OPPILAIDEN ENNAKKOKÄSITYKSET

© Lavonen, Meisalo & al.

Ennakkokäsitysten tutkimus

1970-luvun alussa luonnontieteiden opetuksen tutkijat kiinnostuivat oppilaiden tietorakenteesta ja heidän esittämistään luonnonilmiöitä koskevista selityksistään, johtopäätöksistään ja ennusteistaan. Tällaisia oppilailla esiintyviä mielikuvia ja uskomuksia luonnonilmiöiden selityksistä kutsutaan oppilaiden ennakkokäsityksiksi. Tutkimuksissa havaittiin, että oppilaiden ennakkokäsitykset ovat sangen pysyviä ja usein ristiriidassa luonnontieteellisen tiedon kanssa, vaikka luonnontieteitä opetetaan ala-asteelta ammatilliseen tai lukiokoulutukseen asti. Pfundt ja Duit (1993) ovat koonneet tietopankkiin tiedot yli 2800:sta ennakkokäsitysten tutkimuksesta. Ennakkokäsityksistä on pidetty useita kansainvälisiä seminaareja.

Ennakkokäsitysten tutkijat käyttävät likimain samassa merkityksessä käsitteitä väärä ennakkokäsitys, oppilaan ennakkokäsitys, vaihtoehtoinen käsitys, vaihtoehtoinen viitekehys. Oppilaan ennakkokäsityksellä voidaan tarkoittaa :

1. Oppilas vastaa kysymykseen tai selittää väärin havaitsemansa ilmiön uskomuksiensa pohjalta. Nämä uskomukset ovat kehittyneet oppilaan omista havainnoista (esim. Aurinko kiertää Maata, lämpö on lämmintä ilmaa, suola sulaa veteen).
2. Oppilas selittää havaitsemansa ilmiön nopeasti syntyvän intuitiivisen käsityksen pohjalta (esim. heittoliikkeessä olevan pallon kiihtyvyyden suunta on radan tangentin suuntainen, lämpöä saadaan, lämpöä voidaan muodostaa sähköisesti esim. pattereilla, suola haihtuu veteen, koska se häipyy näkyvistä)
3. Oppilaan omista havainnoista ja kokemuksista kehittyneet kausaaliselitykset (esim. tasaisen liikkeen ylläpitämiseen tarvitaan voimaa, lämpöä tulee valosta, suola haihtuu pikkuhiljaa ja muodostuu pieniä kuplia pohjalle ja reunoihin).

Tässä oppilaan ennakkokäsityksellä tarkoitetaan niitä oppilaan ajattelu- ja tietorakenteita, joiden pohjalta oppilas selittää havaitsemiaan ilmiöitä ja oppii uutta tietoa. Ennakkokäsitykset ovat virheellisiä, kun ne ovat ristiriidassa yleisesti hyväksyttyjen tieteen käsitysten, selitysten ja periaatteiden kanssa. Toisaalta on huomattava, että ristiriita ennakkokäsityksen ja hyväksytyn teorian välille saattaa syntyä teorian idealisoinnista (esim. kitkattomat olosuhteet) eivätkä oppilaan kokemusten virheellisyydestä. Lisäksi on muistettava, että oppilaalla ei ole käytössään mm. niitä kaikkia käsitteitä, joita opettajalla on, ilmaistaakseen ajatuksiaan sekä näkemyksiään. Oppilaiden mahdollinen huono ilmaisutaito on otettava huomioon tulkintoja tehtäessä. Oppilaalla saattaa olla oikeita käsityksiä opetettavasta asiasta, vaikka hän ei pysty niitä selkeästi tuomaan esille.

Ennakkokäsitysten tutkimus painottuu seuraaville alueille: oppilaiden ja opettajien ennakkokäsitysten selvittäminen, teoreettinen ja filosofinen perustutkimus sekä uudet lähestymistavat opetuksessa ja opettajien täydennyskoulutuksessa. Viimeisten 20 vuoden aikana pelkästään oppilaan käsitysten selvittämisestä on siirrytty oppilaiden ja tieteen käsitysten vertailuun, opettajien käsitysten tutkimiseen, arviointikäytäntöjen kehittämiseen ja uusien opetuksen lähestymistapojen sekä opettajien täydennyskoulutushankkeiden kehittämiseen. Kvantitatiivisten tutkimusmenetelmien rinnalle ovat tulleet kvalitatiiviset menetelmät. Tutkimusten taustateorioissa ja viitekehyksissä oppimisen teorioiden rinnalle ovat tulleet kielen kehittymisen ja sosiologian teoriat sekä tieteenfilosofiasta johdetut viitekehykset.

Ennakkokäsitysten syntyminen

Ennakkokäsitykset kuten muukin tieto, käsitehierarkiat, syntyvät lapsen tai oppilaan toiminnan ja havaintojen kautta tai ne pohjautuvat kuulopuheisiin, tiedotusvälineisiin, opetukseen tai propagandaan. Esimerkiksi ionisoivasta säteilystä oppilailla ei todennäköisesti ole omakohtaisia kokemuksia, mutta hän on mahdollisesti kuullut puhuttavan tai lukenut siitä esimerkiksi sanomalehdissä ja kaunokirjallisuudessa. Seuraavia syitä on esitetty ennakkokäsitysten syntymiselle

• Oppilailla on vaikeuksia pohdiskella abstraktein käsittein. He pyrkivät käyttämään sellaisia käsitteitä, jotka ovat itse- tai ihmiskeskeisiä ja tuttuja heille jokapäiväisestä elämästä. Arkipäivän kokemus siitä, kuinka kauaksi valo etenee ja kuinka varjo muodostuu: "Lähivalot eivät riitä pitemmälle."  ja "Varjo seuraa sinua kaikkialla. Se irtoaa sinusta kuumassa auringonpaisteessa." (Ahtee, M. 1992, s. 24 ja 30)
• Oppilaille riittää ensimmäinen sopiva selitys. Päin vastoin kuin tutkijat, he eivät ole kiinnostuneita monipuolisista ja ristiriidattomista selityksistä. Oppilaiden käsitykset ovat kapea-alaisia.
• Jokapäiväisessä puheessa tietyt käsitteet saavat lisämerkityksiä ja niiden merkitys voi laajentua. Samalla käsitteiden sisältö muuttuu siitä, mitä tiedemiehet ymmärtävät kyseisillä käsitteillä.
• Oppilaiden väärinkäsitykset voivat vahvistua ala-asteella, yläasteella ja lukiossa, koska opettajien omat tiedot etenkin fysiikassa ja kemiassa ovat rajalliset ja osin virheelliset eivätkä he tiedä riittävästi oppilaiden väärinkäsityksistä sekä fysiikan ja kemian oppimisen luonteesta. Ahtee (1991) on tutkinut myös luokanopettajiksi opiskelevien käsityksiä mm. näkemisestä: "Kirjan kuva painuu verkkokalvolle.", "Kirja heijastaa kirjan muodon.", "Kirja näkyy siitä heijastuvien varjojen takia.", "Kirjan lähettämät ärsykkeet ärsyttävät silmää."...jne.
• Oppikirjoissa on paljon virheitä ja väärinkäsityksiä lisääviä ilmaisuja. Kirjoissa puhutaan esimerkiksi "auton moottorin eteenpäin työntävästä voimasta" tai "pallon potkun aiheuttamasta pallon lentoradasta".
• Olioita ja ilmiöitä kuvataan ja selitetään tieteen käsitteillä ilman, että hahmotetaan sitä kokonaisuutta, joka tarvitaan käsitteen täsmällisyyden ja laaja-alaisuuden osoittamiseksi. Oppitunneilla tarkastellaan vain yhtä ilmiötä kerrallaan ja sitäkin vain yhdestä näkökulmasta, jolloin oppilaan näkökulma muodostuu kapea-alaiseksi. Kun oppilas on luonut oman mallin, hän pitää siitä voimakkaasti kiinni ja torjuu muut selitykset, myös opettajan selitykset.
• Oppimista haittaavat kokemuksen kautta hankitun käsityksen ristiriitaisuus opittavaksi tarkoitettuun ainekseen nähden. Oppilaat osaavat opettajan esittämät oikeat teoriat tehdessään oppikirjan tehtäviä, mutta eivät sovella oppimiaan teorioita ja periaatteita todellisten ja tapahtuvien luonnonilmiöiden tulkintaan ja ennustamiseen.

Ennakkokäsitysten ottaminen huomioon opetuksessa

Samalla, kun on kartoitettu oppilaiden ennakkokäsityksiä, on kehitetty opetusmenetelmiä, jotka tukevat oppilaan työtä tietorakenteiden rakentamisessa ja ottavat myös huomioon oppilaiden ennakkokäsitykset. Modernin oppimisnäkemyksen mukaan tietoa ei voida siirtää suoraan ihmiseltä toiselle. Luonnontieteiden käsitteet ja mallit rakentuvat omakohtaisten havaintojen ja ajattelun pohjalta, konstruoimalla. Tämä ajatus ei ole uusi, sillä samansuuntaisia tulkintoja käsitteiden oppimisesta ovat esittäneet mm. Piaget ja Ausubel. Oppitunnilla uutta tietoa ei kannata tarjoilla valmiina, vaan opettajan on tiedettävä oppilaiden ennakkokäsitykset ja ohjattava heitä konstruoimaan uusia tietorakenteita tiedoista, toiminnasta ja tunteista.

Opettajan on tiedettävä ja tunnistettava oppilaiden virheelliset käsitykset ja autettava oppilasta "poisoppimaan" ne. Muussa tapauksessa virheelliset käsitykset estävät asian oikein oppimisen. Opettaja voi itse teettää oppilailleen tehtäviä, joiden avulla hän voi ottaa selvää oppilaiden ennakkokäsityksistä: ennakkojäsentäjien laadintaa, tehtävien tekemistä, esseetehtävät...jne. Lisäksi ennakkokäsityksistä on runsaasti tehty tutkimuksia niin kotimaassa kuin ulkomailla, joihin perehtymällä voi saada näkemyksen siitä, millaisia ennekkokäsityksiä oppilailla eri asioista on.

Opetuksen lähtökohtana on oltava oppilaiden kehitystaso ja aikaisempi tieto, joka on usein erilaista kuin oppikirjoissa esitetty tieto. Opettajan tulee herkästi vaistota oppilaiden ajatukset ja kyettävä ohjaamaan heitä kohti "oikeaa tietoa". Oppilaita on ohjattava näkemään ympärillään ilmiöitä ja olioita sekä pelkistämään niitä. Etenkin fysiikassa vasta tämän perushahmotuksen pohjalta oppilaan on mahdollista siirtyä kvantitatiiviselle tasolle, jossa ilmiön tai olion tarkastelua jatketaan hyvin suunnitelluilla kokeilla. Siirtyminen kvantitatiiviselle tiedon tasolle on helpompaa, kun suureiden väliset riippuvuudet esitetään graafisesti. Kaikkein keskeisintä oppimisessa on oppilaan oma aktiivisuus koetta edeltävässä keskustelussa, kokeen suunnittelussa ja tekemisessä sekä kokeesta saatujen tietojen käsittelyssä. Aktiivisuudella ei tarkoiteta tässä pelkästään aktiivista käden toimintaa, vaan aktiivista ajattelutoimintaa.

Ongelmallista uuden tiedon rakentamisessa on se, että oppilaan aikaisemmat tiedot ovat usein virheellisiä. Sen tähden oppilaat olisi opetettava tarkkailemaan eikä näkemään oppilastöissä tai demonstraatioissa sitä, mitä he haluavat nähdä. Oppilaita voidaan pyytää esimerkiksi kertomaan, kirjoittamaan tai laatimaan käsitekartta ennakkokäsityksistään ennen oppilastöitä tai demonstraatioita ja tekemään arveluja siitä, mitä demonstraatiossa tapahtuu. Arvelu auttaa oppilasta tarkkailemaan töissä juuri niitä kohtia, joista hänellä on ennakkokäsityksiä. Kokeilla testataan siten oppilaiden mielikuvia. Monet oppilaiden ennakkokäsityksistä ovat samantapaisia luonnontieteiden historiassa esiintyvien käsitysten kanssa:

Antiikin kreikkalainen Euklides esitti viisi postulaattia näkemisestä, joista kaksi koski näkemistä: Kun näkösäteet osuvat esineeseen, ne nähdään. Jos näkösäteet eivät osu esineeseen, niitä ei voida nähdä. Ahtee (1992) on tehnyt tutkimuksen oppilaiden käsityksistä valo-opin ilmiöistä ja niiden ottamisesta huomioon opetuksessa. Tutkimuksessa tuli mm. esille yksittäisten oppilaiden käsityksiä näkemisen "lainalaisuuksista", jotka ovat samankaltaisia Euklideksen käsitysten kanssa: "Kun katsot veteen, katse taittuu alaspäin. Sen tähden voit nyt nähdä kolikon.", "Se (silmästä lähtevä "näkösäde") heijastuu veden pintaan."

Koska ennakkokäsityksissä on luonnontieteen historiassakin esiintyneitä piirteitä, voidaan ennakkokäsitysten muuttamiseen  käyttää samantapaisia kokeita ja lähestymistapoja kuin tiedemiehetkin ovat käyttäneet aikoinaan tieteen hyväksymien tulkintojen  muuttamiseen. Oppilailta ei voi kuitenkaan vaatia samoja päättelyketjuja, mitä luonnonlakien esittäjät ovat aikoinaan tehneet. Oppilaat eivät löydä teoreettisia malleja ja lakeja pelkästään työskentelemällä itsenäisesti tai seuraamalla opettajan demonstraatiota ja tekemällä päätelmiä havainnoistaan. Oppilaille on annettava neuvoja tai vihjeitä siitä, miten havaittu ilmiö tulisi ymmärtää. Aiheiden käsittelyyn tulisi varata riittävästi aikaa, jotta oppilaat tottuisivat pohtimaan ilmiöitä monipuolisesti ja perusteellisesti. Tällöin joudutaan tarkoin pohtimaan, mitkä käsitteet ja periaatteet oppilaille on tarkoituksenmukaista kullakin luokka-asteella opettaa.

OPPIMISEN TEORIOITA SOVELLETTUNA LUONNONTIETEELLISEN TIEDON OPPIMISEEN

Oppimisesta ei ole olemassa yhtä yhtenäistä tai kaikkien hyväksymää teoriaa. Teorioissa on yhtenevyyksiä, mutta eri teorioissa näkökulma tai lähestymistapa poikkeavat toisistaan. Esimerkiksi Bruner tarkastelee oppimista induktiivisesti etenevänä "keksivänä oppimisena", kun taas Ausubel kuvaa tällaista prosessia vastaanottavana oppimisena.

Oppimisen tutkimiseen ovat vaikuttaneet suuresti mm. sveitsiläisen Jean Piaget'n tutkimukset lasten kehittymisestä ja yhdysvaltalaisen David Ausubelin tutkimukset mielekkäästä oppimisesta. Ongelmana monien tutkimustulosten soveltamisessa kouluopetukseen on tutkimusten keskittyminen yksilön oppimiseen, vaikka koulussa opitaan ryhmissä ja oppiminen on sosiaalinen tapahtuma.

Kognitiivisesti suuntautuneet oppimisen teoriat tarkastelevat lähinnä oppilaan tiedollisen alueen kehittymistä, mutta luonnontieteiden oppimiseen kuuluu myös mm.  tunteiden ja käden taitojen monipuolinen kehittyminen. Sen tähden on tärkeää, että oppimista tarkastellaan ja sitä kuvataan myös ekologisten, humanististen ja psykodynaamisten teorioiden pohjalta. Tämä tarkastelun näkökulma johtaa siihen, että luonnontieteiden opetuksessa on tarkoituksenmukaista käyttää myös sellaisia työtapoja kuin väittely ja roolileikki.

Luvussa 1 tarkasteltiin empiirisen käsitteenmuodostuksen pohjalta opetuksen lähestymistapoja, joissa oppiminen rinnastetaan luonnontieteen prosessuaaliseen rakenteeseen siten, että oppimisessa nähdään samat elementit kuin tieteessä. Näitä lähestymistapoja voidaan pitää omina opetuksen ja oppimisen teorioina, vaikka niissä onkin selviä yhtymäkohtia konstruktivismiin. Niiden lähtökohdat ovat käsitteenmuodostuksessa ja tieteenfilosofiassa, kun seuraavissa luvuissa esiteltävien teorioiden lähtökohta on oppimispsykologiassa.

Opettajan on tunnettava oppimisen lainalaisuudet. Opettajan tulisi olla "didaktisesti ajatteleva" ja osattava soveltaa oppimisen lainalaisuuksia kulloiseenkin luokkatilanteeseen sopivalla tavalla. Seuraavassa tarkastellaan lyhyesti luonnontieteiden oppimisen kannalta keskeisiä oppimisen teorioita.

Piaget'n teoria oppimisesta

Piaget'n geneettinen epistemologia käsittelee sekä tiedon rakennetta että tiedon rakentumista aivoihin vaihe vaiheelta syntyvinä yhä täydellisempinä tietostruktuureina. Vaikka Piaget ei varsinaisesti tarkastellut opetusta ja opiskelua, Piaget'n teoriaa silti sovelletaan opetukseen, sillä oppimisessa tietostruktuurien syntyminen on keskeistä. Piaget'n teorian pohjalta tarkasteltuna oppimiseen liittyy aktiivinen prosessi, jossa oppilas rakentaa omaa tietorakennettaan vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Oppimiseen vaikuttavat lisäksi oppilaan aikaisemmat tiedot ja sitä edesauttaa oppilaiden keskinäinen vuorovaikutus.

Piaget’n tietoteoreettisen teorian pohjalta tarkasteltuna mittaaminen ja suureiden määrittely perustuu säilyvyyden skeemaan eli ns. invarianssin esittämiseen. Säilyminen tarkoittaa sitä, että havaittavan olion tai ilmiön tietyt ominaisuudet säilyvät tilanteen muuttuessa. Esimerkiksi muovailuvahapallon massa ei muutu, vaikka se muovailtaisiin levyksi. Samoin tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä kappaleen kiihtyvyys ei muutu, vaikka kappaleen nopeus muuttuu. On huomattava, että kaikki havaitseminen ja käsitteiden muodostaminen perustuvat pohjimmiltaan invariansseihin. Esimerkiksi kynä havaitaan, koska se on muuttumaton - kynä säilyy sellaisenaan riippumatta sen etäisyydestä tai liiketilasta. Fysiikan oppimista vaikeuttaa se, että läheskään kaikki invarianssit eivät ole konkreettisia eikä oppilas voi niitä siten suoraan havaita.

Toinen tärkeä skeema mittaamisessa ja suureiden määrittelyssä on siirtämis-skeema. Mitan käyttö perustuu tähän skeemaan. Kun halutaan selvittää esimerkiksi ovatko kaksi eri paikassa olevaa kappaletta yhtä korkeita, kummankin esineen korkeutta verrataan siirrettävän mitan korkeuteen.

Piaget tarkastelee oppimista myös kehityspsykologisesta näkökulmasta. Ensimmäisiä säilyviä asioita lapsella ovat kappaleet, niiden haju, väri ja maku. Lapsi oppii, miltä maito maistuu. 6 - 7 vuotiaana ymmärretään pituus ja pinta-ala säilyviksi käsitteiksi. Seuraavana tulevat aineen määrän ja massan säilyminen. Toisaalta vielä yläasteella oppilaat saattavat uskoa, että muovailuvahakappaleen massa riippuu siitä onko se levynä tai tankona. Tilavuuden säilyminen ymmärretään 10 - 12 vuoden iässä. On huomattava, että oppilaan kehityksen vaiheiden järjestys on sama, mutta ikärajat ovat vain keskimääräisiä. On myös arveltu, että oppilaan kehitystaso ei riipu niinkään iästä, vaan erilaisissa tilanteissa saaduista kokemuksista. Siirtyminen eri kehitysvaiheelta toiselle ei mahdollisesti tapahdu kokonaisvaltaisesti, vaan eri kontekstien kohdalla eri aikoina.

Suomessa Seinelä (1987) on soveltanut Piaget'n teoriaa kehittäessään kokeellis-induktiivista menetelmää soveltuvaksi fysiikan opetukseen. Käytännössä oppilaat eivät kykene itsenäisesti induktiivisesti päättelemällä päätymään invarianssiin, vaan oppimistilanteessa tarvitaan keskustelua ja opettajan ohjailua. Oppiminen tulisikin nähdä hahmotusprosessina, jossa käsitteet liitetään ensin kieleen keskustelemalla havaituista ilmiöistä. Inhimillisellä vuorovaikutuksella on merkitystä myös oppilaiden motivoitumiselle. Keskustelu on tärkeää myös siksi, että oppilailla on ennakkokäsityksiä, jotka tulevat esille keskustelun aikana.

Piaget’n teorioiden soveltumista oppimisen teoriaksi on kritisoinut esimerkiksi Piaget'n oppilas Hans Aebli (1991). Hän esittää kritiikkiä myös koko Piaget'n teoriaa kohtaan. Hänen mukaansa Piaget ymmärtää oppimisen liiaksi iän mukana tulevaksi kypsymiseksi. Lapsen kehittyminen riippuu paljolti sosiaalisesta vuorovaikutuksesta sekä kotona että koulussa. Sen tähden fysiikan ja kemian opetukseen kuuluu olennaisena elementtinä keskustelu mielikuvia ja perushahmoja muodostettaessa kokeita suunniteltaessa ja tehtäessä sekä tuloksia esitettäessä ja käsiteltäessä. Aebli on kehittänyt Piaget'n teoriaa paremmin oppimista luokkahuoneessa kuvaavaksi teoriaksi. Hänen mukaansa puhtaalla psykologisella teorialla voidaan kuvata vain osaa niistä ilmiöistä, jotka ovat oppimisessa, opettamisessa ja luokkavuorovaikutuksessa olennaisia. Aeblin mukaan oppimisen kuvaamiseen tarvitaan myös sosiologista, sosiaalipsykologista ja filosofista tietämystä sekä opetettavan oppiaineen oman käsitteistön, struktuurin ja tiedonhankintamenetelmien tuntemusta.

Mielekkään oppimisen teoria

Ausubel kuvaa oppimista kahdella toisistaan riippumattomalla dimensiolla kaksiulotteisessa kentässä, jonka toisena akselina on käsitepari mielekäs oppiminen (oppilaalle jäsentynyttä) - mekaaninen oppiminen (koneellinen, ulkoa oppiminen), ja toisena akselina käsitepari vastaanottava oppiminen - keksivä oppiminen. Keksivässä oppimisessa yksilön itse on löydettävä tunnistamansa ongelman rtkaisu tai opittava sisältö, ennen kuin hän voi liittää sen kognitiiviseen struktuuriin. Mielekkään oppimisen teoriassa painottuu mielekäs vastaanottava oppiminen, joka on edellytys kaikelle keksivälle oppimiselle.

Ausubelin tarkoittama mielekäs oppiminen on sellaista oppimista, jossa oppilas kykenee vastaanottamaan tietoa ja ymmärtää vastaanottamansa tiedon. Tällöin uusi tieto niveltyy oppilaan aikaisempiin tietoihin, jolloin sitä ei tarvitse muistaa "ulkoa". Tämä merkitsee sitä, että uutta tietoa ei voi jakaa, vaan opettajan on tiedettävä oppilaan ennakkokäsitykset ja ohjattava oppilasta konstruoimaan uusia tietorakenteita. Oppiminen on siis oppilaan prosessi, jossa hänen tietorakenteensa on vuorovaikutuksessa uuden tiedon kanssa. Mielekkään oppimisen teorialla on yhtymäkohtia Kuhnin käsityksen kanssa tieteiden edistymisestä, kun oppilaan tietorakennetta verrataan tieteen paradigmoihin. Mielekkään oppimisen teoria korostaa myös oppiaineen loogista struktuuria ja opettajan merkitystä tämän struktuurin välittäjänä.

Mielekkään oppimisen teoriassa painotetaan oppilaan aikaisemman tiedon merkitystä oppimisessa, jolloin Piaget'n loogiset operaatiot ja oppilaan kehitystaso jäävät vähemmälle huomiolle. Kun oppimista tarkastellaan Piaget'n kehityspsykologian pohjalta kielellä ei ole niin suurta merkitystä kuin mielekkään oppimisen teoriassa, koska Piaget pitää kieltä lähinnä kognitiivisen kehityksen ilmentymänä. Novak (1993) on tutkinut yli 12 vuoden ajan oppimista mielekkään oppimisen teorian pohjalta ja esittää, että uusi tieto rakentuu aivoihin käsitehierarkioiden muotoon. Tässä rakentamisessa oppilas tarvitsee ohjausta.

Luonnontieteiden opettamisen kannalta Ausubelin teoriassa on mielenkiintoisinta oppiaineen sisältöjen looginen järjestäminen ja opettajan merkitys oppimistilanteessa. Luonnontieteiden opetuksessa opettajalla ja opettajan käyttämällä oppimateriaalilla on keskeinen asema demonstroitaessa luonnonlakeja. Opettajan tulee ohjata oppilaita näkemään luonnonlait, joita demonstraatiossa tai oppilastyössä havaittu ilmiö noudattaa.

Konstruktivismi

Konstruktivismi on tietoteoreettinen tai oppimispsykologinen suuntaus, jonka pohjalta tarkastellaan mm. matematiikan ja luonnontieteiden oppimista. Konstruktivismin syntyyn on vaikuttanut mm. kognitiivisen psykologian ja neuropsykologian käsitys ihmisestä aktiivisena "oppimisjärjestelmänä" sekä tekoälytutkimus. Vaikka konstruktivismista puhutaan, sen määrittely on osoittautunut ongelmalliseksi. Usein määritelmään liittyy vanha opetuksen peruslainalaisuus: "Ota selvää siitä, mitä oppija tietää entuudestaan opettamastasi asiasta, ja rakenna uusi tieto sen varaan".

Konstrukrivismista esiintyy myös useita kewskenään osittain ristiriitaisia suuntauksia, mutta yleisesti ottaen konstruktivismia voidaan pitää vastapainona behaviorismille. Behaviorismin viitekehyksen avulla ei voitu ymmärtää oppilaan tietorakenteeseen ja oppilaan ennakkokäsityksiin liittyviä oppimisen ilmiöitä, koska behaviorismissa oppiminen pyrittiin tulkitsemaan korostetusti yksinomaan oppilaan päätekäyttäytymisen avulla. Behaviorismi ei ole käyttökelvoton teoria, vaan sen avulla pystytään ymmärtämään mm. erilaisten taitojen oppiminen. Konstruktiivisen oppimiskäsityksen mukaan aivot muovaavat rakenteita, joilla ei ole välttämättä todellisuudessa materiaalista tai havaittavaa vastinetta. Konstruktivismi ei ole kuitenkaan mikään uusi oppimisen viitekehys, sillä mm. Piaget, Bruner ja Ausubel ovat esittäneet, että uusi tieto tulee rakentaa jo olemassa olevan tiedon varaan. Ennakkokäsitykset liittyvät tavalla tai toisella kaikkiin oppimisen teorioihin.

Konstruktivistinen käsitys oppimisesta eroaa Piaget`n käsityksestä kahdella tavalla. Piaget'n mukaan oppilaan aivoihin syntyy yleisiä loogisen ajattelun valmiuksia, heuristiikkoja, mutta tutkimusten mukaan oppilaan tietorakenteet ovat varsin voimakkaasti tilanne- ja sisältökeskeisiä. Piaget'n tutkimukset ja käsitys oppimisesta on käsitys yksilön oppimisesta. Oppilaat luokkahuoneessa eivät kuitenkaan ole pelkästään yksilöitä, vaan olennaista on luokassa tapahtuva jatkuva sosiaalinen vuorovaikutus. Oppiminen on tällöin sosiaalinen tapahtuma.

Kesällä 1993 Cornellin yliopistossa järjestetyssä seminaarissa (Third International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics) laadittiin seuraava lista niistä konstruktivistisen opettamisen ja oppimisen lähtökohdista, joista seminaariin osallistujat olivat yksimielisiä:

• Oppilailla on ennakkokäsityksiä koulussa opiskeltavista asioista. Nämä ennakkokäsitykset ovat usein ristiriidassa tieteen teorioiden kanssa eli oppilaiden ennakkokäsitykset ovat virheellisiä. Opettajan on tunnettava oppilaiden käsitykset.
• Oppilaan ikä, sukupuoli, kulttuuritausta tai kansallisuus eivät juuri vaikuta ennakkokäsitysten luonteeseen. Sen sijaan samassakin opetusryhmässä eri oppilailla on erilaisia kokemuksia ja käsityksiä opittavaksi tarkoitetuista asioista.
• Ennakkokäsitykset ovat pysyviä ja niitä ei voi juurikaan muuttaa perinteisillä opetusmenetelmillä. Vain ne opetusmenetelmät, joissa pyritään käsitteelliseen muutokseen, voivat olla tehokkaita oppitunnilla.
• Oppilaiden väärät ennakkokäsitykset ovat usein samansuuntaisia kuin tieteenhistoriassa esiintyvät väärät selitysmallit luonnonilmiöistä.
• Opettajilla on usein samoja ennakkokäsityksiä kuin oppilailla.
• Virheelliset ennakkokäsitykset syntyvät lapsen jokapäiväisten kokemusten tai kuulopuheiden kautta. Näiden pohjalta lapsi muodostaa käsitteitä ja selityksiä tapahtumille.
• Oppilaan oppiessa hänen sen hetkinen tieto/ tietorakenteensa on vuorovaikutuksessa uuden tiedon kanssa. Jos tietoa vain jaetaan, vuorovaikutus on merkityksetöntä. Oppilaan aikaisempi tieto tulee aktivoida ja ohjata häntä kytkemään uutta tietoa aiempiin tietoihin. Luonnontieteiden opetukselle on luonteenomaista se, että oppilaat voivat tehdä itse havaintoja ilmiöstä ja suunnitella omia kokeita, joiden avulla he voivat tarkistaa käsitystensä oikeellisuuden. Oppiminen on siis käsiterakenteiden muokkaamista.
• Oppimiselle on luonteenomaista vuorovaikutus luonnon kanssa ja oppilaiden keskinäinen vuorovaikutus. Keskustelemalla ja tekemällä kokeita yhdessä oppilaat joutuvat esittämään ääneen omia ennakkokäsityksiään.

Novakin (1993) mukaan oppimisessa on keskeistä se, että uudet käsitteet ja periaatteet pohjautuvat havaittuihin ilmiöihin ja tapahtumiin. Havainnoista voidaan edetä kohti käsitteitä keskustelemalla. Pelkkää keskustelua tehokkaampia menetelmiä ovat mm. käsitekarttatekniikka ja V-diagrammitekniikka. Käsitekarttatekniikka tehostuu, kun siihen yhdistetään ryhmässä toimiminen ja keskustelu, kuten ryhmän jäsenten haastattelu, käsitekarttojen vertailu ja arviointi.

Aeblin (1991) mukaan konstruktivismin perusteesin mukaan oppilas ei voi omaksua "ulkopuolelta" mitään, ei havaintoina eikä viesteinä. Uutta tietoa voi omaksua vain "myötäkonstruoimalla" eli työstämällä tekstiä, kuvaa tai muita viestejä. Roth et al. (1993) ovat esittäneet konstruktivismia epistemologiaksi, joka parhaiten kattaa ja sopii luonnontietieteiden oppimisesta tehtyihin havaintoihin ja tutkimustuloksiin. Konstruktivismin mukaan tieto ei ole peräisin objektiivisesta ontologisesta todellisuudesta, vaan se on kokemustemme kautta ilmiöitä ja olioita koskeva organisoitunut rakenne. Tästä seuraa, että opettaja ei voi siirtää tietoa oppilaalle, vaan oppilaan on itse konstruoitava oma tietorakenteensa. Kun oppilaat ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja opettajan kanssa, yksilön tietorakenne tulee muiden arvioitavaksi.

Sosiaalinen konstruktivismi korostaa sosiaalista vuorovaikutusta tiedon ja tietorakenteiden rakentamisessa. Tässä konstruktivismin suuntauksessa korostetaan opettajan roolia muutenkin kuin oppimisympäristön järjestäjänä. Opettaja nähdään mm. yhteiskunnan valitsemana edustajana, joka tarjoaa "objektiivista tietoa" ja ohjaa oppilaiden keskinäistä vuorovaikutusta. Luonnontieteiden opetuksessa tiedon objektiivisuus perustuu sen yhdenmukaisuuteen oppilaiden omakohtaisisten havaintojen kanssa. Konstruktivistinen opetus edellyttää sosiaalista vuorovaikutusta, jotta yhteisö voi arvioida ja antaa palautetta yksilön tietorakenteesta. Opiskelun ja oppimisen tulee olla itseohjautuvaa.

Eräs malli konstruktivistisesta opetuksesta

Konstruktivistinen opetus on yhteensopivaa konstruktivistisen tiedonkäsityksen kanssa ja siitä on annettu lukuisia reseptinomaisia ohjeita. Käytännössä on osoittautunut, että reseptit ja ohjeet eivät ole siirtyneet ja ehkä eivät ole yleisesti siirrettävissäkään koulukäytäntöihin. Konstruktivistisen opetuksen periaatteiden sisäistäminen vaatii aikaa. Oppimateriaaleina käytettävät oppikirjat eivät useimmiten myöskään tue konstruktivistista opetusta. On ilmeistä, että koko oppimateriaalin käsite saa uusia sisältöjä, kun siirrytään konstruktivistiseen opetukseen ja oppimiseen.

Leedsissä prof. Driverin johtama CLIS-projekti (Children's Learning in Science Project) on ollut eräs merkittävä konstruktivismin pohjalta suunniteltu opetuksen kehittämishanke, jonka tavoitteena on ollut kehittää konstruktivistisen opettamisen menetelmiä. Projektissa on julkaistu lukuisia tutkimuksia, sen puitteissa on tuotettu didaktisia oppaita ja oppimateriaaleja. Leedsissä konstruktivismin pohjalta tapahtuvaa opetusta verrataan perinteiseen opetukseen (tietojen siirtämiseen) taulukon 1 avulla:

Taulukon 1 näkemystä konstruktiivisesta oppimisesta voidaan pitää melko yksilökeskeisenä. Siinä ei kiinnitettä riittävästi huomiota siihen, että oppiminen koululuokassa on sosiaalinen tapahtuma, jossa oppilaat ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Edelleen opettajan rooli nähdään melko passiiviseksi, lähinnä suotuisten oppimisympäristöjen järjestäjäksi. Käytännössä Leedsin ryhmän tuottamat oppimateriaalit ja opettajankoulutukseen tarkoitetut videot osoittavat oppilaiden keskinäisen vuorovaikutuksen merkityksen ja opettajan roolin tämän vuorovaikutuksen ohjaajana. Voidaan myös esittää kritiikkiä asioiden vertaamisesta edellisen kaltaisilla taulukoilla, sillä todellisuudessa maailma ei ole dikotominen, vaan pikemminkin jatkumo. Taulukkoesityksellä voidaan kuitenkin osoittaa keskeiset erot kärjistämällä niitä.
 

	Perinteinen opetus	Konstruktivistinen opetus
Opettajan rooli	tiedon siirtäjä	järjestää tilanteita, jossa oppilas konstruoi uutta tietoa
Oppilaan rooli	passiivinen tiedon vastaanottaja	aktiivinen tietokokonaisuuksien konstruoija
Oppilaan tietorakenne	opetettavasta asiasta ei ole tietorakennetta tai on pelkästään helposti unohdettavia irrallisia tietoja	opiskeltavasta aiheesta voimakas tietorakenne, joka on rakentunut aikaisempien kokemusten kautta
Oppiminen riippuu	ulkoisista olosuhteista, opettajasta, luokasta, kirjoista, kokeista	ulkoisista olosuhteista ja oppilaan aikaisemmista kokemuksista
Oppiminen on	tyhjän astian täyttämistä	olemassaolevien tietojen modifiointia ja järjestämistä
Tieto	Tieto on ympärillämme ja riippumatonta oppilaasta	Jokaisen on konstruoitava itse oma tietorakenteensa. Tieto on yksilöstä riippuvaista

Perinteisen ja konstruktiivisen opetuksen vertailu.
 

Konstruktivismin kritiikkiä

Monet tutkijat, esimerkiksi Millar (1989) esittävät, että konstruktivismin epistemologinen perusta on horjuva. Esitetyn kritiikin mukaan oppimisen teorian lähtökohdaksi ei riitä toteamus: "oppilaiden ennakkokäsitykset tulee ottaa vakavasti". Konstruktivismin viitekehyksen pohjalta tehdyissä tutkimuksissa ja kehittämishankkeissa epistemologinen puoli on jäänyt epäselväksi tai täysin selvittämättä. Konstruktivismin pohjalta tehtyihin opetuksellisiin ratkaisuihin liittyy samansuuntaisia ongelmia kuin Piaget'n teorian pohjalta tehtyihin ratkaisuihin. Molemmissa teorioissa oppimista tarkastellaan yksilön näkökulmasta, mutta luokassa oppiminen ja opettaminen on sosiaalinen tapahtuma, jonka aikana opettaja ja oppilaat ovat vuorovaikutuksessa keskenään. Millarin mukaan konstruktivistisesta oppimisen teoriasta ei ole olemassa suoraviivaista menetelmää johtaa opettamisen menetelmiä käytännön luokkatilanteisiin. Kolmantena konstruktivismin kritiikkinä esitetään usein, että yksilö ymmärtää ja oppii pikemminkin irrallisilla tiedon sirpaleilla (knowledge fragments) kuin kompaktilla viitekehyksellä tai tietorakenteella.

Luonnontieteiden oppimisprosessin ja oppimistulosten sekä ennakkokäsitysten tutkimuksessa on aiemmin keskitytty lähinnä oppimisympäristön ja opetusmenetelmien vaikutuksen tutkimiseen. Kun prosessiin ja tulokseen ollaan oltu tyytymättömiä, tähän on pyritty löytämään syitä opettajasta, oppilaiden ennakkokäsityksistä ja opettamis-oppimistapahtuman kontekstista. Näyttää kuitenkin siltä, että ennakkokäsitysten pohjalta tapahtuva oppimisen tarkastelu ei riitä, vaan oppimista koululuokassa voidaan ymmärtää paremmin, kun tarkastellaan opettajaa, oppilasta, kontekstia sekä näiden kolmen keskinäistä vuorovaikutusta. Vygotskyn ajatukset kielen, symbolijärjestelmän, merkityksestä oppimisessa ja ajattelun kehittymisessä tulee ottaa huomioon tarkasteltaessa oppimista myös luonnontieteissä.

MITTAUSAUTOMAATION HYVÄKSIKÄYTTÖ TIETORAKENTEEN MUUTOKSEEN TÄHTÄÄVÄSSÄ OPETUKSESSA

Tavanomaiset opetusmenetelmät ovat tehottomia, jos pyritään muuttamaan oppilaiden ajattelua ennakkokäsityksistä tieteen käsitysten mukaisiksi. Konstruktivismin viitekehyksen pohjalta on kehitetty tietorakenteen muutokseen tähtääviä lähestymistapoja (conceptual change). Tällöin joudutaan kiinnittämään huomiota sekä sisältöön että oppimisen olosuhteisiin. Oppimisen olosuhteisiin vaikuttavat mm. käsitteiden ymmärtäminen, niiden havaitseminen hyödylliseksi ja ennakkokäsitysten käyttökelpoisuus. Jos ennakkokäsitys on oppilaan mielestä käyttökelpoinen uudessa tilanteissa, hänellä ei ole motiivia hylätä sitä ja vaihtaa uuteen.

Ennakkokäsitykset, niiden syntyminen ja niiden muuttaminen voidaan rinnastaa tieteeseen ja tieteen kehittymiseen. Ennakkokäsitysten muuttamisessa on kyse samantapaisesta prosessista kuin on kyse tieteen edistymisessä. Sen tähden ennakkokäsitysten muuttaminen vaatii ponnistelua ja samantapaisten prosessien läpikäymistä kuin on tehty tieteenhistoriassa tieteen käsitysten muuttuessa.

Tietorakenteen muutokseen tähtäävässä luonnontieteiden opetuksessa tavoitteena on ohjata oppilaita itseään rakentamaan ja konstruoimaan luonnontieteellistä tietoa. Tällöin oppilaan suhde opittavaan asiaan ja kontekstiin muuttuu. Muutos edellyttää sekä uudentyyppisiä oppimateriaaleja että työtapoja, jotka voidaan karkeasti luokitella menetelmiin, joissa nojaudutaan kognitiiviseen konfliktiin ja menetelmiin, joissa lähdetään kehittämään tieteen kanssa yhteensopivia ajatuksia. Oppimista ja työtapoja analysoimalla ja sisältöjä jäsentämällä on kehitetty mm. seuraavia menetelmiä: rinnastus (bridging), metakognitioiden kehittäminen, kognitiivisen ristiriidan käyttö, analogioiden ja metaforien käyttö, oppimissykli, käsitekarttatekniikka, V-diagrammi ja tietokonepohjaiset laboratoriotyöt. Suomessa tunnetuimpia edellä luetelluista menetelmistä on Novakin ja Gowinin (1993) kehittämä käsitekarttatekniikka (concept mapping). Käsitekarttatekniikka on menetelmä tiedon prosessointiin, sen tallentamiseen pitkäkestoiseen muistiin ja tiedon esille ottamiseen sieltä. Se on erityisen käyttökelpoinen havainnollistamaan oppilaiden tietorakennetta. Käsitekartta tekniikkaa voidaan soveltaa sekä tietokonepohjaisesti että perinteisimmillä välineillä.

Tietotekniikkaa voidaan käyttää myös samankaltaisena ennakkokäsitysten jäsentämisen välineenä kuin käsitekarttatekniikkaa. Opetuksen kokeellisuudella ja tietokoneen käytöllä mittaamisessa voidaan oppilaan virheelliset käsitykset muuttaa tieteen teorioiden mukaisiksi. Kun tieto kerätään mittaustietokoneella, ja esitetään näytöllä graafisesti, on yleensä aina kyse uuden ilmiön kohtaamisesta; ilmiö on outo, ja siitä saatu tieto uutta. Tällöin uuden tiedon tulkitsemista ja ymmärtämistä helpottaa juuri graafinen esitys. Graafisesti esitettyä tietoa voidaan käsitellä monipuolisesti. Akseleita voidaan muuttaa ja pistejoukkoon voidaan sovittaa funktioita. Koe voidaan toistaa ja tutkia jonkin parametrin vaikutusta ilmiöön jne. Tunnilla voidaan helposti testata esimerkiksi erilaisten vaihtoehtoisten selitysten sopivuutta ilmiön selittämiseen. Mittausjärjestelmä on siis väline, jota voidaan käyttää joustavasti sellaiseen kokeellisuuteen, joka auttaa oppilasta työstämään eteenpäin omaa ajatteluaan. Tietotekniikan avulla luonnosta kerättyä tietoa voidaan manipuloida ja käsitellä monin eri tavoin.

KIRJALLISUUTTA

• Adey, P. 1988. Cognitive acceleration: Review and prospects. International Journal of Science Education 10 (2), 121 – 134.
• Adey, P. 1992. The CASE results: implications for science teaching. International Journal of Science Education 14 (2), 137 – 146.
• Adey, P., Shayer, M. O. & Yates, C. 1989. Thinking Science: the Curriculum Materials of the CASE Project. London: MacMillan Education, Basingstoke.
• Aebli, H. 1991. Opetuksen perusmuodot. Helsinki: WSOY.
• Ahtee, M. 1992. Oppilaiden käsitykset valo–opin ilmiöistä ja niiden ottaminen huomioon opetuksessa. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 102.
• Ahtee, M. 1994. Oppilaiden käsityksiä lämmöstä ja lämpötilasta. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 126.
• Ahtee, M. 1994. Yläasteen oppilaiden käsityksiä liukenemisesta ja palamisesta. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 136.
• Ahtee, M., Kankaanrinta, I. – K. & Virtanen, L. 1994. Luonnontieto koulussa. Helsinki: Otava.
• Antikainen, A., Hemanus, P., Kurki, L., Leino, J., Suortti, J., Turunen, K. E., Venkula, J., Virkkala, V. & Virkkunen, J. 1989. Koulu ja tieto. Kouluhallitus. Helsinki: Valtion painatuskeskus.
• Björkqvist, O. 1994. Sosiaalisesta konstruktivismista. Teoksessa Tella, S. (toim.) Näytön paikka. Opetuksen kulttuurin arviointi. Ainedidaktiikan symposiumi Helsingissä 4.2.1994. Osa 2. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 130.
• Brook, A., Driver, R., Anderson, M. & Davidson, J. 1986. The construction of meaning and conceptual change in classroom settings: Case studies on energy. Childrens learning in Science Project. The University of Leeds. Center for Studies in Science and Mathematics Education.
• Driver, R. 1983. The Pupils as Scientists? Milton Keynes: Open University Press.
• Driver, R. 1985. Childrens Ideas in Science. Milton Keynes: Open University Press.
• Driver, R. 1989a. Student's conceptions and the learning of science. International Journal of Science Education 11 (5), 481 – 490.
• Duit, R. 1993. Research on Students' Conseptions – Developments and Trends. Paper presented at the Third International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics. Cornell University. Ithaca. 1 - 4.8.1993.
• Dykstra, J. R., Boyle, C. F. & Monarch, J. R. 1992. Studying Conceptual Change in Learning Physics. Science Education 76 (6), 615 – 652.
• Engeström, Y. 1984. Perustietoa opetuksesta. Valtiovarainministeriö. Helsinki: Valtion painatuskeskus.
• Enkenberg, J. 1985. Formaalin ajattelun skeemojen kehittyneisyydestä peruskoulun yläasteen oppilailla. Joensuun yliopisto. Kasvatustieteiden tiedekunnan tutkimuksia 6.
• Enkenberg, J. 1989. Tietokoneen koulukäyttö, Ajattelun kehittyminen logo-ympäristössä. Joensuun yliopiston kasvatustieteellisiä julkaisuja 8.
• Enkenberg, J. 1990. Tiedon ja ajattelun taitojen oppimisesta tietokoneympäristössä. Joensuun yliopisto. Kasvatustieteiden tiedekunnan tutkimuksia 33.
• Entwistle, N. 1988. Understanding Clasroom Learning. London: Hodder and Stoughton.
• Fisher, R. 1990. Teaching Children to Think. Oxford: Basil Blackwell Ltd.
• Hegarty-Hazel, E. (eds.) 1990. The Student Laboratory and the Science Curriculum. London: Routledge.
• Hewit, P. G. 1983. Millikan Lecture 1982: The missing essential conceptual understanding of physics. American Journal of Physics 51 (4), 305 –311
• Hewson, P. W. & Thorley, N. R. 1989. The conditions of conceptual change in the classroom. International Journal of Science Education 11, special issues, 541 – 553.
• Hudson, T. 1994. Developing pupils’ skills. In Levison, ed. 1994. Teaching Science. London: Routledge.
• Joyce, B & Weil, M. 1980. Models of Teaching. London: Prentice-Hall international.
• Kurki-Suonio, K. & Kurki-Suonio, R. 1994. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Helsinki: Limes ry.
• Kuusinen, J. (toim.) 1991. Kasvatuspsykologia. Helsinki: WSOY.
• Lahdes, E. 1986. Peruskoulun didaktiikka. Helsinki: Otava.
• Lehto, J., 1996. Työmuistin yhteys tekstin tiivistämiseen, ongelmanratkaisuun ja koulumenestykseen. Helsingin yliopiston kasvatustieteen laitoksen tutkimuksia 149.
• Lehti, Y. 1982. Johdatus kognitiiviseen psykologiaan. Vaasa: Gaudeamus.
• Leino, J. 1993. Konstruktivismi ja matematiikan opetus. Teoksessa Paasonen, J., Pehkonen, E. & Leino, J. Matematiikan opetus ja konstruktivismi - teoriaa ja käytäntöä. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 116.
• Linder, C. J. 1993. A Challenge to Conceptual Change. Science Education 77 (3), 293 – 300.
• LOPS 1994. Lukion opetussuunnitelman perusteet 1994. Opetushallitus. Helsinki: Painatuskeskus.
• McPeck, J. E. 1990. Critical thinking and subject Specifity: a reply to Ennis. Educational Researcher 19 (4), 10 – 12.
• Meisalo, V. & Erätuuli, M. 1985. Fysiikan ja kemian didaktiikka. Helsinki: Otava.
• Meisalo, V. & Lavonen J. 1994a. Fysiikka ja kemia opetussuunnitelmassa. Opetushallitus. Helsinki: Painatuskeskus.
• Miettinen, R. 1984. Kognitiivisen oppimisnäkemyksen taustaa. Valtion koulutuskeskus - Valtion Painatuskeskus. Julkaisusarja B 24.
• Novak, J.D. 1986. A Theory of Education. Ithaca: Cornell University Press.
• Novak, J. & Gowin, D. B. 1993. Learning how to learn. Cambridge: Cambridge University Press.
• Novak, J.D. 1993a. How Do We Learn Our Lesson? Science Teacher 60 (3).
• Novak, J.D. 1993b. The Proceeding of  The Third International Seminar on Misconceptions and Educational Strategies in Science and Mathematics. Cornell University. Ithaca. 1-4.8.1993.
• Nussbaum, J. 1989. Classroom conceptual change: philosophical perspectives. International Journal of Science Education 11 (5), 530 – 540.
• Osborne, R. & Freyberg, R. 1989. Learning in Science. Hong Kong: Heinemann.
• Pfund, H. & Duit, R. 1993. Bibliography: Students´ alternative frameworks and science education. Kiel: IPN at the University of Kiel.
• Piaget, J. 1988. Lapsi maailmansa rakentajana. Helsinki: WSOY.
• POPS 1994. Peruskoulun opetussuunnitelman perusteet 1994. Opetushallitus. Helsinki: Painatuskeskus.
• Qualter A., Strang, J., Swatton, P. & Taylor, R. 1990. Exploration - A Way of Learning Science. Oxford: Basil Blackwell Limiteds.
• Raths, E. L., Wassermann, S., Jonas, A. & Rothstein, A. 1986. Teaching for thinking, Theory, Strategies, and Activities for the Classroom. NewYork: Teachers College, Coloumbia University.
• Rauste-von Wright, M. & von Wright, J. 1994. Oppiminen ja Koulutus. Helsinki: WSOY.
• Roth, W.-M. & Roychoudhury, A. 1993. The Development of Science Process Skills in Authentic Contexts. Journal of Reseach in Science Teaching 30 (2), 127-152.
• Saarinen, P., Ruoppila, I. & Korkiakangas, M. 1991. Kasvatuspsykologian kysymyksiä. Helsinki: Helsingin yliopisto Lahden tutkimus- ja koulutuskeskus.
• Sahlberg, P. & Leppilampi, A. 1994. Yksinään vai yhteisvoimin. Helsinki: Helsingin yliopisto, Vantaan täydennyskoulutuskeskus.
• Seinelä, K. 1987. Kokeellis-induktiivisen menetelmän toimivuus lukion ensimmäisen luokan fysiikan opetuksessa. Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos. Tutkimuksia 47.
• Solomon, J. 1987. Social influences on the construction of pupils' understanding of science. Studies in Science Education 14, 63 – 82.
• Thornton, R. K. & Sokolof, D. R. 1990. Learning motion concepts using real-time microcomputer-based laboratory tools. American Journal of Physics 58 (9).
• Viiri, J. 1995. Voimakäsitteen opettaminen ja oppiminen insinöörikoulutuksen fysiikan kurssissa. University of Joensuu. Department of Physics. Väisälä laboratory. Dissertations 7.
• Tobin, K. & Espinet, M. 1989. Impediments to change: Applications of coaching in high school science teaching. Journal of Research in Science Teaching 26 (2), 105 – 120.
• Voutilainen, T., Mehtäläinen, J. & Niiniluoto, I. 1989. Tiedonkäsitys. Kouluhallitus. Helsinki: Valtion painatuskeskus.
• Woolfolk, A. 1987. Educational Psychology. New Jersey: Prentice-Hall, Inc.
• Wightman, T., Johnston, K. & Scott, P. (eds.) 1987. Approaches to Teaching the Particulate Theory of Matter. CLIS-Project. University of Leeds.