4.1.1 Tutkimusjoukko
Tutkimusaineisto koottiin kahdesta Itä-Suomalaisesta 5.-6. vuosiluokasta (n=39 oppilasta), jotka valittiin saatavilla olevien luokkien joukosta sattumanvaraisesti.
Opetuskokeilu toteutettiin kevään 2018 aikana. Ennen opetusta selvitettiin oppilaiden ennakkotietämys magnetismin käsitteestä alkumittauksen avulla ja opetusintervention lopuksi oppilaille suoritettiin loppumittaus. Oppilaat luokiteltiin alkumittauksen perusteella eri tasoryhmiin, joiden perusteella seurattiin käsitteellisen muutoksen tapahtumista. Tutkimusluokkien opettajilta saatiin taustatietoa tutkielmaa varten siitä mitä oppilaille on opetettu aiemmin magnetismista. Ennen tutkimuksen toteuttamista kirjalliset tutkimusluvat pyydettiin oppilaiden vanhemmilta, opettajalta sekä koulun rehtorilta.
4.1.2 Tutkimusmenetelmät
Tutkimus sisälsi oppilaiden spontaaneja malleja magnetismista keräävän alkumittauksen (LIITE 1), viiden tunnin opetusintervention ja loppumittauksen (LIITE 2). Tutkimus toteutettiin kahden tavallisen koulupäivän aikana, perättäisinä päivinä.
Taustatiedoiksi sain opettajilta koulussa aiemmin opetetut asiat magnetismiin liittyen, jotka vaikuttivat tietenkin oppilaiden ennakkotietoihin. Ensimmäisen koulun oppilaille oli opetettu maan magneettikenttä tavallisen opetuksen yhteydessä sen kummemmin siihen juurtumatta. Toiselle ryhmälle kirjan kappale tehtävineen oli annettu lukuläksynä kotiin, eikä sitä oltu erikseen käyty oppitunnilla läpi ennen interventiota. Oppikirjan kappale sivusi sauvamagneetin toimintaa ja kävi läpi maan magneettikentän vaikutusta kompassin toimintaan.
Alkumittaus toteutettiin luokassa aivan aluksi, joista saatuja vastauksia hyödynnettiin opetusintervention oppituntien valmistelussa. Opetusinterventio aloitettiin magnetismin
perusasioista ja siinä käytiin yksityiskohtaisesti läpi magnetismin teoriaa.
Opetusinterventio sisälsi yhteensä viisi tuntia tutkivaa oppimista, jossa oppilaat saivat pienissä ryhmissä ennustaa kokeiden tuloksia, kirjata niitä muistiin, tehdä kokeita ja pohtia ennakkotietojensa oikeellisuutta. Toimintaa täydennettiin opetuskeskustelulla ja taululle piirretyillä kuvilla sekä teoriaopetuksella. Opettaja kiersi luokassa tekemisen aikana ja kaikista kokeista käytiin yhteisesti läpi oikeat vastaukset, jotka oppilaat piirsivät ja kirjoittivat vihkoihinsa. Lerkkasen, Kiurun Pakarisen, Viljarannan, Poikkeuksen, Rasku-Puttosen, ja Siekkisen (2012, 276) mukaan lapsikeskeisyys on opettajajohtoista työtapaa parempi ratkaisu oppilaiden luovuuden lisäämiseksi.
Loppumittaus toteutettiin vastaavanlaisella lomakkeella kuin alkumittaus, ja oppilaat tekivät sen heti opetusintervention jälkeen.
Opetusintervention alkumittauksessa kartoitettiin oppilaiden pohjatietoja, ennakkotietämystä ja yleistä kiinnostuneisuutta magnetismista (LIITE 1).
Opetusinterventionsisällöt suunniteltiin oppilaille perustuen heidän ennakkotietämykseensä magnetismista soveltaen havainnollistavaa opetusta. Tutkijan pitämät opetustunnit koostuivat magnetismin perusteista taululle selitettyinä, jotka piti kirjoittaa vihkoon. Opetusinterventiot sisälsivät myös käytännön harjoitteita kunkin oppitunnin asioihin liittyen, jolloin magnetismia voitiin kokeilla käytännössä.
Opetusinterventio sisälsi viisi tuntia opetusta, puolentoista tunnin verran keskittyen kuhunkin aiheeseen: 1. magneetin toiminta, veto- ja hylkimisvoimat sekä magneettikenttä 2. kompassin toiminta ja maan magneettikenttä 3.
alkeismagneettialueet, voimanuolet, sekä sähkömagnetismin perusteet.
Opetusintervention lopuksi suoritettiin loppumittaus, jonka tarkoituksena oli selvittää oppilaiden oppimista.
Alku- ja loppumittauksen tehtävät sisälsivät opetusinterventioon liittyen avoimia kysymyksiä magneetin olemuksesta (kysymykset 1,3 ja 9), käyttötarkoituksesta (kysymys 2), ja vuorovaikutuksesta (kysymykset 4 ja 5) sekä puoliavoimia kysymyksiä, joissa valmiiksi annetulle magneetille piti piirtää magneettikenttä (kysymys 7), halkaistulle magneetille sisäistä rakennetta (kysymys 6) tai magneettien väliset vuorovaikutusvoimat (kysymys 8). Kysymyksiä oli yhteensä yksitoista ja niissä selvitettiin myös lisätiedon tarvetta (kysymys 10) ja kiinnostuneisuutta (kysymys 11).
Kysymyksenasettelu tässä tutkielmassa pyrkii painottamaan tasapuolisesti tietämystä magnetismista, mutta pisteytyksessä on pyritty huomioimaan esimerkiksi oppilaiden puutteellinen tietämys voimanuolten teoriaan (kysymys 8) alkumittauksen aikana.
Kysymyksenasettelu pyrittiin pitämään havainnollisena ja avoimena, ja on osin mukailtu aiemmista tutkimuksista. Suurin osa alku- ja loppumittarin kysymyksistä on mukailtu
aiempien tutkimusten tulosten avulla. Muutamat kysymykset perustuvat suoraan (kysymys 1 ja intro) ja mukaillen (kysymykset 4 ja 9) Harmoisen (2013,195) tutkimukseen, ja ne ovat Harmoisen (2013) mukaan alun perin Sederbergin vuonna 2010 laatimista oppimateriaaleista suomennetut (Harmoinen 2013,45). Magneetin malleja selittävä tehtävä (kysymys 7) on mukaillen toteutettu Borgesin ja Gilbertin (1998) tutkimuksen avulla. Magnetoidun rautanaulan takomista selittävä tehtävä (kysymys 9) on taas mukailtu Harmoisen (2013,179, 197), sekä Sederbergin ja Bryanin (2010) tutkimuksista. Mittarin kaikkiin kysymyksiin on otettu vaikutteita lukuisista aiemmista tutkimuksista, esimerkiksi Haupt’in (1952) tutkimuksessa kysyttiin samalla tavoin, mitä oppilaat tahtoisivat tietää lisää magnetismista (kysymys 10) Loput kysymykset (kysymykset 2,3,5,6,8 ja 11) on tehty yhteistyössä Itä-Suomen yliopistonlehtori Kari Sormusen kanssa vuonna 2018.
4.1.3 Aineiston analyysimenetelmät
Tutkielmassa käytetään analyysimenetelmänä fenomenografiaa oppilaiden magneettisuuden käsitteiden kehittymisen tutkimisessa. Fenomenografia tutkii arkikäsityksiä, sekä erilaisia tapoja ymmärtää asioita, joten se sopii tähän tutkimukseen hyvin, sillä juuri oppilaiden arkikäsitykset ja niiden muuttuminen ovat tutkimuksessa olennaisia. (Cibangu & Hepworth 2016; Huusko & Paloniemi 2006.) Fenomenografian kehittäjänä pidetyn Martonin mukaan fenomenografialla kuvataan ja tutkitaan ihmisten käsityksiä, joita on rajallinen määrä. Samankaltaista analyysitapaa on sovellettu Saarelaisen ym. (2006) artikkelissa “Students' initial knowledge of electric and magnetic fields—more profound explanations and reasoning models for undesired conceptions”.
Tutkittavien vastaukset kategorisoitiin luokkiin kunkin tehtävän (kysymykset 1-11) kohdalla edellä mainittujen aiempien tutkimusten avulla. Oppilaiden vastaukset koodattiin numeroiksi, tutkimusvastaukset skannattiin ja siirrettiin kysymyksittäin eri tiedostoihin, jossa niitä voitiin vertailla samanaikaisesti keskenään ja muodostaa kategorioita osaamisen mukaan. Saatuja tietoja verrattiin keskenään ja tehtävät pisteytettiin. Osaamisen tasoista muodostettiin neljä luokkaa: edistyneet, hyvät, keskiverrot ja heikot. Käsitteellisen muutoksen tapahtumista analysoitiin oppilaskohtaisten alku- ja loppupistemäärien avulla. Samankaltaista kategorisointia on käytetty Sederbergin ja Bryanin (2010) tutkimuksessa, jossa koodattiin myös oppilaiden piirrokset, kuten myös tässä tutkielmassa. Samoin Guisasolan ym. (2003) tutkimuksessa käytettiin fenomenografiaa analysoidessa aineistoa ja kategorisoidessa sitä luokkiin tutkimuksen tarkoitukseen sopivalla tavalla.
Tutkimuksen tuloksia tarkastellessa on syytä huomioida, että tutkimukseen osallistuneita oppilaita oli 39, joista 38 oppilasta vastasi myös loppumittaukseen. Yhden puuttuvan oppilaan vastaukset on luettu mukaan tutkimukseen siltä osin, kun se on ollut mahdollista. Tällä menettelyllä maksimoitiin tutkittavien määrä ja varmistettiin kaikkien oppilaiden tasapuolinen kohtelu.
Prosentteina ilmaistut tulokset ylittävät toisinaan 100%, mikä johtuu arvojen pyöristyksestä, sekä usean vastauksen yhdistämisestä, jos oppilas on vastannut kysymykseen usealla sanalla, jotka kuuluvat eri kategorioihin.
4.1.4 Tutkimuksen eettiset periaatteet
Tämä tutkimus noudattaa hyvää tieteellistä käytäntöä olemalla eettisesti oikein toteutettu, esimerkiksi sillä, ettei tutkimus ole arkaluontoinen tai loukkaava, eikä tässä tutkielmassa esitetä tuloksia siten, että yksittäistä vastaajaa voitaisiin tunnistaa.
Tutkimuksessa ei käsitellä tutkimuseettisesti arveluttavaa materiaalia, ja tutkimuskohteiden tietoturvasta ja oikeuksista on huolehdittu, sekä tarvittavat luvat tutkimusta varten on hankittu. Tutkimuksesta saadut tiedot raportoidaan oikeellisesti aiempiin tutkimuksiin viitaten, sekä tutkimusmateriaaleja (tutkimusluvat, alku- ja loppumittaukset) käsitellään, sekä säilytetään asianmukaisesti. Tutkimuseettisen neuvottelukunnan (2012) mukaan hyvän tieteellisen käytännön noudattaminen tarkoittaa myös tutkimuksen raportoinnin tarkkuutta ja oikeellisuutta, sekä oikeanlaisia lähdeviittauksia. Itä-Suomen yliopiston tutkimuseettisissä ohjeissa todetaan hyvän tieteellisen käytännön olevan linjassa tutkimuseettisen neuvottelukunnan (2012) ohjeiden kanssa.
5 TUTKIMUKSEN TULOKSET
Tässä luvussa käsittelen tutkimusongelmieni mukaisessa järjestyksessä tutkimukseni tuloksia alku- ja loppumittarin avulla, tehtävä kerrallaan (LIITTEET 1 ja 2). Käsittelen oppilaiden käsityksiä ennen opetusinterventiota, oppilaiden oppimia asioita sekä motivaation suhdetta käsitteellisen muutoksen syntymiseen.