6 2. Fysiikan opetuksen tavoitteet opetussuunnitelmissa 2.1 Opetussuunnitelman perusteet 1985 Vuoden 1985 opetussuunnitelman perusteissa (Anon. 1985, s. 161, 164) fysiikan opetuksen tavoitteet on esitetty hyvin lyhyesti: Peruskoulun fysiikan ja kemian opetuksen tavoitteena on oppilaan luonnontieteellisen yleissivistyksen laajentaminen, persoonallisuuden kehittäminen ja jatkoopiskeluvalmiuksien antaminen. Opetuksessa annetaan tietoa paitsi fysiikan ja kemian ilmiöistä myös niiden merkityksestä luonnossa ja käytännön elämässä. Samalla pyritään herättämään mielenkiintoa ja harrastusta omakohtaiseen havaitsevaan tiedon hankintaan. Oppilaille annetaan valmiuksia kehittää havaintokykyä, kätevyyttä, itsenäisyyttä, ongelmanratkaisukykyä, yhteistyökykyä ja vaikutusyhteyksien tajuamista. Huomiota herättää sanonta annetaan tietoa, aivan kuin tietoa voisi kaataa oppilaan päähän. Oppimisen luonne oppilaan omana konstruktiivisena prosessina ei ole ainakaan selvästi näkyvissä. Vaikka sitten puhutaankin mielenkiinnosta havaitsevaan tiedon hankintaan ja erilaisista valmiuksista, teksti heijastaa enemmän behavioristista kuin konstruktivistista oppimiskäsitystä. Sisällön valinnan perusteissa korostetaan, että esitetyt sisällöt ovat fysiikan ja kemian keskeistä ainesta. Ne ovat ympäristöön tutustumisen ja ymmärtämisen kannalta tärkeitä. Sisällöt sallivat mahdollisimman usein kokeellisen lähestymistavan, ja niillä on merkitystä jatko-opintojen kannalta. Kokeellisen lähestymistavan salliminen antaa kuvan, ettei sen käyttöön välttämättä tarvitse pyrkiä ja teoreettinen lähestymistapa hyväksytään vallitsevaksi menetelmäksi.
7 Opetusjärjestelyistä puhuttaessa tämä kuva kuitenkin lievenee: Sisällön ohella työtapa vaikuttaa ratkaisevasti tavoitteiden saavuttamiseen. Tavoitteiden monipuolinen huomioonottaminen edellyttää useiden erilaisten työtapojen käyttämistä, joissa laboratoriotyöskentelyllä ja demonstraatioilla tulee olla keskeinen asema. Tämän voi tulkita merkitsevän, että kokeellisuuden merkitys myös fysiikan oppimisen kannalta nähdään tärkeäksi. Arvioinnin yhteydessä kokeellisuuden tärkeyttä kyllä korostetaan: Oppilasarvioinnissa tulee ottaa huomioon myös oppilaan edistyminen kokeellisessa työskentelyssä. Tämä voidaan tehdä mm. havainnoimalla oppilaan työskentelyyn liittyviä tai kokeellista työskentelyä edellyttäviä koetehtäviä. Mutta pääpaino tässäkin on selvästi itse kokeellisessa työskentelyssä. Huomiota ei kiinnitetä siihen, missä määrin kokeellisuus on opittu näkemään käsitteiden merkitysten perustana. 2.2 Opetussuunnitelman perusteet 1994 Vuoden 1994 Opetussuunnitelman perusteiden (Anon. 1994) mukaan fysiikan tehtävänä on ohjata luonnontieteille ominaiseen ajatteluun, tiedonhankintaan ja tietojen käyttämiseen elämän eri tilanteissa. Fysiikan opetukseen kuuluu kokeellinen ja tutkiva lähestymistapa, joka lähtee tieteenalan omasta luonteesta ja tukee samalla oppilaan persoonallisuuden kasvua, erityisesti itsetunnon kehittymistä. Olennaista on ohjaaminen johdonmukaisesti kokeelliseen tiedonhankinnan menetelmään. Tässä kokeellisuus tarkoittaa nojautumista ympäristöstä kokeellisesti hankittuun tietoon. Havaintoja, mittauksia, kokeita ja kokeellista tutkimusta käytetään lähtökohtana muodostettaessa ja otettaessa käyttöön luokittelevia ja jäsentäviä käsitteitä, suureita, lakeja ja teoreettisia malleja sekä tarkasteltaessa teoreettisia sovelluksia.
8 Edelleen näiden perusteiden mukaan kokeellisuus voi olla omakohtaista toimintaa, laboratoriotyöskentelyä, demonstraatioita, opintokäyntejä, audiovisuaalisten välineiden tai kerronnan avulla tapahtuvaa toimintaa, jossa olennaista on johdonmukainen ohjaaminen tiedonhankinnan menetelmään. Opiskelun luonnetta ja opetuksen lähtökohtia kuvataan lisäksi seuraavasti: Olennaista on johdonmukainen ohjaaminen kokeellisen tiedonhankinnan menetelmään, johon kuuluu: - havaintojen, mittausten, kokeiden ja tutkimusten suunnittelu ja tekeminen, - keskustelu, havaintojen käsitteistäminen, esittäminen, tulkitseminen ja mallintaminen, - johtopäätösten ja hypoteesien tekeminen sekä niiden testaaminen, - havaintojen ja esitettyjen tietojen kriittinen arviointi sekä - opitun soveltaminen käytännössä. Erillisiä lukuja opetusjärjestelyistä ja arvioinnista ei vuoden 1994 Opetussuunnitelman perusteissa ole. Ero edelliseen opetussuunnitelmaan on ilmeinen. On selvästi siirrytty behavioristisesta konstruktivistiseen oppimiskäsitykseen, ja kokeellinen lähestymistapa on syrjäyttänyt teoreettisen. Teksti korostaa oppimista oppilaan omana prosessina ja kokeellisuutta käsitteiden merkitysten oppimisen perustana. Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteisiin pohjautuen kunnissa oli laadittava omat, koulukohtaiset opetussuunnitelmat. Periaatteessa perusteet antoivat suunnitteluun varsin vapaat mahdollisuudet. Yleisen käsityksen mukaan laaditut suunnitelmat pitäytyvät kuitenkin enimmäkseen varsin tarkasti aikaisemman opetuksen käytännöissä sovittaen niitä valtakunnallisten perusteiden mukaisiin ohjeisiin. Myös tavoitteissa tulee nyt esille fysiikan ja samalla sen oppimisen prosessiluonne, joka johtaa hierarkkisesti eriasteisiin oppimistavoitteisiin. Fysiikan opetuksella esitetään olevan kaksi yleistä tavoitetasoa, kvalitatiivinen (laadullinen) ja kvantitatiivinen (määrällinen) taso:
9 Kvalitatiivisella tasolla on tavoitteena, että oppilas - osaa tehdä havaintoja, luokitella ja tulkita niitä sekä tehdä niistä asianmukaisia johtopäätöksiä, - oppii fysikaalisiin ilmiöihin liittyviä peruskäsitteitä, periaatteita, lakeja ja malleja, - osaa keskustella fysiikan alaan kuuluvista asioista ja ilmiöistä sekä soveltaa fysikaalista tietoa luontoa ja ympäristöä koskevissa kysymyksissä, ongelmien ratkaisemisessa ja päätöksenteossa. Kvantitatiivisella tasolla on tavoitteena, että oppilas - osaa tehdä mittauksia ja vertailla suuruusluokkia, esittää, tulkita ja tehdä johtopäätöksiä, - osaa muodostaa yksinkertaisia malleja, erityisesti graafisen esityksen pohjalta, sekä käyttää niitä fysiikan ilmiöiden selittämisessä ja - osaa suunnitella ja tehdä yksinkertaisia tutkimuksia myös itse tehdyillä välineillä sekä arvioida tutkimusprosessia ja saatujen tulosten luotettavuutta. Sisältöjä ei enää kiinnitetä yksityiskohtaisesti vaan annetaan yleinen ohje: Opetuksen suunnittelussa tulee kiinnittää huomio siihen, että oppiminen tukee yli oppiainerajat ylittävää kokonaisuuksien hahmottamista, joihin sisällöt valitaan siten, että ne tukevat koulun, luonnontieteiden sekä fysiikan opetuksen tavoitteiden saavuttamista. Tätä selvennetään kokoamalla fysiikan opetuksen keskeiset sisällöt viideksi yleiseksi teemaksi: 1. rakenteet ja järjestelmät, 2. vuorovaikutukset, 3. energia, 4. Prosessit ja 5. kokeellinen menetelmä. Todetaan, että ne eivät muodosta opetuksen lähtökohtaa, vaan opetuksen tulee edetä kohti niiden hahmottamista. Teemojen merkitystä sisältöjen kannalta selvitetään varsin yksityiskohtaisesti taulukolla (Taulukko 1).
10 Taulukko 1. Fysiikan opetuksen keskeiset sisällöt. (Anon. 1994, s. 90) On kuitenkin merkillepantavaa, että taulukon aiheet jättävät vielä paljon tulkinnan varaa yksityiskohtaiselle sisältöjen valinnalle. Erityisesti aiheiden jakaminen kursseihin ja niiden opetusjärjestys jäävät kokonaan koulukohtaisen suunnittelun varaan. Vapautta korostetaan ohjeella: Opetussuunnitelmassa opetuksen sisällöt on mahdollista jäsentää myös muulla tavalla. 2.3 Myöhempi kehitys Matematiikan ja luonnontieteiden kehittämisohjelmaan liittyy läheisesti myös jo LUMA-projektin ensimmäisen vaiheen aikana aloitettu koulu-uudistuksen valmistelu. Uusi perusopetuslaki (Anon. 1998a) säädettiin 21.8.1998 ja perusopetusasetus (Anon. 1998b) 20.11.1998, ja ne astuivat voimaan 1.1.1999. Perusopetuslain ja -asetuksen
11 pohjalta Opetushallitus laati Perusopetuksen oppilaan arvioinnin perusteet (Anon. 1999b) ja Perusopetuksen päättöarvioinnin kriteerit (Anon. 1999a), joissa määriteltiin suosituksen luontoisesti arvosanaan kahdeksan vaadittavan osaamisen taso kaikissa yhteisissä oppiaineissa. Tätä kirjoitettaessa myös seuraavat opetussuunnitelmien perusteet ovat suunnitteilla ja kokeiluvaiheessa (Anon. 2003). Oppilasarvioinnin merkitykseen on vuoden 1994 jälkeen kiinnitetty selvästi aikaisempaa enemmän huomiota. Sitä tarvitaan ensisijassa sen testaamiseksi, miten opetussuunnitelmissa asetetut tavoitteet on käytännössä saavutettu. MAOL ry:n järjestämä koe, jota tässä työssä tutkitaan, on toiminut yhtenä tällaisen testauksen välineenä. Arvioinnilla on kuitenkin paljon laajempi merkitys. Se vaikuttaa oppilaan kiinnostukseen ja asenteisiin. Siksi on ehdottoman tärkeää, että se on oikeudenmukaista, tasa-arvoista ja erottelevaa jatko-opintoja ajatellen. Myös oppilaan on kehityttävä arviointitiedon vastaanottamisessa ja itsearvioinnissa. Itsearvioinnin tarkoituksena on tukea itsetuntemuksen kasvua, kehittää opiskelutaitoja sekä auttaa oppilasta ymmärtämään opiskelemansa syvällisesti. Itsearviointikyky on noussut merkittäväksi taidoksi yleissivistävän koulun jälkeisissä opinnoissa ja työelämässä. Se sopii hyvin tavoiteopiskeluun (Anon. 1999a; Lavonen, J. Meisalo, V. 1997). Perusopetuslaissakin sen kehittäminen todetaan nyt erikseen uutena opetuksen tehtävänä. Vielä vuoden 1994 opetussuunnitelmien perusteissa puhuttiin vain koulun itsearvioinnista, ei oppilaan: Koulun itsearviointi on osa opetussuunnitelman jatkuvaa kehittämistä.... Itsearviointiin voivat osallistua opettajat, oppilaat ja muut kouluyhteisön jäsenet sekä oppilaan huoltajat ja mahdolliset muut koulun ulkopuoliset yhteistyötahot. Arviointi ohjaa opettajan ja oppilaan lisäksi koko koulua monella tavalla. Koska arviointi on oppilaan ja hänen vanhempiensa saamaa palautetta oppimisesta, se luo pohjan sille, miten oppilaat, usein yhdessä vanhempien kanssa, valitsevat kursseja perusopetuksessa ja myöhemmin lukiossa. Lavonen, J. ja Meisalo, V. (1997) ovat esittäneet taulukon muodossa (Taulukko 2) havainnollisesti oppilasarvioinnin laajan merkityksen yksilötasolta yhteiskunnalliselle tasolle asti.
12 Taulukko 2. Arviointitiedon käyttäjät (Lavonen, J. ja Meisalo, V. 1997). Uuden perusopetuslain mukaan (Anon. 1998a) arviointi on sekä koulutuksen järjestäjien että kansallisen opetushallinnon tehtävä. Oppilaan arvioinnilla pyritään ohjaamaan ja kannustamaan opiskelua sekä kehittämään oppilaan edellytyksiä itsearviointiin. Sillä esitetään olevan kaksi tehtävää, joita aiemmin ei ole näin selvästi erotettu toisistaan: 1. Arviointi opintojen aikana, jonka tehtävä on opintojen ohjaaminen ja opintoihin kannustaminen. 2. Päättöarviointi, jonka perusteella oppilaat valikoituvat jatko-opintoihin. Tämän arvioinnin on oltava kansallisesti vertailukelpoista ja siinä oppilaita on kohdeltava tasavertaisesti. Päättöarvosana tulee antaa koko perusopetuksen aikana osoitettujen tietojen ja taitojen perusteella.
13 Opetussuunnitelmat sellaisenaan tarjoavat perustan arvioinnille. Lain mukaan oppilaan suoritukset arvioidaan suhteessa opetussuunnitelman tavoitteisiin. Melkein koko sinä aikavälinä, jonka tämä tutkimus kattaa, arviointi onkin perustunut pelkästään opetussuunnitelmissa esitettyihin tavoitteisiin ja arviointiohjeisiin. Opetushallituksen myöhemmillä ohjeilla (Anon. 1999a ja Anon. 1999b) ei ollut vaikutusta tämän tutkimuksen viimeisen vuoden kokeen arviointiin, koska niitä sovellettiin syksystä 1999 lähtien (Anon. 1998b) ja tässä tutkimuksessa mukana oleva viimeinen koe oli keväällä 1999. Niiden laadinta on ollut tärkeä tukitoimi LUMA-projektissa mukana olleille opettajille heidän käytännön opetus- ja arviointityössään. Ne täsmentävät ja täydentävät opetussuunnitelman perusteissa esitettyjä tavoitteita ja sisältöjä tavalla, joka parantaa mahdollisuuksia oppilaiden tasa-arvoiseen kohteluun arvioinnissa. Kriteereissä (Anon. 1999b) fysiikankin arviointikriteerit ja keskeiset sisällöt ovat kyllä täsmentyneet. Siellä esimerkiksi luetellaan kohteet, joita fysiikassa on arvioitava. Mainitaan mm. tiedonkäsittelyn, kokeellisen työskentelyn sekä muiden oppimisen taitojen kehittyminen. Tämän tutkimuksen peruslähtökohtien kannalta kuitenkin ainoa selvä muutos on kokeellisen menetelmän poistaminen keskeisten sisältöjen luettelosta (Taulukko 1. Luku 2.2). Kokeellisuus kuitenkin korostuu ehkä vielä voimakkaammin, kun sitä käsitellään fysiikan johdantokappaleessa erikseen omana lukunaan: Kokeellisen työskentelyn taidot. Näin ollen uusien kriteereiden voidaan katsoa jopa tukevan sitä lukujen 2.1 ja 2.2 perusteella muodostuvaa ajatusta, että tutkimuksessa huomio tulee kiinnittää erityisesti sisällölliseen kattavuuteen, kokeellisuuden asemaan, lähestymistapaan ja niihin seikkoihin, joista ilmenee käsitys fysiikan oppimisen luonteesta.