian opiskelu on vaikeata. Perusteluna kokeellisuuteen oli myös se, että opettaja uskoo niihin tai se, että toiminnallisuus ja yhdessä toimiminen kuuluvat yläasteella kasvatukseen. Edelleen perusteluina mainittiin, että koulussa on hyviä oppilaita, että kemian työkirjat vaativat kokeellisuutta ja että teoria on liian raskasta. Kokeita tehdään myös, jotta oppilaat saisivat paremmin tuntuman siihen, mitä on työnteko kemistinä. Töiden todettiin olevan ylipäätään tärkeitä ja niillä saatiin oppilaille tekemistä (vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b; Munro 1999). Oppilaat tykkäävät enemmän näistä kuin teorian paasaamisesta. Tekee opiskelun/koulupäivän mielekkäämmäksi. Seuraavista syistä opettajat eivät käyttäneet kokeellisuutta opetuksessaan (40 vastausta) (vrt. Jonas-Ahrend 1994; Lazarowitz & Tamir 1994; Tasker & Fre y b e rg 1 9 8 9 ) : aikapula isot ryhmät ei laboratorioluokkaa ei välineitä kaikille ei tarvittavia kemikaaleja ja ahtaus luokassa. Perusteluina esitettiin myös, että työt veisivät liian suuren ajan kurssista ja että peruskoulussa on tehty töitä riittävästi. Edelleen perusteltiin, että työkurssilla voidaan tehdä töitä tai että oppilaat eivät välttämättä opi niistä. Vastauksissa mainittiin myös, että ei ole sopivia töitä tai että peruskoulussa on tehty jo suurin osa hyvistä töistä. Yli 10 oppilaan ryhmissä ei juuri töitä tehdä. Teettäisin enemmän, jos olisi pienemmät ryhmät ja opetustila, jossa riittävästi välineitä. Vaikka jakaisi perusryhmän kolmeen osaan on liian suuri tai välineet ei riitä. Kaikessa pitää säästää. Lukiossa ehdin pitää tunteja kurssissa noin 27 30. Oppilastöihin en raski laittaa 3 4 tuntia enempää. Isot luokat, kireä aikataulu, olemattomat labratilat, olen uusi opettaja = en ole ehtinyt, minulla on myös muita aineita. Ei aikaa, peruskoulussa tehty riittävästi. Käytännössä kokeellista työskentelyä järjestettiin monella eri tavalla (taulukko 4). Yleisimpiä työskentelytapoja olivat parityöskentely (37 %) sekä työskentely ryhmissä tai tiimeissä (25 %). Työpistetyöskentelyssä (8 %) oppilaat kiersivät joko yksin, ryhmissä tai pareina pisteestä toiseen tehden eri töitä joko samasta tai eri aiheesta. Lukiossa 6 prosenttia opettajista jakoi luokan kahtia. Toinen puoli luokasta 17
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN teki kokeellisia töitä ja toinen puolisko jotain muuta samassa tai eri tilassa, esimerkiksi koulun kirjastossa. Harvemmin käytettyjä työskentelytapoja olivat yhteistoiminnallinen kokeellinen työskentely (3 %) ja projektityöt (1 %). Y h t e i s t o i- minnallisessa työskentelyssä oppilailla oli eri rooleja ja he opettivat toisiaan. Projektitöissä oppilailla oli jokin isompi teema tutkittavana ja selvitettävänä. Muita kommentteja tai perusteluja esitti joka viides. (Vrt. Meisalo & Lavonen 1994; Lavonen ja Meisalo 1997.) Kokeellista työskentelyä järjestetään monella tavalla. Työskentelytavan valintaan vaikuttivat opettajien mukaan ryhmä, ryhmän koko, aihe, tila, ajankohta sekä välineiden että materiaalien määrä. Työpistetyöskentelyä käytettiin esimerkiksi silloin, kun käytössä oli vain vähän erikoisvälineitä, esimerkiksi yksi vetokaappi. TAULUKKO 4 Kokeellinen työskentely käytännössä Työskentelytapa % vastauksista Oppilaat työskentelevät pareina 37 Oppilaat työskentelevät ryhmissä/tiimeissä 25 Työpistetyöskentely 8 Luokan puolitus 6 Yhteistoiminnallinen oppiminen 3 Projekteina 1 Valmistelutyö kotona oli otettu osaksi oppimistapahtumaa muutamissa kouluissa. Esimerkiksi työohje oli oppilailla kotiläksynä. Siihen liittyi myös erillisiä tehtäviä. Muutama opettaja teetti työn oppilaan kotona kokonaan kodin kemikaaleilla ja/tai mikrovälineillä. Oppilaat osallistuivat myös töiden valmisteluihin, esimerkkinä oppilaiden kiertävät vuorot töihin tarvittavien liuosten valmistamisessa. Kysymykseen vastasi 87 prosenttia opettajista (348 opettajaa). Ihanne: Kaksoistunti, johon mahtuu työn pohjustus, ryhmiin jako, välineiden haku. Itse työ saadaan rauhassa suoritettua loppuun ja yhdessä keskustellaan tuloksista (mitä miksi...). Välineiden pesu ja työpaikan siistiminen. Perusoppitunnilla : I annan tehtävän ryhmälle (2 3 opp.). Oppilaat valmistelevat työn ja teorian. Esittävät sen muulle luokalle. II Järjestän työpisteitä, joissa ohjeet. Oppilaat kiertävät pisteestä toiseen ja vastaavat kysymyksiin. III Työkurssilla ja ympäristökemian kurssilla hyvin vaihtelevasti. Käyn edellisenä tuntina työjärjestelyt tai luetan kotona, työhön menee yleensä koko tunti. Oppilaat hakevat välineet ja aineet opettajalta, jolloin kyselen heidän työstään. Seuraavaksi tunniksi teetän usein työselostuksen. Syventävillä kursseilla (15 38) töitä tehdään oppilasryhmissä itsenäisesti tai opettajajohtoisesti tai ryhmätöinä. Kurssilla voi olla myös vapaaehtoinen työ, jolloin ryhmä jakautuu itsenäisesti teorian tai käytännöntyön opiskelijoiksi. Oma tutkimus noin 5:ssä ryhmässä > tulokset ja koejärjestelyt esitetään muille, osa töistä kotitehtävinä! Roolijako (pomo, opastaja, siistijä, noutaja), Ryhmäjako satunnaisesti, pysyvät ryhmät, roolit vaihtuvat. Ohjeet työ pohdinta, usein puolet ryhmästä laboratoriossa (n. 18) ja puolet tekee itsenäistä työskentelyä luokassa. Kurssin lopussa käytetään kaksoistunti ryhmäraportointiin. Vuoroperiaatteella 1. työ tänään ryhmä1 2. työ: ryhmä 2, huomenna toisinpäin. Oppi- 18
Maija Aksela & Riitta Juvonen laat itse kasaavat ja tekevät kaikki ohjeen avulla, avustan jos ei suju, laskuja mietitään yhdessä. Työkursseilla parityöskentelynä, ryhmät tekevät eri töitä valintansa mukaan. Tällöin välineet riittävät ja itsenäinen vastuu työstä lisääntyy. 4 hengen ryhmissä. Kaikki antavat oman raporttinsa. 2 h. Jaan jokaiselle selostuksen, jonka olen tehnyt itse. Näin pystymme tekemään kokeellisia töitä, vaikka laboratorio on puutteellinen. Parityö, parit arvotaan, ohjeet annetaan kerran, työn aikana ei kysellä opettajalta. Jos on iso ryhmä jaan kahtia ja norm. luokassa (on kyllä vanha vetokaappi!), osa töistä Kemiran lab.luokassa. Kurssin ryhmät (36 38) jaetaan kahtia. Mahdollisuuksien mukaan käytetään toista opettajaa. Annan mahdollisimman avoimen tehtävän, johon työskentelytavat täytyy löytää vanhaa tietoa jäsentämällä. Hyvä kokeellinen oppilastyö Opettajien mielestä hyvä kokeellinen työ tukee teorian oppimista. Opettajien mielestä hyvä kokeellinen oppilastyö oli sellainen, joka tukee kemian teorian oppimista (175 vastausta). Vastaajat esittivät pääasiassa neljä eri tapaa liittää teoria kokeelliseen työskentelyyn (45 % opettajista, avoin kysymys): ensin käsitellään teoria ja sen jälkeen työssä syvennetään teoriaan liittyvää asiaa tai teoria opiskellaan kokonaan työn avulla tai teoria käsitellään perusteellisesti kokeellisen työn jälkeen tai syklinen malli: ensin yksi työ, sitten teoria, sen jälkeen toinen asiaan liittyvä työ jne. (Vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b; Anon. 1997.) Keskustelua ja yhdessä pohdiskelua korostettiin vastauksissa ennen ja jälkeen kokeellisen työn (sosiokonstruktiivinen oppimiskäsitys, esim. Hodson & Hodson 1998). Tekemällä laborointitöitä jokaisessa kurssissa, jotka selventävät teorian ja kirjoittamalla sekä raportteja niistä ja yleensä kirjoittaa paljon (ei opettajan sanelua) niin että kemian terminologia tulee tutuksi. Innostus niin opettajan kuin oppilaankin luo oppimiselle oivan ilmapiirin. Itse tekeminen on tärkeää, mutta vuosien kokemus on opettanut, että tekeminen ei sellaisenaan opeta. Yllättävän vähän töistä usein jää mieleen. Muistetaan joku värinmuutos, mutta ei todella ymmärretä mitä tapahtui ja miksi. Tarvitaan riittävä teoriapohja asioiden ymmärtämiseksi ja KESKUSTELUA tehdystä työstä ja havaituista ilmiöistä. Havainnoimalla ympärillä tapahtuvia asioita, miettimällä ja pohdiskelemalla ja sen jälkeen kokeilemalla. Tutki, kokeile, saa ahaa-elämyksiä; opettele hieman käsitteitä, niin kyllä se siitä. Kokeillen ja ehdottomasti sitten pohtien, mitä ja miksi kävi kuten kävi. Teoreettinen opiskelu pitäisi saada mukaan myös, jotta opiskelu ei jäisi paukuttelun ja selittämättömien ilmiöiden tasolle. Perusteet systemaattisesti ennen sovelluksia. Tehdään oppilastöitä runsaasti, kaikista työselostukset vihkoon. Herätetään kiinnostus kokeellisten tutkimusten avulla sitten vasta teoria. Hyvä kokeellinen työ on selkeä ja motivoiva. Hyvä kokeellinen työ oli vastanneiden opettajien mielestä myös selkeä ja tulos oli selvästi nähtävissä (169 vastausta). Sen tuli olla oppilaita motivoiva (64 vastausta). Hyvä kokeellinen työ oli käytännössä yksinkertainen, helppo ja turvallinen toteuttaa (vrt. Hofstein & Lunetta 1982). Sen tuli onnistua aina ja sen tekeminen sai viedä vähän aikaa (vrt. Dickson 1998). Aiheen tuli liittyä arkielämään tai se voi olla oppilaan oma aihe. Sen tuli 19 opettajan mielestä olla mahdollisimman avoin (vrt. Levävaara 1997). Muutama opettaja piti tärkeänä, että työ kehittää oppilas- 19
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN ta monipuolisesti. Kysymykseen vastasi 87 prosenttia opettajista (347 opettajaa) (vrt. LOPS & POPS: Anon. 1994a & b). Hyvässä kokeellisessa työssä oppilas itse joutuu miettimään työn aikana mitä tekee, miten tekee, miksi tekee ja miksi työssä tapahtui tämä ilmiö ja miten tapahtunut liittyy käytännön elämään. Tarpeeksi yksinkertainen, liittyy opetettavaan asiaan, selkeä, näyttävä, ei vaadi monimutkaisia laitteita. Yläasteella selkeä, suhteellisen lyhyt ja onnistuva koe. Lukiossa riittävän tarkasti asiaan liittyvä, mutta ei välttämättä aina rutiininomainen. Nopea (10-20min), selkeä, liittyy selkeästi teoriaan, oppilaan kehitystason ja taitojen mukainen. Oikea. Lukiossa ei enää leikitä. Osoittaa selvästi opetettavan asian. Teollisuuden, yliopistojen, sairaaloiden jne. laboratorioiden työtapoja simuloiva työ, joka selvittää myös taustalla olevan teoriaa! Yksinkertaisilla välineillä toteutettavissa oleva, teoriaa selventävä. Ei saisi olla liian myrkyllisiä aineita. Elintarvikkeisiin ja ihmisen toimintaan liittyvät kokeet innostavat peruskoululaisia, samoin palamiseen liittyvät työt. Nopeahko, havainnollinen, jotta tuloksia on aikaa ja mahdollista pohtia, esimerkiksi happo-emäsindikaatiot- ainakaan moniaineopettajan aika ei riitä pitkiin koejärjestelyihin, eikä usein ole mahdollista jatkaa koetta seuraavalle tunnille. Ongelmakeskeinen tutkimus liittyy käytännön elämään. Työtapojen oppiminen, menetelmien ja työselostuksen kirjoittamisen oppiminen, toverien huomioonottaminen, sosiaalisuus, yhteistyökyky. Lankojen värjäys, saippuan valmistus. Työ josta saa aikaan konkreettiset tulokset. Hyvä työohje, mikromittakaava, riittävän monivaiheinen. Avoin, oppilailla vapaus suunnitella itse työn toteuttaminen. Lähes kaikki. Huonoistakin oppii. Tietokoneen hyödyntäminen kokeellisuudessa Tietokoneen hyödyntäminen kemian kokeellisessa työskentelyssä oli suhteellisen uusi asia kemian opettajille. Vastaajista 7 prosenttia käytti mittausautomaatiolaitteistoja opetuksessaan (28 opettajaa, lähinnä lukiosta). Heistä 8 käytti usein mittausautomaatiota opetuksessa ja loput vastaajista satunnaisesti. Opettajat mainitsivat tietokoneen käyttöön useita syitä (taulukko 5), joista useimmin mainittiin tulosten helppo jatkokäsittely graafisena esityksenä sekä ajan säästö, jolloin oppitunnilla jäi aikaa ajattelulle ja tulosten pohtimiselle. (Vrt. LOPS: Anon. 1994a; Brassell 1987; Lavonen 1996.) Tietokoneen käyttö kokeellisessa työskentelyssä melko uutta opettajille. TAULUKKO 5 Perustelu Mittausautomaation käyttö kemian opetuksessa % vastauksista Tulosten helppo jatkokäsittely 21 Nopea, säästää aikaa 18 Vaihtelua 12 Moderni, nykyaikainen tekniikka 10 Havainnollinen 10 Oppilaita motivoiva 10 Joitakin asioita oppii paremmin 5 Voidaan tehdä isossakin ryhmässä demonstraationa 5 Mittaustarkkuus hyvä 3 Monipuolinen 3 Valmiit ohjeet kehittyneet 3 20
Maija Aksela & Riitta Juvonen Mittausautomaation käytöstä toivotaan koulutusta. Tärkeimmät syyt siihen, että mittausautomaatiota ei käytetty kemian opetuksessa olivat laitteiden tai välineiden tai resurssien puuttuminen (57 % vastauksista), se, että niitä ei osattu käyttää (14 %) tai niiden käyttöä ei katsottu tarpeelliseksi yläasteen kemian opetuksessa (12 %). Opettajista 33 prosenttia toivoi koulutusta mittausautomaation käytössä kemian opetuksessa. Kysymykseen vastasi 85 prosenttia opettajista (339 opettajaa). Ei käytännön mahdollisuutta. Taloudelliset realiteetit! Haluaisin oppia käyttämään mikäli ne sitten olisivat käytössä. En tiedä mikä sopisi omille oppilaille yläasteella. 3.3 Kemian opetuksen työtavat Kemian ilmiöiden jäsentäminen, peruskäsitteiden ymmärtäminen ja ajattelun kehittyminen edellyttävät opetukselta monipuolisia työtapoja. Käsitteiden omaksumista ja ymmärtämistä voidaan tukea työtavoilla, joissa oppilailla on mahdollisuus keskustella ja olla vuorovaikutuksessa toisten kanssa (POPS: Anon. 1994b). Työtapa voidaan määritellä tieksi, jota pitkin opettajan ja oppilaiden työskentely etenee kohti asetettuja tavoitteita (Lahdes 1977). Työtapoja on erilaisia ja niitä voidaan luokitella usealla eri tavalla (Kuitunen 1996). Opetustilanteeseen ei ole olemassa yhtä oikeaa työtapaa. Uuden työtavan vakiinnuttaminen osaksi opetustyötä vaatii työtavan teoriaan ja taustafilosofiaan tutustumisen lisäksi harjoitusta sekä palautteen saamista (Kuitunen 1996; Sahlberg 1996). Joyce & Weil (1980) ovat luokitelleet työtavat neljään ryhmään tavoitteiden mukaan: sosiaaliseen vuorovaikutukseen tähtäävät työtavat (esimerkiksi yhteistoiminnallinen oppiminen, roolileikit, ryhmätutkimus) ajatteluun ja tiedon prosessointiin tähtäävät työtavat (esimerkiksi luokittelu, käsitteen omaksuminen, muistamismallit, ennakkojäsentäjä, kyselyyn harjaannuttaminen) persoonallisuuden ja itsetuntemuksen kehittämiseen tähtäävät työtavat (esimerkiksi itseseuranta, ryhmäseuranta) sekä behavioristiset työtavat (esimerkiksi luennointi, harjoittelu). FINISTE-tietoverkossa työtavat luokiteltiin viiteen luokkaan: ajattelun kehittämiseen tähtäävät työtavat luovan ongelmaratkaisun työtavat sosiaalisuuden kehittämiseen tähtäävät työtavat persoonallisuuden kehittämiseen tähtäävät työtavat ja toiminnallinen teollisuusvierailu (Kuitunen 1996). Työtavat opetuksessa Tutkimuksessa kysyttiin opettajilta eri työtapojen käyttöä kemian opetuksessa valmiita vaihtoehtoja sisältävällä kysymyksellä (vrt. Kuitunen 1996; Sahlberg 1996). Lomakkeessa oli mainittu 18 työtapaa ja opettajalla oli myös mahdollisuus lisätä omia vaihtoehtoja. 21
KEMIAN OPETUS TÄNÄÄN Yli puolet vastaajista (226 opettajaa) käytti ryhmätyötä jatkuvasti tai usein. Joka viides heistä käytti sitä jatkuvasti opetuksessa (kuvio 1). Toiseksi eniten käytettiin kyselyyn harjaannuttamista. Luovan ongelmanratkaisun menetelmät, käsitteen omaksuminen, muistamismallit, yhteistoiminnallinen oppiminen ja ennakkojäsentäjä olivat myös osalla opettajista aktiivisesti käytössä. Opettajista 20 40 käytti kemian opetuksessa jatkuvasti tai usein opintokäyntiä, käsitekarttaa, projektityöskentelyä, väittelyä ja mind map -tekniikkaa. Vähemmän käytettiin simulaatiota, prosessikirjoitusta, rentoutusta, roolileikkejä ja suggestopediaa (alle 13 opettajaa), jota vain yksi opettaja käytti jatkuvasti tai usein (vrt. Anon. 1998; Anon. 1996a). Suggestopedia Roolileikit Rentoutus Prosessikirjoittaminen Simulaatio Mind map -tekniikka Väittely Projektityöskentely Käsitekartta Opintokäynnit Ennakkojäsentäjä Yhteistoiminnallinen oppiminen Muistamismallit Käsitteen omaksuminen Luova ongelmanratkaisu Kyselyyn harjaannuttaminen Ryhmätyö 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 KUVIO 1 Jatkuvasti tai usein käytetyt työtavat kemian opetuksessa Muutamat opettajat käyttivät jatkuvasti tai usein oppimispäiväkirjoja, pientä spiraalia, palataan jatkuvasti keskeisiin käsitteisiin, tilannekomiikkaa (mielenkiintoisia tarinoita kemiasta), NLP:tä sekä käytännön kautta teoriaan -menetelmää. Muita mainittuja tapoja olivat itsenäinen työskentely, opetuspelit, tavallinen luokkaopetus kalvoilla, videoilla ja muutamalla demonstraatiolla, opettajajohtoinen perinteinen opiskelu, laboratoriotyöt ja teorian muodostaminen havaintojen perusteella, parityö, väittelykortit, opettajan demonstraatiot, luennointi, opetuskeskustelu sekä laskujen tekninen osaaminen. Kuviossa 2 on esitetty satunnaisesti käytetyt työtavat. Niistä yleisin oli opintokäynnit. Noin puolet opettajista käytti projektityöskentelyä, yhteistoiminnallista oppimista, kyselyyn harjaannuttamista, käsitekarttaa ja luovaa ongelmanratkaisua satunnaisesti opetuksessaan. Myös draama ja pelit tuotiin tässä yhteydessä e s i l l e. 22