Demonstraatio lukion kemian opetuksessa

Abstract

The purpose of the study was to examine students' conceptions regarding the combustion of iron wool and the reactions of hydrated copper sulphate and determine how demonstration affects their understanding of these phenomena. It was found that traditional demonstration-based instruction is in many respects an obsolete method. The research project developed a new model of demonstration-based instruction grounded on the cognitive constructivist view of the learner as a constructor of their own knowledge. The learner's observations of the demonstrations become meaningful when the learner links these with their previous learning, interpreting their new knowledge within a framework based on their earlier experiences and in a way that is appropriate to the given situation. Learning was considered in the study as an individual process that is nevertheless capable of being influenced, in essential ways, through social interaction. The study involves a teaching experiment used to gather data on the feasibility, in upper secondary school chemistry instruction, of a hypothetico-theoretical model of demonstration-based instruction. The research subjects consisted of the teachers and students in the research groups, and the research data were collected from the subjects using several different data-gathering methods. The research interventions took place during a chemistry course taught to and obligatory for all subjects, which covered general and inorganic chemistry. The new method of demonstration-based instruction was used to demonstrate the combustion of iron wool to only one of the two research groups, while the reactions of hydrated copper sulphate were demonstrated to both groups. As regards the students' understanding of the combustion of iron wool, the learning outcomes of the two groups could be compared also with those of four groups taught using what are known as conventional methods. The findings showed that the new method of demonstration-based instruction makes for more effective formation of memory traces and thus affects the effectiveness of the learner's knowledge-gathering activities. Demonstration-based instruction can promote the learner's learning and help them to build up a well-structured conception of the causal relationships involved in a natural phenomenon. However, this required seeing demonstration-based instruction as a broader process than what has traditionally been customary. It was obvious that a demonstration designed and carried out in a pedagogically appropriate manner prepared the ground for a basic grasp of the given phenomenon; it was seen as a step towards a more in-depth understanding of phenomena.

Tutkimuksen tarkoituksen oli selvittää opiskelijoiden käsityksiä rautavillan palamisesta ja kidevedellisen kuparisulfaatin reaktioista sekä määrittää demonstraation vaikutus ilmiöiden ymmärtämiseen. Perinteinen demonstraatio-opetus todettiin monelta osin vanhentuneeksi. Tutkimuksessa kehitettiin uudentyyppinen demonstraatio-opetuksen malli, joka perustui kognitiivisen konstruktivismin näkemykseen oppijasta oman tiedon rakentajana. Oppijan demonstraatiosta tehdyt havainnot saavat merkityksensä, kun hän kytkee ne aikaisemmin oppimaansa, tulkitsee uutta tietoa aikaisempien kokemusten muodostaman viitekehyksen avulla ja vallitsevaan tilanteeseen sopivasti. Tässä tutkimuksessa oppiminen nähtiin yksilöllisenä prosessina, johon sosiaalisella vuorovaikutuksella voidaan kuitenkin oleellisesti vaikuttaa. Tutkimuksessa on kyse opetuskokeilusta, jolla hankittiin tietoa hypoteettis-teoreettisen demonstraatio-opetuksen mallin toimivuudesta lukion kemian opetuksessa. Tutkimuskohteena olivat tutkimusryhmien opettajat ja opiskelijat, ja tutkimusaineisto hankittiin näiltä henkilöiltä käyttämällä useita erilaisia aineistonkeruumenetelmiä. Tutkimusinterventiot suoritettiin kaikille yhteisellä ja pakollisella kemian kurssilla, jonka sisältö rakentuu yleisestä ja epäorgaanisesta kemiasta. Rautavillan palamisilmiön tapauksessa koe havainnollistettiin uudentyyppisellä demonstraatio-opetuksella vain toiselle ryhmälle, kidevedellisen kuparisulfaatin reaktiot havainnollistettiin puolestaan molemmille ryhmille. Rautavillan palamisilmiön ymmärtämisen tapauksessa ryhmien tuloksia päästiin vertaamaan myös neljän ns. tavanomaiseen opetukseen osallistuneen ryhmän tuloksiin. Tulosten perusteella todettiin uudentyyppisen demonstraatio-opetuksen tehostavan muistijälkien muodostumista ja vaikuttavan siten myös oppijan tiedonhankinnan tehokkuuteen. Demonstraatio-opetuksella voidaan edistää oppijoiden oppimista ja auttaa heitä muodostamaan jäsennettyä mielikuvaa luonnonilmiön syy-seuraussuhteista. Tämä kuitenkin edellytti, että demonstraatio-opetus käsitettiin laajempana prosessina kuin mihin perinteisesti oltiin totuttu. Pedagogisesti asianmukaisesti suunniteltu ja toteutettu demonstraatio loi selvästi pohjaa ilmiön perushahmotukselle ja nähtiin askeleena ilmiöiden syvällisemmän ymmärtämisen tiellä.