Kokeellisuus on olennainen osa luonnontieteiden opetusta peruskoulussa ja lukiossa ja siten tärkeä osa myös fysiikan opettajankoulutusta. Viimeistelyvaiheessa olevassa Ville Nivalaisen väitöskirjatutkimuksessa pyritään vastaamaan muun muassa siihen, millaisia haasteita valmistuneet opettajat ja opettajaksi opiskelevat kohtaavat koulukokeellisuuden suunnittelussa ja toteutuksessa ja kuinka opettajia voitaisiin auttaa vastaamaan näihin haasteisiin.
Miten päädyit tutkimaan juuri fysiikan kokeellisuutta?
Tuo päätyminen-sana kuvaa itse asiassa aika hyvin tätä tilannetta missä nyt olen. Alun perin minun oli tarkoitus tutkia aivan toisia aiheita, mutta erinäisten tutkijasta riippumattomien sattumusten takia aiheet oli hylättävä ja jouduimme ohjaajani kanssa miettimään uutta aihetta. Olin kuitenkin toiminut tuohon asti assistenttina opettajankoulutuspuolella ja pitänyt kokeellisen koulufysiikan kurssia aineenopettajaopiskelijoille kolme kertaa. Olin ollut kiinnostunut kokeellisuudesta jo pidemmän aikaa, ja noiden kolmen kerran aikana uudenlaisia kysymyksiä ja ajatuksia oli herännyt. Näin ollen päätimmekin ohjaajani kanssa suunnata tutkimukseni kokeellisuuteen opettajankoulutuksessa. Mielestäni tämä oli onnistunut valinta, koska aihe kiinnosti minua.
Mitkä ovat kokeellisuuden haasteisiin liittyvän tutkimusosion tärkeimmät tulokset?
Kokeellisuuden suunnitteluun ja toteutukseen liittyy tutkimuksemme mukaan neljä pääkategoriaa, joissa sekä aineenopettajiksi opiskelevilla sekä jo valmistuneilla aineenopettajilla näyttäisi olevan haasteita. Suunnitellessaan kokeellisia kokonaisuuksia molemmat ryhmät törmäsivät seuraaviin rajoitteisiin: riittämättömät fysiikan sisältötiedot, vaikeudet hallita käytettävissä olevia laitteita tai tiloja, puutteet opetuksen lähestymistavoissa ja ongelmat ryhmien yleisessä organisoinnissa opetustapahtumassa. Näillä pääkategorioilla oli toki useampia alakategorioita, mutta kyseisten neljän pääkategorian avulla voidaan hahmottaa sitä kenttää, jossa opettaja toimii järjestäessään kokeellista opetusta. Vaikka kyseiset tulokset ovatkin aika praktisia kategorisointeja, ne toisaalta luovat myös uutta teoriataustaa alan tutkimukselle.
Miten tutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää?
Aineenopettajankoulutuksessa opiskelijat tehdään tietoisiksi näistä haasteista, jolloin he pystyvät tietoisesti kehittämään itseään niiden yli pääsemiseksi. Vastaavalla tavalla täydennyskoulutuksessa opettajat saavat tietoa rajoitteista, joita heillä saattaa edelleen olla joissakin osa-alueissa. Jatkotutkimukset osoittavat vahvasti siihen suuntaan, että oppilaat huomaavat koulussa opettajan vaillinaiset osa-alueet kokeellisuuden käytössä, yleensä jonkinasteisena epäonnistuneena tai huonosti selitettynä kokeena. Epäselväksi jääneet kokeet vaikuttavat kielteisesti oppilaiden asenteisiin kokeellisuutta kohtaan. Vielä yliopistotasolla jotkut opiskelijat kuvailevat saamaansa opetusta todeten, etteivät pitäneet kokeista. Syiden takana on selkeä yhteys raportoimiimme opettajan kokeellisuuden haasteisiin.
Millaisia terveisiä haluaisit lähettää vasta valmistuneelle fysiikanopettajalle, joka miettii kokeellisuuden käyttämistä opetuksessa?
Mieti aina ennen kokeellisuuden käyttämistä, mihin suunnittelemallasi demonstraatiolla tai oppilastyöllä tähdätään. Kokeellisuudella voidaan saavuttaa monenlaisia opetuksen tavoitteita, mutta opettajan lisäksi myös oppilaiden tulee tietää millaista tietoa tavoitellaan. Muista testata kokeelliset työt hyvin, koska kokeet eivät ole ideaalisia prosesseja kuten oppikirjan esimerkit. Valmistaudu vastaamaan moniin mielenkiintoisiin kysymyksiin tuntemalla fysiikan tietorakenne riittävän hyvin myös tarkasteltavan ilmiön ulkopuolelta.
Entä opettajalle, joka kaipaisi kokeelliseen fysiikan opetukseensa jotain uutta?
Kokemuksemme mukaan useat pitkän uran tehneet opettajat ovat innostuneet esimerkiksi uudenlaisista tietokoneavusteisista mittauslaitteista pätevöittämiskoulutusten aikana. Markkinoilla on nykyään järjestelmiä, joilla voi rakentaa malleja fysiikan ilmiöistä ja tarkastella niiden sopivuutta reaaliseen aineistoon. Aineisto voi olla joko erilaisin anturein mitattua tai vaikka oppilaiden itse kuvaamaa videomateriaalia, josta videoanalyysillä tuotetaan varsinainen aineisto. Näiden järjestelmien lisäksi tarjontaa on paljon erilaisista nettipohjaisista simulaatioista hiukkasilmaisimien datoihin, mutta kuitenkaan aivan suinpäin näitä ei kannata ottaa omaan opetukseensa. Edelleenkin opetuksen tavoite on pidettävä päällimmäisenä mielessä, ja sovitettava siihen sopivimmat kokeelliset menetelmät.
Ville Nivalainen viimeistelee väitöstyötään Itä-Suomen yliopiston Joensuun kampuksella, missä on tutkittu fysiikan kokeellisuutta fysiikan opettajankoulutuksen kontekstissa jo yli kymmenen vuoden ajan.
Teksti ja kuva: Mervi Asikainen.
