LUONNONTIETEELLINEN
KOE KOULUN TYÖTAPANALapset ja nuoret ovat luontaisesti kiinnostuneita ympäristön asioista. Jo aivan pieni lapsi tekee jatkuvasti havaintoja ja kysymyksiä ympäristöstä. Hän tunnustelee, nostaa, työntää, haistaa ja maistaa esineitä, luokittelee ja vertailee niiden ominaisuuksia eli tutkii ympäristöään. Tiedemiehen ja lapsen toiminnassa on yhteisiä piirteitä, mutta myös eroavaisuuksia. Keskeisimmät erot ovat tutkimuksen teon tavoitteenasettelussa ja vaatimustasossa. Tieteessä tutkimuksella varmennetaan hypoteesien paikkansapitävyys ja luodaan näin uutta tietoa. Koulussa tutkimuksen tekemisen tavoitteena on tukea oppimista ja lapsen persoonallisuuden monipuolista kehittymistä.
On siis luonnollista, että myös luonnontieteiden opetuksessa haetaan ympäristön ilmiöille selityksiä tutkimalla aktiivisesti ympäristöä eli tekemällä luonnontieteellisiä kokeita. Vaikka tämä näkemys on sangen luonnollinen, koulussa opetetaan luonnontieteitä usein lähtemällä liikkeelle suoraan luonnonlaeista ja sitten soveltamalla näitä lakeja uusiin tilanteisiin. Näin oppilaalle saattaa syntyä luonnontieteellisestä tiedosta sellainen käsitys, että se on absoluuttista ja staattista. Onvatpa eräät opettajankoulutuksessa olevat opiskelijat ihmetelleet sitä, että kaikki fysiikan lait ovat kokeellisia lainalaisuuksia.
Luonnontieteellinen tutkimus sisältää mm. seuraavia vaiheita (Adey et al. 1989): muuttujien tunnistaminen (esim: vaikuttaako lämpötila? mitä mitataan?), hypoteesien asettaminen, koejärjestelyn suunnittelu, mittaustulosten kerääminen, tulosten esittäminen ja tulosten tulkitseminen. On huomattava, että oppilaat eivät luonnollisestikaan tunne tutkimuksen teon vaiheita ja raportoinnin muotoja. Sen tähden tutkimuksen teko ja raportin laatiminen on opetettava oppilaille aivan kuten muutkin tiedon hankintatavat. Lukemaan oppivalle lapselle ei ensimmäisenä anneta käteen romaania, vaan oppiminen alkaa aapisen tms. lyhyillä ja yksinkertaisilla teksteillä.
Tutkimuksen teko edellyttää oppilaalta mm. seuraaviin asioihin paneutumista:
Tutkimuksen tekeminen kehittää oppilaassa heidän omasta mielestään ainakin seuraavia persoonallisuuden piirteitä (Ahtee, Kankaanrinta & Virtanen 1994, 140):
Nämä liittyvät tutkimuksen teon erilaisiin vaiheisiin, joita tarkastellaan seuraavissa luvuissa. Tutkimuksen tekoa yhteistoiminnallisuuden näkökulmasta tarkastellaan yhteistoiminnallisten työtapojen esittelyn yhteydessä.
Opettaja suunnittelee tutkimuksen teon mahdollisuuksia ja käytännön rajoituksia sekä kartoittaa resurssit. Resursseja ovat mm. käytettävissä olevat opettajat, laitteet, raportoinnissa tarvittavat laitteet kuten tietokoneet, värikynät, sakset, kartongit ja maalit. Yleissuunnitelmaa tehdessään opettaja ottaa huomioon mm. oppilaiden iän ja suoritustason, ajankohdan lukuvuonna, yhteistyömahdollisuudet muiden oppiaineiden kanssa ja käytettävän ajan. Tarvittava aika riippuu hyvin paljon siitä, kuinka tuttua tutkimuksen tekeminen on oppilaille, itse tutkittavasta aiheesta, tutkimuksen teon avoimuudesta ja annetuista ohjeista sekä oppilaiden yleisisistä valmiuksista.
Myös koulun ulkopuolisten asiantuntijoiden apuun voidaan turvautua. Empiiristä aineistoa voidaan hankkia mm. kunnan vesilaitokselta, terveyskeskuksesta, pelastuslaitokselta ja paikkakunnan yrityksistä. Tietoverkkojen kautta saadaan yhteys myös tutkimuslaitosten tai yliopistojen asiantuntijoihin.
Opettaja esittelee oppilaille tutkimuksen aihepiirin ja kertoo, mistä tutkimuksen teossa mahdollisesti tarvittavat välineet, kirjat ja raportointitarvikkeet löytyvät sekä kuinka kauan tutkimuksen tekoon on varattu aikaa. Oppilaille kerrotaan mahdollisista koulun ulkopuolisista asiantuntijaresursseista ja tietoverkkojen kautta käytettävissä olevista tietopankeista tai asiantuntijoista. Opettaja voi kertoa myös aiemmista kokemuksistaan tutkimuksen teosta ja nostaa esille sellaisia tutkimuksen teon strategioita, joilla onnistuttiin. Oppilaille voidaan myös kertoa niistä eduista, joita tutkimuksen tekemisestä on verrattuna esimerkiksi perinteiseen opetukseen. Tässä yhteydessä voidaan ottaa myös esille sellaisia tietoja ja taitoja, joita tarvitaan modernissa työyhteisössä.
Aihepiirin kuvaamisen laajuus riippuu tutkimuksen avoimuuden asteesta ja tutkimuksen teon tavoitteiden asettelusta. Esimerkiksi, jos tavoitteena on kehittää oppilaiden itsenäisen työskentelyn ja ryhmässä toimimisen taitoja, aihepiiriä esitellään rajoitetusti, jotta oppilaat saisivat itsenäisesti ja toisaalta myös ryhmässä suunnitella tutkimusta mahdollisimman monipuolisesti. Aihepiiri voidaan antaa tällöin yhdellä tai kahdella sanalla. Esimerkiksi, jos tutkimuksen aihepiiriksi annetaan "paperin lujuus", oppilaat joutuvat suunnittelemaan itse tutkimuksen teon lisäksi myös tarvittavat mittalaitteet ja valitsemaan tai kehittämään suureet, joilla lujuutta ja lujuuteen vaikuttavia seikkoja mitataan. Aihepiirin esittelyn aikana alkaa yleensä spontanisti muodostua tutkimusta suunnittelevia ja toteuttavia ryhmiä.
Oppilaille opetetaan tutkimuksen tekoa sopivassa laajuudessa. Ensimmäisillä kerroilla, kun yhtenä tavoitteena on oppia tekemään tutkimusta, aihepiiriin, tutkimuksen teon kuvaamiseen ja välineiden esittelyyn varataan riittävästi aikaa.
Jos opettaja kertoo tai näyttää videolta jonkin aiemman tutkimuksen tekemisestä ja siihen liittyvistä ongelmista, oppilaita pyydetään pohtimaan, miten he ottavat nämä seikat huomioon oman tutkimuksensa suunnittelussa ja tekemisessä. Toisaalta tutkimuksen teon oppii vain itse tutkimalla.
Ryhmien muodostamiseen on lukuisia mahdollisuuksia. Ryhmät voidaan muodostaa spontaanisti, arpomalla tai opettaja voi määrätä ryhmät. Ryhmien muodostamista ja niiden toimintaa on tarkasteltu aiemmin.
Jos oppilas päättää työskennellä yksin, hänellä on paljon vapautta ja vastuuta. Työn suunnittelussa ja toteutuksessa ei tarvitse ottaa huomioon muiden mielipiteitä, rajoituksia tai motiiveja. Kahden hengen ryhmä lienee yleisin ryhmän koko. Tällöin keskustelukumppani on lähellä ja aikataulusta, työn tekemisestä sekä jaksotuksesta on myös yksinkertaista sopia. Useamman oppilaan tiimi on hyödyllinen laajemmissa ongelmissa. Tällöin tutkimusta tehtäessä opitaan luonnon tutkimisen lisäksi sosiaalisen vuorovaikutuksen taitoja.
Ryhmät suunnittelevat tarkoituksenmukaisen työnjaon, tutkimuksen teon ja raportoinnin. Opettajan ohjailun määrä suunnittelussa riippuu oppilaiden kokemuksesta tutkimuksen tekemisessä. Jos koulun tietokoneet ovat tietokoneluokissa, on tutkimuksen teon suunnittelussa otettava huomioon tietokoneluokan käyttömahdollisuudet.
Jos tutkimus on avoin, oppilailla on mielessä jokin aihepiiri, jota he haluaisivat tutkia. Aihepiirin rajaaminen tutkimusongelmiksi on tutkimuksen tekemisen oleellinen vaihe. Aihepiiriä kartoitettaessa ja rajattaessa erilaisista tiedon käsittelyn työtavoista on hyötyä.
Luonnontieteellinen koe suunnitella siten, että kerralla tutkitaan vain yhden muuttujan vaikutusta tutkittavaan ilmiöön ja vakioidaan tai kontrolloidaan muita muuttujia. Esimerkiksi, jos ongelmana on selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat heilurin heilahdusaikaan, selvitetään ensin mahdolliset tekijät. Tällaisia mahdollisia heilahdusaikaan vaikuttavia tekijöitä ovat heilahtelun laajuus, punnuksen massa ja langan pituus. Tutkitaan kerralla yhden muuttujan vaikutusta heilahdusaikaan ja vakioidaan muut, jolloin havaitaan, että heilahtelun laajuudella ja punnuksen massalla ei juurikaan ole vaikutusta heilahdusaikaan Tekemällä huolellisia mittauksia ja esittämällä ne sopivasti havaitaan, että heilahdusajan toinen potenssi on verrannollinen langan pituuteen.
Tutkimuksen suunnitteluun kuuluu myös tutkimuksen muuttujien tunnistaminen, niiden tyyppien huomaaminen muuttujan mittaamisen ja mahdollisen mittarin suunnittelu toteuttaminen, mittaustulosten esittäminen tarkoituksenmukaisella asteikolla. Muuttujan arvoja voidaan mitata ainakin luokittelu- ja järjestysasteikolla sekä jatkuvalla asteikolla. Esimerkiksi kahvikupin tyyppiä mitataan tyypillisesti luokitteluasteikolla, pintojen karheutta järjestysasteikolla ja lämpötilaa jatkuvalla asteikolla. Muuttujan tyyppi vaikuttaa muuttujan saamien arvojen graafiseen esittämiseen. Esimerkiksi pinnan karheuden astetta ei ole kovin luontevaa esittää viivadiagrammilla.
Edelleen tutkimuksen suunnitteluun kuuluu sopivan otoskoon ja/tai toistokokeiden määrästä päättäminen. Nämä päätökset vaikuttavat tutkimuksen luotettavuuteen ja tulosten yleistettävyyteen.
Aineisto hankitaan esimerkiksi luokassa, kirjastossa tai ulkona luonnossa havaitsemalla, mittaamalla, kokeita tehden tai haastattelemalla. Aineisto voidaan koota myös vaikkapa internetin kautta. Tutkimusta tehtäessä opettajan ohjailua tarvitaan yleensä vähemmän kuin tutkimusta suunniteltaessa. Toisinaan aineiston keruu on hyvin lyhyt vaihe tutkimuksessa ja varsinainen työ on sekä suunnittelussa että raportoimisessa. Jos käytettävissä on tietokoneeseen liitettävä mittausjärjestelmä, aineiston keruussa voidaan käyttää myös sitä.
Kerätyn aineiston luotettavuutta voidaan arvioida sen mukaan, miten pitkä matka tiedon alkuperäisen lähteen ja tutkijan välillä on. Tässä mielessä suoraan luonnosta kerätty aineisto on kaikkein luotettavinta, jos se ei sisällä havaintovirheitä. Jos tutkijan ja primaaritiedon välillä on suodatin, esimerkiksi jokin toinen henkilö, tutkija käyttää hyväkseen sekundaaritietoa. Tällaisia sekundaarilähteitä ovat esimerkiksi kirjoista, simuloinneista, tietokannoista ja tietoverkoista hankittu tieto. Mittauksia tehtäessä on todella tärkeää, että mitataan todella sitä, mitä halutaan ja odotetaan. Luotettavuuteen kuuluu myös toistomittausten tekeminen. Tässä on tärkeää myös riippumattomuus havaintoja tehtäessä, mitattaessa ja aineistoa kerättäessä.
Tutkimuksen aikana oppilaan on hyvä kirjata muistiin myös muita seikkoja kuin varsinaisia mittaustuloksia tutkittavasta ilmiöstä. Erillisen tutkimuspäiväkirjan käyttö on suositeltavaa.
Aineiston käsittely- ja raportointivaiheessa opettajan ohjailun määrä taas kasvaa. On luonnollista, että oppilaat eivät huomaa esimerkiksi mittaustuloksissa esiintyvää invarianssia, sillä uusien suureiden ja lakien luominen on tieteessäkin vaativa prosessi ja edellyttää yleensä huomaajalta huomattavaa älykkyyttä (esim. Newton, Joule, Ohm). Aineiston käsittelyssä saattaa olla apua esimerkiksi mittaus- tai taulukkolaskentaohjelmasta tai muusta numeroaineiston käsittelyyn tarkoitetusta työvälineohjelmasta.
Luonnontieteissä (kuten muissakin tieteissä) tutkimalla hankittu tieto esitetään usein graafisesti. Graafisesta esityksestä selviää muuttujan arvojen muuttuminen yhdellä silmäyksellä. Kun mittauksissa käytetään mittausjärjestelmää, graafinen esitys syntyy helposti. Myös perinteisistä työvälineohjelmista taulukkolaskentaohjelma soveltuu erityisen hyvin tiedon graafiseen esittämiseen. Myös taulukkolaskentaohjelmaa käytettäessä on akselit nimettävä ja pyrittävä siihen, että kuvio on mahdollisimman informatiivinen.
Taulukkolaskentaohjelmassa on lukuisia mahdollisuuksia valita tiedon graafinen esittämistapa. Vaikka samaakin asiaa voidaan kuvata hyvinkin monella tavalla, on olemassa tiettyjä kriteerejä, joita hyvälle graafiselle esitykselle asetetaan. Esimerkiksi pylväät voidaan piirtää tilanteesta riippuen joko vaaka- tai pystysuuntaan. Pylväskuviossa tietoa välittävät yleensä pylväiden pituudet, joten pylväät piirretään aina yhtä leveiksi.
Pystypylväät
Pystypylväitä käytetään usein silloin, kun vaaka-akselilla olevien muuttujien arvot on järjestetty esimerkiksi ajan mukaan. Pystyakselin lukemat alkavat aina nollasta, sillä katkaistu pystyakseli vääristää informaatiota. Jos jokin pylväs on huomattavasti muita korkeampi, se katkaistaan ja merkitään pylvään korkeus näkyviin (7). Piirtämällä useampia pylväitä eli ryhmäpylväitä samalle vaaka-akselin muuttujan arvolle (1), (4), (6) saadaan pylväillä esitettyä esimerkiksi toistokokeiden tuloksia tai kahden eri muuttujan saamat arvot (naiset, miehet). Summapylväät (3), (5) osoittavat kahden ryhmän eroja eri vaaka-akselin muuttujan arvoilla. Poikkeamapylväät (2), (4), (6) osoittavat muuttujan poikkeamia tai muutoksia esimerkiksi edellisen havaintokerran arvoista.
Vaakapylväät
Vaakapylväitä eli palkkeja käytetään tavallisesti silloin, kun pystyakselilla oleva muuttuja pelkästään luokittelee aineiston eri luokkiin, joiden välinen järjestys ei ole välttämättä suuruusjärjestys. Luokilla on usein nimet ja niiden esittämiseen tulee tällöin riittävästi tilaa. Palkit järjestetään usein pituusjärjestykseen, jolloin graafisen esityksen ilmaisukyky kasvaa.
Viivadiagrammi
Viivadiagrammeja ja koordinaatistoja käytetään tavallisesti silloin, kun molempien muuttujien asteikot ovat jatkuvia tai ainakin järjestysasteikkoja. Kahden suureen välinen riippuvuus voidaan esittää taulukkolaskentaohjelmassa viivadiagrammia hyödyntäen. Akseleiden nimeäminen on tällöin tehtävä käsin.
Aluediagrammi
Aikasarjojen kuvaamiseen käytetään myös aluediagrammia (summaviivadiagrammia). Koska ylempi kuva on aina edellisten summa, alimmaksi sijoitetaan aina vähiten vaihteleva muuttuja. Aluediagrammissa murtoviivat eivät leikkaa, mutta kuva on usein vaikealukuinen.
Sektoridiagrammi
Sektoridiagrammia käytetään välillä pylväiden asemasta. Sektoreiden vertailtavuus on joissakin tapauksessa hankalaa. Sektoridiagrammia käytetäänkin yleensä vain havainnollistamaan kokonaisuuden jakautumista osiin.
Taulukkolaskentaohjelmat eivät automaattisesti tuota tarkoituksenmukaisia graafisia esityksiä. Monet sellaisetkin asiat, jotka ovat itsestään selviä ja luonnollisia silloin, kun kuvaajia piirretään kynällä, takertelevat ohjelmaa käytettäessä, jolloin tulosten tulkinta vaikeutuu. Usein nopein ja yksinkertaisin tapa paikata puutteita on tehdä korjauksia ja täydennyksiä käsin. Ainakin seuraavia ongelmia voi tulla vastaan käytettäessä taulukkolaskentaohjelmaa tulosten esittämisessä ja mallintamisessa.
Ohjelma ei tunne suurelaskentaa, vaan kirjoittaa pelkkiä lukuarvoyhtälöitä, joita luonnontieteissä ei pitäisi ollenkaan käyttää. Laskentatulokset kannattaa viedä tekstinkäsittelyohjelmaan ja täydentää niitä siellä.
Ohjelman laskemat lukuarvot voivat olla joko älyttömän tarkkoja tai epätarkkoja. Esimerkiksi kuvaajan kulmakerroin, jonka on tarkoitus esittää tutkimuksen tulosta ei voi olla havaintoarvoja tarkempi. Sen tähden esitystarkkuutta on muutettava tarkoituksenmukaiseksi.
Ohjelmat eivät osaa jättää ottamatta huomioon pisteitä, jotka ovat selvästi havaintovirheitä. Ohjelmat eivät siksi aina piirrä kuvaajaa nätisti. Murtoviiva ei juuri koskaan havainnollista oikein ilmiön käyttäytymistä. Yksinkertaisinta on valita koordinaatistoon pelkät pisteet. Jos kuvaan halutaan pelkästään suora tai käyrä ilman yhtälöä, valitaan esimerkiksi EXCELin Drawing-työkalupalkista suora ja piirretään se pistejoukon päälle. Jos suoran yhtälöä tarvitaan, voidaan suora sovittaa käsin pistejoukkoon siten, että suoran pisteet lasketaan omaksi sarakkeekseen (ks. edellä). Kulmakerroin ja leikkauspiste luetaan laskukaavaan omista soluistaan, ja sovitus tehdään muuttamalla näiden solujen arvoja.
Suoran sovittaminen käsivaraisesti.
Monissa kokeissa käyrän tai suoran pitäisi kulkea origon kautta, mutta se alkaa ensimmäisestä havaintopisteestä, joka ei ole origo tai ei kulje lainkaan origon kautta. Tällöin on usein tarpeellista pakottaa suora kulkemaan origon kautta esimerkiksi varioimalla kulmakerrointa. Usein suoran sovittaminen kannattaa tehdä käsin tai piirto-ohjelmassa. Samoin kannattaa menetellä, jos kokeen tulokseksi odotetaan verrannollisuutta tai kuvaajan ja akselien leikkauspisteillä on muuten merkitystä. Jos mittauspisteet asettuvat koordinaatistossa yhteen kasaan kauas origosta, koordinaatiston asteikkoa on muutettava.
Johtopäätösten tekeminen kannattaa erottaa tulosten esittämisestä. Toisaalta tulosten esittämistavan valitseminen helpottaa johtopäätösten tekemistä ja johtopäätösten tekeminen edellyttää tulosten esittämistä tarkoituksenmukaisella tavalla. Sen tähden tulosten esittäminen ja johtopäätösten tekeminen ovat enemmän tai vähemmän tiiviissä vuorovaikutuksessa keskenään.
Johtopäätösten tekeminen edellyttää yleensä tiivistä sosiaalista vuorovaikutusta. Uutta tietoa hyväksytään tieteessä tiedeyhteisössä ja luokassa luokkayhteisössä. Johtopäätösten tekeminen edellyttää usein myös opettajan ohjausta.
Johtopäätösten tekemiseen vaikuttavat oppilaiden aikaisemmat tiedot eli ennakkokäsitykset. Aikaisempien lukujen perusteella tiedämme, että oppilaiden aikaisemmissa tiedoissa on usein virheitä. Oppilaita on siksi kannustettava puhumaan ääneen omista johtopäätöksitään ja vertailemaan niitä muiden esittämiin johtopäätöksiin. Johtopäätöksiä tehtäessä verrataan saatuja tuloksia myös aikaisempiin tutkimuksiin ja teoriaan.
Tutkimusraportissa kuvataan mitä ja miten on tutkittu. Kirjoitustyyli on asiallista ja täsmällistä suomen kieltä. Raportissa erotetaan selkeästi mahdolliset omat tutkimustulokset muiden tuloksista. Omia tuloksia verrataan muiden tuloksiin tai teoriataustaan.
Tutkimusraportin laatimisessa kannattaa hyödyntää tietotekniikkaa. Tekstinkäsittelyohjelmalla tekstiä voidaan muuttaa vapaasti ja siirtää kappaleita paikasta toiseen. Tutkimuksen jäsentely kannattaa tehdä tekstinkäsittelyohjelman jäsentimellä. Jos jäsentelijää ei haluta käyttää, raportin laatiminen kannattaa aloittaa sisällysluettelosta. Sisällysluettelossa on tavalla tai toisella seuraavat elementit:
On selvää, että raportoinnissa yleistyvät erilaiset multimediasovellukset. Raporteissa on tekstiä, kuvaa, kuvioita, diagrammeja, elokuva, animaatiota ja ääntä. Tällaista raporttia voidaan tutkia vapaassa järjestyksessä siirtymällä linkkisanojen kautta uusiin näyttöihin. Raportointi internetissä tulee myös yleistymään.
Kun raportti laaditaan ryhmässä, monista prosessikirjoittamiseen liittyvistä periaatteista on hyötyä. Keskeneräistä raporttia kannattaa luetuttaa muilla ryhmän jäsenillä ja hyödyntää näin saatua palautetta raportin edelleen kehittämiseen. Raportoinnissa on toisaalta selvitettävä kunkin ryhmän jäsenen panos kokonaisuuden muodostumiseen. Usein on syytä vaatia, että jokaisella ryhmän jäsenellä on tietty täysin itsenäinen osuus raportissa.
Tutkimusraportin raportointityylin valintaan vaikuttaa tutkimuksen laajuus ja raportointiryhmän koko. Mahdollisia tyylejä voivat olla
Tieteen kielessä on pitkään suosittu passiivia, vaikka yksikön 1. persoonan käyttö on myös yleistynyt. Passiivi on myös koulussa tehtävissä tutkimuksissa luonteva raportointityyli, vaikka monikon ja yksikön 1. persoona korostavatkin enemmän sitä, kuka mitäkin on tehnyt. Tällöin oppilaan omat tekemiset erottuvat selvemmin esimerkiksi muilta lainatuista tiedoista. Erityisen luonteva on minä- tai me-persoonan käyttö tutkimuksen empiirisessä osassa, vaikka tutkielman teoriaosassa käytettäisiinkin passiivia.
Tutkimusraportin rakenne voi vaihdella jonkin verran riippuen tutkimuksen aiheesta, käsittelytavasta ja tutkimusmenetelmästä. Seuraavaa jäsentelyesimerkkiä voi soveltaen käyttää erilaisiin tutkimusten raportointeihin.
Kansilehdeltä ilmenevät mm. tutkimuksen nimi, tekijä/ryhmä, päiväys, oppiaine ja opettaja. Tutkielman otsikkoon pyritään saaman kaikki olennainen. Otsikko on yleensä lyhyt, kuvaava ja se herättää lukijan mielenkiinnon. Otsikosta ilmenee yleensä mitä ja miten on tutkittu. Usein käytetään pää- ja alaotsikkoa. Jos on tutkittu paperin lujuutta, otsikko voi olla:
Tiivistelmässä esitetään olennainen tutkimuksen eri osista. Jos tutkimus on laaja, lukija päättää usein tiivistelmän perusteella, lukeeko hän koko tutkimuksen. Tiivistelmä vastaa tutkimusraportin sisältöä ja on sellaisenaan ymmärrettävä. Siihen kirjataan täydellisin lausein tutkimuksen tavoite ja ongelmat, tiedot aineistosta, menetelmästä tai koejärjestelystä sekä keskeiset tulokset. Tulosten luotettavuudesta esitetään myös arvio. Tiivistelmässä ei yleensä ole kuvioita, taulukoita eikä väliotsikoita. Tiivistelmä ei sisällä mitään tutkimuksessa raportoimatonta uutta tietoa.
Esipuheessa kiitetään työn ohjaajia ja tukijoita sekä niitä tahoja, joiden kanssa on oltu yhteistyössä. Esipuheessa on myös luontevaa ilmoittaa työnjako. Esipuhe sisältää ryhmän jäsenten persoonallisen kannanoton tutkimuksen tekemiseen. Siinä voidaan esitellä esimerkiksi tutkimuspäiväkirjaan kirjattuja tutkimuksen teon aikana koettuja tuntemuksia.
Sisällysluetteloa kutsutaan sisällykseksi. Sisennykset tekevät sisällysluettelosta luettavan. Loppuun sijoitetaan yleensä erilliset luettelot mahdollisista kuvioista ja taulukoista.
Johdannossa esitellään tutkimusaiheen taustaa ja itse aihe lyhyesti sekä perustellaan aiheenvalintaa. Johdannossa voidaan kuvata lyhyesti aihepiirin aikaisempia tutkimuksia ja niissä käytettyjä menetelmiä sekä luonnehtia sitä luonnontieteiden aluetta, johon tutkimus liittyy. Yleensä johdannon lopussa esitetään tutkimuksen tarkoitus tai tutkimustehtävä.
Raportin teoreettisessa osassa esitellään aiheeseen liittyvää taustaa siten, että raporttiin lukija pystyy liittämään tutkimalla saadun tiedon alan aikaisempaan tietämykseen. Keskeiset käsitteet määritellään ja tutkimusaihetta rajataan perustellusti. Teoreettinen osa voidaan tarvittaessa jakaa päälukuihin, jotka otsikoidaan aiheen tai tarpeiden mukaisesti.
Teoreettisen tarkastelun lopuksi asetetaan tutkimusongelmat. Ne voidaan esittää tutkimusongelma-alueittain, ensin pääongelma ja sitten mahdolliset alaongelmat. Jos tutkimuksen aihepiirinä on paperin lujuus, tutkimuksen ongelmina ja alaongelmina voivat olla esimerkiksi:
1 Miten paperin lujuutta voidaan mitata?
1.1 Mikä suure on sopiva mitta lujuudelle?
1.2 Millä mittalaitteella lujuutta mitataan?
2 Minkälainen paperi on lujinta?
2.1 Miten paperin paksuus ja testikappaleen leveys vaikuttavat lujuuteen?
2.2 Miten paperin laatu vaikuttaa lujuuteen?
2.3 Miten ulkoiset olosuhteet kuten kosteus ja lämpötila vaikuttavat lujuuteen?
Tutkimuksen empiirisessä osassa voidaan esitellä omina lukuinaan seuraavat seikat:
Tutkimuksen käytännön toteutus kuvataan riittävän tarkasti. Tutkimustulosten esittely ja niiden tulkinta voidaan kytkeä yhteen lukuun, jossa on mahdollista myös soveltuvasti verrata saatuja tuloksia joihinkin aikaisempiin tutkimuksiin. Suuremmat taulukot ja yhteenvedot ovat yleensä tutkielman liitteinä. Lopuksi tarkastellaan tutkimuksen luotettavuutta. Myös lukijan on pystyttävä arvioimaan lukemansa perusteella tutkimuksen luotettavuutta. Tutkimuksella saatu tieto ja käytetyt menetelmät on kuvattava niin tarkasti, että periaatteessa kuka tahansa voi toistaa mittaukset ja päätyä samoihin tuloksiin.
Jos tutkittavana ilmiönä on jokin ihmisiin liittyvä ominaisuus, käyttäytymistapa, asenne, tai ominaisuus, koejoukon otanta ja ominaisuudet on kuvattava tarkasti. Koejoukosta ilmoitetaan ikä-, sukupuoli-, asuinpaikka- ym. jakaumat. Jos tarkastelun kohteena on jokin luonnossa esiintyvä eliö, kappale tai ilmiö, tutkimuksessa kuvataan tarkasti havaintopaikan olosuhteet ja sijainti. Biologisiin, maantieteellisiin ja tähtitieteellisiin havaintoihin on usein olennaista liittää tarkka havaintoaika.
Tutkimuksen tulokset esitellään tutkimusongelmittain. Tulosten esittämisessä käytetään kuvioita, taulukoita ja pylväitä sekä koordinaatistoesityksiä. Tulosten esittämisen yhteydessä tuloksia ei useinkaan tulkita, eikä liitetä aikaisempiin tutkimuksiin. Nämä seikat otetaan esille vasta luvussa "Tulosten tarkastelua". Joskus tutkimuksen suppeuden tai muiden syiden takia on tarkoituksenmukaista tarkastella sekä tuloksia että tulkita niitä samassa luvussa "Tulokset ja niiden tarkastelu".
Tutkimuksen tekijä voi tulkita ja kommentoida taulukoita sekä graafeja monin tavoin. Hän voi kiinnittää huomiota joihinkin yksityiskohtiin tai pyrkiä löytämään tuloksista ilmiötä kuvaavia lainalaisuuksia. Tulosten esittämistapa pyritään valitsemaan siten, että havaittu lainalaisuus, verrannollisuus tai invarianssi on mahdollisimman selkeästi havaittavissa. Joskus tarkoituksenmukainen esittämistapa on taulukko ja joskus piirros tai kuvio. Kuvion liiallista käyttöä on varattava. Esimerkiksi koejoukon sukupuolijakautumaa saattaa kuvata riittävästi ilmoitetut prosenttiosuudet. Sektoridiagrammin tai pylväikön esittäminen saattaa tällöin olla liiallista lukijan aliarviointia.
Tulosten tarkastelu aloitetaan yleensä toteamalla päätulokset. Tulosten esittämisessä palataan siis pääongelmiin ja vastataan niihin. Ratkaisemattomia ongelmia ei voida sivuuttaa ilman kommentointia. Tutkimuksen tekijä osoittaa tutkijan taitonsa tulosten tarkastelussa, niiden tulkinnassa ja luotettavuuden arvioinnissa sekä tulosten liittämisessä laajempiin asiayhteyksiin. Ne ovat tutkimuksen keskeisin kohta. Tutkimusta arvioidaan sen perusteella, millaista uutta tietoa tutkimus on tuonut tarkasteltavasta ilmiöstä.
Diskussio-luku voidaan otsikoida myös Pohdintaa. Kyseessä on koko työhön kohdistuvaa kriittistä pohdiskelua, jossa esitetään arvioita tutkimuksen tulosten yhteensopivuudesta aikaisemman tiedon kanssa, tutkimuksen puutteista sekä todetaan avautuvia jatkotutkimusmahdollisuuksia. Diskussiossa arvioidaan sitä, mitä uusia piirteitä tutkimus on tuonut esille tarkasteltavasta ilmiöstä. Kyse ei siis ole tulosten yhteenvedosta. Luku täydentää luotettavuustarkastelua ja voidaan myös yhdistää siihen.
Raportin kaikki taulukot, kuviot ja kuvat numeroidaan, jotta niihin voidaan viitata tekstissä. Kuviin ja taulukoihin kirjoitetaan myös seliteteksti. Suuret taulukota tai kuviot voidaan sijoittaa tutkimuksen liitteeksi.
Lähdeluettelossa (otsikkona Lähteet) esitetään tutkimuksessa käytetyt lähteet aakkostettuina. Lähdeluettelossa on oltava kaikki olennainen tieto lähteiden löytämiseksi ja tarkistamiseksi. Lähdeluetteloon merkitään vain ne lähteet, joihin itse tekstissä viitataan.
Tiede ja tutkimus on julkista. Sen tähden myös koulussa tehtävät tutkimukset raportoidaan. Jos tutkimuksesta valmistetaan posteri, se voidaan kiinnittää vaikkapa koulun käytävän seinään kaikkien tarkasteltavaksi. Jos tutkimuksesta laaditaan raportti, se voidaan lähettää esimerkiksi kaikille sidosryhmille.
Luokassa yksi ryhmän jäsenistä tai koko ryhmä noudattaen sovittua työnjakoa esittelee tutkimuksen tulokset muulle luokalle. Tulokset voidaan esitellä esimerkiksi tietokoneen näytöltä, piirtoheitinkalvolta, seinäposterilta tai vaikkapa videonauhalta.
Oppilaat voidaan jakaa myös uusiin ryhmiin, raportointiryhmiin, siten, että kuhunkin ryhmään tulee yksi henkilö kustakin tutkimusryhmästä. Raportointiryhmät kiertävät tutustumassa vuorotellen kuhunkin tutkimukseen. Raportointiryhmiin jakaantuminen on tarkoituksenmukaista ainakin silloin, kun tutkimuksen tuloksia esitellään tietokoneen näytöltä. Tutkimuksen esittelee raportointiryhmässä oleva kyseisen tutkimusryhmän jäsen.
Jokainen tutkija ja ryhmä saa esittelyn aikana palautetta sekä toisilta oppilailta että opettajalta. Tutkimusraportit voidaan tallentaa tutkimusvihkoihin tai kansioihin, portfolioihin, jota oppilaat esittelevät määräajoin opettajalle. Oppilas itse päättää, minkä raportin hän esittelee ja miten hän perustelee sen olevan onnistunut raportti. Keskustelussa voidaan ottaa esille mm. onnistuminen tutkimuksen suunnittelussa, tulosten esittämisessä tai tulosten tarkkuuden ja mielekkyyden tarkastelussa.
Tutkimuksen tulosten esittely muille oppilaille tai koko kouluyhteisölle kuuluu tutkimuksen luonteeseen. Tutkimus on julkista. Suullisen raportin lisäksi tutkimuksen tuloksia voidaan julkaista päivänavauksissa tai koulun seinillä postereiden avulla. Mielenkiintoisimmat tutkimukset voidaan julkaista vaikkapa koulun lehdessä tai ne voidaan tarjota julkaistavaksi paikallislehdessä. Oppilaiden on mahdollista osallistua tutkimuksillaan myös erilaisiin valtakunnallisiin kilpailuihin. Näistä tunnetuimpia ovat teollisuuden etujärjestöjen ja pedagogisten opettajajärjestöjen järjestämät kilpailut. Julkisuus ja kannustuspalkinnot ovat tärkeä kannuste sekä oppilaille että opettajalle.
Tutkimuksen tuloksista kertominen muille oppilaille on suullisen tiivistelmän esittämistä. Sen tähden jokaiselle oppilaalle tai työryhmälle varataan riittävästi aikaa tutkimuksen tuloksista raportoimiseen. Suullinen esitys on nimenomaan tiivistelmän esittäminen, eikä koko tutkimuksen esittely. Kukaan ei jaksa seurata kovin pitkää esitelmää keskittyneesti. Esityksen tukena käytetään yleensä taulukoita ja kuvioita. Esityksessä vältetään yleensä lukemasta kirjallista tiivistelmää ääneen.
Tutkimuksen esittelytilaisuuteen kannattaa nimetä opponentit, jotka lukevat ennakolta myös tutkimuksen kirjallisen raportin, johon he perehtyvät huolellisesti. Opponentti tuo puheenvuorossaan esille työn ansiot ja puutteet. Kritiikin tulisi olla rakentavaa ja opponentin tulisi esittää myös omia parannusehdotuksia ja ratkaisuideoita havaitsemiinsa puutteisiin. Hyvä ja kannustava tapa aloittaa työn opponointi on vaikkapa esitellä työn kolme keskeistä ansiota ja perustella, miksi ne ovat työn ansioita. Opponentin ei toivota kiinnittävän liikaa huomiota työssä ehkä oleviin epäolennaisuuksiin, esimerkiksi pilkun puutteelliseen käyttöön tai taulukoiden epäloogiseen numerointiin, vaan hänen tehtävänsä on pyrkiä saamaan työstä irti sen olennainen anti eli ongelma — menetelmä — tulokset — johtopäätökset. Parhaimmillaan tutkimuksen tekijän/tekijöiden ja opponentin/opponenttien keskustelu on väittelyä, jossa tosiasioihin ja tutkimuksen tuloksiin perutuen argumentoidaan omia näkökantoja. Opponentin arvioinnin jälkeen keskustellaan työstä yhdessä ja ehdotetaan mm. mahdollisia jatkotutkimuksen aiheita. Jos työn arvioinnissa halutaan käyttää opponentteja, sen käsittelyyn saattaa kulua koko oppitunti.
Keskeistä tutkimuksen arvioinnissa on nostaa esille tutkimuksen suurimmat ansiot ja osoittaa puutteet sekä antaa joitakin malleja siitä, kuinka puutteet voitaisiin korjata.. Tutkimuksen raporttia voidaan arvioida mm. seuraavien kysymysten avulla:
1. Työn kokonaisilme
Työn esittelyn yhteydessä voidaan arvioida myös koko tutkimusprosessia kokonaisuutena. Tutkimusprosessin arvioinnin ulottuvuuksia voivat olla edellisten lisäksi esimerkiksi:
1. Työn suunnittelu
Arvioinnin yhtenä keskeisenä tarkoituksena on opastaa oppilasta itseään arvioimaan omaa toimintaansa. Jatko-opinnoissa ja työelämässä on hyvästä itsearviointitaidosta hyötyä. Oppilaille voidaan monistaa edellä oleva arviointilista tai sen yksinkertaistettu versio jo siinä vaiheessa, kun tutkimusta suunnitellaan. Lista toimii myös tarkistuslistana tutkimusraporttia kirjoitettaessa. Jos tutkimuksen kuluessa pidettiin tutkimuspäiväkirjaa, siitä voidaan arvioida työskentelyn systemaattisuus ja johdonmukaisuus.
Opettajan arvioinnilla on kahtalainen tehtävä. Hän antaa palautetta oppilaan prosessiin ja ohjaa näin oppilaan kehittymistä. Toisaalta hän arvioi tutkimukset saadakseen siitä aineistoa oppilasarviointiin ja numeron antamiseen. Arvioidessaan opettaja tasapainoilee edellä esitetyn tarkistuslistan ja toisaalta itse tutkimusprosessin kanssa. Tutkimuksen teon tavoitteenasettelusta riippuu paljolti se, kumpaa arvioinnissa painotetaan enemmän. Tutkimukset voidaan arvioida perinteisellä kouluasteikolla 4 - 10, yliopistoasteikolla i, 1 - 3, sanallisesti tai vaikkapa pro gradu-työn arvosteluasteikolla i, a, b, nsl, cl, m, ecl, l.
Oppilaiden työn helpottamiseksi tutkimuksen suunnittelua ja tekemistä sekä tutkimuksen raportointia varten on kehitetty erilaisia kaavakkeita. Seuraava kaavake on yksi esimerkki tällaisesta kaavakkeesta. Jokainen voi kehitellä sitä edelleen tarpeidensa mukaan.
