Helsingin normaalilyseo on osallistunut National Science Foundationin ja Suomen Akatemian rahoittamaan Yhdysvaltojen ja Suomen yhteiseen luonnontieteiden opetukseen liittyvään projektiin Crafting Engagement in Science Environments. Projektin taustalla ovat Yhdysvalloissa käytössä olevat luonnontieteiden opetussuunnitelmat Next Generations Science Standards (NGSS) sekä Suomen uudet opetussuunnitelmat. Molemmissa korostuu oppilaskeskeinen, oppilaita aktivoiva opiskelu. Sen toivotaan lisäävän oppilaiden kiinnostusta, motivaatiota ja sitoutuneisuutta luonnontieteiden opiskelua kohtaan sekä lisäävän positiivisia oppimiskokemuksia. Projektilähtöinen kokeellisuuteen perustuva opiskelu (project-based science) on yksi tapa toteuttaa uusia opetussuunnitelmia. Yhteistyöprojektissa Michigan State Universityn ja Helsingin yliopiston tutkijat sekä paikallisten koulujen opettajat ovat työskennelleet luonnontieteiden opetuksen kehittämiseksi tutkimalla uudenlaisen opetuksen vaikuttavuutta. Projektin puitteissa opettajia on valmennettu projektilähtöisen opetuksen suunnitteluun. Tutkimusjaksojen aikana opettajat ovat toteuttaneet kehittelemiään opetuskokonaisuuksia. Tutkimusaineistoksi on kerätty oppilaiden kokemuksia ja tuntemuksia oppitunneilla älypuhelimilla toteutetulla aineistonkeruulla. Toimin projektissa opettajana ja kehittelin projektilähtöisen opetuksen mukaisia opetuskokonaisuuksia. Esittelen seuraavaksi projektilähtöisen opetuksen idean sekä kuvailen, mitä tarkoitetaan optimaalisella oppimishetkellä. Tutkimuksen toteutuksen esittelyn jälkeen kerron lyhyesti alustavista tutkimustuloksista. Tarkempia tuloksia julkaistaan myöhemmin.

Projektilähtöinen opetus 

Projektilähtöisen opetuksen lähtökohtana on johdatteleva konkreettinen oppilaita koskettava ja heille merkityksellinen kysymys (driving question). Oppilaat joutuvat muodostamaan johdattelevasta kysymyksestä tarkentavia kysymyksiä, jotka ohjaavat ja täsmentävät niihin liittyvien kokeellisten tutkimusten suunnittelua. Kokeellisen työn tavoitteena on rakentaa malli, joka vastaa johdattelevaan kysymykseen ja selittää kyseistä ilmiötä. Tutkimuksen suunnittelussa ja toteutuksessa on olennaista oppilaiden keskinäinen yhteistyö. Jokainen oppilas sitoutuu opiskeluun osallistuessaan tutkimusten suunnitteluun ja toteutukseen. Eritasoisilla oppijoilla on paikkansa yhteisessä projektissa, johon jokainen osallistuu omilla ehdoillaan ja vahvuuksillaan.

Oppilaat analysoivat ja tulkitsevat tutkimustensa tulokset esimerkiksi graafisesti ja etsimällä eri ominaisuuksien välisiä riippuvuuksia. Kokeellisten tutkimusten tuloksena syntyy malli tutkittavasta ilmiöstä. Malli tarjoaa vastauksen alkuperäiseen kysymykseen. Malli myös antaa aiheen jatkokysymyksille ja jatkotutkimuksille. Projektilähtöisessä oppimisessa on tärkeää, että tutkimuksen tuloksena syntynyt malli tutkittavasta ilmiöstä esitellään muille ryhmille. Muiden ryhmien kommenttien perusteella mallia kehitetään ja tarkennetaan. Tutkimustulosten esitteleminen kehittää oppilaita ilmaisemaan itseään, keskustelemaan luonnontieteellisestä tiedosta ja perustelemaan väitteitään. Myös opettaja on osana oppijoiden yhteisöä. Opettajan rooli on keskustella oppilaiden kanssa ja auttaa tarvittaessa.  Tutkimuksen tekemisessä ja tulosten analysoinnissa sekä mallien rakentamisessa käytetään teknologisia apuvälineitä monipuolisesti.

Optimaalinen oppimishetki 

Projektilähtöisen opiskelun toivotaan lisäävän optimaalisia oppimishetkiä. Optimaalinen oppimishetki syntyy sopivan haastavan tehtävää tehdessä. Silloin oppilaat ovat sitoutuneita opiskeluun ja kokevat oppimansa kiinnostavaksi. Optimaalisessa oppimishetkessä oppilas on syvästi keskittynyt tehtäväänsä, hän tuntee tyytyväisyyttä omaan panostukseensa sekä kokee onnistuneensa. Tärkeää on myös tiedon kokeminen tärkeäksi ja merkitykselliseksi. Toisaalta optimaaliseen oppimishetkeen voi myös sisältyä pientä stressiä, epävarmuutta tai jopa ahdistuksen tunnetta. Optimaalinen oppimishetki on hetkellinen ja paikallinen, ja tapahtuu oppilaan ollessa täysin keskittynyt ja omistautunut tehtäväänsä. Sitä voidaan myös kuvata flow-tilaksi. Oppitunnin aikana oppimishetkien taso vaihtelee ja siitä syystä tämän tutkimuksen menetelmän avulla voidaan saada tietoa erilaisista hetkistä oppitunnin aikana.

Tutkimuksen toteutus 

Tutkimukseen osallistui yläasteen 9. luokan oppilaita ja opiskelijoita lukion eri asteilta sekä Helsingistä että Michiganista. Tutkimusta varten opettajat osallistuivat työpajoihin, joissa esiteltiin projektilähtöisen oppimisen keskeiset periaatteet sekä annettiin esimerkkejä niiden toteutustavoista. Kukin opettaja laati oman kurssin sisältöihin ja luokka-asteelle soveltuvan projektin. Projektit olivat kestoiltaan kolmen oppitunnin mittaisia. Projektin jälkeen oli kolmen oppitunnin mittainen vertailujakso, jolloin opetuksen toivottiin olevan perinteisempää, jotta voitiin verrata erilaisen opetuksen vaikutusta oppilaiden kokemuksiin. Sekä projektien että perinteisten oppituntien aikana oppilaat saivat kolme tutkimuspuhelimella vastattavaa kyselyä. Tavoitteena oli erityisesti selvittää oppilaiden tuntemuksia, innostusta, tylsistymistä tai onnistumista erilaisten aktiviteettien aikana.

Kokonaisuuksien vaikuttavuutta oppilaiden sitoutumiseen ja tunnetiloihin oppitunnin aikana tutkittiin uudenlaisella älypuhelimilla toteutetulla aineistonkeruulla (Experience Sampling Method). Yksi tutkimuksen tavoite olikin tämän tiedonkeruun kokeileminen ja kehittäminen. Oppitunnin jälkeen tehdyssä kyselyssä tai haastattelussa oppilaiden on usein vaikea muistaa tuntemuksiaan oppitunnin eri vaiheissa. Älypuhelimilla toteutetun tiedonkeruun etu on se, että sillä voidaan saada tietoa oppilaiden tunnetiloista ja sitoutumisesta oppitunnin eri vaiheissa juuri tutkittavalla hetkellä sekä siitä, miten erilaiset oppimistehtävät ja kontekstit vaikuttavat oppilaiden tunnetiloihin. Puhelinkysymysten vastaamiseen kului keskimäärin 90 sekuntia aikaa.

Tutkimustuloksia 

Projektiin liittyvien tutkimusten julkaisuissa on tähän mennessä esitelty uutta älypuhelimilla toteutettua aineistonkeruuta, optimaaliseen oppimiskokemukseen liittyviä tuloksia sekä tuloksia siitä, miten tytöt ja pojat kokevat luonnontieteiden opiskelun. Tutkimustulokset liittyen oppituntien erilaisten aktiviteettien ja oppilaslähtöisten tehtävien vaikutukseen optimaalisiin oppimishetkiin ovat vielä julkaisematta.

Tämän projektin tutkimustulokset olivat aikaisempien tutkimusten kanssa samansuuntaisia siinä, että tytöt kokivat biologian ja maantieteen mielenkiintoisemmiksi kuin eksaktit luonnontieteet. Tutkimustuloksena havaittiin myös, että optimaalisia oppimishetkiä tapahtui sekä luonnontieteiden että muiden aineiden oppitunneilla verrattain harvoin. Yhdysvaltalaiset pojat kokivat tyttöjä enemmän aktiivisuutta, tyytyväisyyttä ja onnellisuutta kaikilla oppitunneilla. Tytöt taas tunsivat olonsa luonnontieteiden tunneilla stressaantuneemmaksi. Suomessa näitä eroja ei kuitenkaan havaittu.

Suomalaiset oppilaat olivat keskimäärin sitoutuneempia ja vähemmän stressaantuneita kuin yhdysvaltalaiset. Toisaalta Suomessa esiintyi useammin tilanteita, joissa oppilaat kokivat sitoutumista (engagement) ja uupumusta (exhaustion) samanaikaisesti. Toivottavasti nämä tulokset saavat lisäselvitystä ja tarkennusta piakkoin.

Lopuksi 

Tutkimukseen osallistuminen on ollut erittäin antoisaa ja opettavaista. Projektilähtöisessä opiskelussa oppilaat ovat aktiivisia ja joutuvat ottamaan enemmän vastuuta omasta oppimisestaan. Projektilähtöisen opetuksen toteutus ei ollut aivan helppoa, sillä oppilaat ovat tottuneita kuuntelemaan ja ottamaan vastaan tietoa opettajalta, jolloin avoin tehtävänanto vaatii heiltä totuttelua. Tämä seikka saattoi vaikuttaa tutkimustulokseen, jonka mukaan optimaalisia oppimishetkiä ei ollut usein. Uudenlaiset opetuksen lähestymistavat vaativat sekä opettajilta että oppilailta totuttelua ja positiiviset vaikutukset eivät yleensä synny hetkessä.

Tässä projektissa ja tutkimuksessa luonnontieteiden oppiminen nähdään tapahtumana, jossa oppiminen on sidottu sosiaaliseen vuorovaikutukseen ja oppilaan tunnetilaan. Jatkossa on syytä tarkastella minkälaiset aktiviteetit lisäävät oppilaiden sitoutumista opiskeluun ja miten oppilaita voidaan tukea optimaalisen oppimishetken. On myös syytä kiinnittää huomiota opettajien kykyihin tunnistaa ja tiedostaa oppilaiden tunnetilojen vaikutus oppimiseen.

Lähteet 

Krajcik,J. 2015. Project-based Science. Engaging students in three-dimensional learning. The Science Teacher. Vol.82.

Linnansaari, J., Viljaranta, J., Lavonen, J., Schneider, B., & Salmela-Aro, K. 2015. Finnish Students  Engagement in Science Lessons. NorDiNa: Nordic Studies in Science Education, 11 (2), 192-206.

Schneider, B., Krajcik, J., Lavonen, J., Salmela-Aro, K., Broda, M., Spicer, J., Bruner, J., Moeller, J., Linnansaari, J., Juuti, K. & Villjaranta, J. 2016. Investigating Optimal Learning Moments in  U.S. and Finnish Science Classes. Journal of Research in Science Teaching. Vol  53.