LUONNONTIETEIDEN JA MATEMATIIKAN OPETUKSEN KYTKEMINEN MUIHIN AMMATTIOPINTOIHIN MARKO KORTETMÄKI (TuAMK) TEIJO LAHTINEN (LAMK) REIJO MANNINEN (TAMK) EINO SARKOLA (MAMK)
TAUSTA Tutkimus perustuu INSSI 2-hankkeessa tekniikan alan opettajille ja opiskelijoille tehtyyn kyselyyn. Tutkimusryhmä: Marko Kortetmäki, yliopettaja, Turun AMK, koneja tuotantotekniikka; Reijo Manninen, lehtori, Tampereen AMK, teollisuusteknologia; Teijo Lahtinen, lehtori, Lahden AMK, mekatroniikka; Eino Sarkola, yliopettaja, Mikkelin AMK, ympäristöteknologia. Kyselyillä kartoitettiin fysiikan, matematiikan ja kemian opetuksen (ns. luma-aineet) kytkeytymistä alakohtaisiin aineisiin sekä käsityksiä siitä, miten luma-aineiden opetusta voitaisiin kehittää. Lisäksi avoimilla kysymyksillä pyrittiin saamaan esille jo käytössä olevia hyviä käytänteitä ja toimintatapoja. Syksyllä 2011 laadittiin kyselylomake sekä selvitettiin verkosto, jossa kyselyjä tullaan levittämään. Kyselyt toteutettiin alkuvuodesta 2012. Opettajien kysely lähetettiin kaikkiin suomenkielisiin insinöörikoulutusta antaviin ammattikorkeakouluihin ja vastauksia saatiin 69. Opiskelijakysely lähetettiin Lahden, Metropolian, Tampereen ja Turun ammattikorkeakouluihin ja vastauksia saatiin 1222.
OPETTAJIEN YLEISIÄ KÄSITYKSIÄ LUMA-AINEIDEN OPETUKSESTA SEKÄ OPISKELIJOIDEN MATEMAATTISISTA VALMIUKSISTA Luma-aineiden opetus pitäisi toteuttaa alakohtaisuutta painottaen (esim. koulutusohjelmittain) Luma-aineiden opetus tulisi toteuttaa muiden ammattiainekurssien sisällä Luma-aineiden opetuksen sisältö ja toteutus tulisi suunnitella muiden ammattiopintojen kanssa Luma-aineiden opettajien ja muiden ammattiaineiden opettajien välistä yhteistyötä tulisi lisätä Luma-aineiden opettajilla on hyvä käsitys siitä mitä muissa ammatillisissa aineissa opetetaan Muiden aineiden opettajilla on hyvä käsitys siitä mitä luma-aineissa opetetaan ka 4,10 1,83 4,11 4,32 2,80 2,62 Taulukkoon on koottu opettajien yleisiä käsityksiä luma-aineista, lumaaineiden opetuksesta sekä opiskelijoiden matemaattisista valmiuksista asteikolla 1 5 1 = täysin eri mieltä, 5 = täysin samaa mieltä
OPETTAJIEN YLEISIÄ KÄSITYKSIÄ LUMA-AINEIDEN OPETUKSESTA SEKÄ OPISKELIJOIDEN MATEMAATTISISTA VALMIUKSISTA Opettajien on tärkeää tuoda opetuksessa esiin luma-aineiden ja muiden ammatillisten aineiden välinen yhteys Opiskelijoiden matemaattiset valmiudet ovat heikentyneet vuosien saatossa Opiskelijoiden matemaattiset valmiudet ovat 3. vuoden alussa riittävät tulevien ammattiainekurssien haasteisiin nähden Opiskelijoilla on hyvät matemaattiset valmiudet ammattikorkeakouluun opiskelemaan tullessa Opiskelijoilla on hyvät matemaattiset valmiudet valmistumisvaiheessa Yhteistyötä on tarkoituksena lisätä tulevien uudistusten yhteydessä (esim. ops-uudistus, rakenteellinen uudistus) ka 4,45 4,20 2,71 1,64 2,68 3,72 Taulukkoon on koottu opettajien yleisiä käsityksiä luma-aineista, lumaaineiden opetuksesta sekä opiskelijoiden matemaattisista valmiuksista asteikolla 1 5 1 = täysin eri mieltä, 5 = täysin samaa mieltä
OPISKELIJOIDEN YLEISIÄ KÄSITYKSIÄ LUMA-AINEISTA JA NIIDEN OPETUKSESTA Luma-aineiden opetus olisi toteutettava alakohtaisuutta painottaen (esim. koulutusohjelmittain) Luma-aineiden opetus tulisi toteuttaa muiden ammattiainekurssien sisällä ka 4,19 2,66 Luma-aineet ovat insinöörikoulutuksen perusta 3,70 Luma-aineita tulisi olla nykyistä enemmän insinööritutkinnossa Luma-aineissa tulisi olla enemmän kontaktitunteja (lähiopetusta) Opettajien on tärkeää tuoda opetuksessa esiin luma-aineiden ja muiden ammatillisten aineiden välinen yhteys 2,74 3,28 4,42 Taulukkoon on koottu opiskelijoiden yleisiä käsityksiä luma-aineista, luma-aineiden opetuksesta asteikolla 1 5 1 = täysin eri mieltä, 5 = täysin samaa mieltä
LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN AMMATILLISTEN AINEIDEN OPETTAJIEN VÄLINEN YHTEISTYÖ Yhteistyötä ei juurikaan ole Vapaata jutustelua Integroituja opintojaksoja MITEN LUMA- AINEIDEN JA MUIDEN AMMATTIAINEIDEN OPETUKSEN YHTEISTYÖ ON TEILLÄ TOTEUTETTU? Määrätyin väliajoin käydään keskusteluja opettajien kesken Esimerkkejä muilta opettajilta Jotain muuta % vastaajista 0 5 10 15 20 25 30 35
LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN AMMATILLISTEN AINEIDEN OPETTAJIEN VÄLINEN YHTEISTYÖ Muutama esimerkki opettajien antamista avoimista vastauksista: Yhteistyö on "vapaata". Keskustelemme asioista kahvi- ja ruokapöydässä. Matematiikan opettaja opettaa välineen käyttöä ja ammattiaineiden opettajat kyllä kertovat, jos ko. väline (laskutaito) ei toimi. Opetan konetekniikan koulutusohjelmassa yhdessä ammattiaineen opettajan kanssa statiikka ja dynamiikka-opintojaksoa. Opintojakso on jaettu kolmeen osaan, joista opetan yhden liittyen differentiaaliyhtälöihin ja niiden sovelluksiin. Opetan myös Mathcadin käyttöä, jotta konetekniikan opiskelijat pääsevät hyödyntämään ohjelmaa paremmin jatko-opinnoissaan. Saan ammattiaineiden opettajilta esimerkkejä. Esim. eksponenttiyhtälön ratkaisu: talotekniikan ilmanlaatu-esimerkki.
LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN AMMATILLISTEN AINEIDEN VÄLINEN YHTEISTYÖ OPISKELIJAKYSELYSSÄ Yhdistetty opintojakso Esimerkkejä muista ammattiaineista Labra/projektitöissä Luma-taitoja on tarvinnut myöhemmissä opinnoissa Yhteistyö ei ole näkynyt millään tavalla Jotain muuta Tyhjä KERRO JOKIN ESIMERKKI SIITÄ MITEN LUMA- AINEIDEN JA MUIDEN AMMATILLISTEN AINEIDEN KYTKEYTYMINEN TOISIINSA ON NÄKYNYT SINUN OPINNOISSASI % vastaajista 0 5 10 15 20 25 30 35 40
LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN AMMATILLISTEN AINEIDEN VÄLINEN YHTEISTYÖ OPISKELIJAKYSELYSSÄ Fysiikan ensimmäisessä kurssissa vedettiin pulkkia ja palikoita ylämäkeen, ja kurssin jälkeen lujuusopinperusteissa käytettiin samoja vapaakappalekuvioita ratkaisemaan huomattavasti mielenkiintoisempia kuvioita. Voimien vääntelyä ja kääntelyä on tullut sittemmin lähes jokaisessa matemaattisessa kurssissa. Matematiikan ja fysiikan opetuksessa on painotettu yhteyttä käytännön töihin elektroniikassa ja tunneilla on käyty läpi useita esimerkkejä, joilla on suora yhteys laboratoriotöihin. Esimerkiksi ensimmäisenä opintovuotena toteutettavassa johdantoprojektissa. Opiskelijoiden ryhmän tulee mitoittaa jokin annettu ontelolaatoista, pilareista ja palkeista koostuva rakenne. Rakenne tulee myös mallintaa ja tehdä projektista raportti. Tässä yhdistyvät hyvin eri aineet. Luma-aineiden opiskelua ajatellen motivaationi on huomattavasti korkeammalla, kun ymmärrän opiskeltavan asian yhteyden ammatillisen osaamisen kanssa.
MITEN YHTEISTYÖ TULISI TOTEUTTAA? Lisää kahvipöytäkeskusteluja Säännölliset tapaamiset opettajien kesken Lisää integroituja opintojaksoja OPS-työ tehdään yhdessä eri aineiden opettajien kesken Jotain muuta Tyhjä % vastaajista 0 5 10 15 20 25 30
MIKÄ YHTEISTYÖSSÄ ON HAASTEELLISTA? Ajan ja resurssin puute Asenne Opintojaksojen sisältöjen tuntemus puutteellinen Jotain muuta Tyhjä % vastaajista 0 5 10 15 20 25 30 35 40
MIKÄ YHTEISTYÖSSÄ ON HAASTEELLISTA? Muutamia esimerkkejä luokasta, jotain muuta: Siihen ei ole olemassa sopivaa foorumia eikä olemassa olevia käytäntöjä. Ammattiaineiden ja luma-aineiden keskinäinen ajoitus ja niiden laajuudet. Ammattiaineilla on taipumus vähentää matematiikkaa ja kieliä. Yhteistyö esim. jossakin tekussa on haasteellista siksi, että jos on pieniä osastoja, niin esim. matematiikan opettajien on opettava kaikilla osastoilla. Opettaja on tottunut tekemään itsenäistä työtä. Suurin haaste näyttää olevan aktiivisten yhteistyötahojen löytäminen. Monet henkilöt näkevät yhteistyön aloittamisen taakkana, vaikka se mielestäni on mahdollisuus jopa helpottaa omaa työtaakkaa. Toki alkuvaihe vaatii suuremman panoksen ja tämä lienee monille se kynnys jonka yli ei tahdo päästä.
MILLÄ TAVALLA LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN OMAN ALASI AMMATILLISTEN OPINTOJEN VÄLINEN YHTEYS PITÄISI NÄKYÄ OPETUKSESSA? Oman alan esimerkkejä Perustelu, motivointi Toteutuu nykyisellään hyvin Luman ja muiden ammat. aineiden yhdistäminenn Jokin muu % vastaajista 0 10 20 30 40 50
MILLÄ TAVALLA LUMA-AINEIDEN JA MUIDEN OMAN ALASI AMMATILLISTEN OPINTOJEN VÄLINEN YHTEYS PITÄISI NÄKYÄ OPETUKSESSA? Muutamia esimerkkejä luokasta, jotain muuta: Opetettaessa luma-aineissa jostain ilmiöstä tai menetelmästä olisi hyvä opettajalla olla tietämystä, missä kyseistä oppia voi käytännössä hyödyntää. Erityisesti matematiikassa tätä voisi korostaa ja antaa opettajien käyttöön tietoja käytännön sovelluksista. Kun kytköstä käytäntöön ei ymmärretä, opiskelumotivaatio voi kadota. Fysiikan laskuissa esimerkit olisivat omasta alasta. Tämä todennäköisesti parantaisi motivaatiota luma-aineita kohtaan. Samalla käytännön sovelluksiin olisi helpompi soveltaa opittuja asioita fysiikan ja matematiikan tunneilta. Kun amk kerran on soveltava koulutus, niin todellakin saisi näkyä. Opettajien pitäisi nähdä vaivaa ja vääntää ne yhteydet esiin. Jos kysytään "mihin me näitä tarvitaan", pitäisi olla jonkinlainen vastaus. Toisaalta opiskelijoiden pitäisi hyväksyä ja tajuta se, etteivät luma-alat ole joka kohdassa kauhean spesifejä, vaan läpäiseviä, ei niistä tiedä, milloin niitä tarvitsee ja missä.
MIKSI LUMA-AINEET JÄÄVÄT HELPOSTI ROIKKUMAAN? Vaikeus Opetuksen laatu Ei pidetä tarpeellisena tai kiinnostavana Ei ammatillista kytkentää Opiskelijoiden asenne ja motivaatio Jokin muu % vastaajista 0 5 10 15 20 25
MIKSI LUMA-AINEET JÄÄVÄT HELPOSTI ROIKKUMAAN? Oppilaiden taso vaihtelee suuresti. Opettajat eivät ota tarpeeksi huomioon oppilaiden lähtötasoa. Ne ovat kursseina melko työläitä. Niiden opiskeluun täytyy panostaa ja keskittyä. Lisäksi läsnäolo tunneilla on välttämätöntä asioiden oppimisen kannalta. Opettajat ovat tylsiä tai opiskelijat eivät ole motivoituneita (tai molempia). Opiskelun pitää olla riittävän haastavaa, mutta opettajien riittävän päteviä ja innostavia, jotta asiat menevät perille. Ehkä jotkut ajattelevat, että ammattiaineet ovat paljon tärkeämpiä eivätkä tule ajatelleeksi, että luma-aineet antavat pohjan opiskelulle. Teorian ja käytännön yhteneminen on joskus hankala hahmottaa. Motivaatio laskemiseen olisi luultavasti suurempi, mikäli opiskelija ymmärtäisi heti miksi luma-aineiden osaaminen tukee heidän ammatillista osaamistaan.
MITÄ VOITAISIIN TEHDÄ, JOTTA LUMA- AINEET EIVÄT JÄISI ROIKKUMAAN? Integrointi OPS Opetus Tuki Motivointi Opettaja Jokin muu % vastaajista 0 5 10 15 20 25 30
MITÄ VOITAISIIN TEHDÄ, JOTTA LUMA- AINEET EIVÄT JÄISI ROIKKUMAAN? Näiden aineiden opetus tulisi suorittaa jollain mielekkäämmällä tavalla kuin laskujen pänttäämisellä kynän ja paperin kanssa, esimerkiksi siten että laskut edes tehtäisiin jonkun oikeasti töissä vastaantulevan ongelman puitteissa eli yhdistetään laskut käytäntöön. Esimerkiksi ammattikorkeakoulun matematiikan kurssit ovat olleet mielekkäitä, koska niillä on ratkaistu käytäntöön liittyviä ongelmia matemaattisin keinoin, mutta ilman kynää ja paperia. Toteutukset pienempinä kokonaisuuksina. Kurssien suoritukset enemmän kotitehtävillä ja jatkuvilla näytöillä ja suorituksilla ja vähemmän koe luontoisesti. Tällöin opiskelu on jatkuvaa ja enemmän mieleenpainuvaa ei viimehetken koe valmistelua ja kokeeseen pänttäämistä, jolloin myös kokeen jälkeen helposti unohdetaan kaikki asiat. Työpajat on hyvä ratkaisu. Ainakin itsellä auttoi kun tuntui että jokin kurssin aiheesta oli hankala. Samalla kun tehtäviä pähkäiltiin ryhmässä sai kotitehtävät tehtyä. Tehdä opetuksesta hauskaa ja näyttää esimerkkejä miksi me juuri tarvitaan tätä tulevaisuudessa. Kukin opettaja opettaa omalla tavallaan, mutta mitä luovempi ja havainnollistavampi opetustapa on kyseessä jää se myös aina paremmin oppilaiden mieleen. Opetus on mielenkiintoista ja eloisaa!
MITEN LISÄTÄ MOTIVAATIOTA JA OPPIMISTA? ekirjassa on kuvattu tarkemmin kaksi kyselyjen vastauksissa esille tullutta esimerkkiä. Markku Karhunen TuAMK: Elektroniikan koulutusohjelman ensimmäisen vuoden CDIO-tuotekehitysprojekti suunnitellaan ja rakennetaan toimivia elektroniikkalaitteita tarvitaan tietoja ja taitoja monista eri opintojaksoista opiskelijalle tulee näkemys siitä miksi fysiikkaa ja matematiikka tarvitaan
MITEN LISÄTÄ MOTIVAATIOTA JA OPPIMISTA? Jaakko Kaski ja Tero Hietanen OAMK: Fysiikan opetuksen vaihtoehtoinen toteutustapa opiskelijat suunnittelevat ilmiöiden mittaamista ja toteuttavat itse mittaustekniset tarpeet mittausprojekteja, jotka voivat olla työelämästä saatuja yhteistyötä eri alojen opettajien kesken
MITEN LISÄTÄ MOTIVAATIOTA JA OPPIMISTA? Fysiikan opetuksen uudistaminen TAMKissa Ryhmätyöskentelyä ja opiskelijan aktiivisen toiminnan lisäämistä Mittaustehtäviä tunnilla ja kotona, asioiden selvittämistä itse ja ryhmissä Jatkuva arviointi: arvioitavia mittaustehtäviä ja viikkokokeita Rutiinit verkkoon, esim. kotitehtävien palautus verkossa ja malliratkaisuja Youtubessa Opettaja äänessä vähemmän, vastuuta ja tekemistä opiskelijoille Pilottitoteutukset lupaavia ja oppimistulokset näyttäisivät parantuneet. Myös ryhmässä toimiminen koetaan hyväksi.
MITEN LISÄTÄ MOTIVAATIOTA JA OPPIMISTA? LUMA-opetuksen kehittäminen LAMKissa Mekatroniikassa osittainen integrointi (noin 40% integroidaan ammattiaineisiin) Toteutus suunnitellaan yhdessä (mitä ja kuinka integroidaan) Tietotekniikassa sisältöjä integroitu moduuleittain (esimerkiksi peliohjelmointi-moduuli ja Monitori) CASE: Derivaatta ja integraali (sähkömoottorikäytöt)
YHTEENVETO Tutkimuksessa tehtyjen kyselyiden vastaukset voidaan tiivistää kolmeen pääteemaan Enemmän alakohtaisia esimerkkejä Motivointia, miksi insinöörin täytyy osata tiettyjä fysiikan ja matematiikan taitoja Ammatillisen kytkennän vahvistaminen lisää opiskelijoiden motivaatiota ja arvostusta lumaaineita kohtaan AMMATILLISTA KYTKENTÄÄ LUMA- AINEISSA ON VAHVISTETTAVA
YHTEENVETO Esimerkkien löytäminen vaatii yhteistyön lisäämistä Opintojen sisältöjä ja toteutustapoja tulisi suunnitella yhdessä Ongelmaksi koetaan resurssin puute. Voisiko aikaa kuitenkin järjestyä lisää yhteistyötä tekemällä? Asenne ja arvostus: Yhteinen päämäärä on osaavat insinöörit YHTEISTYÖTÄ OPETTAJIEN VÄLILLÄ ON LISÄTTÄVÄ
YHTEENVETO Uusilla menetelmillä voidaan aktivoida opiskelijoita enemmän, vastuuta omasta oppimisesta Opiskelijan omaan alaan liittyviä ongelmia, esimerkiksi pieniä projektitöitä Talous ja tulostavoitteet UUSIA TAPOJA SEKÄ KÄYTÄNTEITÄ LUMA-AINEIDEN OPETUKSESSA ON OTETTAVA KÄYTTÖÖN