Katri Halkka
LUKION FYSIIKAN JA KEMIAN OPPIMISTULOSTEN ARVIOINTI 2001
Oppimistulosten arviointi 2/2003
OPETUSHALLITUS
© Opetushallitus
Taitto: Sirpa Ropponen ISBN 952-13-1717-5 ISSN 1237-1831
Yliopistopaino, Helsinki 2002
3
TIIVISTELMÄ
Lukiolakiin perustuva fysiikan ja kemian oppimistulosten arvionti toteutettiin otospohjaisena syksyllä 2001 yhteensä 66 päivälukiossa, joista 10 antoi ruotsinkielistä opetusta. Arviointiin osallistui 3 414 lukion kolmannen vuoden opiskelijaa, joista 2 963 suomenkielisissä ja 451 ruotsinkielisissä kouluissa. Osallistuneista oli 1 873 naisia. Arviointiin osallistui noin 10 % kaikista lukiossa kolmatta vuottaan opiskelevista.
Arvioinnin tulokset perustuvat tietoihin, joita kerättiin otokseen osuneiden lukioi- den rehtoreilta, fysiikan ja kemian opettajilta ja opiskelijoilta. Fysiikan ja kemian koe oli sama kaikille opiskelijoille riippumatta siitä, paljonko näiden aineiden opintoja he olivat sisällyttäneet opinto-ohjelmaansa. Rehtoreilta ja opettajilta kysyttyjen tietojen avulla saatiin kuvaa koulujen opetusjärjestelyistä.
Koulujen fysiikan ja kemian pakollisten kurssien ryhmissä oli keskimäärin 26 opiske- lijaa. Vähimmillään heitä oli 5 ja enimmillään 40. Noin 80 % lukioista tarjosi ja toteut- ti fysiikan kertauskurssin ja vastaavasti noin 45 % kemian kertauskurssin. Noin kolmanneksessa kouluista oli akuutti pula välineistä ja vain noin 10 %:ssa kouluja välinetilanne oli hyvä.
Kokeessa osoitetut tiedot ja taidot olivat tasoltaan keskimäärin kohtalaisia. Opiskeli- jat ratkaisivat oikein keskimäärin 46 % kokeen tehtävistä. Naisten keskimääräinen tulos oli 43 % ja miesten 50 %. Tulosten ero aiheutui ensisijaisesti siitä, että noin 60 % naisista oli opiskellut vain vähän fysiikkaa ja kemiaa. Opiskelu näkyi tuloksissa siten, että mitä enemmän fysiikkaa ja/tai kemiaa oli opiskeltu, sitä paremmat tulokset olivat. Molempia oppiaineita vähän opiskelleiden keskimääräiset tulokset olivat hei- kot (miesten 37 % ja naisten 38 %) ja molempia oppiaineita paljon opiskelleiden keskimääräiset tulokset olivat hyvät (miesten 63 % ja naisten 60 %). Kokeessa me- nestyminen ja suhtautuminen fysiikkaan ja kemiaan olivat myös yhteydessä toisiinsa.
Opiskelijat, jotka suhtautuivat oppiaineisiin myönteisesti, menestyivät kokeessa hy- vin.
Opiskelijat osasivat yksinkertaisia valintatehtäviä. Asioista osattiin yksittäisiä tietoja, mutta jo esimerkiksi mekaniikan peruslakeihin liittyvät tehtävät sujuivat huonosti. Yli puolet vähän opiskelleista hallitsi huonosti luonnontieteelle ominaisia taitoja kuten mittaustulosten käsittelyä sekä kuvioiden ja taulukoiden tulkintaa.
Alueelliset erot olivat suhteellisen vähäisiä, suurimmillaan neljä prosenttiyksikköä.
Suomen- ja ruotsinkielisten koulujen tulokset poikkesivat toisistaan kuusi prosent- tiyksikköä.
Kaikista opiskelijoista 20 % oli opiskellut paljon sekä fysiikkaa että kemiaa ja 43 % vähän kumpaakin oppiainetta. Vähän molempia oppiaineita opiskelleista 75 % oli naisia.
Opetussuunnitelman perusteiden tavoitteiden saavuttamiseen nähden suuri ongelma on se, että fysiikan ja kemian nykyinen asema lukiossa ei tue opiskelijoiden tasa- arvoisia jatko-opintomahdollisuuksia. Koska lukion pakolliset opinnot (yksi fysiikan kurssi ja yksi kemian kurssi) eivät anna riittävää pohjaa jatko-opinnoille näitä aineita edellyttävillä aloilla, syventävien opintojen valinnat vaikuttavat suoraan opiskelijan jatko-opintomahdollisuuksiin. Fysiikan ja kemian pakolliset opinnot eivät arvioinnin tulosten perusteella myöskään nykyisin varmista kansalaisille riittävää tämän alan perussivistystä.
ASIASANAT:
arviointi, arvosanat, asenteet, fysiikanopetus, kemianopetus, kurssivalinnat, lukio- opetus, luonnontieteellinen ajattelu, luonnontieteellinen perussivistys
5
SAMMANDRAG
Hösten 2001 genomfördes en lagstadgad, sampelbaserad utvärdering av inlärningsresultaten i fysik och kemi i sammanlagt 66 daggymnasier. Av dessa var 10 svenskspråkiga. I utvärderingen deltog 3 414 studerande i gymnasiets tredje årskurs.
Totalt var 1 873 av provdeltagarna kvinnor. Bland deltagarna fanns 2 963 studerande från finska gymnasier och 451 studerande från svenska gymnasier. Cirka 10 % av samtliga studerande i gymnasiets tredje årskurs deltog i utvärderingen.
Utvärderingsresultaten bygger på information som samlades in bland rektorer, fysik- och kemilärare och studerande vid de gymnasier som kom med i samplet. Provet i fysik och kemi var lika för alla studerande oberoende av antalet fysik- och kemikurser som deltagarna hade avlagt inom ramen för sina studieprogram. Enkäter till rektorer och lärare gav en bild av hur undervisningen i skolorna hade lagts upp.
Skolornas obligatoriska fysik- och kemikurser hade i genomsnitt 26 deltagare. Som minst var antalet deltagare 5 och som mest 40. Cirka 80 % av gymnasierna erbjöd och genomförde en repetitionskurs i fysik och ca 45 % en repetitionskurs i kemi. I ca en tredjedel av skolorna var bristen på utrustning akut och bra var läget i endast ca 10 % av skolorna.
Elevernas kunskaper och färdigheter var i genomsnitt måttliga i provet. De studerande löste i medeltal 46 % av provuppgifterna rätt. Det genomsnittliga resultatet för kvinnorna var 43 % och motsvarande resultat för männen 50 %. Skillnaderna i resultatet beror främst på att ca 60 % av kvinnorna hade studerat endast lite fysik och kemi. Studiemängden syntes i resultaten så att resultaten var bättre ju mer fysik och/
eller kemi deltagarna hade läst. De provdeltagare som hade studerat endast lite fysik och kemi hade i medeltal svaga resultat (männen löste 37 % och kvinnorna 38 % av uppgifterna). Provdeltagare som hade studerat mycket fysik och kemi fick i medeltal goda resultat (männen löste 63 % och kvinnorna 60 % av uppgifterna). I allmänhet fanns det också ett samband mellan framgång i provet och attityden till ämnena.
Studerande med en positiv attityd till läroämnena hade ett gott provresultat.
De studerande klarade bra av enkla rätt/fel-uppgifter och flervalsuppgifter. De behärskade enskilda saker, med redan t.ex. uppgifterna i anslutning till mekanikens grundlagar vållade problem. Över hälften av dem som endast hade studerat lite fysik och kemi hade svårigheter med de färdigheter som är kännetecknande för naturvetenskaperna, såsom t.ex. behandling av mätningsresultat och tolkning av figurer och tabeller.
De regionala skillnaderna var relativt små; de största skillnaderna var fyra procentenheter. De finsk- och svenskspråkiga gymnasiernas resultat skiljde sig från varandra med 6 procentenheter.
Av alla studerande hade 20 % studerat mycket fysik och kemi och 43 % endast lite av vartdera ämnet. 75 % av dem som endast hade studerat lite av vartdera ämnet var kvinnor.
Ett stort problem med tanke på uppnåendet av målen i läroplansgrunderna är att fysikens och kemins nuvarande ställning i gymnasiet inte stöder de studerandes jämlika möjligheter till fortsatta studier. Eftersom de obligatoriska studierna i gymnasiet (en kurs i fysik och en kurs i kemi) inte ger en tillräcklig grund för fortsatta studier inom områden där kunskaper i dessa ämnen förutsätts, påverkar valet av fördjupade kurser direkt studiemöjligheterna i fortsättningen. Utvärderingsresultaten visar också att de obligatoriska fysik- och kemistudierna inte för närvarande garanterar medborgarna en tillräcklig allmänbildning inom detta område.
NYCKELORD:
utvärdering, betyg, attityder, fysikundervisning, kemiundervisning, kursval, gymnasieundervisning, naturvetenskapligt tänkande, naturvetenskaplig allmänbildning
7
ABSTRACT
The evaluation of the learning performance in physics and chemistry, as stipulated in the upper secondary school legislation, was carried out in autumn 2001. The sample comprised 66 upper secondary day schools, 10 of which were Swedish- speaking. The evaluation covered 3,414 students from the third grade of the upper secondary school, 2,963 in Finnish-speaking and 451 in Swedish-speaking schools.
1,873 of the participants were female. 10 % of all third-grade students in Finland’s upper secondary schools participated.
The results of the evaluation are based on information gathered from the principals, physics and chemistry teachers and students selected in the sample. The physics and chemistry test was the same for all students, regardless of how many courses they had included in their personal curricula. The information gathered from principals and teachers sheds light on the teaching arrangements in each school.
The class size in the compulsory courses in physics and chemistry varied between 5 and 40 students, the average being 26. Approximately 80 % of the schools offered and organised a brush-up course in physics and 45 % in chemistry. One-third of the schools reported an acute shortage of teaching equipment, while in only 10 % of the schools was the equipment situation satisfactory.
The knowledge and skills the students demonstrated in the test were of passable level on average. The students correctly answered 46% of the questions. The average result for girls was 43 % and 50 % for boys. The difference in the results is mainly because 60 % of the girls had studied only a little physics and chemistry. The amount of studies was in direct correspondence to the results: the more a student had studied physics and/or chemistry, the better the result. The average results were poor for those who had studied both subjects only little (37 % of boys and 38 % of girls) whereas the results for those who had studied the subjects for longer periods were good (63 % of boys and 60 % of girls). Performance in the test and a student’s attitude towards physics and chemistry were also linked. Those who had a positive attitude towards the subjects performed well in the test.
The students mastered simple true/false statements and multiple-choice questions.
Isolated details were familiar but even questions related, for example, to the basic laws of mechanics proved difficult. Over half of those who had studied the subjects just a little had poor basic scientific skills, such as dealing with measurements or analysing diagrams or tables.
Regional differences were relatively small, at most four percentage points. The difference between the results in Finnish-speaking and Swedish-speaking schools was six percentage points.
Out of all the students, 20 % had taken many courses in both physics and chemistry whereas 43 % had taken only a few courses in the subjects. Of the latter, 75 % were girls.
In terms of achieving the goals set in the national curriculum, the biggest problem is that the current position of physics and chemistry in secondary education does not support equal opportunities for all in terms of tertiary education. Because the compulsory courses (one course in physic and one in chemistry) fail to provide an adequate foundation for tertiary education in fields in which these subjects are prerequisites, whether a student selects advanced courses in these subjects has a direct bearing on his or her opportunities for tertiary education. The evaluation also reveals that, as it stands, the compulsory courses in physics and chemistry do not guarantee everyone adequate basic skills in these subjects.
KEY WORDS:
Evaluation, grades, attitudes, physics teaching, chemistry teaching, course selection, upper secondary education, scientific thinking, scientific basic education
9
SAATTEEKSI
Lukion fysiikan ja kemian oppimistulosten arvioinnin tavoitteena oli selvittää, pal- jonko lukion päättövaiheen opiskelijat ovat opiskelleet näitä aineita ja millaisia asioita he osaavat. Toteutuksen lähtökohtana oli Lukion opetussuunnitelman perusteet (Opetus- hallitus, 1994). Lisäksi tukeuduttiin opetusalan ammattilaisten näkemyksiin siitä, mitä jokaisen yleissivistävän koulun päättäneen tulisi osata fysiikasta ja kemiasta.
Arviointi poikkesi tavanomaisesta oppimistulosten arvioinnista siinä, että tavoittee- na oli löytää tietoa opiskelijoiden osaamisesta kahdessa oppiaineessa. Tästä syystä arvioinnin tavoitteet olivat toisenlaiset kuin lukion kurssikokeessa tai ylioppilastut- kinnon reaalikokeessa. Kaikki osallistujat tekivät saman kokeen, vaikka opiskelijat olivatkin suorittaneet eri määriä fysiikan ja kemian kursseja. Eri kouluissa fysiikan ja kemian pakollisetkin kurssit toteutetaan eri painotuksin opetussuunnitelman perus- teiden sallimissa rajoissa.
Lukiokoulutuksen tavoitteena on taata niin opiskelijoiden jatko-opintokelpoisuus kuin heidän yleissivistyksensä. Yleissivistys muodostuu niin taiteiden, humanistis-yhteis- kunnallisten, matemaattisten kuin luonnotieteellisten alojen perustuntemuksesta.
Vuoden 1989 matemaattis-luonnontieteellisen perussivistyksen komitean loppu- mietinnössä esitettiin huoli kansalaisten luonnontieteellisten (ja matemaattisten) pohjatietojen niukkuudesta, vaikka fysiikan ja kemian opinnot ovat pakollisia perusopetuksen aikana. Lukiossa pakollisia opintoja on yhteensä vain kahden kurs- sin verran. Fysiikan ja kemian syventäviä opintoja valitsevat enimmäkseen ne, jotka aikovat jatkaa opintojaan niitä edellyttävillä aloilla.
Viimeistään vuonna 2006 käyttöön otettavien uusien tuntijakojen ja uusien opetus- suunnitelmien perusteiden myötä fysiikka ja kemia tulevat toivottavasti painokkaammin osaksi perusopetuksen alaluokkienkin opetusta. Tämä avaa mahdollisuuden sille, että perusluonnontieteiden tiedot aukeaisivat myös niille, jotka eivät valitse jatko-opinto- jaan luonnontieteellisiltä tai teknisiltä aloilta. Luokan- ja aineenopettajien koulutus ja yhteistyö saa näin uusia haasteita.
Tämän arvioinnin järjestäminen on vaatinut monien henkilöiden merkittävän työpa- noksen: Asiantuntijaryhmän kanssa pohdittiin toteutuksen suuntaviivat ja tehtävän- laatijat kantoivat päävastuun kokeen laatimisesta. Opetushallituksen arviointi- virkamiehet opastivat allekirjoittanutta arviointitutkimuksen sekä aineiston tilastolli- sen käsittelyn maailmaan ja selvittivät hallinnollisia käytänteitä. Harjoittelijoina olleet opiskelijat Lauri Mantere ja Saara Syrjäsuo avustivat ansiokkaasti aineiston käsittelys- sä. Kiitokset kaikille yhdessä ja erikseen asiantuntijuudesta, tuesta ja hyvästä työtoveruudesta. Kiitokset myös Elsa Tontcheville tehtävävihkon taidokkaasti toteutetusta kuvituksesta.
Erityisen lämpimästi haluan kiittää niin arviointiin kuin tehtävien esikokeiluun osal- listuneiden koulujen rehtoreita, opettajia sekä opiskelijoita. Ilman heidän asiallista suhtautumistaan ja panostaan tämä arviointi ei olisi ollut mahdollinen.
Helsingissä ystävänpäivänä 14.2.2003
Katri Halkka
11
SISÄLTÖ
TIIVISTELMÄ SAMMANDRAG ABSTRACT SAATTEEKSI SISÄLTÖ
1 JOHDANTO ... 13
1.1 Lukiolaisten fysiikan ja kemian arvioinnin koulutuspoliiittinen tarve ja tarkoitus (Ritva Jakku-Sihvonen) ... 13
1.2 Aikaisempia fysiikkaan ja kemiaan liittyviä kehittämishankkeita ja arviointeja ... 14
2 ARVIOINNIN LÄHTÖKOHDAT ... 18
2.1 Fysiikan ja kemian asema yleissivistävässä koulutuksessa ... 18
2.1.1 Fysiikka ja kemia perusopetuksessa ja lukiossa ... 20
2.1.2 Fysiikka ja kemia ylioppilastutkinnossa ... 21
2.2 Opetussuunnitelman perusteet arvioinnin lähtökohtana ... 22
3 LUKION FYSIIKAN JA KEMIAN OPPIMISTULOSTEN ARVIOINTIHANKE 25 3.1 Arvioinnin tehtävä ... 25
3.2 Resurssit ja aikataulu ... 25
3.3 Mittaristo ... 27
3.3.1 Koetehtävien laadinta ja esitestaus ... 27
3.3.2 Fysiikan ja kemian kokeen rakenne ... 28
3.3.3 Opiskelijoille suunnattu taustakysely ... 30
3.3.4 Rehtoreille ja opettajille suunnatut kyselyt ... 31
3.4 Koesuoritusten pisteitys ja tulosten käsittely ... 32
3.5 Otanta ... 33
3.5.1 Suunniteltu otos ... 33
3.5.2 Toteutunut otos ... 35
3.5.3 Otoksen jakaumatietoja ... 38
3.6 Luotettavuus ... 42
4 TULOKSET ... 45
4.1 Fysiikan ja kemian osaaminen ... 45
4.2 Tietoa kouluista ... 51
4.2.1 Koulukohtaiset tulokset ... 51
4.2.2 Kouluja ja opetusta koskevaa taustatietoa ... 52
4.3 Opiskelijoiden käsityksiä fysiikan ja kemian opiskelusta ... 56
4.4 Osaaminen suhteessa taustatietoihin ... 62
4.5 Miten tehtäviä osattiin? ... 64
4.5.1 Perussivistystehtävät ... 65
4.5.2 Luonnontieteelliseen ajatteluun liittyvät tehtävät ... 68
4.5.3 Fysiikan tehtävät ... 70
4.5.4 Kemian tehtävät ... 72
5 KESKEISET TULOKSET JA JOHTOPÄÄTÖKSET ... 75
5.1 Yhteenveto tuloksista ... 75
5.2 Kokeessa menestymiseen vaikuttavista tekijöistä ... 78
5.3 Johtopäätöksiä tuloksista ... 79
6 LÄHTEET ... 81
KUVIOT ... 83
TAULUKOT ... 85
LIITTEET ... 86
13
1 JOHDANTO
Tämän luvun ensimmäisessä osassa opetusneuvos Ritva Jakku-Sihvonen selvittää lukiolaisten fy- siikan ja kemian arvioinnin koulutuspoliittista tarvetta ja tarkoitusta. Sitten kuvaillaan tämän arvioinnin taustaksi aikaisempia fysiikkaan ja kemiaan liittyviä kehittämishankkeita ja arvioin- teja.
1.1 Lukiolaisten fysiikan ja kemian arvioinnin koulutuspoliiittinen tarve ja tarkoitus
Ritva Jakku-Sihvonen
Mielenkiinto suomalaisten lukiolaisten luonnontieteiden osaamisen tason seuraami- seen virisi Opetushallituksen johtokunnassa vuonna 1994, jolloin valmistuneen LU- KION TILA -arvioinnin tuloksia käsiteltiin. Tuolloin käytiin pitkä keskustelu siitä, millaisiin tavoitteisiin fysiikan ja kemian opettamisella koko lukioikäluokalle tulisi pyrkiä.
Keskustelun viritti se arviointiraportissa esille tullut havainto, että fysiikan ja kemian oppimistulokset eivät ylioppilastutkintotehtäviin annettujen vastauksien perusteella näytä lainkaan vastaavan sitä vaatimustasoa, jota erityisesti luonnontieteiden, lääke- tieteen ja tekniikan alan korkeakouluopintoihin ja luonnontieteisiin, terveydenhuol- toon ja tekniikan aloille suuntutuneilta ammattikorkeakouluopiskelijoilta voitaisiin edellyttää.
Raporttia käsiteltäessä kiinnitettiin huomiota siihen, että käytettävissä ei ollut tietoa siitä, millaiset valmiudet lukion käyneillä on luonnontieteiden alalta, koska huomatta- va osa ylioppilaskokelaista ei valitse reaalikokeessa lainkaan kemian ja fysiikan tehtä- viä. Johtokunta piti kuitenkin tärkeänä sitä, että kaikilta ylioppilaita tulisi edellyttää myös luonnontieteissä perussivistystä. Nostin keskustelussa esille mahdollisuuden järjestää luonnontieteiden osalta sivistysvarantoarviointi, jonka avulla voitaisiin tuot- taa tietoa myös niiden opiskelijoiden luonnontieteiden taidoista, jotka eivät ylioppilas- kokeessa lainkaan suorita kemiaa ja fysiikkaa. Lukiolaisten kemian ja fysiikan sivistysvarantoarvioinnin sisällyttämisestä Opetushallituksen arviointiohjelmaan val- litsi johtokunnassa laaja yksimielisyys.
Lukiolaisten kemian ja fysiikan osaamisen tason arviointia vauhdittivat myös LUMA- hankkeessa karttunut tieto kemian ja fysiikan osaamisen tasosta ja ammattikoululaisten keskuudessa tehdyn luonnontieteiden oppimistulosten arvioinnin tulokset vuonna 1998. Ammatillisissa oppilaitoksissa tehty arviointi osoitti, että osaamisen taso on hyvin vaatimatonta.
Opetusministeriön ja Opetushallituksen väliseen tulossopimukseen lukiolaisten fy- siikan ja kemian arvioinnin järjestäminen kirjattiin syksyllä 1999. Nyt raportoitava otantaperustainen arviointi aloitettiin vuonna 2000.
Mitä ymmärretään sivistysvarantoarvioinnilla?
Sivistysvarantoarvioinnin tarkoituksena on selvittää tietyn sisältöalueen osaamisen laatua ja osaajien määrää tietyssä yhteisössä. Usein puhutaankin kansallisesta sivistys- varannosta. Suomenkin oloissa koko luonnontieteellisen sivistysvarannon arviointi olisi suururakka; sen sijaan lukion tuottaman sivistysvarannon arviointi on hyvin mahdollinen tehtävä. Tämän arvioinnin perimmäisenä tarkoituksena on selvittää fy- siikan ja kemian osaamisen tasoa ja eri tavoin fysiikkaa ja kemiaa taitavien määriä.
Arviointi on suppea sivistysvarantoarviointi ja kohdistuu vain päivälukioon.
Mielestäni lukiolaiset voidaan yleisen orientaationsa perusteella jakaa kolmeen ryh- mään: generalisteihin, laaja-alaisesti orientoituneisiin ja erikoistumisorientoituneisiin.
Generalisteille on tyypillistä se, että lukiossa opiskellaan vähän kaikkea. Laaja-alaiselle sivistysorientaatiolle on ominaista se, että lukiossa opiskellaan mahdollisimman mo- nia aineita niin paljon, että mahdollisimman monet urat ovat lukion jälkeen avoinna.
Erikoistumissuuntautuneille opiskelijoille on ominaista ainakin jonkinasteinen tietoi- suus lukion jälkeisistä opinnoista, mikä mahdollistaa valinnaisten opintojen painotta- misen tiettyihin aineisiin. Viimeksi mainittuun ryhmään kuuluu usein esimerkiksi nii- tä opiskelijoita, jotka ovat suuntautuneet matemaattis-luonnontieteellisille tai tekni- sille aloille.
Fysiikan ja kemian arvioinnissa pyrittiin selvittämään eri tavoin orientoituneiden opis- kelijoiden määriä. Lisäksi arvioitiin sitä, miten hyvin eri tavoin suuntautuneet opiske- lijat hallitsevat lukiokoulutukselle asetetut fysiikan ja kemian tavoitteet.
Arvioinnin toivotaan tuottavan merkittävää tietoa koulutuksen suunnittelun tarpei- siin.
1.2 Aikaisempia fysiikkaan ja kemiaan liittyviä kehittämishankkeita ja arviointeja
Matemaattis-luonnontieteellisen perussivistyksen komitean loppumietintö Vuonna 1987 asetetun matemaattis-luonnontieteellisen perussivistyksen komitean vuonna 1989 antamassa loppumietinnössä selvitetään Suomen matemaattis-luonnon- tieteellisen yleissivistyksen ja tietämyksen tasoa ja sisältöä sekä annetaan koulutusta koskevia kehitysehdotuksia. Koulutuksen tavoitteeksi asetetaan matematiikan, luon- nontieteiden ja tietotekniikan alueilta sellaiset perussivistyksen edellyttämät riittävät perustiedot ja -taidot, jotta yksilö selviytyy jokapäiväisen elämän tilanteissa, kykenee ymmärtämään ilmiöitä rationaalisesti sekä pystyy elämässään ottamaan vastaan uutta, yleissivistykseen kuuluvaa tietoa, arvioimaan sen merkitystä, ottamaan sen perusteel- la kantaa omaa elämäänsä ja toimintaansa sekä yhteiskuntaa koskeviin kysymyksiin ja tekemään niissä ratkaisuja. Lisäksi mietinnössä edellytetään, että koulutusta saaneet yhteiskunnan jäsenet ovat selvillä siitä, kuinka tieteen tuottama tieto syntyy ja muut-
15 tuu. He osaavat ottaa tämän huomioon kohdatessaan jokapäiväisessä elämässä, ku- ten työssään ja tiedotusvälineissä, uutta tietoa mainituilta aloilta. Heidän tulee oppia tuntemaan matemaattis-luonnontieteellisen tiedon rajoitukset ja kyetä tasapainoises- ti sovittamaan matemaattis-luonnontieteellinen tieto humanistis-yhteiskunnalliseen tietoon. Koulutuksen tulee antaa matematiikasta, luonnontieteistä ja tietotekniikasta riittävät pohjatiedot, joita tarvitaan kaikkien alojen opinnoissa sekä kasvattaa yhteis- kunnan jäsenet kykeneviksi punnitsemaan luontoa, yhteiskuntaa ja itseään koskevia arvoja. (Komiteamietintö 1989:45, 3–4.)
Mietinnön rakenteellisista kehitysehdotuksista useat ovat jo toteutuneet: Lukio on luokaton, sen valinnaisuutta on lisätty ja kursseja voi suorittaa myös toisissa lukioissa.
Ylioppilaskirjoituksen voi suorittaa hajautetusti. Luonnontieteiden aseman vahvista- minen ja opetuksen kehittäminen on todettu tärkeiksi asioiksi, kuitenkaan unohta- matta matemaattisia ja humanistis-yhteiskuntatieteellisiä aloja. Valtakunnallisesti on järjestetty LUMA-hanke1, joka päättyi vuonna 2002.
Valtakunnallisessa lukion tuntijaossa on luonnontieteissäkin pakollisia kursseja, mut- ta vähemmän kuin komitean ehdotuksessa. Fysiikan ja kemian osalta ehdotettiin kum- paankin kahta pakollista kurssia, joista ehdotettiin muodostettavan neljän kurssin laajuinen kokonaisuus. Nykyisessä, kuten myös viimeistään vuonna 2006 käyttöönotettavassa, tuntijaossa pakollisia ovat yksi fysiikan ja yksi kemian kurssi.
Kehittämishankkeita
LUMA-hankkeen kansainväliset arvioijat totesivat, että hanketta tulisi jatkaa jossain muodossa, sillä syntynyttä innostusta, opettajien koulutusta sekä yhteistyöverkkoja tulisi hyödyntää (Opetusministeriö, 2002a). Määrällisiä tavoitteita matematiikan ja luonnontieteellisten aineiden opiskelijoiden lisäämiseksi ei saavutettu eikä esimerkik- si fysiikan ja kemian vastaajien lukumäärä ylioppilaskirjoitusten reaalikokeessa nous- sut tavoitellulle tasolle (Opetusministeriö, 2002b). Lukiossa fysiikan ja kemian laajoja oppimääriä opiskellaan vähän ja naisten osuus opiskelijoista on pieni. Hankkeessa mukana olleiden koulujen oppilaat olivat motivoituneita ja oppitunneilla löytyi oppi- misen ilo, kuten Irma Aroluoman raportista ilmenee (Aroluoma, 2002).
__________
1 LUMA (Matematiikan ja luonnontieteiden opetuksen kehittämishanke 1996–2002). Hanke oli Opetushallituksen osuus opetusministeriön koordinoimaa valtakunnallista kehittämisohjelmaa, jonka tarkoituksena oli nostaa suomalaisten matematiikan ja luonnontieteiden osaaminen kansain- väliselle tasolle.
Kansainvälisiä luonnontieteiden arviointeja
Aiemmat luonnontieteiden arvioinnit ovat sisältäneet fysiikan ja kemian kysymysten lisäksi sekä biologian että maantiedon kysymyksiä. Suomi on ollut mukana myös kan- sainvälisissä luonnontieteiden koulusaavutustutkimuksissa. IEA:n2 organisoimat tutkimushankkeet toteutettiin Suomessa vuosina 1970 (FISS3) ja 1984 (SISS4). Mu- kana oli 10-vuotiaita, 14-vuotiaita sekä abiturientteja. Vuonna 1970 koululaisten tie- dolliset saavutukset olivat luonnontieteissä teollisuusmaiden keskitasoa. Vuonna 1984 10-vuotiaat edustivat osallistujamaiden kärkipäätä, 14-vuotiaat olivat pysytelleet teol- lisuusmaiden keskiarvon tuntumassa ja abiturienttien tiedolliset oppimistulokset jäi- vät keskitason alapuolelle (Laurén, 1985 ja 1987.)
Vuosien 1970–1984 aikana abiturienttien osuus ikäluokasta kasvoi 21 %:sta 40 %:iin.
Keskimääräinen saavutustaso kansainvälisessä kokeessa ei kuitenkaan laskenut, mikä on merkityksellinen seikka. Luonnontieteissä järjestettiin abiturienteille yleiskokeen lisäksi spesialistikoe niille opiskelijoille, jotka opiskelivat luonnontieteitä lukiossa.
Vuonna 1984 fysiikkaa ja kemiaa opiskeli lukiolaisista noin 15 %. Spesialistikokeen tulokset olivat heikoimmat kemiassa ja fysiikassa ja tulokset laskivat vuoden 1970 kokeesta. (Laurén, 1990.)
Kansallisia luonnontieteiden arviointeja
Perusopetuksen oppilaiden luonnontieteiden tietoja ja taitoja on arvioitu IEA:n vuonna 1999 järjestetyssä TIMSS-tutkimuksessa5. Suomesta osallistuneet oppilaat olivat pää- osin perusopetuksen 7.-luokkalaisia. Suomi sijoittui kymmenenneksi 38 maan jou- kossa. Tutkimuksessa huomattiin, että parhaiten menestyneiden maiden oppilaat suh- tautuivat myönteisesti oppiaineeseen. Suomalaisista oppilaista 11 % suhtautui myön- teisesti fysiikkaan ja 15 % kemiaan. (Martin et. al. 2000.)
Vuonna 2000 OECD:n6 toteuttaman PISA-tutkimuksen7 pääalueena oli lukutaito, mutta kokeeseen sisältyi myös matematiikan ja luonnontieteiden tehtäviä. Mukana oli 32 maata ja perusjoukkona olivat 15-vuotiaat nuoret. Tavoitteena oli selvittää sitä, mitä nuoret osaavat. Tehtäviä ei valittu opetussuunnitelmien perusteella, vaan niiden laadintaa ohjasi kolme jäsentävää tekijää: luonnontieteelliset käsitteet, tiedonhankinnan prosessit ja luonnontieteellisen tiedon käyttötilanteet. Suomalaiset oppilaat sijoittui- vat luonnontieteen tehtävissä kolmannelle sijalle. Vuonna 2006 on luonnontieteet pääalueena. (Välijärvi et. al. 2002.)
__________
2 IEA (International Association for The Evaluation of Educational Achievement)
3 FISS (The First International Science Study)
4 SISS (The Second International Science Study)
5 TIMSS (The Third International Mathematics and Science Study)
6 OECD (Organisation for Economic Co-operation and Development)
7 PISA (Programme for International Student Assessment)
17 Opetushallitus on arvioinut luonnontieteiden oppimistuloksia sekä perusopetuksen 9. luokalla että ammatillisessa koulutuksessa. Molemmissa arvioinneissa tulokset oli- vat fysiikan ja kemian osalta heikot (Rajakorpi, 1998 ja Saloheimo, 1998).
Tämän arvioinnin tarkoituksena oli selvittää sitä, mitä yleissivistävän koulun päättö- vaiheessa olevat opiskelijat tietävät fysiikasta ja kemiasta. Aiemmista arvioinneista poiketen arviointiin osallistuneet opiskelijat tekivät samat tehtävät riippumatta siitä, kuinka paljon fysiikan ja kemian opintoja he olivat sisällyttäneet opintoihinsa.
2 ARVIOINNIN LÄHTÖKOHDAT
Tässä luvussa kuvataan fysiikan ja kemian asemaa sekä lukion oppiaineina että ylioppilastutkin- non reaalikokeessa. Lisäksi selvitetään valtakunnallisia opetussuunnitelman perusteita fysiikan ja kemian näkökulmasta. Esityksessä painotetaan luonnontieteellistä perussivistystä fysiikan ja ke- mian osalta ja luonnontieteelliseen ajatteluun liittyviä taitoja, jotka ovat opetussuunnitelman perusteissa mainituista tavoitteista niitä, jotka kaikkien lukion suorittaneiden tulisi saavuttaa.
2.1 Fysiikan ja kemian asema yleissivistävässä koulutuksessa
Lukion päättövaiheessa olevien opiskelijoiden luonnontieteellinen perustietämys on karttunut niin perus- ja lukio-opetuksen kuluessa kuin median ja opiskelijan omien kokemustenkin kautta.
Kuviossa 1 havainnollistetaan lukio-opintoja (valtioneuvoston päätökset n:o 834 perusopetuksen ja n:o 835 lukion tuntijaosta 23.9.1993) sekä lukio-opintojen ja yli- oppilastutkinnon välistä riippuvuutta. Kuva on jaettu ylioppilastutkinnon kokeiden mukaan alueisiin, joihin lukiossa tarjottavat kurssit on sijoitettu.
19
KUVIO 1. Fysiikan ja kemian opinnot perus- ja lukio-opetuksen yhteydessä.
2.1.1 Fysiikka ja kemia perusopetuksessa ja lukiossa
Perusopetuksen aikana fysiikka ja kemia kuuluvat kaikille yhteiseen oppiainekseen.
Ne sisältyvät ala-asteella ympäristöopin yhteyteen8 ja yläasteella niitä opiskellaan omina oppiaineinaan yhteensä vähintään kuusi viikkotuntia.
Suorittaakseen lukion oppimäärän opiskelijan on opiskeltava vähintään 75 kurssia, joista pakollisia opintoja on 45–49 ja syventäviä vähintään 10 kurssin verran. Valta- kunnallista opetussuunnitelmaa noudattavissa päivälukioissa opiskelijan on opiskel- tava yksi pakollinen kurssi fysiikkaa ja yksi pakollinen kurssi kemiaa9. Lukiossa yh- teisten opintojen määrä on näissä aineissa paljon vähäisempi kuin perusopetuksen yhteydessä.
Lukioissa noudatetaan valtioneuvoston päättämää tuntijakoa, jonka mukaan opinnot jakaantuvat pakollisiin, syventäviin ja soveltaviin kursseihin. Syventävät kurssit ovat pääasiassa pakollisiin kursseihin välittömästi liittyviä jatkokursseja, joita koulun tulee tarjota oppilailleen tietty minimimäärä valittavaksi. Syventävien kurssien minimimäärät määritellään valtakunnallisessa tuntijaossa. Yhdessä pakollisten kurssi- en kanssa nämä minimimäärät muodostavat kunkin oppiaineen sen oppimäärän10, jonka perusteella ylioppilaskirjoitusten kokeet laaditaan. Tämä oppimäärä koostuu fysiikan osalta yhdestä pakollisesta ja seitsemästä syventävästä kurssista ja kemian osalta vastaavasti yhdestä pakollisesta ja kolmesta syventävästä kurssista. Soveltavat kurssit ovat monioppiaineisia kursseja, menetelmäkursseja, muita koulukohtaisia kurs- seja tai muissa oppilaitoksissa opiskeltavia kursseja.
Minimimäärän ylittäviä syventäviä kursseja ja soveltavia kursseja lukiot voivat tarjota koulutuksen järjestäjän myöntämien resurssien mukaisesti. Näistä kursseista on ke- rätty valtakunnallista tietoa vain suoritettujen kurssien lukumäärän osalta. Lukuvuonna 1999–2000 päättötodistuksen saaneita opiskelijoita oli yhteensä 34 744, joista naisia oli 20 608. Näistä lukiolaisista noin kolmannes oli suorittanut 1–7 fysiikan syventävää kurssia. Saman verran opiskelijoista oli suorittanut 1–3 kemian syventävää kurssia.
Määriin sisältyy esimerkiksi vain yhden syventävän kurssin suorittaneet opiskelijat.
Kaikista opiskelijoista 8 % oli suorittanut vähintään kahdeksan fysiikan syventävää kurssia. Vastaavasti 5 % kaikista opiskelijoista oli suorittanut vähintään 4 kemian syventävää kurssia. (Taulukko 1.) Noin 10 % opiskelijoista oli suorittanut fysiikan soveltavia kursseja. Vastaavasti noin 8 % opiskelijoista oli suorittanut kemian soveltavia kursseja. (Taulukko 2.) Tilastoista ei käy ilmi kuinka suuri osa opiskelijoista oli suo- rittanut sekä fysiikan että kemian kursseja, eikä syventävien ja soveltavien kurssien suorittajia ole eritelty tarkemmin. (Opetushallitus, 2002a, 15.)
__________
8 Viimeistään 1.8.2006 koulujen tulee noudattaa uutta tuntijakoa ja opetussuunnitelman perusteita, jotka valmistuvat porrastetusti alkaen vuodesta 2002. Niissä fysiikka ja kemia ovat perusopetuksessa osa ympä- ristö- ja luonnontietoa ja omina oppiaineinaan kuudennelta luokalta lähtien.
9 Osa lukioista noudattaa kuitenkin poikkeavaa tuntijakoa, jossa fysiikan ja kemian pakollisuus on poistettu.
Tällaisia lukioita ovat nuorisoasteen kokeilua toteuttavat lukiot ja jotkin erityistehtävän saaneet lukiot.
Näistä kouluista lukion päättötodistuksen voi saada ilman fysiikan ja kemian kurssien suorittamista.
21
TAULUKKO 1. Lukuvuonna 1999–2000 päättötodistuksen saaneiden lukiolaisten suorittamien fysiikan ja kemian syventävien kurssien määrät.
TAULUKKO 2. Lukuvuonna 1999–2000 päättötodistuksen saaneiden lukiolaisten suorittamien fysiikan ja kemian soveltavien kurssien määrät.
2.1.2 Fysiikka ja kemia ylioppilastutkinnossa
Fysiikka ja kemia ovat osa ylioppilastutkinnon reaalikoetta. Kuitenkin reaalikoe antaa vain vähän tietoa kaikkien lukion suorittaneiden opiskelijoiden fysiikan ja kemian osaamisesta: tutkintoon ei ole pakko sisällyttää reaalikoetta, ja vaikka sisällyttäisi, fy- siikan ja kemian tehtäviä ei tarvitse valita.
Kaikkien ylioppilastutkinnon suorittavien on valittava pakolliseksi kirjoitusaineekseen joko reaalikoe11 tai matematiikan koe. Reaalikokeen tarkoituksena on saada selville, onko opiskelija omaksunut lukion opetussuunnitelman mukaiset tiedot ja taidot sekä saavuttanut lukion tavoitteiden mukaisen riittävän kypsyyden reaaliaineiden hallin- nassa12. Reaalikoe sisältää tehtäviä, jotka koskevat uskontoa, elämänkatsomustietoa, filosofiaa, psykologiaa, historiaa ja yhteiskuntaoppia, fysiikkaa, kemiaa, biologiaa ja maantietoa. Kokeen tehtävät laaditaan valtioneuvoston lukiolain 10. §:n nojalla anta- massa tuntijakopäätöksessä määrättyjen pakollisten ja syventävien kurssien oppi- määrien perusteella.
__________
10Opiskelijan tietyn oppiaineen oppimäärä koostuu hänen suorittamista pakollisista ja syventävistä kursseista.
Samassa oppiaineessa eri opiskelijoilla voi siten olla erilaiset oppimäärät. (Opetushallitus, 1999a, 12)
11 Hyväksytysti suoritetun reaalikokeen saa uusia kaksi kertaa, jolloin eri kerroilla voi painottaa reaalikokeeseen kuuluvia oppiaineita eri tavoin.
12 Ylioppilastutkintoa koskeva lukiolain 629/1998, 18. § sovellettuna reaalikokeeseen.
Tehtäviä annetaan eri aineista seuraavasti (kaksi tehtävää /oppimäärän kurssi):
evankelisluterilainen uskonto/ortodoksinen uskonto/elämänkatsomustieto 10 teh- tävää, filosofia 6 tehtävää, psykologia 10 tehtävää, historia ja yhteiskuntaoppi 16 teh- tävää, fysiikka 16 tehtävää, kemia 8 tehtävää, biologia 8 tehtävää ja maantieto 8 tehtä- vää.
Annetuista 82 tehtävästä kokelas saa vastata enintään kahdeksaan. Vastaaminen ei edellytä kouluopintoja kyseessä olevassa aineessa eikä aineryhmiä tar vitse katsomusaineita lukuun ottamatta valita etukäteen. Osallistuminen reaalikokeeseen edellyttää kahden reaaliaineen pakollisten kurssien suorittamista. Taulukossa 3 on esitetty reaalikokeen vastausten jakautumista aineittain keväällä 2000 ja 2001. Vastaa- jien lukumäärät seuraavat pääpiirteittäin vastausmääriä. Poikkeuksena ovat historia ja fysiikka, joihin liittyviin kysymyksiin kokelaat keskittyvät vastaamaan. Keväällä 2001 vastasi fysiikan tehtäviin kaikkiaan 9 263 kokelasta ja kemian tehtäviin 5 208 kokelasta.
Kaikkiaan kevään 2001 reaalikokeeseen osallistui 32 894 kokelasta, joista 28 544 oli varsinaisia tutkinnon suorittajia.
TAULUKKO 3. Reaalikokeen vastausten jakautuminen aineittain. Varsinaiset kokelaat kevään 2000 ja kevään 2001 tutkinnoissa. (Opetushallitus 2000, 22 ja Opetushallitus 2002a, 24).
2.2 Opetussuunnitelman perusteet arvioinnin lähtökohtana
Koska tässä arvioinnissa on tarkoitus selvittää opiskelijan luonnontieteellisen sivistysvarannon karttumista eikä pelkästään fysiikan ja kemian oppimäärien osaa- mista, opetussuunnitelman perusteita käsitellään laajemmin kuin vain kyseisten oppi- aineiden pakollisten ja syventävien opintojen osalta. Valtakunnalliset opetus- suunnitelman perusteet sisältävät yleislinjauksen esittelyn lisäksi koulun toimintaa ohjaavat normit. Muun muassa oppiaineiden ja oppiaineryhmien tavoitteet esitetään normeina. Fysiikka ja kemia ovat opetussuunnitelman perusteissa osa ympäristö- ja luonnontieteitä yhdessä biologian ja maantiedon kanssa. Lukion opetussuunnitelman perusteiden (Opetushallitus 1994a, 77–82) mukaan ”Lukion luonnontieteiden ope- tus välittää kuvaa ihmisen elinympäristöstä, ihmisen ja ympäristön vuorovaikutus- suhteesta sekä auttaa näkemään luonnontieteelliseen tietoon perustuvan yksilöllisen ja yhteisöllisen vastuun merkityksen”. Fysiikan ja kemian opetuksen tehtävää kuvail- laan monitahoisesti. Opetuksen yleisenä tavoitteena on ohjata luonnontieteelle omi-
23 naiseen ajattelutapaan, omakohtaiseen tiedonhankintaan sekä tietojen aktiiviseen so- veltamiseen”. Erityisesti painotetaan kokeellista lähestymistapaa. ”Kaikille yhteiset biologian, fysiikan, kemian ja maantiedon kurssit suunnitellaan niin, että ne muodos- tavat opiskelijan kannalta toimivan kokonaisuuden ja tarjoavat hyvät lähtökohdat luon- nontieteiden syventäville ja soveltaville opinnoille.”
Myös opetussuunnitelman perusteiden yleisessä osassa (Opetushallitus 1994a, 8) on viittauksia fysiikan ja kemian opiskeluun. Lukion tehtäväksi asetetaan muun muassa
”sellaisten valmiuksien kehittäminen, jotka auttavat kohtaamaan muutoksia ja ratkai- semaan ongelmia”. Valmiuksiin kuuluu mahdollisuus valita kuhunkin ongelmaan so- pivin ratkaisutapa. Fysiikan ja kemian opetuksen yhteydessä esiin tuleva luonnontie- teellinen lähestymistapa on eräs mahdollisista. Luonnontieteellisen ajattelutavan op- pimista ja ymmärtämistä tukee myös opetussuunnitelman perusteissa (emt, 10–11 ) esitetty vaade siitä, että ”kouluilta edellytetään opetuksessaan avaraa näkökulmaa to- dellisuudesta, ongelmakeskeistä lähestymistapaa, tieteenalapohjaisten oppiaineiden yhteistyötä ja valmiutta paneutua tarvittaessa nopeastikin ajankohtaisten ilmiöiden tarkasteluun”. Luonnontieteelliseen ajattelutapaan kuuluvat sisäänrakennettuina ”kriit- tinen suhtautuminen tietoon ja sen totuudellisuuteen”.
Opetussuunnitelmien perusteiden (Opetushallitus 1994a, 12–13) mukaan ”Lukiota kehitetään yleissivistävänä, ylioppilastutkintoon johtavana ja jatko-opintoihin valmentavana oppilaitoksena, joka tukee nuoren yksilöllistä kasvua, sukupuolten tasa- arvoa ja nuorten kypsymistä aikuisuuteen”. Tämä edellyttää myös perusluonnon- tieteiden fysiikan ja kemian tietämystä vähintään perustasolla ja jopa syvemmin. Tätä tukee erityisesti se, että ”yleissivistys on laaja-alainen, jakamaton käsite. Nykyaikana yleissivistys on teknologista, matemaattista, luonnontieteellistä, humanistista ja yh- teiskunnallista tietoa”. Yleissivistyksen merkitys yksilölle on suuri. ”Yleissivistys te- kee kansalaiselle mahdolliseksi vaikuttaa valistuneella tavalla yhteisten asioiden hoi- toon. Yhteiskunnan jäsen tarvitsee eri tiedonaloilla toiminnallisen lukutaidon voi- dakseen omaksua uusia tietoja”. Lisäksi ”yleissivistys muodostaa myös ammatti- opintojen perustan.”
Koulujen opetussuunnitelmatyötä vaikeuttaa se, että opetussuunnitelman perusteista ei ole julkistettu soveltamisohjeita. Yleisellä tasolla esitetyt suuntaviivat voivat konkretisoitua alkuperäisestä suunnitelmasta poikkeavasti, jopa opetussuunnitelman perusteiden ja/tai niiden hengen vastaisesti. Opetushallituksen julkaisemasta kirjasta Onnistuuko oppiminen löytyy näkemyksiä opetussuunnitelman perusteiden tulkinnasta.
”Pakollisen kurssin tehtävä ei ole sama kuin syventävien opintojen. Vain pakolliseen kurssiin osallistuvien tulee saada tällä kurssilla peruskouluopintojen jälkeen opinnoilleen sellainen päätös, joka täydentää heidän yleissivistykseen kuuluvaa käsi- tystään fysiikasta ja kemiasta luonnontieteinä. Syventäviin kursseihin tähtäävien tulee puolestaan pakollisen kurssin aikana laajentaa näköpiiriään niin, että heille alkaa muo- dostua kiinnostusta fysiikan ja kemian syvällisempään opiskeluun. Arviointiin opis- kelun ja opetuksen kaksitasoisuus tuo omat ongelmansa.” (Yrjönsuuri 1997, 174.)
Taulukossa 4 on esitetty opetussuunnitelman perusteissa esitetyt fysiikan ja kemian pakollisiin kursseihin liittyvät tavoitteet.
TAULUKKO 4. Lukion fysiikan ja kemian pakollisten kurssien tavoitteet opetus- suunnitelman perusteiden mukaisesti. (Opetushallitus, 1994a, 77–78, 80).
Sekä fysiikan että kemian syventävien kurssien tavoitteissa mainitaan, että syventyneen ainetietämyksen lisäksi ”opiskelija kykenee osallistumaan luontoa, ympäristöä ja tek- nologiaa koskevaan keskusteluun ja päätöksentekoon ja saa riittävät valmiudet opis- kella fysiikkaa ja sitä soveltavia aloja” (Opetushallitus, 1994a, 78, 81).
25
3 LUKION FYSIIKAN JA KEMIAN
OPPIMISTULOSTEN ARVIOINTIHANKE
Tässä luvussa kuvataan ne kysymykset, joihin arvioinnilla haetaan vastauksia, selvitetään arviointi- hanketta, sekä kuvaillaan käytettyä mittaristoa ja sen laadintaa. Lopuksi esitellään suunniteltua ja toteutunutta otosta sekä arvioinnin luotettavuutta. Arviointiin osallistui eri puolilta maata noin 10 % kaikista päivälukioissa kolmatta vuottaan opiskelevista opiskelijoista. Otoksen edustavuut- ta selvitettiin vertaamalla opiskelijoiden kurssisuorituksia aiempien vuosien lukion päättötodistuksen saaneiden suorituksiin.
3.1 Arvioinnin tehtävä
Opetushallitus toimii arvioinnin järjestäjänä opetusministeriön päätösten mukaisesti (Lukiolaki 21.8.1998/629 § 16 sekä Opetusministeriön päätös 19/011/98). Arviointi järjestettiin osana koulutuksen kansallista arviointijärjestelmää, jonka tavoitteena on tukea paikallista opetustointa sekä omalta osaltaan tuottaa uutta ja välittää olemassa olevaa tietoa koulutusta koskevien päätösten tekijöille ja koulutuksen kehittäjille. Tämä arviointi on ensimmäinen lukiossa järjestetty oppiainekohtainen kansallinen oppimis- tulosten arviointi. Arviointi oli otospohjainen, koska tarkoituksena oli selvittää ylei- sellä tasolla fysiikan ja kemian oppimistuloksia, eikä löytää yksittäisten koulujen tai opiskelijoiden keskinäistä järjestystä. (Opetushallitus, 1998a ja 1998b.)
Tämän arvioinnin tehtävänä on vastata seuraaviin kysymyksiin:
• Mikä on opiskelijoiden fysiikan ja kemian osaamistaso yleisesti ja erityisesti millainen luonnontieteellinen sivistysvaranto on fysiikan ja kemian osalta?
• Kuinka koulutuksellinen tasa-arvo on toteutunut?
• Kuinka opiskelijat suhtautuvat fysiikkaan ja kemiaan oppiaineina?
3.2 Resurssit ja aikataulu
Lukion fysiikan ja kemian oppimistulosten arvioinnin suunnittelu aloitettiin Opetus- hallituksessa keväällä 2000. Opetushallitus kutsui 8.9.2000 asiantuntijaryhmän suun- nittelemaan ja ohjaamaan arviointia. Vuoden 2001 alusta aloitti työnsä erikois- suunnittelija Katri Halkka. Hänen tehtävänään oli suunnitella, toteuttaa ja raportoida arviointihanke.
Asiantuntijaryhmän tehtävänä oli osallistua yleisellä tasolla arviointisuunnitelman tarkentamiseen ja arvioinnissa käytettävien mittareiden kehittämiseen. Ryhmän pu- heenjohtajana toimi vuoden 2001 alkuun saakka opetusneuvos Hannu Korhonen (Opetushallitus) ja 1.1.2001 alkaen Katri Halkka (Opetushallitus) sekä sihteerinä projektisuunnittelija Aulikki Etelälahti (Opetushallitus). Asiantuntijaryhmän muina
jäseninä olivat professori Maija Ahtee (Jyväskylän yliopisto), yliopettaja Erkki Arminen (ylioppilastutkintolautakunnan fysiikan jaos), lehtori Irma Aroluoma (Cygnaeus-lu- kio, Jyväskylä), rehtori Liisa Kyyrönen (Itäkeskuksen peruskoulu, Helsinki), rehtori Reijo Pöyhönen (Nastolan tekniikkalukio), professori Heikki Saarinen (Helsingin yli- opisto) ja yliopettaja Jouni Viiri (Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulu). Kesällä 2001 asiantuntijajäseneksi kutsuttiin lisäksi lehtori Hannu Korhonen (Erkko-lukio, Ori- mattila). Syksyllä 2000 asiantuntijaryhmä kutsui kuultavakseen kemian asiantuntijan dosentti Kristiina Vähälän (Helsingin yliopisto).
Koetta laatimaan kutsuttiin keväällä 2001 kokeneista käytännön opetustyötä tekevis- tä opettajista koostuvaa tehtävänlaatijaryhmä. Ryhmään kuuluivat lehtorit Sisko Es- kola (Helsinki), Lea Karkela (Kerava), Pasi Ketolainen (Järvenpää), Maija-Liisa Kola- ri (Helsinki), Pekka Meriläinen (Oulu) ja Jarmo Sirviö (Oulu).
Hankkeen hallinnoinnista ja aineistonkeruun käytännön toimista sekä tilastoana- lyyseistä huolehti Opetushallitus. Aineiston keruun käytännön toimia hoiti osasto- sihteeri Tuija Koskela ja projektisuunnittelija Aulikki Etelälahti, esikokeen tilastoana- lyyseista vastasi erikoistutkija Jari Metsämuuronen ja varsinaisen kokeen tilastollisen käsittelyn suunnitteli erikoistutkija Jorma Kuusela ja toteutti tutkimussihteeri Sari Viitala.
Arvioinnin tulokset perustuvat tietoihin, joita kerättiin rehtoreille sekä fysiikan ja kemian opettajille suunnatuilla kyselyillä, opiskelijoille suunnatulla taustakyselyllä sekä fysiikan ja kemian kokeella.
Oppilaitoksille ilmoitettiin tulevasta arvioinnista toukokuussa 2001. Syyskuussa 2001 otoskouluille lähetettiin alustavat kokeen järjestelyohjeet sekä rehtoreille suunnattu kysely. Varsinainen koemateriaali ja yksityiskohtaiset koetta koskevat järjestelyohjeet lähetettiin kouluille marraskuun 2001 alussa. Opiskelijoille kokeesta ilmoitettiin ai- kaisintaan kaksi viikkoa ennen koepäivää.
Arviointiin liittyvä koe pidettiin otoslukioissa aamupäivällä 14.11.200113. Kokeeseen oli varattu aikaa kolme tuntia ja vasta kahden tunnin jälkeen kokeen alkamisesta opis- kelijoilla oli mahdollisuus poistua. Koetilanne pyrittiin saamaan mahdollisimman sa- manlaiseksi kaikissa kouluissa. Koetta valvovien opettajien ohjeissa korostettiin sitä, että opiskelijat toimivat yhteisten ohjeiden mukaisesti. Opiskelijat tulkitsivat itse suul- liset ja kirjalliset ohjeet. Opiskelijat saivat käyttää kokeessa sekä laskinta että matema- tiikan, fysiikan ja kemian taulukkokirjaa, koska arviointiin liittyvällä kokeella pyrittiin mittaamaan ensisijaisesti asioiden ymmärtämistä eikä muistamista.
Opiskelijoiden ratkaisut monivalintatehtäviä lukuun ottamatta pisteitettiin kouluilla.
Fysiikan ja kemian opettajat saivat Opetushallituksesta lähetetyt pisteitysohjeet, joi- den mukaan he pisteittivät opiskelijoiden suoritukset. Opiskelijoiden tuotokset pa- lautettiin Opetushallitukseen joulukuun 2001 alkuun mennessä. Helmikuussa 2002 lähetettiin kouluille alustavista tuloksista koottu koulukohtainen palaute.
__________
13 Poikkeuksena yksi lukio, jossa osa opiskelijoista vastasi kysymyksiin kaksi päivää muita myöhemmin.
27
3.3 Mittaristo
Arvioinnissa käytettävä aineisto perustuu fysiikan ja kemian kokeeseen, opiskelijoi- den taustatietoja ja asenteita mittaavaan kyselyosaan sekä rehtoreille ja opettajille suunnattuihin kyselyihin.
3.3.1 Koetehtävien laadinta ja esitestaus
Opetussuunnitelmien perusteissa opetukselle asetetut tavoitteet ovat laajoja ja ne on esitetty yleisellä tasolla. Tavoitteet on mahdollista toteuttaa monin tavoin, joten yh- teisen kokeen laatimiseen löytyy useita ratkaisuja. Kun opetussuunnitelman perustei- siin perustuvaa arviointia ryhdyttiin suunnittelemaan, siirryttiin yleisistä tavoitteista konkreettisiin koetehtäviin ottamalla tehtävien suunnittelun lähtökohdiksi opetus- suunnitelman perusteissa mainitut yleissivistys sekä luonnontieteellinen ajattelu. Puh- taasti kokeellinen osuus jätettiin pois tämänkertaisesta joukkokokeena järjestetystä arvioinnista.
Arviointiin liittyvä koe oli sama kaikille lukion päättövaiheessa oleville opiskelijoille riippumatta siitä, kuinka paljon fysiikan ja kemian opintoja opiskelija oli sisällyttänyt tutkintoonsa. Kaikki opiskelijat olivat opiskelleet fysiikkaa ja kemiaa peruskoulussa.
Kokeessa painotettiin pakollisten kurssien tavoitteita ja syventävien kurssien tavoit- teita otettiin vain jonkin verran huomioon, koska suurin osa opiskelijoista ei ole va- linnut lukio-opintoihinsa fysiikan ja/tai kemian syventäviä opintoja.
Arviointitilanne poikkesi lukion kurssikokeesta, sillä koealue ei käsitellyt vain tietyn kurssin aihepiiriä, vaan myös aiempien kouluvuosien aikana opittuja tietoja ja perustaitoja. Opiskelijat eivät myöskään erikseen olleet valmentautuneet koetta var- ten. Lisäksi osalla opiskelijoista saattoi olla pitkä aika – jopa kaksi vuotta – viimeises- tä fysiikan ja kemian kurssista. Tästä syystä laadittiin koe, jonka tehtävänannot ovat tuttuja. Kokeessa käytettiin erityyppisiä tehtäviä, jotta saataisiin käyttöön sekä suo- raan opiskelijan antamat vastaukset (oikein/väärin-tehtävät ja monivalintatehtävät) että pisteet opiskelijan kirjoittamista vastauksista (joko osittain tai kokonaan avoimet tehtävät).
Tehtävät olivat sellaisia, että ne liittyvät sekä fysiikan ja kemian kouluopetukseen että tavalliseen arkielämään. Tarkoituksena oli, että tehtävien ratkaisuissa korostuu käy- tössä olevan tiedon hyödyntäminen eikä yksinomaan ulkoa osaaminen. Tehtäviin liitetyistä kuvioista ja taulukoista oli mahdollista löytää useiden tehtävien ratkaisut tai ainakin ratkaisua helpottavia tietoja.
Tehtävänlaatijaryhmä laati tavoitteiden pohjalta erilaisia fysiikan ja kemian tehtäviä.
Lisäksi käytettiin hyväksi aiempien Opetushallituksen luonnontieteiden arviointien, ylioppilaskirjoitusten reaalikokeen sekä kansainvälisten arviointien tehtäviä. Tehtävi- en testausta varten järjestettiin toukokuussa 2001 esikoe neljässä harkinnanvaraisesti
valitussa kooltaan, sijainniltaan ja painotukseltaan erilaisessa lukiossa. Esikokeiluun osallistui yhteensä 211 toisen vuoden opiskelijaa. Koetehtävien lisäksi opiskelijoilta kysyttiin opiskelijoiden taustatietoja sekä heidän käsityksiään kokeesta. Myös koulu- jen fysiikan ja kemian opettajat kommentoivat koetta, koetehtäviä ja kokeen järjeste- lyjä.
Kaikkiaan 178 tehtävää testattiin kolmena eri tehtäväkokonaisuutena. Näistä valittiin lopulliseen kokeeseen 75 tehtävää. Koska kokeeseen osallistujien fysiikan ja kemian opintotaustat poikkesivat suuresti toisistaan, tavoitteena oli tarjota rakenteeltaan ja sisällöltään monipuolisia tehtäviä. Helposti vastattavien tehtävien arveltiin madaltavan kynnystä vastata tehtäviin sekä rohkaisevan myös vähän fysiikkaa ja kemiaa opiskel- leita opiskelijoita paneutumaan ja vastaamaan niihin. Kokeeseen kuuluvien fysiikan ja kemian tehtävien lisäksi opiskelijoilta tiedusteltiin heidän käsitystään kokeen vaikeus- tasosta ja arvioinnin tarpeellisuudesta.– Esikokeeseen ja taustakyselyn tekemiseen oli varattu aikaa kolme tuntia.
Esikokeeseen osallistuneiden opiskelijoiden mielestä tehtävät olivat olleet melko vai- keita, mutta yleisesti ottaen opiskelijat olivat tyytyväisiä tehtäviin. Erään opiskelijan mukaan ”Oli paljon asioita mitä ei tiennyt ja tietenkin mitä ei muistanut, mutta kum- minkin hyvin keskeisiä kysymyksiä, joihin pitäisi osata vastata.” Opiskelijat käyttivät kokeen tekemiseen keskimäärin hieman yli tunnin. Tehtävät vastasivat opiskelijoiden osaamista siinä mielessä, että esikokeiden keskimääräiset ratkaisuprosentit liikkuivat 46–52 %.
3.3.2 Fysiikan ja kemian kokeen rakenne
Fysiikan ja kemian kokeessa oli yksinkertaisia muistitietoon eli alemman tason sovel- tamiseen liittyviä tehtäviä, yleissivistyksellisiä tehtäviä sekä opiskelijoiden tiedon- käsittelytapoihin liittyviä tehtäviä. Kaikkiaan tehtäviä oli 76. Mukana oli myös vaati- vampia tehtäviä useampia fysiikan ja kemian kursseja lukeneita varten (yhteensä yksi- toista). Viimeisenä oli ylimääräinen tehtävä, jonka toteutus oli avoin ja mahdollisti erilaiset lähestymistavat. Tehtävistä 24 oli oikein/väärin-väittämiä (tehtävät 1–24), 31 oli monivalintatehtäviä (tehtävät 25–45 ja 54–63), 5 oli osittain strukturoituja tehtäviä (tehtävät 46, 48, 49, 50 ja 52) sekä 15 tehtävää (tehtävät 47, 51, 53 ja 64–75), joihin opiskelijan tuli itse kirjoittaa vastauksensa. Tehtävät oli järjestetty koevihkoon siten, että alussa oli sarja oikein/väärin-väittämiä, sitten monivalintatehtäviä ja lopussa tuottamistehtäviä. Koevihkoon liittyi myös miellekartta vedestä, johon oli koottu tie- toa vedestä. Osassa kysymyksiä viitattiin tähän miellekarttaan, josta saattoi löytää jopa vastauksen sisältäviä vihjeitä.
Fysiikan tehtävät olivat pääosin mekaniikan sekä lämpöopin ja aaltoliikeopin alueil- ta, kemian tehtävät liittyivät aineiden ominaisuuksiin, aineen rakenteeseen sekä ke- miallisiin reaktioihin (taulukko 5). Periaatteena oli liittää tehtävät jokapäiväiseen elä- mään siten, että pyrittiin varmistamaan niiden ratkaisujen yksikäsitteisyys niin fysii- kan kuin kemiankin kannalta. Tehtävät ovat liitteenä 10.
29
TAULUKKO 5. Tehtävien fysiikan ja kemian rakenteen mukainen jaottelu.
Kouluille lähetettyä pikapalautetta varten tehtävät luokiteltiin alustavasti oppiaineittain (taulukko 6). Kokeeseen sisältyi fysiikan ja kemian tehtäviä sekä oppiaineiden yhteisiä tehtäviä, joilla tässä tarkoitetaan sellaisia, jotka sisältyvät sekä fysiikan että kemian oppisisältöihin. Esimerkiksi aineiden olomuotoja käsitellään sekä fysiikan että kemian kursseissa. Oppiainejako muotoutui tehtävien laadintavaiheessa. Fysiikan teh- tävien maksimipistemäärä oli 61, kemian 59 ja yhteisten tehtävien 24.
TAULUKKO 6. Tehtävien oppiaineen mukainen jaottelu.
Osa kokeen tehtävistä mittasi fysiikan ja kemian perusosaamista (taulukko 7). Ko- keessa oli 50 tehtävää, jotka sisälsivät perusosaamiseen liittyviä aiheita. Näiden tehtä- vien avulla selvitettiin opiskelijoiden luonnontieteellistä perussivistystä fysiikan ja kemian osalta. Tehtävien luokitellusta keskusteltiin asiantuntija- ja tehtävänlaatija- ryhmän jäsenten lisäksi myös kymmenen muun opetusalan asiantuntijan kanssa. Luo- kittelu tehtiin näiden keskustelujen pohjalta.
TAULUKKO 7. Fysiikan ja kemian perussivistystä mittaavia tehtäviä.
Tehtäviä laadittaessa kiinnitettiin huomiota myös oppiainelähtöisiin osaamis- tavoitteisiin. Tehtäviin haluttiin sisällyttää fysiikan ja kemian opiskelussa tarpeellisia taitoja, kuten ilmiöiden havainnointi ja tunnistus sekä luonnontieteelliseen ajatte- luun sisältyviä elementtejä: käsitteiden hallintaa, merkkikieltä sekä tiedon graafista esittämistä, tulkintaa ja päättelyä (taulukko 8).
TAULUKKO 8. Fysiikkaan ja kemiaan liittyvää luonnontieteellistä ajattelua sisältäviä tehtäviä.
3.3.3 Opiskelijoille suunnattu taustakysely
Sukupuolen, väestöryhmien ja alueellisten erojen selvittämiseksi opiskelijoilta kerät- tiin tiedot sukupuolesta, äidinkielestä ja koulusta. Lisäksi heiltä kysyttiin perus- opetuksen päättöarvioinnin fysiikan ja kemian arvosanoja sekä sitä, millaisia arvosa- noja he ovat keskimäärin saaneet lukio-opintojensa aikana. Fysiikan ja kemian valin- tojen lisäksi selvitettiin myös heidän matematiikan opintoihinsa liittyviä valintoja.
Taustakyselyllä otettiin selville myös opiskelijoiden valintoihin vaikuttaneita tekijöitä ja heidän käsityksiään fysiikan ja kemian opetuksesta ja opiskelusta.
Opiskelijoiden suhtautumista fysiikkaa ja kemiaa kohtaan mitattiin asennemittarilla, joka koostui useasta Likert-asteikollisesta14 väittämästä, joilla otettiin selville opiske- lijoiden käsityksiä fysiikasta ja kemiasta. Väittämät on koottu pääosin Opetushallituksen kansallisissa sekä IEA:n ja OECD:n kansainvälisissä oppimistulosten arvioinneissa käyttämistä asennekyselyistä. Asennemittarin väittämät ryhmiteltiin sisältöjensä mu- kaan. Väittämät koskivat oppiaineiden kiinnostavuutta, vaikeutta ja hyödyllisyyttä.
Lisäksi pyrittiin tarkentamaan näitä kolmea ulottuvuutta ryhmittelemällä väittämät
31 toisaalta sellaisiin, jotka käsittelivät opiskelijan käsitystä fysiikasta ja kemiasta oppiai- neina ja toisaalta sellaisiin, jotka käsittelivät heidän käsitystään itsestään fysiikan ja kemian oppijana. Kerätty aineisto ei kuitenkaan tukenut näin hienojakoista ryhmitte- lyä. Ainoastaan hyötyulottuvuudelta löytyivät toisaalta oppiaineiden yleistä hyödyl- lisyyttä kuvaavat väittämät ja toisaalta oppiaineiden hyödyllisyyttä jatko-opintojen kannalta kuvaavat väittämät. Taulukossa 9 kuvataan opiskelijoille esitettyjen väittämi- en pääkomponenttianalyysiin perustuva ryhmittely.
TAULUKKO 9. Opiskelijoille esitettyjen asenneväittämien ryhmittely. (Väittämistä osa on merkitty tähdellä (*). Näiden väittämien vastausskaala on tulosten käsittelyn yhteydessä käännetty niin, että positiivinen lukuarvo ilmaisee aina myönteistä asennetta tai rakentavampaa vaihtoehtoa.)
3.3.4 Rehtoreille ja opettajille suunnatut kyselyt
Rehtoreiden ja opettajien antamia tietoja käytettiin koulujen fysiikan ja kemian opetus- järjestelyjen kuvaamiseen. Näin saatujen tietojen yhteyttä opiskelijoiden koesuorituksiin ei ole selvitetty, sillä opiskelijoiden opintotaustoja ei ole tältä osin selvitetty. Opiskelijalla on voinut olla useita opettajia lukioaikanaan.
__________
14 Alkuperäinen kyselykaavakkeessa ollut asteikko: 1 = olen täysin eri mieltä, 2 = olen jonkin verran eri mieltä, 3 = kantani on epävarma tai minulla ei ole selvää käsitystä, 4 = olen jonkin verran samaa mieltä, 5 = olen täysin samaa mieltä.
Rehtoreille suunnatulla kyselyllä selvitettiin otoskoulujen toimintaa. Tietoja kerättiin koulujen erityispiirteistä, fysiikan ja kemian opetusjärjestelyistä sekä opetustiloista ja -välineistä. Rehtoreilta kysyttiin myös heidän käsityksistään koulunsa mahdollisuuk- sista tarjota fysiikan ja kemian opettajille täydennyskoulutusta.
Opettajille suunnatulla kyselyllä kerättiin tietoja opettajien työurasta sekä koulun tar- joamista työskentelyedellytyksistä. Lisäksi opettajilta kysyttiin arviointiin liittyvän kokeen tehtävien sopivuudesta suhteessa opetussuunnitelman perusteisiin. Opetta- jilta pyydettiin lisäksi kommentteja kokeeseen liittyvistä järjestelyistä sekä tehtävistä.
3.4 Koesuoritusten pisteitys ja tulosten käsittely
Kokeen jälkeen opettajat pisteittivät tuottamistehtävät (pisteitysohjeet ovat liitteenä 12.) koululla ja muista tehtävistä saatiin käsiteltäviksi suoraan opiskelijan tekemät valinnat. Opettajilla oli käytössään Opetushallituksesta lähetetyt ohjeet, joita laaditta- essa käytettiin esikokeilun yhteydessä saatua palautetta. Pisteittävillä opettajilla oli mahdollisuus saada Opetushallituksesta sähköpostitse kommentti yksittäisen vasta- uksen pisteitykseen. Tätä mahdollisuutta käytettiin niukasti.
Opetushallituksessa tarkistettiin opiskelijoiden vastauslomakkeet ennen kouluille lä- hetettyä pikapalautetta. Tuloksia laskettaessa poistettiin yksi tehtävistä15.
Kun kouluille oli lähetetty pikapalautteet, tehtiin rinnakkaisarviointi tuottamistehtävien yhdenmukaisen pisteityksen varmistamiseksi. Sitä varten poimittiin 66 koulun koe- vastauksista satunnaisesti jokaisesta koulusta neljän opiskelijan koepaperit. Näiden 264 koevihkon tuottamistehtävät pisteitettiin uudelleen. Sensorina toimi fysiikan ja kemian opettaja, joka ei ollut aikaisemmin tekemisissä tämän arvioinnin kanssa.
Pisteityksen perusteella havaittiin, että ulkopuolisen arvioijan pisteitys poikkesi hie- man ylöspäin opettajien pisteityksestä. Tämä johtunee osittain siitä, että vastauksilta ei ollut tarkoitus edellyttää kaikilta osin ylioppilaskirjoitusten fysiikan ja kemian teh- tävissä vaadittavaa tarkkuutta16, sillä kyseessä oli kaikkien opintojensa päättövaiheessa olevien opiskelijoiden arviointi eivätkä opiskelijat valmentautuneet kokeeseen etukä- teen. Ero sensorin ja opettajien antamien pisteiden välillä oli kaikkiaan keskimäärin 2 pistettä opiskelijaa kohden.
Arvioinnin kannalta on olennaista, että opiskelijat on arvosteltu keskenään samalla tavalla. Otokseen perustuneen rinnakkaisarvioinnin perusteella ei ollut syytä pisteittää ratkaisuja uudelleen. Opettajien arviointi oli tämän arvioinnin kannalta riittävän yhden- mukainen. Keskimääräiseen ratkaisuprosenttiin rinnakkaisarvioinnin tuloksen huo- mioon ottaminen vaikuttaisi prosenttiyksikön verran korottavasti17.
Tehtävän 53 suoritukset pisteitettiin Opetushallituksessa uudelleen18. Lopullisia tu- loksia selvitettäessä käytettiin tämän tehtävän uusintapisteitystä.
__________
15 Tehtävässä 32 ei koevihkossa ollut yhtään oikeaa vaihtoehtoa.
16 Esimerkiksi tehtävässä 53 b riitti vastaukseksi, että liike on kiihtyvää. Erillistä perustelua ei vaadittu.
17 Tuottamistehtävistä oli kaikkiaan mahdollisuus saada 65 pistettä ja koko kokeesta yhteensä 144 pistettä.
18 Tämän tehtävän pisteitysohjeissa olleen virheen oikaisuviesti ei varmuudella tavoittanut ajoissa kaikkia kouluja.
33 Tulosten tilastollisessa käsittelyssä käytettiin tilasto-ohjelma SPSS19:n versiota 11. Kun selvitettiin, onko eri opiskelijaryhmien koemenestyksen keskiarvojen ero todellinen vai otantaan liittyvää satunnaisvaihtelua, käytettiin varianssianalyysiin perustuvia tes- tejä (t-testi, ANOVA ja Tukeyn testi) sekä polkuanalyysiä. Liitteessä 8 esitetään tär- keimpien taustamuuttujien ja kokeessa osaamisen välisten merkitsevyystestausten tuloksia. Tekstissä testaustulokset ilmaistaan seuraavina 95 %:n, 99 %:n ja 99,9 %:n merkitsevyystasoina, jotka kertovat todennäköisyydet, joilla otosaineistossa todetut yhteydet ja toisaalta erot ovat todellisia perusjoukossa esiintyviä ilmiöitä:
Jos eri ryhmien tulokset ovat
1) tilastollisesti erittäin merkitsevästi erilaiset, se merkitsee, että on korkeintaan 0,1 %:n mahdollisuus, että otosaineistossa todettu tulosten ero olisi syntynyt sattu- malta. Tällöin p-arvo on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,001. Liitetaulukossa tämä ilmaistaan kolmella tähdellä (***).
2) tilastollisesti merkitsevästi erilaiset, se merkitsee, että on korkeintaan 1 %:n mahdollisuus, että otosaineistossa todettu tulosten ero olisi syntynyt sattumalta. Täl- löin p-arvo on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,01. Liitetaulukossa tämä ilmaistaan kahdella tähdellä (**).
3) tilastollisesti melkein merkitsevästi erilaiset, se merkitsee, että on korkeintaan 5 %:n mahdollisuus, että otosaineistossa todettu tulosten ero olisi syntynyt sattu- malta. Tällöin p-arvo on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,05. Liitetaulukossa tämä ilmaistaan yhdellä tähdellä (*).
Tilastollisin testein voidaan selvittää se, millä todennäköisyydellä ero on todellinen eikä johdu vain sattumasta. Koska suurilla aineistoilla pienetkin erot voivat olla tilas- tollisesti erittäin merkitseviä, on lisäksi syytä pohtia eron merkitystä: onko muutaman kymmenyksen ero keskiarvoissa merkittävä, vaikka se olisi tilastollisesti merkitsevä.
3.5 Otanta
3.5.1 Suunniteltu otos
Opetushallituksen oppimistulosten arviointimallissa ei ole otettu yksityiskohtaisesti kantaa lukioissa järjestettävien arviointien toteutukseen (Opetushallitus, 1998 a ja b).
Tästä syystä tukeuduttiin soveltuvin osin perusopetuksen arviointien linjauksiin. Otosta suunniteltaessa otettiin huomioon alueellinen edustavuus ja edellytettiin, että otos- koko on noin 4 000 opiskelijaa. Arviointiin päädyttiin ottamaan mukaan kaikki otok- seen osuneen koulun kolmannen vuoden opiskelijat, jotta otokseen saataisiin edustavasti opiskelijoita, jotka ovat sisällyttäneet opintoihinsa eri määriä fysiikan ja kemian opintoja ja joiden lukio-opinnot olisivat päättövaiheessa20.
__________
19 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences)
20 Vuonna 2000 86 % päättötodistuksen saaneista suoritti lukion enintään kolmessa vuodessa (Opetus- hallitus 2002b, 41).
Otantaa tehtäessä käytettiin vuoden 1999 tilastotiedoista Tilastokeskuksen lukion aine- valintoja käsitteleviä tilastoja, oppilaitosrekisteriä sekä Opetushallituksen OPTI-tieto- kantaa. Arviointiin mukaan tulleet lukiot valittiin 437 päivälukion joukosta ositetulla ryväsotannalla. Otantaa tehtäessä otettiin huomioon koulujen alueellinen ja kielelli- nen edustavuus. Samoin varmistettiin, että Lapin läänin ja ruotsinkielisten lukioiden osuus on riittävä jatkoanalyysejä varten. Ositusperusteina käytettiin lääni- ja kunta- tyyppijakoa. (Aiemmista arvioinneista poiketen ei tässä otannassa otettu huomioon kuntien saamaan Euroopan yhteisön rakennerahastojen tukeen perustuvaa alueellis- ta jakoa.) Muodostetuista ositteista poimittiin lukiot mukaan satunnaisesti. Lisäksi varmistettiin, että mukaan tuli opiskelijamäärältään erikokoisia lukioita. Mikäli otantaan osunut lukio oli ollut mukana syksyllä 2000 lukiolaisten kommunikaatiovalmiuksien arvioinnissa, valittiin tähän otokseen järjestyksessä seuraava lukio. (Kuvio 2.) Otokseen tuli kaikkiaan 66 lukiota, joista 10 antoi ruotsinkielistä opetusta. Rehtoreilta saadun tiedon mukaan näissä lukioissa opiskeli kolmatta vuottaan yhteensä 4 837 opiskelijaa, joista 585 ruotsinkielisistä kouluista. Luku on noin 14 % lukioissa kol- matta vuottaan opiskelevien opiskelijoiden arvioidusta kokonaismäärästä. (Kuvio 3.) Liitteessä 1 on yksityiskohtaisempia tietoja päivälukioiden ja arvioinnin otoslukioiden lukumääristä.
KUVIO 2. Suomen- ja ruotsinkielisten päivälukioiden alueellinen jakautuminen koko maassa.
35
KUVIO 3. Suomen- ja ruotsinkielisten päivälukioiden alueellinen jakautuminen otoksessa.
3.5.2 Toteutunut otos
Otos toteutui suunnitelman mukaisesti koulujen osalta (taulukko 10). Tilastointi- käytännöistä johtuen ei kolmatta vuottaan opiskelevien opiskelijoiden tarkkoja mää- riä eikä opiskelijoiden oppimäärien valintoja tiedetä tarkasti etukäteen. Tästä johtuen joudutaan turvautumaan tietoihin, jotka koskevat lukion vuosina 1998–2000 suorit- taneita opiskelijoita, kun pohditaan sitä, kuinka hyvin toteutunut otos edustaa perus- joukkoa. Tässä joukossa ovat mukana myös muissa kuin päivälukioissa opiskelleet eikä opiskelijoita ole jaoteltu opiskeluaikojensa mukaan.
TAULUKKO 10. Suunniteltu ja toteutunut otos.
Kaikki lukioiden ilmoittamat kolmannen vuoden opiskelijat eivät osallistuneet ko- keeseen. Koetulokset saatiin 71 %:lta eli 3 414 opiskelijalta (2 963 suomenkielisistä kouluista ja 451 ruotsinkielisistä kouluista). Arvioinnissa syntynyt 29 %:n opiskelija- kato ei keskittynyt yksinomaan tietylle alueelle, vaan poissaolijoita oli lähes kaikissa kouluissa. Kaikkiaan kaupunkikouluista opiskelijoita oli poissa enemmän kuin taaja- ma- ja maaseutukouluista. Samoin Etelä-Suomen ja Oulun lääneissä poissaolijoita oli jonkin verran keskimääräistä enemmän. Koulun koko ei näyttänyt olevan poissaoloja selittävä tekijä. Ruotsinkielisissä kouluissa poissaolijoita oli hieman vähemmän kuin suomenkielisissä kouluissa.
Opiskelijoiden poisjääntiä selittää osittain se, että oppimistuloksien arviointeja on järjestetty lukiossa vasta muutaman kerran, joten kouluilla ei ollut tilanteeseen vakiin- tuneita menettelytapoja eikä ennakkoon selvää käsitystä arvioinnin tarkoituksesta.
Lukiossa on paljon kokeita ja lisäksi lukion suorittamiseen sisältyy myös ylioppilas- tutkinto. Opiskelijoille ei kokeesta ollut välitöntä henkilökohtaista hyötyä, joten hei- dän motivaationsa osallistua kokeeseen ei aina ollut paras mahdollinen.
Toteutunut otos oli 10 % kaikista lukioissa kolmatta vuottaan opiskelevista opiskeli- joista21, mikä ylittää selvästi arviointimallissa mainitun 5 % määrän ikäluokasta (Opetus- hallitus, 1988a).
Arvioinnista poisjääneiden opiskelijoiden fysiikan ja kemian opinnoista ei ole tietoa.
Lukion päättötodistuksen saaneita koskevien tilastojen eri määriä fysiikkaa ja kemiaa opiskelleiden opiskelijoiden suhteelliset osuudet ovat pysyneet melko samanlaisina vuosien 1998–2000 aikana. Fysiikan osalta 0–1 kurssia opiskelleiden osuus on ollut lähes sama, kun taas kemian osalta 0–1 kurssia opiskelleiden osuus on lievästi kasva- nut. Arviointiin osallistuneista opiskelijoista fysiikkaa ja kemiaa 0–1 kurssia opiskel- leita on hieman vähemmän ja vastaavasti paljon22 opiskelleita enemmän kuin voisi
__________
21 Opetushallitus lähetti selvityspyynnön kahdeksaan lukioon, jossa kokeeseen oli osallistunut alle puolet koulun ilmoittamista kolmannen vuoden opiskelijoista. Rehtoreilta saatua palautetta on käsitelty liitteessä 3.
37 olettaa kaikkien lukion suorittaneiden opiskelijoiden tietojen perusteella (kuviot 4 ja 5). Tilanne oli lähes samanlainen miehillä ja naisilla. Tämä paljon opiskelleiden oletet- tua suurempi osuus voi parantaa kokeen tulosta. Liitteessä 2 on esitetty vastaavat jakaumat huomioiden miesten ja naisten suorittamat kurssit. (Opetushallitus 1999c, 2000 ja 2002a.)
KUVIOT 4 ja 5. Vuosina 1998–2000 lukion päättötodistuksen saaneiden ja tähän arviointiin (FYKE) osallistuneiden opiskelijoiden jakaumat. (k=kurssi)
__________
22 Fysiikan osalta yli kolme kurssia opiskelleet ja kemian osalta yli kaksi kurssia opiskelleet.
3.5.3 Otoksen jakaumatietoja
Otokseen osuneista 66 koulusta 10 oli ruotsinkielisiä. Ruotsinkielisiä kouluja oli vain Etelä- ja Länsi-Suomessa (taulukko 11).
TAULUKKO 11. Otoskoulujen jakauma kuntatyypin ja kielen mukaan eri lääneissä.
Kokeeseen osallistui yhteensä 3 414 opiskelijaa, mikä vastaa noin 10 %:tä perus- joukkona olleiden lukiossa kolmatta vuottaan opiskelevien arvioidusta määrästä.
Otoksessa oli naisia 55 % ja miehiä 45 %23. Suomenkielisissä kouluissa opiskeli 87 % opiskelijoista ja loput ruotsinkielisissä kouluissa. Äidinkieleltään ruotsinkielisiä oli koko otoksesta 12 % ja muunkielisiä 0,6 %. Noin 6 % opiskelijoista opiskeli pienissä kouluissa (N = 11), keskisuurissa kouluissa (N = 31) 36 % ja suurissa kouluissa (N = 24) 58 % (taulukko 12).
__________
23 Lukuvuonna 1999–2000 päättötodistuksen saaneista 59 % oli naisia (Opetushallitus, 2002b).
