Teoreettisen fysiikan opiskelijoiden suhtautuminen aktivoiviin opetusmenetelmiin
Emilia Kilpua & Ilkka Hendolin
emilia.kilpua@helsinki.fi, ilkka.hendolin@helsinki.fi
Aktivoivien opetusmenetelmien käyttö fysiikan yliopisto-opetuksessa on yleistynyt ripeästi viime vuosina. Suomalaisille teoreettisen fysiikan (TF) opiskelijoille tehty kysely osoittaa, että TF:ssa aktivoivia opetusmenetelmiä hyödynnetään kuitenkin vain harvoin, ja huomattava osa opiskelijoista suhtautuu niiden käyttöönottoon varauksellisesti. Aktivoivia menetelmiä kohdanneet opiskelijat kuitenkin suhtautuvat niihin pääosin myönteisesti ja toivovat niiden käytön yleistyvän TF:n opetuksessa.
Vuorovaikutteinen opetus fysiikassa
Monet fysiikan opetuksen tutkimukset ovat osoittaneet, että aktivoiva opetus parantaa oppimistuloksia fysiikan peruskursseilla (Deslauriers, Schelew, & Wieman, 2011; Hake, 1998; Meltzer & Thornton, 2012). Myös edistyneemmän tason fysiikan kursseilta löytyy esimerkkejä onnistuneista toteutuksista (Baily, Dubson, & Pollock, 2013; Carr & McKagan, 2009: Perkins & Turpen, 2009; Pollock, Chasteen, Dubson, & Perkins, 2010). Sen sijaan teoreettiseen fysiikkaan uudet opetus- ja opiskelutavat ovat rantautuneet hyvin hitaasti. Alan opiskelijoiden osaamiseenkin voi kuitenkin jäädä aukkoja, joita voitaisiin paikata paremmalla opetuksella (Chasteen, Pollock, Pepper & Perkins, 2012). Tarjolla olisi lukuisia toimivaksi todettuja menetelmiä, kuten fysiikan puolella suosituksi ja tehokkaaksi osoittautunut Peer Instruction -menetelmä (Mazur, 1997).
Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella vuorovaikutteisia menetelmiä on kokeiltu TF:n opetuksessa muutamia kertoja, mikä on herättänyt keskustelua menetelmien soveltuvuudesta alan opetukseen. Koska opetusuudistusten menestykseen vaikuttaa suuresti se, kuinka hyvin uudet menetelmät otetaan vastaan (Goertzen, Scherr, & Elby, 2009), päätettiin opiskelijoiden näkemyksiä ja kokemuksia aktivoivien menetelmien käytöstä TF:n opetuksessa kartoittaa tarkemmin.
Kysely teoreettisen fysiikan opiskelijoille: aineiston hankinta ja vastaajat
Aktivoivien opetusmenetelmien käyttöä koskeva kysely lähetettiin Helsingin, Jyväskylän tai Oulun yliopistoissa TF:n kursseja suorittaneille. Kyselyyn vastasi 157 opiskelijaa. Heistä TF:n pääaineopiskelijoita oli 64, mikä vastannee noin puolta alan opiskelijoista Suomessa. Kysely koostui seitsemästä aktivoivaa opetusta kartoittavasta monivalintakysymyksestä (kysymykset vastausjakaumineen taulukossa 1) sekä kolmesta avoimesta kysymyksestä, joissa pyydettiin kuvailemaan, minkälaisia aktivointikeinoja opiskelijat olivat kohdanneet ja millaisia he toivoisivat käytettävän. Lisäksi oli mahdollisuus antaa aiheeseen liittyviä kommentteja.
Taulukko 1. Kysymykset ja väitteet vastausvaihtoehtoineen ja vastausjakaumineen yliopistoittain (HY = Helsinki, JY = Jyväskylä, OY = Oulu)
Tulokset
Suurimmalla osalla opiskelijoista (77 %) oli ollut luennoilla keskimäärin melko vähän tai ei lainkaan aktivoivia menetelmiä käytössä. Yli kolmasosa vastaajista olikin sitä mieltä, että tunnelma TF:n kursseilla on pääosin sulkeutunut eikä kannusta esittämään kysymyksiä. Myös avoimista vastauksista kävi ilmi vuorovaikutuksen vähäisyys ja aktivointimenetelmien tehottomuus.
TF:n luennoilla aktivointikeinot ovat olleet hyvin vähäisiä. Toisinaan opiskelijoilta kysytään, onko kysymyksiä, mutta siihen se sitten jääkin.
Vastanneista noin puolet toivoi, että vuorovaikutteisia aktiviteetteja olisi luennoilla korkeintaan satunnaisesti. Aktivoinnin vastustajat vetosivat siihen, että menetelmät eivät sovellu TF:n opetukseen tai että heidän kokemuksensa niistä olivat huonoja.
Periaatteessa aktivoimiselle ei ole tarvetta, jos luennoitsija osaa esittää asiansa mielenkiintoa ylläpitävällä ja hyvin jäsennetyllä tavalla.
”Pohtikaa ryhmässä” -tehtävien kohdalla tulokset ovat olleet monesti laihoja. Keskustelua ei juuri synny, tai jos syntyy, se ei juurikaan johda mihinkään.
Muutamat opiskelijat myös kokivat TF:n olevan niin vaikeaa, ettei vuorovaikutukselle ole sijaa.
Mikäli TF:n luento-opetuksessa on tilaa väittelyille tai keskustelulle, on aihe esitetty tarpeettoman pintapuolisesti.
Toisaalta lähes 40 prosenttia vastanneista toivoi vuorovaikutteisia menetelmiä luennoille. Aktivointimenetelmiä aiemmin kohdanneet suhtautuivat numeroiden valossa hieman myönteisemmin vuorovaikutteisten menetelmien käyttöön, mutta tilastolliseen merkitsevyyteen ero ei kuitenkaan yllä (χ², p = ,116). Opiskelijat, joilla oli ollut aktivoivaa opetusta enemmän, toivoivat myös enemmän ryhmätöitä. Valtaosa opiskelijoista (82 %) halusi ainakin osan ajasta seurata passiivisena perinteistä luennointia, mutta aiempi kokemus näkyy vastauksissa. Opiskelijoista, joilla oli vähintään kohtalaisesti kokemusta aktiivisesta opiskelusta, vain 15 prosenttia halusi pitäytyä passiivisessa roolissa luennolla.
Noin puolet vastanneista piti TF:n luennon tärkeimpänä tavoitteena käsitteiden ja ilmiöiden syvällistä ymmärtämistä. Avoimissa vastauksissa esiintyikin toivomuksia, että luennoitsijan tulisi kaavojen yksityiskohtaisen johtamisen sijaan keskittyä avaamaan ja selvittämään ilmiöitä sekä testaamaan, että ne on ymmärretty. Ongelmanratkaisutaidon katsoi tärkeimmäksi 22 prosenttia vastanneista ja vankan laskutaidon 11 prosenttia vastanneista. Merkille pantavaa on, että Jyväskylässä opiskelevat pitivät ilmiöiden käsitteellistä osaamista tärkeämpänä kuin Helsingissä opiskelevat (χ², df =2, N = 128, p = ,041).
Tilastollisesti merkitseviä eroja ilmeni myös siinä, että ensimmäisen tai toisen vuoden opiskelijat olivat kohdanneet aktivoivia menetelmiä useammin kuin jatko-opiskelijat (Kruskalin–Wallisin testi post hoc Dunnin–Bonferronin korjauksella, p =,017). Ainakin Helsingissä aktivoivien opetusmenetelmien käyttö on yleistynyt juuri parin viime vuoden aikana, mikä selittää tätä tulosta.
Jyväskylässä opiskelevat olivat kohdanneet enemmän aktivoivia menetelmiä kuin Helsingissä opiskelevat (p = ,002). Aktivoivien menetelmien käyttö kulkee usein käsi kädessä käsitteellisen osaamisen painottamisen kanssa, joten Jyväskylän tulokset ovat sen suhteen johdonmukaiset. Tulokseen saattaa vaikuttaa myös se, että niin sanottua käänteisopetusta (flipped classroom), joka lähtökohtaisesti on opiskelijoita aktivoivaa, on ilmeisesti Jyväskylässä hyödynnetty yleisemmin kuin Helsingissä. Myös vastaajat Oulun yliopistosta pitivät käsitteellistä oppimista selvästi tärkeimpänä.
Aktivointimenetelmistä hyödyllisimmiksi koettiin itsenäinen työskentely ja pohdinta osana luentoa sekä yleiseen keskusteluun osallistuminen (taulukko 2).
Taulukko 2. Vastaajien mielipiteet itselleen hyödyllisistä aktivointimenetelmistä teoreettisen fysiikan luennoilla *
* Usean vaihtoehdon valinta oli mahdollista. Kokemusta kyseistä menetelmästä ei edellytetty.
Avoimissa kommenteissa monet pitivät oppimisen kannalta tärkeänä omatoimista ja tuskaisaakin työntekoa, ja oppimisen helpottamiselta vaikuttaviin toimiin suhtauduttiin osin epäileväisesti. Osa näistä argumenteista vaikutti perustuvan aktiivisen oppimisen väärin ymmärtämiseen ja ennakkoluuloihin.
TF:n kursseilla opetetun sisällön kehittämiseen on kulunut satoja vuosia, ja on ihan älytöntä kuvitella että opiskelijat voisivat keksiä kaiken itse viidessä vuodessa keskustelemalla keskenään.
Toivottavasti alalle ei tule mitään hörhöjen näennäis-aktivointimenetelmiä, jotka laskevat kurssin tason alle arvostelun.
Toisaalta monet olivat myös tunnistaneet perinteiseen opetukseen liittyviä ongelmia ja esittivät omia parannusehdotuksiaan luento-opetuksen tehostamiseksi.
Johtopäätökset ja pohdinta
Kysely osoitti, että vuorovaikutteisia opetusmenetelmiä käytetään tällä hetkellä TF:n opetuksessa vähän. Noin puolet opiskelijoista kannattaa opettajakeskeistä luennointia ja haluaa olla passiivisessa roolissa luennoilla. Lähes kolmasosa opiskelijoista kertoi haluavansa opiskella mieluiten yksin, ja avoimissa vastauksissa pohdittiin, ovatko fysiikanopiskelijat keskimääräistä enemmän introvertteja. Riippumatta opiskelualasta oppiminen ja ajatustyö on kuitenkin jokaisen tehtävä itse. Kun samalla aktiiviset opetusmenetelmät ovat fysiikassa osoittautuneet tehokkaiksi, niin opiskelijoiden varautunut suhtautuminen tuntuu huonosti perustellulta.
Aktivoivien opetusmenetelmien vastustamisessa saattaisikin ainakin osittain olla kyse muutosvastarinnasta. Muutosvastarinta on tutkimuksessa hyvin tunnistettu ilmiö, jonka syiksi on esitetty muiden muassa pelko aiempaa huonommasta menestyksestä, yhteisön negatiivinen suhtautuminen uudistukseen sekä se, että uudet menetelmät eivät vain miellytä itseä tai aiheuttavat lisää työtä (Ellis, 2015; Fishbein & Ajzen, 2010).
Vastaajat pitivät TF:n opiskelua haastavana. Monet epäilivät oppimisen heikkenevän, jos luovutaan perinteisistä luennoista, joilla asian vahvasti osaavaa henkilö pureskelee aineiston valmiiksi. Uusia menetelmiä myös näytettiin kavahtavan niihin liitettyjen ennakkoluulojen perusteella, ja negatiivista suhtautumista kerrottiin ilmenevän niin opiskelijoissa kuin opettajissakin. Nämä kaikki viittaisivat muutosvastarinnan suuntaan.
Vastustus näyttäisi kuitenkin hälvenevän kokemuksen myötä, sillä vuorovaikutteisia opetusmenetelmiä kohdanneet opiskelijat suhtautuivat niihin positiivisemmin ja toivoivat niitä käytettävän enemmän. Jyväskylän yliopistossa aktivoivien menetelmien käyttö on mahdollisesti jopa vaikuttanut opiskelijoiden käsityksiin fysiikan oppimisen ja osaamisen keskeisistä elementeistä.
Sitä mukaa kun aktivoivat menetelmät yleistyvät fysiikan perusopetuksessa, kynnys tuoda niitä myös teoreettisen fysiikan opetukseen epäilemättä madaltuu. Tällöin on tärkeää tiedostaa, että opiskelijoissa saattaa ilmetä ennakkoluuloja ja vastarintaa. Kursseilla olisikin syytä panostaa aktivoivien menetelmien sujuvaan ja tehokkaaseen käyttöön ja opiskelijoiden niihin totuttamiseen sekä perustella hyvin, miksi uusia menetelmiä kokeillaan. Onnistunut aktivointimenetelmien käyttö näyttäisi johtavan siihen, että opiskelijat myös ymmärtävät niiden edut ja hyväksyvät niiden käytön.
Emilia Kilpua on apulaisprofessori ja Ilkka Hendolin tohtorikoulutettava Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella.
LÄHTEET
Baily, C., Dubson, M., & Pollock, S. J. (2013). Developing tutorials for advanced physics students: Processes and lessons learned. Teoksessa P. V. Engelhardt, A. D. Churukian & D. L. Jones (toim.), 2013 PERC Proceedings (s. 61–64).
Carr, L. D., & McKagan, S. B. (2009). Graduate quantum mechanics reform. American Journal of Physics, 77 (4), 308–319.
Chasteen, S. V., Pollock, S. J., Pepper, R. E., & Perkins, K. K. (2012). Transforming the junior level: Outcomes from instruction and research in E&M. Physical Review Physics Education Research, 8 (2). Luettu 30.3.2016, http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.8.020107.
Deslauriers, L., Schelew, E., & Wieman, C. (2011). Improved learning in a large-enrolment physics class. Science, 332 (6031), 862–864.
Ellis, D. E. (2015). What discourages students from engaging with innovative instructional methods: Creating a barrier framework. Innovative Higher Education, 40 (2), 111–125.
Fishbein, M., & Ajzen, I. (2010). Predicting and changing behavior: The reasoned action approach. New York, NY: Psychology Press.
Goertzen, R. M., Scherr, R. E., & Elby, A. (2009). Accounting for tutorial teaching assistants’ buy in to reform instruction. Physical Review Physics Education Research, 5 (2). Luettu 30.3.2016, http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevSTPER.5.020109.
Hake, R.R. (1998). Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses. American Journal of Physics, 66 (1), 64–74.
Mazur, E. (1997). Peer instruction: A user’s manual. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
Meltzer, D. E., & Thornton, R. K. (2012). Resource letter ALIP-1: Active-learning instruction in physics. American Journal of Physics, 80 (6), 478–496.
Perkins, K. K., & Turpen, C. (2009). Student perspectives on using clickers in upper-division physics courses. 2009 Physics Education Research Conference. AIP Conference Proceedings, 1179, 225–228.
Pollock, S. J., Chasteen, S. V., Dubson, M., & Perkins, K. K. (2010). The use of concept tests and peer instruction in upper-division physics. 2010 Physics Education Research Conference. AIP Conference Proceedings, 1289, 261–264.
Yliopistopedagogiikka 