Käsitteellinen ymmärtäminen ja fysiikan oppimiseen liittyvät odotukset lukion mekaniikassa

Abstract

Aikaisempi tutkimus (Utriainen 2004) ja myöhempi oppimistulosten tarkastelu paljastivat puutteita, jotka koskivat kappaleen liiketilan ja kappaleen vuorovaikutusten välisen yhteyden ymmärrystä. Voimakuvion laadinta ja liikeyhtälön kirjoittaminen tuottivat vaikeuksia. Pakollisella fysiikan kurssilla opiskelijat muodostavat käsityksen, joka koskee fysiikkaa oppiaineena ja sen opiskelua. Saaduilla kokemuksilla voi olla merkitystä fysiikan syventäviin kursseihin kohdistuviin odotuksiin. Opetukselle asetettiin kaksi tavoitetta: piti edistää Newtonin toiseen ja Newtonin kolmanteen lakiin liittyvien tehtävien kvalitatiivista osaamista ja liikeyhtälön kirjoittamista sekä yrittää vaikuttaa opiskelijan omiin menestymisen odotuksiin mekaniikan kursseilla. Opetussuunnitelman muutos teki mahdolliseksi vertailevan tutkimuksen. Opetuskokeilussa kontrolliryhmän (N = 19) oppikirja oli laadittu vuoden 1994 ja koeryhmän (N = 18) uuden, vuoden 2004 opetussuunnitelmien mukaan. Kontrolliryhmän oppikirjassa vuorovaikutuskaaviota ei ollut. Molemmissa ryhmissä käytettiin hahmottavaa lähestymistapaa, jossa Newtonin lakien lähtökohtana olivat törmäyskokeet. Tämän lisäksi koeryhmän opiskeluohjeet uusittiin: nyt korostettiin seuraavan oppitunnin aiheeseen perehtymistä ja ponnistelun, ei älyn, merkitystä. Oppitunnilla työskenneltiin 3–4 hengen ryhmissä, ja sama opettaja opetti molempia ryhmiä. Oppimisessa tapahtunutta muutosta tutkittiin käsitetesteillä ja laskutehtävillä. Oppikirjat eivät eronneet luettavuusindeksin suhteen, mutta koeryhmän oppikirja toteutti multimediaoppimisen koherenssi-, opastin ja spatiaalisen jatkuvuuden periaatteet, millä näyttäisi olevan vaikutusta testituloksiin. Tutkimuksen perusteella koeryhmän ja kontrolliryhmän Newtonin kolmannen lain oppimistulokset eivät tilastollisesti poikenneet toisistaan. Sen sijaan Newtonin toisen lain kontekstissa 55 %:ssa testejä koeryhmän oppimistulokset olivat paremmat kuin kontrolliryhmän efektikoon ollessa suuri. Toisen vuosikurssin opetus ei muuttanut opiskelijoiden odotuksia, jotka näyttävät vakiintuneen ensimmäisen vuosikurssin aikana. Koeryhmä erosi tilastollisesti kontrolliryhmästä siinä, että kyselyn perusteella opiskelijat pystyivät oppimateriaalista ja henkilökohtaisista mieltymyksistä riippumatta asettamaan realistisia tavoitteita sekä tavoitteelliseen työskentelyyn. Missään testissä tai tehtävässä kontrolliryhmän oppimistulos ei ollut parempi kuin koeryhmän.