Anja Huurinainen-Kosunen ja Sari Muhonen, Helsingin yliopiston Viikin normaalikoulu
Tieto- ja viestintäteknologinen osaaminen nähdään tärkeänä kansalaistaitona sekä itsessään että myös osana monilukutaitoa, joten se on sekä oppimisen kohde että väline. Ajattelun taitojen kehittäminen on tärkeässä osassa uuden opetussuunnitelmamme (POPS, 2014) perusteita. Ohjelmointitaitojen opiskelu kaikilla perusopetuksen vuosiluokilla tulee osaksi opetusta. Vertaisoppiminen ja yhteistyötaidot tukevat oppilaan oppimista ja ohjaavat ymmärtämään oppilaan omaa oppimis- ja opiskeluprosessia.
Mitä ohjelmointi sitten on alakoulussa? Miten sitä toteutetaan mielekkäästi, motivoivasti ja pedagogisesti järkevästi? Miten se liittyy opetettaviin oppiaineisiin? Miten ohjelmointi kytkeytyy laaja-alaiseen osaamiseen ja monialaisiin oppimiskokonaisuuksiin?
Tässä raportissa kuvaamme, käsitteellistämme ja analysoimme kokemuksiamme alakoulun ohjelmoinnista tutkija-opettajien näkökulmasta. Toteutimme ohjelmoinnillisen ajattelun kehittämisen opintokokonaisuuden osana monialaista opetusharjoittelua. Opintokokonaisuuteen liittyi vahvasti monitahoista vertaisoppimista opettajien, opetusharjoittelijoiden ja oppilaiden kesken. Mukana kokeilussa oli myös koulunkäyntiavustaja tasavertaisena aikuisena. Lopuksi pohdimme ohjelmoinnin ja vertaisoppimisen mahdollisuuksia ja haasteita alakoulussa.
Taustaa kokeilu- ja kehittämistoiminnalle
Ohjelmointi ja ohjelmoinnillinen ajattelu (computational thinking) voidaan nähdä yhtenä tulevaisuuden perustaitona. Ohjelmointi on ajattelun taitojen kehittämistä, ongelmanratkaisua ja loogista päättelykykyä, mutta myös luovaa ilmaisua (ks. Wang, 2016). Sen rooli rinnastuu kirjoittamisen ja laskemisen taitoihin, joita opitaan alkuopetuksessa ja joita käytetään luontevina työvälineinä ylemmillä luokilla.
Oppilaiden innostaminen ohjelmointiin ja sitouttaminen pitkäjänteiseen työskentelyyn vaatii hyvää etukäteissuunnittelua sekä prosessin aikana tapahtuvaa reflektointia ja mahdollisia korjaavia toimenpiteitä. Reeve (2012) puhuu sitouttamisen ja motivaation merkityksestä ja pohtii mikä niiden yhteys on. Olennaista on, kuinka opettaja panostaa ohjelmointiin sitouttamiseen, sillä sitoutuminen ei välttämättä synny itsestään. Sen tulisi tapahtua sekä käyttäytymisen että tunteiden tasolla, mutta myös sekä tiedollisella että toiminnallisella tasolla. Kun oppilas on sitoutunut kaikkien näiden osa-alueiden kautta (käyttäytyminen, tunteet, tiedollinen ja toiminnallinen taso) hänellä on päämäärä johon pyrkiä, fokus. Oppilas tietää tavoitteen ja sitoutuu siihen.
Vertaisoppiminen
Vertaisoppiminen on ideaalitilanteessa tavoitteellista työskentelyä, missä oppijat (esim. oppilas-oppilas, opettaja-opettaja, opetusharjoittelija-opetusharjoittelija) ovat tasavertaisessa asemassa sekä toimintaan sitoutuneita. Se voi sisältää yhdessä oppimista tai toisen ohjaavaa roolia. Olennaista on vuorovaikutus, neuvotteleminen, kysyminen, käsitteellistäminen ja keskustelu, yhdessä kokeileminen ja yhdessä kokeminen (vrt. Topping, 2005). Yhdessä toimien ja keskustellen kehitetään opetussuunnitelman mukaista laaja-alaisen osaamisen aluetta Ajattelu ja oppimaan oppiminen (L1) (POPS, 2014, s. 20).
Kokeilukonteksti ja tavoitteet – prosessikuvaus
Ohjelmoinnillista ajattelua tukevaa opetuskokonaisuutta lähdettiin suunnittelemaan monitahoisena yhteistyönä Helsingin yliopiston Viikin normaalikoulussa aluksi lukuvuonna 2014-2015 ja sitten syksyllä 2016. Uutta oppimassa olivat kahden luokan oppilaat (2.-3.lk ja 5.-6.lk), luokanopettajat, aineenopettaja, erityisopettaja, opetusharjoittelijat ja kouluavustaja. Projektin alkuvaiheessa koulun tvt-opettaja oli mukana muutamilla tunneilla. Erityisopettaja oli mukana silloin, kun hänen työjärjestykseensä sopi.
Tavoitteena oli saada kokemuksia vertaisoppimisesta monella eri tasolla (luokanopettaja, opetusharjoittelija, koulunkäyntiavustaja, oppilas) ja oppia yhdessä ohjelmoinnillisia taitoja. Tavoitteena oli myös löytää sopivia malleja ohjelmoinnin oppimispolun toteuttamiseen ja niiden lanseeraamiseen muiden opettajien käyttöön. Opetusharjoittelun näkökulmasta tavoitteena oli antaa opettajaopiskelijoille valmiuksia kehittää yhteistyössä uusia toimintamalleja, työskennellen yli luokka-asterajojen toteuttamalla laaja-alaisen osaamisen alueita sekä monialaista oppimiskokonaisuuutta. Oppilaiden näkökulmasta tavoitteena oli antaa oppilaille valmiuksia ymmärtää, mitä ohjelmointi on ja saada kokemuksia oivaltamisen ilosta.
Opettajankouluttajilla (2) oli ohjaajina kokonaisvastuu sekä oppilaiden että opiskelijoiden oppimisprosessista ja koko prosessin eteenpäin viemisestä. Kaikilla aikuisilla (ohjaavat opettajat, opettajaharjoittelijat sekä koulunkäyntiavustaja) oli vastuu ohjelmoinnilliseen ajatteluun ohjaamisessa.
Keväällä 2015 luokanopettajat ennakoivat uuden opetussuunnitelman perusteiden tuloa pohtien ohjelmoinnin opetuksen aloittamista syksyllä 2015. Lukuvuoden 2015-2016 aikana kummiluokat (2. ja 5. lk) aloittivat yhteistyön kummipareina käyttäen code.org-sivustoja sekä muutamia muita ohjelmointiin soveltuvia graafisia ohjelmia. Alkuvaiheessa ohjelmoitiin ilman laitteita ja tutustuttiin graafiseen ohjelmointikieleen.
Opetuskokonaisuuden (2015-2016) tavoitteena opettajien osalta on ollut hyödyntää yhteissuunnittelua ja jakaa tietotaitoa, oppia ohjaamaan oppilaita ohjelmointiin vertaisoppimisena (kummiluokkaparit) sekä oppia vertaisoppimisena ohjelmointia kollegojen ja oppilaiden kanssa.
Syksyllä 2016 jatkettiin opetuskokeilua liittäen mukaan luokanopettajakoulutuksen Monialainen harjoittelu 2, missä kahden luokan (3. ja 6. lk, yhteensä 48 oppilasta) opettajaopiskelijat (4) otettiin mukaan suunnittelemaan ja toteuttamaan ohjelmointia roboteilla. Ennen projektin alkua aikuisilla oli yhteinen workshop, missä tutustuttiin laitteisiin ja luotiin pohjaa suunnittelulle.
Opetuskokonaisuudesta tehtiin Monialainen oppimiskokonaisuus kuuden viikon ajalle, missä huomioitiin laaja-alaisen osaamisen (L1, L7) alueet sekä asiaan liittyviä matematiikan sisältöjä. Ohjelmoinnin aikana oppilaita ohjattiin myös sanallistamaan tuotoksiaan. Projektin aikana ohjelmoitiin robotteja Scratch-pohjaisella graafisella ohjelmointikielellä, josta oppilailla oli kokemuksia jo edelliseltä lukuvuodelta. Robottien ohjelmoinnissa käytettiin myös sensoreita. Tuotoksia sanallistettiin ja vähitellen alettiin tuottaa myös omia pelejä sekä robottitarinoita.
Oppilaita koskevina tavoitteina oli tutustuttaa oppilaat ohjelmointiin, tarjota mahdollisuus oppia ohjelmoinnillista ajattelua, ongelmanratkaisua ja loogista päättelykykyä, sekä mahdollistaa luovuutta ohjelmoinnin avulla. Työskentelyssä mukana olleilla aikuisilla oli ohjaava rooli suhteessa oppilaisiin ja vertaistuki toistensa kanssa.
Opetuskokonaisuus toteutettiin kuuden viikon aikana. Työskentely tapahtui siten, että kummastakin luokasta (3. ja 6. lk) oli yhdellä kertaa paikalla puolet oppilaista. Yhtäaikaa roboteilla työskenteli 11-12 oppilasparia. Jokaiselle ohjelmointitunnille suunniteltiin jokin uusi asia, jota pohjustettiin tunnin alussa yhteisellä tuokiolla. Sen jälkeen parit työskentelivät ja aikuiset ohjasivat työskentelyä tarvittaessa. Jokainen ohjelmointitunti reflektoitiin ja pohdittiin kehittäviä näkökulmia seuraavaa ryhmäkertaa varten. Kolmannella luokalla ohjelmointi liitettiin vahvasti matematiikan jaksoon, josta luotiin monialainen oppimiskokonaisuus. Matematiikassa mittaamisen ja osin geometrian osa-alueet tukivat hyvin ohjelmointia. Robottityöskentelyn ohessa kolmas luokka pelasi Robogem-lautapeliä ja oppilaat tekivät omia pelejä code.org-sivuston avulla. Kuudes luokka osallistui ohjelmointikilpailuun, jossa ohjelmointitehtävään liittyi myös tarinan luominen, videointi ja muotoilu. Luokissa keskusteltiin myös, miksi ohjelmointi on tulevaisuuden taito kaikille ja mihin ohjelmointia tarvitaan. Luokissa katsottiin myös peliohjelmoijien kertomuksia pelien kehittelystä ja ohjelmoinnista.
Kokemusten tutkiminen ja tutkijaopettajien näkökulma
Tarkastelemme tutkija-opettajien (kirjoittajat) kuvailevaa käsitteellistämistä sekä reflektiivistä ja tulkinnallista analyysiä opetustoiminnasta (Dewey, 1933/LW 8; Mezirow, 1990; Schön, 1983, 1987). Tavoitteena on sekä oppia ja kehittää omaa toimintaa, että mahdollisesti herättää ajatuksia muissa konteksteissa.
Käsittelemme ohjelmoinnillisen ajattelun kehittämisen opintokokonaisuutta tapauksena, ‘case’ (see Stake, 1994 ja 1995), jonka kautta teemme yksittäistä kokeilua tutkimalla myös yleisempiä opetustoimintaa koskevia pohdintoja. Reflektointi ja tietoinen toiminnan ja kokemusten analysointi mahdollistavat neuvokkaan ja tietoisen toiminnan tulevissa tilanteissa (ks., Dewey, 1933/LW 8; Mezirow, 1990; Schön, 1983; ks. myös Lyons, 2010). Schönin (1983) kirjoituksissa reflection-on-action nähdään sitoutumisena jatkuvan oppimisen prosessiin, joka puolestaan on tärkeä piirre opettajan professionaalisessa käytännössä.
Analysoimme opettajien (2) ja opetusharjoittelijoiden (4) ja koulunkäyntiavustajan kokemuksia opintokokonaisuudesta, joita kaikkia pidettiin tasavertaisina uuden työskentelytavan kehittäjinä. Kokemustieto on koottu ryhmähaastatteluina ja kirjallisena itsereflektiona. Keskustelevat tavat koota kokemustietoa nähdään osallistujien tasa-arvoa tukevina (esim.Clandinin & Connelly, 1994, p. 422). Toisaalta opetusharjoittelun ohjaaja-tutkijan asema voidaan nähdä eettisesti haastavana sen sisältämien valtasuhteiden vuoksi. Opetusharjoittelijat uskalsivat kuitenkin esittää myös kriittisiä kommentteja, joten ainakin jollain tasolla yhteisreflektion voitiin nähdä toimivan. (Huom. Opintokokonaisuudesta on koottu myös oppilaiden kokemustietoa, joita analysoidaan toisaalla). Ryhmähaastatteluaineistoa ja opiskelijoiden yksilöreflektointeja luettiin useaan kertaan ja sieltä oli mahdollista löytää selkeitä teemoja, joita esitellään seuraavassa.
Tuloksia ja pohdintaa: Kuka oppi ja keneltä? Mitä opittiin ja mitä pitäisi kehittää?
Luokanopettajien, opettajaopiskelijoiden sekä koulunkäyntiavustajan kokemukset olivat pääosin myönteisiä. Työskentely tuki opetussuunnitelmassa olevaa tieto- ja viestintäteknologian hyödyntämistä osana laaja-alaista osaamista sekä monialaisia oppimiskokonaisuuksia (ma, fy, ym, ai, ku). Vertaisoppiminen koettiin mielekkäänä
(3. ja 6. luokkien yhteistyö) työtapana. Oppilaat pohtivat erilaisia ratkaisuvaihtoehtoja yhdessä reflektoiden. Oppilaita kannustettiin puhumaan ja selittämään, mitä ohjelmointitilanteessa tapahtuu. Pulmatilanteissa myös aikuisten vertaistuki auttoi nopeammin eteenpäin.
Opettajaopiskelijat kokivat opetusharjoittelussaan ohjelmointiin ohjaamisen etuoikeutena. He kuvasivat kokemustaan merkittäväksi oman ammatillisen identiteetin kehittymisessä. Se poisti myös mahdolliset pelot ohjelmoinnin opettamisen sekä uudenlaisten työtapojen käyttöönotossa, mikä tuli esille vertaisoppimisen muodossa. Työtapa, missä eri-ikäiset oppilaat työskentelevät yhdessä toimi heidän mielestään pääsääntöisesti hyvin. Ohjelmointituntien jälkeen jälkeen käydyissä reflektiivisissä keskusteluissa opettajaopiskelijat joutuivat pohtimaan mm. työparien ja ohjelmointitehtävien toimivuutta sekä yhteisten opetustuokioiden sisältöjä.
Projektin alkuvaiheessa kolmasluokkalaisten innostus vaikutti myönteisesti niihin kuudesluokkalaisiin, jotka eivät olleet niin motivoituneita. Pulmallisissa tilanteissa kuudesluokkalaisen laajempi osaaminen ja pidemällä olevat ajattelun taidot helpottivat ongelmanratkaisua. Opettajaopiskelijat kokivat myös myönteisenä sen, että oppilaat pystyivät vaivattomasti hyödyntämään aiemmin opitun seuraavassa ohjelmoinnin vaiheessa.
Opetusharjoittelua ohjaavien luokanopettajien näkökulmasta yhteinen ohjaaminen uudenlaisessa kontekstissa tuntui mielekkäältä (ks. KUVIO 1). Kenenkään ei tarvinnut olla ekspertti, vaan ohjaaminen oli sekä jaettu vastuu että jaettu oppimiskokemus. Työskentelyilmapiiri oli rento ja kehitysmyönteinen. Koulunkäyntiavustaja koki projektissa mukana olon mielekkäänä toimintatapana, missä hän koki itsensä tasavertaiseksi aikuiseksi ohjaamassa oppilaita. Hänelle koko prosessi oli myös ammatillista kehittymistä, täydennyskoulutusta.
Projektin aikana havaitsimme, että alkuvaiheessa olisi pitänyt motivoida oppilaita vielä enemmän ymmärtämään ohjelmoinnin merkitys tulevaisuuden taitona. Pohdimme myös, että oppimaan oppimisen ja sitkeän ponnistelun merkityksen roolia olisi voinut sanallistaa jo alussa. Laitteiden toimivuuden tulee olla myös takuuvarmaa. Oppilaat ovat tottuneet, että laitteet ovat nopeita ja toimintakunnossa. Tekniset pulmat aiheuttavat helposti turhautumista.
Opettajien on hyvä pohtia, kuinka tukea oppilaiden itseohjautuvuutta, sitoutumista ja motivaatiota omissa oppimisprosesseissaan (ks. Reeve, 2012). Olennaista on myös pohtia, miten ohjelmoinnin avulla oppilaat saadaan innostumaan ja ymmärtämään ohjelmoinnin merkitys osana tulevaisuuden taitoja (The Human Capital Report, 2016). Pohdimme, että sitoutuminen työskentelyyn olisi mahdollisesti vahvempaa, jos prosessin aikana olisi esitelty esimerkiksi henkilöitä, jotka ovat ohjelmoinnin avulla kehittäneet erilaisia laitteita, pelejä jne. tai olisimme osanneet muutoin paremmin liittää ohjelmoinnin oppilaiden elämään.
Vuorovaikutteisissa ongelmanratkaisuprosesseissa opettajan rooli vaihteli tilanteen mukaan. Ajoittain oli tarvetta mallintaa, ohjata sensitiivisesti, ja keskustella, ajoittain antaa tilaa oppilaiden pohdinnalle. Keskustelujen ja sanallistamisen kautta oppilaat sitoutetaan prosessiin, missä oppijat ovat tasavertaisessa suhteessa toisiinsa. Sensitiivinen ohjaus voi tapahtua usealla tasolla: tunnetasolla (pystyvyys), tiedollisella tasolla (sisältötietous) ja prosessin etenemisen tasolla (sosiaaliset vuorovaikutustaidot ja loppuun saattaminen) (ks. Muhonen, 2016). Ajoittain opettajan on hyvä antaa oppilaiden ponnistella. Ajoittain opettajan on tarpeen lisätä tilanteessa olemistaan, mallintaa ja ohjeistaa, olla läsnä. Opettaja pystyy taitavalla toiminnalla kantamaan prosessin etenemistä niin, että että oppijan toimijuus ja pystyvyys ovat keskiössä.
Projektin aikana havaitsimme, että ohjelmointituntimme olivat liian lyhyitä, jolloin osa työstä jäi kesken. Olisikin hyvä, jos opetustilanne rakentuisi siten, että alussa olisi selkeä yhteinen opetustuokio (10-15 min), missä käydään läpi uusia käsitteitä ja/tai uusia toimintaohjeita ja tehtäviä. Varsinainen vertaistyöskentely voisi kestää noin tunnin, jonka jälkeen olisi yhteinen reflektio (10-15 min) oivalluksista, opitusta, pulmista ja kehittämisehdotuksista yhdessä oppilaiden ja ohjaavien aikuisten kesken.
Kokonaisuutena koko projektista jäi myönteinen kokemus. Yhteissuunnittelu ja yhteinen toteutus ovat hyviä tapoja oppia uusia asioita. Vertaisoppiminen aikuisten ohjaajien kesken lisää varmuutta siitä, että ohjelmoinnin opettaminen on kaikille mahdollista. Vertaisoppiminen oppilaiden kesken pitää motivaatiota yllä ja antaa oppilaille valmiuksia tulevaisuuden taitoja varten. Vertaisoppimistyöskentely lisää myös tasa-arvoista suhtautumista eri ikäisten ja eri asemassa olevien toimijoiden kesken. Kaikki oppivat kaikilta!
Lähteet
Clandinin, J. D. & Connelly, M. F. (1994). Personal experience methods. In N. K. Denzin & Y. S. Lincoln (Eds.), Handbook of qualitative research (pp. 413–427). Thousand Oaks, California: SAGE.
Dewey, J. (1933/LW 8). How We Think. A Restatement of the Relation of Reflective Thinking to the Educative Process. In The Collected Works of John Dewey, 1882–1953. (2003). (Electronic edition). Charlottesville, VA, USA: InteLex Corporation.
Dewey, J. (1938/LW 12). Logic: The theory of inquiry. In The Collected Works of John Dewey, 1882–1953. (2003). (Electronic edition). Charlottesville, VA: InteLex Corporation.
Lyons, N. (Ed.). (2010). Handbook of reflection and reflective inquiry. Mapping a way of knowing for professional reflective inquiry. New York, NY: Springer.
Mezirow, J. (1990). How critical reflection triggers transformative learning. In J. Mezirow and associates (Eds.), Fostering critical reflection in adulthood: A guide to transformative and emancipatory learning (pp. 1–20). San Francisco, CA: JosseyBass Publishers.
Muhonen, S. & Myllyviita A. (2013). Uuden teknologian käyttöönoton ilot ja haasteet työyhteisössä – koulutuksen näkökulma. Teoksessa H. Juuso, A. Lindh, M. Haasari, K. Kumpulainen, K-P. Lapinoja, P. Pirilä, S. Raappana & O. Tiainen (toim.) Tutkimusperustaisuus koulussa ja opettajankoulutuksessa, Suomen harjoittelujen koulujen julkaisu 1/2013. Oulun yliopisto, Oulun normaalikoulu, 62–78.
Muhonen, S. (2016). Songcrafting practice: A teacher inquiry into the potential to support collaborative creation and creative agency within school music education.
Helsinki: Taideyliopiston Sibelius-Akatemia. http://ethesis.siba.fi/showrecord.php?ID=487075
Opettajankoulutuksen tilannekatsaus (2014):
http://www.oph.fi/download/163626_opettajankoulutuksen_tilannekatsaus.pdf
POPS. Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet (2014). Helsinki: Opetushallitus.
http://www.oph.fi/download/163777_perusopetuksen_opetussuunnitelman_perusteet_2014.pdf
Reeve, J. (2012). A self-determination theory perspective on student engagement. In S.L. Christenson & al. (Eds.) Handbook of Research on Student Engagement, pp. 149–172.
Schön, D. A. (1983). The reflective practitioner. How professionals think in action. New York, NY: Basic Books.
Schön, D. A. (1987). Educating the reflective practitioner: Toward a new design of teaching and learning in the professions. San Francisco, CA: Jossey-Bass.
Stake, R. E. (1994). Case studies. In N. K. Denzin & Y. S. Lincoln (Eds.), Handbook of qualitative research (pp. 236–247). London, UK: SAGE.
Stake, R. (1995). The art of case study research. Thousand Oaks, CA: SAGE.
Suomen harjoittelukoulujen ohjelmointipolku. eNorssi.
file:///C:/Users/User/Downloads/Ohjelmointipolku_26112015.pdf
The Human Capital Report 2016.
http://reports.weforum.org/human-capital-report-2016/
Topping, K. J.(2005). Trends in Peer Learning.Educational Psychology, 25(6), pp. 631–645.
Lisäksi: