Kiehtovaa kemiaa kaikille – Kemian tiedekasvatuksen 11. väitöskirja eriyttämisen mahdollisuuksista ja haasteista 

Miten parhaiten tuetaan kiehtovan kemian oppimiseen ja opiskeluun kaikkia lapsia ja nuoria – tulevaisuuden tekijöitä? Miten uusin tutkimustieto kemiasta ja sen oppimisesta voidaan jalostaa relevantisti kohtaamaan eri kohderyhmiä varhaiskasvatuksesta korkeakouluihin?  Miten lisätään henkilökohtaista, ammatillista ja yhteiskunnallista relevanssia kemian opiskeluun? Miten tärkeät kestävän kehityksen ja kemian aiheet opetetaan mielekkäästi tulevaisuuden tekijöille? Muun muassa näihin keskeisiin kysymyksiin vastataan kemian tiedekasvatuksen tutkimuksessa.

Tiedekasvatus on tiedeosaamisen vahvistamista. Tänä vuonna juhlitaan Helsingin yliopiston kemian osastolla Kemian opettajankoulutusyksikön 18. toimintavuotta. Professori Maija Akselan johtama aktiivinen tutkimusryhmä (SECO) on tehnyt pioneeritutkimusta alan tutkimuksessa sekä kansallisesti että kansainvälisesti. Tutkimusryhmän päätutkimusaiheita kemian tiedekasvatuksessa on kestävä kehitys ja kemia opetuksessa, arkipäivän kemia opetuksessa ja moderni teknologia kemian opetuksessa. Kemian osastolla toimiva Kemianluokka Gadolin toimii yksikön kehittämis- ja tutkimuskeskuksena. Tähän mennessä pioneerityötä tekevästä yksiköstä on valmistunut 11. väitöskirjaa, suuri määrä tieteellisiä julkaisuja sekä opetusmateriaalia käytännön opetuksen tueksi.

Seuraavassa tällä viikolla hyvin ajankohtaisesta aiheesta väittelevän (lataa väitöskirja) FM Päivi Kousan ajatuksia tutkimuksen tekemisestä ja sen tulevaisuudesta.

Päivi Kousa. (Kuva: Linda Tammisto)

Miksi tarvitaan kemian tiedekasvatuksen tutkimusta?

Kemian tiedekasvatuksen tutkimus on mielestäni hyvin tärkeää. Jopa 20 % oppilaista ei saavuta edes minimitasoa luonnontieteissä, joka tarvittaisiin, että he pärjäisivät yhteiskunnassa koulun jälkeen. Yhteiskunnan ulkopuolelle jääminen vaikuttaa moniin asioihin, kuten esimerkiksi vastuulliseen toimintaan arjessa ja ammatinvalintaan. On tärkeää löytää tutkimuksen kautta relevantteja keinoja, joilla opettaja voisi omalta osaltaan luoda mahdollisuuksia kaiken tasoisille oppijoille ja ehkäistä oppilaiden alisuoriutumista ja mahdollista syrjäytymistä. Mielestäni kemia ja luonnontieteet kuuluvat kaikille: jokaisen pitäisi saada tietoa ja onnistumisen kokemuksia. Kemia on perinteisesti koettu vaikeana ja tylsänä aineena, eikä alalle ole tunkua. Tähän pitäisi saada muutos. Tarvitaan lisää tutkimusta ja siihen resursseja.

Kemian ja luonnontieteen opetuksesta erityisesti aineenopettajien näkökulmasta on vain vähän tutkimusta. Jotta opettajia voidaan tukea koko heidän työuransa aikana, pitää jalkautua sinne missä tapahtuu: sekä opettajaopiskelijoiden pariin että aitoihin opetustilanteisiin. On myös tärkeää tutkia opettajia heidän uransa eri vaiheissa: mitä haasteita ja mahdollisuuksia he näkevät opetuksessaan ja miten opettajankoulutus, jossa tutkimusta tehdään, voisi omalta osaltaan auttaa. Kemian osaajia tarvitaan yhteiskunnassa entistä enemmän ja moni globaali ongelma, kuten kestävän kehityksen asiat tarvitsevat taitavia tulevaisuuden tekijöitä. Uusimpaan tutkimustietoon pohjautuvan opettajankoulutuksen tehtävänä on valmistaa opettajia tärkeässä tehtävässä: 1) huolehtia, että mahdollisimman moni saa riittävät perustiedot yhteiskunnassa pärjäämiseen ja 2) innostaa kemian pariin uusia ”tulevaisuuden toivoja”.

Mitä olen oppinut tutkimusta tehdessäni?

Tutkimuksesta olen oppinut, että opettajilla on valtava tietotaito oppilaistaan sekä intoa ja halua auttaa heitä. Ongelmana on resurssien, tiedon ja tuen puute. Opettajat eivät pärjää yksin muuttuvassa maailmassa, vaan tarvitsevat tukea ja yhteistyötä myös koulun ulkopuolisten tahojen (opettajankoulutus, aineenopettajakollegat, erityisopettajat, yritykset) kanssa. Opettajankoulutuksella on suuri merkitys opettajan elinikäisen oppimisen polulla. Opettajia ei tulisi ”hylätä” opettajankoulutuksen jälkeenkään, vaan tukea tulisi jatkaa läpi työuran.

Itse olen oppinut tutkimuksen tekemisestä, että vaikka tutkimuksen tekeminen tapahtuu suurelta osin epämukavuusalueella, on se ollut myös erittäin antoisaa ja palkitsevaa. Kun väitöskirja on valmis, tajuaa olevansa vasta alussa: niin paljon tärkeitä asioita olisi vielä tutkittavana.

Miksi juuri tutkimasi aihe eriyttämisestä on tärkeä?

Jos kemian tiedekasvatuksen tutkimusta on vähän, vielä vähemmän tutkimusta on siitä, miten opettajia voitaisiin tukea entistä monimuotoisempien luokkien opettamisessa. Tähän aiheeseen monen opettajan tietotaito ei lainkaan riitä ja sitä kaivataan lisää (erityispedagogiikkaa on vain 5 op pakollisissa pedagogisissa opinnoissa). Monimuotoisuus tarkoittaa, että yhä useampi oppilas tulee hyvin erilaisista sosioekonomisista ja kulttuurillisista taustoista. Lisäksi on oppimisvaikeuksia ja erilaisia muita oppimiseen vaikuttavia asioita. Lisäksi erityisesti huonosti pärjäävillä on negatiivinen asenne kemiaa kohtaan ja tämä taas lisää riskiä jäädä yhteiskunnan ulkopuolelle ja syrjäytyä. Lisäksi kemian opettajilla on tutkimuksen mukaan muita aineenopettajia negatiivisempi asenne erilaisia oppijoita kohtaan.

Mikä on aiheen tutkimuksen merkitys tulevaisuudessa?

Tämä tutkimus osoittaa, että oppilaiden innostusta kemiaan voidaan kasvattaa, mutta opettajat tarvitsevat lisätietoa, miten näitä innostavia esimerkkejä ja opetusmenetelmiä kehitetään ja toteutetaan luokassa, jossa on eritasoisia oppijoita. Sopivat opetusmenetelmät ja opettajien positiiviset käsitykset erilaisista oppijoista lisäävät puolestaan oppilaiden positiivisia asenteita ja sitä kautta mahdollisuuksia pärjätä koulussa paremmin.

Loppusanat

Lopuksi haluan kiittää Kemian opettajankoulutusyksikköä mahdollisuudesta olla mukana tutkimusryhmässä, ja tehdä myös kansainvälistä yhteistyötä. Se on erittäin tärkeää, mikäli Suomessa halutaan pysyä ajan hermoilla muuttuvassa maailmassa, jossa opettajan rooli on entistä monimuotoisempien luokkien parissa työskenteleminen. Vaikka opetussuunnitelmat ja kulttuurit poikkeavat toisistaan paljonkin, oppilaat/lapset ovat kuitenkin samanlaisia joka maailmankolkassa. Toiveenani on, että mahdollisimman moni oppilas saisi riittävät tiedot ja taidot pärjätäkseen arjessa, työelämässä ja yhteiskunnassa. Mahdollisuudet oppia, oivaltaa ja menestyä kuuluvat kaikille.

Kemian opettajankoulutusyksikkö lämpimästi onnittelee Päivi Kousaa ansiokkaasta väitöskirjasta ja toivottaa hänelle parhainta menestystä jatkoonkin!

Lisätietoa

Molekyylimallinnuksen relevanssi kemian opetuksen työtapana

Kokevatko yläkoululaiset tietokoneavusteisen molekyylimallinnuksen relevantiksi työskentelytavaksi? Tähän kysymykseen etsittiin vastausta kesällä yksiköstä valmistuneen FM Oona Kiviluodon pro gradu -tutkimuksessa. Tutkimus toteutettiin määrällisenä survey-tutkimuksena, jonka aineisto koostui talven aikana Kemianluokka Gadolinissa vierailleista oppilasryhmistä, joiden opintokäynti sisälsi molekyylimallinnusta.

Kiviluodon tutkimus toi uutta tietoa aiheen tieteelliseen keskusteluun. Aikaisempien tutkimusten perusteella tiedettiin, että oppilaat pitävät tietokoneavusteisesta molekyylimallinnuksesta ja kokevat sen tukevan kemian ymmärtämistä, mutta työtavan relevanssista ei ollut aikaisempaa tutkimustietoa. Relevanssin teoreettisena viitekehyksenä käytettiin Stuckeyn ja kumppaneiden (2013) relevanssimallia, jonka mukaan relevanssi voi olla henkilökohtaista, ammatillista tai yhteiskunnallista.

Suoritetun tutkimuksen mukaan molekyylimallinnus tuki oppilaiden käsitystä siitä, että kemianosaamista tarvitaan yhteiskunnassa ja että kemistin ammatissa käytetään erilaisia tietokoneavusteisia menetelmiä. Tietokoneavusteinen molekyylimallinnus on keino tukea kemian opetuksen relevanssia monipuolisesti.

Kiviluoto suosittelee molekyylimallinnuksen ottamista omaan opetukseen. Tekninen kynnys on pieni, sillä selaimessa toimivat ilmaiset ohjelmistot (kuten edumol.fi ja molview.org) eivät vaadi erillistä asennusta koneelle. Mallinnuksessa vaadittava sisällöllinen osaaminen kattaa käsitteet atomi, molekyyli ja sidos, jonka takia molekyylimallinnus soveltuu hyvin esimerkiksi 7.-luokalle.

Tutustu koko tutkimukseen tästä.

 Teksti ja kuva: Oona Kiviluoto
 Toimitus: Johannes Pernaa

Uutta tutkimustietoa kestävän kehityksen ja kiertotalouden opettamisesta

Kesällä 2018 yksiköstämme valmistunut FM Hanna Mustikkaniemi selvitti pro gradu -tutkimuksessaan aineenopettajaopiskelijoiden käsityksiä kestävästä kehityksestä ja kiertotaloudesta. Tutkimusaihe on tärkeä ja ajankohtainen. Se on otettu vahvasti huomioon myös opetussuunnitelmien perusteissa, jossa kestävä kehitys mainitaan 168 kertaa.

Kestävä kehitys on monialainen aihe, joka koostuu ekologisista, sosiaalisista ja taloudellisista näkökulmista. Monialaisuutensa ansiosta se on mainio aihe eheyttävään opetukseen  teema yhdistää elinympäristön ja yhteiskunnan luonnollisesti koulumaailmaan, mutta vaatii myös usean oppiaineen tietojen ja taitojen osaamista sekä soveltamista.

 

Mustikkaniemi keräsi gradun tutkimusaineiston Matematiikka ja luonnontieteet yhteiskunnassa -kurssin yhteydessä vuosien 2015–2017 aikana. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää opiskelijoiden käsityksiä kestävästä kehityksestä ja kiertotaloudesta. Lisäksi tutkittiin, miten opiskelijat toteuttaisivat kestävän kehityksen opetusta kurssin jälkeen.

Tutkimuksessa havaittiin, että käsitykset etenkin kestävästä kehityksestä ovat painottuneet sen ekologiseen osa-alueeseen. Kestävän kehityksen opettamiseen opiskelijat hyödyntäisivät mieluiten kurssillakin hyödynnettyjä opetusmenetelmiä eli eheyttävää opetusta, vierailuja ja projekteja.  Projektipohjainen oppiminen nähtiin innostavana opetusmenetelmänä. Työtapa motivoi, antaa mahdollisuuden laajan näkökulman kehittymiseen ja opettaa työelämän edellyttämiä taitoja. Sen haasteeksi koettiin oppilaiden henkilökohtaisten tavoitteiden erot ja sopivan tuen tason löytäminen. Lisäksi sen koettiin olevan haastava ja aikaa vievä työtapa opettajalle.

Tutkimus antaa katsauksen opiskelijoiden tämän hetken käsityksiin kestävästä kehityksestä ja kiertotaloudesta. Tutkimustuloksia voidaan hyödyntää myös vastaavanlaisten kurssien kehittämiseen. Tämä tutkimus toimii hyvänä avauksena etenkin kiertotalouteen liittyvän tutkimuksen saralla opettajankoulutuksessa.

Tutustu koko tutkimukseen tästä.

Vinkki opettajille: MALU-Kursseilla on luotu kestävään kehitykseen ja eheyttävään opetukseen pohjautuva yritysyhteistyömalli. Luodut mallit auttavat opettajia erityisesti yhteisöllisten oppimiskokonaisuuksien toteuttamisessa. Vapaasti käytettävissä olevat yhteistyömallit löytyvät täältä: https://maluyhteiskunnassa.wordpress.com/contact/.

Teksti ja kuva: Hanna Mustikkaniemi
Toimitus: Johannes Pernaa