3.3. Tiedekäytännöt
Tiedekäytännöt
Krajcikin ja Shenin (2015) mukaan luonnontieteen tavoite on selittää ja ennustaa ilmiöitä. Näitä voidaan havaita luonnossa tai ne ilmenevät esimerkiksi kemiallisissa reaktioissa tai välillisesti erilaisten mittaustulosten kautta. Kaikessa tieteessä luotetaan sille tieteelle ominaiseen todistusaineistoon, malleihin ja teorioihin selittää ja ennustaa maailmassa tapahtuvia ilmiöitä. Krajcikin ja Shenin (2015) kokoavat luonnontieteelliset tiedekäytännöt amerikkalaisesta opetussuunnitelmasta seuraavasti:
Oma kokemus osoittaa ja myös tutkimukset todistavat, että erilaisten ilmiöiden ja havaintojen selittäminen luonnontieteen käsitteitä ja prosesseja hyödyntäen on vaikeaa. Tämä lähestymistavassa tähän paneudutaan ja tavoitteena on se, että muutaman prosessin jälkeen se olisi helpompaa ja luonnollista osana luonnontieteen oppimista. Opitaan argumentoimaan, rakentamaan selitysmalleja, hyödyntämään havaintoja em. tueksi. Uudenkaltainen työselostusmalli (tutkimusraportti), on laadittu tukemaan juuri tämän kaltaista työskentelyä. Siinä oppijaa pyydetään kirjaamaan (ja dokumentoimaan, mm. kuvien, taulukoiden tai graafisten esitysten avulla) yksityiskohtaisesti väitteet, todistusaineisto ja päättelyketju (reasoning). Väite täytyy liittää siihen ilmiöön, jota ollaan tarkastelemassa (myös mahdollinen ohjaaja kysymys auttaa tässä). Todistusaineistoja ovat erilaiset tieteelliset aineistot, joka on kerätty omien tutkimuksien kautta, opettajan esittämistä demonstraatioista tai havainnollistamista tilanteista, kirjallisuudesta tai aikaisemmista aineistoista. Päättelyketjussa nämä edellä mainitut sovitetaan yhteen. Selitetään, miten ja miksi aineisto toimii todistusaineistona, käyttämällä tässä tieteenalaan liittyviä käsitteitä ja periaatteita. Alla taulukossa kahden erilaisen toteutusmallin sisällysluettelo (ja kuvaus).
Suomalaisessa kemian opetuksessa nämä tiedekäytännöt eivät ole vallanneet vielä alaa. Joiltakin osin niitä voidaan tunnistaa mm. tutkivan oppimisen (inquiry based learning) tai kokeellisen oppimisen lähestymistavoissa. Varsin usein nämä ovat valmiiden ohjeiden ja reseptien noudattamista, ja vain joidenkin ilmiöiden toteamista. Liian vähälle huomiolle ovat jääneet tutkimuksien suunnittelu ja tutkimuksissa kerätyn aineiston analysointi ja hyödyntäminen erilaisten tulkintojen luomisessa (osana itse tutkimusta). Selitysten laatiminen ja erilaisten mallien rakentamisen selityksien tueksi sekä näiden avulla tapahtuva ja todistusaineistoon nojautuva argumentointi on harvinaista. Nykyaikaisen monipuolisen arvioinnin tukena ovat kokeellisen työskentelyn ja työselostuksien arviointi.
Lukion opetussuunnitelmassa todetaan arvioinnista:
”Arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön ja opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Kemiallisen tiedon ymmärtämistä ja soveltamista voidaan osoittaa eri tavoin. Erilaisten tuotosten lisäksi arvioidaan työskentelyn eri vaiheita, kuten kysymysten muodostamista ja tutkimisen taitoja. Arvioinnissa otetaan huomioon taito työskennellä kokeellisesti, hankkia tietoa ja soveltaa sitä.” (LOPS2019)
Uuden opetussuunnitelman perusteella onkin opetusta kehitettävä mm. tiedekäytäntöjen mukaisten toimintamallien suuntaan. Kysymysten muodostaminen ja tutkimisen taidot ovat nyt osa arvioitavia asioita. PIRE-hankkeessa tähän on reagoitu laatimalla työselostuksen sijaan malli tutkimusraportista. PIRE-hankkeen mukaisen tutkimusraportin sisältö poikkeaa selkeästi perinteisestä kokeellisen työn työselostuksesta.
- kysymysten esittäminen tai ongelman määrittäminen
- mallin kehittäminen ja käyttäminen
- tutkimuksen suunnittelu ja toteuttaminen
- aineiston analysointi ja tulkinta
- matemaattisten ja laskennallisten menetelmien käyttö
- selitysten laatiminen
- todistusaineistoon nojautuva argumentointi
- informaation hankkiminen, arviointi ja jakaminen
Oma kokemus osoittaa ja myös tutkimukset todistavat, että erilaisten ilmiöiden ja havaintojen selittäminen luonnontieteen käsitteitä ja prosesseja hyödyntäen on vaikeaa. Tämä lähestymistavassa tähän paneudutaan ja tavoitteena on se, että muutaman prosessin jälkeen se olisi helpompaa ja luonnollista osana luonnontieteen oppimista. Opitaan argumentoimaan, rakentamaan selitysmalleja, hyödyntämään havaintoja em. tueksi. Uudenkaltainen työselostusmalli (tutkimusraportti), on laadittu tukemaan juuri tämän kaltaista työskentelyä. Siinä oppijaa pyydetään kirjaamaan (ja dokumentoimaan, mm. kuvien, taulukoiden tai graafisten esitysten avulla) yksityiskohtaisesti väitteet, todistusaineisto ja päättelyketju (reasoning). Väite täytyy liittää siihen ilmiöön, jota ollaan tarkastelemassa (myös mahdollinen ohjaaja kysymys auttaa tässä). Todistusaineistoja ovat erilaiset tieteelliset aineistot, joka on kerätty omien tutkimuksien kautta, opettajan esittämistä demonstraatioista tai havainnollistamista tilanteista, kirjallisuudesta tai aikaisemmista aineistoista. Päättelyketjussa nämä edellä mainitut sovitetaan yhteen. Selitetään, miten ja miksi aineisto toimii todistusaineistona, käyttämällä tässä tieteenalaan liittyviä käsitteitä ja periaatteita. Alla taulukossa kahden erilaisen toteutusmallin sisällysluettelo (ja kuvaus).
Suomalaisessa kemian opetuksessa nämä tiedekäytännöt eivät ole vallanneet vielä alaa. Joiltakin osin niitä voidaan tunnistaa mm. tutkivan oppimisen (inquiry based learning) tai kokeellisen oppimisen lähestymistavoissa. Varsin usein nämä ovat valmiiden ohjeiden ja reseptien noudattamista, ja vain joidenkin ilmiöiden toteamista. Liian vähälle huomiolle ovat jääneet tutkimuksien suunnittelu ja tutkimuksissa kerätyn aineiston analysointi ja hyödyntäminen erilaisten tulkintojen luomisessa (osana itse tutkimusta). Selitysten laatiminen ja erilaisten mallien rakentamisen selityksien tueksi sekä näiden avulla tapahtuva ja todistusaineistoon nojautuva argumentointi on harvinaista. Nykyaikaisen monipuolisen arvioinnin tukena ovat kokeellisen työskentelyn ja työselostuksien arviointi.
Lukion opetussuunnitelmassa todetaan arvioinnista:
”Arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön ja opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Kemiallisen tiedon ymmärtämistä ja soveltamista voidaan osoittaa eri tavoin. Erilaisten tuotosten lisäksi arvioidaan työskentelyn eri vaiheita, kuten kysymysten muodostamista ja tutkimisen taitoja. Arvioinnissa otetaan huomioon taito työskennellä kokeellisesti, hankkia tietoa ja soveltaa sitä.” (LOPS2019)
Uuden opetussuunnitelman perusteella onkin opetusta kehitettävä mm. tiedekäytäntöjen mukaisten toimintamallien suuntaan. Kysymysten muodostaminen ja tutkimisen taidot ovat nyt osa arvioitavia asioita. PIRE-hankkeessa tähän on reagoitu laatimalla työselostuksen sijaan malli tutkimusraportista. PIRE-hankkeen mukaisen tutkimusraportin sisältö poikkeaa selkeästi perinteisestä kokeellisen työn työselostuksesta.