LUONNONTIETEIDEN OPETUKSEN KEHITTÄMISHAASTEITA 2012
Kärnä Pirkko, Houtsonen Lea, Tähkä Tiina (Toim.)
Luonnontieteiden opetuksen kehittämishaasteita 2012
Kärnä Pirkko, Houtsonen Lea, Tähkä Tiina (Toim.)
Koulutuksen seurantaraportit 2012:10
© Opetushallitus ja tekijät
Koulutuksen seurantaraportit 2012:10 ISBN 978-952-13-5342-0 (nid.) ISBN 978-952-13-5343-7 (pdf) ISSN-L 1798-8934
ISSN 1798-8934 (painettu) ISSN 1798-8942 (verkkojulkaisu) Taitto ja kannen kuva: Sirpa Ropponen
sisäLtÖ
LukiJaLLe ... 7
1. mieLekäs Luonnontieteiden opetus: miten tukea oppiLaiden aJatteLua Ja ymmärtämistä? ... 9
Maija Aksela Greta Tikkanen Pirkko Kärnä Johdanto ... 9
mielekäs luonnontieteiden opetus ja oppimisen arviointi ... 9
oppiLaan aJatteLutaitoJen Ja syväLLisen ymmärtämisen tukeminen 13 ajattelutaidot ... 13
uudistettu Bloomin taksonomia opetuksen tukena ... 13
Luonnontieteellisen tiedon luokittelu ... 14
Luonnontieteellisen ajattelun luokittelu ... 16
taksonomian käyttÖ Luonnontieteiden opetuksen arvioinnissa ... 20
monipuoLisia oppiLaiden aJatteLua aktivoivia tehtäviä ... 23
Lopuksi ... 25
Lähteet ... 27
2. näkÖkuLmia BioLogian oppimisen kehittämiseksi ... 29
Anna Uitto BioLogia oppiaineena – nykyiset Ja tuLevaisuuden haasteet .. 29
BioLogian tiedonaLan pääteemat Ja peruskysymykset ... 30
tiedon Ja aJatteLun tasot BioLogian oppimisessa ... 33
BioLogian tiedonrakenne – esimerkkinä ihmisen BioLogia ... 35
kokeeLLisuus Ja aktivoivat Ja vuorovaikutteiset tyÖ- Ja toimintatavat ... 34
kokeeLLisuus meneteLmätietoa harJoittavana tyÖtapana ... 37
maasto-opetus Ja kenttätyÖt meneteLmätietoa harJoittavana tyÖtapana ... 40
miten toteuttaa BioLogiaLLe ominaisia tyÖtapoJa – opettaJan näkÖkuLma ... 41
BioLogian merkitys Luonnontieteiden ymmärtämisessä Ja osaamisessa ... 43
yhteiskuntapainotteisuus BioLogian opetuksessa ... 44
Lopuksi ... 45
Lähteet ... 46
3. BioLogian opettaJa oppiLaittensa oppimisen arvioiJana ... 49
Mauri Åhlberg arviointi BioLogian opetuksen Ja siihen Liittyvän kestävää kehitystä edistävän kasvatuksen perustekiJänä ... 49
kasvatuksen Ja opetuksen kuusi perustekiJää BioLogian opetukseen soveLLettuina ... 50
korkeaLaatuinen oppiminen BioLogiassa Ja kestävää kehitystä edistävässä kasvatuksessa ... 52
vee-heuristiikka apuna arvioinnissa ... 54
Biologian erityisluonne tieteenalana ja oppiaineena: molekyyli- biologiasta ekosysteemibiologiaan ja biosfäärin tutkimiseen ... 56
Lajintuntemuksen ja biodiversiteetin kestävään käyttöön oppimisen tärkeys 58 Luontoportti/naturegate-verkkopalvelun luomat mahdollisuudet tunnistaa suomen luonnon lajeja ja edistää kestävää käyttöä ... 59
Biologian opetuksessa tapahtuvasta oppilaiden arvioinnista ... 60
Lähteet ... 61
Liite 1: vihjeitä Luontoportin opetuskäyttöön ... 63
Liite 2: käsitekarttojen teko-ohje ... 65
4. kohti uudistuvaa maantiedon perusopetusta ... 69
Lea Houtsonen Johdanto ... 69
maantiedon oppimistuLosten kansaLLinen arviointi ... 69
tyÖtapoJen yhteys maantiedon osaamiseen ... 76
perusopetuksen maantiedon tyÖtapoJen Ja oppimisympäristÖJen kehittäminen ... 77
tutkiva oppiminen ... 77
ongelmalähtöinen oppiminen ... 79
projektit ... 79
maastotyöskentely ... 79
tieto- ja viestintäteknologian hyödyntäminen ... 80
paikkatieto-opetus ... 81
maantiedon opetuksen tyÖtapoJen vaLinnan perusteiden hahmotteLua ... 82
arvioinnin kehittäminen perusopetuksen maantiedossa ... 85
5. maantieto auttaa maaiLman ymmärtämisessä ... 95
Hannele Cantell Johdanto ... 95
maantiedon opetuksen tavoitteet Ja niiden toteutumisen arvioiminen ... 95
aineistona arviointitehtävät Ja taustakyseLyn väittämät ... 96
maantietoa pidetään hyÖdyLLisenä Ja tärkeänä oppiaineena 97
maantiedon opiskeLu vaikuttaa ympäristÖ-arvoihin Ja Lisää gLoBaaLia ymmärrystä ... 99
maantiedon opetuksen tuLevaisuus Ja kehittäminen ... 101
Lähteet ... 103
6. Fysiikan opettaminen Ja oppiminen ... 105
Jouni Viiri Johdanto ... 105
raportin tuloksia ... 105
Fysiikan oppiminen on Fysiikan kieLen Ja kuLttuurin sisäistämistä 106 oppimista edistävä LuokkahuonekeskusteLu ... 107
JohtopäätÖsten tekemisen Ja perusteLun opettaminen ... 109
oppimista syventää maLLien Ja eriLaisten esitysmuotoJen käyttÖ 112 kokeeLLisuudessa teoria Ja havainnot Liittyvät toisiinsa ... 115
Lopuksi ... 117
Lähteet ... 118
7. peruskouLuLaisten asenteet Fysiikan opintoJa kohtaan – mitä tehdä, kun Fysiikasta ei pidetä ... 121
Pirkko Kärnä Johdanto ... 121
arviointitietoa Fysiikan opetuksesta ... 121
asenteet fysiikkaan ... 121
asenteet ja osaaminen ... 123
työ- ja toimintatavat ja fysiikasta pitäminen ... 124
Fysiikan opetuksen moninaisten tavoitteiden toteutuminen ... 127
kiinnostava Fysiikan opetus ... 127
opetusmenetelmät ... 128
maailmankuvan rakentaminen ... 128
miten oppilaita motivoidaan? ... 130
kiinnostavat aiheet ... 131
myönteisen asenteen kehittäminen ... 132
tunnetekijöiden taksonomia ... 135
keskusteLua ... 136
hyviä kokemuksia muista aineista ... 133
Fysiikan merkitys oppilaalle ... 137
asennekasvatus ... 138
oppilaiden asenteet muihin oppiaineisiin ... 139
Lopuksi ... 141
Lähteet ... 142
8. kemian opetuksen kehittäminen monipuoLisiLLa tyÖtavoiLLa ... 145
Aija Ahtineva Johdanto ... 145
tutkimustuLoksia kemian opetuksen tyÖtavoista ... 146
kemia tänään – opettajan näkökulma ... 146
työtavan yhteys kemian opiskeluintoon – oppilaan näkökulma ... 147
arkipäivään liittyvät asiat kiinnostavat – kodin ja koulun yhteistyö . 148 tiedetapahtumat innostavat oppimaan – yhteiskunnallinen merkitys 149 tyÖtavat Luonnontieteiden osaamisen arvioinnissa 2011 .... 150
internet Ja tietokoneavusteinen opetus ... 151
kemian opetuksen kehittäminen ... 152
internet ja innovaatiot ... 152
Formaali opetus ja informaali oppiminen ... 153
opetussuunnitelma ... 154
Lopuksi ... 155
Lähteet ... 156
9. asennetta kemian opiskeLuun ... 159
Tiina Tähkä Johdanto ... 159
miten oppiLaat suhtautuvat kemiaan? ... 159
onko oppiLaiden asenne muuttunut? ... 162
miksi asenteeLLa on merkitystä? ... 163
voiko asenteeseen vaikuttaa? ... 164
minkäLaiset sisäLLÖt kiinnostavat? ... 166
miten opettaJat huomioivat asenteisiin vaikuttamisen? ... 170
Lopuksi ... 170
Lähteet ... 171
LukiJaLLe
Nyt käsillä oleva julkaisu on tarkoitettu palvelemaan luonnontieteiden opetuksen kehittämistä perusopetuksessa. Se on syntynyt Opetushallituksessa vuosina 2010- 2012 toteutetun luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnin pohjalta. Edellisestä arvioinnista, jonka tuloksena käynnistyi mittava luonnontieteiden perusopetuksen kehittämishanke (LUMA), oli ehtinyt kulua kymmenen vuotta. On ollut ilahdutta- vaa havaita, että luonnontieteiden opetuksen kehittämisen hyväksi on sekä yliopis- toissa että kouluissa viime vuosina tehty paljon työtä. Tulokset heijastuivat myös uudessa seuranta-arvioinnissa saatuihin tuloksiin.
Toteutetussa arvioinnissa tehtävät laadittiin Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteissa (Opetushallitus 2004) esitettyihin tavoitteisiin. Luonnontieteiden arvi- ointitehtävät olivat sekä valinta- että tuottamistehtäviä. Suurin osa oppilaista saa- vutti tyydyttävän osaamistason. Menetelmätietoa ja tuottamistehtäviä osattiin huo- nommin kuin faktatietoa. Biologiassa ja maantiedossa oppilailla oli eniten vaikeuk- sia ilmiöiden selittämistä vaativissa tehtävissä, fysiikassa tuottamistehtävissä. Tytöt osasivat poikia paremmin biologiaa ja maantietoa. Fysiikkaa pojat osasivat tyttöjä paremmin. Kemiassa ei ollut sukupuolten välisiä eroja. Oppilaiden asenteet biolo- gian ja maantiedon opiskelua kohtaan olivat myönteisiä, mutta fysiikan ja kemian opiskelua kohtaan varauksellisia. Silti oppilaiden mielestä fysiikka ja kemia ovat hyö- dyllisiä oppiaineita.
Nyt käsillä olevan julkaisun artikkelien kirjoittajat ovat perehtyneet huolellisesti arviointiaineistoihin. Tekemiensä havaintojen pohjalta asiantuntijat ovat laatineet opetuksen kehittämistarkoituksiin edustamaansa oppiainetta koskevia artikkeleita, joiden tarkoituksena on kannustaa opettajia kehittämään opetustaan.
Esitän kirjoittajille lämpimät kiitokseni heidän paneutumisestaan arviointiaineis- toihin ja heidän merkittävästä panoksestaan luonnontieteiden opetuksen tietope- rustaiseen kehittämiseen. Toivon, että tämä arviointiperustainen artikkelikokoelma innostaa kehittämään edelleen luonnontieteiden opetusta.
Helsingissä 12.11.2012 Ritva Jakku-Sihvonen
Oppimistulosten arviointiyksikön päällikkö
1. mieLekäs Luonnontieteiden opetus:
miten tukea oppiLaiden aJatteLua Ja ymmärtämistä?
Maija Aksela, professori, Kemian opettajankoulutusyksikkö, Helsingin yliopisto
Greta Tikkanen, FT, Kemian laitos, Helsingin yliopisto Pirkko Kärnä, FT, toiminut projektipäällikkönä 2011–2012 Opetushallituksessa, Helsingin Yliopisto
Johdanto
Luonnontieteellinen ajattelu on yksi luonnontieteiden opetuksen päätavoitteista, joka on mainittu opetussuunnitelmien perusteissa (Perusopetuksen opetussuun- nitelman perusteet 2004). Oppilaan ajattelun tunteminen ja sen ymmärtäminen on taitavan opettajan tärkeimpiä kykyjä, kun suunnitellaan ja toteutetaan miele- kästä luonnontieteiden opetusta. Miten voin parhaiten tukea oppilaan ajattelua ja sen myötä asian syvällistä ymmärtämistä? Mitä tapahtuu oppilaani ajattelussa, kun asetan tavoitteen näin ja toteutan sen tällä tavalla? Minkälaisia ovat oppilaan ajatte- lua ja ymmärtämistä tukevat aktiviteetit? Edellä mainitut ovat keskeisiä opetuksen suunnittelua koskevia kysymyksiä. Tässä artikkelissa tarkastellaan muutamia työvä- lineitä (esim. uudistettu Bloomin taksonomia ja erilaiset tehtävätyypit), joita opetta- jat voivat hyödyntää suunnitellessaan mielekästä luonnontieteiden opetuksen pro- sessia: sen tavoitteita ja erilaisia työtapoja ja arviointia. Lisäksi artikkelissa esitetään esimerkkejä luonnontieteiden opetuksen erilaisista ajattelua tukevista tehtävistä.
mielekäs luonnontieteiden opetus ja oppimisen arviointi
Mielekäs luonnontieteiden opetus on tavoitteellista linjakasta opetusta. Opetuksen suunnitteluvaiheessa on keskeistä eritellä sekä oppitunnin päätavoitteet että kunkin tehtävän tavoitteet. Opettajan olisi hyvä tuoda oppilaiden tietoisuuteen oppitun- nin tiedolliset ja taidolliset tavoitteet. Millaisia tavoitteita esimerkiksi valittu kokeel- linen työ tukee? Millaisia ajattelutaitoja tarvitaan? Tällöin oppilas tietää, millaista osaamista häneltä odotetaan. Tavoitteiden tiedostamisella on usein myös oppilasta
Monipuolisilla työtavoilla voidaan kohdata paremmin erilaisia oppijoita (ks. esim.
Ahtinevan artikkeli tässä kirjassa). Erityisesti oppilaita motivoivaa opetusta ja työtapoja on kehitettävä, sillä suomalaisten oppilaiden kiinnostus luonnontieteitä kohtaan on ollut OECD-maiden keskiarvoa vähäisempää. Vuoden 2011 luonnontieteiden oppimistulosten kansallisessa arvioinnissa oppilaiden asenteet olivat fysiikan ja kemian opintoja kohtaan kielteisiä, kun taas oppilaiden keskimääräiset asenteet biologian ja maantiedon opintoihin olivat myönteisiä. Arvioinnissa löytyi selvä yhteys oppitunnilla käytetyn opetusmenetelmän tai toimintatavan sekä oppilaan oppiaineeseen kohdistuvan kiinnostuksen ja sen osaamisen välillä. (Kärnä, Hakonen
& Kuusela 2012.)
KUVIO 1. Tavoitteellinen opetus-, opiskelu- ja oppimisprosessi (esim. Erätuuli & Meisalo 1994)
Tavoitteet muodostavat luonnontieteiden opetuksen, opiskelun sekä oppimisen arvioinnin perustan. Arvioinnilla on keskeinen merkitys, sillä se ohjaa uusien opetuksen tavoitteiden asettamista, opetuksen kehittämistä sekä oppimistulosten parantamista saadun palautteen kautta (ks. KUVIO 1). Arviointi vaikuttaa myös opiskelijoiden motivaatioon, ja se vaikuttaa selvästi opiskelijoiden mielenkiinnon heräämiseen alan jatko-opintoja ja työuraa kohtaan (esim. Hazel, Logan &
Gallagher 2006). Arvioinnin avulla pyritään ohjaamaan ja kannustamaan opiskelua sekä kehittämään opiskelijan edellytyksiä itsearviointiin (Lukiolaki 629/1998 17 § 1 mom).
Mielekkäässä opetuksessa on keskeistä monipuolisen arvioinnin käyttö. Oppimi- sen arviointi voidaan luokitella esimerkiksi diagnostiseen, formatiiviseen ja summa- tiiviseen arviointiin (esim. Black 2004). Taulukossa 1 on esitetty kooste kyseisistä arviointityypeistä. Opiskelijoiden arviointi luonnontieteiden opetuksessa perustuu usein summatiiviseen arviointiin. Se on ennustavaa, kokoavaa ja vertailevaa arvioin- tia, joka antaa yleiskatsauksen jonkin tietyn oppimiskokonaisuuden aikana tapah- tuneesta oppimisesta (esim. Black 2004). Summatiivinen arviointi antaa myös tie- toa opiskelijoiden oppimistuloksista suhteessa muiden opiskelijoiden tuloksiin tai ennalta määriteltyihin standardeihin (Doran, Lawrenz & Helgeson 1994). Diag- nostinen arviointi on toteavaa ja ennustavaa arviointia, joka antaa tietoa opiskeli- joiden opiskelu- ja toimintaedellytyksistä ja tukee opetuksen suunnittelua (Atjonen 2007). Formatiivista arviointia käytetään luonnontieteiden opetuksessa opiskelujak- son aikana. Se on opiskelu- ja toimintaprosessia säätelevää arvottamista (Atjonen 2007), jonka tarkoituksena on tukea opiskeluprosessin aikana tapahtuvaa opetusta ja oppimista palautteen avulla (esim. Bell 2007). Diagnostista ja formatiivista arvi- ointia olisi erityisen tärkeä lisätä luonnontieteiden opetuksessa summatiivisen arvi- oinnin rinnalla. Kannustavat opettajan sanat innostavat oppilaita yrittämään entistä paremmin. Jokaiselle oppilaalle on myös tärkeää tietää olevansa hyvä jossain asiassa.
TAULUKKO 1. Oppimisen arviointityypit (Tikkanen 2010)
Arviointityyppi Arvioinnin kuvaus Menetelmiä
Diagnostinen arviointi
- käytetään opiskelujakson alkuvaiheessa tai oppi- misvaikeuksien ilmetessä
- selvittää ja vahvistaa oppimis- ja koulutusedelly- tyksiä sekä tukee opetuksen suunnittelua - voi myös olla yksityiskohtaista ja asiantuntevaa
tutkimusta, jossa selvitetään oppimisvaikeuksien perimmäisiä syitä standardisoitujen testien avulla - arvioinnin palaute suuntautuu koulutuksen suunnit-
telijalle ja opettajalle
- toteavaa, ennustavaa ja ohjaavaa arviointia
- diagnostiset testit - opettajan laatimat kokeet
- käsitekartat - kyselyt - itsearviointi - keskustelut - havainnointi
Formatiivinen arviointi
- käytetään opiskelujakson aikana
- ohjaa, säätelee ja motivoi oppimista, opetusta ja koulutusta
- tukee ja seuraa opiskeluprosessin aikana tapahtu- vaa oppimista
- arvioinnin palaute suuntautuu opettajalle ja koulut- tajalle sekä erityisesti opiskelijalle itselleen
- opiskelijan saama palaute ohjaa opiskeluprosessia itsearvioinnin kautta kohti oppimistavoitteiden saa- vuttamista
- ohjaavaa ja motivoivaa arviointia
- ennakkokäsitysten kartoitus
- formatiiviset testit - havainnointi - kotitehtävät - oppimispäiväkirjat - portfoliot - itsearviointi - keskustelut - ongelmanratkaisu- tehtävät
Summatiivinen arviointi
- käytetään tavallisesti opiskelujakson loppuvai- heessa ja etenkin siirryttäessä luokka- tai kouluas- teelta seuraavalle
- ennustavaa ja kokoavaa arviointia, joka antaa yleiskatsauksen aikaisemmasta oppimisesta - käytetään ensisijaisesti oppilaiden arvostelussa ja
oppimissaavutusten todistamisessa
- arvioinnin palaute suuntautuu päättäjille, jatkokou- luttajille, oppilaalle, opettajalle ja koululle
- ennustavaa, toteavaa ja ohjaavaa arviointia
- kokeet - näytöt - tentit - tutkinnot
- kansalliset arvioinnit - kansainväliset arvi- oinnit (esim. IEA- ja PISA-arvioinnit)
oppiLaan aJatteLutaitoJen Ja syväLLisen ymmärtämisen tukeminen
ajattelutaidot
Mielekkäässä luonnontieteiden opetuksessa on tärkeätä tukea oppilaiden ajattelutai- toja, millä voidaan edistää luonnontieteiden syvällistä ymmärtämistä. Opettajan on tiedostettava aktiviteettien (esim. tehtävät ja kokeelliset työt) mahdollisuudet: mil- laisia erilaisia tietoja ja taitoja tehtävät edellyttävät ja minkälaista ajattelua ne tuke- vat. Opetuksen keskeisenä tavoitteena on kehittää erityisesti opiskelijoiden korke- amman tason ajattelutaitoja (nk. kognitiivisia taitoja).
Ajattelutaidot voidaan jakaa kahteen kategoriaan: alemman tason ajattelutaitoihin (lower-order cognitive skills, LOCS) ja korkeamman tason ajattelutaitoihin (higher- order cognitive skills, HOCS). Alemman tason ajattelutaidoilla tarkoitetaan asioiden yksinkertaista tietämistä (esim. faktatiedon muistaminen) tai aikaisemmin opitun tiedon yksinkertaista soveltamista tutuissa tilanteissa ja/tai algoritmien rutiinimaista soveltamista. Käsitteiden määrittelytehtävät sekä rutiinimaiset laskutehtävät ovat esimerkkejä alemman tason ajattelutaitoja edellyttävistä luonnontieteiden tehtävistä.
Korkeamman tason ajattelutaidot sisältävät kysymysten esittämistä, kriittistä ja systeemiajattelua, päätösten tekoa, ongelmanratkaisua, arvioivaa ajattelua sekä tiedon siirtoa. Tehtävänannoltaan avoimet ja ongelmanratkaisutehtävät ovat esimerkkejä korkeamman tason ajattelutaitoja edellyttävistä tehtävistä. (esim. Zoller
& Pushkin 2007.)
uudistettu Bloomin taksonomia opetuksen tukena
TAULUKKO 2. Taksonomiataulu (Krathwohl 2002, 216)
Tiedon taso Ajattelun tasot (kognitiivinen prosessi)
1. Muistaa 2. Ymmärtää 3. Soveltaa 4. Analysoida 5. Arvioida 6. Luoda A. Faktatieto
B. Käsitetieto C. Menetelmätieto D. Metakognitiivinen tieto
Uudistettu Bloomin taksonomia auttaa mielekkään opetuksen suunnittelussa.
Se on kehitetty oppimiseen liittyvän uuden tutkimustiedon pohjalta. (Anderson, Krathwohl ym. 2001.) Taksonomiataulu on hierarkkinen kaksiulotteinen luokitte- lujärjestelmä (ks. Taulukko 2). Sen avulla voidaan luokitella luonnontieteiden ope- tuksen tavoitteita sekä oppimisen arvioinnissa käytettäviä tehtäviä ajatteluprosessin ja tiedon eri dimensioissa eli ulottuvuuksissa. Luokittelussa hyödynnetään aineiston sisältämiä verbejä ja substantiiveja. Verbeillä määritetään ajatteluprosessin luokka, ja substantiiveilla päätellään sopiva tiedon luokka. (Krathwohl 2002.)
Tiedon dimensio muodostaa jatkumon, jossa tieto muuttuu siinä alaspäin siirryttä- essä konkreettisesta yhä abstraktimmaksi. Esimerkiksi käsitteellinen tieto on luon- teeltaan abstraktimpaa kuin faktatieto. Vastaavasti ajatteluprosessin luokat muut- tuvat vasemmalta oikealle siirryttäessä kognitiivisesti vaativammiksi. Esimerkiksi Analysoida-luokkaan luokiteltu tehtävä edellyttää vaativampia ajatteluprosesseja kuin Soveltaa-luokan tehtävä. Ymmärtää- ja Soveltaa-kategoriat ovat osittain päällekkäisiä, sillä osa Ymmärtää-kategoriaan kuuluvista tehtävistä on tiedollisesti vaativampia kuin helpoimmat soveltamista edellyttävät tehtävät. (Krathwohl 2002.)
Opettaja voi luokitella tai suunnitella tehtäviä tavoitteiden mukaisesti seuraavan taksonomiataulun avulla. Nurmisen ja Akselan (2005) tutkimuksen mukaan opet- tajat pitivät niitä tietojaan puutteellisina, jotka koskivat ajattelutietojen opettamista ja korkeamman tason ajattelutaitoja vaativien tehtävien suunnittelua.
Luonnontieteellisen tiedon luokittelu
Mielekkään luonnontieteiden opetuksen suunnittelussa opettaja voi jakaa oppitun- nilla käytettävät tiedolliset tavoitteet neljään luokkaan: faktatieto, käsitteellinen tieto, menetelmätieto ja metakognitiivinen tieto (Krathwohl 2002). Taulukossa 3 on esi- tetty kyseiset pääluokat alaluokkineen sekä annettu luonnontieteiden aihepiiriin liit- tyviä esimerkkejä.
TAULUKKO 3. Tiedon luokittelu luonnontieteiden kontekstissa (vrt. Tikkanen 2010; Anderson ym. 2001)
Pääluokka Alaluokat Esimerkkejä
A. Faktatieto
A1. Tieto terminologiasta tieteelliset termit (atomin osat, solun raken- ne, karttasymbolit, fysiikan suureet, kemian symbolinen merkkikieli, alkuaineiden nimet A2. Tieto tarkoista yksityiskoh-
dista ja peruselementeistä tietoja tapahtumista, paikoista, ihmistä; päi- vämääriä, tiedonlähteitä, keksintöjen vuosilu- vut, alkuaineiden järjestysluvut
B. Käsitetieto
B1. Tieto luokituksista ja kate-
gorioista eliökunnan luokittelu, geologiset ajanjaksot alkuaineiden jaksollinen järjestelmä, metalli- en sähkökemiallinen jännitesarja
B2. Tieto periaatteista ja yleis-
tyksistä fysiikan peruslait, ihmisen terveyteen liittyvä biologian ja kemian tieto
B3. Tieto teorioista, malleista
ja rakenteista evoluutioteoria, DNA, fysiikan vuorovaikutuk- set, atomiteoria
C. Menetelmätieto
C1. Tieto oppiainekohtaisista
taidoista ja algoritmeista turvalliset työtavat laboratoriossa, laskujen ratkaisutavat
C2.Tieto oppiainekohtaisista
tekniikoista ja metodeista ongelmanratkaisumenetelmät, tutkimusme- netelmät
C3. Tieto menetelmien käyttö-
kriteereistä laskukaavojen ja tutkimusmenetelmien sovel- tuminen eri tilanteisiin, tilastomenetelmät
D. Metakognitiivinen tieto
D1. Strateginen tieto harjoittelu, muistisääntöjen laatiminen, tiedon järjestäminen (yhteenvedot, alleviivaukset, kaaviot), testit, koestrategiat, tieto kokeellis- ten menetelmien suunnittelusta
D2. Tieto tarkoituksenmukai- sen kontekstuaalisen ja kondi- tionaalisen tiedon sisältävistä kognitiivisista tehtävistä
tieto siitä, milloin mitäkin menetelmää käy- tetään kokeen ”tärppitehtävät”, tehtävien erilaiset vaativuusasteet
D3. Itsetuntemus uskomukset, motivaatio, omat kyvyt, pää- määrät ja tavoitteet, arvot, kiinnostuksen kohteet omat vahvuudet ja heikkoudet erilai- sissa tehtävätyypeissä
Faktatiedolla tarkoitetaan luonnontieteen keskeistä perustietoa, joka jaetaan ter- minologiseen tietoon sekä tietoon tarkoista yksityiskohdista ja peruselementeistä.
Esimerkiksi alkuaineiden kemialliset merkit sekä muut perussymbolit ovat esimerk- kejä faktatiedosta. Käsitetiedolla tarkoitetaan tietoa peruselementtien välisistä yhte- yksistä osana laajempaa rakennetta. Se jaetaan tietoon luokituksista ja kategorioista, tietoon periaatteista ja yleistyksistä sekä tietoon teorioista, malleista ja rakenteista.
Menetelmätieto on tietoa erilaisista metodeista, taidoista ja tekniikoista sekä niiden käyttökriteereistä. Se jaetaan tietoon oppiainekohtaisista taidoista ja algoritmeista, tietoon oppiainekohtaisista tekniikoista ja metodeista sekä tietoon eri menetelmien käyttökriteereistä. Tieto kokeellisista tutkimusmenetelmistä on esimerkki mene- telmätiedosta. Metakognitiivinen tieto on yleistietoa kognitiosta sekä tietoisuutta omasta kognitiosta. (Kognitio tarkoittaa tietoa työstäviä mielen ilmiöitä, kuten eri- laista ajattelua, havaitsemista ja uskomuksia.) Se jaetaan strategiseen tietoon, tie- toon tarkoituksenmukaisen kontekstuaalisen ja konditionaalisen tiedon sisältävistä kognitiivista tehtävistä sekä itsetuntemukseen. Tieto tehokkaista koestrategioista sekä itselle helpoimmista tehtävätyypeistä ovat esimerkkejä metakognitiivisesta tie- dosta. (Krathwohl 2002.)
Luonnontieteellisen ajattelun luokittelu
Luonnontieteellisen ajattelun opettamisessa oppilaille ja opetuksen suunnitte- lussa voidaan hyödyntää uudistetun taksonomian luokittelua, jossa ajattelutaidot voidaan jakaa kuuteen pääluokkaan: muistaa (remember), ymmärtää (understand), soveltaa (apply), analysoida (analyze), arvioida (evaluate) ja luoda (create) (Krathwohl 2002). Hierarkian kolme alinta luokkaa (muistaa, ymmärtää, soveltaa) määritellään yleensä alemman tason ajattelutaitojen luokkaan (LOCS). Ylimmät luokat (analy- soida, arvioida ja luoda) ovat vastaavasti korkeamman tason ajattelutaitoja (HOCS).
Taulukossa 3 on esitetty kyseiset pääluokat alaluokkineen sekä annettu luonnon- tieteiden aihepiiriin liittyviä esimerkkejä.
TAULUKKO 4. Ajattelutaitojen luokittelua luonnontieteiden kontekstissa (Tikkanen 2010;
Anderson ym. 2001)
Pääluokka Alaluokat Esimerkkejä
L O C S
1. Muistaa
1.1 Tunnistaminen Oppilas hakee tietoa muistista ja vertaa sitä annettuun tehtävään esim. kasvien lajintuntemus ja alkuaineiden kemiallisten merkkien tunnistaminen
1.2 Mieleen
palauttaminen Oppilas palauttaa tiedon muistista, esim. suureiden ja yksiköiden symbolit
2. Ymmärtää
2.1 Tulkitseminen Oppilas osaa muuttaa tietoa toisesta muodosta toiseen esim. osaa laatia laskun tai reaktioyhtälön sanallisen tehtävänannon pohjalta, osaa selittää käsitteet omin sanoin
2.2 Esimerkin
antaminen Oppilas osaa havainnollistaa käsitteitä tai periaatteita esimerkillä:
osaa antaa esimerkin nisäkkäistä, poimuvuoresta, hiilivedystä ja energialähteestä
2.3 Luokittelu Oppilas osaa luokitella asioita kategorioihin esim. eliökunnan ja jätteiden luokitteleminen
2.4 Yhteenvedon
tekeminen (referointi) Oppilas osaa tehdä olennaiset asiat sisältäviä yhteenvetoja: artikke- lireferaatin tekeminen
2.5 Päättely Oppilas osaa tehdä loogisia johtopäätöksiä esitetyn tiedon pohjalta esim. populaation lisääntymisen, säätilan, voiman vaikutuksen ja yhdisteiden molekyylirakenteen päätteleminen
2.6 Vertaaminen Oppilas havaitsee kahden asian välisiä yhtäläisyyksiä ja eroja esim.
käsitteiden vertaaminen
2.7 Perusteleminen Oppilas osaa tehdä erilaisista systeemeistä syy-seuraus-malleja, esim. talvihorroksen, vuodenaikojen, nopeuden tai tasapainoreak- tion suunnan perusteleminen
3. Soveltaa
3.1 Menetelmän
toteuttaminen Oppilas osaa soveltaa rutiininomaista menetelmää tutun tehtävän ratkaisemiseen esim. eliön tunnistaminen, kartan lukeminen, lasku- kaavojen käyttö ja tislaaminen
3.2 Menetelmän
käyttäminen Oppilas osaa käyttää valitsemaansa menetelmää entuudestaan tuntemattoman tehtävän ratkaisemiseen: ongelmanratkaisutehtävät
H O C S
4. Analysoida
4.1 Erotteleminen Oppilas osaa erottaa tehtävänannosta tärkeät ja olennaiset asiat, joita tarvitaan tehtävän ratkaisemiseen
4.2 Organisoiminen
(jäsentäminen) Oppilas tunnistaa tilanteeseen liittyvät perusosat ja osaa muodos- taa niistä johdonmukaisia kokonaisuuksia, esim. tutkimusraportin laatiminen
4.3 Piilomerkityksen
havaitseminen Oppilas tunnistaa materiaalista ” rivien välistä luettavat” näkökul- mat, ennakkoasenteet, arvot tai aikomukset esim. artikkelin kirjoit- tajan asenteiden havaitseminen
5. Arvioida
5.1 Tarkistaminen Oppilas osaa tarkistaa ovatko prosessit tai tuotteet johdonmukaisia ja virheettömiä, esim. tehtävän tai tutkimuksen tuloksen järkevyy- den tarkistaminen
5.2 Arvosteleminen Oppilas osaa arvostella tuotetta ulkoisten kriteerien ja standardien pohjalta, esim. luonnontieteiden menetelmien hyvien ja huonojen puolien arvioiminen
6.1 Kehittäminen Oppilas osaa muodostaa hypoteeseja tai ratkaisutapoja esitettyjen kriteerien pohjalta
Muistamisella tarkoitetaan olennaisen tiedon palauttamista mieleen pitkäkestoisesta muistista. Muistaa-luokka jaetaan tunnistamiseen (identifying) ja mieleen palauttami- seen (recalling). (Krathwohl 2002.) Vuosilukujen muistaminen on esimerkki kon- tekstiin liittyvästä muistamisesta. Tunnistamisen taitoa voidaan arvioida vertailu- tehtävän, yhdistelytehtävän tai valintatehtävän avulla. Mieleen palauttamista harjoit- tavat tehtävät voivat olla myös laajemmassa kontekstissa. Kun arvioidaan muista- mista, asiaa voidaan kysyä suoraan tai tehtävä voi olla myös täydennystehtävä. (vrt.
Anderson ym. 2001.)
Ymmärtämisellä tarkoitetaan merkitysten muodostamista opetukseen liittyvän suul- lisen, kirjallisen tai graafisen viestinnän pohjalta. Ymmärtää-kategoria jaetaan tul- kitsemiseen (interpreting), esimerkkien antamiseen (exemplifying), luokitteluun (classi- fying), tiivistämiseen (summarizing), päättelemiseen (inferring), vertaamiseen (com- paring) ja perustelemiseen (explaining). (Krathwohl 2002.)
Graafisten esitysten sekä yhdisteiden rakennekaavojen tulkitseminen ovat esimerk- kejä siitä, miten ymmärtäminen ilmenee luonnontieteiden kontekstissa. Luokitte- lua on se, että oppilas tunnistaa esimerkiksi eläimen tietyt piirteet ja osaa sijoittaa sen tiettyyn luokkaan. Arviointitehtävässä oppilas voi vaikka merkitä ympyröimällä samaan luokkaan kuuluvat eläimet. Vertailtaessa tehtävä voidaan ratkaista analogi- alla. Oppilaalle voidaan antaa tehtävä, jossa hän vertaa sähkövirran kulkua johon- kin tuttuun ilmiöön, esimerkiksi veden virtaukseen. Perusteleminen tarkoittaa syy–
seuraus-suhteen käyttämistä. Esimerkiksi oppilasta pyydetään kertomaan ja perus- telemaan vastauksensa siitä, mitä tapahtuu virralle, kun virtapiiriin lisätään toinen paristo. Arviointitehtävät voivat olla syiden etsimistä, ongelmanratkaisua, ennusta- mista ja kehittämistä. Yhteenvedon tekemistä on se, kun oppilas pystyy poimimaan informaatiosta pääkohdat ja esittämään ne yksinkertaisessa muodossa. Esimerkiksi oppilas tekee yhteenvedon tunnettujen tiedemiesten tutkimuksista luettuaan useita heidän kirjoituksiaan. Arviointitehtävä voisi olla myös sopivan otsikon luominen tai valitseminen artikkeliin. (Anderson ym. 2001.)
Soveltamisella tarkoitetaan menetelmien toteuttamista tai hyödyntämistä annetussa tilanteessa. Soveltaa-luokka jaetaan menetelmän toteuttamiseen tutussa tilanteessa (executing) sekä menetelmän käyttämiseen uudessa tilanteessa (implementing). (Krat- hwohl 2002.) Käytännön kokeellinen laboratoriotyöskentely on esimerkki luon- nontieteiden kontekstiin liittyvästä soveltamisesta. Kun oppilas harjoittelee uuden käsitteen tai lain käyttöä, hän tietää, että kaikissa esimerkeissä käytetään kyseistä lakia (menetelmän toteuttaminen). Arviointitehtävässä oppilaalle annetaan esimer- kiksi tiheyden kaava, jota hänen pitää soveltaa annettuun esimerkkiin. Menetelmän käyttämisessä oppilaan pitää selvittää, mitä lakia ongelman ratkaisussa käytetään.
Tässä tarvitaan myös ymmärtämisen ja luomisen taitoja. Arviointitehtävässä oppilas esimerkiksi valitsee sopivan tutkimusmenetelmän annettuun tutkimusongelmaan.
(Anderson ym. 2001.)
Analysoinnilla tarkoitetaan materiaalin pilkkomista ensin rakenneosiin, minkä jäl- keen määritetään osien väliset keskinäiset suhteet sekä niiden suhde kokonaisuu- teen verrattuna. Analysoida-luokka jaetaan erottelemiseen (differentiating), organisoi- miseen (organizing) sekä piilomerkitysten havaitsemiseen (attributing). (Krathwohl 2002.) Olennaisten asioiden erottaminen ongelmanratkaisutehtävän tehtävänan- nosta on esimerkki siitä, miten analysointi ilmenee luonnontieteiden kontekstissa.
Arvioimisella tarkoitetaan arvioiden tekemistä kriteerien ja standardien pohjalta.
Arvioida-kategoria jaetaan tarkistamiseen (checking) ja arvostelemiseen (critiquing).
Laskutehtävän vastauksen suuruusluokan arvioiminen on esimerkki arvioimisesta.
Oppilas voi arvioida aineiston laatua, tehokkuutta ja johdonmukaisuutta tiettyjen kriteerien pohjalta. Arviointitehtävässä oppilas voi esimerkiksi lukea tekstin ja arvi- oida (tarkastaa) johtopäätösten oikeutusta. Arvosteleminen tarkoittaa sitä, että oppi- las etsii aineistosta hyviä ja huonoja puolia. (Anderson ym. 2001.)
Luomisella tarkoitetaan johdonmukaisen ja toimivan kokonaisuuden muodosta- mista rakenneosasista tai niiden uudelleen järjestämistä. Luoda-luokka jaetaan kehit- tämiseen (generating), suunnittelemiseen (planning) ja tuottamiseen (producing). (Krat- hwohl 2002.) Esseevastauksen laatiminen sekä kokeellisen menetelmän suunnit- teleminen ovat esimerkkejä siitä, miten luominen ilmenee luonnontieteiden kon- tekstissa. Kun oppilas luo, hän kerää materiaalia monista lähteistä ja yhdistää ne kokemukseensa. Tuotos on uusi verrattuna alkuperäiseen. Kirjoittaminen, joka ei perustu muistitietoon, on luova prosessi.
Kehittämisen taitoa tarvitaan ongelmanratkaisussa, jossa oikeaan ratkaisuun pää- seminen vaatii ymmärrystä. Luovassa ongelmanratkaisussa etsitään vaihtoehtoi- sia ratkaisuja. Esimerkiksi oppilas voi etsiä useita tapoja, joilla mansikat kasvavat isoiksi. Opettaja voi antaa oppilaille arviointikriteerit. Suunnittelemista arvioidaan harvoin koulussa. Oppilas voisi esimerkiksi suunnitella sen, miten annettua hypo- teesia testataan. Tuottaminen on sitä, että oppilaalle annetaan tuotteen kuvaus ja hänen pitää kehittää ja suunnitella se. Esimerkiksi oppilaat tuottavat tiettyyn elinym- päristöön jonkin tuotteen (rakennus, asuinkortteli, koulussa oppilaiden tavaroiden säilytyslokerot). (Anderson ym. 2001.) Korkeamman tason ajattelutaitojen kehittä- misessä ja opiskelussa on tärkeää aiheesta puhuminen ja keskustelu pienryhmissä (esim. Aksela 2005; Aksela 2009).
taksonomian käyttÖ Luonnontieteiden opetuksen arvioinnissa
Jokaisen oppiaineen luonne määrittää sen, mikä on fakta- tai käsitetietoa, mikä taas menetelmätiedon ymmärtämistä. Taksonomiataulua käytettiin luonnontietei- den kansallisen arvioinnin tehtävien luokittelussa, ja sen käyttö mahdollisti moni- puolisen tiedon saamisen oppilaiden tietojen ja taitojen osaamisesta. Arvioinnissa esimerkiksi ilmeni, etteivät oppilaat hallitse ajattelun korkeampia tasoja. (Kärnä ym.
2012.) Taksonomiataulun käyttö auttaa kehittämään luonnontieteiden opetuksessa sellaisia piirteitä, jotka harjoittavat haluttuja taitoja.
Menetelmätiedoksi luonnontieteiden arvioinnissa määriteltiin Opetussuunnitelman perusteiden mukaan oppilaan taito käyttää aineistoa, selittää ilmiöitä ja kertoa luon- nontieteellisen tutkimuksen suorittamisesta. Oppilaat osasivat biologian fakta- ja käsitetietoa tyydyttävästi, mutta menetelmätietoa (erotus 20,5 prosenttiyksikköä) ja soveltamistehtäviä kohtalaisesti.*** Maantiedon osaamisen taso oli sekä fakta- ja käsitetieto- että menetelmätietotehtävissä tyydyttävää. Ilmiöitä osattiin selittää koh- talaisesti, sen sijaan aineistoa osattiin käyttää hyvin.
*** Opetushallituksen oppimistulosten arvioinnissa käytettiin seuraavaa ratkaisuprosent- tien luokittelua: 0–20 % heikko, 21–35 % välttävä, 36–50 % kohtalainen, 51–65 % tyy- dyttävä, 66–80 % hyvä, > 80 kiitettävä. Luokittelu ei vastaa kouluarvostelua.
Fysiikan fakta- ja käsitetietotehtäviä osattiin hieman paremmin kuin menetelmätie- totehtäviä (erotus 1,9 prosenttiyksikköä). Ilmiöitä osattiin selittää vähän huonom- min kuin käyttää aineistoa. Fysiikan tehtävissä oli pieni määrä analysointi- ja arvioin- titaitoa vaativia tehtäviä, jotka osattiin heikosti. Kemian fakta- ja käsitetietoa osat- tiin hieman paremmin kuin menetelmätietoa. Menetelmätiedosta parhaiten osattiin kokeelliseen työskentelyyn (luonnontieteellinen tutkimus) ja aineiston käyttöön liit- tyvät tehtävät. Yleisesti arvioinnissa ilmeni, etteivät oppilaat hallitse ajattelun kor- keampia tasoja. Lisäksi tämänkaltaisia tehtäviä oli arvioinnissa niukasti (Kärnä ym.
2012), eikä niitä harjoiteta tietoisesti oppitunneillakaan. Seuraavassa on esimerkkejä tehtävien luokittelusta luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnissa.
Maantiedon tehtävä Kartan tulkinta on esimerkki aineiston käyttöä (menetelmätieto) vaativasta tuottamistehtävästä. Oppilaan tuli tarkastella karttaa ja kertoa lyhyesti, mitä palveluja alueelta löytyy sekä mihin kyseisen kartan alueella tulisi rakentaa jal- kapallokenttä. Tehtävä oli vaikeustasoltaan helppo (osio b ratkaisuosuus 86 %, osio c ratkaisuosuus 66 %). (Kärnä ym. 2012.) Tehtävän ratkaisuun tarvittiin karttaan liittyvien merkkien soveltamisen taitoa.
Biologian tehtävä Puolukan lehden rakenne oli monivalintatehtävä, joka luokiteltiin ilmiöiden selittämiseksi (menetelmätieto). Tehtävä osoittautui helpoksi (ratkaisu- osuus 65 %). Noin viidesosa oppilaista oli sitä mieltä, että puolukan lehdet ovat vahapintaiset, jotta ne kestävät paremmin pakkasta. (Kärnä ym. 2012.) Väite oli ensimmäisenä, mikä voi vaikuttaa tulokseen. Tehtävän suorittamiseen tarvittiin myös kasvin lehden rakenteeseen liittyvän tiedon ymmärtämistä ja käyttämistä.
Edellä kuvattu luonnontieteiden oppimisen arvioinnissa käytetty tapa luokitella tehtäviä auttaa opettajaa opetuksen suunnittelussa ja opetussuunnitelman tavoittei- den tulkinnassa. Taksonomiataulu auttaa tiedon järjestämisessä ja jäsentämisessä, ja se soveltuu laajemman opetuskokonaisuuden suunnitteluun. Luokittelu auttaa opettajaa tarkastelemaan opetuksen tavoitteita oppilaan näkökulmasta. Mikä on haluttu oppimistulos? Pitääkö oppilaan osata luetella faktoja vai käsiterakennelmia?
Tavoitellaanko sitä, että oppilas osaa luokitella (ymmärtää) tai erotella (analysoida) vai molempia? Tavoitteena voi olla myös oppilaan itsearvioinnin harjoittaminen
b) Tarkastele kartalla kuvatun alueen
palvelutarjontaa. Mitä palveluja alueelta löytyy?
koulu, autokorjaamo, kioski, puhdistamo ja ratsastuskenttä. (0–1 palvelua mainittu = 0 p 2–3 palvelua mainittu = 1 p
4–5 palvelua mainittu = 2 p)
c) Alueelle on suunniteltu urheilukentän rakentamista.
Kentän sijainniksi on ehdotettu karttaan merkittyjä paikkoja 1, 2 ja 3. Mikä ehdotetuista paikoista olisi paras kentälle?
Perustele.
Esimerkkinä taksonomiataulun käytöstä sen kehittäjien tulkitsemana on Ohmin lain opettaminen (ks. TAULUKKO 5.) Taulukkoon merkitään opetuksen tavoit- teen lisäksi opetus- ja arviointimenetelmä, jolloin nähdään, miten ne ovat linjassa keskenään. Ohmin lain opettaminen liittyy kaikkiin tiedon tasoihin. Lakiin liittyvät suureet ja yksiköt ovat faktatietoa. Käsitetietoa on se, että oppilas ymmärtää suu- reiden vuorovaikutussuhteet. Kun oppilaat arvioivat oppimistaan ja omia tavoit- teita, on kyse metakognitiivisesta tiedosta. Kun Ohmin lain käyttöä harjoitellaan, oppilaan tulee muistaa suureiden symbolit ja se, miten Ohmin lain avulla laske- taan resistanssi (A1). Käsitetiedon muistamista harjoitellaan, kun oppilas piirtää muistista virtapiirin kuvan tai kaavion (B1). Itsearvioinnissa muistaminen tarkoit- taa kykyä arvioida omaa etenemistä sekä taitoa muuttaa menetelmää tarvittaessa.
(D1). (Anderson ym. 2001.)
TAULUKKO 5. Ohmin lain opettamisen suunnitteluesimerkki taksonomiataulun käytöstä (Anderson ym. 2001)
Tiedon taso Ajattelun tasot ( kognitiivinen prosessi) 1. Muistaa 2.
Ymmärtää 3.
Soveltaa 4.
Analysoida 5.
Arvioida 6.
Luoda
A. Faktatieto X X
B. Käsitetieto X X X X
C. Menetelmätieto X X x
D. Metakognitiivinen tieto X x
Ohmin lain opettamisessa ja oppimisessa tarvitaan kaikkia ajattelun tasoja, kun tavoitteena on muistamisen lisäksi lain soveltaminen ja tiedon siirto (ks. TAU- LUKKO 5). Kun oppilaat puhuvat omin sanoin käsitteistä, on kyseessä faktatie- don tulkinta (ymmärtäminen) (A2). Ja kun oppilaat selittävät, mitä tapahtuu virta- piirissä, kun sen komponentteja muutetaan, selitetään (ymmärtäminen) käsitetietoa (B2). Menetelmätiedon soveltamista harjoitetaan, kun oppilas käyttää Ohmin lakia jännitteen laskemiseen tapauksessa, jossa tunnetaan virran ja resistanssin suuruus (C3). Oppilas harjoittaa käsitetiedon erottelua (analysointi) tehtävässä, jossa hän etsii sanallisesta esimerkistä ne tiedot, joita tarvitaan resistanssin määrittämiseen (C4). Kun oppilas pystyy arvioimaan, soveltuuko Ohmin laki ongelman ratkaisemi- seen, hän taitaa menetelmätiedon tarkistamisen (arvioida) (C5). Kun oppilas valit- see hänelle sopivamman ratkaisutavan, hän harjoittaa metakognitiivisen tiedon arvi- oimista (D5). Oppilas luo käsitetietoa, kun hän pystyy kehittämään vaihtoehtoisia tapoja lisätä lampun kirkkautta muuttamatta paristoa (D6). (Anderson ym. 2001.)
monipuoLisia oppiLaiden aJatteLua aktivoivia tehtäviä
Mielekkään opetuksen suunnittelussa, toteutuksessa ja arvioinnissa on hyvä käyt- tää monipuolisia tehtäviä, jotka aktivoivat oppilaiden korkeamman tason ajattelu- taitoja. Tehtäviä voidaan luokitella eri tavoilla. Hyvin yleisesti käytetty luokittelu- tapa perustuu tehtävien erilaiseen vastaustapaan (ks. TAULUKKO 6). Tehtävät jaetaan tällöin kahteen pääkategoriaan: valintatehtäviin ja tuottamistehtäviin (esim.
Rodriquez 2002).
TAULUKKO 6. Tehtävien luokittelu tehtävätyyppien mukaan (McTighe & Ferrara 1998) VALINTA-
TEHTÄVÄT TUOTTAMISTEHTÄVÄT
Monivalinta- tehtävät
Vaihtoehtotehtävät Yhdistelytehtävät Tehostetut monivalintatehtävät
Suppeat tuotta-
mistehtävät Suoritusarviointi
Tuotokset Suoritukset Prosessit Täydentämiset
- sanat - virkkeet Lyhyet vastaukset - virkkeet - kappaleet Nimeämiset
”Oman työn esittäminen”
Visuaaliset esitykset - internet
- käsitekartat - vuokaaviot - graafiset esitykset - taulukot
- kuvitukset
Esseet Tutkimusraportit Tarinat
Näytelmät Runot Portfoliot Taideteokset Luonnontieteen
projektit Mallit Videot Nauhoitukset Taulukkolaskennat Laboratorioraportit
Suulliset esitykset Tanssi/liike Luonnontieteiden laboratoriodemonst- raatiot
Urheilusuoritukset Näytteleminen Esitykset Väittelyt Musiikkiesitykset Kosketinsoittaminen Opetukset
Suulliset kuulustelut Havainnointi Haastattelut Konferenssit Prosessin
kuvaukset
”Ääneen ajattelu”
Oppimis- päiväkirjat
Valintatehtävät ovat tehtäviä, joissa opiskelijan on valittava vastaus kysymykseen, väittämään tai ongelmaan annetuista vaihtoehdoista. Tuottamistehtävät ovat taas tehtäviä, joissa opiskelijan on konstruoitava vastaus itse. Se voi olla kirjallinen, visu- aalinen tai auditiivinen tuotos. Tuottamistehtävillä voidaan arvioida myös konkreet- tisia suorituksia tai prosesseja. (Esim. McTighe & Ferrara 1998.) Luonnontieteiden oppimistulosten kansallisessa arvioinnissa oli tuottamistehtäviä sekä valintatehtäviä, jotka olivat monivalinta-, oikein/väärin- tai yhdistelytehtäviä. Erityisesti oppilailla
Valintatehtävien ja tuottamistehtävien hyvien ja huonojen puolten tunteminen aut- taa opettajaa monipuolisen arvioinnin suunnittelussa (ks. TAULUKKO 7).
Koulussa käytettäviin tehtäviin olisi hyvä lisätä esimerkiksi entuudestaan tuntemat- toman oheismateriaalin (esim. artikkelit, taulukot, kaaviot) analysointia, jolloin teh- tävät mittaavat todennäköisemmin korkeamman tason ajattelutaitoja kuin oppi- kirjan sisällön ulkoa muistamista tai harjoiteltuja rutiinitaitoja. Tehtävänantoihin voi myös lisätä tarpeettomia lähtötietoja harhautukseksi, jolloin kokelaat joutuvat todella analysoimaan tehtävää erottaakseen tehtävänannosta olennaiset tiedot. (Tik- kanen 2010.)
TAULUKKO 7. Valintatehtävien ja tuottamistehtävien vertailua (Tikkanen 2010)
VALINTATEHTÄVÄT TUOTTAMISTEHTÄVÄT
Hyvät puolet
- soveltuvat erinomaisesti laajojen tietokokonai- suuksien osaamisen mittaamiseen
- arvostelu on objektiivista ja nopeaa - vastaaminen on nopeaa
- osaamisalueen peittävyys erinomainen
- voidaan mitata laaja-alaista osaamista useilla eri kognitiivisilla tasoilla
- samoja tehtäviä voidaan käyttää useita kertoja - saattavat alentaa koejännitystä
Hyvät puolet
- soveltuvat erinomaisesti konkreettisten taitojen ja tuotosten arviointiin
- saattavat antaa tietoa opiskelijoiden ym- märtämisestä ja oppimisesta valintatehtäviä paremmin
- soveltuvat yksilöllisyyden, luovuuden ja oma-peräisyyden arviointiin
- arvaamisen mahdollisuus on vähäinen - tehtävien laatiminen on usein helppoa - saattavat muistuttaa todellisen elämän
ongelmia Huonot puolet
- eivät sovellu konkreettisten taitojen ja tuotosten arviointiin
- vaikeaa arvioida luovuutta ja kriittistä ajattelua - arvaamismahdollisuus
- poikkeavat yleensä selvästi todellisen elämän ongelmista
- laadukkaiden tehtävien laatiminen on vaikeaa
Huonot puolet:
- arvostelu on yleensä subjektiivista, hidasta, vaikeaa ja kallista ja edellyttää aina johdon- mukaisen arvostelumallin kehittämistä - vastaaminen on usein hidasta
- laajaa osaamisaluetta on vaikeaa peittää tehokkaasti
- saattavat lisätä koejännitystä
Lopuksi
Luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnissa ilmeni, että opettajat pitävät ajat- telun taitoja ja tiedon soveltamista tärkeinä opetuksen tavoitteina (vrt. Nurminen
& Aksela 2005). Kuitenkin arvioinnin tuloksissa näkyi myös vanha haaste käsittei- den oppimisen vaikeudesta (Kärnä ym. 2012). Kouluopetuksen haasteena voidaan edelleen pitää sitä, etteivät oppilaat osaa soveltaa luonnontieteellistä tietoa omiin kokemuksiinsa ja arkielämäänsä. Oppilaan vaikeudet ymmärtää esimerkiksi käsit- teitä valo, lämpö, voima ja sähkö voivat johtua siitä, että hän luokittelee käsitteen kuuluvan aineeseen eikä ilmiöön. Oppilas ei näe käsitteen merkitystä vaan pitää sitä keinotekoisena. Kun oppilas tulee tietoiseksi tiedon luokittelusta, tämä väärinkä- sitys voi hävitä. (Anderson ym. 2001.) Taksonomiataulun käyttö auttaa sekä oppi- lasta että opettajaa.
Ajattelutaitojen harjoittaminen sopii hyvin luonnontieteiden opetukseen. Opetus- suunnitelman perusteissa on paljon mainintoja näistä taidoista, kuten johtopäätös- ten tekemisestä. Havaitseminen on yksi kognitiivisen prosessin osa, ja siihen liittyvä havaintojen tekeminen on vahva osa kokeellista työskentelyä. Käsitteen muodos- tuksella on hierarkkinen rakenne, ja se alkaa havaintojen tekemisestä ympäröivästä maailmasta (Kurki-Suonio & Kurki-Suonio 1998). Havaintojen tekeminen on oppi- laskeskeistä toimintaa ja parantaa myös itsetuntemusta (Kärnä 2009).
Ajattelutaitoja ei voida opettaa irrallaan tiedon tasoista. Taksonomiassa muista- misen taito liittyy yleensä faktatietoon, ymmärtäminen käsitetietoon ja soveltami- nen menetelmätietoon. Korkeampien ajatteluntasojen harjoittaminen auttaa oppi- laita ymmärtämään käsitetietoa. Ne ovat välttämättömiä tiedon siirrossa ja ongel- manratkaisussa. Korkeampaa ajattelua voidaan harjoittaa erilaisen tiedon, helposti metakognitiivisen tiedon yhteydessä. Metakognitiivisen tiedon opettaminen auttaa oppilaita ottamaan vastuuta oppimisestaan, ja sitä voidaan pitää siltana affektiivi- siin tekijöihin. (Anderson ym. 2001.) Ajattelu on mielen toimintaa, ja siihen kuulu- vat ajatustoimintojen lisäksi tunteet, arvot, luovuus, mielikuvitus ja toiminta (Lip- man 2003).
Taksonomian käyttö auttaa opettajaa erottamaan opetuksen tavoitteet ja sisällöt opetuksessa käytetyistä opetusmenetelmistä ja toimintatavoista. Usein oppilaille jää hämäräksi se, mitä tulee oppia. Oppilaat eivät osaa vastata kysymykseen, mitä ovat koulussa oppineet, mutta muistavat käytetyn työtavan. Tämä voi johtua siitä, että opetuksen tavoite on abstrakti ja se voi olla joskus epäselvä opettajallekin. (Ander- son ym. 2001.)
Oppimisessa painotetaan sitä, että opettajan tulee kiinnittää huomiota oppimisen prosessiin, ei lopputulokseen. Tämä tapahtuu, kun opettaja vahvistaa opetuksen
Tavoitteiden luokittelu ei ole aina helppoa ja yksinkertaista. Luokittelu on tulkin- taa ja keskeisten tavoitteiden ja sisältöjen valitsemista. Sen tekemisessä auttaa esim.
opetuksen havainnointi. Perinteisesti opetuksessa on paljon käsitetietoon liittyviä tavoitteita. Kuitenkin saman opetussisällön tavoitteet voivat kuulua eri tiedon tasoi- hin. (Anderson ym. 2001.) Taksonomiataulu auttaa opettajaa päättelemään sitä, mitä oppilaat ovat oppineet, ja antaa opetukselle uusia mahdollisuuksia menestykselli- seen opetukseen.
Luonnontieteiden mielekkään oppimisen ja korkeamman tason ajattelutaitojen opettamisessa on tärkeää käyttää monipuolisia opetusmenetelmiä ja oppimisym- päristöjä, esimerkiksi tieto- ja viestintätekniikkaan pohjautuvia oppimisympäristöjä.
Opetuksessa ja oppimisessa ei ole yhtä ainoaa oikeaa reittiä, ja opetuksen tulisi koh- data entistä paremmin erilaisia oppijoita. Olisi myös tärkeää saada oppilaat entistä aktiivisempaan rooliin: puhumaan ja kysymään luonnontieteistä, erityisesti esittä- mään miksi- ja miten-kysymyksiä sekä keskustelemaan ja argumentoimaan pienryh- missä. Mielekkäässä opiskelussa oppilailla on keskeinen aktiivinen rooli, ja opettaja toimii niin sanottuna katalyyttinä oppilaan rinnalla. Mielekkäässä oppimisessa oppi- laan kokonaisvaltainen huomioiminen tunnetiloineen on tärkeää.
Lähteet
Aksela, M. 2005. Supporting meaningful chemistry learning and higher-order thinking through computer-assisted inquiry: a design research approach.
Kemian laitos. Helsingin yliopisto. Akateeminen väitöskirja. Helsinki: Hel- singin yliopistopaino. http://ethesis.helsinki.fi/julkaisut/mat/kemia/vk/
aksela/
Aksela, M. 2009. Higher-order thinking skills in chemistry learning through com- puter-assisted inquiry. Matematiikan ja luonnontieteiden oppimista ja ajatte- lun taitoa tutkimassa. K. M. J. T. H. (toim.). Turku: Turun opettajankoulu- tuslaitos, 9–27.19 p. (Turun yliopiston kasvatustieteiden tiedekunnan julkai- suja. B).
Anderson, L. W., Krathwohl, D. R., Airasian, P. W., Cruikshank, K. A., Mayer, R. E., Pintrich, P. R., Raths, J., Wittrock, M. C. (toim.) 2001. A Taxonomy for Learning, Teaching, and Assessing. A Revision of Bloom’s Taxonomy of Educational Objectives. Abridged Edition. New York: Addison Wesley Longman.
Atjonen, P. 2007. Hyvä, paha arviointi. Jyväskylä: Gummerus Kirjapaino Oy, 19–170.
Bell, B. 2007. Classroom assessment of science learning. Teoksessa S. K. Abell &
N. G. Lederman (toim.), Handbook of research on science education. New Jersey: Lawrence Erlbaum Associates, Inc, 965–995.
Black, P. 2004. Purposes for Assessment. Teoksessa J. Gilbert (toim.) The rout- ledgefalmer reader in science education. London: Routledge, 189–198.
Bloom, B. S. (Engelhart, M. D., Furst, E. J., Hill, W. H., Krathwohl, D. R.) 1956.
Taxonomy of educational objectives: The classification of educational goals: Handbook I, cognitive domain. New York.
Doran, R. L., Lawrenz, F. & Helgeson, S. 1994. Research on assessment in science. Teoksessa D. L. Gabel (toim.) Handbook of research on science teaching and learning. New York: Macmillan Publishing Company, 388–
Erätuuli, M. & Meisalo, V. 1994. Evaluaation peruskysymyksiä luonnontieteissä. 427.
Helsinki: Yliopistopaino, 7–19.
Hazel, E., Logan, P. & Gallagher, P. 2006. Equitable assessment of students in physics: Importance of gender and language background. Teoksessa J. Gil- bert (toim.) Science education: Major themes in education: Volume II. Lon- don: Routledge, 432–445.
Krathwohl, D. R. 2002. A revision of Bloom’s taxonomy: An overview. Theory into Practice, 41(4), 212–218.
Kurki-Suonio, K. & Kurki-Suonio, R. 1994/1998. Fysiikan merkitykset ja raken- teet. 3. muuttumaton painos. Helsinki: Limes ry.
Kärnä, P. 2009. Kokonaisvaltainen fysiikanopetus peruskoulussa fysiikan valin-
Kärnä, Hakonen & Kuusela. 2012. Luonnontieteellinen osaaminen perusopetuk- sen 9. luokalla 2011. Koulutuksen seurantaraportit 20121:2. Helsinki: Ope- tushallitus.
Lipman, M. 2003. Thinking in Education. United Kingdom: Cambridge univer- sity press.
Lukiolaki 629/98 17 § (21.8.1998). Ks. http://www.finlex.fi/fi/laki/ajan- tasa/1998/19980629.
McTighe, J. & Ferrara, S. 1998. Assessing learning in the classroom. Student assessment series. Washington D.C.: National Education Association, 11–20. Ks. http://eric.ed.gov/ERICDocs/data/ericdocs2sql/content_
storage_01/0000019b/80/17/8c/6b.pdf.
Nurminen E. & Aksela, M. 2005. Kemian opettajien käsityksiä ajattelutaidoista kemian oppimisen tukena. Lavonen J. (toim.). Ainedidaktiikan symposium- kirja osa 1. Käyttäytymistieteellinen tiedekunta, Helsingin yliopisto, 144–
Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet 2004. Helsinki: Opetushallitus. 152.
Rodriquez, M. C. 2002. Choosing an item format. Teoksessa G. Tindal & T. M.
Haladyna (toim.) Large-scale assessment programs for all students: Validity, technical adequacy, and implementation. Mahwah, N. J.: Lawrence Erlbaum Associates, 213–232.
Tikkanen, G. 2010. Kemian ylioppilaskokeen tehtävät summatiivisen arvioinnin välineenä. Kemian opettajankoulutusyksikkö. Kemian laitos. Helsingin yli- opisto. Akateeminen väitöskirja. Helsinki: Helsingin yliopistopaino. https://
helda.helsinki.fi/handle/10138/21074
Zoller, U. & Pushkin, D. 2007. Matching higher-order cognitive skills (HOCS) promotion goals with problem-based laboratory practice in a freshman organic chemistry course. Chemistry Education Research and Practice, 8(2), 153–171.
2. näkÖkuLmia BioLogian oppimisen kehittämiseksi
Anna Uitto, Dosentti, Biologian didaktiikan yliopistonlehtori, vastuulli- nen tutkija, Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto
BioLogia oppiaineena – nykyiset Ja tuLevaisuuden haasteet
Vuosiluokkien 7–9 biologian opetuksessa tutkitaan elämää, sen ilmiöitä ja edelly- tyksiä. Opetuksen tulee kehittää oppilaan luonnontuntemusta ja ohjata ymmärtä- mään luonnon perusilmiöitä (Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet, POPS 2004). Biologian tiedonalalle on ominaista sisäkkäinen rakenne, jonka eri organi- saatiotasot molekyylitasolta biosfääriin ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.
Biologiasta voidaankin kärjistäen sanoa, että ”kaikki vaikuttaa kaikkeen” – tämä tekee oppiaineesta haasteelliseen. On opittava monenlaisia rakenteita, ymmärret- tävä, miten ne toimivat ja ovat yhteydessä toistensa ja ympäristönsä kanssa. Tärkeää on myös ymmärtää, miten ihmisen toiminta ja luonto ovat vuorovaikutuksessa tois- tensa kanssa, ja havaita, että ihminen on vastuussa biodiversiteetistä ja sen suojelusta.
Rakenteiden ja prosessien lisäksi biologiassa on aina historiallinen ulottuvuus: miten ja miksi elämä ja sen eri muodot ovat maapallolla kehittyneet.
Opetussuunnitelman perusteissa (POPS 2004) todetaan myös, että biologian ope- tuksen tulee kehittää oppilaan luonnontieteellistä ajattelua. Oppilaalla tulisi olla val- miudet havainnoida ja tutkia luontoa sekä osata etsiä ja käyttää biologista tietoa.
Opetuksessa tulee käyttää erilaisia oppimisympäristöjä myös luokkahuoneen ulko- puolella, esimerkiksi tutkimalla lähiluontoa. Tavoitteena on myös, että oppilaat saa- vat myönteisiä elämyksiä ja kokemuksia luonto-opetuksesta ja oppilaan ympäris- tötietoisuus ja halu vaalia erilaisia elinympäristöjä ja elämän eri muotoja kasvavat.
Vuonna 2011 toteutettu laaja perusopetuksen 9-luokkalaisten luonnontieteiden osaamista mittaava arviointi osoitti, että oppilaat osasivat selittää biologian käsit- teitä, mutta menetelmätieto, kuten aineiston käyttö ja käsittely ja ilmiöiden selittä- minen, oli heikompaa (Kärnä, Hakonen ja Kuusela 2012). Tutkimuksen tuloksista pääteltiin, että oppilaiden asenteet tulee ottaa huomioon opetuksessa, sillä niillä on yhteyttä oppimistuloksiin. Opetuksessa tulee myös lisätä sellaisia työ- ja toimintata- poja, joilla on yhteyttä biologian oppimistulosten ja biologiasta pitämiseen. Esimer-
pojat kiinnostuisivat biologian opiskelusta tyttöjen tavoin. Ylipäätään opetuksessa tulee kiinnittää huomiota luonnontieteellisen ajattelun kehittämiseen, kuten taitoi- hin selittää ilmiöitä, täsmälliseen käsitteiden käyttöön sekä esimerkiksi kokeellisen työn tulosten analysointiin ja arviointiin. Oppilailla olisi oltava myös mahdollisuus luoda uusia ideoita oppimansa perusteella ja arvioida omaa oppimistaan. Työtavoilla on merkitystä oppimisen ja opiskelumotivaation kannalta, mutta biologian opetta- jat kokivat, että hyvien oppimistulosten saavuttamista vaikeuttivat opetussuunni- telman perusteiden laajuus, tuntimäärä sekä opetusryhmien suuri koko ja hetero- geenisuus. Sekä opettajat että oppilaat toivoivat enemmän kokeellista työtapaa ope- tukseen (Kärnä ym. 2012).
Tulevaisuuden perusopetusta käsittelevässä selvityksessä (Opetus- ja kulttuurimi- nisteriön työryhmämuistioita ja selvityksiä 2012) ja Opetushallituksen tiedotteessa (Opetushallitus 2012) valotetaan uudistuksiin liittyviä näkökulmia. Tärkeäksi näh- dään muun muassa monipuolisten ja yhteisöllisyyttä korostavien oppimisympäris- töjen käyttäminen sekä opetussisältöjen karsiminen ja jäsentäminen. Lisäksi koros- tetaan myös oppimisen aikaisen jatkumon tärkeyttä, tulevaisuuden tarpeiden huo- mioonottamista sekä oppiaineiden välistä yhteistyötä. Tärkeää on myös määritellä kasvatustyötä ja toimintakulttuuria ohjaavat periaatteet ja arvot, joiden lähtökoh- tana on mm. toisia ihmisiä kunnioittava ja kestävää kehitystä edistävä toimintatapa.
Oppiainekohtaisen opetuksen ja opetussuunnitelman painopistealueita, oppilasarvi- ointia, oppilaiden ja oppituntien työ- ja toimintatapoja kehitettäessä on tärkeää poh- tia, mitä haasteita uudistaminen asettaa myös biologian opetukselle ja oppimiselle peruskoulussa (Kärnä ym. 2011). Mitkä sisällöt ja käsitekokonaisuudet ovat oppi- misen kannalta oleellista? Millaisilla työtavoilla oppiainetta kannattaisi peruskou- lussa opettaa? Miten biologian opetus osaltaan tukee luonnontieteellistä ymmärtämistä ja osaamista, valmiutta soveltaa oppimaansa omassa elämässä peruskoulun päätyttyä?
BioLogian tiedonaLan pääteemat Ja peruskysymykset
Tulevaisuuden perusopetusta käsittelevässä selvityksessä opetussisältöjen jäsentä- minen on todettu yhdeksi tärkeäksi kehittämisen kohteeksi. Myös luonnontieteiden osaamisen arvioinnin mukaan opetuksessa tulee kiinnittää huomiota muun muassa täsmälliseen käsitteiden käyttöön ja taitoon selittää muun muassa biologisia ilmi- öitä (Kärnä ym. 2012, 9). Jokaisella oppiaineella on oma käsitejärjestelmänsä, jonka hahmottaminen käsitehierarkian avulla auttaa tiedollisten kokonaisuuksien ymmär- tämistä. Biologian kohdalla tiedonalan yläkäsitteet voidaan yleisesti hahmottaa esi- merkiksi kuuden perusteeman avulla (Biology Teacher’s Handbook 2009). Biolo- gialle ominainen käsitejärjestelmä tulisi ottaa opetuksessa huomion jo alaluokilta lähtien, jotta oppilaalla olisi mahdollisuus pienin askelin rakentaa selkeitä käsit- teellisiä kokonaisuuksia biologiasta. Yleisesti ottaen biologian perusteemat käsit- televät biologisten järjestelmien evoluutiota, ekologiaa, geneettistä jatkuvuutta ja
lisääntymistä, yksilön elinaikaista kasvua, kehittymistä ja erilaistumista, energiaa, ainetta ja organisaatiotasoja sekä ylläpitoa ja dynaamista tasapainoa (TAULUKKO 1). Nämä perusteemat liittyvät kaikkiin organisaatiotasoihin molekyyleistä biosfää- riin. Peruskoulun luokilla 7–9 perusteemoja käsitellään kuitenkin paljon suppeam- min kuin lukion biologian kursseilla. On opetuksellisesti hankalaa mutta oppilaan kannalta tärkeää oppia esimerkiksi perustietoa perinnöllisyydestä ja geeniteknii- kan kysymyksistä esimerkiksi ihmisen biologiassa 9. luokalla. Biologian tieteenalan nopea kehittyminen ja sen merkitys yhteiskunnallisella tasolla tuo omat haasteensa opetuksen kehittämiselle.
TAULUKKO 1. Biologian tiedonalan pääteemat ja niiden yläkäsitteet.
Perusteemat Yläkäsitteitä
Evoluutio • Evoluution mekanismit ja tuotteet, geneettinen muuntelu ja luonnonvalinta
• Sukupuutot
• Luonnonsuojelubiologia, resurssien kestävä käyttö
• Elollisten järjestelmien tunnusmerkit
• Luonnon monimuotoisuus, spesialisoituminen ja sopeutuminen
Vuorovaikutus ja riippu- vuus (ekologia)
• Ympäristötekijät ja niiden vaikutus elollisiin järjestelmiin
• Kantokyky ja rajoittavat tekijät
• Yhteisön rakenne, ravintoverkot ja niiden rakenneosat
• Vuorovaikutukset elollisissa järjestelmissä
• Ekosysteemi, ravinteiden kierrot, energian läpivirtaus
• Biosfääri ja ihmisen vaikutus siihen Geneettinen jatkuvuus
ja lisääntyminen
• Geenit ja DNA, geenien ja ympäristön vuorovaikutusten ilmeneminen yksi- lön kasvussa ja kehittymisessä
• Perinnöllisyysilmiöt
• Lisääntymistavat Yksilön kasvu, kehitty-
minen ja erilaistuminen • Yksilönkehittymisen tyyppejä
• Rakenteet ja niiden toiminta Energia, aine ja organi-
soituminen • Elollisten järjestelmien organisaatiotasot ja niiden hierarkia
• Aineenvaihdunta, entsyymit, energian muuttuminen Ylläpito ja dynaaminen
tasapaino • Tasapaino, takaisinkytkentäjärjestelmät, käyttäytyminen
• Esim. ihmisen terveys ja sairaus
Biologiassa havaintojen tekeminen ja niitä koskevien kysymysten tekeminen ja niihin vastaaminen ovat olennainen tapa oppia. Evoluutiobiologi Ernst Mayrin mukaan (1998) biologia vastaa kysymyksiin mikä, miten ja miksi. Tätä ajattelua voi- daan osin hyödyntää myös biologian tiedon alan ymmärtämisessä opetuksen kan- nalta (KUVIO 1). Mikä ja millainen ovat biologian peruskysymyksiä: biologin oppi- misessa on tärkeää kuvailla ja oppia luokittelemaan esimerkiksi eliölajeja ja elinym-
