260 likes | 560 Views
KEMIAN YMMÄRTÄMINEN JA AJATTELUTAIDOT. Maija Aksela 03.03.2006. ESITYKSEN SISÄLTÖ. TAUSTAA AJATTELUTAIDOT JA YMMÄRTÄMINEN AJATTELUTAITOJEN TUKEMINEN AIHE KÄYTÄNNÖSSÄ (Elsi Torn) KESKUSTELUA JA KYSYMYKSIÄ. Maija Aksela. Kemian ymmärtämisen ja ajattelutaitojen tukeminen
E N D
KEMIAN YMMÄRTÄMINEN JA AJATTELUTAIDOT Maija Aksela 03.03.2006
ESITYKSEN SISÄLTÖ • TAUSTAA • AJATTELUTAIDOT JA YMMÄRTÄMINEN • AJATTELUTAITOJEN TUKEMINEN • AIHE KÄYTÄNNÖSSÄ (Elsi Torn) • KESKUSTELUA JA KYSYMYKSIÄ
Maija Aksela Kemian ymmärtämisen ja ajattelutaitojen tukeminen tietokoneavusteisessa tutkimuksellisessa opiskeluympäristössä kehittämistutkimuksen avulla 15.10.2005 Kemian opetuksen keskus, Kemian laitos, Helsingin yliopisto
TAUSTAA • Luonnontieteellisten ajattelutaitojen kehittäminen yksi kemian opetuksen päätavoitteista • Ulkoaopettelu vrt ”syväoppiminen” yleistä kemiassa: jopa 90 % opettelee ulkoa!
TUTKIMUS (Nurminen & Aksela, 2005) • 1) Mitä ovat opettajien mielestä korkeamman tason ajattelutaidot kemian kontekstissa? • 2) Miten opettajat opettavat korkeamman tason ajattelutaitoja kemian kontekstissa?
TAUSTAA • Ajattelutaitojen opettaminen on usein opettajille varsin vieras aihealue eikä siihen ainakaan tietoisesti ole opetuksessa panostettu (Nurminen & Aksela, 2005): • Pääasiassa kuitenkin aika heikosti, koska en mielestäni hallitse asiaa riittävän hyvin. • Huh, opetanko! • En ilmeisesti mitenkään! • En ole ajatellut asiaa. • Opettajat toivovat koulutusta ajattelutaitojen opettamiseen liittyen (Nurminen & Aksela, 2005).
TAUSTAA • Ajattelutaitojen tukeminen ja käyttö tulisi alkaa mahdollisimman aikaisin (Resnick, 1987). • Ajattelutaitoja voidaan opettaa kaikille
AJATTELUTAIDOT KESKEISTÄ KEMIAN INNOVAATIOISSA JA YMMÄRTÄMISESSÄ • Kemian tieteellisiä julkaisuja 2500 päivässä • Noin miljoona julkaisevaa kemistiä maailmassa • Noin 300 kemiaan liittyvää keksintöä päivässä Kokeellisuus • Noin 20 milj. orgaanista yhdistettä tunnetaan • Noin 30 milj. kemiallista reaktiota tunnetaan Mallintaminen
LUONNONTIETEELLINEN AJATTELU: KORKEAMMAN TASON AJATTELUTAIDOT
AJATTELUN TASOT KEMIASSA Makroskooppinen Ihminen Mikroskooppinen Symbolinen NaOH, n=m/M Gabel et. al 1987, Johnstone 1991, Nakhleh & Krajcik, 1991
TIETOJA, JOITA TARVITAAN KEMIAN MERKITYKSELLISESSÄ OPPIMISESSA • Nk. FAKTATIETOA: tietoa terminologiasta ja yksityiskohdista • Nk. KÄSITTEELLISTÄ TIETOA: tietoa erilaisista luokista, tietoa perusteista ja yleistyksistä sekä tietoa teorioista, malleista ja rakenteista • Nk. PROSESSITIETOA: tietoa oppiainekohtaisista taidoista ja algoritmeistä, tekniikoista ja menetelmistä sekä kriteereistä tiedon käyttöön • Nk. METAKOGNITIIVISTA TIETOA: strategista tietoa, tietoa tehtävän kognitiivisista vaatimuksista sekä tietoa omista vahvuuksista ja heikkouksista
KORKEAMMAN TASON AJATTELUTAIDOT • SOVELTAMINEN:rutiinitehtävä/ei-rutiinitehtävä • ANALYSOINTI: -erittely (epäolennainen olennaisesta) -organisointi (kuinka reaktio tapahtuu?) • ARVIOINTI: -tarkastelu (esim. tukeeko data hypoteesia?) -kritisoiminen (esim. tutkimustulosten arviointi) • UUDEN TIEDON LUOMINEN:-hypoteesin luominen -suunnittelu -tuottaminen/rakentaminen
KEMIAN OPETTAJAT (Nurminen & Aksela, 2005) • Soveltaminen • Lukiossakaan ei kovin paljoa päästä soveltamaan, ehkä joissakin esim. kemiakilpailun tehtävissä. • Analysointi • Huonosti osattuja • Arviointi • Vaativaa, ei realistisella pohjalla heikoilla oppilailla. • Huonosti osattuja • Uuden tiedon rakentaminen • Ei vielä yläkoulu/lukiotasolla. • Vaikeaa
TIETOJA, JOITA TARVITAAN KEMIAN MERKITYKSELLISESSÄ OPPIMISESSA • Nk. FAKTATIETOA: tietoa terminologiasta ja yksityiskohdista • Nk. KÄSITTEELLISTÄ TIETOA: tietoa erilaisista luokista, tietoa perusteista ja yleistyksistä sekä tietoa teorioista, malleista ja rakenteista • Nk. PROSESSITIETOA: tietoa oppiainekohtaisista taidoista ja algoritmeistä, tekniikoista ja menetelmistä sekä kriteereistä tiedon käyttöön • Nk. METAKOGNITIIVISTA TIETOA: strategista tietoa, tietoa tehtävän kognitiivisista vaatimuksista sekä tietoa omista vahvuuksista ja heikkouksista
KEMIALLINEN REAKTIO –ILMIÖN KESKEISIÄ PÄÄKÄSITTEITÄ KEMIALLINEN REAKTIO Erilaisia reaktioita Stoikiometria Termodynamiikka Reaktiokinetiikka Reaktion nopeus Energia Reaktioyhtälöt Entropia Ainemäärä Törmäysteoria Kemiallinen tasapaino Vapaa energia ja spontaanisuus Reaktiomekanismit
Korkeamman tason ajattelutaitojen opettaminen (Nurminen & Aksela, 2005) • Oppilasta aktivoivat metodit • Soveltavat tehtävät ja/tai kirjalliset tuotokset (5) • Kyseleminen ja/tai pohtiminen (4) • Keskustelut (4) • Käsitekartat (2) • Kokeelliset työt ja niistä raportointi (1) • Opettajan toiminta • Korostan, että kemia ei ole ulkolukua • Ilmaisen asiat johdonmukaisesti ja selkeästi • Selitän syy-seuraus-suhteita • Otan huomioon oppilaiden kehitysvaiheen • Opetan perusasiat hyvin
AJATTELUTAITOJEN TUKEMINEN • OPPILAAN OSALLISTUMINEN • OPETTAJAN KANNUSTUS JA PALAUTE • OPPILAS-OPPILAS VUOROVAIKUTUS sisältäen aktiivisen osallistumisen, motivaation ja palautteen • OIKEAT ONGELMAT JA RELEVANTTI OPPILAALLE • STS –OPPIMINEN • KESKUSTELUT • YHTEISTOIMINNALLINEN OPPIMINEN • OPPILAAT SUUNNITTELEMAAN, KEHITTÄMÄÄN, TUOTTAMAAN OMIA TUTKIMUKSIA • AJATTELUTAITOJEN TIEDOSTAMINEN (”ÄÄNEEN”) • KÄSITEKARTAT YM. ESIJÄRJESTIMET • ROHKAISEMINEN KYSYMYSTEN TEKEMISEEN
KEMIAN YMMÄRTÄMISTÄ VOIDAAN TUKEA MONIN ERI TAVOIN • Jonassenin (1999) mukaan opiskelu tietokoneavusteisessa opiskeluympäristössä on merkityksellistä, jos opiskelu on aktiivista, konstruktiivista ja reflektoivaa, tavoitteellista, autenttista, ja yhteistoiminnallista.
KOKEELLISUUDESSA • HYPOTEESIN MUODOSTAMINEN • MITTAUKSEN SUUNNITTELMINEN JA TOTEUTUS • MUUTTUJIEN MUUTTAMINEN • TULOSTEN TUTKINTA JA LUOTETTAVUUDEN TARKASTELU
PEDAGOGISET OPETUSMALLIT KORKEAMMAN TASON AJATTELUN TUKENA • TUTKIMUKSESSA KEHITETTY OPPIMISSYKLI: 1. VIRITTÄYTYMINEN AIHEESEEN (tutkimustori) 2. ILMIÖN TUTKIMUSVAIHE (tutkimustori) 3. SELITYSVAIHE (käsitekartat) 4. ESITYSVAIHE (suullinen esitys) 5. ARVIOINTIVAIHE (oppimispäiväkirjat) 6. RAPORTOINTIVAIHE (työselostus)
”RIKAS” OPISKELUYMPÄRISTÖ FYYSINEN OSA: TUTKIMUSTORI -MALLI PEDAGOGINEN OSA: OPETUSMALLIT/STRATEGIAT TUTKIMUKSELLINEN OPISKELU TUTKIMUSFOORUMI MITTAUS- AUTOMAATIO KIRJASTO OPPIMIS-SYKLI YHTEIS- TOIMINNALLISUUS AUTENTTISETTUTKIMUS- TEHTÄVÄT KESKUSTELUFOORUMI PALAPELIMALLI ARVIOINTIFOORUMI VIHREÄN KEMIAN PERIAATTEET MIKROMITTA- KAAVASSA TUTKIMUKSESSA KEHITETYN OPISKELUYMPÄRISTÖN PÄÄELEMENTIT
MITTAUSAUTOMAATIO TUO UUSIA MAHDOLLISUUKSIA KEMIAN KOKEELLISUUTEEN Empirica2000 –ohjelmalla titrauskäyrä Mittaussysteemi
TUTKIMUKSEN PÄÄTULOKSET • Kehittämistutkimuksen tuloksena saatiin kolmenlaista tietoa: (a) tietoa opiskeluympäristön yhdeksänvaiheisesta suunnitteluprosessista ja sen menetelmistä, (b) tietoa opiskeluympäristöstä ja sen ominaisuuksista sekä (c)tietoa merkityksellisestä kemian oppimisesta ja korkeamman tason ajattelusta tietokoneavusteisessa opiskeluympäristössä.
Supporting meaningful chemistry learning and higher-order thinking through computer-assisted inquiry: A design research approachMaija AkselaAcademic Dissertation, October 2005.University of Helsinki, Faculty of Science, Department of Chemistry.As a PDF file (ISBN 952-10-2708-8) - 4850 kBhttp://ethesis.helsinki.fi/julkaisut/mat/kemia/vk/aksela/