Simulaatioista ja niiden käytöstä fysiikan opetuksessa

Abstract

Tutkimuksen tarkoitus oli käsitellä simulaatioaihetta fysiikan opetuksessa suomen kielellä, koska sellaista materiaalia oli vähän löydettävissä. Tutkielman lähdeaineistona toimivat siten valmiit ulkomaiset tutkimukset. Tuloksena saatiin esitys simulaatioiden piirteistä ja simulaatioiden mahdollisuuksista opetuksessa. Simulaatiot soveltuvat hyvin itseohjautuvaan oppimiseen ja niissä on työkaluja ja resursseja oppilaiden ohjaukseen. Simulaatiot tukevat käsitteiden ja ilmiöiden ymmärtämistä. Ne tukevat oppimista visuaalisesti ja tarjoavat esitysmuotoja useiden esitysten avulla. Simulaatiot mahdollistavat oppilaskeskeisen ja aktiivisen tutkimuksen teon. Oppilaat voivat luoda hypoteeseja ja ennusteita ja ymmärtää muuttujien välisiä syy-yhteyksiä tai tutkia käsitteiden sijasta tavallisesti monimutkaisia dynaamisia malleja. Tutkimusta helpottavat erilaiset tuet. Simulaatioilla tukevat aitojen tiedekäytäntöjen ymmärtämistä. Tutkimuksellisuutta voidaan toteuttaa erilaisilla syklisillä malleilla. Simulaatiolla voi saada selville ennakkokäsityksiä ja muuttaa vaihtoehtoisia käsityksiä tieteellisiä käsityksiä vastaaviksi. Tämä käy tarjoamalla metakognitiivista tukea ja hyödyntämällä simulaation esittämiä tieteellisesti oikeita malleja. Simulaatiot eivät ole vastaus kaikkiin ennakkokäsityksiin. Laboratoriotyöskentelyssä simulaation voi yhdistää kokeelliseen tutkimukseen. Vertaamalla todellisten kokeiden ja simulaatioiden tai virtuaalisten laboratorioiden tarjoamia mahdollisuuksia oppimistavoitteisiin voidaan tutkia menetelmien synteesiä. Simulaatiot ovat ainakin yhtä tehokkaita kuin perinteisemmät tavat. Simulaatiot tukevat työmuotoja, jotka helpottavat vuorovaikutusta ja yhteistyötä. Simulaatiot mahdollistavat pienten ryhmien opetuksen, myös koko luokan opetus tietokonesimulaatioilla on hyvä vaihtoehto. Simulaatiot eivät välttämättä korvaa entistä opetusta. Simulaatiot edistävät yleisiä ongelmanratkaisun ja oppimisen taitoja liittäessään havainnot teoriaan ja tukevat monipuolisten mentaalisten mallien muodostamista, kokonaisuuksien käsittämistä sekä mahdollistavat asiantuntijamaisia käytänteitä mm. monivaiheisten ongelmien ja laadullisten ongelmien käsittelyn. Simulaatioilla voidaan tunnistaa oppilaiden välisiä oppimiseroja, sekä tehdä päätöksiä eriyttämisestä ja ohjauksesta. Simulaatioiden etuja tulisi verrata oppilaiden oppimistarpeisiin ja heidän kykyynsä käyttää niitä. Opettajan merkitys on tärkeä sekä hyvä opetussuunnittelu. Pedagogisesta työskentelystä simulaatiolla on luonnontieteessä tehty vähän tutkimusta. Monista tapauskohtaisista tutkimuksista huolimatta, ei löytynyt paljoa tietoa erityisestä tutkimusaiheesta koskien lämpöopin opetusta yläasteella. Opetusstrategioksi soveltuvat yläasteella luentoopetukseen ILD (interaktiivinen luentodemonstraatio), POE (ennusta- havaitse-selitä-menetelmä) ja malliperustaiseen oppimiseen GEM (luo-arvioi-muokkaa-menetelmä). Tiedon luotettavuuteen vaikuttivat mm. tutkimusten rajoitteet ja tutkijoiden erilaiset näkökannat. Tutkielmassa on nostettu tutkimuskirjallisuudesta esiin yleisimpiä aiheita. Simulaatio-opetuksen hyödyistä on myös eriäviä mielipiteitä.