Sähkö ja elektroniikka peruskoulun 7. luokan teknisen työn opetuksessa: tapaustutkimus oppilaiden sähköön ja elektroniikkaan liittyvästä osaamisesta ja käsityksistä
PIRTTIMAA, MATTI (2008)
PIRTTIMAA, MATTI
2008
Kasvatustiede, opettajankoulutus - Education, Teacher Education
Kasvatustieteiden tiedekunta - Faculty of Education
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2008-09-17
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/urn:nbn:fi:uta-1-19376
https://urn.fi/urn:nbn:fi:uta-1-19376
Tiivistelmä
Sähkön ja elektroniikan käsitteistön oppiminen ja aiheeseen liittyvän käsitteellisen ymmärryksen kehittyminen on haasteellinen, aikaa vievä prosessi. Tämä tutkimusraportti esittelee kevään 2006 aikana toteutetun empiirisen tutkimuksen, jonka tarkoituksena oli selvittää, miten 7. luokan oppilaat ymmärtävät sähkön ja elektroniikan ilmiöitä ja peruskäsitteitä.
Tutkimuksen taustalla on käsitteellisen muutoksen teoria. Käsitteellisen muutoksen teoriaa lähestytään erilaisista näkökulmista, joille on yhteistä, että niissä oppilaiden aiempi osaaminen nähdään perustaksi, jolle uutta tietoa rakennetaan. Tässä tutkimuksessa oppiminen nähdään konstruktivistisenä tiedonrakentamisprosessina. Aiempi tietämys saattaa olla myös esteenä uuden tiedon omaksumiselle. Oppilas olisikin saatava tiedostamaan omia arkikokemukseen perustuvia käsityksiään opiskeltavasta aihealueesta. Intentionaalisuus, intentionaalinen oppiminen ja metakognitiivinen ajattelu nähdään tärkeänä käsitteellisen muutoksen mahdollistamiseksi.
Tutkimukseen osallistui 29 Säkylän yhteiskoulun seitsemännen luokan oppilasta elektroniikan opetusjaksolla. Tämä oppilasjoukko muodostui ikäluokan kaikista teknistä työtä opiskelevista oppilaista, ja he olivat kaikki poikia. Opetusjakso toteutettiin vuorovaikutteisen PowerPoint opiskelumateriaalin ja siihen liittyvän kokeilu- ja rakentelumateriaalin avulla. Oppilaat työskentelivät opiskelujakson ajan pareittain, joten heillä oli mahdollisuus konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaisesti vuorovaikutukseen ja yhteisölliseen tiedonrakentamiseen. Opiskelujakson pituus oli kaksi kolmen oppitunnin istuntoa. Ennen jakson alkamista oppilaiden osaamista sähkön ja elektroniikan perusteista kartoitettiin alkumittauksella. Opiskelujakson jälkeen heille tehtiin loppumittaus. Yhden oppilasryhmän (10 oppilasta) opiskelua jatkettiin niin, että he osallistuivat
loppumittauksen jälkeen vielä kahteen kolmen oppitunnin istuntoon, jonka jälkeen heille tehtiin toinen loppumittaus. Oppilaiden käsityksiä kartoitettiin keräämällä 18 oppilaalta haastatteluaineisto. Haastattelukysymykset käsittelivät mm. oppilaiden käsityksiä sähkön olemuksesta, syntymisestä, siirtämisestä koteihin ja käyttäjille, sähkön merkityksestä sekä elektroniikasta, sen merkityksestä ja erilaisista sovelluksista.
Sähkön ja elektroniikan käsitteiden oppiminen on aiempien tutkimusten mukaan haasteellista. Monet tutkimukset osoittavat, että ennen opetusta eri-ikäisillä oppilailla käsitykset sähköstä ovat vahvasti arkiajattelun ja arkipäivän termistön mukaisia. Ne ovat siten usein ristiriidassa fysiikan käsitysten kanssa. Opetuksen jälkeenkään oppilaiden käsitykset eivät välttämättä ole muuttuneet. (Mulhall, McKittrick ja Gunstone 2001, 576–577.) Tässä raportissa esitellään alku- ja loppumittausten tuloksien lisäksi haastatteluaineistoon perustuvan fenomenografisen analyysin tulokset. Martonin (1996) mukaan Fenomenografian perusajatus on, että on vain rajallinen määrä tapoja kokea mikä tahansa ilmiö.
(Marton 1996, 177). Tutkijan tehtävänä on etsiä tutkittavasta aineistosta laadullisesti erilaisia tapoja kokea tai käsittää kyseessä oleva ilmiö.
Tutkimustulosten mukaan lyhyenkin opiskelujakson aikana oppilaiden osaaminen lisääntyi tilastollisesti erittäin merkitsevästi, joskin osaamisen taso jäi melko matalaksi. Erityisesti piirikaavioiden ymmärtäminen oli oppilaille vaikeaa. Oppimistulosten analysoinnissa käytettiin Wilcoxonin testiä.
Oppilashaastatteluiden fenomenorgafisen analyysin perusteella oppilaiden sähköön ja elektroniikkaan liittyvissä käsityksissä oli havaittavissa tieteellis-teknistä ajattelua, jonka voi tulkita olevan peräisin opiskelujakson sisällöistä. Osa oppilaista kykeni siten omaksumaan relevanttia tietoa, joka ilmeni haastatteluissa myös pitemmän ajan kuluttua aktiivisen opiskelun päättymisestä. Tutkimuksen perusteella sähkön ja elektroniikan opetuksen kehittäminen ja valtakunnallisen opetussuunnitelman perusteiden tavoitteiden ja sisältöjen tarkentaminen on tarpeen.
Avainsanat: Tekninen työ, sähköoppi, elektroniikkaopetus, käsitteellinen muutos, konstruktivistinen oppimiskäsitys, intentionaalinen oppiminen
Tutkimuksen taustalla on käsitteellisen muutoksen teoria. Käsitteellisen muutoksen teoriaa lähestytään erilaisista näkökulmista, joille on yhteistä, että niissä oppilaiden aiempi osaaminen nähdään perustaksi, jolle uutta tietoa rakennetaan. Tässä tutkimuksessa oppiminen nähdään konstruktivistisenä tiedonrakentamisprosessina. Aiempi tietämys saattaa olla myös esteenä uuden tiedon omaksumiselle. Oppilas olisikin saatava tiedostamaan omia arkikokemukseen perustuvia käsityksiään opiskeltavasta aihealueesta. Intentionaalisuus, intentionaalinen oppiminen ja metakognitiivinen ajattelu nähdään tärkeänä käsitteellisen muutoksen mahdollistamiseksi.
Tutkimukseen osallistui 29 Säkylän yhteiskoulun seitsemännen luokan oppilasta elektroniikan opetusjaksolla. Tämä oppilasjoukko muodostui ikäluokan kaikista teknistä työtä opiskelevista oppilaista, ja he olivat kaikki poikia. Opetusjakso toteutettiin vuorovaikutteisen PowerPoint opiskelumateriaalin ja siihen liittyvän kokeilu- ja rakentelumateriaalin avulla. Oppilaat työskentelivät opiskelujakson ajan pareittain, joten heillä oli mahdollisuus konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaisesti vuorovaikutukseen ja yhteisölliseen tiedonrakentamiseen. Opiskelujakson pituus oli kaksi kolmen oppitunnin istuntoa. Ennen jakson alkamista oppilaiden osaamista sähkön ja elektroniikan perusteista kartoitettiin alkumittauksella. Opiskelujakson jälkeen heille tehtiin loppumittaus. Yhden oppilasryhmän (10 oppilasta) opiskelua jatkettiin niin, että he osallistuivat
loppumittauksen jälkeen vielä kahteen kolmen oppitunnin istuntoon, jonka jälkeen heille tehtiin toinen loppumittaus. Oppilaiden käsityksiä kartoitettiin keräämällä 18 oppilaalta haastatteluaineisto. Haastattelukysymykset käsittelivät mm. oppilaiden käsityksiä sähkön olemuksesta, syntymisestä, siirtämisestä koteihin ja käyttäjille, sähkön merkityksestä sekä elektroniikasta, sen merkityksestä ja erilaisista sovelluksista.
Sähkön ja elektroniikan käsitteiden oppiminen on aiempien tutkimusten mukaan haasteellista. Monet tutkimukset osoittavat, että ennen opetusta eri-ikäisillä oppilailla käsitykset sähköstä ovat vahvasti arkiajattelun ja arkipäivän termistön mukaisia. Ne ovat siten usein ristiriidassa fysiikan käsitysten kanssa. Opetuksen jälkeenkään oppilaiden käsitykset eivät välttämättä ole muuttuneet. (Mulhall, McKittrick ja Gunstone 2001, 576–577.) Tässä raportissa esitellään alku- ja loppumittausten tuloksien lisäksi haastatteluaineistoon perustuvan fenomenografisen analyysin tulokset. Martonin (1996) mukaan Fenomenografian perusajatus on, että on vain rajallinen määrä tapoja kokea mikä tahansa ilmiö.
(Marton 1996, 177). Tutkijan tehtävänä on etsiä tutkittavasta aineistosta laadullisesti erilaisia tapoja kokea tai käsittää kyseessä oleva ilmiö.
Tutkimustulosten mukaan lyhyenkin opiskelujakson aikana oppilaiden osaaminen lisääntyi tilastollisesti erittäin merkitsevästi, joskin osaamisen taso jäi melko matalaksi. Erityisesti piirikaavioiden ymmärtäminen oli oppilaille vaikeaa. Oppimistulosten analysoinnissa käytettiin Wilcoxonin testiä.
Oppilashaastatteluiden fenomenorgafisen analyysin perusteella oppilaiden sähköön ja elektroniikkaan liittyvissä käsityksissä oli havaittavissa tieteellis-teknistä ajattelua, jonka voi tulkita olevan peräisin opiskelujakson sisällöistä. Osa oppilaista kykeni siten omaksumaan relevanttia tietoa, joka ilmeni haastatteluissa myös pitemmän ajan kuluttua aktiivisen opiskelun päättymisestä. Tutkimuksen perusteella sähkön ja elektroniikan opetuksen kehittäminen ja valtakunnallisen opetussuunnitelman perusteiden tavoitteiden ja sisältöjen tarkentaminen on tarpeen.
Avainsanat: Tekninen työ, sähköoppi, elektroniikkaopetus, käsitteellinen muutos, konstruktivistinen oppimiskäsitys, intentionaalinen oppiminen