PIRE-hanke on merkityksellinen kahdesta näkökulmasta – tai tuo ainakin pohdiskeltavaa. Hankkeessa

1. on kokeiltu uutta tiedonkeruujärjestelmää, jonka pitäisi paremmin kuvata ja tulkita ”optimaalista oppimistilannetta (-hetkeä)” (optimal learning moment); käytössä olisi kännykät, joihin tuli aina silloin tällöin myös eri oppitunneilla kyselyjä. Tässä on paljon kehittämisen tarpeita, se, miten paljon ”oikeaa” informaatiota tämä menetelmä antaa, jää nähtäväksi (ja tulkittavaksi)
2. on rakennettu oppitunteja ns. projektioppimisen mallin mukaan (kts. minun omat tuntisuunnitelmat). Hankehan on edennyt kahdessa vaiheessa, ensin oli ns. EAGER-hanke ja nyt meneillään on PIRE-hanke. Näiden kahden hankkeen toimintamallit ovat kehitysversioita, nyt tähän projektioppimisen malliin on tuotu mukaan ”mallintaminen”. Tavoitteena on tuottaa työskentelyn myötä malli, jolla voidaan ilmiöitä selittää.

Omat tuntisuunnitelmat löytyvät peda.netistä https://peda.net/p/myllyviita/kk .

Tiedonkeruujärjestelmästä tuloksia odotellaan. Menetelmänä se oli hieman rasittava, koska käytännössä kysely saattoi tulla kesken jonkin toiminnon, joka sitten vesittyi ”tutkimukseen vastaamisen” myötä. Toki on selvää, että kyselyn tekeminen aina tunnin jälkeen, ei mittaa hetkellistä innostusta tai tylsistymistä. Eikä kerro vaihtelua tunnin sisällä. Mutta ei se näinkään onnistu aiheuttamatta sivuvaikutuksia.

Projektioppimisen mallia mainostettiin uutena ja sen uutta sovellutusta nykyaikaisena mallina. Kuitenkin em. mallintamisen suuntaus palautti mieleen Engeströmin opit orientaatiopohjien laatimisesta – myös opiskelijoiden toimesta. Yhtäläisyyksiä oli riittävästi, jotta sanoisin, että pyörä on keksitty uudelleen. Mallintaminen on ollut osana Viikin kemian opetusta jo vuosikausia, nyt se löytää tiensä lähes jokaiseen kurssiin ja mahdollistaa tieto- ja viestintätekniikan hyödyntämisen konkreettisella tasolla – ei vain itseisarvona.

Tähän projektioppimiseen ja Engeströmin täydellisen oppimisen malliin palaan myöhemmin.

PIRE-hankkeen ”välitarkastelu” Suomessa kokosi Michiganin ja Helsingin opettajia käymään läpi kokemuksia, alustavia tuloksia ja toteutuneita toimintamalleja. Yli kaksikymmentä opettajaa, professoria, tutkijaa oli yhdessä.

Tuloksia saamme myöhemmin, mutta tulosten laatu (?) on parantunut, myös itse tulokset ovat rohkaisevampia. Omat tuntisuunnitelmat löytyvät peda.netistä https://peda.net/p/myllyviita/kk .

Yksi aiemmista postauksista ( http://myllyviita.fi/kemia/?p=112 ) käsitteli EAGER-hanketta (kannattaa tutustua ensin). Kyse on Helsingin yliopiston ja Michigan State Universityn yhteisestä tiedeopetuksen hankkeesta. Core-käsite (ydinkäsite) hankkeessa on engagement eli sitoutuminen oppimistilanteeseen (ja optimal learning moment eli optimaalinen oppimistilanne). Hankkeessa haemme kokemuksia – uudelle tutkimusvälineellä – Scientific Practices -lähestymistavan toimivuudesta niin suomalaisessa kuin jenkkiläisessä tiedeopetuksessa. Itse tutkimus toteutetaan kännyköillä, jotka lukiolaisille jaetaan (lainaan) ennen tutkimuksen alkua. Tästä myöhemmin lisää, kun kerron tutkimustilanteesta.

Mitä on Scientific Practises -ajattelu? Mitä uutta opimme Michiganissa?

Edellisessä tätä asiaa (Scientific Practises, myöhemmin SP-ajattelu) käsittelevässä postauksessa totesin, että lähtökohtana on kemiallinen ilmiön selittäminen tai ongelman ratkaisun suunnittelu ja toteutus. Mainitsin 3D-oppimisen: a) rakennettu tieteellisille perusajatuksille (teorioille, lainalaisuuksille, malleille), b) tieteellisten käytäntöjen hyödyntämiseen (teoria/väite – todisteet/löydökset – perustelut, jossa em. kaksi osaa yhdistetään), c) asioita yhdistävien käsitteiden käyttö. Kun silloin totesin, että oli tärkeää rakentaa ja liittää uusia ajatuksia koko prosessin ajan. Tätä on nyt kehitelty eteenpäin. Tavoitteena nyt on rakentaa ilmiöstä malli, joka selittää ilmiön. Mallin rakentamisessa työskennellään omassa ryhmässä, vertaillaan erilaisia ajatuksia, sitten niitä vertaillaan toisten ryhmien malleihin ja kehitetään eteenpäin saadun informaation ja uusien ajatuksien pohjalta. Näin lopulta saadaan ryhmän yhteinen malli ilmiöstä.

Tämä uudistettu (ja laajennettu) toimintamalli, kuten jo vuoden takainenkin, on opettajan näkökulmasta tietenkin mielekäs ja haastava oppilaille. Pulmaksi aina muodostuu, ettei tätä työtapaa voi käyttää kaikessa, yksinkertaisesti sen vuoksi, ettei siihen ole aikaa. Kaikkea teoriaa ja käsitteistöä ei voi rakentaa tällä tapaa. Mutta itse lähestymistapaan …

Tämä kaikki ei ole (suomalaiselle) tiedeaineen (LUMA) opettajalle mitään sinänsä uutta. Meillä on sovellettu tutkivaa oppimista, mutta se kuitenkin poikkeaa siitä joissakin kohdin – tästäkin myöhemmin lisää. Meille on tuttu (ainakin itselle) ns. 5E-työskentelymalli, mikä on myös lähellä tätä, joskin etenemismalliltaan selkeämmin poikkeaa SP-ajattelusta kuin em. tutkiva oppiminen. Nyt päivitetyssä SP-ajattelun versiossa korostuu mallien rakentaminen, mikä sekin on suomalaisessa tiedeopetuksen (ainakin kemian osalta) ollut jo pitkään yksi vahvuus. Kun Michiganin koulutuksen yhteydessä esittelin, mitä minä toteutan jo nyt kemian opetuksessa, eivät oikein olleet uskoakseen, että esittelin lukiolaisten omia töitä (animaatioita, joita ovat tehneet ChemSence Animator -ohjelmalla). Ehkä heille (jenkeillä) voisi olla jotain opittavaa meiltä?

Tutkimuksen mittaustilanne

Edellä mainittuja kännyköitä käytetään muutaman viikon ajan, niinä päivinä, jolloin on kemian tunnit (minun tapauksessa). Lyhyitä tilannekohtaisia kysymyksiä tulee kesken tunnin (kemian tunnilla myös opettajalle), joissa sitten pyydetään toteamaan, mitä tehdään, kenen kanssa, kuinka innostuneesti jne. Vertailukohtia haetaan niin, että kyselyjä tulee myös muilla oppitunneilla ja kouluajan ulkopuolella. Tällä yritetään tavoittaa tilannekohtaista arviota, toisin kuin tavallisilla jälkikäteen tehdyillä kyselyillä voisi tehdä. On siis arvioitu, että tämä antaisi todenmukaisemman tuloksen kuin tunnin lopussa tehtävä kysely. Näin psykologit ajattelevat. Itse olen kyllä hieman skeptinen – yllätys yllätys, kun on kyse (porvarillisen, yksilöitä korostavan, psykologiakoulukunnan) psykologeista.

Hieman lisää itse asetelmasta

Psykologien luoma viitekehys (laitan artikkelin linkin myöhemmin) ammentaa teoriansa SDT:stä (Self determination theory), joka on pragmatismiin (eli vahvasti idealistiseen maailmankuvaan) perustuva teoria. Objektiivinen maailma, toimintaympäristö, on selkeästi joko unohdettu tai ainakin vahvasti jätetty huomiotta (kuten idealismiin kuuluu). Koulutuksessa(kin) – jossa kävin Michiganissa saakka – keskityttiin oppitunnilla tapahtuvan ilmiön työstämiseen ilman, että mietittäisiin, miten objektiivinen todellisuus esim. itse luokkatila ja siihen rakennetut asetelmat (sosiaalimuodot, kuten engeströmiläiset toteaisivat) vaikuttavat oppimistilanteeseen (tai opiskelutilanteeseen, mikä olisi oikeampi termi). Huomiota ei kiinnitetty myöskään itse opettajaan, mikä lienee yksi sitoutumisen ja inspiroitumisen oleellinen osa (ainakin Suomessa esiteltyjen tutkimuksien mukaan – kun niihin pitää viitata). Myös itse opetettavan teeman luulisi vaikuttavan?

Toimintajärjestelmän ymmärtäminen – pelkän sisäisen motivaation korostamisen sijaan – voisi olla viitekehyksenä hedelmällinen, kun tuloksia analysoidaan. Toki se toisi tutkimukseen melkoisen määrän uusia muuttujia, mutta (näin väittäisin) jopa merkitykseltään suurempia. Mutta tämä olisikin liian marxilainen tapa lähestyä oppimista ja opiskelua.

Mitä tästä eteenpäin?

Tärkeää on kehittäminen, joskus jopa itsearvoisesti. Ennakkoluulottomasti, verkostoituen voimme saada niin kemian kuin minkä muun tiedeaineen opetukseen uusia tuulia ja uusia ideoita. Joskus vaikka vain vanhoja ideoita uudelleen tietotekniikalla kuorrutettuna.

(jatkuu)

Viikin normaalikoulussa ollaan mukana ns. Eager-hankkeessa. Kyse on Michiganin yliopiston käynnistämä STEM-opetuksen kehittämishanke. Taustalla on Yhdysvaltojen oma OPS-uudistus, jonka tueksi on tuotettu laaja julkaisu Tiedeopetuksesta (lataa oma).

Mitä uutta tämä tuo tiedeopetukseen – minun tapauksessa kemian opetukseen?

Lähtökohtana on kemiallinen ilmiön selittäminen (tästä myöhemmin lisää) tai ongelman ratkaisun suunnittelu ja toteutus. Sitä tukee 3D-oppiminen: a) rakennettu tieteellisille perusajatuksille (teorioille, lainalaisuuksille, malleille), b) tieteellisten käytäntöjen hyödyntämiseen (teoria/väite – todisteet/löydökset – perustelut, jossa em. kaksi osaa yhdistetään), c) asioita yhdistävien käsitteiden käyttö. Tärkeää on rakentaa ja liittää uusia ajatuksia koko prosessin ajan.

Itse toimintamallin käytäntöä voidaan kuvata seuraavalla kalvolla:

Työskentely ei etene numerojärjestyksessä, vaan risteilee tarpeen mukaan kohdasta toiseen. Tässä hahmottuu, miten käytännössä 3D-oppiminen toteutuu käytännössä.

Käytännössä työskentely voidaan aloittaa selkeän toimintamallin pohjalta, ajan mittaa työskentelyn eri vaiheet tuntuvat luonnollisilta. Itse kokeilin lähestymistapaa kolmen teeman ympäriltä:

1. Atomin elektronien energiatasojen miehittyminen – teoria lähtee liikkeelle kvanttimekaanisen atomimallin ja kvanttilukujen  ymmärtämisestä. Data kerättiin jaksollisesta järjestelmästä, elektronijakaumakaavioista ja elektronikonfiguraatioista. Väitteiksi rakentuivat (myöhemmin näille nimille kirjattuina) minimienergiaperiaate, Hundin sääntö ja Paulin kieltosääntö.
2. Vahvat ja heikot sidokset – peruskäsitteet eli erilaiset vahvat ja heikot sidokset otetaan tutkimuksen lähtökohdiksi. Tutkimuksen kohteena oli kokoelma erilaisia aineita, alkuaineita, ioniyhdisteitä ja kovalenttisia molekyylejä. Haettiin kokeellisia perusteluja niissä esiintyviin vahvoihin ja heikkoihin sidoksiin.
3. Spektroskopia – spektroskopian periaatteiden ymmärtämisen kautta (aallonpituuksien absorptio ja emittoituminen). Tutkimuksessa konkreettisesti paneuduttiin orgaanisten molekyylien tunnistamiseen IR-spektrien avulla.

Lukiolaiset (lukion kemian 2.kurssi) tekivät tuloksien perusteella raportit. Se, mihin aiemmin en ole omassa opetuksessa tarpeeksi käyttänyt aikaa ja resursseja, on ollut 1) tuloksien kirjaaminen, myös ristiriitaisten, niiden avulla asioiden selittäminen ja erilaisten tulkintojen tekeminen (kohdat 3 ja 4) 2) keskusteluun ja ajatusten testaamiseen yllyttäminen ja lopuksi 3) todisteiden ja väitteiden kokoaminen perusteluiksi (raporteiksi).

Työtapa on työläs ja vaatii selkeästi enemmän aikaa, kuin tilanteessa jossa näitä teemoja lähestytään enempi vain teorioiden kautta (mikroskooppisten ilmiöiden mallintamisen kautta).