KirjastoOPPILAIDEN 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).
Esimerkit ovat otettu Ahteen tutkimuksista 'Oppilaiden käsityksiä lämmöstä ja lämpötilasta' (1994, s.17-42) ja 'Yläasteen oppilaiden käsityksiä liukenemisesta ja palamisesta' (1994, s.9-28)

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

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:

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