Kolmiulotteinen oppiminen koostuu kolmesta ulottuvuudesta. Nmä ovat:

1. tiedekäytännöistä (science and engineering practices, SEP),
2. tieteenalan ydinsisällöistä, oppimisen tavoitteesta (disciplinary core ideas, DCI) ja
3. tieteen alat ylittävistä keskeisistä käsitteistä (crosscutting concepts, CC).

Seuraavaan kuvaan olen koonnut kolmiulotteisen oppiminen viitekehyksen käsitteet ja jäsentänyt niitä opettaja-oppija-keskeisyyden ulottuvuudella ja ajallisesti painottaen. Opettajan merkitys korostuu oppituntien valmistelussa, ohjaavien kysymysten laadinnassa ja ydinsisältöjen määrittämisessä (opetussuunnitelman merkitys tässä suuri). Oppijan rooli on tiedekäytäntöjen suunnittelussa, niiden toteutuksessa ja raportoinnissa. Artefaktien luominen, mallintaminen vaativat opettajan tukea ja itse käytäntöjen harjoittelua.


Kuva: 3D-oppimisen viitekehys

Aiemmin esittämäni oma esimerkki tästä on teemasta, jossa spektrometrian ja spektroskopian opiskelu on pääasia. Opetussuunnitelmassa (LOPS2019) todetaan teeman osalta ”tutustuminen spektrien antamaan informaatioon aineen rakenteesta”. Lähdetään hakemaan tiedonalan ydinkäsitteet, joihin tämä teema liitetään: aineen rakenne, hiiliyhdisteet ja funktionaaliset ryhmät. Opetussuunnitelmassa todetaan, että ”tarkastellaan hiilen yhdisteitä, niiden rakennetta ja ominaisuuksia”. Moduulin tavoitteena on, että ”opiskelija mm. ymmärtää, kuinka tieto hiiliyhdisteistä rakentuu kokeellisen toiminnan ja siihen kytkeytyvän mallintamisen kautta ja osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa mallintamisen välineenä”.

Moduulin (kurssin) keskeiset sisältöjä opetussuunnitelman mukaan ovat mm. ”hiilivetyjen sekä hiilen happi- ja typpiyhdisteiden funktionaaliset ryhmät ja nimeämisen perusteet, hiilen yhdisteiden rakenteiden mallintaminen ja ominaisuuksien selittäminen rakenteen avulla ja suhdekaavan ja molekyylikaavan selvittäminen laskennallisesti ja rakenneisomeria” (LOPS2019).

Ohjaavaa kysymystä voidaan hahmotella niin, että opetussuunnitelman teksti ”hiilen yhdisteiden kemian merkitystä opiskelijan omaan elämään tarkastellaan hyvinvoinnin ja terveyden kannalta” toteutuu. Tässä tapauksessa ohjaava kysymys voidaan kirjoittaa esimerkiksi näin: ”Kaapissa on vanha lääkepakkaus, josta viim. käyttöpäivä ei käy enää selville. Onko se edelleen käyttökelpoinen?” Se kontekstualisoi teemaa arjen ongelmaan. Ongelman määrittämisessä (yksi tiedekäytäntö) voi hyödyntää myös oppijoiden itse määrittelemää kysymystä.

Kolmiulotteisen oppimisen elementti, tiedekäytännöt, hahmottuvat tunnin tarkemmassa suunnittelussa. Aineen tunnistamisessa (ja lopulta myös rakenteen määrittämisessä) edetään eri vaiheissa, jotka opitaan teeman alkuvaiheessa: