2020 (4)
Artikkelit
Teknologia kemian opetuksessa – open access -kokoelma
Minut asetettiin viime viikolla koronakaranteeniin, joka toi vapautuksen monista perhevelvoitteista (esim. kaupassa käynti, lasten harrastukset ja tarhaan/kouluun viennit jne.). Vapautus toi monta lisätyötuntia jokaiseen päivään, jotka mahdollistivat pitkäaikaisen pöytälaatikkoprojektin viimeistelyn. Tässä tekstissä esittelen ylpeänä 23.10.2020 avatun Teknologia kemian opetuksessa -kokoelman.
Tausta ja tavoitteet
Työskentelen tällä hetkellä tieteen parissa Helsingin yliopistossa. Tutkin teknologian hyödyntämistä kemian opetuksessa laajalla fokuksella. Kuten tiedetään, informaation määrä kasvaa kiihtyvällä tahdilla (Ferk Savec, 2017). Tieteellisiä julkaisuja julkaistaan joka päivä niin paljon, että uutta tietoa ei ole mahdollista omaksua. Sen vuoksi on tehtävä valintoja korkeamman tason ajattelutaitoja hyödyntäen (Krathwohl, 2002). Suuresta informaatiomäärästä täytyy pystyä löytämään ja omaksumaan oman tutkimuksen ja opetuksen kannalta relevantit uusi tieto.
Minä loin tämän tyyppisen ammatillisen kehittymisen ympärille palvelun, jolla
- pystyn seuraamaan tutkimusalani kehittymistä
- jäsentämään sitä sopivan kokoisiin osiin
- pohtimaan asiaa metatasolla
- tekemään ajatteluni näkyväksi myös muille.
Näistä lähtökohdista olen kerännyt kemian opetuksen teknologiatutkimukseen liittyen artikkeleita, jotka järjestin Helsingin yliopiston Editori-palvelun avulla loogiseksi kokonaisuudeksi. Kokoelma tulee sisältämään vain avoimia artikkeleita, sillä koen avoimeen tieteen olevan tärkeä asia. Sitä tulee tukea kaikin keinoin, sillä suurin osa tieteestä toteutetaan verotulojen turvin. Tieto kuuluu kaikille.
Kokoelman tarjonta
Julkaisen teknologia kemian opetuksessa teemaan liittyviä artikkeleita aihealueittain jäsennettynä. Nyt julkaistu ensimmäinen numero sisältää yleiskatsauksen kemian opetuksen tutkimukseen kemian tutkimusalana, jonka sisälle sijoitan teknologian tutkimuskohteena. Seuraavassa numerossa esittelen tutkimusta teknologiakohtaisesti (esim. molekyylimallinnus, mittausautomaatio jne.). Numero kaksi julkaistaan aikaisintaan joululomalla.
Kirjoitan jokaiseen numeroon esipuheen, jossa pyrin käsittelemään teemaa metatasolla. Uskon sen olevan erittäin hyödyllistä aloitteleville tutkijoille. Päivitän artikkeleita ja esipuhetta sitä mukaa, kun oma ajatteluni kehittyy. Jokaisen esipuheen lopussa on päivityshistoria, johon kirjaan kaikki muutokset. Päivityksiä voi seurata joko julkaisun RSS-syötteen kautta tai tilaamalla kokoelman uutiskirjeen.
Artikkelitasolla olen linkannut kokotekstiin sekä artikkelin viittauksiin. Niiden kautta näet, onko artikkelin löytänyt myös muut tutkijat.
Kerään kokoelmaan myös listan kaikista lehdistä, joista olen sisällyttänyt artikkeleita. Lista toimii tutkimusalan open access -suosituksena. Listan avulla voi valita sopivan lehden. Ylipistojen rahoituspolitiikan vuoksi kannattaa valita lehtiä, joilla on vähintään JUFO-luokitus tasolla 1.
Pohdintaa
Olen kokoelmasta innoissani. Mielestäni tämän tyyppistä tietoa ei ole aikaisemmin ollut tarjolla. Erityisesti aloittelevat tieteentekijät tarvitsevat kehittyäkseen neuvottelumahdollisuuden jo alalla pidempään olleiden tutkijoiden kognitiivisten tietorakenteiden kanssa. Tulevaisuudessa on odotettavissa merkittävästi vähemmän työhön liittyvää matkustelua, joten on tärkeää kehittää uusia keinoja tavata ihmisiä ja tutustua heidän ajatuksiinsa. Tämä kokoelma edustaa minun ajatteluani tutkimusalani suhteen. Tervetuloa vuorovaikuttamaan sen kanssa.
Lähteet
Ferk Savec, V. (2017). The opportunities and challenges for ICT in science education. LUMAT: International Journal on Math, Science and Technology Education, 5(1), 12–22. https://doi.org/10.31129/LUMAT.5.1.256
Krathwohl, D. R. (2002). A Revision of Bloom’s Taxonomy: An Overview. Theory Into Practice, 41(4), 212–218. https://doi.org/10.1207/s15430421tip4104_2
RSS Mashup
Kirjoittanut: Johannes Pernaa
Julkaistu 12.4.2020
EDIT: Sovelluksen 1.1 versio julkaistu 14.4.2020.
Olen hyödyntänyt RSS-syötteitä aktiivisen tiedonhankinnan pohjana jo vuosia. Kirjoitin aiheesta pari vuotta sitten artikkelin, missä käsittelin Peda.netin RSS-työkaluja mediaseurannan keinona. Jos RSS ei ole tuttu, niin lue ensin edellinen artikkeli, sillä tässä tekstissä en käsittele RSS-syötteitä tekniikan tasolla.
Seurannan tarve
Ajan kuluessa oma sisällöntuotantoni on laajentunut. Kirjoitan kolmea blogia, sillä minulla on työni puolesta kirjoitustarpeita suomeksi ja englanniksi. Lisäksi reflektoin kolmanteen blogiin harrasteista oppimaani. Lisäksi työstä syntyy useita RSS-syötteitä, joita tulisi seurata. Joka tapauksessa, Peda.netin mediaseuranta-sivussa syötteet asettuvat moduuleittain päällekkäin ja usean syötteen sivusta tulee pitkä.
Asettelua kehittääkseni suunnittelin verkkosovelluksen, joka asettelee useat RSS-syötteet päällekkäin. Nimesin sen RSS Mashupiksi.
RSS Mashup
Sovellus on tehty Jquery Mobilella (JQM) ja jQueryn FeedEk-lisäosalla, ja siihen on tehty mahdollisuus lisätä kielivalikoita. Version 1.0 demossa on mahdollisuus muuttaa käyttöliittymän kieli suomeksi, ruotsiksi tai englanniksi. Yhdessä rivissä on paikka kolmelle syötteelle. Rivejä voi lisätä niin paljon, kun on tarvetta. Rivit on tehty JQM:n Tabs-ominaisuudella.
Kuva käyttöliittymästä.
Lataa ja testaa
Artikkelin liitteenä on versio 1.0 ZIP-paketissa. Voit ladata ja testata sovellusta vapaasti sen avulla tai suoraan livedemosta. Paketti sisältää kaikki tarvittavat JavaScript-tiedostot ja tukee siten HTTPS-protokollaa. Käytettyjen teknologioiden lisenssi on MIT.
Muokkaa sovelluksesta oma versio lisäämällä rss.html-tiedostoon tarvitsemasi syötteet ja otsikko. Voit esimerkiksi kokeilla seurata samaa ilmiötä usean eri syötteen avulla, jolloin ilmiön viestinnästä saa kokonaisvaltaisen näkökulman. Tulevaisuudessa parantelen kielivalikoiden toimivuutta siten, että eri kielet mahdollistavat eri syötteet.
Palaute on erittäin tervetullutta.
Liitteet:
Tutkimusjulkaisun kirjoittaminen kansainvälisessä yhteistyössä – Mahdollisuuksia, haasteita ja ratkaisuja
Kirjoittanut: Johannes Pernaa
Julkaistu 17.3.2020
Taas yksi tutkimusartikkeli julkaistu. Tällä kertaa alan kovimmassa lehdessä – Chemistry Education Research and Practice -lehdessä. Tuttavallisesti lyhennettynä CERPissä. Artikkelin läpi saaminen oli upea asia, koska CERPin arvostus on viimeisen kymmenen vuoden aikana noussut heikosta huipuksi. Menestyksen takana on monta syytä, mutta niistä tärkein on raha. Royal Society of Chemistryn rahoituksen turvin on mahdollistettu open access julkaiseminen, jossa sekä julkaiseminen että lukeminen ovat maksuttomia. CERPin menestys ei kuitenkaan ole tämän tekstin keskiössä, vaan juuri julkaistun artikkelimme kirjoitusprosessi. Syvennyn mielenkiintoiseen tiedejulkaisemisen problematiikkaan lisää joskus tulevaisuudessa.
Tausta
Artikkeli sai otsikon ”Developing technological pedagogical science knowledge through educational computational chemistry: A case study of pre-service chemistry teachers’ perception” ja se syntyi kansainvälisen yhteistyön tuloksena. Pääkirjoittajat olivat Chilestä – professori Jorge Rodríguez-Becerra ryhmineen. Jorge on laskennallinen kemisti. Me (minä ja esimieheni professori Maija Aksela) olemme tavanneet heidät professori Pekka Pyykön kautta.
Pekka Pyykkö on Jorgen tavoin laskennallinen kemisti. Pyykkö suositteli Maijaa Jorgelle muutamia vuosia sitten rahoituksen hakupartneriksi, kun Suomen ja Chilen akatemioilla oli yhteisrahoituksia. Rahaa ei saatu, mutta tämä artikkeli syntyi yhteistyöstä.
Haasteet
Artikkelin valmistuminen ideasta julkaisuksi kesti 2 vuotta ja 6 kuukautta. Matkassa oli aika paljon mutkia, joista ensimmäinen oli yhteisen sävelen löytäminen. Kuten jo mainitsin, Jorge ja hänen tiiminsä olivat fyskokemistejä. Tämä tarkoittaa sitä, että he hallitsevat sisältötiedon erinomaisesti, mutta eivät kemian opetuksen tutkimusta. Me taas hallitsemme kemian opetuksen tutkimuksen, mutta emme fysikaalista kemiaa. Luulisi siis, että me täydentäisimme toisiamme. Niin me teimmekin, mutta silti artikkelin ensimmäinen versio tuli takaisin niin suurilla muutostoiveilla, että se jouduttiin kirjoittamaan kokonaan uudelleen.
Ongelmana oli, että kompetenssieroista ei ollut helppoa keskustella. Henkilökohtaisesti työstin ensimmäistä versiota aivan liian kevyellä otteella. Kontribuutioni oli enemmänkin kommentointia kuin kirjoittamista. En siihen aikaan tuntenut heidän kemiataustaansa tai opetuksen tutkimuksen kokemusta, joten en uskaltanut ottaa suurempaa roolia. En halunnut pahoittaa kenenkään mieltä. Lopputuloksena ensimmäinen versio lähti CERPiin täysin kemian opetuksen tutkimusjulkaisulle sopimattomassa kunnossa. Palaute oli sen mukaista.
Ensimmäisen version jälkeen Chilessä alkoi kuohua ja toisen version työstäminen viivästyi. Ensin oli feminismiaalto (2018), jonka jälkeen alkoivat yleisprotestit (2019–2020). Yliopistot olivat pitkään suljettuna ja turvallisuustilanne epävakaa.
Ratkaisuna kasvotusten tapaaminen
Artikkeli oli pitkään jumissa, mutta ratkaisu löytyi yllättäen. Tutkimusryhmämme osallistui vuoden 2019 ESERA-konferenssiin Bolognaan. ESERA on valtava tiedeopetuksen tutkimuskonferenssi. Se on alalla niin tärkeä tapahtuma, että myös Jorge sai rahoituksen Chilestä osallistuakseen siihen. Osittain sattuman kaupalla minä ja Jorge tapasimme Bolognassa.
Kasvotusten tapaaminen ratkaisi kaikki kommunikaatiohaasteet. Illanvieton aikana sain tiedusteltua, miten paljon kokemusta heillä on kemian opetuksen tutkimuksesta. Vastaus oli, että "ei ollenkaan". Kysyin, että saammeko vapaat kädet käsikirjoituksen muokkaamiseen, ja ne minulle myönnettiin. Ne oli annettu meille jo aikaisemminkin, mutta viesti ei tavoittanut minun korvienväliäni. Joka tapauksessa Jorgen vakuutus auttoi ja muuta ei tarvittu, sillä artikkelin rakennuspalat olivat erinomaiset.
Onnistunut lopputulos
Valmis artikkelimme on todella mielenkiintoinen. Jorge ryhmineen oli suunnitellut autenttisen laskennallisen kemian tutkimuskysymyksen, jonka opiskelijat ratkaisevat ongelmalähtöisen oppimisen metodein. He altistivat opiskelijat (tulevat kemian aineenopettajat) kehitetylle oppimisympäristölle ja tutkivat sen mahdollisuuksia teknologis-pedagogisen tiedeosaamisen (TPASK) kehittymiselle (ks. kuva alta). Aineisto koostui opiskelijoiden käsityksistä, jotka kerättiin haastatteluilla. Kaikki palaset (kehittäminen, aineiston keruu, analyysi jne.) oli toteutettu suurella ammattitaidolla, mutta niiden yhteen kirjoittaminen vaati prosessille ulkoisen tuottajan työpanosta. Se oli meidän roolimme.
TPASK-viitekehys laskennallisen kemian kontekstissa.
Ensiksi kirjoitimme artikkeliin punaisen langan. Se on metatason ilmaisua, joka sitoo yhteen otsikon, tavoitteet, sisällön, rakenteen, tutkimuskysymykset, tutkimuksen, tulokset ja pohdinnan. Kun artikkeli on kaikin puolin loogisesti rakennettu, se auttaa arvioijaa ymmärtämään sitä. Ymmärrettävyys on keskeinen tavoite tutkimusjulkaisua (tai ihan mitä tahansa tekstiä) laadittaessa.
Toinen tärkeä asia oli muuttaa tutkimustermit ja tulosten raportointitavat tunnetuiksi. Tällaisia olivat esim. tutkimustyypin nimeäminen tapaustutkimukseksi, josta Jorgen ryhmineen käytti toista alalle tuntematonta termiä. Täytyy muistaa, että he olivat fyskokemistejä. Tilanne olisi täysin vastaava, jos itse yrittäisin laatia laskennallisen kemian tutkimusjulkaisun.
Lopputulos oli onnistunut. Artikkelimme uusi versio lähetettiin 26.11.2019 ja hyväksyttiin 12.2.2020. Tämä on kemian opetuksen alalla poikkeuksellisen lyhyt prosessointiaika.
Jatkosta
Jorge oli meihin ja osaamiseemme tyytyväinen. Meidän kemian opetuksen tuntemus mahdollisti tutkimuksen raportoinnin huippulehdessä. Vastavuoroisesti minä koen Jorgen tiimin laskennallisen kemian osaamisen ja opetuksen kehittämisinnokkuuden erinomaisena resurssina. Heillä on todella korkeaa asiantuntemusta pedagogisesti mielekkääseen laskennalliseen kemiaan. Näin ollen yhteistyömme mahdollistaa korkealaatuisemman tutkimustyön tekemisen, mitä pelkästään omilla resursseilla saisimme aikaan. Näin sitä tiedettä tehdään – yhteistyötä globaalissa tutkimusyhteisössä.
Lue koko artikkeli: Rodríguez-Becerra, J., Cáceres-Jensen, L., Díaz, T., Druker, S., Bahamonde Padilla, V., Pernaa, J., & Aksela, M. (2020). Developing technological pedagogical science knowledge through educational computational chemistry: A case study of pre-service chemistry teachers’ perceptions. Chemistry Education Research and Practice, 10.1039.C9RP00273A. https://doi.org/10.1039/C9RP00273A
Modernia teknologiaa kemian opetuksessa – ajatuksia vuodelta 2020
Metatietoa LOPS 2021 -tapahtuman Modernia teknologiaa kemian opeteuksessa -esitykseen liittyen. Tekstissä on viitattu kalvojen numeroihin. Lähteet löytyvät kalvosta 23.
Rajaus
Kemian opetuksen tutkijana lähestymistavan tulee aina olla tutkimusperustainen, mutta opettajille suunnatun esityksen tulee myös olla käytännönläheinen. Sen vuoksi aloitin esityksen lyhyellä teoreettisella viitehyksellä, jonka jälkeen siirryin konkretiaan ylioppilaskirjoitusten ja virtuaalilaboratorioiden avulla.
Malleja ja viitekehyksiä
Modernin teknologian mahdollisuuksia ja haasteita kemian opetuksessa on tutkittu paljon. Lähtökohta on, että teknologian hyödyntäminen tuo paljon uusia mahdollisuuksia (mediatyypit, vuorovaikutuskanavat, tiedon prosessointi ja tallentaminen), mutta sen käyttöönotto on haastavaa. Teknologian käyttö kemian opetuksessa on uusi osaamisalue. Se monimuotoistaa tarvittavaa osaamista asettaen sisältötiedon ja pedagogisen osaamisen teknologiseen kontekstiin. Käyttöönottoon liittyy esteitä (laitteet ja asenteet), joista tulee selvitä ennen pedagogisesti mielekästä käyttöä.
Työskentelyn tueksi löytyy useita malleja ja viitekehyksiä, joihin alan tutkimuksesta kiinnostuneen on syytä perehtyä. Kalvossa 3 on mainittu joitain keskeisimpiä työkaluja, kuten sulautuvan oppimisen teoria, TPACK-viitekehys, Ertmerin esteet ja diffuusioteoriat.
Kemian oppimisen haasteet ja teknologian mahdollisuudet
Kemian opetuksen tutkimus on kemian ala, jonka tärkeimpiä tehtäviä on tutkia ja kehittää keinoja kemian oppimisen tueksi. Tutkimusten pohjalta tiedetään, miksi kemia koetaan vaikeana oppiaineena (kalvo 4). Syitä tälle ovat esim. kemian vieras kieli ja kompleksinen kolmitasoinen tietorakenne. Uusi tieto on abstraktia ja tilanne synnyttää helposti kognitiivisen ylikuormitustilan.
Tieto- ja viestintätekniikan (TVT) keinoin voidaan tuottaa oppimista tukevia materiaaleja, joilla ylikuormituksen tila voidaan minimoida. Esim. animaatioilla, simulaatioilla ja molekyylimalleilla voidaan visualisoida haastavaa submikroskoopista tiedon tasoa ja kehittää oppijoiden sisäisiä malleja vastaamaan tämän hetkistä tieteellistä mallia (kalvo 5). Yhteinen ymmärrys tukee asioista keskustelemista.
Tiedon prosessointi ja muistiinpanot
Alex Johnstone – edesmennyt tunnettu kemian opetuksen tutkija – esitti tiedon prosessointi -mallin, jossa mallinnetaan informaation jalostumista datasta pitkäkestoiseen muistiin (ks. kalvo 6). Teknologian näkökulmasta keskeistä on, että sekä lyhyen että pitkäkestoisen muistin toimimista voidaan tehostaa yksinkertaisilla TVT-työkaluilla, kuten muistiinpanosovelluksilla ja tiedon tallentamisella pilveen. Näin tieto on helposti saavutettavassa muodossa. Tietoon päästään käsiksi nopeasti suorittamalla tiedonhaku omaan tietovarastoon, ei internetin äärettömään tietovarastoon.Tätä henkilökohtaista tiedonhallintaa ei osata, joten sitä tulee opettaa kaikilla opetusasteilla. Asia pätee kemian oppimisen lisäksi kaikkeen oppimiseen..
Datasta jäsentyneeksi tiedoksi – Opi oppimaan
Oppijan näkökulmasta tilanne on kaoottinen (ks. kalvot 7 ja 8). Ensinnäkin dataa on paljon ja se on vielä lisäksi vaikeasti ymmärrettävää sisältäen mm. tuntemattomia termejä.Haastavan tilanteen hallintaan ei ole muuta keinoa, kuin opetella oppimaan. Oppimiseen liittyy
- teknisiä seikkoja, kuten sovellukset
- asenteellisia seikkoja (ei ketään voi pakottaa oppimaan hyvin)
- metakognitiivisten taitojen oppiminen.
Mielekkään oppimisen palkintona on laaja siirtovaikutus. Tietoa on aikaisempaa helpompi soveltaa eri yhteyksissä. Uusia asioita on helpompi yhdistellä on aiheesta tietämiseen. Kaos alkaa vähitellen järjestyä. (ks. kalvo 12)
Konkretiaa
Kokonaisvaltaisen TVT-näkökulman lisäksi on syytä tarkastella teknologiaa tiettyjen sovellusten näkökulmasta. Tässä esityksessä pohdin MarvinSketchin mahdollisuuksia sähköisten YO-kirjoitusten kontekstissa sekä tarkastelin virtuaalilaboratorioita.MarvinSketch YO-kirjoituksissa
Kalvossa 13 on esimerkki vaadittavasta osaamisesta. Vuoden 2019 mikonatsoli-tehtävässä on aineistossa MarvinSketch-tiedosto ja video. Videossa on esitetty tarvittava tieto, mutta video on mediatyyppinä vauhdikas. Tämä tekee molekyylien tarkastelun haastavaksi. MarvinSketchillä mediatyyppi voidaan muuttaa interaktiiviseksi molekyylimalliksi. Tämä tehdään poistamalla aineiston reaktiosarjasta kaikki muut vaiheet, paitsi lopputuote. Mallin tarkastelu voidaan suorittaa Marvin Space -tilassa.
Mielestäni tämä käyttötapa mahdollistaa korkeamman tason ajattelutaitojen aktivoimisen (ks. kalvo 14). Vastaavanlaisia mahdollisuuksia löytyy varmasti lähes jokaisesta tehtävästä, joissa visualisointi tukee ymmärtämistä tai tulosten varmistamista. TVT:n hyötynäkökulma on selkeä.
Virtuaalilaboratoriot
Tätä teemaa pyydettiin järjestäjän (Opetushallitus) taholta. Minulle aihe oli vieras, ja siksi erityisen mielenkiintoinen. Kävi ilmi, että virtuaalilaboratorioista oli julkaistu suomeksi hyvä artikkeli vuodelta 2014 LUMAT-lehdessä (kalvo 15). Sen mukaan virtuaalilaboratorio on vuorovaikutteinen ympäristö, jossa simuloidaan todellisia koeasetelmia. Virtuaalilaboratoriot ovat siis simulaatioita.
Vein virtuaalilaboratoriot uuden LOPSin suositeltujen kokeellisten töiden kontekstiin. Kalvoissa 16–21 nämä työehdotukset on pätkitty virketasolle, joihin hain teemakohtaisesti esimerkkejä erilaisista virtuaalilaboratorioista.
Virtuaalilaboratoriot vaikuttavat olevan oppimateriaalityyppi, jotka ovat erityisen herkkiä ajan vaikutukselle. Monet löytämistäni materiaaleista eivät enää toimineet. Syy voi olla esim. käytettyjen ohjelmointiratkaisujen vanhentuminen. Joka tapauksessa, tämä tekee resurssien etsintä työstä jatkuvaa. Työ on kuormittavaa, mutta sitä voidaan helpottaa joukkoistamalla. Jos kemian opettajat yhteisönä etsivät parhaat virtuaalilaboratoriot ja suosittelevat niitä toisilleen esim. Kemian opetuksen Facebook-ryhmän kautta, niin toimivat aineistot löytyvät nopeasti.
Pohdintaa
Koin esityksen laatimisen modernista teknologiasta kemian opetuksessa haastavaksi sen vuoksi, että a) olen puhunut aiheesta jo yli kymmenen vuotta, joten pitäisi pystyä tuottamaan uusia ajatuksia ja b) ala on kehittynyt (esim. VR, AR, avoin data), mutta kouluille soveltuvia uusia ratkaisuja ei ole juurikaan kehitelty. Keskiössä ovat siis aina vain simulaatiot, animaatiot, molekyylimallit, videot ja mittausautomaatio-työkalut. Sähköiset YO-kirjoitukset kiinnostavat opettajia paljon, joten tähän teemaan liittyvien konkreettisten ratkaisujen (esim. MarvinSketch-tekniikoiden) jatkokehittelylle olisi tarvetta.Esityskalvot