173 6 TARKASTELU Hahmottavassa lähestymistavassa (H-ryhmä) käsitteen muodostamisen lähtökohtana ovat havainnot ja kokeet, mallintavassa (M-ryhmä) käsitteet, teoriat sekä teoreettiset mallit. Edellinen lähestymistapa korostaa käsitteiden käyttöönotossa oikeaa järjestystä, mikä puolestaan mallintavassa lähestymistavassa ei ole oleellista. Jos käytetään vuorovaikutteista opetusmallia, mutta voimakäsitteen merkitys rakennetaan eri tavalla joko teoriasta selittämisen kautta tai lähtemällä perushahmotuksesta, näkyisikö tämä käsitteellisissä testeissä oppilaiden vastauksien perusteluissa. 6.1 Vastaukset tutkimusongelmiin Tutkimusongelma 1 Millainen vaikutus on lähestymistavan valinnalla kinematiikan ja dynamiikan perusteiden opetuksen tuloksellisuuteen? Tutkimuskysymys 1.1 Johtavatko hahmottava ja mallintava lähestymistapa opetuksessa erilaisiin oppimistuloksiin FCI-voimakäsitystestillä mitattuna? Käytetty lähestymistapa ja vuorovaikutteinen opetusmalli on edistänyt käsitteellistä ymmärtämistä molemmissa ryhmissä. Normeeratut kasvutekijät poikkeavat toisistaan, mutta molemmat ovat kansainvälisesti vuorovaikutteisille opetusmalleille todetun alarajan yläpuolella. Verrattaessa henkilökohtaisia kasvutekijöitä sekä ei-newtonilaisten vastusten osuutta kaikista vastauksista ryhmien välinen ero on edellisessä tapauksessa tilastollisesti suuntaa antava ja jälkimmäisessä merkitsevä mallintavan lähestymistavan ryhmän ollessa hieman parempi. Newtonin kolmatta lakia koskevissa kysymyksissä lähestymistavat eivät poikenneet toisistaan, ja tulos oli lähes 100 %:inen.
174 Tutkimuskysymys 1.2 Jos kasvutekijäin erot ovat tilastollisesti merkittäviä, niin mistä erot johtuvat? Edellisen kohdan vastauksen perusteella tähän kysymykseen ei tarvitse vastata. Johtopäätöksiä tukeva aineisto on esitetty luvussa 5.4.1. Tutkimusongelma 2 Miten voiman käsitteen merkityksen rakentaminen vaikuttaa Newtonin III lain ymmärtämiseen? Tutkimuskysymys 2.1 Millä tavalla molempien ryhmien oppilaiden käyttämät voimien symmetrisyyttä koskevat päättelysäännöt poikkeavat toisistaan? Kytkettyjen kappaleiden ollessa kysymyksessä esitesti osoitti, että lähes kolme neljäsosaa H-ryhmästä käytti mutkikkaampia vuorovaikutuksen symmetrisyyttä koskevia päättelysääntöjä kuin M-ryhmä, jossa päättelysäätöjen jakautuminen luokkiin oli tasaisempaa. Opetusjakson jälkeen H-ryhmän oppilaiden päättelysääntöjen rakenne oli yksinkertaisempi, mutta perustelut edelleen ei-newtonilaisia. Sitä vastoin M- ryhmässä muutos tapahtui luokkiin, joiden rakenne oli mutkikkaampi ja jotka sisälsivät perusteluja. Perustelut kuuluivat ennakkokäsityksiin tai olivat pelkästään Newtonin lakeja mutta osin väärin sovellettuna. Syyt vuorovaikutuksen ei-symmetrisyyteen olivat H-ryhmällä yhtenäisemmät kuin M-ryhmällä. Kertaus hyödytti enemmän edellistä ryhmää. Lopputuloksena oli, että H-ryhmän oppilaista 90 % perusteli vuorovaikutuksen symmetrisyyden Newtonin kolmannella lailla, kun taas M- ryhmässä näin teki keskimäärin 60 % oppilaista. Johtopäätökset voidaan vahvistaa luvun 5.4.2 tulosten perusteella.
175 Tutkimuskysymys 2.2 Onko ryhmien välillä eroja, kun tutkitaan kontekstuaalisuuden vaikutusta oppilaiden käsityksiin vuorovaikutuksen symmetrisyydestä? Kun voima oli impulsiivinen, kappaleen massan ja nopeuden vaikutus vuorovaikutuksen ei-symmetrisyyteen esitestissä oli merkittävämpää H- ryhmässä kuin M-ryhmässä. Kahden kappaleen muodostaman systeemin liikkuessa sen liiketila vaikutti kappaleiden välisen vuorovaikutuksen symmetrisyyteen erittäin paljon molemmissa ryhmissä, mutta ryhmien välillä ei ollut eroa. Kurssin päättyessä keskimäärin 90 % H-ryhmän oppilaista käytti perusteluissaan Newtonin kolmatta lakia, kun vastaava luku oli M-ryhmässä noin 60 %. Johtopäätöstä tukevat taulukot 29 ja 33 sekä kuviot 32-37, 46-49. Tutkimuskysymys 2.3 Millaisia eroja ilmenee voima vastavoima- parin sekä systeemi ympäristö-parin tunnistamisessa? Kun kysymyksessä oli impulsiivinen voima, pelkkien kuvioiden perusteella ryhmien välillä ei ollut oleellista eroa. Sen sijaan kun jouduttiin selostamaan, mistä voimat johtuvat, tai nimeämään voimat sekä perustelemaan symmetria, ryhmien välillä oli ero M-ryhmän ollessa parempi vain oikeiden termien käytössä. H-ryhmä näyttäisi omaksuneen systeemi - ympäristö-ajatuksen paremmin ja osaavan soveltaa Newtonin toista lakia johdonmukaisemmin kuin M-ryhmä. Ero ei ole kuitenkaan ryhmien välillä tilastollisesti merkitsevä. Johtopäätöstä vahvistaa luku 5.4.4 sekä taulukko 35.
176 Tutkimuskysymys 2.4 Näkyykö lähestymistavan vaikutus voimakuvioissa? Kun voima oli impulsiivinen ja kontekstuaalisena piirteenä oli massa tai nopeus, esitestissä ryhmien voimakuvioiden jakautuminen luokkiin oli M- ryhmässä tasaisempaa kuin H-ryhmässä, jossa kuviot ryhmittyivät pääasiallisesti yhteen luokkaan. Kurssin jälkeen edellä mainituissa konteksteissa ryhmien kuvioiden jakaumassa siirtymät tapahtuivat pääsääntöisesti uusiin luokkiin siten, että H-ryhmän kuvioista yli puolet oli samassa luokassa toisin kuin M-ryhmässä, jossa jakauma oli kaksihuippuinen. Kun kontekstuaalisena piirteenä oli työntö, kuvioiden sekä aikaisempi ryhmittyminen että siirtyminen uuteen luokkaan oli lähes identtinen. Johtopäätösten tukena ovat kuviot 50-53 sekä taulukko 34. TAULUKKO 36. ten yhteenveto Tutkimuskysymys/testi Tulos kurssin jälkeen 1.1/FCI-voimakäsitystesti Jälkitestikeskiarvot, ei eroa, p = 0,182. Kasvutekijä, M-ryhmä parempi. Henkilökohtainen kasvutekijää, M-ryhmä parempi, p = 0,067. Newtonin III laki, ryhmien välillä ei eroa. Impetuskäsitys, M-ryhmässä vähemmän ennakkokäsityksen omaavia, p = 0,007. 2.1/M-testi Vuorovaikutuksen symmetrisyyden päättelysäännöt: Jälkitestit, perusteluissa Newtonin III laki: H-ryhmä 90 %, M-ryhmä 60 %, kertaus hyödytti H-ryhmää enemmän. 2.2/ M-testi ja I-testi Kontekstuaalisuuden vaikutus vuorovaikutuksen symmetrisyyteen: Perusteluissa Newtonin III laki: H-ryhmällä keskimäärin 90 %, M-ryhmällä noin 60 %. 2.3/J-testi 2.4/I-testi Voima - vastavoima, systeemi - ympäristö-parin tunnistus, Newtonin II laki :H-ryhmä parempi, p = 0,354. Voimakuviot: Kun kontekstuaalisena piirteenä on työntö, ryhmät eivät eroa toisistaan. Kun kontekstuaalisena piirteenä on nopeus, massa tai kiihtyvyys, H-ryhmän kuvioista puolet on samassa luokassa, M-ryhmän jakauma on kaksihuippuinen. Huom. H-ryhmä käytti hahmottavaa ja M-ryhmä mallintavaa lähestymistapaa.
177 Kun mekaniikan kurssin oppimistuloksia tarkastellaan kokonaisuutena (taulukko 36), niin FCI-voimakäsitystestin tulosten perusteella lähestymistavalla näyttäisi olevan vaikutusta mekaniikan käsitteiden omaksumisessa. Lukuun ottamatta Newtonin III:ta lakia H-ryhmän tulokset ovat hieman parempia kuin M-ryhmän. Sitä vastoin muut testit, jotka koskivat vain Newtonin III:ta lakia, muuttivat kokonaiskuvaa. Lähestymistapojen välinen ero ei ole tilastollisesti merkitsevä, mutta H-ryhmä näyttäisi omaksuneen paremmin lain perusideat. Lopputestien perusteella, kun tarkastellaan oppilaiden kvalitatiivisia selityksiä, ymmärtäminen näyttäisi lisääntyneen H-ryhmässä enemmän kuin M-ryhmässä.