TUTKIMUKSELLISUUS Kemian opetuksen päivät Oulussa 13.4.2012 LUKION KEMIASSA PÄIVI TOMPERI paivi.tomperi@helsinki.fi KEMIAN OPETUKSEN KESKUS KEMMA HELSINGIN YLIOPISTO
MITÄ TUTKIMUKSELLINEN (= INQUIRY) TARKOITTAA?.
ONGELMANRATKAISUA PIENISSÄ RYHMISSÄ
Sosiaalinen konstruktivismi Yksilö rakentaa tietonsa aktiivisen ajattelun kautta. Sosiaalinen vuorovaikutus on välttämätön jaetun merkityksen luomiseksi. Oppimisen tilannesidonnaisuus korostaa oppimistilanteen ja paikan merkitystä sekä oppimistehtävien luonteen vaikutusta siihen, miten ja mitä opitaan.
Ryhmätyön luonne (Dillenbourg, 1999) Cooperation = Yhteistoiminnalinen Tilanne, jossa osallistujat jakavat tehtävän pienempiin, itsenäisesti suoritettaviin osiin ja tekevät kukin oman osuutensa ja sitten lopuksi yhdistävät osat yhdeksi kokonaisuudeksi. Collaboration = Yhteisöllinen Tilanne, jossa osallistujat ovat enemmän tai vähemmän samalla tiedollisella tasolla, suorittavat samoja tehtäviä, jakavat saman päämäärän ja työskentelevät yhdessä. - vuorovaikutus - samanaikaisuus - neuvotteleva
Tutkimuksellinen lähestymistapa (Hakkarainen & al. 2004) Ongelmanratkaisulla ei tarkoiteta tiedon kaavamaista soveltamista Aktivoi oppijan ajatteluprosesseja Oppijoiden omien käsitysten, teorioiden ja tulkintojen esittäminen tutkittavasta ilmiöstä Merkityksellisen tiedon etsiminen eri lähteistä - lähdekritiikki
Tutkimuksellinen lähestymistapa (Hakkarainen & al. 2004) Ilmiön tutkiminen ja ymmärtäminen syvällisesti Oppijan sitoutuminen Metakognitiivisia taitoja eli oman oppimisprosessin seuraamisen ja ohjaamisen taitoja Pystyykö oppija luopumaan tarvittaessa omista intuitiivisista käsityksistään Opettaja ohjaa oppimisprosessia ongelmia asettamalla Oppijoita ohjataan ottamaan vastuuta omasta oppimisestaan
Tutkimukselliselle työskentelylle on tyypillistä, että oppija (Bybee, 2006) etsii ratkaisua tieteellisesti merkitykselliseen tutkimuskysymykseen antaa etusijan keräämilleen todisteille vastatessaan tutkimuskysymykseen käyttää todistusaineistoa muotoillessaan vastausta tutkimuskysymykseen liittää selityksen tieteelliseen tietoon perustelee selityksensä ja jakaa sen muiden kanssa
Tutkimuksellisen toiminnan tasot (Abrams et al., 2007) Tasot Tutkimuskysymys Tiedon keräämisen menetelmät Tulosten tulkitseminen 0 = Verifiointi Opettaja Opettaja Opettaja 1 = Strukturoitu Opettaja Opettaja Oppilas 2 = Ohjattu Opettaja Oppilas Oppilas 3 = Avoin Oppilas Oppilas Oppilas
Tutkimustehtävä 1: Mitä palamisreaktiossa tapahtuu? Työohje: Kiinnittäkää kynttilä sinitarralla folioalustaan ja lisätkää vettä 2 3 litraa alustalle. Veden voi värjätä elintarvikevärillä. Sytyttäkää kynttilä ja laittakaa kolvi/pullo alassuin sen päälle. Kuinka ilmiöitä voisi tutkia? Mitä muuttujia löydätte? Selittäkää, mitä kokeessa tapahtuu.
Tutkimustehtävä 2: Reaktiolämmön määrittäminen Suunnitelkaa koejärjestely, jonka avulla voitte tutkia kemialliseen reaktioon liittyvää reaktiolämpöä, ΔH. Lähtöaineet ovat etikka ja ruokasooda. Mitä muuttujia löydätte?
Tutkimustehtävä 3: Itsenäistä työskentelyä yksin tai ryhmässä Tutkikaa, miten tehtävät sopivat lukioon? - Entalpiatutkimus (sisältää kokeellisen osuuden) - Orgaanisen kemian työmenetelmiä
Tutkimustehtävä 4: Tuunattuja työohjeita Tutkikaa viittä eri laboratoriotyön ohjetta; vertailkaa alkuperäistä ohjetta oppikirjasta ja siitä muokattua tutkimuksellista työtä toisiinsa. Mitä on muutettu?
Erilaisia muuttujia (variables) Tutkimuskysymys Riippumaton (independent) muuttuja Riippuva (dependent) muuttuja Kontrolloidut Muuttujat Lisääkö kuumennus sokerin liukenemista veteen? Se, mitä muutetaan eli lämpötila Se, mitä havainnoidaan eli liukenevan sokerin määrä Pidetään samana eri kokeissa eli - sokerin laatu - sekoitus
Pohdintatehtäviä Minkälaisia valmiuksia oppijoilla täytyy olla, jotta tehtävän/tehtävien suoritus onnistuu? Minkälainen tutkimustehtävä voidaan tehdä käytettävissä olevan ajan eli yleensä 1 2 oppitunnin puitteissa? Miten opettaja voi tukea ryhmän toimintaa puuttumatta itse työn suoritukseen? (esimerkiksi kertomatta mitä pitäisi havaita, mitä oppilaiden kannattaisi tehdä seuraavaksi, kertomatta ratkaisua ongelmaan, yms.) Minkälaisia taitoja oppijat voivat saada tutkimuksellisen työskentelyn kautta?
Yhteenveto Tutkimuksellinen toiminta on arvo itsessään! Tavoitteena on tukea (luonnon)tieteellisen maailmankuvan kehittymistä. Tutkimuksellisessa lähestymistavassa opettajan rooli on tutkiva opettaja!
Lähteitä Abrams, E., Southerland, S.A., & Evans, C. A. (2007). Inquiry in the classroom: Necessary components of a useful definition. Teoksessa E. Abrams, S. A. Southerland, & P. Silva (Eds.), Inquiry in the science classroom: Realities and opportunities. Greenwich, CT: Information Age Publishing. Bybee, R.W. (2006). Scientific inquiry and science teaching. In L.B. Flick & N.G. Lederman (Eds.) Scientific inquiry and nature of science. Implications for teaching, learning and teacher education (pp.1 14). Springer Dillenbourg, P. (1999). What do you mean by collaborative learning? In P.Dillenbourg (Ed) Collaborative-learnning: Cognitive and Computational Approaches (pp.1-19) Oxford: Elsevier. Domin, D. (1999). A Review of Laboratory Instruction Styles. Journal of Chemical Education, 76, 543 7. Hakkarainen, K., Bollström - Huttunen, M., Pyysalo, R. & Lonka, K. (2004). Tutkiva oppiminen käytännössä. Matkaopas opettajille. WSOY.
Kemian opetuksen tavoitteena on löytää menetelmät, jotka parhaiten tukevat oppijoiden (Domin 1999) käsitteellistä ymmärtämistä; oppimissisältöjen mieleen palauttamista; tieteellisen päättelyn kehittymistä; korkeamman tason ajattelutaitojen kehittymistä; laboratoriotaitojen karttumista; positiivista suhtautumista kemiaan; ymmärrystä kemian luonteesta tieteenä.
Kemian opetuksen tavoitteena on, että opiskelija (LOPS, 2003) Kemian opetuksen tavoitteena on, että opiskelija osaa kokeellisen työskentelyn ja muun aktiivisen tiedonhankinnan avulla etsiä ja käsitellä tietoa elämän ja ympäristön kannalta tärkeistä kemiallisista ilmiöistä ja aineiden ominaisuuksista sekä arvioida tiedon luotettavuutta ja merkitystä osaa tehdä ilmiöitä koskevia kokeita ja oppii suunnittelemaan niitä sekä osaa ottaa huomioon työturvallisuusnäkökohdat osaa tulkita ja arvioida kokeellisesti tai muutoin hankkimaansa tietoa ja keskustella siitä sekä esittää sitä muille
Arviointi (LOPS 2003) Kemiassa arvioinnin kohteena on kemiallisen tiedon ymmärtäminen sekä soveltamisen taito. Arvioinnissa tulee lisäksi ottaa huomioon kokeellisen tiedonhankinnan ja tiedonkäsittelytaitojen kehittyminen, johon kuuluvat havaintojen tekeminen, mittausten ja kokeiden suunnittelu ja toteutus työvälineiden ja reagenssien turvallinen käyttö tulosten esittäminen sekä suullisesti että kirjallisesti tulosten tulkitseminen, mallintaminen ja arviointi johtopäätösten tekeminen ja soveltaminen.
Tutkimustehtävä 1:Palamisreaktio http://www.terrificscience.org/