lis_tutkimus.pdf, 2896 kB - Helsinki.fi

LisensiaatintutkimusHAHMOTTAVAN LÄHESTYMISTAVAN TOIMIVUUS PERUSKOULUN JALUKION AALTOLIIKEOPIN OPETUKSESSALautala Raija Maria2.11.2000Ohjaajaprofessori emeritus Kaarle Kurki-SuonioTarkastajat professori Maija Ahteeprofessori Heimo SaarikkoHELSINGIN YLIOPISTOFYSIIKAN LAITOSPS 9 (Siltavuorenperger 20 D)00014 Helsinki

SISÄLLYSTiivistelmä1 JOHDANTO 11.1 Taustaa 11.2 Tutkimusaihe 31.3 Syy aiheen valintaan 31.3.1 Näyttelyn pystytys ja tarkoitus 41.3.2 Näyttelyn sisältö 51.3.3 Aiheen jäsentely ja fysiikan menetelmä 61.3.4 Näyttelyn käytännön toteutus 81.4 Tutkimuksen tarkoitus 102 TEOREETTINEN VIITEKEHYS 112.1 Fysiikan opetus ja oppiminen 112.1.1 Fysiikan asema 112.1.2 Fysiikan opetuksen tavoitteet 132.1.3 Opetussuunnitelma ja arviointi 142.1.4 Kokeellisuuden yleiset periaatteet 192.2 Fysiikan opetuksen ja oppimisen suunnat 202.2.1 Hahmottavaa lähestymistapaa kohti 232.2.2 Tieteellinen ajattelu kokeellisessa opetuksessa 242.2.3 Heurismi 272.2.4 Keksivä oppiminen 292.2.5 Ohjattu keksivä oppiminen 292.2.6 Mielekäs oppiminen 312.2.7 Konstruktivismi 332.2.8 Kokeellinen lähestymistapa 392.2.9 Hahmottava lähestymistapa 402.3 Aaltoliikeopin kokeellisuus 442.3.1 Aaltoliikeopin käsitteiden hahmotus 452.3.2 Aaltoliikeopin kokeellisuuden periaatteet 463 TUTKIMUSTAVOITE JA TUTKIMUSONGELMAT 493.1 Tutkimuksen tavoitteet 493.2 Tutkimusongelmat 493.3 Tutkimusmenetelmä 50

4.TUTKIMUKSEN SUORITTAMINEN 534.1 Tutkimukseen osallistuneet ryhmät 544.2 Mittarit ja niiden käyttö 564.2.1 Lukuvuoden 1997 - 1998 kyselyt 574.2.2 Lukuvuoden 1999 - 2000 kyselyt 594.3 Opetuksen toteuttaminen 614.3.1 Seitsemännen luokan aaltoliikeoppi 624.3.2 Yhdeksännen luokan aaltoliikeoppi 664.3.3 Aaltoliikeoppi lukiossa 714.4 Oppilaan työskentely 764.5 Tutkimusaineiston keruu 804.6 Aineiston analysointi ja tutkimustulosten esittely 824.6.1 Seitsemännen luokan kyselyjen tulokset 824.6.2 Yhdeksännen luokan kyselyn tulokset lukuvuonna 1997 - 1998 934.6.3 Yhdeksännen luokan kyselyjen tulokset lukuvuonna 1999 - 2000 964.6.4 Lukion kyselyjen tulokset lukuvuonna 1997 - 1998 1064.6.5 Lukion kyselyn tulokset lukuvuonna 1999 - 2000 1124.7 Tulokset ja niiden merkitys 1174.7.1 Opetuksen vaikutus seitsemännellä luokalla 1194.7.2 Yhdeksännen luokan tuoma kehitys 1204.7.3 Kehitys peruskoulun aikana 1214.7.4 Lukion aikana tapahtuva kehitys 1254.7.5 Kehitys peruskoulun lopusta toisen vuosikurssin loppuun 1284.7.6 Tulosten suhde opetussuunnitelmien tavoitteisiin ja perusopetuksenpäättöarvioinnin kriteereihin 1315 TUTKIMUKSEN LUOTETTAVUUS 1346 YHTEENVETO JA POHDINTA 137LÄHTEET 139LIITTEETLIITE 1Fysiikan näyttely: Aaltoliikeoppi, sisällysluetteloLIITE 2Demonstroidut ilmiöt ja ohjetekstit. Fysiikan näyttely: Aaltoliikeoppi

LIITE 3Fysiikan näyttely: Aaltoliikeoppi, Ohjeteksti demonstraatioon 1.1osatehtävineen ja ohjeteksti demonstraatioon 1.3 osatehtävineenLIITE 4Lukuvuoden 1997 -1998 kyselylomakkeet:Esikartoitus ennen fysiikan opiskelun alkua 7. lk.Kartoitus fysiikan opetusjakson jälkeen 7. lk.Kartoitus valo-opin opetusjakson jälkeen 9. lk.Kartoitus ennen lukion aaltoliikeopin kurssiaKartoitus kaikki lukion fysiikan kurssit suorittaneilleLIITE 5Lukuvuoden 1999 - 2000 kyselylomakkeet:Esikartoitus ennen fysiikan opiskelun alkua 7. lk.Kartoitus aaltoliikeopin opetusjakson jälkeen 7. lk.Kartoitus ennen valo-opin opetusjaksoa 9. lk.Kartoitus valo-opin opetusjakson jälkeen 9. lk.Kartoitus lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeenLIITE 6Kemmisin toimintatutkimusta kuvaava spiraalimalliLIITE 7Valo-opin kurssipäiväkirjat, 9. lk., lv. 99-00Valo-opin portfolion arviointikriteerit

11 JOHDANTO1.1 TaustaaKun olin toiminut viisi vuotta peruskoulun yläasteen matematiikan, fysiikan ja kemianlehtorina, tunsin itseni tyhjäksi. Halusin kasvaa ja kehittyä työssäni, joten lähdintuolloin heti kesäloman alettua Helsingin yliopiston fysiikan laitokselle selvittämäänjatko-opintomahdollisuuksiani pääaineessani fysiikassa. Tuolloin, vuonna 1984,fysiikassa podettiin opiskelijapulaa ja opettajan suuntautumisvaihtoehdon valitsivuosittain alle kymmenen opiskelijaa. Omana opiskeluaikanani 1970-luvullavahtimestari kantoi fysiikan laitoksen suureen luentosaliin lisää tuoleja, kunopiskelijoita oli niin paljon. Kaikki opiskelijat olivat tuolloin ”kovan” tieteenopiskelijoita, opettajan suuntautumisvaihtoehtoa ei ollut. Suuri osa tuolloisistaopiskelijoista toiminee kuitenkin nykyisin juuri opettajina.Oheisen kaavion ylempi osa kuvaa elämäntilannettani vuosina 1979 - 1984.Alemmassa osassa on esitetty ne osiot, jotka tulivat mukaan vuoden 1984 jälkeen.tunnit ja niiden valmisteluvanhemmilleni tytärmuutama ystävävälineiden huoltovanhempainillatMINÄkokoukset ja koulutuksetlis.kurssiensuoritusvaimo -86 ja äiti -87, -88määräraha-anomuksetja välinetilauksetOPS - ikityöseur. lukuvuoden työnsuunnitteluarvioinnin uudistus (työryhmä)lukion käynnistyminen -95

2Lisäksi nykyiseen koulutyöhön kuuluu osallistuminen kaikenlaisiin toimintapäiviin,ystävyyskoulutoimintaan ja muiden työryhmien järjestämään toimintaan. Aikaansaseuraava oppilaitos myös pitää yhteyttä muihin oppilaitoksiin, erityisesti ajatellenlukiolaisten jatko-opiskelupaikkoja. Kun koulutyö ei enää ole niin ” ylhäältä ”johdettua kuin ennen, vaan päätäntävaltaa on entisestään siirretty kunnan, koulun jayksittäisen opettajan tasolle, on kaikenlainen kirjallisten anomusten, perustelujen japalautteiden määrä huomattavasti lisääntynyt. Opetussuunnitelmatyön siirtäminenkunta- ja koulukohtaiseksi vaatii opetussuunnitelmien tarkastamista ja arviointiavuosittain. Lukuvuoden 1999 alussa käyttöön tulleet peruskoulun päättöarvioinninkriteerit aiheuttivat myös runsaasti työryhmätyötä ja tietysti kotityötäkin, kunkäytänteitä yritetään muokata uusien kriteerien mukaiseksi. Useita kertoja olemmeistuneet selittämässä koulun toiminnassa ylintä päätösvaltaa käyttävälle johtokunnallekoulun arkipäivää. Eräässä tällaisessa tilaisuudessa vieressäni istunut johtokunnanjäsen lopulta kysyi: ” Mikäs se opsi oikein on? ” Jotta opetussuunnitelma voitaisiinottaa koulussa käyttöön, on johtokunnan se vuosittain hyväksyttävä.Ensimmäisenä vaiheena jatko-opinnoilleni olivat kesän 1984 alussa professori Kurki-Suonion kanssa käydyt keskustelut. Tuon kesän käytin aaltoliikeopin näyttelyn,itsepalveludemonstraatioiden, rakentamiseen ja ohjemateriaalin tuottamiseen yhdessäTimo Kärkkäisen kanssa. Itsepalveludemonstraatiot olivat joukko koottuja laitteistoja,joilla opiskelija voi itsenäisesti ja avoimesti tutustua aaltoliikkeeseen eri yhteyksissä.Laitteistot sijoitettiin Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen yläkertaan. Heti alustaalkaen lisensiaatintyöni aihe oli liitetty aaltoliikeoppiin. Nyt opiskeluni liittyi myöskiinteästi työhöni ja pitkäaikaiseen kiinnostukseeni kokeelliseen työskentelyyn.Vaikka jatko-opintoni ovatkin ajallisesti venyneet, on aaltoliikeopin kokeellisuus ollutaina lähellä, kesämökin järvimaisemassa ja avioiduttuani maataloon myös ikkunanvieressä lainehtivassa viljapellossa.

31.2 TutkimusaiheFysiikan oppimistuloksista käydyissä keskusteluissa on korostunut kokeellisuudenmerkitys. Tämän päivän opettajapolvi ei omana kouluaikanaan juuri demonstraatioitanähnyt, eikä heillä ollut mahdollisuutta kokeelliseen työskentelyyn ( Kurki-Suonio, R.1999 ). Niinpä he nyt opetuksessaan koettavat korvata sitä, mistä ovat itse jääneetpaitsi ja minkä arvelevat helpottavan oppilaiden opiskelua ( Kurki-Suonio, R. 1999 ).Tämä tutkimukseni on aaltoliikeopin rakennetta laajasti käsittelevä toimintatutkimus,jossa korostuvat kvalitatiivisen kokeellisuuden rooli ja mielikuvien rakentaminen.Tutkimuksessa nivelletään opetusta eri luokkatasojen välillä yläasteen seitsemännestäluokasta lukion kolmanteen vuosikurssiin.Erillistä vertailuryhmää ei tarvita, vaan tutkimus mahdollistaa sisäisen vertailun, silläen ole opettanut kaikkia lukioomme tulleita oppilaita yläasteella. Tutkimuksenedistyessä ja tulosten pohjalta joudun myös arvioimaan itseäni opettajana.1.3 Syy aiheen valintaanSyy siihen, että lisensiaatintyöni aiheeksi tuli juuri aaltoliikeopin kokeellisuus, onilmeisesti suurelta osalta sattumaa. Astellessani kesällä 1984 fysiikan laitokselle eimielessäni ollut mitään varsinaista tutkimusaihetta, tarkoitus oli vain selvittää, mitälisäopiskelua lisensiaatin tutkintoon vaaditaan. Ensimmäisenä ajatuksenani oli jatkaaydinfysiikan alalta, jolta laudatur-opintonikin ovat. Mutta työskenneltyäni koulussatäysin erilaisessa ympäristössä kuin ydinfyysikon työkenttä, tämä vaihtoehto tuntuietäiseltä. Fysiikan laitoksen käytävällä tapasin ystäväni, joka neuvoi menemäänprofessori Kurki-Suonion luokse. Professori Kurki-Suonio vastasi fysiikassa opettajansuuntautumisvaihtoehdosta ja ajatus siitä, että jatko-opintoni liittyisivät työhöni, tuntuisangen houkuttelevalta.

4Keskusteluissa professori Kurki-Suonion kanssa selvisi heti, mitä suorituksiajatkotutkintoon tarvitaan. Samalla selvisi, että erilaista tutkittavaa opettajansuuntautumisvaihtoehdosta kyllä löytyisi. Juuri silloin ajankohtaisimpana oli ajatusaaltoliikeopin demonstaationäyttelystä ja minusta tuli toinen tuon näyttelyn tekijä.Toisena oli laudatur-erikoistyötään tekevä Timo Kärkkäinen. Näyttelyn tekeminen oliajankohtaista juuri tuona kesänä 1984, koska sen toivottiin olevan käyttökunnossasyksyllä 1984 luennoitavan aaltoliikettä käsittelevän peruskurssi III:n alkuunmennessä.Jäljessä tuleva näyttelyä koskeva osuus pohjautuu Timo Kärkkäisen ja Raija Salosenlaatimaan Fysiikan näyttely: aaltoliikeoppi - kansioon ( Kärkkäinen, T., Salonen, R.1984 ) ja Timo Kärkkäisen erikoistyöhön Aaltoliikeopin demonstraationäyttely( Kärkkäinen, T. 1986 ).1.3.1 Näyttelyn pystytys ja tarkoitusNäyttely pystytettiin 19.6. - 13.8. 1984 välisenä aikana käyttäen siihen 31 työpäivää elirunsaat 200 tuntia. Käytetyistä välineistä suurin osa oli laitoksen omia laitteita.Joitakin laitteita saimme lainaksi opettajankoulutuslaitokselta. Rahaa uusien laitteidenhankintaan ei ollut. Tilat näyttelyä varten raivattiin fysiikan laitoksen ullakonkäytävältä ja yhdestä pienestä luentosalista. Näyttelyn pystyttämisessä saimme apuaAsko Ahteelta, Maija Ahteelta ja Erkki Pesoselta. Käytännön ongelmiin ja myösteoreettisiin ongelmiin antoi neuvoja näyttelyn ideoija professori Kurki-Suonio.Näyttelyn tarkoituksena oli olla aaltoliikeoppiin pohjautuva, niin sanotuistaitsepalvaludemonstraatioista koostuva näyttely, joka tukisi opetustyötä. Näin sentavoitteena ei ollut tieteen kannalta uusien asioiden etsiminen, vaan jo olemassa olevantiedon ja sen struktuurin välittäminen opiskelijalle uudella tai syventävällä tavalla.Tavoitteena oli fysiikan ilmiöiden ja käsitteiden havaitseva ymmärtäminen. Näyttelystätuli selvitä ilman muistiinpanovälineitä ja laskimia. Osittain kvantitatiivisia tuloksiapiti saada miettimällä, ovatko suureet suoraan, kääntäen, neliöön jne. verrannollisia

5keskenään. Näyttelyn tarkoituksena oli innostaa opiskelijoita kokeilemaan, miettimään,vertaamaan, kysymään ja etsimään vastauksia.Näyttelyn työt poikkesivat sen aikaisista laboratoriotöistä ja luentodemonstraatioista,mutta ihannetapauksessa opiskelijalla olisi mahdollisuus syventää havaintojaan japäätelmiään laboratoriotöiden yhteydessä. Pitkälle kehittyneenä luonnontieteenäfysiikka vaatii sekä opiskelijalta että opettajalta paljon. Näyttelyn tarkoituksena olihavainnollistaa fysiikan perusteita ja tukea havainnointia niin, että laboratorioolosuhteillelöydetään vastineita luonnosta. Malliajattelun kehittäminen oli keskeistä,samoin erilaisten lakien ja niiden rajoitusten ymmärtäminen. Sovelluksiin oliviittauksia, elämmehän fysiikan sovellusten keskellä.Näyttelyn varsinaisena kohderyhmänä olivat peruskurssi III:n opiskelijat, mutta itsedemonstaatiot laadittiin kestämään kovaakin käsittelyä ja erityishuomiota kiinnitettiinkäsittelyn yksinkertaisuuteen. Myös koululaisryhmien oli mahdollista tutustuanäyttelyyn. Nyt vuosia jälkeenpäin tuntuikin mukavalta kuulla, kun eräs opettaja kertoikäyneensä oppilaittensa kanssa näyttelyssä.1.3.2 Näyttelyn sisältöNäyttelyn lähtökohtana oli aaltoliikeopin keskeisten ilmiöiden ja käsitteidendemonstrointi. Toimiva, fysiikan opetusta palveleva näyttely vaatii aina sekä didaktistaettä fysikaalista suunnittelua. Erittäin runsaasta ilmiöjoukosta pyrittiin valitsemaanedustavia esimerkkejä kuvaamaan mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltoliikkeidenperusominaisuuksia. Pyrkimyksenä oli keskittyä aaltoliikeopin keskeisimpiin kohtiin jatällöin haluttiin esille ottaa seuraavia ilmiöitä: aaltoliikkeen synty, heijastuminen,taittuminen, interferenssi, ominaisvärähtelyt, resonanssi, seisovat aallot, huojunta,Dopplerin ilmiö, dispersio, polarisaatio, diffraktio ja mahdollisuuksien mukaanBraggin sironta.Taulukossa 1 esitetään ne mekaanisen ja sähkömagneettisenaaltoliikkeen ilmiöt, jotka näyttelyyn päätettiin ottaa mukaan ( Kärkkäinen, T.,Salonen, R. 1984 ).

6Taulukko 1: Mekaanisten ja sähkömagneettisten aaltoliikkeiden demonstraatiotilmiöittäin ryhmiteltynä.ilmiö väräht. mek. ääniaallot vesiaallot valo mikroaal infrapunasäteilyaaltoliike-lotsynty x x xheijastuminen x x x x xinterferenssi x x x x xominaisvär.resonanssi x x x xseisovat aallothuojunta x xDopplerin ilm. x xtaittuminen x x xdispersio x xpolarisaatio x xdiffraktio x x xBraggin sir.x1.3.3 Aiheen jäsentely ja fysiikan menetelmäNäyttelyn yksi keskeinen teema oli tukea peruskurssia syvennettäessä opiskelijoidenkäsitystä fysiikan menetelmästä. Näyttelyaiheiden jäsentelyä suoritettiin professoriKurki-Suonion vuoden 1983 Fysiikan perusteiden ( Kurki-Suonio, K. 1983 )mukaisesti:1.IlmiöItse ilmiötä tulee tarkastella sellaisenaan. Sen toteaminen tai määrittely ei saa nojautuailmiötä kuvaaviin suureisiin, lakeihin, malleihin tai selityksiin.

7Demonstraatioiden ohjeteksteissä ilmiöt on esitelty tältä pohjalta.2. Mitattavat suureetOn erotettava ilmiölle ominaiset ja ilmiöön vaikuttavat suureet toisistaan. Mitataansuureiden arvot.3. Kokeelliset laitSelvitetään mitattavien suureiden väliset riippuvuudet. Tehdään kontrolloituja kokeita.4. Mallit, teoriatMalliin ja teoriaan liittyy idealisointia, pelkistämistä ja abstahointia. Mittausarvojenmatemaattinen esitysmuoto on yksi mallin muoto. Teoria on yleispätevämpi kuinmalli.5. Ennusteet ja pätevyysalueSuureet pyritään ilmoittamaan entistä tarkemmin tai kokonaan uusien arvojen alueilla.Toisaalta voidaan testata aiempia tuloksia ja saada selville pätevyysalue.6. TarkennusKaikkia edellisiä vaiheita voidaan tarkentaa kahdella eri tavalla. Ensinnäkin fysiikanmenetelmän kiertoprosessiluonne tuottaa uusia suureita, tarkempia mittauksia, uusiakokeita ja kokeellisia lakeja sekä tarkempia malleja. Toisaalta fysikaalinen tieto onkerroksellista. Fysiikan menetelmän kiertoprosessiluonne on esitetty kuvassa 1.7. Tunnettu tietorakenneFysikaalinen tieto on kerroksellista. On erotettava toisistaan heti todettavat kokeellisetlait ja ilmiöspesifit mallit fysiikan tietorakenteeseen perustuvista selityksistä jaselittävistä malleista sekä teorioista. Ilmiötä kuvaavia malleja voidaan käsitellätietorakennehierarkian eri tasoilla; on tunnettava selityksen perustana olevan teorianperuslait ja rakenne.8. Käyttö ja sovelluksetIlmiötä voidaan käyttää tietoisesti hyväksi tai toisaalta lakeja voidaan soveltaa eriyhteyksissä, jolloin kysymyksessä on ilmiön teoreettiseen selitykseen perustuvahallinta.

8Kuva 1: Fysiikan kiertoprosessi ( Kurki-Suonio, K. 1983 ).Näyttely keskittyi ilmiöiden tunnistamiseen ja määrittelyyn, suureiden mittaamiseen,kokeellisten lakien löytämiseen tai todentamiseen sekä malliajattelun tukemiseen.Jossain määrin demonstraatioihin sisällytettiin relevanttien suureiden etsintää japätevyysalueen tarkastelua. Pääpaino oli fysiikan menetelmän kiertoprosessininduktiivisessa puolessa. Tämän oli osaltaan tarkoitus tasapainottaa luennoista ajoittainvälittyvää kuvaa fysiikasta deduktiivisena matematiikkana.1.3.4 Näyttelyn käytännön toteutusDemonstraatioita laadittiin kaikkiaan 22 kappaletta. Niihin kuitenkin saattoi liittyäuseita osatehtäviä. Tarkoitus oli, että itsepalveluperiaatteella kierroksesta selviäisiparissa tunnissa. Mahdollista oli tietysti myös keskittyminen johonkin tiettyyndemonstraatioon. Kukin demonstraatio varustettiin ohjetekstillä, jonka alussa oli lyhytkuvaus ilmiöstä. Teksti jatkui laitteiston käyttöohjeella ja muilla toimintaohjeilla sekäerilaisilla kysymyksillä ja kommenteilla.Liitteessä 1 on esitetty näyttelyn 22 demonstraation sisällysluettelo. Liitteestä 2 selviäädemonstroitujen ilmiöiden ja ohjetekstien liittyminen toisiinsa. Taulukossa esiintyväkolmas numero viittaa demonstraatioon liittyvään osatehtävään. Liitteessä 3 onohjetekstit kahteen demonstraatioon osatehtävineen. Laitteistojen käsittelyn olitarkoitus olla yksinkertaista, ja ohjeteksteissä pyrittiin selkeyteen, lyhyyteen ja

9fysikaalisuuteen siten, että tuettaisiin ilmiöiden fysikaalista tarkastelua jättäenkuitenkin tilaa luovalle ajattelulle.Nykypäivänä kuulee kokeellisuuteen epäröiden suhtautuvien usein sanovan, ettäfysiikka häviää laitteiden alle. Tässä näyttelyssä tultiin toimeen melko iäkkäillä jayksinkertaisilla laitteilla, jotka kerättiin kokoon fysiikan laitoksen eri puolilta. Myöslaitteiden määrä asetti rajoituksia näyttelylle. Näissä suhteissa työskentely vastasihyvin kouluni tuon aikaista todellisuutta, mutta ainakin aaltoliikeopin kokeellisuuttavoidaan esittää ilman tietokoneeseen kytkettyjä mittauslaitteita. Ehkä se, että olinmukana koostamassa näitä itsepalveludemonstraatioita, on osaltaan vaikuttanut siihen,miten aloitan lukiossa aaltoliikeopin kurssin ( ks. luku 4.3.3 ).Siitä, miten näyttely opiskelijoiden mielestä onnistui ja miten se oppimista tuki, ei oletietoa, koska työhömme ei kuulunut minkäänlaista seurantaa. Se olisi kuitenkin olluttärkeää, jotta näyttelyä olisi voinut kehittää. Syksyllä 1984 Asko Ahtee veti ohjattujanäyttelykierroksia ja vastasi laitteiden toimivuudesta. Näyttelyn jatkokehittelyssä olisipitänyt tukeutua enemmän kyseisen kurssin sisältöön ja sen erityisiin ongelmakohtiin.Toivottavasti näyttely onnistui osoittamaan, että eri aaltoliiketyypeillä on samojahavaittavia ominaisuuksia.Itselleni näyttelytyö antoi uutta intoa työskennellä kouluni fysiikka-kemian varastossamiettien, mitä kaikkea sieltä löytyvillä välineillä voisi jo saada aikaan. Entistäsisukkaammin olin perehtymässä fysiikan opetusvälinekirjoihin ja perustelemassafysiikan määräraha-anomuksia sekä luokkatilojen saneerauksia. Pitää nimittäinmuistaa, että koulujen opetustilat ovat opettajiensa ” näköisiä ”. Tällä hetkelläkoulussamme fysiikan ja kemian varastot ovat erilliset ja asianmukaisia luokkatilojafysiikan ja kemian opetukseen on kolme, kun niitä syksyllä 1979 aloittaessani työni olivain yksi, eikä sekään asianmukainen. Näistä kolmesta yksi on tarkoitettu vainfysiikkaan, joten siellä voidaan säilyttää suurempia ja vaikeasti siirreltäviä laitteitaniin, että ne ovat aina valmiina käyttöön. Näin kokeellisuus ei kuihdu varastoonpölyttyvien laitteiden esille oton vaikeuteen. Luokassa on myös mittaustietokoneemme

10ja toisen saa tarvittaessa siirrettyä sinne, koska se on sijoitettu pyörillä varustettuuntietokonepöytään.1.4 Tutkimuksen tarkoitusKokeellisuuden pitää olla tavoitteellista sekä opettajan että oppilaan kannalta, silläkokeellisuudella luodaan fysiikan teoriaa ( Kurki-Suonio, R. 1999 ). Näin oppilaanluoma mielikuva aaltoliikkestä kertoo samalla, miten kokeellisuus on tavoitteissaanonnistunut.Tutkimuksen tavoitteena on kartoittaa, miten kehittynyt malli aaltoliikkeestä oppilaillaseri vaiheissa on. Kyselytutkimuksia on suoritettu kahtena lukuvuotena, ensimmäinenlukuvuotena 1997-1998 ja toinen 1999-2000. Tutkimus on rajattu aaltoliikeopinkokeellisuuteen. Tutkimuksessa tarkastellaan aaltoliikeopin opetusta ja oppimistalaajasti ja yhtenäisesti peruskoulun seitsemänneltä luokalta lukion loppuun.Suoritettujen kartoitusten pohjalta tutkimus porrastaa oppilaan aaltoliikkeestä luomanmallin kehitystason.

112 TEOREETTINEN VIITEKEHYS2.1 Fysiikan opetus ja oppiminen2.1.1 Fysiikan asemaVuoden 1993 tammikuussa antamassaan syntymäpäivähaastattelussa ( Stenbäck, I.1993 ) professori Kaarle Kurki-Suonio sanoo fysiikan olevan viisinkertaisesti sorrettuaine koulussa. Koulutusjärjestelmäämme dominoivat kielet ja humanistinen perinnesortaa luonnontieteitä niin koulussa kuin yliopistossa. Ongelman ytimenä Kurki-Suonio pitää sitä, että koulufysiikan nujertavat vanhakantaiset opettajat.Vuosikymmeniä fysiikan kouluopetusta kehittänyt ja fysiikan opettajia koulinut Kurki-Suonio ei ole ainoa, joka on murheellinen fysiikan alennustilasta.Vuoden 1989 lokakuussa valmistui Matemaattis-luonnontieteellisen perussivistyksenkomitean mietintö. Mietinnön pohjana oli suomalaisten matemaattisluonnontieteellisentason kartoitus. Taso todettiin liian alhaiseksi. Tämä ei ollutyllätys, sillä samansuuntaisia tuloksia oli saatu myös niissä kansainvälisissäluonnontieteiden koulusaavutustutkimuksissa, joihin Suomi oli 1970- ja 1980-luvuillaosallistunut. Samaan aikaan abiturienttien fysiikan saavutustaso näytti laskua ( Lauren,J. 1985, Lauren, J. 1987, Lauren, J. 1990 ) ja ylioppilaskirjoituksissa fysiikkaanvastanneiden määrä laski. Tämän seurauksena korkeakouluissa oli tuhansiatäyttämättömiä opiskelupaikkoja. Loppumietinnössä ja mm. Opetusministeriöntuntijakotyöryhmän muistiossa( Anon. 1992 ) sekä Luonnontieteiden koulutuksen arviointityöryhmän näkemyksissä( Neittaanmäki, P. 1991 ) esitettiin ongelmien korjaamiseksi yleensä samansuuntaisiatoimenpiteitä.Koululaitoksen kannalta tämä tarkoitti opetussuunnitelmien uudistamista jakouluopetuksen jatkuvaa kehittämistä. Oppilasta tulisi fysiikan opiskelun alusta alkaenkasvattaa etsimään, arvioimaan ja soveltamaan tietoa niin kuin heiltä elämässä

12myöhemmin vaaditaan. Koulujen uudesta tuntijaosta Valtioneuvosto antoi päätöksenvuonna 1993 (N:o 835) ja vuonna 1994 tulivat Opetushallituksen laatimatopetussuunnitelmien perusteet ( Anon. 1994 a, Anon. 1994 b ). Nämä ohjeenaryhdyttiin jokaisen kunnan jokaisessa koulussa laatimaan omia koulukohtaisiaopetussuunnitelmia.Fysiikan asema parani siten, että lukioihin tuli yksi kaikille yhteinen fysiikan kurssi.Peruskouluun lisättiin valinnaisainemahdollisuuksia, jolloin myös fysiikkaa voidaanopettaa valinnaisaineena. Fysiikan opetusmenetelmien tuli olla monipuolisia. Yhtenäfysiikan viidestä kokonaisuudesta mainitaan kokeellinen menetelmä, johon osanakuuluvat oppilastyöt.Teollisuus-, tutkimus- tai oppilaitoksiin vierailuja tehneet opettajat ovat kuulleetvalituksia työntekijä- tai oppilaspulasta. Nämä valitukset otettin myös poliittisissapiireissä todesta, kun vuoden 1995 hallitusohjelmaan kirjattiin suomalaistenmatemaattis-luonnontieteellisen osaamisen nostaminen kansainväliselle tasolle ensivuosituhannen alkuun mennessä. Reaalikokeen fysiikan tehtäviin tulisi saada lisäävastaajia ja sukupuolten välisen tasa-arvon tulisi niin ikään parantua. Viimeksimainittu merkitsee tyttöjen määrän lisääntymistä syventävillä fysiikan kursseilla.Opettajien perus- ja täydennyskoulutusta järjestetään muun muassa OpetushallituksenLUMA-hankkeen puitteissa. Hakijoita täydennyskoulutuskursseille on ollut runsaasti.Teollisuuden ja työnantajain keskusliitto TT selvitti yhdessä Matemaattisten aineidenopettajien liitto MAOL:n kanssa kyselytutkimuksella opetusmenetelmiä , -tiloja ja-välineitä yläasteilla ja lukioissa ( Anon. 1996 ). TT julkaisi yhdessä TaloudellisenTutkimuslaitoksen kanssa vihkosen luonnontieteiden ja matematiikan osaamisenperusteista teollisuuden näkökulmasta katsottuna ( Anon. ).

132.1.2 Fysiikan opetuksen tavoitteetFysiikan opetuksen tavoitteet määräytyvät monelta eri taholta. Valtakunnan tasollaniitä asetetaan opetussuunnitelman perusteissa. Niiden yhteydessä voidaan puhuakahdentyyppisistä tavoitteista. Ensimmäiset ovat suoraan fysiikan opetukseenkohdistuvia ja toiset yleisiä koulun toimintaa koskevia tavoitteita, jotka myösvaikuttavat fysiikan opetukseen. Vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteidenmukaisesti kukin koulu päättää varsin itsenäisesti omista oppiaineita koskevistaopetuksen tavoitteistaan. Nykyisten oppimisteorioiden mukainen opetus edellyttää, ettäopetuksessa pyritään toteuttamaan myös oppimisteorioista lähtöisin olevia tavoitteita.Fysiikka tieteenä kohdistaa opetukseen lisää tavoitteita.Kuva 2: Fysiikan opetuksen ja opiskelun tavoitehierarkia ( Levävaara, H. 1997 ).Eri tahoilta tulevat fysiikan opetukseen vaikuttavat tavoitteet muodostavat hierarkkisenjärjestelmän, joita kuvassa 2 ( Levävaara, H. 1997 ) on ilmennetty pienenevinätavoiteympyröinä. Laajimman ympyrän muodostavat koululaeissa ja -asetuksissaesitetyt tavoitteet ollen yhteiskunnan asettamina yleisimpiä ja laajimpia koululle jaopetukselle asetettuja tavoitteita. Juuri näistä tavoitteista tulisi asteittain voida johtaayhä spesifimpiä fysiikan opetuksen tavoitteita ( Levävaara, H. 1997 ).Opetussuunitelman perusteissa olevat yleistavoitteet muodostavat seuraavan ympyrän.Tämän jälkeen tavoitteita täsmentävät opetussuunnitelman perusteissa olevatluonnontieteiden tavoitteet ja viimein fysiikkaan oppiaineena asetetut tavoitteet.Tavoitteiden jaottelua voitaisiin jatkaa oppimäärien mukaisilla tavoitteilla, asia- taikurssikohtaisilla tavoitteilla sekä tuntikohtaisilla tavoitteilla. Hierarkkisen tavoitteiston

14ulkopuolelle jäävät oppimisteorioista ja fysiikasta tieteenä nousevat fysiikanopetukseen kohdistuvat tavoitteet.Fysiikan opetus ja opiskelu sijoittuvat kuvaan siten, että niiden sisältämä alue kattaaosittain kaikkia tavoitteita, mutta ei mitään tavoitejoukkoa kokonaan. Toisaaltafysiikan opetus ja opiskelu on osin kaikkien tavoitejoukkojen ulkopuolella esimerkiksioppilaan itsensä opiskelulleen asettamien tavoitteiden osalta ja fysiikan opetukselleasetettujen koulukohtaisten erityistavoitteiden osalta, mikäli ne eivät sisälly aiemminmainittuihin tavoitteisiin.Tutkimuksessani on kyse fysiikan, erityisesti aaltoliikeopin, opetuksesta, jotentarkastelen tarkemmin nimenomaan fysiikan opetukselle asetettuja tavoitteita. Nämäon määritelty valtakunnallisessa opetussuunnitelmassa ja sen koulukohtaisessasovelluksessa. Tutkimuksessani keskityn fysiikan oppimisen kannalta merkityksellisiinoppimisteorioista lähtöisin oleviin tavoitteisiin. Tutkimukseni kohteena on sekäperuskoulun yläasteen että lukion fysiikan opetus ja opiskelu.2.1.3 Opetussuunnitelma ja arviointiVuoden 1994 ( Anon. 1994 a ) peruskoulun opetussuunnitelman perusteissa puhutaanfysiikan ja kemian opetuksen tehtävästä, fysiikan opiskelun tavoitteista sekä fysiikan jakemian yhteisistä tavoitteista. Koulun yleisen tehtävän mukaisesti myös fysiikanopetuksen päämääränä on oppilaan persoonallisuuden kaikinpuolinen kehittäminen.Toisaalta fysiikan tehtävä on spesifi, oppiaineen luonteesta johtuva. Teoksessatodetaan ” Fysiikan ja kemian opetuksen tehtävänä on ohjata luonnontieteilleominaiseen ajatteluun, tiedonhankintaan ja tietojen käyttämiseen -- auttaaymmärtämään luonnontieteiden ja teknologian merkityksen osana kulttuuria. Fysiikanja kemian opetuksen tulee tukea kokonaisuuksien hahmottamista yli oppiainerajojen” (Anon. 1994 a s.85 ). Ensinnä mainitun tehtävän kohdalla rajoitutaan tietojenhankkimiseen ja käyttämiseen, mutta ei puututa taitojen harjaannuttamiseen.Kokonaisuuksista mainitaan viisi varsin erityyppistä ja -tasoista: rakenteet ja

15järjestelmät, vuorovaikutukset, energia, prosessit ja kokeellinen menetelmä, jossa onkyse fysiikalle ja kemialle ominaisesta työtavasta, jonka pitäisi sisältyäitsestäänselvänä kaikkiin fysiikan sisältöihin.Pelkästään fysiikan opetukseen kohdistettuja tavoitteita ei peruskoulun kohdallaerikseen mainita, mutta fysiikan opiskelulle asetetut tavoitteet jaetaan kahdeksi,kvalitatiiviseksi ja kvantitatiiviseksi tasoksi. Tasot esitellään taulukossa. Fysiikan jakemian opetuksen yhteisenä tavoitteena on, että oppilas oppii toimimaan yhdessätoisten kanssa, innostuu fysiikan ja kemian opiskelusta ja omaksuu turvallisettyöskentelytavat ( Anon. 1994 a s.86 ).Peruskoulun opetussuunnitelman perusteissa mainitaan fysiikan ja kemian keskeisinäsisältöinä edellä mainitut viisi aihekokonaisuutta. Edelleen mainitaan, etteivät nemuodosta opetuksen lähtökohtaa, vaan oppimisen tulee edetä kohti niidenhahmottamista. Opetussuunnitelman perusteiden mukaan opetuksen sisällöt voidaanjäsentää muullakin tavalla ja näin on jätetty väljyyttä koulukohtaistenopetussuunnitelmien laatimiseen. Fysiikan työtapojen tulee olla monipuolisia, muttaesimerkkejä näistä ei anneta.Lopen yläasteen opetussuunnitelmassa ( Lopen yläasteen opetussuunnitelmat 1997 ja1999 ) korostetaan oppilaan aktiivista roolia oman tiedollisen, taidollisen jayhteiskunnallisen kehityksensä rakentajana. Oppilaalle annetaan mahdollisuus sopivanhaasteellisiin tehtäviin omien edellytystensä ja valintojensa puitteissa. Opettaja toimiitämän kehityksen ohjaajana. Fysikaalisen tiedon rakenteelle on ominaistahierarkkisuus ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ). Se on rakenteellista ja edistyvää, selisääntyy, täsmentyy ja uudistuu jatkuvasti, joten fysiikan tunneilla onkin hyvätmahdollisuudet huomioida oppilaiden erilaiset oppimiskyvyt. Oppimisen muitaperiaatteita ovat yhteisöllinen ja toiminnallinen työskentely, joilla pyritään kriittiseen,analysoivaan ja tietolähteisiin nojautuvaan, myös teknologiaa hyödyntäväänopiskeluun. Myös nämä toteutuvat hyvin fysiikan tunneilla oppilaiden työskennellessäpienissä ryhmissä kokeellisia tutkimuksia suorittaen. Tehokkaan oppimisenedllytyksenä mainitaan positiivinen oppimishalu ja hyvä oppimisympäristö.

16Seitsemännen luokan fysiikan kurssissa korostetaankin positiivisen oppimishalunluomista fysiikan opiskeluun.Vuoden 1994 lukion opetussuunnitelman perusteissa ( Anon. 1994 b ) korostetaankoulun tehtävää sellaisten valmiuksien kehittäjänä, jotka auttavat oppilasta kohtaamaanmuutoksia ja ratkaisemaan ongelmia. Tietojen ja taitojen rinnalle nostetaan kyky osatakäyttää niitä luovasti ja uudistavasti. Koulujen lisääntynyttä päätäntävaltaa perustellaanlukioiden mahdollisuudella painottaa erikoisosaamistaan ja oppilaidenmahdollisuuksilla yksilöllisiin opinto-ohjelmiin. Oppimis- ja tiedonkäsityksenolennaisimmaksi osaksi tulee itse sisältöjen valinta, siitä olennaisen valinta jakokonaisuuksien rakentaminen. Tietämään opettamisen rinnalla lukion tehtävänä onohjata tarkastelemaan tietoa kriittisesti ja soveltamaan sitä. Opetuksen kehittämisenkeskeisenä välineenä on jatkuvassa dynaamisessa prosessissa oleva opetussuunnitelma( Anon. 1994 b sivut 8,10-11 ).Lukion tehtävissä korostetaan yleissivistyksen, myös teknologisen yleissivistyksen,merkitystä keskustelussa, päätöksenteossa ja ongelmanratkaisussa. Kaikiltayhteiskunnan jäseniltä edellytetään kykyä sekä käyttää tekniikan sovelluksia ettävaikuttaa teknologian kehityksen suuntaan. Lukion toiseksi keskeiseksi tehtäväksinostetaan nuoren opiskeluvalmiuksien kehittäminen. Tämä vaatii oppilaalta kykyäottaa vastuuta itsestään sekä halua jatkuvaan opiskeluun ( Anon. 1994 b sivut 12-13 ).Pelkästään fysiikkaan kohdennettuja tavoitteita on neljä. Niissä tulevat esille luonnonrakenteiden ja ilmiöiden jäsentelykyky, kyky tehdä havaintoja ja mittauksia sekä kykytehdä kokeellisia tutkimuksia. Lukion fysiikan tavoitteena on tyydyttää oppilaanluontaista tiedon ja ymmärtämisen tarvetta sekä herättää ja syventää kiinnostustafysiikkaa kohtaan( Anon. 1994 b sivut 77-78 ).Lopen lukion opetussuunnitelmassa ( Lopen lukion opetussuunnitelmat 1997 ja 1999 )opiskelu nähdään oppilaan omana aktiivisena tiedon hankintana, sen käsittelynä jakriittisenä arviointina. Pitkäjänteisen työskentelyn seurauksena tiedot ja taidotjäsentyvät käyttökelpoisiksi kokonaisuuksiksi. Tässä prosessissa opettaja on opintojenohjaaja ja oppimistilanteiden suunnittelija. Käytännön toteutuksessa korostuu

17opiskeltavien sisältöjen valinta, olennaisten asioiden löytäminen, kokonaisuuksienrakentaminen ja uuden tiedon etsiminen. Fysiikan kurssien työtavoiksi on kirjattukokeellisen, hahmottavan tutkimuksen pohjalta käydyt opetuskeskustelut jatutkimusraportit. Kurssikokeeseen kuuluu lukiossamme kokeellinen osio, jossa oppilassuorittaa yksin kokeellisen tehtävän ja laatii siitä raportin. Kun lukion kokeen kesto onkolme tuntia, on kokeelliseen osioon kurssien alkuvaiheessa suositeltu noin yhdentunnin varaamista. Joissakin tapauksissa kurssin aikana suoritettu projektityö on voinutkorvata kokeellisen kokeen. Kokeellisessa tehtävässä oppilas joutuu suunnittelemaanja kokoamaan annetuista välineistä laitteiston, jolla havaintojen ja mittaustentekeminen on mahdollista. Kokeellinen tehtävä sisältää niin käden taidot kuinvälineiden käytön ja koejärjestelyjen pystyttämisen hallinnan sekä taulukoiden jagraafisten esitysten laatimisen, lukemisen ja tulkitsemisen taidot. Oppilaan onhahmotettava tutkimusongelma niin, että hän tietää ja osaa perustella, mitä tekee,miten tekee ja miksi tekee. Lukiomme aloitti toimintansa syksyllä 1995 ja pakollinenfysiikan kurssi sijoittui tuolloin ensimmäiseen opintojaksoon. Eräs oppilas sai tuonkurssin kokeen kokeelliseksi tehtäväksi tutkia kitkaan vaikuttavia tekijöitä.Tutkimusraportissa luki:” Tiedän, että kitkaan vaikuttavat seuraavat asiat... Ei minun niitä tarvitse tutkia!”.Peruskoulun ja lukion OPS-opas vuodelta 1993 ( Anon. 1993 ) sisältää liitteenä 1peruskoulun yläasteen matematiikan oppimäärätyöryhmän muistion oppimistulostenarvostelun kehittämisestä. Fysiikan oppimistulosten arvioinnista ei yläasteen kohdaltalöydy mitään, ainoastaan koulun itsearvioinnista on luku. Lukion fysiikan kohdalla onarvioinnista oma kappale. Siinä arvioinnin lähtökohtana ovat opetuksen yksilölliset,ryhmäkohtaiset ja koulukohtaiset tavoitteet. Oppilaan arvioinnissa on kiinnitettävähuomiota myös kokeellisen työskentelyn taitojen kehittymiseen kurssiarvosanaamäärättäessä. Projektityöstä, tutkielmasta tai muusta laajemmasta työstä pitäisi antaamyös sanallinen arviointi. Oppilasarvioinnin joutui yksittäinen opettaja suorittamaanilman enempiä ohjeita, mutta näissa vähäisissä ohjeissa on jo nähtävissä arvioinninuudistumisen alku.

18Jotta eri kouluista tulevien oppilaiden yhdenvertaisuus voitaisiin turvata japäättötodistuksen arvosanoja kyettäisiin käyttämään oikeudenmukaisesti esimerkiksioppilaitosten opiskelijavalinnoissa, on päättötodistusten oltava keskenäänvertailukelpoisia. Siksi arviointiperusteita piti yhtenäistää, ja Opetushallituksessalaadittiin päättöarvosanan antamisen tueksi arviointikriteerit kaikkiin yhteisiinoppiaineisiin. Perusopetuksen päättöarvioinnin kriteerit otettiin käyttöön 1.8.1999samaan aikaan kuin uudet oppilaan arviointia koskevat perusopetusasetuksen kohdat jauudet perusopetuksen oppilaan arvioinnin perusteet ( Anon. 1999 ). Kriteerientarkoituksena on täsmentää opetussuunnitelman perusteissa esitettyjä tavoitteita jasisältöjä. Fysiikassa ja kemiassa tulee arvioida oppilaan fysiikan ja kemian tietoja,niiden soveltamistaitoja ja oppilaan käsityksiä fysiikan ja kemian merkityksestä (Anon. 1999 s.75 ). Lisäksi arvioidaan tiedonkäsittelyn, kokeellisen työskentelyn sekämuiden oppimista tukevien taitojen kehittymistä ja siinä on mahdollisuuksien mukaanotettava huomioon oppilaan osoittamat asenteet ja arvot.Opettaja on omassa luokassaan tutkija, joka luo mahdollisimman todenmukaisenkokonaiskäsityksen oppijaryhmän oppimiseen ja opettamiseen liittyvistä tekijöistä( Koppinen, M.-L., Korpinen, E., Pollari, J. 1999 ). Tätä oppimisen kokonaiskuvaaopettaja tarkentaa jatkuvasti arvioidessaan opetuksen suunnittelua, opettamistaan jaoppilaidensa oppimista. Arviointi aloitetaan heti oppimiskokonaisuuden alussa, jottaoppijoiden lähtötaso ja mahdolliset oppimisvaikeudet voitaisiin huomioidaopetuksessa. Arviointia jatketaan opetuksen ja oppimisen edistyessä jatkuvasti.Oppimiskokonaisuuden päättyessä arvioidaan vielä oppimisen tuloksellisuutta. Näidenarviointien pohjalta yläasteen ja lukion oppilas saa numeroarvioinnin todistukseensa.

192.1.4 Kokeellisuuden yleiset periaatteetKokeellisuuden tarpeellisuus ja merkityksellisyys voidaan perustella sekätieteenfilosofisilla näkemyksillä että tutkimuksilla, joiden mukaan ilman kokeellisuuttaei fysiikan oppimisessa voida saavuttaa kaikkia asetettuja tavoitteita. Pelkkäteoriaopetus ei luo oppilaalle riittävän syvällistä kuvaa fysiikasta tieteenä tai edeskehitä riittävästi hänen tiedollisia valmiuksiaan. Erityisesti käsitteiden osaaminen jäätoivottua alemmalle tasolle. Perinteinen deduktiiviseen ajatteluun painottuvalaboratoriokokeellisuus ei korjaa epäkohtia, koska oppimisen jakäsitteenmuodostuksen kannalta oleellisia ajattelun prosesseja ei perinteisiälaboratoriotöitä tehdessä välttämättä tarvitse käydä läpi.Fysiikan opetuksen yleisiä tavoitteita tarkasteltaessa voidaan nähdä, että luentoopetuksellaja laboratoriotöillä tavoitteita on vaikea saavuttaa. Tarvitaanprosessuaalista kokeellisuutta ja oppimista. Konstruktivistisesta oppimiskäsityksestäjohdetut käytänteet eivät ole ristiriidassa prosessuaalisen oppimisen kanssa, vaanpikemminkin palvelevat järkevää prosessien suunnittelua ja ohjausta.Tieteenfilosofiselta kannalta kokeellisuus on oleellinen osa luonnontieteitä samoinkuin luonnontieteiden opetusta. Kokeellisuuden käyttöä luonnontieteiden opetuksessavoidaan perustella myös fysiikan opetuksessa ja opiskelussa havaittujen ongelmienpohjalta. Useiden tutkimusten mukaan pelkkä teoriaopetus ei riitä luomaan tarpeeksisyvällistä kuvaa fysiikasta tieteenä tai kehittämään riittävästi oppijan tiedollisiavalmiuksia.Fysiikan opetuksen kokeellisuudeksi ei riitä tiettyjen faktojen ja totuuksien uudelleenesittäminen oppilaiden suorittaessa tarkkaan edeltä määrätyt toimenpiteet ja saadessamatemaattiseen jatkokäsittelyyn sopivia tuloksia. McDermott ( Mc Dermott, L. 1990 )toteaa, että oppilaalla tulee olla mahdollisuus tehdä todellisia havaintoja ja miettiäperusteluita muodostaakseen myöhemmin ilmiöön liittyvän fysiikan periaatteen.McDermott asettaa tavoitteeksi käsitteiden syvällisen ymmärryksen korostamisen japainottaa ajattelu- ja perustelukykyjen tarvetta. Ajattelun kykyihin kuuluu oleellisenaosana erilaisten suhteiden ja suhteellisuuden ymmärtäminen ( Arons, B. 1997 ). Myös

20tulkinnan ja esittämisen taitoja (graafit, diagrammit, kaavat) pitää kehittää sekä osatayhdistää toisiinsa teoria ja reaalimaailman tapahtumat niin, että otaksumista päästäänhavaintojen ja perustelujen kautta kohti loogisia johtopäätöksiä.Kokeellisuuden yleisen periaatteen voi esittää myös niin, että oppilaan tulisi ymmärtäätieteen prosesseja ja nähdä luonnontiede dynaamisena prosessina, jonka kauttalöydetään luonnon maailma ( Mc Dermott, L. 1990 ). Opetuksessa tulisi miettiä sitä,mitä me tiedämme suhteessa siihen, miten me tiedämme. Aronsin mukaan ( Arons, B.1997 ) oppilaan tulisi huomata, että käsitteet ja lait eivät ole tutkimusmatkailijoidenlöydöksiä, vaan ne voidaan luoda inhimillisen älyn tapahtumista kokeellisuutta apunakäyttäen. Oleellista on ymmärtää myös teorioiden ja lakien kokeellinen luonne. Lainoikeutus perustuu havaintoihin ja induktiivis-deduktiiviseen järkeilyyn ja senuskottavuus perustuu testaukseen eri tilanteissa ja toimivuuteen tietyissä rajoissa.Oppilas luo kokeellisuuden pohjalta itselleen erilaisia ja eritasoisia malleja ja hänentulee tiedostaa niiden käyttöön liittyviä rajoituksia. Kaikista opetuksen toiminnoistatulisi näkyä teorian ja kokeellisuuden välinen jatkuva päättymätön vuorovaikutus,jossa oleellista on ymmärtää teorioiden, käsitteiden ja tarkasteltavien ilmiöiden välinenyhteys. Erityisesti käsitteiden sisäistämisessä kokeellisuudesta on monien tutkijoidenmielestä hyötyä. Kokeellisuus antaa myös opiskelijalle mahdollisuuden soveltaatietojaan ongelmatilanteiden kontekstien muuttuessa.2.2 Fysiikan opetuksen ja oppimisen suunnatFysiikan oppiminen on oppilaan käsitteenmuodostusta, joka noudattaa kuvan 3käsitteenmuodostuksen kaksisuuntaista logiikkaa ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ). Sentähden fysiikan opettamisella on sama suunta havainnoista käsitteisiin ja kokeistateoriaan.

21Kuva 3: Käsitteenmuodostuksen kaksisuuntainen logiikka ( Kurki-Suonio, K. & R.1994 ).Opetuksen suunta ja rakenne määräytyvät kokeellisen etenemisen peruskaavionmukaisesti. Kaaviossa käsitteenmuodostuksen hierarkkiset tasot ovat oppimisenluonnollisia välitavoitteita suunniteltaessa kunkin aiheen käsittelyä tai fysiikanopetusta yleensä ja oppimäärää eri asteilla. Eteneminen kullakin tasolla erikseen jasiirtyminen tasolta toiselle tapahtuu kuvassa 4 olevan kaavion mukaisesti ( Kurki-Suonio K. & R. 1994 ). Tämä tekee oppimisesta moninkertaisen spiraalisen prosessin,jolla kuitenkin on tietty etenemissuunta.Ensimmäisenä on kvalitatiivisen tiedon taso. Tässä perushahmotusvaiheessatunnistetaan, luonnehditaan ja luokitellaan havaintoja tekemällä ilmiöitä ja niihinosallistuvia olioita tai systeemejä sekä niiden ympäristöjä. Hahmojen käsitteistäminenvaatii myös niitä kuvaavan kielen luomisen ja vastaavien mielikuvien synnyn.

22Kuva 4: Fysiikan käsitteiden hierarkkiset tasot ( Kurki-Suonio K. & R. 1994 ).Kvantitatiivisen tiedon tasolla otetaan käyttöön mitattavat suureet, jotka vastaavatilmiön yhteydessä olennaisia havaittavia ominaisuuksia. Hyvin suunniteltujen, useinpelkistystä vaativien kokeiden avulla tutkitaan ilmiöön liittyvien erityyppistensuureiden välisiä korrelaatioita, jotka tulkitaan kyseisten suureiden välisiksiriippuvuuksiksi. Koska suureiden määrittelylait ovat joidenkin toisten suureiden välisiärelaatioita, syntyy ainutlaatuinen, vain fysiikalle ominainen hierarkkinen verkko, jonkasolmupisteitä suureet ovat.

23Kvantitatiivisen esittämisen tasolla tuloksista saadaan ilmiöitä esittäviä kokeellisialakeja. Lakeja ovat kaikki tutkittaessa samanlaisina toistuvat säännönmukaisuudet. Laitvoidaan esittää numeerisina taulukkoina, graafisesti tai algebrallisesti. Näin saadaanilmiöitä kuvaavia matemaattisia malleja. Mallin avulla on mahdollista laatia ilmiötäkoskevia kvantitatiivisia suure-ennusteita silloin, kun ne koskevat tarkasteltavaanilmiöön kuuluvien suureiden arvoja tutkituissa tai vastaavanlaisissa olosuhteissa. Lainpätevyysalue selviää ennusteita kokeellisesti testaamalla. Vasta tämä tekee laistavalmiin käsitteen.Kvantitatiivisen selittämisen taso on ilmiöiden kvantitatiivisen ymmärtämisen jaselittämisen taso. Teorian määrittelevät systeemin yleinen perusmalli ja peruslait, jotkaovat mallin käyttäytymissäännöt. Teoria mahdollistaa systeemiä koskevien uusienennusteiden teon.2.2.1 Hahmottavaa lähestymistapaa kohtiLähestymistapa ilmaisee opetuksen suhteen tavoitteisiin. Sen luonne riippuu siitä,millä tavalla opetuksen peräkkäisissä yksittäisissä toimenpiteissä aktivoidaan tieteenprosessuaalisia peruselementtejä edettäessä kohti tavoitetta ( Kurki-Suonio, K. & R.1998 ). Lähestymistapa on kokeellinen, jos havaittavien ilmiöiden kautta lähdetäänhahmottamaan käsitteiden merkityksiä.Seuraavissa kohdissa perustellaan kokeellisen opetuksen historiallisen, tieteenfilosofisen ja tällä hetkellä vaikuttavien kansainvälisesti tunnettujen opetuksellistenlähestymistapojen avulla hahmottavan lähestymistavan oikeutus. Esitettävä teoriataustaosoittaa, että hahmottava lähestymistapa voidaan perustella kansainvälisistätutkimuksista saadulla tiedolla, ja se ottaa huomioon monien arvostettujenkansainvälisten tutkijoiden ehdotuksia opetuksen kehittämiseksi. Oppimisteorioistajohdettuja käytänteitä tarkastelemalla havaitaan hahmottavan lähestymistavanhuomioivan myös modernin konstruktivistisen oppimiskäsityksen pääperiaatteet. Näintulee perusteltua tämän tutkimuksen mielekkyys.

24Kokeellisuutta hyödyntävän luonnontieteen opetuksen perusajatukset on esitetty noinsata vuotta sitten. Tarkastelukohteeksi olen valinnut kokeellisuuden kehityksen 1800-luvun Englannissa, koska kokeellisella opetuksella on siellä varsin pitkä historia jaopetuksen eri tyylisuunnat ovat eroteltavissa. Filosofisista suuntauksista esitelläänjoitakin pääsuuntia, joiden voidaan olettaa vaikuttaneen opetuskäytänteisiin. Samoinoppimisen tutkimuksesta saatuja tuloksia sivutaan joiltakin osin. Esitettyjä 1800-luvulla esiinotettuja ajatuksia on havaittavissa myös tämän hetken fysiikan oppimiseenliittyvässä keskustelussa. Tietyt tieteenfilosofiset näkemykset ja opetuksenlähestymistavat voidaan tunnistaa myös hahmottavasta lähestymistavasta.Opetuskäytänteissä ja opetuksen tyylisuunnissa tapahtunutta kehitystä 1900-luvullakäydään läpi Hodsonin ( Hodson, D. 1996 ) esittämän näkökulman kautta. Hodsonsuhtautuu kriittisesti kokeellisten lähestymistapojen tieteen luonteesta välittämäänkuvaan. Näissä esitettävissä lähestymistavoissa on nähtävissä samankaltaisuuksiahahmottavan lähestymistavan kanssa.2.2.2 Tieteellinen ajattelu kokeellisessa opetuksessaEnglannissa ymmärrettiin luonnontieteiden taloudellinen ja opetuksellinen merkitys1800-luvun alussa teknologian räjähdysmäisen kasvun myötä. Moniin tuotannonongelmiin oli löydetty ratkaisu 1700-luvulla ja 1800-luvulla esillä olivat varsinkinkuljetuksen ja tietoliikenteen ongelmat.Fysiikkaa ei ollut kouluissa erillisenä oppiaineena, mutta sitä opetettiin mekaniikaninstituuteissa, joissa opetusohjelmassa oli muun muassa mekaniikkaa, lämpöoppia javalo-oppia. Opetuksessa pääpaino oli luennoissa kokeiden rajoittuessa luennoitsijanesittämiin demonstaatioihin, joiden tarkoituksena oli todentaa luonnontieteen faktoja.Käytetyt välineet olivat yksinkertaisia, jotteivät ne veisi huomiota itse ilmiöltä.Laboratorioita ei vielä käytetty fysiikassa opetustiloina.

25Fysiikka alkoi eriytyä omaksi oppiaineeksi 1800-luvun alkupuoliskolla ja tuolloinesitettiin useita tieteenfilosofisia teorioita ( Layton, D. 1990 ), jotka myös ovatvaikuttaneet erilaisten lähestymistapojen syntyyn. Tiedon keksimisen prosessi oli erästieteenfilosofian päähuolenaihe.Empirismin mukaan tiedon lähde on kokemus ja tietoa saavutetaan tiedon kohteeseensuuntautuvan aistihavainnon avulla ( Niiniluoto, I. 1980 ). Tätä tieteenkäsitystäpuolustivat useat brittiläiset tiedemiehet ja filosofit, esimerkiksi Francis Bacon, IsaacNewton ja John Locke. Samaan suuntaukseen liittyy myös Auguste Comtenpositivismi, joka määrittelee havaintojen ja kokeiden asemaa tieteessä niin, että tieteentehtävä rajoittuu havaittavien ilmiöiden ja niiden välisten säännönmukaistenyhteyksien kuvailuun ( Haaparanta, L., Niiniluoto, I. 1995, Niiniluoto, I. 1980,Niiniluoto, I. 1983 ). Comten tavoitteena oli korvata ”positiivisella” tieteelläuskonnolliset ja filosofiset opit. Tämäkin näkemys on jättänyt jälkiälähestymistapoihin, mutta myös poikkeavia käsityksiä tiedon keksimisen prosessistaoli olemassa. Rationalismin mukaan tiedon lähde on järki ja järjen, ymmärryksen jaintuition avulla voidaan saavuttaa todellisuutta koskevaa tietoa. Kokeellisuus toimiivain ajatuksen apuna, mutta varsinaisen tiedon muodostaa järki ( Niiniluoto, I. 1980 ).Rationalismia ja empirismiä yritettiin myös yhdistää ja tältä pohjalta kehitettiinhypoteettis-deduktiivia näkemystä, jonka mukaan tiede edistyy yrityksen jaerehdyksen menetelmän avulla ( Niiniluoto, I. 1984 ).Laytonin ( Layton, D. 1990 ) mukaan tieteellinen prosessi voidaan oppia vain, mikälise voidaan redusoida sarjaksi tarkkoja alaprosesseja. Hän ei siis puhu prosessienymmärtämisestä, vaan oppimisesta ja opettamisesta. Mutta olipa prosessi kuinkamonimutkainen tahansa, voidaan opetuksen avulla olettaa tieteen kuvaa voitavanlaajentaa ja syventää.Tiedeopetuksen siirtyessä kouluihin opetusta ohjaamaan syntyi erilaisialähestymistapoja. Lähestymistapa sisältää opetuksen käytänteet ja periaatteet, jotkaovat voineet muodostua ja saada vaikutteita oppimisteorioista, tieteen filosofiasta jaopetettavista tietorakenteista. 1840-luvulla syntyi varsin erilaisista lähtökohdista kaksi

26lähestymistapaa. Näistä toisen esitti poliitikko ja hallinnon asiantuntija Richard Daves,joka ymmärsi luonnontieteellisen tiedon olevan hyödyntämiskelpoista käytännöntyötehtävissä ja uusien teknisten innovaatioiden toteutuksessa. Tämän takia oppilaidenoli tärkeää ymmärtää tieteen periaatteita ja sovelluksia. Demonstraatioiden hyöty oliperiaatteiden ja sovellusten esittämisessä ( Nott, M. 1997 ). Daves ei kiinnitä huomiotatieteen sisäisiin prosesseihin eikä niihin liittyvien käytänteiden esille tuomiseen, vaanhän painottaa teknistä näkökulmaa ja deduktiivista ajattelua. Luonnon tehokkaampaahyväksikäyttöä tieteen avulla oli jo Bacon omana aikanaan korostanut. Davesinvoidaan katsoa myös edustaneen instrumentaalista tieteen käsitystä, jonka mukaantieteellisellä toiminnalla on vain välinearvoa joidenkin tieteen ulkopuolistentavoitteiden toteuttamisessa ( Niiniluoto, I. 1984 ).Samanaikaisesti Davesin kanssa esitteli John Henslow tutkijana ja opettajanaluomaansa lähestymistapaa. Hän piti luonnontiedettä koulun oppiaineena, johon kuuluihavaintojen tekemistä ja järkeilyn harjaannuttamista. Vasta opettajan syvällinen tieteenmetodologinen tuntemus mahdollisti hänen mukaansa oppilaiden systemaattisten,täsmällisten, rationaalisten ja loogisten järkeilyn taitojen harjoittamisen.Tiedekasvatuksen tavoitteena oli mielen harjaannuttaminen. Tavoitteidensaavuttamiseksi oppilaiden oli itse kokeellisesti tutkittava ilmiöitä ja tieteellisiäprosesseja ( Nott, M. 1997 ). Henslow piti tieteen oppimista ja harjoittamista myösoppijan kannalta tärkeänä ja kehittävänä toimintana. Hän korosti itsetekemisen jatutkimisen merkitystä, mutta myös mielen harjaannuttamista. Hän siis lienee ajatellut,etteivät pelkkä käsillä tekeminen ja havainnointi riitä, vaan tarvitaan myösaivotyöskentelyä.Yliopisto-opetuksessa ensimmäiset merkit kokeellisuuden hyödyntämisestä löytyvät1870-luvun alusta ( Layton, D. 1990 ). Uudenlaisten kurssien tavoitteena oli harjoittaahavaintojen tekemistä, mittaustarkkuutta ja induktiivis-deduktiivisen järkeilyn taitoja.Kokeiden oli tarkoitus stimuloida opiskelijoiden älyllisiä kykyjä. Kokeellisuus toimyös ongelmia, esimerkiksi teoriaopetuksen ja erillisten laboratoriotöiden pitosamassa vaiheessa oli vaikeaa. Tuon aikaisilla menetelmillä saatujen tulosten tulkintaja graafinen esittäminen oli työlästä.

27Vuonna 1886 julkaistiin A. M. Worthingtonin fysiikan opetuksenlaboratoriokoulutusohjelma ( Layton, D. 1990 ). Se perustui hänen näkemykseensätieteen luonteesta, jonka mukaan fysiikka oli mittausten tiede ja näkemykset tieteenluonteesta olivat siirrettäviä. Ohjelmassa korostettiin taidokasta laitteiden käsittelyä,tarkkaa havainnointia, havaintojen järkevää tallentamista, epäsuoran mittaamisenperiaatetta, erilaisten matemaattisten apuvälineiden viisasta hyödyntämistä ja terveenjärjen käyttöä.2.2.3 HeurismiEnsimmäisenä Englannissa laajalle levinneenä opetuksen lähestymistapana pidetäänheurismia eli keksimällä oppimista, joka syntyi 1800-luvun lopulla ( Nott, M.1997,Layton, D. 1990 ). Heurismi korosti havainnoinnin ja mittaamisen taitojenoppimista ja soveltamista itsenäisesti erilaisissa ongelmatilanteissa. Ongelmanmäärittelijänä toimi yleensä opettaja ja lähestymistavan avulla oletettiin opittavantieteen metodeja ja periaatteita. Heurismin kehittäjä H. E. Armstrong perustelilähestymistapaansa sillä, että kokeellisen tutkimuksen avulla voidaan löytää tieto,jonka toiset ovat joutuneet pakolla, ulkoa oppimisella ja demonstraatioita seuraamallasaavuttamaan ( Layton, D. 1990 ) ja hän korosti erityisesti tekemisen avullaymmärtämistä.Uusi lähestymistapa edellytti uudenlaisia opetustiloja ja tutkimusten tekoon tarvittiinlaitteita. Alettiin perustaa koululaboratorioita, työtasoilla, vaa´oilla ja muillayksinkertaisilla laitteilla varustettuja työpajoja, joita voitiin muunnella tarpeenmukaan. Valtio tuki laboratorioiden perustamista ( Nott, M. 1997 ). Kokeellisuuden jakäytännöntöiden vuoksi luonnontieteet leimautuivat alhaisemmiksi kuin perinteisetklassiset kulttuuriaineet. Näin koulutuksen kautta saatavan sosiaalisen statuksenkatsottiin laskevan ja vanhemmat vastustivat erityisesti käytännöntöitä ( Nott, M. 1997 ).

28Uusi lähestymistapa tuotti ongelmia myös opettajille, joilta puuttuivat kokeellisentyöskentelyn metodit. Oppilaiden kykyjen ja kokeellisten suoritusten arviointi koettiinhankalaksi, heurismi antoi pohjan, muttei sisältöä. Osa opettajista ei uskaltanut puuttuajuuri lainkaan oppilaiden työskentelyyn ja ilman ohjausta ei työskentelystä saanutpaljoakaan irti. Tämä turhautti oppilaita ja herätti heissä vastenmielisyyttälaboratoriotyöskentelyyn ( Nott, M. 1997 ). Monissa laboratorioissa hankitut laitteetsaivat pölyyntyä rauhassa opettajien yrittäessä siirtää tekstikirjojen täsmällistätieteellistä tietoa oppilaille. Opettajien opetustaitojen parantamiseksi palkattiinkiertäviä luennoitsijoita, jotka tulivat kouluihin demonstroimaan tieteen periaatteita.Opettajien oli sitten tarkoitus käyttää näkemiään demonstraatioita omassaopetuksessaan.Koululaboratoriot eivät aina myöskään soveltuneet opetustarkoituksiin. Niidensuunnittelusta vastasivat yleensä akatemian ihmiset ja laboratoriot edustivat enemmäntieteen statusta kuin vastasivat opetuksen todellisiin tarpeisiin. Opetustiloja pyrittiinluomaan tietyn standardin mukaisiksi ja opetusta määrätyn lähestymistavan mukaiseksiylhäältä hallinnon taholta. Opettajien puutteellinen koulutus myös vaikeuttimukautumista uuteen lähestymistapaan ja paljon rahallisia resursseja meni hukkaan.Totuttujen käytänteiden ja ajattelutapojen muuttaminen ja muuttuminen onpitkäaikainen prosessi. Ulkoaoppimisen ongelma tiedostettiin ja oppilaskeskeiselleajattelulle annettiin tilaa.

292.2.4 Keksivä oppiminenTutkimuksellinen ote säilyi luonnontieteiden opetuksessa tultaessa 1900-luvulle.Vallitsevaksi suuntaukseksi nousi 1960-luvun Englannissa keksivä oppiminen (Hodson, D. 1996, Lavonen, J. 1999 ). Sen perustana on laboratyöskentelyn avullaluonnosta saatava todellinen tieto, joka on mittaajan arvomaailmasta riippumatontatietoa. Tästä tiedosta voidaan johtaa lainalaisuudet ja johtopäätökset.Keksivässä oppimisessa oppilaat samaistettiin tiedemiehiin ja ohjattiin tutkimaanitsenäisesti luontoa ja sen ilmiöitä sekä luomaan omien havaintojensa pohjalta uusiakäsitteitä, periaatteita ja lakeja ( Lavonen, J. 1999 ). Tämä lisäsi kokeellisuuta tunneillaja ainakin oppilaiden käsien käyttö oli hyvin aktiivista. Tämä lähestymistapa myöslisäsi oppilaiden välistä keskustelua ja väittelyä.Oppimiskäsityksen lähtökohtana oli kuitenkin virheellinen käsitys oppilaan tekemienhavaintojen objektiivisuudesta. Havaintoihin vaikuttavat aina havaitsijan aikaisemmattiedot ja ennakkokäsitykset, eikä oppilas kykene tekemään itsenäisesti tai edesryhmässä yleistyksiä havainnoistaan, joita hän on tehnyt ensimmäistä kertaakohtaamastaan asiasta. Oppilaan käsitteenmuodostusta pitääkin aina tukea, silläluonnontieteellisten käsitteiden, lakien ja teorioiden oivaltaminen muutaman lain alaankuuluvan ilmiön havaitsemisen jälkeen on lähes mahdoton tehtävä kenelle hyvänsä.2.2.5 Ohjattu keksivä oppiminenKeksivän oppimisen ideaa kehiteltiin edelleen tultaessa 1990-luvulle. Lähtökohtanapidettiin reaalisten fysiikan ilmiöiden tarkastelua ( Thornton, K., Sokoloff, R. 1997 ).Oppilaat tekevät ennusteita ja testaavat niitä kokeellisesti. Usein datan keräämiseenkäytetään tietokonepohjaisia laitteistoja. Lähestymistavan avulla tähdätään erityisestikäsitteiden syvällisempään hallintaan sekä luomaan yhteyksiä tieteellisen tiedon jareaalimaailman välille. Lähestymistavassa tieteellisiä käsitteitä ja taitoja kehitetäänlähtien liikkeelle konkreettisista tapahtumista. Työskentely tapahtuu yleensä

30laboratoriossa pienryhmissä, jolloin oppilaan oma aktiivinen rooli tietorakenteidenmuodostamisessa painottuu. Oppilaat oppivat löytämään vastauksia ongelmiinsaryhmissä keskustelemalla, sillä pelkkä käsitteiden tekemällä määritteleminen ei riitä,vaan oppilaan on päästävä kuvailemaan kaikkia käsitteen määrittelyyn johtaviatapahtumia ( Arons, B. 1997 ). Myös ohjauksen kannalta prosessin esittäminen jaselittäminen on oleellista, sillä mikäli oppilas ei esitä ajatusmalliaan, hän jää ilmantarvittavaa vuorovaikutusta ja ohjausta voiden vajota entistä syvempäänhämmennyksen tilaan. Ennen varsinaista mittausta keskustelua käydäänennakkokäsityksistä. Mittaukset voivat olla myös tietokoneavusteisia ja aiheet pyritäänlinkittämään sujuvasti toisiinsa. Tunnilla pyritään luomaan todellisen tieteen tekemisentuntu. Eräs oppilaani, jota en ennen lukiota ollut fysiikassa opettanut, kysyikinensimmäisten yhteisten fysiikan tuntiemme jälkeen: ”Hei, siis näinkö kaikki fysiikassaon keksitty?”.Kirjallisuudesta ( Thornton, K., Sokoloff, R. 1997 ) välittyy kuva melko kaavamaisistatehtävänannoista, jotka eivät näyttäisi jättävän riittävästi sijaa omalle ja ryhmänsisäiselle ajattelulle tai tutkimuksen suunnittelulle. Tehtävän ohjeet esitetäänkeittokirjamaisen tarkasti, pyydetään sitten tekemään ennusteita ja suorittamaankokeellinen tehtävä.Vaikka lähestymistavan fysiikasta oppilaille välittämä kuva ei korreloisikaan hyvintodellisen tieteen tekemisen kanssa, oleellisempaa lienee se, millaiseksi oppilaatkokevat fysiikan opiskelun lähestymistapaa käytettäessä. Lähestymistavan käyttömotivoi ja tarjoaa todellisia ymmärtämisen kokemuksia. Ohjatun tietokoneavusteisenkeksivän oppimisen vaikutuksia käsitteiden oppimiseen on tutkittu ja tulokset ovatsangen myönteisiä ( Thornton, K., Sokoloff, D. 1990, Thornton, K. 1992, Thornton,K., Sokoleff, R. 1997, Borghi, L. et. al. 1992, Redish, F. 1997 ).

312.2.6 Mielekäs oppiminenOlipa kyseessä mikä tahansa opetus- tai kasvatustilanne, jossa on jonkinlainenopettaja-oppija -pari, tulee huomata, etteivät opettajan ja oppijan maailmat koskaan oletäysin yhteneviä( Novak, J. 1990 ). Novakin mukaan oppimiseen johtavassa oppimistilanteessa opettajaja oppija yhdessä neuvottelevat, keskustelevat merkityksistä, tunteista sekä toiminnastaja toimivat. Erityisesti oppija johtuu tämän kautta uudenlaiseen ajatteluun, tunteiden jatoiminnan integraatioon sekä uudentyyppisiin tietojen ja asioiden merkityksiin,menestykselliseen oppimiseen. Kuva 5 esittää oppilaan ja opettajan välistävuorovaikutusta Novakin mukaan ( Novak, J. 1990, Levävaara, H. 1997 ).Kuva 5: Opettajan ja oppilaan välinen vuorovaikutus menestyksellisessä oppimisessa( Levävaara, H. 1997 ).Kun opettajan ja oppijan välinen vuorovaikutus johtaa oppijan kohdalla kyseiseenintegraatioon ja uudentyyppisten merkitysten syntyyn, on kyseessä mielekäsoppiminen. Käsite on peräisin Ausubelilta ( Ausubel, D. 1968 ), joka rajoittuutarkastelussaan tietojen omaksumiseen, ajatteluun. Hän tarkoittaa mielekkäälläoppimisella sellaista oppimista, jonka oppija kokee mielekkääksi eli hän kokeeomaksumansa tiedon itselleen tärkeäksi ja merkitykselliseksi. Oppiminen onnistuu,kun oppija kokee sen mielekkääksi. Mielekäs oppiminen voi syntyä mm. tekemällä

32oppimisessa, jossa teoria ja käytäntö yhdistyvät sopivasti ( Kolb, D. 1984 ). Novakliittää mielekkääseen oppimiseen myös tunteet ja toiminnan sekä korostaa opettajan jaoppijan välistä vuorovaikutusta. Samaa korostavat myös Rauste-vonWright ja vonWright ( Rauste-von Wright, M., von Wright, J. 1994 ), lisääväthän opitut tiedot jataidot oppijan kykyä selvitä erilaisissa elämän tilanteissa ja oppiminen koetaan näinollen mielekkääksi. Mielekkäästä oppimisesta tulee kuvan 6 mukaisestiulkoaoppimisen vastakohta ( Novak, J. 1990, Levävaara, H. 1997 ).MIELEKÄSOPPIMINENEi sattumanvaraista, ei sanatarkkaa ja uuden informaation ja tiedonitsenäinen liittäminen tietorakenteeseen.Harkittu yritys liittää oma tieto yhä täydellisemmin käsitteintietorakenteeseen.Oppiminen liittyy koettuihin kokemuksiin ja tapahtumiin.Affektiivinen sitoutuminen, kun uutta informaatiota ja tietoa liitetäänolemassaolevaan.Käytäntö, harjoitukset ja syvällinen vastine, jotka johtavat mielekkääseen oppimiseen.ULKOAOPPIMINENSattumanvaraista, sanatarkkaa ja uuden informaation sekä tiedonepäitsenäinen liittäminen tietorakenteeseen.Ei yritystä integroida uutta tietoa olemassaolevaan tietorakenteeseen.Oppiminen ei liity mitenkään kokemuksiin ja tapahtumiin.Ei affektiivista sitoutumista uuden tiedon liittämisessä vanhaan.Kuva 6: Novakin esittämä mielekkään oppimisen ja ulkoaoppimisen jatkumo( Levävaara, H. 1997 ).Kuviosta erottuvat mielekkään oppimisen tuntomerkeiksi seuraavat kolme vaatimusta.(1)Ensiksikin oppijalla on oltava relevantti tietorakenne, johon hän pystyy liittämäänuuden tiedon jollakin ei-triviaalilla tavalla.(2) Toiseksi opetettava asia tulisi esittää kontekstisidonnaisesti, oppimateriaalin tuleesiis olla mielekästä ja sisältää kaikki asian kannalta oleelliset käsitteet.(3) Kolmantena on vaatimus, jonka mukaan oppijan tulee itse valita mielekkäänoppimisen vaihtoehto tavaksi liittää uutta informaatiota ja tietoa jo olemassaolevaantietorakenteeseensa. Näin oppija itse ottaa vastuun oppimisestaan. Ulkoaoppimisessaoppilas valitsee informaation ja tiedon muistamisen, mutta ei liitä sitä olemassaolevaantietorakenteeseensa ( Novak, J. 1990 ).

33Mielekkään oppimisen vaihtoehdon valinnut oppilas todennäköisesti myös ymmärtääoppimansa. Näin käsitteen ymmärtävä oppiminen sisältö ( Pehkonen, E. 1990, Kurki-Suonio, K. & R. 1994, Wittrock, M. 1986 ) on yhdenmukainen mielekkään oppimisenkanssa. Samasta asiasta puhutaan myös opiskeluun sitoutumisena ( Ahonen, S. 1991 ).Ahonen ( Ahonen, S. 1991 ) toteaa: ”Se, että tekee jotain, ei saa riippua opettajastaeikä epämääräisestä velvollisuudentunteesta, vaan siitä, että on älyllisesti kiinnostunutasiasta”.Mielekkään oppimisen vaihtoehdon valinta on monelle oppilaalle vaikea valinta, silläjokin kolmesta vaatimuksesta voi hänen kohdallaan puuttua kokonaan. Opettajan,oppimisen ohjaajan tehtävänä onkin johdatelle ja auttaa oppilasta ymmärtävää jamielekästä oppimista kohti.2.2.7 KonstruktivismiJo 60 vuotta sitten ilmestyneessä kirjassaan Luonnonopin opetus Kaarlo Saarialholuokittelee opetusmenetelmät kolmeen eri tapaan ( Saarialho, K. 1937 ). Ensimmäisenmukaan oppilaat saavat ottaa läksyn oppikirjasta selville ja esittää käsityksensäkuulustelussa. Toisessa opettaja esittää uuden asian, ja oppilaiden osana on vastatavain muutamiin tarkkaavaisuuden ylläpitämiseksi tehtyihin kysymyksiin. Kolmannentavan mukaan oppilas tehokkaasti myötävaikuttaa uuden oppimiseen opettajantoimiessa oppilaiden selville ottamisen ohjaajana. Tämä kolmas tapa liittyy läheisestikonstruktivistiseen tiedon hankintaan, josta tuli 1980-luvulla yleisesti hyväksyttyoppimiskäsitys. Sen mukaan tietoa ei voida siirtää suoraan opettajalta oppilaalle, vaanoppilaan on itse konstruoitava informaatiosta tietoa. Oppiminen on konstruktiivistatoimintaa, jossa oppilas konstruoi havainnoimalla, mittaamalla, tietoa graafisestiesittämällä, lukemalla ja keskustelemalla uutta tietoa. Oppilas valikoi ja tulkitseeinformaatiota, jäsentää sitä aikaisempien tietojensa ja ennakkokäsitystensä pohjalta jasiihen nivoutuen ( Rauste-von Wright, M., von Wright, J. 1994 ). Oppilas siismuodostaa kokemustensa välityksellä kuvan siitä maailmasta, jossa hän elää, jaitsestään tämän maailman osana. Tämä oppimisprosessi on aina sidoksissa siihen

34tilanteeseen ja kulttuuriin, jossa se tapahtuu ankkuroituen sosiaalisiinvuorovaikutusprosesseihin ja niiden välityksellä syntyneisiin merkitysrakenteisiin (Von Wright, J. 1994 ). Opettajan tehtävänä on tarjota oppilaille mahdollisuusinformaation prosessointiin esimerkiksi antamalla heille tilaisuus koetellaennakkokäsityksiään erilaisissa tilanteissa ja laboratoriokokeissa.Konsruktivismiin liittyy myös käsitys tiedon dynaamisuudesta. Kokeellisenluonnontieteen opetuksen uudistamisen ohjeeksi konstruktivismi tuo opetuksenvaiheistamisen. Kokeellisen työskentelyn suunnitteluvaiheessa oppilaita kannustetaankeskustelemaan ja esittämään arveluita tai hypoteeseja opiskelun kohteeksi valitustaaihepiiristä. Suoritusvaiheessa tehdään mittauksia ja esitetään mittaustuloksia.Reflektointivaiheessa keskustellaan ja tehdään johtopäätöksiä sekä verrataan saatujatuloksia teoriaan. Opettajan tulee ohjata ja neuvoa oppilasta havaittujen ilmiöidenymmärtämiseen. Raportointivaiheessa tuloksia esitetään suullisesti ja kirjallisesti.Niistä keskustellaan ja niitä arvioidaan. Tällainen aiheiden käsittely vaatii runsaastiaikaa, varsinkin kun oppilaiden on tarkoitus tottua tarkastelemaan ilmiötämonipuolisesti ja perusteellisesti. Tällöin joudutaan tarkoin pohtimaan, mitkä käsitteetja periaatteet oppilaalle kullakin luokka-asteella on tarkoituksenmukaista opettaa.Seuraavassa esitetään yhteenveto konstruktiivisen opettamisen ja oppimisenlähtökohdista ( Lavonen, J., Meisalo, V. 1997 a, Lavonen, J., Meisalo, V. 1997 b ):* Oppilailla on ennakkokäsityksiä koulussa opiskeltavista asioista, ja nämä ovat useinristiriidassa tieteen käsitysten kanssa. Opettajan on tunnettava ennakkokäsitykset.* Oppilaiden ikä, sukupuoli ja kulttuuritausta eivät sanottavammin vaikutaennakkokäsitysten luonteeseen.* Ennakkokäsitykset ovat pysyviä, eikä niitä juurikaan voi perinteisilläopetusmenetelmillä muuttaa. Tehokkaita voivat olla vain ne opetusmenetelmät, joillapyritään käsitteelliseen muutokseen.* Oppilaiden väärät ennakkokäsitykset ovat usein samansuuntaisia tieteenhistoriassaesiintyvien luonnonilmiöiden väärien selitysmallien kanssa.* Opettajilla on usein samoja ennakkokäsityksiä kuin oppilailla.

35* Virheelliset ennakkokäsitykset syntyvät lapsen jokapäiväisten kokemusten taikuulopuheiden kautta. Näiden pohjalta lapsi muodostaa käsitteitä ja selityksiätapahtumille.* Oppilaan oppiessa hänen sen hetkinen tietonsa kuin myös tietorakenteensa onvuorovaikutuksessa uuden tiedon kanssa. Jos tietoa vain jaetaan, vuorovaikutus onmerkityksetöntä. Oppilaan aikaisempi tieto tulee aktivoida ja häntä tulee ohjatakytkemään uutta tietoa aiempiin tietoihin.* Oppimiselle on luonteenomaista vuorovaikutus luonnon kanssa ja oppilaidenkeskinäinen vuorovaikutus. Kokeita yhdessä tekemällä ja keskustelemalla oppilaatjoutuvat esittämään ääneen ennakkokäsityksiään.Konstruktivismin periaatteiden yltiöpäinen soveltaminen opetuksessa saattaa tehdäopiskelusta tietoa ihannoivan taitojen kehittymisen jäädessä liiaksi taka-alalle.Joidenkin taitojen oppiminen edellyttää samojen harjoitusten toistamista. Vaaraksi voimyös nousta yksilön oppimisen ja yksilön ennakkokäsitysten liiallinen korostaminen.Opiskelu ja tiedon konstruointi sekä luokassa että yhteiskunnassa ovat aina sosiaalisiatapahtumia, joten oppilasta tulee kannustaa puhumaan ja keskustelemaan uusillakäsitteillä ja soveltamaan periaatteita käytännön tilanteisiin.Konstruktivismia pidetään joissakin yhteyksissä tietoteoreettisena näkemyksenä,teoriana tiedon synnystä ja sen rakentumisesta, eikä varsinaisena oppimisteoriana( Järvelä, S.1996 ). Konstruktivismiin liitetty oppimisympäristöajattelu voi helposti muodostuatyhjäksi hokemaksi, jollei mukaan liitetä syvempää oppimisteoreettista tarkastelua.Oppimisympäristön tulisikin tarjota oppilaalle mahdollisuuksia koetella ja testata uuttakäsitteellistä ymmärrystä erilaisissa soveltavissa tilanteissa esiin tulevanaongelmanratkaisuna. Joidenkin mielestä konstruktivismi ei ole lainkaan teoria, vaanlaajempi ajatusmalli, eräänlainen ideologia.Haapasalo erittelee konstruktivismissa triviaalin, radikaalin ja sosiaalisenkonstruktivismin suuntaukset ( Haapasalo, L. 1994 ). Triviaalin konstruktivisminmukaan oppilas itse rakentaa tiedon, mutta hänen todellisille, omille konstruktioille jää

36vain vähän sijaa, kun tiedon todenmukaisuus perustetaan ulkoisin aistein havaittavantodellisuuden olemassaoloon. Radikaalin konstruktivismin lähtöajatus on tiedonainutkertaisuus. Yleisellä tasolla tietoa ei ole olemassa lainkaan, vaan kaikki tietokonstruoidaan yksilöllisesti. Tietoa kehitetään vertaamalla ja testaamalla sitä uusiinkokemuksiin. Tiedon oikeellisuudesta päättää oppilas itse. Sosiaalinen konstruktivismikorostaa opetuksen ja oppimisen sosiaalista luonnetta. Tieto rakentuuvuorovaikutuksessa toisten oppilaiden ja opettajan kanssa. Oppilaan omat kokemuksetmuodostavat tässäkin suuntauksessa oppimisen perustan. Oppilas konstuoi itsetietonsa, mutta tämä tapahtuu vuorovaikutuksessa muiden oppilaiden ja opettajankanssa. Yhdessä he hahmottavat aihetta ja käyttävät puhetta muodostamaan erityisiäsuhteita tutkittavien asioiden välille ( Saari, H. 1997 ).Piaget ja Ausubel ( Piaget, J. 1988, Ausubel, D. 1968 ) ovat todenneet, että uusi tietotulee rakentaa jo olemassaolevan tiedon varaan. Tämä kuitenkin edellyttää oppilaidenennakkokäsitysten huomioimista opetuksen suunnittelussa, jottei oppilas rakentaisiuutta tietoa virheellisten ennakkokäsitystensä varaan. Jos opetuksessa syntyyristiriitatilanteita, oppilas joutuu vertailemaan ja testaamaan uuden tiedonoikeellisuutta ja vanha, väärä käsitys tulee perustellusti kumottua.Konstruktivistisessa mallissa oppilas on tiedon käsittelijä, jonka tulee asettaa itselleentavoitteita ja ohjata toimintaansa tavoitteiden suuntaisesti. Lähtökohtana tälle mallilleon 1960-luvulla kehittynyt kognitiivinen oppimisnäkemys, joka painottaa oppilaansisäistä, mielekästä ja tavoitteista tiedon käsittelyä sekä tiedollisten mallien jarakenteiden muodostamista ja niiden luovaa soveltamista ( Engenström, Y. 1994 ).Oppimisen käynnistää se, että oppilaan valikoiva tarkkaavaisuus suuntautuu opittavanaiheen kannalta oleelliseen. Tällöin oppilas kokee heräävät kysymykset omikseen jatärkeiksi. Uutta oppiessaan oppilas aina valikoi ja tulkitsee informaatiota käsitystensä,odotustensa ja tavoitteidensa perusteella tietoisesti tai tiedostamattaan. Skeema,oppilaan oma, aikaisemmista kokemuksista ja tiedoista rakentunut toimintamalli taitietorakenne, ohjaa uuden informaation vastaanottoa ( Rauste-von Wright, M., vonWright, J. 1994 ). Mikäli oppilaan sisäinen malli on ristiriidassa uusien havaintojen jakokemusten kanssa, hän voi muuttaa skeemaansa.

37Oppilaalle muodostuneeseen sisäiseen ajatusmalliin voi kuulua tieteen kanssayhdenmukaisia ja oppimista tukevia ennakkokäsityksiä, joita kutsutaanankkurikäsityksiksi tai ankkureiksi ( Clement, J., Browne, D., Zietsman, A. 1989 ).Vääräksi ennakkokäsitykseksi puolestaan kutsutaan vallitsevan teorian kannaltavirheellistä käsitystä. Tällaisen korjaaminen ei yleensä onnistu opetusmenetelmillä,jotka perustuvat tiedon siirtoon opettajalta oppilaalle. Opetuksen tulee aktivoidaoppilaan oma ajattelu, jotta aikaansaadaan pysyviä käsitteellisiä muutoksia.Konstruktivistisessa oppimisprosessissa lähtökohtana voidaan oppilaan kannalta pitäähänen vastuuta omasta oppimisestaan, kun hän koettaa sisällyttää uudet kokemuksensaaikaisempaan tietoonsa. Tiedon yksilöllinen konstruointi alkaa jo oppilaanhavainnoidessa uutta informaatiota valikoiden, aikaisempien kokemustensa pohjalta.Oppilas liittää uuden tiedon aikaisempiin tietorakenteisiinsa, organisoi tietoa jayhdistelee siihen mielikuvia. Oleellista on oppilaan ajattelun aktiivisuus, joka voisyntyä motivaation, haastavan oppimistehtävän ja oppilaan oppimisprosessilleenasettamien tavoitteiden kautta ( Salovaara, H. 1997 ). Mikäli oppilas ei koe saamaansatietoa itselleen tärkeäksi ja tietyt kriteerit täyttäväksi, oppimisesta tulee pintaoppimista,eikä oppilas pysty siirtämään opittua käsitettä jokapäiväiseen elämään ja omaantietorakennelmaansa.Ryhmissä käytävä keskustelu saa yhä merkittävämmän roolin sosiaalisenaoppimisprosessina, koska tällöin syntyy luontevasti väittelytilanne tutussaympäristössä. Konstruktivistinen oppimisteoriahan korostaa positiivisenoppimisympäristön merkitystä. Ryhmässä oppilas joutuu perustelemaan käsitystään.Jokaisen oppilaan esittäessä näkemyksensä asiasta oppilaan oma käsitys saattaamuuttua ja myös ryhmä joutuu testaamaan teoriaansa.Konstruktiivinen oppimisteoria korostaa oppilaan oman oppimisprosessin ohjaamiseenliittyviä metakognitiivisia taitoja. Tavoitteena on itseohjautuva oppiminen, jossaoppilas tuntee vastuunsa omasta opiskelustaan ja oppimisestaan. Hänellä tulee olla

38halu ja motivaatio oppia ilman ulkoista kontrollia ja hänen tulee toimia kriittisenäoman opiskelunsa arvioijana ( Lehtinen, E. et. al. 1991 ).Koska opetuksen yhtenä tavoitteena on tehdä oppilaat tietoisiksi omistatulkintatavoistaan ja niiden toimivuudesta tai toimimattomuudesta ja samalla tarjotavaihtoehtoisia tulkintatapoja niitä perustellen ja ymmärrettäväksi tehden, se asettaamyös opettajalle vaatimuksia. Hänen tulee aineensa hallinnan lisäksi hallita oppimisenohjaamisen taidot ja hänen on odottamattomissakin tilanteissa kyettävä toimimaanongelmanratkaisijan mallina ( Rauste-von Wright, M., von Wright, J. 1994 ).Opettamisen lähtökohtana ei ole oppilaan tietämättömyys, vaan sen osoittaminen, mitähän jo tietää ja miten hän voi kehittää ymmärrystään ja käsityksiään. Voidakseen antaatähän tarvittavaa ohjausta opettajan on nähtävä selkeästi, miten eri käsitteet liittyvättoisiinsa.Oppilaat kuitenkin liittävät erityisesti luonnontieteisiin mielikuvan asiantuntijaoppiaineesta,jossa opettaja toimii täsmällisen tiedon jakajana, vaikka opettajantehtävänä onkin organisoida sellaisia yhteistyötilanteita, joissa oppilas voi sopivassaoppimisympäristössä aktiivisesti osoittaa ja kehittää osaamistaan. Oppilas tulisi saadapohtimaan, miksi hän päätyi omaan tulkintaansa. Konstruktivistiseen näkemykseenperustuvia ohjaamisen muotoja ovat oppimistehtävän mallintaminen, oppilaan oikeaaikainentukeminen ja hänen ajattelunsa reflektointi ( Salovaara, H. 1997 ). Opettajantulee jatkuvasti seurata oppilaiden edistymistä voidakseen jatkosuunnitella opetustaanja varmistuakseen siitä, että uudet käsitteet ja käsitteelliset muutokset on ymmärrettyoikein. Opettaja seuraa ja havainnoi ryhmäänsä ja sen edistymistä jatkuvasti ja hänenon kyettävä nopeisiinkin työmenetelmien muutoksiin oppilasryhmän, välineiden taityöskentelytilojen niitä vaatiessa.Konstruktivistinen oppimiskäsitys, jonka mukaan oppilas itse konstruoi kuvaaulkoisesta maailmasta etsiessään selitystä sen eri ilmiöille, johtaa joustavaan jaoppilaan valmiuksia painottavaan opetukseen. Opetussuunitelma ei tällöin voi ollakiinteä ja yksityiskohtainen, vaan sen on oltava joustava ja vain pääkohdittain ennaltamäärätty. Konstruktivismilla on selkeä asema oppimisen kentässä, sillä se on ottanut

39opetuksen kehittämisen lähtökohdaksi oppilaiden käsitysten ja ajattelun tuntemisen (Ahtee, M. 1998 ).2.2.8 Kokeellinen lähestymistapaOpetuksessa kokeellisuutta on pidetty selvänä jo Galilein ajoista lähtien ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994, Lavonen, J., Meisalo, V. 1997 a, Lavonen, J., Meisalo, V. 1997b ). Edellä esitetyltä historialliselta pohjalta kehittyi kokeellinen lähestymistapa. Siinäempirialla on johdonmukainen ja kaiken läpäisevä merkitys. Kaikki tulokset jakäsitteet saavat merkityksen empirian kautta. Pitää kuitenkin muistaa, että runsasdemonstrointi, ilmiöiden ja sovellusten esittely tai retket teollisuus- jatutkimuskohteisiin eivät sellaisenaan tee lähestymistapaa kokeelliseksi. Näistä on vaaratulla ajanvietettä, ”todellisen” fysiikan opetuksen viihdyttävä lisä. Lähestymistavallatarkoitetaan etenemissuuntaa, joka ilmenee opetustoimenpiteiden keskinäisistäsuhteista ja niihin liitetystä ajatuksesta. Näin kaikki käsitteet syntyvät tarpeesta esittääkokeellista todellisuutta, ilmiöiden havaittavia ominaisuuksia ja niiden kokeellisialakeja. Kaikki käsitteet kytketään tässä lähestymistavassa alusta alkaen havaintoihin, jaopetetaan oppilasta näkemään fysiikan käsitteet luonnon ilmiöiden esityksinä,epätäydellisinä, epätarkkoina ja rajallisen pätevyysalueen omaavina malleina. Tämälähestymistapa esittelee fysiikan jatkuvasti täsmentyvänä, laajentuvana ja kehittyvänädynaamisena luonnontieteenä sekä myös osoittaa tiedon syntyprosessin ja perustan.Samalla se totuttaa arvioimaan kriittisesti uutta informaatiota ja torjumaanperusteettoman auktoriteetin.Kokeellisessa lähestymistavassa oppiminen on konstruktiivista. Tietoa ei voida siirtää,vaan oppilasta on ohjattava itse valikoimaan ja tulkitsemaan informaatiota jajäsentämään sitä aikaisempien tietojensa pohjalta. Vaikka kokeellisuutta pidetäänmonasti aikaa vievänä opetusmetodina, niin vertailtaessa eri metodeja ja niidentehokkuutta on huomioitava metodin oppimista edistävä ja kertaustarvetta vähentävävaikutus. Kertaustarpeen taustaltahan löytyvät muistamattomuuden jaoppimattomuuden ongelmat, kun käsitteet on vain yritetty muistaa sisäistämättä niitä.

40Lukion vuoden 1994 opetussuunnitelman perusteissa ( Anon. 1994 b ) painotetaanoppimisen oppimista. Alussa perusteellisemman ja ymmärtämista paremmin tukevanmetodin sisäistäminen voi viedä aikaa enemmän kuin vastaavan asian opettaminenpuhtaasti algebrallisessa muodossa. Hyöty tulee esiin hitaan alun jälkeen oppimisennopeutuessa ja muuttuessa eksponentiaaliseksi ( Kurki-Suonio, K. 1997 ). Aiheidenrakenteen sisäistämisen kautta kehittyy muistamista helpottavia kokonaisuuksia jaunohtaminen ja kertaamisen tarve vähenevät. Kokeellisuuteen pohjautuva opetusoikein toteutettuna voi jopa säästää aikaa.2.2.9 Hahmottava lähestymistapaSeuraavassa selvitetään kirjan Fysiikan merkitykset ja rakenteet ( Kurki-Suonio, K. &R. 1994 ) pohjalta hahmottavaa lähestymistapaa, jota olen opetuksessani pyrkinyttoteuttamaan sekä yläasteella että lukiossa.Lähtökohtana on se, että fysiikka on luonnontiede. Sen tutkimuskohteena ovat luonnonilmiöt. Uutta tietoa saadaan tutkimalla ilmiöitä havaintojen ja mittausten avulla, jotenfysikaalinen tieto on aina kokeellisesti perusteltua. Mittaustuloksista pyritäänlöytämään jokin säännönmukaisuus, ilmiötä koskeva laki, joka voidaan esittäämatemaattisesti. Lain löytymisen jälkeen on mahdollista esittää ennusteita ilmiönuusien havaintojen käyttäytymisestä ja näin edelleen havaintoja tekemällä testatasaatua lakia. Fysiikkaan kuuluu siis sekä kokeellisuus että eksaktisuus, joiden suhteestamuodostuu luvussa 2.2 esitetyn kuvan 3 ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 s.149 )mukainen kiertoprosessi.Vaikka kiertoprosessi kuvaa fysiikan tutkimuksen etenemistä kokeellisesti havaitustailmiöstä matemaattisiin malleihin ja edelleen niiden testausta kokeellisillamenetelmillä, niin yhtä hyvin malli kuvaa fysiikan opetusta ja oppimista, sillä fysiikantutkimus ja oppiminen eivät pääperiaatteiltaan eroa toisistaan.

41Kokeellisuudella tulee aina olla opetuksellista merkitystä ja sen tarkoituksen tuleeilmetä toteutustavasta, eikä kokeen suorituksen ja sen tulosten käsittelyn lähtökohdaksisaa ottaa käsitteen valmista teoreettista merkitystä sellaisena kuin opettaja senymmärtää. Perusteltu koe kiinnittyy johonkin tai joihinkin seuraavista ( Helsinginyliopisto 1998 ):1. Perushahmotuksessa tarkastellaan ilmiöaluetta ja siinä vaikuttavia tekijöitä ja niidenominaisuuksia. Ilmiöt pyritään tunnistamaan ja luokittelemaan. Tilannetta tarkastellaanmahdollisimman yksinkertaisella tasolla eli tutkitaan mitä tapahtuu.2. Mallintavassa empiriassa liitetään ominaisuuksiin vertailtavia hahmoja ja luodaanniiden kautta mielikuvia vaikutuksista ja syy-yhteyksistä.3. Kvantifioiva empiria luo ominaisuuksista suureita ja suureiden välisistäkorrelaatioista lakeja.4. Kvantitatiivinen empiria soveltaa käsitteitä ja lakeja.Kokeen ja teorian väliseen suhteeseen on aina kiinnitettävä huomiota sijoittuipa koemille tasolle tai tasoille hyvänsä. Käsitteenmuodostusprosessi alkaaperushahmotuksesta, jonka puitteissa ilmiötä tulee tarkastella avoimen laaja-alaisestipyrkien luokittelemaan ja tunnistamaan olioita, ilmiöitä ja ominaisuuksia. Koska laajaperushahmotus yleensä toimii pohjana monille toisiinsa liittyvillekvantifiointiprosesseille, tulee perushahmotuksen kohdistua laajasti tarkasteltavaanilmiökenttään, eikä vain haluttuihin, kvantifioinnin kautta myöhemmin saatavaansuureeseen vaikuttaviin tekijöihin. Laaja perushahmotus on luomassa pohjaa monilleläheisesti toisiinsa liittyville kvantifiointiprosesseille.Perushahmotus on arvokasta jo sinänsä, koska se on fysiikan yleisenhyödynnettävyyden kannalta erittäin tärkeä osa fysiikan ymmärtämistä. Eiväthänihmiset arkipäivän elämäntilanteissa yleensä mieti fysiikkaa kvantitatiivisena tieteenä,vaan he analysoivat vastaantulevia ilmiöitä kvalitatiivisesti tiedostamatta itse prosessiaja näin opittua tietoa hyödynnetään asiaa kummemmin ajattelematta.Mallintavan empirian tasoa voidaan kutsua myös esikvantifioinnin tasoksi.Ominaisuuksiin pyritään liittämään niiden astetta tai voimakkuutta luonnehtivia

42mielikuvia ja näin ominaisuuksista tulee vertailtavia. On mahdollista kysyä, mitkäominaisuudet muuttuvat, mitkä pysyvät, kuinka ominaisuuksia voidaan vertailla, mikäniiden voimakkuus on ja mihin suuntaan ilmiöt kehittyvät. Joskus esikvantifiointirajataan keskittymään vain haluttuun suureeseen suoranaisesti liittyviin jo tunnettuihinsuureisiin. Näiden tunnettujen suureiden avulla tarkastellaan tutkittavaa ilmiötä japyritään löytämään riippuvuuksia kvalitatiivisin keinoin. Näin saadaan suuntaa antavakäsitys mahdollisesti myöhemmin kvantifioitavasta yleisemmästä lainalaisuudesta.Esikvantifioinnista tulee eräänlainen kvantifioinnin suunnitteluvaihe, jonka kuluessapäätetään, mitä suureita varioidaan, mitä vakioidaan ja millaisia pelkistyksiä on tehtävähalutun lainalaisuuden esillesaamiseksi. Mittausten lukumäärällä on vaikutusta siihen,kuinka hyvin ilmiön suunta osataan yhdistää kuvaajien sisältöön. Näin esikvantifiointiluo mielikuvaa ilmiön käyttäytymisestä.Kvantifiointiprosessissa ominaisuuksista pyritään luomaan suureita ja suureidenvälisistä riippuvuuksista lakeja. Prosessia suunniteltaessa on tarkasteltava suureidenvälistä hierarkiaa, eli onko tiettyjen suureiden avulla järkevää määritellä jokin uusisuure. Lisäksi on syytä kiinnittää erityistä huomiota kokeiden vaatimiinidealisointeihin ja pelkistyksiin. Näin opitaan käsittelemään kontekstirikkaita fysiikanongelmakenttiä, mikä voi myös edistää ongelmanratkaisutaitoja ( Hoffman, D. 1997 ).Seuraavana vaiheena on suunnitellun kokeen suoritus ja mittaustulosten keräys. Tämävoidaan tehdä tietokoneavusteisesti suoraan graafiselle kuvaajalle. Kuvaaja voidaanmuodostaa myös manuaalisesti kerättyjen mittaustulosten avulla. Tämä vaihe korostaaerilaisten kuvaajien tulkintataitoja. Kuvaajasta pyritään ymmärtämään tunnettujensuureiden välisen riippuvuuden luonne. Pohdiskelujen ja keskustelujen avullariippuvuudesta muodostetaan laki, joka lopuksi voidaan esittää matemaattisessamuodossa.Kvantitatiivinen empiria sisältää kokeita, joissa muodostettuja ja omaksuttuja käsitteitäja lakeja sovelletaan. Teorioiden taso on ilmiöiden kvantitatiivisen ymmärtämisen jaselittävien mallien taso. Teoria perustuu systeemin yleisiin perusmalleihin japeruslakeihin. Teoria on rakennelma, joka selittää pelkistetyt ilmiöt niin kuin ne on

43teoriassa määritelty. Teoriatason ymmärtäminen mahdollistaa ilmiötä koskevienennusteiden tekemisen. Opetusta ei pitäisi aloittaa tältä tasolta, sillä tällöinilmiömaailman ja teorian yhdistyminen voi jäädä tapahtumatta ja teorian sisältämät laitjäävät irti ilmiötaustastaan.Edellä mainitusta huolimatta tämänkin tason kokeellisuudella on merkitystä, silläennusteita tekemällä ja testaamalla saadaan kuva fysiikan ymmärtämisenhyödyllisyydestä ja hyödynnettävyydestä. Samalla tietoisuus teorioidenpätevyysalueista kasvaa ja ymmärretään, että ne on otettava huomioon tietojakäytettäessä ja sovellettaessa.Hahmottavaa lähestymistapaa käytettäessä konkretisoidaan ja pyritään ymmärtämäänfysiikan tiedon ja ilmiöiden välistä suhdetta. Fysiikan teoria ja havainnot ovat siinäkiinteässä vuorovaikutuksessa keskenään, sillä ilman toista ei olisi myöskään toista.Aiheiden rakenteiden prosessuaalisen ymmärtämisen myötä opitaan konstruoimaanmuistamista ja ymmärtämistä helpottavia kokonaisuuksia, kun fysiikkaa opetetaanprosessina, eikä tiedon sisäisenä rakenteena. Kokeellisuudella on oltava selkeäopetuksellinen tarkoitus, joka näkyy huolellisesti suunniteltuina opetuskäytänteinä.Kvalitatiivisen tarkastelun osuudella on merkittävä asema käsitteen tarpeen luojana,motivaation herättäjänä ja kvalitatiivisen ( kielellisen ) ajattelun kehittäjänä.Hahmottava lähestymistapa seuraa luonnollista ihmisen oppimisen kehityskulkua. Senmukaan merkitykset luodaan ensin. Terminologia ja sitä käyttävä kieli rakennetaanymmärretyille merkityksille. Lapsi oppii fysiikan kieltä samoin kuin omaaäidinkieltään. Hän oppii, mikä lusikka on , kun näkee, tuntee ja käyttää sitä. Käsitteetmuodostuvat hierarkkisen hahmottavan prosessin kautta, joka etenee tehdyistähavainnoista kohti yleisempiä, jäsentäviä käsitteitä. Lähestymistapa merkitseeempiirisen käsitteenmuodostuksen prosessien noudattamista opetuksessa.

442.3 Aaltoliikeopin kokeellisuusAaltoliikkeet ympäröivät meitä kaikkialla ja kaikissa tilanteissa. Koko elämämme jayhteiskuntamme on niistä ja niiden hyväksi käytöstä monella tavalla riippuvainen.Aaltoliikkeeseen liittyy käsitteiden oppimista tukevaa kokeellisuuta. Alkuun pääseevarsin yksinkertaisin välinein, joten aaltoliikeoppia voisi olla koulussa jo ennenseitsemättä luokkaa. Esimerkiksi painon, massan ja voiman sekamelskan tilalle sopisivesiaaltojen ja kierrejousessa etenevien aaltojen tarkastelua.Kunnassamme yksi ala-aste sijaitsee samassa koulukeskuskokonaisuudessa kuinyläaste ja lukio. Tuon ala-asteen viidennen luokan ympäristö- ja luonnontieto-opinkirjassa( Holste, M. et. al. 1995 ) on aaltoliikeoppiin kuuluvia aihepiirejä kaksi.Ensimmäisessä, ” Kuinka valo aistitaan? ”, kerrotaan silmän rakenteesta ja eri eläintennäkökyvystä. Ihmisen kohdalla todetaan, ettei ihminen näe korkeaa ja matalaa valoa (Holste, M. et. al. 1995 s.43 ). Valon heijastumista ja taittumista käsittelevässäkappaleessa sanotaan: ”Epätasaisemmissa pinnoissa valonsäde hajoaa pirstaleiksi jakimpoaa moniin suuntiin. Onneksi on näin, ...”. Kirjan mukaan linsseillä voidaantaittaa kuvia suuremmiksi ja pienemmiksi. Kirjassa on osasto Tutki kotona, ja siinätehtävä: ”Todista valonsäteen taittuminen vedenpinnassa”. Erillisen kappaleen kirjaomistaa valon kolmelle värille. ” Voit myös hajottaa valkoista valoa ja saada esiinvalon kolme väriä. Se onnistuu helposti lasista hiotulla prismalla. ”Kirjan kummallisuuksia ovat ” korkea ja matala valo ”, ” valonsäteen pirstaleet ”,” taittumisen todistaminen ” ja ” valon kolme väriä ”. Kun ajatellaan, mitä käytetytsanat merkitsevät viidesluokkalaisen lapsen kokemuspiirissä ja millaisia käsityksiäniistä merkityksistä seuraa, ei ole ihme, jos fysiikka on lapsista mystistä.Toisessa aaltoliikeopin aihepiirissä tarkastellaan äänen aistimista. Tarkastelu alkaakorvan rakenteen tarkastelulla ja jatkuu meluasteikon esittelyllä. Äänen synnystäkerrotaan seuraavassa kappaleessa, mutta minkäänlaista kokeellisuutta kirja ei innosta

45käyttämään ilmiöiden tutkimisessa ja käsitteiden ymmärtämisessä. Vain yksi ”tutkikotona” -tehtävä liittyy kuhunkin aihepiiriin.Edellä esitetty kuvaa sitä pohjaa, joka on osaltaan muovannut oppilaidenennakkokäsityksiä aaltoliikkeestä. Tältä pohjalta he aloittavat seitsemännellä luokallafysiikan opiskelun aineenopettajan opastuksella. Ilmeisesti ala-asteilla yleisemminkintyöskentely painottuu oppilaan itsenäiseen kirjan lukemiseen ja tehtävien tekemiseensen sijaan, että aloitettaisiin tarkastelu veden pinnan aalloista ja keskustellenpohdittaisiin, millaisten ominaisuuksien perusteella ilmiö tunnistetaan aaltoliikkeeksi.2.3.1 Aaltoliikeopin käsitteiden hahmotusAaltoliikettä on kaikkialla ympäristössämme. Aaltoja ovat vesiaallot, joista nimikintulee, värähtelevät mekaaniset aallot, ääniaallot, valoaallot jne.Vesiaaltojen ja mekaanisten aaltojen havainnointi ympäristössä yleensäkin on helppoa.Ne ovat myös oppilaalle entuudestaan tuttu lähtökohta aaltoliikkeen tarkasteluille.Mekaanisten aaltojen avulla voidaan hahmottaa pitkälle yleisen aaltoliikkeenperusominaisuuksia. Läpinäkyvä astia, jossa on vettä tai varsinainen aaltoamme antaaoppilaalle mahdollisuuden lähestyä aaltoliikettä konkreettisesti. Hän havaitsee ilmiöitä,yhdistää niitä ennalta tuttuihin ilmiöihin ja luo mielikuvia uusista ilmiöistä.Aaltoammeen samoinkuin kierrejousen avulla voidaan myös mitata aaltoliikkeen eriperusominaisuuksia. Mekaanisen aaltoliikkeen peruskäsitteiden hahmotus on siismelko yksinkertaista. Kvantifiointiinkin on näissä tarkasteluissa jonkin verranmahdollisuuksia.Suuri osa ympäröivistä aaltoliikkeistä on kuitenkin sellaisia, joita ihminen ei pystyomin aistein aaltoliikkeeksi havaitsemaan. Juuri näihin aaltoliikeopin kokonaisuuksiinliittyvien ilmiöiden kokeellinen tutkiminen tuottaa ongelmia. Välittömänhavainnoinnin sijaan asioita hahmotetaan välineiden, mielikuvien ja erilaisten mallienkautta. Äänen ja valon havaittavia ilmiöitä yhdistetään mekaanisen aaltoliikkeenilmiöihin, vertaillaan toisiinsa ja niistä muodostetaan erilaisia mielikuvia ja malleja.

46Onko valo hiukkasia vai aaltoja on ollut tutkijoiden väittelyn kohteena jo 1600-luvulla.Välillä luultiin, että kysymys oli selvitetty. Useiden ristiriitaisiin tuloksiin päätyvienkokeiden ja 300 vuotta kestäneiden väittelyiden jälkeen päädyttiin siihen, ettähiukkaset ja aaltoliike ovat kaksi valon rinnasteista mallia. Tämä kertoo jotakin valonominaisuuksien ja käsitteiden hahmotukseen liittyvistä vaikeuksista.Myös Newton tutki aktiivisesti valoa ja oli erityisen kiinnostunut optiikasta. JuuriNewton ensimmäisenä kiinnitti huomiota ongelmaan, joka liittyi valkoisesta valostasaatuihin väreihin. Vaikka valkoisen valon hajoaminen väreihin oli tuttu seikka joAristoteleen ajoilta saakka, ei ilmiöstä ollut parempaa tietoa. Tarvittiin Newtoninviisautta selittämään, ettei lasi voi muuttaa valon olemusta toiseksi, vaan itse valontäytyy olla fysikaalisesti hajaantunutta.Ihmisen aistit ovat rajoittuneita ja siksi monien ilmiöiden havaitseminen jaymmärtäminen on tuottanut aina vaikeuksia. Ihminen helposti havainnoi ja tutkii vainsitä ympäristön osaa, jonka ilmiöt ovat hänen välittömästi havaittavissaan. Pitääkuitenkin oivaltaa maailman olevan täynnä ilmiöitä, joiden havaitsemiseen tarvitaanapuvälineitä. Nykyinen tekniikka mahdollistaa useiden sellaistenkin ilmiöidentutkimisen, joita ei aiemmin pystytty tutkimaan. Aaltoliikeopin peruskäsitteidenhahmottamiseksi on syytä käyttää kaikkia mahdollisia koevälineitä.2.3.2 Aaltoliikeopin kokeellisuuden periaatteetAaltoliikeoppi on luonteeltaan varsin erilainen fysiikan osa-alue kuin mekaniikka jasähköoppi. Se on kuitenkin fysiikan eri osa-alueiden ilmiöissä esiintyvä yhteisenkäyttäytymisen tyyppi ( Kurki-Suonio, K. & R. 1997 ). Aaltoliikkeelle on ominaistaaineen alkioiden liike tasapainoasemiensa molemmin puolin. Aaltoliike on aineenmakroskooppisen liikkeen laji, jonka tunnistaminen perustuu liikkeen havaittavaanluonteeseen ja sen perustana olevaan vuorovaikutusmekanismiin ( Kurki-Suonio, K. &R., Hakulinen, H., Lavonen, J. 1999 ). Aaltoliikkeellä on fysiikassa erityinen merkitys

47energiankuljetuksen toisena klassisena perusilmiönä. Aalto välittää energiaa lähteestävastaanottimeen.Aaltoliike on tullut fysiikkaan monta eri tietä, ainakin mekaniikasta, ääniopista, valoopistaja sähködynamiikasta ( Kurki-Suonio, K. & R. et al. 1999 ). Koulufysiikan osaalueenaaaltoliike-oppi käsittelee mekaanisia aaltoja, jotka liittyvät läheisestivärähtelyjen mekaniikkaan sekä ääntä ja valoa. Valo-opin osana siihen liittyy vieläerikseen geometrinen optiikka, erityisesti kuvanmuodostuksen ilmiömaailmasovelluksineen ( Kurki-Suonio, K. & R. et. al. 1999 ).Aaltoliikkeen käsittely voidaan jäsentää fysiikan käsitteistön yleisen hierarkkisenrakenteen mukaisesti ( Kurki-Suonio, K. & R. et. al. 1999 ).1. Selvitetään, millainen ilmiö aaltoliike on ja miten se ilmenee eri yhteyksissä, niinettä sitä opitaan havaitsemaan, tunnistamaan ja luokittelemaan.2. Opitaan tuntemaan suureet, joilla aaltoliikkeen ominaisuuksia voidaan kuvatakvantitatiivisesti eri yhteydessä, ja tavat, joilla niitä voidaan mitata.3. Tarkastellaan lakeja, joita aaltoliikkeet eri olosuhteissa noudattavat ja joiden avullaaaltoilmiöitä voidaan esittää kvantitatiivisesti. Harjaannutaan näkemään, miten neilmenevät luonnossa, ja pyritään selvittämään, miten ne voidaan todentaa kokeellisesti.4. Lopulta pyritään näkemään, miten aaltoilmiöt ja niiden noudattamat lait voidaanymmärtää ja selittää teoreettisesti.5. Luonnollisesti on tarkoituksenmukaista kiinnittää huomiota myös aaltoilmiöidenerilaisiin sovelluksiin.Aalto-opin hahmotuksellinen perusongelma on sellaisen havaintoperustanosoittaminen, joka tekee mahdolliseksi myös äänen ja valon hahmottamisenaaltoliikkeeksi. Pilvi Sihvonen on omassa pro gradu -opinnäytetyössään ( Sihvonen, P.1996 ) soveltanut hahmottavan lähestymistavan teoriaa aaltoliikeopin alueella.Työssään hän tarkastelee aaltoliikeopin peruskäsitteitä hahmottavan lähestymistavankautta ja luo aaltoliikeopin opetuskokonaisuuden perushahmotuksesta kvantifiointiin.

48Teemu Nevalainen puolestaan on lisensiaatintutkimuksessaan ( Nevalainen, T. 1998 )laatinut mekaanisen aaltoliikkeen kokeilukurssin lukion fysiikkaan.Oma toimintani luokassa oppijoiden ohjaajana noudattaa edellä esitettyjä periaatteita.Tämä tutkimus on kuvaus tuosta toiminnasta, sen vaikuttavuudesta jatuloksellisuudesta.

493 TUTKIMUSTAVOITE JA TUTKIMUSONGELMAT3.1 Tutkimuksen tavoitteetTutkimuksessa tarkastellaan tietyn lähestymistavan toimivuutta aaltoliikeopinopetuksessa yhtenäisesti yläasteen seitsemänneltä luokalta lukion viimeiselle luokalle.Tutkimuksella kartoitetaan oppilaiden itselleen luoman mallin kehittyneisyyttä erivaiheissa. Oppitunneilla käytetään hahmottavan lähestymistavan viitekehystä.Kemmis ja Carr määrittelevät toimintatutkimuksen ehdot ( Suojanen, U. 1992 ). Niidenmukaan projektin tarkoituksena on sosiaalisen kohteen tai ryhmän toiminnankehittäminen, kun projekti toteutetaan spiraalimaisena syklinä ja jäsenet osallistuvataktiivisesti kaikkiin toimintatutkimuksen vaiheisiin. Lopullinen tutkimuksellinenvastuu on kuitenkin tutkijalla eli opettajan tutkiessa työtään opettajalla. Tutkimuksenteon aikana saadut tulokset ovat vaikuttaneet opetuskäytänteisiin ja antaneet aiheenhioa tutkimuskysymyksiä. Näin tutkimuksen rakenne on muovautunut ajan kuluessa.3.2 TutkimusongelmatKoulussa opettajan ja oppilaan toiminnat ovat kietoutuneet toisiinsa, joten opettajan jaoppilaan roolia on luonnollista tarkastelle samanaikaisesti ( Tobin, K., Tippins, D.,Gallard, A. 1994 ). Tutkijat ja opetussuunnitelmat korostavat uudistuksia, joidentavoitteena on opettajan roolin muuttaminen ohjaajan, opastajan ja välittäjän rooliksi.Tällöin oppilaasta tulee oppija, jonka toiminnoissa luovuudella ja ajattelulla onmerkittävä osa kouluoppimisen tullessa osaksi elämää.Tutkimuksen perusongelmat ovat1. Miten opetuksen rakenne suunnitellaan lähestymistavan periaatteista käsin?2. Miten opetus suunnataan asetettuja tavoitteita kohti?

503. Millaiset tavoitteet asetetaan eri luokkatasoilla ja miten ne toteutuvat käytetylläopetusmenetelmällä?3.1 Miten tavoitteet niveltyvät keskenään?3.2 Miten eri tasojen tavoitteita nivelletään yhteen?Taulukossa 2 on esitetty kunkin luokkatason tavoite ja ongelma lyhyesti.Taulukko 2: Tavoitteet ja ongelmat luokkatasoittain.luokka-aste Tavoite7. lk Ymmärtää mekaanisen aaltoliikkeensynty ja etenemisen mahdollisuus.9. lk Valon ymmärtäminenAaltoliikkeeksi.lukio/FYS5 Tieto lisääntyy ja täsmentyy.lukio/FYS8 Vain teorian tasolla, ilman kokeellisuuttatapahtuva maailmankuvantäsmennys.ongelmaMitä voi mitata?Miten ääni liittyy mielikuvaan?Minkä ilmiöiden perusteella valomielletään aaltoliikkeeksi?Mitä uusia ilmiöitä aaltoliikkeeseentulee?Miten mielikuva aaltoliikkeestäsyvenee?Miten aaltohiukkasdualismi uudistaaja täsmentää kuvaa aaltoliikkeestä jasen sovelluksista?Luvussa neljä esitetään kuvaukset tuntien opetuskäytänteistä ja miten asetettuihintavoitteisiin pyritään.3.3 TutkimusmenetelmäPäätäntävallan siirtäminen koulua koskevissa asioissa työpaikalle on mahdollistanutmyös opettajien ammattitaidon hyödyntämisen kehittämishankkeiden suunnittelussa jatoteuttamisessa. Opetussuunnitelmien kehittämistyö on käynnistänyt kouluissarunsaasti erilaisia kehittämishankkeita. Toimintatutkimus tarjoaa toimivan menetelmäntällaisten opettajan omaan työhön liittyvien tutkimusten tekemiseen.

51Tutkimukseni lähtökohtana on oppilaan kyky tulkita fysiikan tuntien tapahtumia,muodostaa merkityksiä ja rakentaa mallia aaltoliikkeestä. Tutkimustani varten ei oletehty mitään keinotekoisia järjestelyjä eikä rajoituksia. Opetus toteutettiin normaalienfysiikan tuntien aikana, eikä siihen käytetty ylimääräistä aika- tai määräraharesurssia.Itse olen koko tutkimuksen ajan ollut vuorovaikutuksessa tutkittavieni kanssa.Oppitunneilla en voi olla näkymätön hahmo, vaan kohtaan tutkittavani tuntevina,toimivina ja osallistuvina subjekteina. Erityisen hyvin tämä pätee niihin lukuvuoden1997-1998 kyselytutkimuksessa mukana olleisiin yhdeksäsluokkalaisiin, joidenluokanvalvoja olin ollut yläasteen ajan. Opetin heille kaiken yläasteen fysiikan jamatematiikan, myös valinnaiskurssin. Näin runsaat yhteiset opetustuokiot tekivätvuorovaikutuksestamme varsin syvällisen. Vaikken saanutkaan jatkaa lukiossa heidänryhmänohjaajanaan, jatkoin heidän fysiikan opettajanaan. Juuri nämä oppilaatmuodostivat osan lukuvuoden 1999-2000 lukion kurssin FYS 5 oppilaista.Tutkimuksen aineisto on kerätty kahtena eri lukuvuotena oppilaille suoritetuillakyselytutkimuksilla. Lukuvuoden 1997-1998 kyselylomakkeet löytyvät liitteestä 4.Kyselyt laadin melko avoimiksi, jotta oppilailla olisi mahdollisuus kertoaajatuksistaan. Jokainen kysely mahtui yhdelle A4-arkille. Aiheeseen johdateltiin alussaolevalla orientoivalla tekstillä. Lukuvuoden 1999-2000 kyselylomakkeet ovat liitteessä5. Näiden kyselyjen pohjana olivat edelliset kyselyt ( liite 4 ). Avoimuutta hiemanvähennettiin ja suljettujen tehtävien tarjoamat vaihtoehdot aiheuttivat sen, etteivätkaikki kyselyt mahtuneet A4-arkin yhdelle puolelle.Tutkimukseni on luonteeltaan laadullinen eli kvalitatiivinen toimintatutkimus.Toimintatutkimus on itsereflektoivan tutkimuksen muoto ( Carr, W., Kemmis, S. 1983). Opettaja toimii tässä tutkimuksessa samalla sekä toteuttajana että arvioijana. Tutkinomaa työtäni ja sen vaikuttavuutta voidakseni kehittyä opettajana. Tämä tutkimusnoudattaa pääpiirteissään Suojasen ( Suojanen, U. 1992 ) kirjassaan esittelemääKemmisin toimintatutkimusta kuvaavaa spiraalimallia. Se on esitetty liitteessä 6.Toimintatutkimus tutkimusotteena asettaa tiettyjä kriteerejä, kun aineiston validiteettiapyritään arvioimaan. Validiteetin lisäämiseksi aineiston kokoaminen on pyritty tässä

52tutkimuksessa selvittämään systemaattisesti ja selkeästi mukaanlukien myöslukuvuonna 1997-1998 kerätty aineisto. Aineiston sisällön ja tutkimustulostenymmärtämiseksi on seuraavassa luvussa esitetty kuvaukset opetuksen etenemisestätuntien aikana. Näin tutkittavista ja tutkimustilanteista pyritään varsinaisen aineistonesittämisen lisäksi antamaan mahdollisimman tarkat taustatiedot. Nämä selventävätmyös tutkimustuloksissa huomioitavaa tutkijan vaikutusta, sillä tutkimukseni ei pyriolemaan arvovapaata, vaan olen siinä mukana koko persoonallisuudellani. Edellämainituin toimenpitein pyritään ottamaan huomioon Suojasen ( Suojanen, U. 1992 ) jaGuba & Lincolnin (Guba, E., Lincoln, Y. 1989 ) esittämät toimintatutkimuksenluotettavuutta mittaavat kriteerit.Koska tutkimuksen tekijänä toimi ryhmien oma fysiikan opettaja, tutkimus liittyykiinteästi kyseisiin ryhmiin, eivätkä tulokset välttämättä ole yleistettävissä. Tuloksetkuvaavat kuitenkin hahmottavan lähestymistavan toimivuutta aaltoliikeopinkokonaisuuden opiskelussa. Tulokset ohjaavat edelleen opetuksen kehittämistä jaopetussuunnitelmatyötä. Näin mahdollistuu tulosten hyödyntäminen muissa kouluissa.

534.TUTKIMUKSEN SUORITTAMINENTämän tutkimuksen ja siihen liittyvien opetuskäytänteiden kehittymistä ajallisestiesitetään kuvassa 7, joka pohjautuu ” Mc Dermottin pyörään ” ( Mc Dermott, L. 1990).Siinä opetus, tutkimus ja opetuskäytänteiden kehittäminen muodostavatpäättymättömän syklin.Kuva 7: Tutkimuksen eteneminen.Tavanomaiset opetusmenetelmät ovat tehottomia, jos pyritään muuttamaan oppilaidenennakkokäsityksiä tieteen käsitysten mukaisiksi ( Lavonen, J., Meisalo, V. 1997 a ).Jotta oppilas pystyisi kehittämään malliaan, hänen on huomattava aikaisemmanmallinsa puutteellisuus. Tämä saa oppilaassa aikaan tarpeen tarkastella tietojaanuudella tavalla, täydentää niitä ja rakentaa tältä pohjalta uusi, kehittyneempi malli.Tässä tutkimuksessa opetus toteutettiin hahmottavan lähestymistavan periaatteidenmukaisesti ( 2.2.9 ). Koska fysiikan opetus on aina myös kielen kehittämistä ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ), oppilaita kannustettiin keskustelutilanteisiin. Opetuksen ontarjottava riittävästi käsitteiden oikean käytön kielellisiä malleja ja harjoittelua, jotta

54käsitteiden merkitykset voitaisiin vähitellen sisäistää ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ).Erityisesti monet perinteiset sanonnat voivat olla fysikaalisesti harhaanjohtavia javääriä mielikuvia luovia. Tähän ongelmaan on pyritty kiinnittämään huomiota tuntienopetuskeskusteluissa ja laadittaessa kyselyjä.Omissa opetussuunnitelmissamme ( Lopen lukion opetussuunnitelmat 1997 ja 1999,Lopen yläasteen opetussuunnitelmat 1997 ja 1999 ) sekä lukion että yläasteen fysiikanopetus on kiinnitetty hahmottavaan lähestymistapaan, joten osa tutkimukseeniosallistuneista oppilaista oli tottunut siihen jo seitsemänneltä luokalta alkaen ja osallese oli tullut vastaan myöhemmin opettajan tai koulun muutoksen yhteydessä.Lähdettäessä toteuttamaan aaltoliikeopin kunkin luokkatason mukaista kokonaisuuttahahmottavan lähestymistavan vaatiman kokeellisuuden kautta on keskeistä se, ettätarkasteltavat ilmiöt ovat oppilaille tuttuja jokapäiväisestä elämästä. Tällöin oppilaskokee oppimisen mielekkääksi ( 2.2.6 ) ja omaksumansa tiedon itselleen tärkeäksi.Tuntityöskentely on hahmottavan lähestymistavan ( 2.2.9 ) ja kokeellisenlähestymistavan ( 2.2.8 ) mukaisesti konstruktiivista ( 2.2.7 ).Käsitekarttatekniikkaa pidetään keskusteluja tehokkaampana keinona ( Lavonen, J.,Meisalo, V. 1997 a ), kun halutaan oppilaan muuttavan omaa käsitystään.Tutkimukseni aiheena olevassa aaltoliikeopin kokonaisuudessa ei painotetakäsitekarttojen tekemistä, mutta niiden tekoon rohkaistaan kokonaisuuden jakäsiterakenteiden selvittämisessä.4.1 Tutkimukseen osallistuneet ryhmätTutkimukseen osallistuivat kumpanakin tutkimuslukuvuotena kaikki yläasteen fysiikanoppilaani. Lukuvuotena 1997-1998 siihen osallistuivat lukion syventävien kurssien 5 ja8 oppilaani ja lukuvuotena 1999-2000 lukion syventävän kurssin 5 oppilaani.Kaikkiaan tutkimuksessani on mukana 132 oppilasta, joista osa on mukana molempienlukuvuosien kartoituksissa. Yläasteemme on kunnan ainoa yläaste. Sinne tulee

55oppilaita kaikilta kunnan yhdeksältä ala-asteelta. Yläasteellamme ei ole painotuksiaeikä karsintaa suoriteta. Lukiomme on yksisarjainen ja se aloitti toimintansa syksyllä1995. Kahtena ensimmäisenä vuotena ei käytössä ollut mitään keskiarvokynnystä,vaan molempina vuosina oppilaita otettiin alkavalle lukioluokalle 36. Kolmannentoimintavuoden alusta keskiarvokynnys on ollut 7,0. Lukiomme painopistealueista onkeskusteltu paljon. Kunnassamme sijaitseva Suomen urheiluilmailuopisto järjestäähalukkaille lukiolaisille ilmailun kursseja. Tämä houkuttelee vuosittain myös joitakinulkopaikkakuntalaisia lukioomme.Me luonnontieteitä opettavat opettajat yritimme lukion alkuaikoina suunnatapainopistettä luonnontieteisiin. Tässä tarkoituksessa käytiin keskusteluja opetusneuvosMarja Montosen kanssa ja haettiin Solis-projektiin osallistuvien koulujen joukkoon.Minkäänlaisiin hankkeisiin emme kuitenkaan ole päässeet, vaan jatkamme vankkaa jamonipuolista yleissivistystä jakavana lukiona. Fysiikka on oleellinen osa jokaisenperussivistystä, sillä se antaa pohjan luonnontieteelliselle ajattelutavalle jakäsitteenmuodostukselle. Fysiikka tarjoaa hyvät edellytykset ajattelun kehittymiselleantaen aineksia sekä alimpia että korkeimpia ajattelutaitoja vaativiin tehtäviin ( Ahtee,M. 1992 ). Reaalikokeissa luonnontieteisiin vastanneiden saamat hyvät pistemäärät jaarvosanat ovat kasvattaneet fysiikan syventävien kurssien suosiota, joka näkyy selvästilukuvuoden 1999 - 2000 lukion aaltoliikeopin oppilasmäärästä. Tutkimukseenosallistuneiden oppilaiden tarkat määrät eri luokka-asteilla on esitetty seuraavan luvun( 4.2 ) taulukossa 3.Itse olen toiminut syksystä 1979 alkaen Lopen yläasteen matematiikan, fysiikan jakemian lehtorina ja syksystä 1995 alkaen yläasteen ja lukion lehtorina. Olen siis kokokahdenkymmenen vuoden urani ajan toiminut samassa koulussa saaden vaikuttaafysiikan luokkatilojen suunnitteluun ja vastaten usein myös määrärahojen anomisestaja niiden käytöstä. Uskon, että omalla pitkäjänteisellä työllään, omalla mallillaan,opettaja voi vaikuttaa myönteisesti oppilaiden asenteisiin ja erityisesti tässätapauksessa asenteisiin fysiikkaa kohtaan.

564.2 Mittarit ja niiden käyttöOpetusta ei yläasteen puolella mitenkään painotettu aaltoliikkeeseen, vaan tutkimusliitettiin osaksi normaaleja tunneillani käyttämiäni opetuskäytänteitä. Tuntien rakenneja aiheisiin käytetty aika selviää luvuista 4.3.1 - 4.3.3 ja taulukosta 3 sekä liitteestä 7.Ensimmäiset kyselytutkimukset suoritettiin lukuvuonna 1997-1998 ja toisetlukuvuonna 1999-2000 taulukon 3 mukaisesti. Aihealueet ovat omienopetussuunnitelmiemme( Lopen lukion opetussuunnitelmat 1997 ja 1999, Lopen yläasteen opetussuunnitelmat1997 ja 1999 ) ja käyttämiemme oppikirjojen mukaiset ( Hirvonen, H. et. al. 1995,Hakulinen, H., Kurki-Suonio, K., Lavonen, J. 1995 ).Lukuvuoden 1999-2000 kyselytutkimus suoritettiin samoilla luokkatasoilla kuinlukuvuoden 1997-1998 kyselytutkimus. Koska kyselytutkimusten väliin jää yksilukuvuosi, ovat ensimmäisen kyselytutkimuksen seitsemäsluokkalaiset toisenkyselytutkimuksen yhdeksäsluokkalaisia ja ensimmäisen yhdeksäsluokkalaisetvastaavasti lukion toisen vuosikurssin oppilaita.Taulukko 3 esittää aaltoliikeopin kurssien sijoittumista eri luokka-asteille sekäkäytettävissä olleita tuntimääriä ja tutkimukseen osallistuneiden oppilaiden määriämolempina lukuvuosina.

57Taulukko 3: Oppilaille esitettyjen kartoitusten ajoittuminen.kartoitus ennen opetusjaksoa 49 opp./lv.97-98 24 opp./lv.99-007. lk noin 5 tuntiaVärähdysliike ( heiluri ja jousi )AaltoliikeÄänen synty, eteneminen ja ominaisuudetkartoitus opetusjakson jälkeen 49 opp./lv.97-98 24 opp./lv.99-00kartoitus ennen opetusjaksoa ei suor./lv.97-98 25 opp./lv.99-009. lk noin puoli kurssia eli noin 15 tuntia noin 9 tuntiaValokartoitus opetusjakson jälkeen 21 opp./lv.97-98 25 opp./lv.99-00kartoitus ennen opetusjaksoa 8 opp./lv.97-98 ei suor./lv.99-00lukio 2.vk 1 kurssi, noin 30 tuntiaAaltoliikekartoitus opetusjakson jälkeen ei suor./lv.97-98 17 opp./lv.99-00lukio 3. vk 1 kurssi, noin 30 tuntiaModerni fysiikkakartoitus opetusjakson jälkeen 8 opp./lv.97-98 ei suor./lv.99-004.2.1 Lukuvuoden 1997 - 1998 kyselytLukuvuoden 1997 - 1998 kyselyt ( liite 4 ) toteutettiin melko avoimina, joten niihinvastaaminen saattoi tuntua vaikealta. Osalle oppilaista kaikki kirjallinen tuottaminenon yläasteella vastenmielistä ja vaikeaakin. Avoimuus on kuitenkin mielestäni hyväkeino saada oppilas muuttamaan työskentelyään niin, että hänestä vähitellen tuleeaktiivinen oppija, joka pystyy kertomaan työskentelynsä pohjalta laatimastaan mallista.” Siellä tunnilla on mukavaa, kun ei koko ajan tarvitse kirjoittaa, vaan ennättääajatellakin. ” sanoi yläastetta käyvä tyttö äidilleen. ” Lukiossamme on paljon hyviä

58opettajia, he eivät lyö lyttyyn, vaan antavat mahdollisuuden tuoda ajatuksia julki. ”perusteli lukiota käyvä poika oman kuntansa lukion valintaa yläasteen oppilaalle.Seitsemännen luokan alkukartoitus suoritettiin aivan ensimmäisellä yläasteen fysiikantunnilla. Sillä pyrittiin totuttamaan oppilas kyselykaavakkeisiin ja suuntaamaanmielenkiinto tarkasteltavaan aiheeseen. Niinpä se mittasi oppilaan mielenkiintoaluonnontarkkailuun yleensä sekä sitä, mitä oppilas ala-asteen pohjalta ymmärtääsanalla luonto. Aaltoilusta oli alkukartoituksessa kaksi kysymystä. Kesällä 1997 esitinsaman alkukartoituksen tuolloin kymmenvuotiaalle tyttärelleni ja kahdeksanvuotiaallepojalleni.Seitsemännen luokan opetusjakson jälkeen pidetty kartoitus mittasi kolmenensimmäisen kysymyksen osalta asennetta fysiikan opiskeluun. Mahdollinenasenteellinen muutos tuli esiin vertaamalla näitä vastauksia alkukartoituksenvastauksiin. Kyselyn kahdessa viimeisessä tehtävässä alakohtineen keskityttiinaaltoliikkeeseen. Näistä sai kuvan siitä, millaisen mallin seitsemäsluokkalainenaaltoliikkeestä rakensi viiden aiheen parissa vietetyn tunnin pohjalta.Yhdeksännellä luokalla suoritettiin kartoitus valo-opin opetusjakson jälkeen. Sillähaluttiin selvittää, onko oppilas pystynyt kehittämään malliaan aaltoliikkeestä niin, ettäsaa miellettyä valon aaltoliikkeeksi. Kartoituksessa kiinnitettiiin huomiota myössiihen, miten oppilaat kokivat oman, pienissä ryhmissä suoritetun ja varsin avoimenaannetun projektityönsä vaikuttaneen valon ominaisuuksien ymmärtämiseen.Lukion aaltoliikeopin kurssi FYS 5 sijoittuu lukiossamme toisen vuosikurssin opintoohjelmaan.Ennen kurssin alkua suoritettiin kartoitus. Tällä haluttiin nähdä, millainenmalli oppilailla aaltoliikkeestä tässä vaiheessa yläasteen pohjalta oli. K. Seinelä toteaaväitöskirjassaan ( Seinelä, K. 1987 ), että hyväkin ryhmä unohtaa melkoisestiperuskoulun asioita. Seinelä tosin tarkastelee fysiikkaa teoreettisella tasollamääritelmistä ja yksiköistä lähtien.Lukion viimeisen syventävän kurssin FYS 8, Moderni fysiikka, jälkeen suoritettiinvielä kartoitus. Sillä haluttiin selvittää, millaisen mallin aaltoliikkeestä oppilas on

59rakentanut opiskeltuaan kaikki lukion fysiikan syventävät kurssit. Professori PeterLund kertoi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella 7. 8. 1997 pidetyillä SOLISkoulutuspäivillätulevaisuuden energiatekniikasta. Tällöin hän totesi: ” Valo onhankala käsite, eikä valoa voida varastoida. Kuitenkin koko moderni fysiikka perustuuPlanckin, Maxwellin jne. selville saamiin asioihin. Tämän päivän laitteet hyödyntävätvuosisadan alun fysiikkaa.”4.2.2 Lukuvuoden 1999 - 2000 kyselytSeitsemännen luokan alkukartoitus suoritettiin nytkin aivan ensimmäisellä yläasteenfysiikan tunnilla ja kysymykset olivat samat kuin aiemmassakin kyselyssä. Halusinsäilyttää kysymysten avoimuuden, enkä ” lyödä lyttyyn ” tai pakottaa tiettyynmuotoon. Halusin nähdä, mitä vasta fysiikan opiskelua aloittavasta lapsesta löytyy. ”Kyllä teen havaintoja ympäristöstäni. En tiedä onko se filosofiaa, mutta mietin aina:miksi ja miten. Esim: miten ihminen on keksinyt sitä ja tätä. ” Näin kirjoitti eräsoppilas. Toinen totesi, ettei hän tee ympäristöstään havaintoja, koska on aina muualla.Seitsemännen luokan opetusjakso oli nytkin viiden oppitunnin pituinen. Sen jälkeensuoritettu kartoitus oli kehitetty lukuvuonna 1997-1998 pidetyn loppukartoituksenpohjalta.Suurimmat muutokset tulivat yhdeksännen luokan osalle. Niistä neljästä fysiikanryhmästä, joita olin lukuvuotena 1997-1998 seitsemännellä luokalla opettanut, sain nytheidän ollessaan yhdeksännellä luokalla opetettavakseni vain yhden. Toiseksiryhmäksi sain ennen eri opettajalla olleen ryhmän. Tästä syystä päätin suorittaa ennenvalo-opin opintokokonaisuuden alkua alkukartoituksen, jolla ryhmien välillämahdollisesti olevat erot ennakkokäsityksissä tulisivat esiin. Toinen kartoitus oli valoopinopintokokonaisuuden lopussa. Kartoitusten kysymysten laadinnassa tukeuduinMaija Ahteen tutkimukseen ( Ahtee, M. 1992 ), jossa selvitetään luokanopettajaksiopiskelevien suomalaisten käsityksiä valo-opista. Kartoituksilla seurattiin, mitenoppilaan malli valolähteestä ja valon suoraviivaisesta etenemisestä muuttuu

60opetusjakson aikana. Myös heijastumisen ja taittumisen käsitteiden täsmentymistä voikartoitusten perusteella seurata. Alkukartoituksessa oli neljä avointa ja kaksi suljettuatehtävää. Loppukartoituksessa oli seitsemän suljettua tehtävää. Loppukartoituksenviimeinen tehtävä oli sama kuin lukuvuonna 1997-1998. Se oli avoin ja siinäpyydettiin kertomaan tunnilla tehdystä tutkimuksesta, joka auttaisi ymmärtämäänvaloa aaltoliikkeenä. Kahtena eri lukuvuotena samaan kysymykseen saadut vastauksetmahdollistavat eri ”vuosikertojen” vertailun, vaikka opetusjaksoon käytetyissätuntimäärissä olikin suuri ero.Uuden arvioinnin velvoitteiden mukaisesti oppilaita pyydettiin jakson lopussaarvioimaan käytettyjä työskentelymuotoja. Osa oppilaista oli tällöin tutustumisjaksollatyöelämään, eikä heiltä saatu palautetta. Tämä arviointikaavake on esitetty liitteessä 7.Lukion toisella vuosikurssilla suoritettiin kartoitus vain aaltoliikeopin kurssin jälkeen.Näin siksi, että kymmentä kurssille osallistunutta oppilasta olin opettanut fysiikassamyös yläasteella ja heistä kahdeksan oli ollut mukana kaksi vuotta aiemminsuoritetussa yhdeksännen luokan kartoituksessa. Heidän kehityksensä seuranta oli näinmahdollista. Kartoitus laadittiin lukuvuoden 1997-1998 lukion toisen vuosikurssinalkukartoituksen ja kolmannen vuosikurssin loppukartoituksen pohjalta. Kyselyllähaluttiin saada selville, millaisen kuvan oppilas on luonut aaltoliikkeen synnystä jaetenemisestä ja mitä mitattavia ominaisuuksia hän aaltoliikkeeseen liittää. Seuraavaksitutkittiin, miten oppilas käsittää äänen ja valon aaltoliikkeeksi ja millaisia aaltoliikkeensovelluksia hän tietää. Kartoitus pysyi melko avoimena, vain yksi tehtävä oli suljettu.Siinä kysyttiin erilaisten termodynaamisten ominaisuuksien vaikutusta aaltoliikkeeseenja pyydettiin selvittämään yhden vaikutusta tarkemmin. Viimeisessä tehtävässä pitietsiä yhteyksiä aaltoliikkeen ja mekaanisen systeemin liikkeen ja vuorovaikutustenväliltä.Lukuvuotena 1999-2000 en opettanut lukion kolmatta vuosikurssia, joten modernin fysiikankurssin jälkeistä kartoitusta ei suoritettu.

614.3 Opetuksen toteuttaminenFysikaalisen käsitteen opettaminen aloitetaan tarkasteltavaan ilmiöön liittyvilläoppilaiden havainnoilla. Opetuskeskustelun avulla ilmiöstä pyritään saamaanmahdollisimman paljon selville, mitä seikkoja ja miten oppilaat kytkevät kyseiseenilmiöön. Keskustellaan siitä, mitä asioita voisi tutkia, mitä mitata ja miten tämän voisitehdä. Oppilaiden keskenään käymät keskustelut ja opettajan ja luokan välisetkeskustelut tarjoavat oppilaille alustavan mahdollisuuden tarkastella omaaajatusmalliaan. Kaikki fysiikan käsitteenmuodostus alkaa perushahmotuksesta ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ), jossa tunnistetaan ja luokitellaan ilmiöalueen olioita, ilmiöitäja niiden ominaisuuksia sekä tarkastellaan ilmiöihin liittyvien ominaisuuksienpysyvyyttä tai muuttumista. Näin päästään riippuvuuden, aiheuttamisen javaikuttamisen tarkasteluihin. Olio tunnistetaan sen pysyvien ominaisuuksienperusteella. Ilmiössä on kyse olion ominaisuuksien muuttumisesta. Tämän tasonkokeellisuuteen kuuluu havaitsemista, tarkkailua ja kvalitatiivisia kokeita, joillatunnistamista ja luokittelua voidaan harjoitella. Mielikuvat luovat odotuksia,kvalitatiivisia ennusteita, ilmiöiden luonteesta ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ). Suureetsaavat merkityksen ominaisuuksien kvantitatiivisina vastineina ja lait suureidenvälisinä relaatioina.Oppilaat tekevät ehdotuksia mitattavista suureista ja opettaja voi täydentäämittaussuunnitelmia omilla ehdotuksillaan. Mittausten suorittamisen jälkeen tuloksetpyritään esittämään graafisesti, jotta suureiden välinen riippuvuus saataisiin selville.Yhteinen keskustelu on tässä selventävänä ja vahvistavana osana. Näissäkeskusteluissa pohditaan sitä, mitä tapahtui ja miksi. Selville saadut lait mahdollistavatuusien ennusteiden ja luokitteluperusteiden laadinnan. Myös pätevyysalueidentarkasteluun on kiinnitettävä huomiota. Jotta oppilas pystyisi rakentamaan uutta jaentistä kehittyneempää mallia tarkasteltavasta aihealueesta, tulee opettajan kiinnittääerityistä huomiota oppilastöiden ja demonstraatioiden ennakkovalmisteluihin.Opetuksen kannalta on tärkeätä erottaa havaittavat asiat ja fysiikan kehittyessä luodutmallit toisistaan. Kun opetussuunnitelmia nykyisin vuosittain tarkastetaan ja edelleenkehitetään kouluissa, on keskeisenä ongelmana kunkin osa-alueen oleellisten

62avainkäsitteiden löytäminen ja oppiaineksen rakentaminen niiden varaan. Tehdessänitätä toimintatutkimusta olen samalla tehnyt jatkuvaa opetussuunnitelmankehittämistyötä.4.3.1 Seitsemännen luokan aaltoliikeoppiSyksyllä 1997 oli opetettavanani neljä seitsemännen luokan ryhmää. Näissä oppilaitaoli yhteensä 58 ja heistä 49 oli mukana sekä alku- että loppukartoituksessa ja siismukana tässä tutkimuksessani. Värähdys- ja aaltoliikeoppi ajoittui fysiikanopiskelujakson loppuun. Siihen käytettiin 5 + 1 tuntia.Lukuvuotena 1999 - 2000 seitsemännen luokan ryhmiä oli opetettavanani kaksi.Näissä oppilaita oli yhteensä 24. He kaikki olivat mukana molemmissa kartoituksissa.Nyt ryhmien tunnit sijoittuivat eri jaksoihin. Aikaisempina lukuvuosina fysiikanopiskelun alussa oli suoritettu runsaasti perusmittauksia. Tänä lukuvuotena aloitettiinfysiikan opiskelu värähdys- ja aaltoliikeopista. Siihen käytettiin nytkin 5 + 1 tuntia.Tutkittaessa heilurin heilahdusaikaan vaikuttavia tekijöitä joudutaan tekemäänpituuden, massan ja ajan perusmittauksia. Ne sujuivat ilman erillistä harjoittelua janiiden tekeminen oli motivoitua, sillä oli menossa ”oikea tutkimus, eikä vaan pöydänpituuden mittaus”. Koordinaatiston käyttöön tulosten esittämisessä ja niiden tulkintaanpaneuduttiin tässä yhteydessä ensimmäistä kertaa fysiikan tunneilla. Opetuksenrakenne noudatti molempina lukuvuosina pääpiirteittäin seuraavassa esitettäväärunkoa.Ensimmäinen tunti käytettiin värähdysliikkeen tutkimiseen. Oppilaat kiinnittivättyöpareina ohuen langan päähän pienen mutterin painoksi ja tämän heilurin hekiinnittivät pöydällään olevaan statiiviin. Näissä rakenteluissa tuli esille joidenkinoppilaiden yllättävä kömpelyys käden taidoissa. Nokkelille pojille saattoi kestävänripustussilmukan teko ohueen lankaan tuottaa suuria vaikeuksia. Poikkeutettaessaheiluri tasapainoasemastaan tuli esiin uusia ongelmia. Ne oppilaat, jotka halusivatheilurinsa olevan muita heilureita pidemmän ja ottivat vielä poikkeutuskulman hyvin

63suureksi, eivät saaneet aikaan seinäkellon heilurin kaltaista liikettä. Heidän heilurinsatörmäili pöytään ja tukena olevaan statiiviin. Nyt oli sopiva kohta keskustella siitä,millainen heilurin tulisi mitoiltaan olla ja miten sitä on parasta poikkeuttaa. Tauluneteen kiinnitetyn suuren heilurin avulla käytiin läpi tasapainoasema, heilahtelun syy,heilahduskulma, yksi heilahdus ja heilahtelun vaimeneminen, myös vaimenemisensyistä keskusteltiin. Pohdittiin myös, mitä voisi mitata heilurin heilahdellessa. Mitattiinviiteen heilahdukseen kulunut aika ja jatkettiin miettimällä, miten heilahdusaikaa voisimuuttaa. Näin päädyttiin tutkimaan erityisesti heilurin varren ja heilurin massanvaikutusta heilahdusaikaan. Tulokset kirjattiin vihkoon taulukoihin ja ne esitettiinmyös graafisesti. Kaiken aikaa käytiin keskustelua. Osa tarvitsi apua käytännöntoteutuksessa, osa eteni hyvinkin itsenäisesti laatien ennusteita esimerkiksi massanvaikutuksesta heilahdusaikaan. Joku tiesi, miten mummun seinäkello säädetään aikaan,jos se jätättää. Yhteistä keskustelua tarvittiin erityisesti silloin, kun oma ennuste einäyttänyt käytännössä toteutuvan. Näppärimmät työparit tutkivat myösheilahduskulman vaikutusta, mutta vaikuttiko sen suuruus vai ei, olikin vaikea sanoa.Aiemmin suullisesti tehtyjen havaintojen näkymistä graafisista kuvaajista käytiin läpi.Havaintojen teossa oli periaatteena se, että mikään havainto ei ole liian vähäpätöinen jaettä jokainen osaa tehdä edes yhden havainnon.Toisella tunnilla jatkettiin värähdysliikkeen tarkastelua. Nyt oli vuorossa jousenvärähtely. Taulun eteen kiinnitetyn ison jousen avulla etsittiin tasapainoasema,selvitettiin yhden värähdyksen ja amplitudin käsitteet ja löydettiin yhtäläisyyksiävieressä olevaan heiluriin. Ryhmät tutkivat ainakin kahta erilaista jousta kuormittaenniitä punnuksilla. Tässä kohdassa joku huusi: ” Tää menee niin tiuhaa, ettei me pystytälaskemaan! ” Nyt oli luonnollista keskustella taajuudesta ja siitä, miksi saadaanerilaisia taajuuksia. Kahdella erilaisella jousella tutkittiin massan vaikutustavärähdysaikaan ja tietysti myös itse jousista aiheutuvaa eroa. Vihkoon taulukoitujentulosten perusteella piirrettiin samaan koordinaatistoon kummankin jousen kuvaajat.Havaintoja tehtiin kuvaajien muodosta, sen jatkumisesta samanlaisena tai erilaisenamittausalueen ulkopuolella ja samalla keskusteltiin vilkkaasti. Aaltoliikkeentarkastelun lähtökohtana oli näin tasapainoaseman molemmin puolin heilahtelevayksinkertainen systeemi, yksiulotteinen harmoninen värähtelijä.

64Kolmannella tunnilla aloitettiin varsinaisen aaltoliikkeen tarkastelu yhteisestiaaltoammeen ympärillä. ” On kaunis ja aurinkoinen päivä. Olemme meren rannalla. ”Aaltoamme oli piirtoheittimen päällä, joten ammeessa tapahtuvia ilmiöitä voitiinhavainnoida myös valkokankaalta. Mereen voi heittää kiven ja kauniinakin päivänä voialkaa yhtäkkiä sataa. Pudotettiin pisara ja katsottiin, miltä valkokankaalla näytti. Siellänäkyi renkaita, tummia ja vaaleita vuorotellen. Aaltoliikkeen syntyyn tarvittiin siisjokin tasapainotilan poistava ulkoinen häiriötekijä, joka tässä yhteisessätarkastelussamme oli pipetillä pisaroita pudotteleva opettaja. Havainnointia jatkettiin.Häiriön synnyttämät rengasmaiset aallot etenivät häiriökohdasta ulospäin, renkaatsuurenivat. Ammeen reunoista aallot palasivat takaisin toisinpäin ja nämä eri reunoistatulleet puoliympyrän muotoiset kaaret muodostivat kohdatessaan ruutumaisia kuvioita.Lopulta aallot vaimenivat. Aaltoliikkeelle tyypillinen heijastuminen oli helpostiymmärrettävissä. Kun pisaroita pudotettiin kahdesta pipetistä tai käytettiin kahtapistemäistä värähtelijää, saatiin ensimmäinen mielikuva aaltojen yhdistymisestä.Varsin kauniita tasoaaltoja tuli ensimmäisen kerran vahingossa, kun laitoin ensinpiirtoheittimen päälle ja siirsin pyörillä varustetun systeemin sitten kauemmaksivalkokankaasta. Kauniit tasoaallot etenivät ammeessa ja kankaalla näkyi tummien javaaleiden viivojen joukko. Mitähän mitattavaa tähän voisi liittää? Viivojen välimatkatuntui luontevalta mitattavalta ja näin aallonpituus oli saanut ensimmäisen hahmonsa.Joku havaitsi myös, että häirintänopeutta voisi mitata ja huomasi sen yhteyden viivojenvälimatkaan. Veden pinnan alle asetetun esteen havaittiin muuttavan aaltojen suuntaa,taittavan niitä ja kapeasta portista kulkiessaan tasoaalto selvästi taipui.Neljännellä tunnilla aaltoliikkeen ominaisuuksia tutkittiin lattialle venytetyn pitkänkierrejousen äärellä. Jousen keskikohdassa oli katseenvangitsijana rusetti. Taassynnytettiin aaltoja häiritsemällä jousta, nyt toisesta päästä poikittain pituussuuntaannähden. Rusetti heilahteli edestakaisin poikittaisesti jousen pituussuuntaan nähden.Poikittainen aaltoliike jousessa näytti kauniilta ja yhtymäkohtia veden aaltoiluunlöytyi. Aallonpituus voitiin mitata lattiassa olevien laattojen avulla ja aallonpituuden jataajuuden välisestä riippuvuudesta sai kuvan, kun toteutettiin pyynnöt ” Vispaa vieläkovempaa! ” Poikittaista aaltoliikettä havainnollistettiin myös ravistamalla mattoa,

65lyömällä rumpukalvoa tai tyhjän purkin päälle pingoitettua ilmapalloa japoikkeuttamalla kitaran kieltä. Eräässä ryhmässä tyttö näytti tässä vaiheessa hyvinmietteliäältä. Kun kysyin syytä, hän sanoi: ” Kun on poikittaista aaltoliikettä, niin onkositten myös pitkittäistä? ” Siirryttiin sysimään jousen päätä edestakaisin jousenpituussuunnassa ja niin jousen kierteet muodostivat tihentymiä ja harventumia,katselimme pitkittäistä aaltoliikettä. Siitä seitsemännen luokan aihealueeseen kuuluiääni. Meidän oli palattava lattialta konttaamasta istumaan hiljaa pulpetteihin. Oltiinihan hiljaa, eikä kuultu mitään. Mutta kun kynä putosi lattialle tai joku veti ikkunaneteen verhoa, aistimme ääniä. Ääni kytkeytyi näin liikkeeseen, jonka häiriö oliaiheuttanut. Tarkasteltiin äänen syntyä kielisoittimissa, lyömäsoittimissa, puhaltimissaja kosketinsoittimissa. Käytössämme oli lasten vanhoja soittimia, joilla oppilasjoukkoinnostui etsimään yhteistä sävelmää.Viides tunti aloitettiin värähtelytaajuuden ja havaitun äänen korkeuden välistäriippuvuutta tutkimalla. Pöydän reunaan puristettiin metalliviivoitin ja toinentyöryhmästä laittoi sen värähtelemään. Ensin viivoitin oli pitkä ja sitten värähtelevääosaa lyhennettiin. Värähtelytaajuus kasvoi selvästi ja ääni tuli korkeammaksi. Tässäyhteydessä keskusteltiin äänen korkeuden ja äänen voimakkuuden erosta ja myösmelusta ja sen torjunnasta. Jatkettiin sitten ääniaaltojen ominaisuuksien etsimistä.Kaikuminen selittyi ensimmäisenä, siinähän ääni tietysti palasi takaisin jostakinpinnasta kuten vesiaallot olivat palanneet aaltoammeen reunoilta! Myös ääniaaltojenyhdistyminen oli havaittavissa. Ääni siis syntyi, eteni, heijastui ja interferoi kutenmekaaninen aaltoliike. Sekä mekaanisia aaltoja että ääniä oli eri taajuisia.Havainnoitiin vielä Dopplerin ilmiö äänellä ja myös aaltoammeessa vesiaalloilla. Äänioli siis aaltoliikettä.Kuudennella tunnilla suoritettiin koontaa viiden edellisen tunnin asioista. Tässä yhteydessälaadittiin käsitekarttaa aaltoliikkeen synnystä, etenemisestä, muodoista ja havaituista ilmiöistä.Opetusjakson jälkeinen kartoitus tehtiin tällä tunnilla.

664.3.2 Yhdeksännen luokan aaltoliikeoppiYhdeksännellä luokalla fysiikkaa opiskellaan koulussamme kaksi kurssia, jotkasijoittuvat kahteen mielivaltaiseen jaksoon. Kumpaankin kurssiin kuuluuopetussuunnitelman mukaisesti kaksi fysiikan eri osa-aluetta. Jakso kestää noinseitsemän viikkoa ja viikossa aineen oppitunteja on viisi. Näistä neljästä tunnistamuodostuu kaksi kaksoistuntia, yhden jäädessä ” yksinäiseksi ”. Lukuvuonna 1997 -1998 tutkimuksessa mukana olleiden oppilaiden valo-opin opintokokonaisuus sijoittuiviimeiseen jaksoon, johon myös oppilaiden viikon työharjoittelu sijoittui. Samoinlukuvuonna 1999 - 2000 tutkimuksessani mukana olleet ryhmät opiskelivat fysiikkaaviimeisessä jaksossa ja heilläkin työharjoittelu vähensi fysiikan tuntien määrääviidellä. Tämä ohjasi omalta osaltaan opetuksen suunnittelua.Yhdeksännellä luokalla tutustuttiin aaltoliikeopista valo-oppiin keskittyen senperuskäsitteisiin, joita tarvitaan jokapäiväisten ilmiöiden ja luonnontieteellisenmenetelmän ymmärtämiseen. Näiden avulla oppilaan on mahdollista kehittääajatteluaan ja laajentaa maailmankuvaansa. Opetuksessa oli tärkeätä fysiikan luonteenja rakenteen lisäksi esittää asiat niin, että ne kytkeytyivät mielekkäästi oppilaidenaikaisempaan aaltoliikeopin ”maailmaan”. Lähtökohdan tuli siis olla seitsemännenluokan aaltoliikeopissa ja näkemistapahtumassa. Lukuvuonna 97-98 valo-oppiinkäytettiin noin kolme viikkoa eli noin 15 oppituntia. Eräs fysiikan tuntien tehtävä onaina herättää ja ylläpitää oppilaiden kiinnostus luonnontieteellisiin ilmiöihin niin, ettähe itse ottavat vastuuta ja ponnistelevat ymmärtääkseen ja oppiakseen ( Ahtee, M.1992 ). Yhdeksännen luokan lopulla oppilaat olivat jo tottuneet ilmaisemaan omatkäsityksensä ja selitysmallinsa perusteluineen työskenneltyään seitsemänneltä luokaltasaakka fysiikan tunneilla pienissä ryhmissä pohtien. Pitää kuitenkin varoa liianlaajojen johtopäätösten tekoa ja erityistä huomiota tulee kiinnittää käsitteen ja mallinyleisyyteen ja pätevyysalueeseen.Seuraavassa esitys siitä, miten valo-oppia käytiin läpi lukuvuonna 1997-1998käytettävissä olevien viidentoista tunnin aikana. Ensimmäisellä kaksoistunnillaoppilaat tulivat valottomaan luokkaan, jossa verhot oli suljettu. Tästä lähdettiin

67miettimään näkemisen edellytyksiä ja keskustelemaan valoisan ja pimeän käsitteistä.Keskustelu jatkui valonlähteisiin ja niitä tutkittaessa huomattiin valoon liittyvän myöslämpoä. Oppilaiden käytössä oleviin optisiin penkkeihin kuuluvaa lamppua olimahdollista liikutella mustan metallilieriön sisällä pituussuunnassa, joten tässäyhteydessä käsiteltiin valon leviämistä kaikkialle. Valon annettiin kohdata erilaisiaaineita ja esineitä, joita voitiin kokeilujen perusteella jaotella läpinäkyviin jaläpinäkymättömiin. Jaottelua jatkettiin tutkimalla, mitä valolle tapahtui, kun se kohtasierilaisia pintoja. Tätä jaottelua käytettiin tulevien tuntien suunnittelun pohjana.Valonsädemalli otettiin esiin ja asetettiin lampun eteen rako. Valonsädemallistakeskusteltaessa pitää muistaa korostaa, että kyse on nimenomaan mallista, jonka avullapystytään kuvaamaan ja selittämään esimerkiksi valon eteneminen varjostimelle javarjojen muodostuminen. Varjoja tarkasteltaessa käytiin läpi Auringon ja Kuunpimennykset.Seuraavalla kaksoistunnilla aiheena oli heijastuminen. Heijastumista havaittiintapahtuvan muunlaisistakin pinnoista kuin varsinaisista peilipinnoista. Runsaasti hupiasaatiin aikaan työparin peilatessa itseään ruokalusikan pesän koverasta ja kuperastapinnasta. Heijastumisen säännönmukaisuus, heijastuslaki, löydettiin yhdessäsuuremman laitteiston ja tasopeilin avulla. Tähän liitettiin piirtämisharjoituksiavalkoiselle paperille, sillä geometriset käsitteet suora, kulma, sen mittaaminen jatunnetun kulman kokoisen kulman piirtäminen, kohtisuoruus ja normaali tuottavatosalle oppilaista vaikeuksia. Geokolmion mukanaolo fysiikan tunneilla varmistetaanteippaamalla sille ” koti ” oppikirjan kanteen. Tasopeilin jälkeen siirryttiin tutkimaanvalon käyttäytymistä koverassa ja kuperassa pallopeilissä.Yhdeksännellä luokalla olen teetättänyt oppilailla pienissä ryhmissä ( 2 - 4 oppilasta )projektityön kustakin opiskellusta fysiikan osa-alueesta. Myös valo-oppiin liitettiinprojektityö. Oppitunteja näihin käytettiin 1 -2, suurin osa työstä siis tehtiin oppituntienulkopuolella. Tunti tai kaksi kului myös siihen, että eri ryhmissä olleet oppilaatpääsivät tutustumaan toisten kokoamiin laitteistoihin ja töiden tuloksiin. Projektitöistäon tullut vuosien kuluessa varsin suosittuja ryhmissäni, vaikka osaa oppilaistaoppituntien ulkopuolinen työ harmittaakin. Suurin osa oppilaista kuitenkin nauttii

68työskentelystä normaalin luokkatyöskentelyn ulkopuolella omassa rauhassa ja itsetietoa etsien. Ohjauksen ja opastuksen tarpeesta keskusteltiin aina tavattaessa. Valoopissaprojektitöiden aiheet esiteltiin ensimmäisellä yksöistunnilla. Töiden on tarkoitusolla melko avoimia ( Levävaara, H. 1997 ), tarvittavat välineet ja niiden säilytyspaikkakäydään läpi samalla kun ryhmät valitsevat aiheensa.Aiheina tarjottiin seuraavia:* neulanreikäkamera ( yhdessä kuvaamataidon kanssa )* kaukoputket* jokin muu optinen laite* kuun vaiheet ( Tästä eräs ryhmä toteutti itse kolmiulotteisen mallin. )* kokonaisheijastus* UV-säteily / solarium* valoisuustutkimus ( luximittari )* värisuodattimet* polaroid-aurinkolasitTyössä käytetty laitteisto ja sillä tehtyjen havaintojen piti olla valmiina esitettäväksimuille ryhmille jakson lopussa. Työstä laadittiin myös 1 - 3 arkkia pitkä raportti.Tulevalla kaksoistunnilla palattiin taas yhteisten tutkimusten pariin.Heijastumistarkasteluja jatkettiin tutkimalla kuvan muodostumista peileissä. Kunperiaate oli selvinnyt, oppilaita rohkaistiin muuttelemaan esineen etäisyyttä ja kokoasekä peilin polttoväliä. Muuttelua tehtiin sekä kokeilulaitteistolla ettävihkopiirustuksissa.Seuraavien kolmen tunnin aiheena oli taittuminen rajapinnassa. Aluksi tuli runsaastihupia, kun työparia katseltiin linssin läpi. Osansa sai myös opettaja, joka joissakintapauksissa oli ylösalaisin. Tarkempia tutkimuksia ja kulmien mittauksia tehtiinyhdessä savulaatikon ja laserin äärellä. Laser on kovasti oppilaita kiehtova laite.Savulaatikkotarkasteluissa näkyi selvästi taittumisen kanssa samanaikainenheijastuminen. Oppilaat tutkivat myös omilla laitteistoillaan valon käyttäytymistäilman ja lasin rajapinnassa ja linsseissä. Taittumislaki sinimuodossa jäi löytymättä,

69mutta kulmien suuruudet menevät oikeinpäin. Yhdensuuntaissiirtymä olimielenkiintoinen tutkimuskohde. Vielä mukaan liitettiin kuvan muodostuminenlinsseissä kokeellisesti tutkien ja havaintoja varmennettiin piirroksilla valkoisellepaperille. Erityisesti tytöt mieltyivät geometrisen optiikan piirtämistehtäviin.Piirroksissa esineen paikka ja linssien tyyppi ja polttovälit muuttuivat ja ehdot kuvansyntymiselle selvenivät.Oman kaksoistuntinsa sai värit yhdessä spektrin kanssa. Oppilaat pitävät helposti väriäesineen ominaisuutena, eivätkä liitä siihen valoa. Vihreä pulpetti näytti vihreältä, koskase oli maalattu vihreällä maalilla, sanoi eräs oppilas. Toinen muisti, että valo-opintunneilla oltiin usein hämärässä, lähes pimeässä, ja kysyi, miksei pulpetti silloin näytävihreältä. Tarvitaanhan värien näkemiseen valoakin! Tästä päästiin jo tuttujenheijastumisen ja absorboitumisen kautta eteenpäin. Vielä osoitettiin prisman avullavalkoisen valon koostuvan eri väreistä. Vastaavasti sadepisarat taittavat valon ja syntyysateenkaari. Laserin yksivärinen valo ei prismassa väreiksi hajaantunut.Jakson viimeinen kaksoistunti käytettiin projektitöiden purkuun. Ryhmät esittelivättyönsä ja toisetkin ryhmät kokeilivat koottuja laitteistoja. Neulanreikäkamera sairunsaasti huomiota. ” Onks noi kuvat ihan tosi otettu tolla pahvilaatikolla? ” Suurijoukko oppilaita rynnisti myös luksimittarin kanssa pilviselle pihalle. Keskusteluariittäisi pidemmäksikin ajaksi. Osa ryhmistä oli liittänyt työhönsä ”seinälakanan”,eräänlaisen posterin. Raportit keräsin luettavakseni.Viimeisellä tunnilla oppilaat suorittivat koontaa ja laativat valosta käsitekarttaa.Projektityöt palautettiin. Ne palautetaan aina ryhmille henkilökohtaisesti jakeskustellen. Lopuksi oppilaat vastasivat kyselyyni, jolla pyrin selvittämään, mitenkokeellisuus oli auttanut valo-opin omaksumisessa ja miten valolla havaitut ilmiötauttoivat mieltämään valon aaltoliikkeeksi.Valo-opin ajoittuessa viimeisen jakson loppuun oli varsinainen oppilasarviointi jotehty ja lähetetty yhteisvalintatoimistoon. Pyrin kuitenkin kirjoittamaan projektityön

70yhteydessä annettavaan palautteeseen laajemminkin arviointia valo-opintyöskentelystä.Lukuvuonna 1999-2000 yhdeksännen luokan viimeisen jakson fysiikan tuntimääräävähensivät työharjoittelujakson lisäksi taksvärkkipäivä, englannin ja ruotsintasokokeet, pitkäperjantai ja pääsiäismaanantai, nuori osaaja-toimintapäivä,vappukonsetti, vapun osuminen maanantaiksi sekä toisella ryhmällä luokkaretkipäivä.Valo-oppiin käytettävissä olevat tunnit supistuivat toisella ryhmällä kahteentoista jatoisella yhdeksään. Tämä sekä lukuvuonna 1997-1998 tehtyjen kartoitusten antamamyönteinen kuva projektityöskentelystä antoivat aiheen työskentelyn muuttamiseen.Kehittämisessä käytin apuna Levävaaran tutkimusta ( Levävaara, H. 1997 ), jokatarkastelee avointa tutkimusta peruskoulun valo-opin opetuksessa. Oppilaiden olitarkoitus opiskella koko valo-oppi mahdollisimman avoimesti, pitää työskentelystäänpäiväkirjaa ja laatia portfolio. Työskentelytapoina korostuivat omat tutkimukset,työryhmän sisäiset ja ryhmien väliset keskustelut sekä luonnollisesti työskentelyäohjaavat keskustelut opettajan kanssa. Jokaiselle työskentelytuokiolle nimettiin aihe jatutkimusten tekoon ohjattiin työkirjan ja monisteiden avulla. Ottaen huomioon fysiikanvähäinen ja vajavainen esitys ala-asteella lähdettiin useissa kohdissa liikkeelle Iloailmiöistä-kirjan ( Makkonen, T., Sihvonen, P. 1998 ) monistepohjien mukaisesti.Myös oppikirjan ( Hirvonen, H. et. al. 1995 ) aiheeseen liittyvät sivut ilmoitettiin.Varsinaisia harjoitus- tai kotitehtäviä ei määrätty, vaan avoimen työskentelynmukaisesti oppilaat saivat tehdä itse valitsemiaan kirjan tehtäviä ja opettajan antamiaaikaisempien vuosien harjoitus- ja testimonisteita ja liittää niitä omaan portfolioonsaosoittamaan oppimisensa edistymistä ja tasoa. Tarkoituksena oli, että oppilas perehtyytunnilla omaan tahtiinsa edes johonkin tutkimusaiheessa annettuun ilmiöön. Tässätyöskentelyssä oppilas joutui kehittämään käden taitojen lisäksi mittaustensuorittamisen ja mittausmenetelmien suunnittelujen taitoja. Näitä kaikkia oppilastarvitsi keksimistä ja todentamista korostavien kokeellisten töiden yhteydessä.Oppilaat joutuivat myös työskentelemään itsenäisesti ja tekemään omia valintojatutkimustavoista. Tällöin heillä oli mahdollisuus kehittää omaa käsitteellistä jamenetelmällistä ymmärrystä omista lähtökohdistaan. Keskustellessaan toistentyöryhmien kanssa he joutuivat arvioimaan omia suorituksiaan ja tuloksiaan. Kotona

71hänen pitäisi jatkaa työskentelyä perehtymällä oppikirjaan ja tutkimuksensamuistiinpanoihin sekä tekemällä tehtäviä ja valitsemalla portfoliossaan esitettäviäkohtia. Seuraavilla kerroilla hänellä oli mahdollisuus palata aikaisempiinkin kohtiin,jos siltä tuntui. Liitteessä 7 on esitetty näyte molempien ryhmien kurssipäiväkirjoista.Niistä ilmenee kuhunkin aiheeseen käytettävissä ollut tuntimäärä. Ensimmäinenkaksoistunti käytettiin välineisiin tutustumiseen ja valon käsitteeseen. Oppilaat tutkivatvarjon syntyä, valon käyttäytymistä, kun se kohtaa erilaisia rajapintoja ja etäisyydenvaikutusta valoisuuteen. Toisella kaksoistunnilla heijastuminen oli erityisaiheena.Valon taittumisen tutkimiseen käytettiin myös kaksoistunti. Väreihin oli toisellaryhmällä käytössä kaksoistunti, toisella vain yksi tunti. Liitteessä 7 on myös esitettyuuden arvioinnin mukaisesti arvosanan 8 kriteerit valo-opin portfoliolle.4.3.3 Aaltoliikeoppi lukiossaFysiikan syventävää kurssia aaltoliikeopista opiskeli lukuvuonna 1997 - 1998kahdeksan oppilasta ja kaikki fysiikan syventävät kurssit sekä soveltavankertauskurssin sai keväällä 1998 valmiiksi yhdeksän oppilasta. Lukuvuotena 1999 -2000 aaltoliikeopin kurssia opiskeli 17 oppilasta. Modernin fysiikan kurssia en tuonalukuvuotena opettanut. Lukiossamme ei ole erillistä fysiikan työkurssia, silläkokeellisuus kuuluu jokaiseen kaksoistuntiin. Myös kurssikokeessa on kokeellinenosio. Yläasteen aikana oppilaat ovat opiskelleet fysiikkaa eri opettajien ohjauksessa,joten heidän taustansa fysiikassa voi olla hyvinkin erilainen.Fysiikan kurssina numero viisi opiskellaan lukiossamme aaltoliikeopin kurssi. Seajoittuu lukio-opiskelun toisen vuoden kevääseen. Sitä ennen on jo opiskeltusyventävinä kursseina molemmat mekaniikan kurssit sekä lämpö ja energia-kurssi.Aaltoliikeopin kurssin on näin mahdollista tarjota antoisia yhtymäkohtia mekaniikkaanja energiatarkasteluihin.Molempina lukuvuosina edettiin pääpiirteittäin seuraavassa esitetyn rungonmukaisesti.

72Ensimmäisellä kaksoistunnilla oppilaat saivat suorittaa pienissä ryhmissä tai itsekseenperushahmotusta aaltoliikkeestä. Tätä työskentelyä seuraamalla ja tukemalla sainkuvan oppilaiden alkutilanteesta aaltoliikeopissa ja sain oppilaat palauttamaanmieleensä asioita aikaisemmista opinnoistaan. Luokkaan olin jo valmiiksi ennen tuntiasijoittanut tutkimuspisteet, eräänlaiset avoimet itsepalveludemonstraatiot. Oppilaatkiersivät kohteet läpi tukenaan kurssikirja ( Hakulinen, H., Kurki-Suonio, K., Lavonen,J. 1995 ) ja moniste, jonka runko oli seuraavassa esitetyn kaltainen.LU/kurssi 5: Tutustu luokassa olevien järjestelyjen avulla erilaisiin aaltoliikkeisiin janiihin liittyviin ilmiöihin.A aineen aallot (mekaaninen aaltoliike)B sähkömagneettiset aallotSuluissa olevat numerot tarkoittavat oppikirjan tehtäviä ja sieltä voit etsiä tarkempiasuoritusohjeita.Mitä aaltoliikkeen syntyyn tarvitaan?A1 Veden pinta-aallota) rengasaallotb) tasoaallotc) keula-aallotA2 Hiekkaa kahdesta raostaA3 Äänia) jännitetty kielib) jännitetty kalvoc) puhallind) ksylofoniA4 Kimmoaallot ( huomaa myös ed. kohdan a ja b )a) kaksi erilaista jousta s. 14b) kaksi samanlaista jousta ( 47 )c) pitkä jousi ( 53 )d viisi heiluria ( 46 )e) köysi ( 51 )f) köysi + lanka ( 52 )

73B1 Radioaallota) Mitä muutat, kun vaihdat asemaa?b) Miksi saat kyseisellä tavalla kuullaksesi eri lähetystä?B2 MikroaallotMitä aallot kuljettavat?B3 ValoaallotTutustu erilaisiin valonlähteisiin ja valon ominaisuuksiin.a) kynttiläb) hehkulamppuc) ehjä loisteputkid) risa loisteputki, hankaae) laserKohdat B1 ja B2 oli järjestetty yhdelle työpöydälle niin, että pöydältä löytyivät radio,radiolla varustetut kuulosuojaimet ja mikroaaltouuni. Jokaiselle oppilaalle oli varattuyksi pasteija ja myös juotavaa. Kun kaksoistunti oli päättynyt ja oppilaat olivatpoistumassa, eräs heistä sanoi: ” Kiitos varsin poikkeuksellisesta tunnista. ” Tämämyönteinen palaute vaikutti osaltaan siihen, että säilytin aloituksen samanlaisena myöslukuvuonna 99-00.Seuraavalla tunnilla käynnistettiin opiskelun eteneminen käytetyn oppikirjanmukaisesti. Lukuvuoden 1997-1998 alkukartoitus suoritettiin myös tässä vaiheessa.Vaikka hahmottava lähestymistapa oli tullut jo tutuksi aikaisemmissa kursseissa,oppilaita ohjattiin edelleen havainnoista oppimiseen, havaintojen käsitteistämiseen,esittämiseen ja tulkintaan. Ennen kaavojen käyttöä tulee ymmärtää käsitteidenmerkitykset. Lähestyminen aloitettiin jokapäiväisen ympäristön ilmiöidenmonipuolisesta havaitsemisesta ja sitä jatkettiin työryhmissä suoritettavillayksinkertaisilla kokeilla, joista oppilaat voivat tehdä muistiinpanoja. Varsinaisiatutkimusraportteja ei pyydetty. Kaksoistunnit tarjosivat hyvän mahdollisuudenkokeelliseen työskentelyyn. Tavallista oli, että ryhmässä kuului tuskainen kommentti:” Mä en nyt tajuu tota. ” Ja yhtä tavallista oli, että apu löytyi läheltä toisen oppilaanaloittaessa: ” Kuule mä ajattelin sen näin ...” Ryhmän kaikki fysiikan tunnit pidettiin

74samassa fysiikan luokassa, joten välineet olivat jatkuvasti helposti saatavilla ja niitävoitiin hyödyntää myös harjoitustehtävien yhteydessä. Mikäli oppilaalla oli kirjaaluettuaan ristiriita kirjan ja oman mallinsa välillä, hänen oli helppo palata kokeelliseentyöskentelyyn uudelleen.Kurssin FYS 5 opiskeluun on käytössä yksi jakso, jonka loppuun sijoittuva koeviikkopienentää käytettävissä olevaa tuntimäärää 5 - 7:llä. Varsinaiseen opetuskäyttöön jääkorkeintaan 30 tuntia. Olen itse vieraillut lukiossa, jossa tunneilla yhdessä käsitellään1/3 kirjan aiheista ja loppuun oppilaat perehtyvät itsekseen lukien. Empirian ja teoriankietoutuminen toisiinsa jää tällöin varmasti vähäiseksi, vaikka osa lukion oppilaistakantaa itsenäisen vastuun omasta oppimisestaan hyvin. Osalla ei tätä taitoa kuitenkaanole. Erityisesti näille oppilaille ja myös heidän vanhemmilleen on tärkeää, että kirjassaolevat asiat käydään yhdessä läpi. Tämä onnistuu, kun jo kurssin alussa suhteutetaanasiamäärä käytettävään tuntimäärään. Pienessä lukiossa kurssien toteutuminen ontaistelua oppilaista ja tämä aiheuttaa sen, että myös vain vähäisiä oppimisvalmiuksiaomaavia oppilaita pitää kannustaa ja tukea selviytymään kursseista.Aaltoliikeopin kokonaisuuteen kuului kolme ilmiöaluetta, joiden käsittelyä edeltääkirjassa lyhyt katsaus erilaisiin aaltoihin. Näistä aallot kentässä ja dualismi herättivätoppilaissa niin paljon mielenkiintoa, ettei eteneminen tahtonut päästä alkuunollenkaan. ” Etkö sä nyt voisi selittää tän suhteellisuusteorian niin, että mä tajuun sen?Kaiken muun mä olen tajunnut ihan hyvin, mutta tää nyt vaivaa mua. ”Ilmiöalueista käsiteltiin ensimmäisenä mekaanisia aaltoja, joita oli viimeksi tarkasteltuseitsemännellä luokalla. Tutustuminen myös aloitettiin hyvin vastaavalla tavallatutkimalla ensin veden pinta-aaltoja ja jousen kimmoaaltoja. Näillä tarkasteluillaluotiin pohjaa aaltoliikkeen tuntomerkeille, jotta ne aikanaan oivallettaisiin myösäänen ja valon ilmiöissä. Voiman käsite samoin kuin rata olivat jo mekaniikankursseista tuttuja. Myös kuvaajien piirtämiseen ja tulkintaan oli jo totuttu.Värähdysliikkeen energiatarkastelussa tukea saatiin kurssista FYS 2, lämpö ja energia.Vaikka poikittaiseen ja pitkittäiseen aaltoliikkeeseen pitäisi tutustua jo seitsemännelläluokalla, tuli eräältä oppilaalta iloinen huudahdus: ” No nyt mä vasta tajuun ton

75pitkittäisen! ” Vaikka tarkastelut aloitettiinkin alusta, niissä päädyttiin pidemmälle jasyvemmälle kuin yläasteella. Yksinkertaisia kokeita ei pidä vähätellä, sillä parioppilasta muisti, miten vihainen opettaja yläasteella oli ollut nähdessään oppilaallapipetin ja vesiastian.Mekaanisessa aaltoliikkeessä havaitut säännönmukaisuudet saivat muotonsa, niistä tulilakeja kokeellisuuden kautta. Kysymys: ” Mitäs sitten, jos ...? ” saa vastauksen: ” Nokokeile! ”. Ennusteita laadittiin ja testattiin ja rajoituksia löytyi.Toisena ilmiöalueena oli ääni, jossa aallot eivät näy. Ääni on se, mitä kuullaan, muttaäänen ilmiöiden perusteella ääni tunnistettiin myös aaltoliikkeeksi. Kun metalliliuskapuristettiin työpöytään ja sen vapaata päätä poikkeutettiin, muisteli joku taas aikaaomalla yläasteellaan: ” Jos me tehtiin näin, kun työkirjassa käskettiin, meiän ope saihepulin. ” Erilaisten äänien ja ääneen liittyvien ilmiöiden tutkiminen oskilloskoopillaoli erittäin suosittua. Laulutunteja ottavan tytön esitys sai toisen tytön sanomaan: ”Kuinka kukaan voi laulaa tollai? ” Oskilloskoopin näytössä näkyvät kuvat tarjosivatmateriaalia myös jatkokäsittelyyn.Kolmantena aihealueena kurssissa oli valo. Itse olen pyrkinyt yläasteella käsittelemäänvalon ilmiönä ja sädeoptiikan perusteet hyvin huolellisesti. Olenpa pyytänyt oppilaitasäilyttämään vihkonsa ja projektityönsä vastaisen varalle. Näin siksi, että lukiossa jäisiparemmin aikaa perehtyä valoon aaltoliikkeenä. Valoon liittyvä historiallinen osuuskerrottuine empirioineen kiinnosti monia oppilaita. Laser oli säilyttänyt suosionsa vielälukiossakin ja aikaa käytettiin sekä savulaatikon että hilojen äärellä. Taittumislaki sailopullisen muotonsa ja aurinkolasien luoma mielikuva polarisaatiosta muuttui taitäydentyi. Samalla kuva valosta näkymättömänä ja väliainetta tarvitsemattomanaaaltoliikkenä muotoutui ja aaltoliikeopin kokonaisuuden palat alkoivat löytääpaikkansa. Kolme tuntia kestävät pohjatunnit ennen koetta tarjosivat vielämahdollisuuden yhteisiin keskusteluihin ja mieltä vaivaamaan jääneisiin tehtäviin.Lukuvuonna 1999 - 2000 suoritettuun jakson jälkeiseen kartoitukseen oppilaatvastasivat vasta kurssikokeen palautustuokiossa, joka kestää noin 25 minuuttia.

76Fysiikan lukio-opiskelun toiseksi viimeisenä kurssina ( viimeisenä on kertauskurssi )on lukiossamme modernin fysiikan kurssi kurssina numero kahdeksan. Tämän kurssinsisältöihin kuuluu aaltohiukkasdualismi. Kurssiin ei liity paljoakaan sellaistakokeellisuuta, jota koulussa voidaan toteuttaa. Tästä huolimatta opiskelu eteni tälläkinkurssilla prosessina, jossa lähtökohtana oli klassisen fysiikan kokeellisuuden tarjoamattulokset. Nämä kuitenkin osoittautuivat ristiriitaisiksi moderni fysiikan koetulostenkanssa. Näin oppilaan oli vähitellen luovuttava perusmielikuvistaan ja rakennettavauutta maailmankuvaa. Tämän mallin kehittyneisyydestä loppukartoituksella pyrittiinsaamaan kuva.4.4 Oppilaan työskentelyKoulumme fysiikan opetuksen työtavat ovat olleet jatkuvassa muutosprosessissasyksystä 1984 alkaen. Syvään juurtunutta tapaa, jossa opettaja puhuu ja oppilaskuuntelee ja lukee sitten ulkoa, on tietoisesti lähdetty muuttamaan. Ensi kosketuksensafysiikkaan saavat seitsemännen luokan oppilaat totutetaan kokeellisuuden kauttaluomaan ymmärtävän oppimisen perustaa ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 ). Syksyllä1997 yläasteen aloittaneet oppilaat odottivat fysiikan olevan lähinnä matematiikkaa,siis laskemista sisällöttömillä kaavoilla. Toisaalta oppilaista suurin osa oli luonnostakiinnostuneita, mutta heille luontoa edustivat vain eläimet ja kasvit.Lähtökohtana fysiikan opiskelun alussa oli se, että fysiikka on havaintojen tekemistä jaettä jokainen osaa tehdä edes jonkin havainnon. Kun työparinsa sai vielä itse valita,ilostui monen aran ja pelokkaastikin fysiikan opiskeluun suhtautuvan oppilaan ilme.Ensimmäisellä tunnilla valittiin seitsemännen luokan ryhmissä yksi vapaaehtoinen jaaloitettiin havaintojen teko systeemillä, jonka muodosti tuo oppilas ja ilmapallo. Tässäyhteydessä maisteltiin sanoja vuorovaikutus ja ennuste. Havaintoja ja ennusteita tulialuksi runsaasti ilmapallosta, kunnes joku ryhmästä kysyi, etteikö havaintoja pitäisitehdä myös puhaltajasta. Näitäkin havaintoja löytyi. Puhallusta jatkettiin, laadittiinennusteita ja testattiin niitä, kunnes pallo meni rikki. Näin oli luotu ensimmäisetopettajan ja oppilaiden välisen vuoropuhelun perusteet. Tätä vuoropuhelua jatketaan

77läpi fysiikan kurssien, sillä kokeellinen työskentely, joka yleensä edellyttää laitteidenkokoamista, synnyttää monia kysymyksiä jo ennenkuin varsinaisiin havaintoihin janiiden jatkokäsittelyyn päästään.Lukuvuonna 1997-1998 yhdeksännellä luokalla olevat oppilaani olivat jo omaksuneetkokeellisen työskentelyn melko hyvin, sillä olimme työskennelleet yhdessä joseitsemänneltä luokalta lähtien sekä fysiikassa että matematiikassa. Ongelmia esiintyivain ryhmissä, joissa poissaolot olivat runsaita ja usein myös asiattomia. Nämäoppilaat kokivat kokeellisuuden raskaana ja toivoivat vain pelkkien tulostenjulkituomista voidakseen opetella ne ulkoa. On selvää, että ajattelua vaativaymmärtävä oppiminen kävi työlääksi, kun välistä puuttui tunteja, joilla totuttiinlaitteistojen käyttöön ja käytiin kokeellisuuden virittämää vuoropuhelua.Lukuvuonna 1999-2000 oli yhdeksännen luokan fysiikan ryhmien välillä suuri erosuhtautumisessa kokeelliseen työskentelyyn. Ryhmä, jonka kanssa olin työskennellytjo heidän ollessaan seitsemännellä ja joille siis hahmottava lähestymistapa oli joalustavasti tuttu, piti kokeellista työskentelyä luonnollisena. He osasivat myös hyvinpalata tarkastelemaan laitteistoilla asioita, jotka herättivät ristiriitoja ja epävarmuutta.Työryhmien välilläkin oli suuria eroja ripeydessä ja näppäryydessä. Yksi kahdenoppilaan muodostama työryhmä päätyi heijastuslain innoittamana miettimään, kuinkakorkea pitäisi tasopeilin olla, jotta siitä näkisi itsensä kokonaisena. Tämä työryhmäkävi pitkään keskustelua aiheesta ja luokassa ollut metrin korkuinen tasopeili sai ollapaitsi lattialla myös taulun liitukourussa ja työpöydällä. Vastauksen tähän työryhmänomasta kokeellisesta työskentelystä kummunneeseen tutkimusongelmaan ryhmä myösitse löysi. Vastaava tehtävä oli ollut kevään 1998 reaalikokeen fysiikan tehtävän osana.Käytettäessä avointa työskentelymuotoa pitäisi opettajan olla jatkuvasti valppaananähdäkseen mikä ryhmä milloinkin on työskentelyä edistävien, luovien kysymystentarpeessa. Näiden oppilaiden kanssa on mukava jatkaa työskentelyä syksystä 2000alkaen seuraavat kolme vuotta lukion kurssien parissa.Toinen lukuvuoden 1999-2000 yhdeksännen fysiikan ryhmistä vierasti alusta alkaenajatusta, että heidän tulisi saada asioita selville kokeelisen työskentelyn kautta. ”Jos ne

78(laitteet) menee rikki tai räjähtää. Eks sä vois vaan kertoo ne tulokset ja sit mekirjotettas ne tänne vihkoon?” Tämä ryhmä tarttui mieluusti monisteiden tehtäviin,mutta miten tehdä tehtäviä, kun kokeellisuuden kautta saatavat tiedot puuttuivat?Varsinaisessa ryhmätyöskentelyssä oli myös parannettavaa. Ensimmäisellätyöskentelykerralla yhden työryhmän aika meni siihen, että havaintoja tehtiin vaintyöparin kasvojen muuttumisesta lampun jännitettä suurennettaessa. Yllättävänhelposti työryhmät myös saattoivat unohtaa vastuunsa valo-opin opiskelusta ja ryhtyätekemään jotakin aivan muuta, vaikkapa suunittelemaan keväistä laivamatkaa taiteemaviikon esitteitä. Työskentelyilmapiiri ei sinänsä ollut raskas, mutta itse koin senkuitenkin oudoksi. Ryhmää opettaneet opettajat pitivät sitä hyvänä ja ihanteellisenaopetettavana. Saattoi olla, että opettajan uudenlaiset kysymykset yhdessä uusientyöskentelytapojen kanssa hämmensivät heitä. Kun palautin portfolioita ja niidenmukana olevia arviointeja oppilaille, ilmaisi eräs heistä selkeästi tyytyväisyytensänumeroonsa 5 1/2. ” En kyllä kotona paljon aikaa tähän käyttänyt, se on just noin.”Lukiomme opetussuunnitelmassa on sitouduttu hahmottavan lähestymistavankäyttöön. Kokeellisuus on siis sielläkin kaiken oppimisen pohjana. Jotta tämäkäytännössä onnistuisi parhaalla mahdollisella tavalla ja samalla voitaisiin pehmentäämahdollisesti yläasteella käytetystä erilaisesta opiskelutavasta johtuvia eroja, jaetaankolmenkymmenenkuuden oppilaan joukko kahteen ryhmään opiskeltaessa fysiikanpakollista kurssia. Kun pakollista fysiikan kurssia oli opiskeltu viikko, kysyi eräspojista, että näinkö ( kokeellisesta tutkimuksesta lähtien ) fysiikassa kaikki on keksitty.Hänen yläasteen opiskeluunsa ei ollut sisältynyt kokeellisuutta. Joskus myös oppilaskysyy, että saako näihin välineisiin koskea. Vastauksena hän kuulee, että niihin PITÄÄkoskea. Kun kysyin lukuvuotena 1998 - 1999 pakollisen kurssin suorittaneelta pojalta,jolla ei ollut tarkoitus jatkaa fysiikan opintojaan, kokemuksia kurssista, vastasi poikakurssin ylittäneen kaikki odotukset. Fysiikan opiskelua hän myös jatkoi.Syventävien kurssien ryhmät olivat pienessä lukiossa pieniä lukuvuonna 1997-1998,joten kokeellinen työskentely sujui ja välineet riittivät hyvin. Oppilaiden omanprosessin työstäminen tuli ilmi juuri aaltoliikeopin kurssissa, kun oppilas esittiopettajalle kysymyksen ja opettajan vastatessa toppuutteli opettajan vastausintoa jomuutaman sanan jälkeen. Vastaavasti toinen oppilas kertoi, ettei vielä ihan ymmärrä

79jotakin kohtaa, mutta jos hän voisi katsoa tilannetta vielä laitteistolla uudestaan, niinasia selkeytyisi. Ihanne olisikin, jos kurssilla käytetyt välineet ja rakennetut laitteetvoisivat olla koko kurssin ajan luokassa oppilaiden käytettävissä.Lukuvuonna 1999-2000 fysiikan syventävien kurssien oppilasmäärät olivat sekäensimmäisellä että toisella vuosikurssilla huomattavasti aikaisempia vuosiasuuremmat. Tämä oli pitänyt huomioida jo kyseiselle lukuvuodelle välinetilaustatehtäessä ja tietysti myös tuntien kokeellisuuden vaatimien valmistelujen teossa.Kokeellisuudesta kaiken oppimisen perustana ei kuitenkaan tingitty, eihän kaikentarvitse olla välinevalmistajalta ostettua. Tarkasteltaessa äänen kokonaisheijastustailman ja veden rajapinnassa työpöytä sai toimia laiturina, jolla vatsallaan maatenoppilas selvitti muulle työryhmälle, miten pään tulisi olla jos kaloille haluaisi puhua.Rajapinnan normaalina toimi tauluviivoitin. Ryhmän koon suureneminen kyllähelposti mahdollistaa sen, että epävarmat tai muuten hiljaiset oppilaat vetäytyvätentisestään. Selvästi mielellään oppilaat fysiikan tunneille lukiossamme tulevat. Kunfysiikan oppilaani tulivat jatkamaan yhden jakson mittaisen tauon jälkeen fysiikanopiskeluaan ja luokka oli kohdassa 4.3.3 esitetyn perushahmotuksen vaatimassavarustuksessa, sanoi yksi oppilaista aina tulevansa mielellään fysiikan tunneille. ”Tääon kun tulis Linnanmäelle tai seikkailupuistoon, koskaan ei tiedä mitä tänääntapahtuu.” Koin tämän positiiviseksi kommentiksi, sillä kokeellinen työskentelyvarmasti tarjoaa terveellistä vaihtelua lukiossa vielä paljon käytettyjen luentojenvastapainoksi. Usein esiin tulee myös kommentti siitä, miten fysiikan tunnit menevätniin nopeasti ja jotkin muut tunnit vastaavasti kovin hitaasti. Kun ilmailukurssiinliittyvä vierailija oli koulussamme fysiikan tunnin aikaan, tultiin ryhmästäni hakemaankolmea myös ilmailukursseja suorittavaa oppilasta tuota vierailijaa kuuntelemaan.Yksi pojista kieltäytyi lähtemästä ilmoittaen: ”Mä luulen, että mun fysiikkani ei nytkestä lähtemistä täältä.” Kaksi muuta lähtivät, tosin heidän lukio-opiskelunsa on jopäätynyt umpikujaan ja he keskeyttivät lukion. Lukio tarjoaa monia mielenkiintoisiakursseja ja niiden valinta on varmasti osalle vaikeaa, mutta oleellista ei ole valittujenkurssien määrä, vaan sitoutuminen valittuihin. Oppilaiden työskentelyä seuratessaopettajan omat jäykät työskentelytavat saavat terveellistä tuuletusta. Kun motivoitunutoppilasryhmä työskentelee yhdessä suunnitellen ja toteuttaen mittauslaitteistoja tulee

80varmasti erilaisia toteutuksia kuin opettajan perinteisesti demonstroidessaan esittämät.Taittumislakia tutkittaessa kuului yhdestä työryhmästä iloinen havainto: ” Hei nyt sevoi laittaa sinne kokeellisiin tehtäviin sellasen, että pitää selvittää ton valoa taittavankappaleen materiaali.”Kurssikokeensa kokeellisessa osiossa oppilaat suorittivat yksin yhden kokeellisentutkimuksen ja laativat siitä pienen raportin. Aiheina oli koveran peilinkaarevuussäteen määrittäminen, hilan hilavakion selvittäminen laserin avulla,etäisyyden vaikutus lampun valon valaistusvoimakkuuteen, valoa taittavan kappaleenmateriaalin selvitys ja valon taittumisen tutkiminen ilman ja veden rajapinnassa.4.5 Tutkimusaineiston keruuTutkimukseni tärkeimpänä tiedonkeruumenetelmänä oli oppilaille suunnattukyselykaavake. Lukuvuonna 1997 - 1998 se koostui melko avoimista kysymyksistä( liite 4 ). Kysely tehtiin kullakin ryhmällä välittömästi opetusjakson päätyttyä, jasiihen varattiin aikaa noin puoli tuntia. Oppilaat vastasivat kyselyyn omalla nimellään.Tämä mahdollisti kyselyjen täydentämisen haastattelemalla. Vastatessaan avoimiinkysymyksiin oppilaat joutuivat analysoimaan omia tekemisiään. Näin kyselyjenvastaukset kertovat oppilaan omasta prosessista.Lukuvuoden 1997 - 1998 kyselyjen perusteella laadittiin uudet kyselykaavakkeetlukuvuodelle 1999 - 2000 ( liite 5 ). Tässä yhteydessä päätettiin jättää lukionaaltoliikeopin kurssia edeltävä kartoitus pois, koska näiden oppilaidenalkukartoituksena voitaisiin pitää heille lukuvuonna 1997-1998 suoritettuayhdeksännen luokan loppukartoitusta. Sen sijaan heille lisättiin kysely pidettäväksivälittömästi lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeen. Kaikkiin loppukartoituksiin oppilaatvastasivat nytkin välittömästi opetusjakson jälkeen olevalla tunnilla ja omallanimellään. Myös alkukartoituksiin vastattiin omalla nimellä.

81Ryhmän opettajana olen myös jatkuvasti havainnoinnut oppilaitani siinä kontekstissa, jossaoppilaitteni kanssa työskentelen. Vaikkei koulutyö annakaan mahdollisuutta kirjata havaintojavälittömästi ylös, tapahtui kirjausta viiveellä ja se on mukana materiaalina. Tutkimuksenidokumentaarisen materiaalin muodostaa kaikki se tieto, jota ryhmistäni keräsin. Tästädokumentaarisesta materiaalista syntyy tutkimukseni aineisto analyysin kautta.

824.6 Aineiston analysointi ja tutkimustulosten esittely4.6.1 Seitsemännen luokan kyselyjen tuloksetSeitsemännellä luokalla suoritettiin kaksi kyselyä, toinen ennen fysiikan opiskelua jatoinen opetuksen jälkeen. Taulukoissa esiintyvä jaottelu on suoritettu oppilaidenvastauksissa esiintyneiden ilmausten mukaisesti. Ennen opetusjaksoa suoritetunkyselyn( liiteet 4 ja 5 ) ensimmäisellä tehtävällä haluttiin selvittää oppilaan yleistä kiinnostustaluontoon. Kiinnostuksen asteet näkyvät taulukosta 4.Taulukko 4: Seitsemännen luokan oppilaiden kiinnostus luontoon.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.selvästi kiinnostunut 20 12Kiinnostukselle jokin ehto 4jonkin verran kiinnostunut 17 10en erityisesti 7 1En 1 1Taulukon perusteella havaitaan ala-asteelta juuri yläasteelle siirtyneiden oppilaidenvaltaosan omaavan kiinnostusta luontoon. Myös omat, tuolloin ala-astetta käyvätlapseni ilmoittivat olevansa kiinnostuneita luonnosta. Toinen kirjasi vastaukseksi ”yes”ja toinen kertoi pitävänsä itseään kiinnostuneena luonnon ystävänä ja kiinnostuksenjohtuvan siitä, että luontoa voi tutkia hyvin monipuolisesti. Videoiden ja tietokoneidenaikakaudella luonto on kuitenkin säilyttänyt mielenkiintonsa. Vastauksista kylläilmeni, että luonto yleensä yhdistetiin metsiin, eläimiin ja kasveihin. Muutamaerilainenkin vastaus oli mukana. Yksi oppilas kertoi olevansa kiinnostunut veden jatulen tavoista ja toinen ilmoitti havainnoivansa ympäristöä katsomalla lämpötilan.Fysiikan opiskelulle - kuuluuhan fysiikkakin luonnontieteisiin - on taulukon mukaanmyönteinen lähtökohta.

83Fysiikassa lähtökohtana on havaintojen tekeminen. Niinpä toinen kysymys selvittiluonnon havainnointia yleisesti. Oppilaat kertoivat, tekevätkö he havaintoja luonnostaja mitä he luonnosta havainnoivat. Koska sana luonto johti oppilaat ajattelemaankävelyjä metsässä, korvattiin lukuvuonna 1999-2000 luonto-sana sanalla ympäristö.Taulukko 5 esittää havainnointiaktiivisuutta.Taulukko 5: Seitsemännen luokan oppilaiden näkemys omastahavainnointiaktiivisuudestaan.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.teen havaintoja miltei aina 12 6teen havaintoja joskus 17 6teen havaintoja7 7vähän/harvoinen tee havaintoja 13 4Miten 17 oppilasta onnistuisi elämään niin, ettei koskaan havainnoisi mitään? Eivarmasti mitenkään. Nämä oppilaat olettivat, että havaintojen tekemiseen liittyyjonkinlaista päiväkirjan pitoa. Mitä oppilaat sitten kertoivat luonnosta havainnoivansa?Eniten havaintoja tehtiin eläimistä. Miltei yhtä suosittu havainnointikohde olivatkasvit, mutta myös ukkosta ja tähtiä havainnoitiin. Tässä näkyi varmasti ala-asteenvaikutus. Ympäristö-sanan käyttö sai monen ajatukset kaveripiiriin. ” Mä tykkään tehäkaikkii laskelmii ja havaintoja. Esim. et mimmonen paita on jollain kaveril tänään jamimmonen huomenna ja kuinka monta kertaa se käyttää samaa paitaa viikos. ” Ne,jotka eivät tehneet havaintoja, ilmoittivat syyksi etteivät jaksa tai ettei ole mitäänhavaittavaa.Kolmannella tehtävällä haluttiin selvittää oppilaiden ennakkokuvaa aaltoliikkeestä jaaaltoilusta. Oppilaan tuli kertoa, mihin hän aaltoliikkeen tai aaltoilun mielessäänyhdistää. Ehdottomasti suurin osa, 38 oppilasta, liitti lukuvuonna 1997-1998 aaltoilunveteen. Tätä yhdistämistä varmasti helpotti sekin, että kesä 1997 oli lämmin ja fysiikan

84opiskelu alkoi heti ensimmäisessä jaksossa elokuun puolivälissä. Yksitoista oppilastayhdisti aaltoliikkeen ison ihmisjoukon liikehdintään vaikkapa urheilukilpailuissa taikesän musiikkifestivaaleissa. Myös viljapeltoon ja puihin aaltoilua liitettiin. Myöslukuvuonna 1999-2000 suurin osa oppilaista liitti aaltoilun veteen tai ”johonkinmärkään”. Tähän luokkaan kuului 18 oppilaan vastaus. Yllättävää oli, että löytyioppilaita, jotka eivät maininneet vettä lainkaan. Seuraavaksi yleisin yhtymäkohta oliihmisjoukon liikehdintä massatapahtumassa. Muina aaltoilusta mieleen tulevinaasioina mainittiin nytkin viljapelto ja puiden tai lehtien liikee. Jollekin tuli mieleentuulessa liehuva lippu, toiselle uistimen liike vedessä ja kolmannelle kuumassa olevapelti. Yksi oppilas kiteytti aaltoilun liittyvän kaikkeen edestakaisin keinuvaan.Yhdessä vastauksessa aaltoilu liitettiin ääneen ja radion toimintaan. Tässä ei taustallaollut oppilaan havainnot, vaan ”hyvin” opeteltu ala-asteen ympäristö- ja luonnontiedonoppikirja.Viimeisenä kohtana alkukyselyissä pyydettiin oppilaita kertomaan, miten he itsevoisivat saada aikaan aaltoilua. Vaihtoehtojen jakautuminen näkyy taulukosta 6.Yhdessä vastauksessa luki, että aaltoja voi tehdä rikkomalla veden pinnan. Monetoppilaista mainitsivat useampiakin tapoja saada aikaan aaltoilua. Tutuinta oppilaille oliodotetusti aaltojen tekeminen vedessä. Yllättävältä tuntui se, että kahdeksan oppilastaei osannut sanoa mitään tapaa tehdä aaltoja. Syynä on tietysti voinut olla tehtävänavoimuus ja oppilaan mahdolliset kirjoitusvaikeudet sekä se, ettei hän pidä sopivanakertoa uintikokemuksistaan fysiikan tunnilla. Kartoitusta aloitettaessa korostettiin, ettäjokaiseen kohtaan olisi kerrottava jotakin. Oppilaita rohkaistiin laajempiin vastauksiinja tarvittaessa joustettiin antamalla lisää vastausaikaa.

85Taulukko 6: Seitsemännen luokan oppilaiden näkemys aaltoliikkeen aikaansaamisestaennen fysiikan opetusjaksoa.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.vedessä loiskutus käsin/jaloin 19 6pudottaa veteen kiven/itsensä 8 7Veneellä 8uinti pysähdellen 2 4vesiastian heilutus 2 2Vesiratas 1Puhaltamalla/huutamalla 11 5itse heilumalla/festivaaliyleisö 3 6kylvää ohraa 1maton ravistus 1 1Tunteet 1puun heilutus 1puhallus paperin päähän 1en osaa sanoa 7 1Kun olin ensimmäiset alkukartoitukset tehnyt syksyllä 1997 ja kävin niiden pohjaltakeskustelua erityisopettajan kanssa, hän totesi minun löytäneen hyvin luku- jakirjoitusvaikeuksista kärsivät oppilaat. Näin heidän tukemisensa tarvittaessaerityisopetuksessa tuli mahdolliseksi.Yksi oppilas kirjoitti esikartoituspaperiinsa, että kartoitus tuntuu ajatuksenamielenkiintoiselta. Oma poikani liitti kahdeksan vuotiaana aaltoilun järveen, puidenoksiin, traktorin tärinään ja vanhan rakennuksen ikkunoihin. Kymmenvuotias tyttäreniliitti aaltoilun uimiseen ja puiden lisäksi jousiin ja hyppynarulla hyppimiseen sekä tienaaltoiluun.Lukuvuotena 97-98 opetusjakson lopussa suoritetussa kyselyssä selvitettiin ensinoppilaiden fysiikasta saamaa kuvaa. Vastausten pohjalta on laadittu taulukko 7. Siitä

86näkyy, että uusi oppiaine oli koettu varsin myönteisesti. Tämä näkyi myös tunneillatyöskenneltäessä aktiivisena osallistumisena ja vapautuneena työskentelyilmapiirinä.Koska lukuvuonna 99-00 loppukartoitus suoritettiin jo viiden ensimmäisen tunninjälkeen, ei tätä kysymystä tuolloin esitetty.Taulukko 7: Seitsemännen luokan oppilaiden mielikuva fysiikasta opetusjaksonjälkeen.tutkiva oppiaine 18Mielenkiintoinen/kiva 27siinä menee 2positiivinen yllätys 1Helppoa 1valaiseva oppiaine 1tutkii suureita 1ei kiinnosta/tylsää 2Mitä se oikein on? 1vaikeampaa kuin kuvittelin 3Molempina lukuvuosina selvitettiin, mitä oppilaat olivat pitäneet tuntien parhaana javastaavasti ikävimpänä asiana. Taulukon 8 osassa A on parhaaksi koetut asiat.

87Taulukko 8: Seitsemännen luokan oppilaiden parhaiksi ( A ) ja ikävimmiksi ( B )kokemat fysiikan tuntien asiat.A parasta lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.tutkiminen/havainnointi/rakentel 38 20uOppiminen 3 1vedellä lotraus 1Testit 3 1open demot 2 1Koordinaatisto 3 1Opettaja 3 1Muistiinpanot 3ei mainintaa 1B ikävintä lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.ie mikään 3 5Mittaukset 1Kirjoittaminen/vihkotyöskentely 4 4lukeminen/kotiläksyt/testit 15 11Kurssikoe 4Koordinaatisto 2 1en aina ymmärtänyt 5itsestään selvät asiat 1kuunnella opettajaa 1 1pitkät tunnit 3muiden oppilaiden häirintä 2Laskut 1teoria-asiat 1käsitekartta 1

88Oppilaat kokivat oman kokeellisen työskentelynsä siis sangen positiivisesti. Eräässävastauksessa oli lisänä, että parasta oli se, että sai tehdä omalla lailla ja päätellä itse.Toisessa sanottiin tutkimisen olevan mukavaa, koska niissä onnistuminen antoi hyväntunteen. Myös havainnointi sellaisenaan koettiin hyväksi. Yhteistenloppukeskustelujen pohjalta laadittujen muistiinpanojen arvoksi mainittiin niidenselkeyttävän kokonaiskuvaa.Kolme ensimmäisessä kartoituksessa mukana ollutta oppilasta jätti kohdan tyhjäksi.Vastauksissa oli runsaasti hajontaa, vain läksyt ja siitä olleet testit koettiin muitauseammin ikäviksi. ”Vaikka ymmärrän kyllä niiden välttämättömyyden.” kirjoitti eräsoppilas. Vertaamalla A- ja B - kohtien taulukoita havaitaan, että toisen parhaaksikokema asia olikin toisen mielestä se kaikkein ikävin. Tämän takia opettajan onjatkuvasti mietittävä, miten hän omalla toiminnallaan ja opetuksen toteuttamisellaansaisi ikävien asioiden määrän mahdollisimman pieneksi. Kokeellisuus tarjoaa hyviämahdollisuuksia eriyttämiseen, sitä tulee vain rohkeasti käyttää. Kunkin kokeellisentutkimuksen jälkeen on kuitenkin syytä kiinnittää huomiota siihen, mikä tutkimuksentarkoitus oli ja mitä siinä selvisi. Yhteinen loppukeskustelu esiintulleista asioista ontärkeä, jottei oppilaalle jäisi epäselvää kuvaa kokeellisesta tutkimuksestaan.Valinnaisaineiden lisääntymisen myötä on peruskoulussakin tarjottu mahdollisuuttaopiskella fysiikkaa valinnaisaineena kahdeksannella ja yhdeksännellä luokalla. Omallayläasteellani on tarjottu yhtä valinnaiskurssia fysiikasta. Kurssin toteutumiseenvaaditaan noin 12 oppilasta. Kurssi toteutuu ensimmäisen kerran lukuvuonna 2000-2001. Tehtävässä kolme selvitin syksyllä 1997 seitsemännellä luokalla fysiikanryhmissäni olleiden oppilaiden kiinnostusta jatkaa fysiikkaa valinnaisaineenakahdeksannella luokalla, jolla muuten opiskellaan kemiaa eikä fysiikkaa opiskellalainkaan. Tulokset ovat taulukossa 9. Lukuvuonna 1999-2000 ei tätä kysymystä ollut.

89Taulukko 9: Lukuvuoden 97-98 seitsemäsluokkalaisten kiinnostus jatkaa fysiikkaavalinnaisaineena.Kiinnostaa 11Ehkä 7mahtuuko tärkeisiin valinnaisaineisiin 2en osaa sanoa 8Ei 21Kysely oli tähän mennessä antanut myönteisen kuvan oppilaiden suhtautumisestafysiikkaan, mutta siitä huolimatta valinnaisaineeksi sitä ei suuri osa valitsisi. Onkosyynä se, että valinnaisaineina on perinteisesti ollut esimerkiksi sellaisia kieliä, joitayläasteella ei muuten opeteta ja aineita, joissa pääsee kirjaimellisesti nauttimaan työnsätuloksista. Tällaisia aineita ovat kotitalous ja tekstiilityö tai tekninen työ. Syytä voitietysti etsiä myös opintojen ohjauksesta. Suurelta osalta opinto-ohjaajia puuttuuluonnontieteellinen yleissivistys. Viime kädessä valinnat heijastavat kotienarvomaailmaa ja tällöin huoltajien negatiiviset kokemukset fysiikasta voivat vaikuttaa.Tähän arvokeskusteluun saadaan varmasti lukion ja ylioppilaskirjoituksissa fysiikassasaatujen hyvien tulosten myötä positiivisempi henki. Toivottavasti lukuvuonna 2000-2001 toteutettava kurssi onnistuu tehtävässään ja toteutuu tulevinakin vuosina.Seuraavassa tehtävässä kysyttiin melkein samoin sanoin kuin ennen opetusta pidetyssäkyselyssä, millaisissa tapahtumissa aaltoliikettä esiintyy. Oppilaiden tarjoamat erivaihtoehdot ja vastausmäärät eri vaihtoehtojen välillä näkyvät taulukosta 10.

90Taulukko 10: Seitsemännen luokan oppilaiden näkemys aaltoliikkeen aikaansaamisestaopetusjakson jälkeen.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.järvi/meri/vesi 44 21Viljapelto 13 5jousi/lelu 14 4ravistus (naru/lakana/matto) 12 1Ihmisjoukot/fanit 5 2soittimien kielet 4Bassokaiutin 1Heiluri 1ääni/puhe 5 7lehdet/puut tuulessa 3 2Kaikessa 2 1Laskettelurinteen hissi 1Mikroaaltouuni 7Eräs mikroaaltouunin vastaukseensa kirjoittanut liitti mukaan merkinnän, että tiesisiinä nimen perusteella käytettävän aaltoja. Tuo ” tiesi ” tarkoitti hänellä sitä, ettei asiahänelle ollut kokeelliseen työskentelyyn liittyvillä havainnoilla selvinnyt. Muuan tyttökirjoitti: ”Vedessä voi nähdä aaltoliikkeen ja nähdä siitä matalan ja korkean vedenrajan.” Viljapellon aaltoilu oli monille pojille tullut varmasti tutuksi kotipelloillatehtyjen töiden yhteydessä.Viimeisessä kysymyksessä haluttiin vastausta kolmeen eri kohtaan. Kohdassa aoppilaiden piti kertoa, mitä heidän mielestään tarvittiin aaltoliikkeen syntyyn.Tarjottuja vaihtoehtoja esittää taulukko 11.

91Taulukko 11: Seitsemännen luokan oppilaiden näkemys siitä, mitä aaltoliikkeensyntyyn tarvitaan.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.aiheuttaja/häiriö 37 20häirittävä/väliaine 19 12puhallus/ihminen/tuuli 7vettä ja pipetti/kiviä/sade/kosketus 7Vuorovaikutus 2 1ääni 1 1energia 2voimaa 2tyhjää 1Taulukosta näkyy, että osalla oppilaista kerronta oli hyvin kiinni tunnin konkreeteissatapahtumissa. Sama oppilas saattoi luonnollisesti kirjata useampiakin syntyyntarvittavia asioita. Lähes puolet oppilaista kertoi kokeellisen työskentelyn perusteellaaaltoliikkeen syntyyn tarvittavan sekä jonkinlaisen aiheuttajan että väliaineen. Koskalukuvuotena 1999-2000 fysiikka aloitettiin värähdys- ja aaltoliikeopista ei voimankäsite ollut vielä kyselyä suoritettaessa ollut esillä. Kohta voima voitaisiin näin ollentulkita myös kohtaan vuorovaikutus. Kohdassa b piti luetella aaltoliikkeelle tyypillisiäominaisuuksia. Näitä esittelee taulukko 12.

92Taulukko 12: Seitsemännen luokan oppilaiden aaltoliikkeelle esittämiä tyypillisiäominaisuuksia.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.syntytapa 2edestakainen/aaltoileva liike 4 2lähtee ääni 2etenemissuunta 7etenemisnopeus 2 1aallonpituus 1 1voimakkuus 3pehmeys/kauneus 2muoto/pitk./poik./pallo 7 13loppumattomia 3tiheys 1heijastuvat 3 4korkeus/koko/amplitudi 3 1kuljettavat 1liike näkyvää/näkymätöntä 1 2taittuvat 4voivat yhdistyä 1Vastauksissa oli varsin runsaasti ominaisuuksia, mutta kokeellisuuden luomaaselkeyttä niistä ei näkynyt. Ilmeisesti päällimmäiseksi oli jäänyt mielikuvaominaisuuksien suuresta joukosta. Voi myös olla, että sanan ominaisuus käyttökysymyksessä oli johdattanut ajatukset muuhun kuin tunnilla esille tulleisiin asioihin.Joillekin aalloista tuli mieleen maanjäristykset ja niiden tuoma hävitys, toista aallotrauhoittivat. Yksi oppilas jätti kohdan tyhjäksi.Viimeisenä kohdassa c oppilaat saivat kirjoittaa äänen ja muiden aaltoliikkeidenyhteisiä ominaisuuksia. Näitä löytyi taulukon 13 mukaisesti.

93Taulukko 13: Seitsemännen luokan oppilaiden näkemys äänen ja muidenaaltoliikkeiden yhteisistä ominaisuuksista.lv.97-98/49 opp. lv.99-00/24 opp.etenee aaltoina 14 3vaimenee vähitellen 3aaltoliikkeestä/värähtelystä syntyy ääni 11 6syntyyn tarvitaan häiriö ja väliaine 3 4ääni etenee ilmassa/ilma aaltoilee 7 2ääni heijastuu/huojuu/taittuu 3 6voimakkuus 1 1käyttäytyy kuten muutkin aaltoliikkeet 1vaihdeltava taajuus ja aallonpituus 3en osaa sanoa 4 2Ääni tunnistettiin aaltoliikkeeksi syntynsä perusteella ja myös siksi, että sille löytyisamoja mitattavia ominaisuuksia kuin aaltoliikkeellä yleensäkin on. Selviensäännönmukaisuuksien löytyminen hallittiin paremmin jälkimmäisenäkartoituslukuvuonna. Kolme oppilasta ilmoitti, ettei ääntä näe, mutta se kuitenkin onjotenkin havaittavaa.4.6.2 Yhdeksännen luokan kyselyn tulokset lukuvuonna 1997 - 1998Yhdeksännen luokan oppilaille ei suoritettu kyselyä ennen optusjakson alkua. Heidänmallinsa kehittyneisyyttä tutkittiin vain opetusjakson jälkeen suoritetulla kartoituksella( liite 4 ).Ensimmäisenä kysyttiin, millaisia ominaisuuksia oppilaat olivat valolla havainneetolevan. Luettelo oppilaiden löytämistä ominaisuuksista on taulukossa 14, josta näkyymyös, montako oppilasta kyseisen ominaisuuden oli havainnut.

94Taulukko 14: Yhdeksännen luokan oppilaiden valolla havaitsemia ominaisuuksia.taittuu13 / 21 opp.heijastuu 19ei näy kuin heijastuessaan 2siroaa 13lämmittää 2menee läpi 5etenee 4imeytyy 10valk. valo sisältää värejä 5Valon heijastuminen oli siis tullut tutuksi miltei jokaiselle oppilaalle. Tässä kyselyssämukana olleet yhdeksännen luokan oppilaat työskentelivät yhdessä kanssani jokolmatta vuotta. Heillä oli myös erittäin hyvä opiskelumotivaatio ja heille oli tärkeää,että he ymmärsivät uuden käsitteen merkityksen ja oppivat käsitteen käytön.Yhdeksännen luokan oppilaat ovat opiskelleet edellisen kerran aaltoliikeoppiaseitsemännellä luokalla. Toisella kysymyksellä selvitettiin, liittivätkö oppilaat vedenpinta-aaltoihin tai ääneen äsken valolla havaitsemiaan ominaisuuksia. Näistä tuloksistakertoo taulukko 15. Yksi oppilas ei löytänyt mitään yhteyttä ja toinen totesi, että äänenvoi kuulla, vaikkei lähdettä näkisikään. Yhdessä vastauksessa vain todettiin valonolevan aaltoliikettä, niinkuin aallot ja ääni. Toisessa sanottiin veden pinnan väriennäyttävän erilaisilta. Nämä kaksi vastausta eivät ole mukana taulukossa.

95Taulukko 15: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys valon havaittujenominaisuuksien liittymisestä veden pinta-aaltoihin tai ääneen.äänen heijastuminen/kaiku 8vesiaaltojen heijastuminen 3vesiaaltojen taittuminen 2veden pinta heijastaa 2ääni imeytyy pehmeään 1äänen korkeus/amplitudi 1Kolmannessa tehtävässä kysyttiin, minkä valon ominaisuuksien ymmärtämistäkaukoputkien rakentaminen tai oma projektityö paransi. Joku vastasi oppineensapaljon uusia asioita. Eräs tyttö totesi oppineensa sellaista, mitä ei ennen ollut edesajatellut. Muuten vastaukset jakautuivat taulukon 16 mukaisesti.Taulukko 16: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys niistä valon ominaisuuksista,joiden ymmärtäminen parani kokeellisen työskentelyn myötä.taittuminen/linssien vaikutus 11heijastuminen 3kuvan muodostuminen 2sironta 2värit 1ei mitään/tyhjää 4Ymmärtäminen oli lisääntynyt erityisesti valon taittumisesta. Linssien ja vielätarkemmin plus- ja miinuslinssien toiminta oli selkeytynyt kokeellisten tutkimustenyhteydessä. Ehkä peiliä ja siinä tapahtuvaa heijastumista pidettiin jo ennestään niintuttuna, ettei siihen kiinnitetty suurempaa huomiota.

96Viimeisessä tehtävässä oppilailta kysyttiin, oliko jokin kokeellinen tutkimus erityisestiauttanut ymmärtämään, miksi valoa pidetään aaltoliikkeenä. Listasta tuli taulukon 17mukainen.Taulukko 17: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys niistä kokeellisistatutkimuksista, jotka auttoivat heitä pitämään valoa aaltoliikkeenä.oma projektityö 2heijastuminen 1värin ja aallonpituuden yhteys 2interferenssikokeet 2tyhjää/en muista 14Vain kolmasosa ryhmästä löysi jonkin yhtymäkohdan aaltoliikkeeseen. Toisaaltaaikaisemmista taulukoista ilmenee, että aaltoliikkeelle tyypillisiä ominaisuuksia kyllätunnistettiin valonkin kohdalla. Vaikeutena saattoi olla avoimessa tehtävässä sekin,ettei oppilas mielestään löytänyt selkeää nimeä kokeelle, eikä toisaalta viitsinyt ryhtyäpitkään selittämiseen. Aikapula oli viimeisen tehtävän kohdalla myös mahdollinen.Kaiken kaikkiaan oppilaat vastasivat varsin tunnollisesti kyselyn tehtäviin ja monillaselitykset olivat pitkiäkin. Tähän kyselyyn vastanneista oppilaista osa osallistuilukuvuoden 1999 - 2000 kyselyyn lukion toisen luokan oppilaina, joten heidänmallinsa kehittymistä voitiin seurata.4.6.3 Yhdeksännen luokan kyselyjen tulokset lukuvuonna 1999 - 2000Lukuvuotena 99-00 oppilailla suoritettiin ennen opetusjaksoa alkukartoitus ( liite 5 ).Ensimmäisessä tehtävässä oppilaan piti valita mielestään oikea vaihtoehto kahdestatarjotusta. Antiikin kreikkalaisten käsitystä näkösäteistä näkemisen selittäjänä ( Ahtee,M. 1992 ) ei valinnut yksikään oppilaista ainoaksi näkemisen selitykseksi, vaankaikilla esiintyi vaihtoehto, jossa esineestä tuleva valo oli näkemisen edellytys.Yhdessä paperissa oli ensin ympyröity näkösäde, mutta pyyhitty se sitten pois ja

97ympyröity toinen kohta. Toisessa ryhmässä yhdessä paperissa oli valittu sekä näkösädeettä esineestä tuleva valo.Toisessa tehtävässä oppilaat saivat avoimesti kertoa, missä heidän mielestään oli valoa.Vastaukset jakautuivat kahdessa opetusryhmässäni taulukon 18 mukaisesti.Taulukko 18: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys siitä, missä valoa on.aurinkoisessa paikassa 6 / 12 opp. 9 / 13 opp.hehkulamppu antaa 5 6palava aine antaa 4 5valolähteen lähellä 1saadaan sähköllä 1kaikkialla/ilmassa 8 3Yksi oppilas kirjoitti, että hehkulamppu valaisee sähkön avulla ja tarvitaan valontuottaja. Olisiko tässä nähtävissä ajatus energian siirtymisestä lähettimen javastaanottimen välillä? Osa oppilaista ymmärsi, että valoa on kaikkialla tai ilmassa,kuten fysiikan mukaan pitääkin. Suuri osa kuitenkin liitti valon valolähteeseen.Vastaavanlaisia tuloksia on saanut Guesne ( Guesne, E. 1985 ).Kolmannessa tehtävässä pyydettiin miettimään, mitä valolle tapahtuu valon edetessävalolähteestä. Tehtävä oli suljettu ja siinä annettiin neljä eri vaihtoehtoa. Taulukossa19 on esitetty vastausten jakautuminen eri vaihtoehtojen kesken erikseen kummassakinryhmässä.

98Taulukko 19: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys valon etenemisestä.vain valolähteessä 3 / 12 opp. / 13 opp.leviää noin 30 cm 2leviää katsojaan asti 1 1vaikka kuinka pitkälle 9 10Yhdellä oppilaalla oli ympyröity sekä ensimmäinen että viimeinen kohta. Tämäntehtävän vastausjakauma vahvisti ensimmäisen tehtävän antamaa myönteistä kuvaavalo-opin opiskelun lähtökohdista.Neljännessä tehtävässä oppilaat saivat avoimesti kertoa, miksei pimeässä ole varjoa.Molemmissa ryhmissä yksitoista oppilasta liitti varjon syntyyn valonvälttämättömyyden. Toisessa ryhmässä yksi oppilas ja toisessa kaksi oppilasta epäilivarjon ehkä olevan olemassa, mutta sitä ei erota, kun joka puolella on yhtä pimeää.Näille oppilaille varjo oli konkreettinen tumma kuva. Tässä kaksi vastauksina olluttaselitystä: ” Pimeässä esineeseen ei osu valoa, jolloin ei pääse muodostumaan varjoa.Varjo muodostuu, kun esine osuu valon eteen, ja esineen taa ei pääse yhtään valoa.””Sitä varjoa ei voi nähdä ilman valoa.”Viidennessä tehtävässä pyydettiin oppilaita kertomaan, miten valo auttaa näkemisessä.Vastausten pohjalta on laadittu taulukko 20.

99Taulukko 20: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys valon merkityksestänäkemiselle.muuten ei näe mitään 4 / 12 opp. / 13 opp.valaisee ja kirkastaa 2 3näkee tarkemmin 2 6näyttää värit 2silmä reagoi valoon 3 3valo heij. esineestä silmään 2Osa oppilaista oli maininnut useampia tekijöitä. ”Silmät tarvitsevat valoa.” olityypillinen selitys. Yhdessä paperissa selitys jatkui: ” Silmässä on soluja, jotkatoimivat yhteistyössä valon kanssa. ” Ihmisen biologia on koulumme opetusohjelmassasijoitettu yhdeksänteen luokkaan, joten silmän rakenne ja toiminta oli käsitelty joennen viimeistä jaksoa.Esikartoituksen viimeisessä tehtävässä piti selittää kuviota täydentäen, miksisuurennuslasilla voi ulkona saada paperin palamaan. Selityksistä tuli nyt kovinmonenlaisia, tosin yhdessä paperissa luki ” ei hajuakaan ”. Osalle auringon valo olivain kaukana taivaalla ja valonsäteet tulivat jostakin muualta. Kaikille ei edes auringonpaikka ollut selvä tai he ajattelivat linssin heijastavan valoa. Suurennuslasi sai myöstaikavoimia: ” Suurennuslasi antaa kovemman voiman tai moninkertaistaa auringonkuumuuden. ” Koska kyseinen tehtävä oli laadittu ja esitetty Ruotsissa peruskoulunoppilaille ( Anderson, B., Kärrqvist, C. 1981 ) ja teetetty jo ennenkin suomalaisenyläasteen yhdeksännellä luokalla ( Ahtee, M. 1992 ), jaottelin vastaukset aiempientutkimusten mukaisesti viiteen luokkaan:A. Ei vastattuB. Ei selvää selitysmallia” Auringon valo menee suurennuslasin läpi ja se muuttuu...jotenkin.”” Se lasi joteski kuumentaa valonsäteitä.”C. Valo/valonsäteet kerääntyvät suurennuslasiin.

100D. Valo/valonsäteet kerääntyvät suurennuslasin ulkopuolella olevaan pisteeseen.D1. Epätäydellinen vastausD2. Linssi taittaa yhdensuuntaiset säteet polttopisteeseen.Ryhmieni vastaukset ennen valo-opin opetusjaksoa jakautuivat taulukon 21mukaisesti. Alimmalla rivillä on tuon aiemmin Suomessa suoritetun kyselyn ( Ahtee,M. 1992 ) tulokset.

101Taulukko 21: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemykset siitä, miksi suurennuslasillavoi saada ulkona paperin palamaan.A B C D1 D2ryhmä 1/ 12 opp. 4 2 3 3ryhmä 2/ 13 opp. 1 5 1 3 3aik.tutk./ 32 opp. 1 1 24 6Erityisesti tämän viimeisen tehtävän kohdalla oli vaikeuksia luokitella vastauksiakielenkäytön hataruudesta johtuen. Yhteistyötä tulisi kehittää äidinkielen opettajienkanssa, jotta oppilaat voisivat kirjoittaa luonnontieteellisistä asioista paljon nykyistäenemmän. Myös yhteisten opetuskeskustelujen ja niistä laadittavien muistiinpanojentekemisen tarkoituksena on opettaa oppilaita ilmaisemaan ajatuksensa selkeästi jakäyttämään oikeaa terminologiaa. Tällöin selkiytyisi asian sisältökin. Joillekinyläasteemme oppilaille oli yhteistyössä äidinkielen opettajan ja erityisopettajan kanssalaadittu erillisiä käsialaharjoituksia.Lukuvuotena 1999 - 2000 hyvin lyhyeksi jääneen valo-opin opintokokonaisuudenviimeisellä tunnilla suoritetun jälkikartoituksen ( liite 5 ) kahdessa ensimmäisessätehtävässä mitattiin valon etenemisen ymmärrystä. Tehtävät käsittelivät samaa asiaa,mutta eri tilanteissa. Niiden vastauksissa oli kuitenkin suuri ero. Ensimmäisessätehtävässä piti valita sopiva vaihtoehto kynttilästä tulevalle valolle. Vastauksetjakautuivat taulukon 22 mukaisesti.Taulukko 22: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys valon etenemisestä.on kynttilässä 3 / 12 opp. 3 / 13 opp.ulottuu sinun ja kynttilän puoliväliin 2ulottuu sinuun, muttei pidemmälleetenee, kunnes osuu johonkin kappal. 9 8

102Toisessa tehtävässä samaa asiaa käsiteltiin tilanteessa, jossa auto oli pysähtynytlähivalot päällä selkeänä ja pimeänä syysyönä suoralle ja tasaisella maantielle.Tehtävässä sanottiin:” Tiellä kauempana oleva jalankulkija näkee auton valot. ” Tehtävään liittyi piirustus,jossa auto oli sijoitettu alueeseen I ja jalankulkija alueeseen III. Oppilaiden pitiilmoittaa, missä alueista on valoa. Vastausten jakautuminen eri vaihtoehtojen keskennäkyy taulukosta 23.Taulukko 23: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys valaistuista alueista.vain alueessa I 4 / 12 opp. 2 / 13 opp.alueissa I-II 1 1vain alueessa II 2vain alueessa III 1alueissa I-III 4 3kaikissa alueissa 3 2Vastauksissa näkyi ryhmien välillä selvä ero. Mietittävää antoi myös se, että tehtävässä1 ryhmän kaksi oppilaista kahdeksan ymmärsi kynttilän valon etenevän, kunnes osuujohonkin kappaleeseen, mutta nyt valoa oli vain viiden mielestä jalankulkijaan astiulottuvalla alueella. Kuvassa ei auton ja jalankulkijan välissä ollut mitään kappaletta,mikä olisi voinut estää valon kulun. Jalankulkijan takana maassa oli tummaa kuinvarjo. Kenties ajatusten harhautumisen aiheutti auton lampun eteen piirretty”valoläikkä” ? Jos huomioi sen, että auton lähivalot on suunnattu maahan, voi valoaajatella olevan vain alueessa I. Valo osui tällöin maahan ja vain pieni osa siitä heijastuijalankulkijan silmiin.Kolmannessa tehtävässä piti valita kirjan näkemisen syy. Taulukosta 24 näkyy, ettävain vaihtoehdoilla a ja e oli kannatusta. Yhdellä oppilaalla oli vastauksessaanmolemmat kohdat.

103Taulukko 24: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys kirjan näkemisen syistä.kirjan kuva painuu verkkokalvolle 3 / 12 opp. 2 / 13 opp.valo heijastuu kirjasta 9 12Neljäs tehtävä oli melkein samanlaisena kuin alkukartoituksessakin. Sillä testattiin,onko käsitys varjosta muuttunut opetuksen myötä. Ryhmässä yksi kaikki kaksitoistaoppilasta valitsivat vaihtoehdon pimeässä ei ole varjoa. Tuo yksi oppilas, jokaalkukartoituksessa oli selittänyt varjon pimeässäkin olevan, muttei näkyvän, oli omankokeellisen työskentelyn avulla päässyt oikeaan johtopäätökseen. Ryhmässä kaksikokeellisuus oli johtanut virheellisen tuloksen kannattajien määränkaksinkertaistumiseen. Syyksi voisi ajatella ryhmän tottumattomuutta kokeelliseentyöskentelyyn, joka alussa vaikeutti välineisiin tarttumista ja tutkimisen aloittamista.Viidennessä tehtävässä oppilaiden piti pohtia tilannetta, jossa tyhjän astian pohjallaoleva kolikko ei näy Laurin astiaa katsellessa, mutta Lauri näkeekin rahan, kun astiaanon kaadettu vettä. Moni oli ennättänyt tunnilla kokeilla samaa tehtävää. Ehkä siksikukaan ei pitänyt tilannetta mahdottomana, eikä kukaan myöskään uskonut valoatulevan lisää. Jäljelle jäivät vaihtoehdot, joista toisen mukaan näkemisen mahdollistaavalon heijastuminen vedestä ja toisessa taas valon taittuminen mahdollistaa näkemisen.Näiden vaihtoehtojen kesken vastaukset jakautuivat taulukon 25 mukaisesti.Taulukko 25: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys vesiastian pohjalla olevanrahannäkemisestä.mahdollista, koska valo heijastuu vedestä 3 / 12 opp.mahdollista, koska valo taittuu 9 94 / 13 opp.Kuudennessa tehtävässä piti valita selitys sille, miksi lampulla valaistaessa ovessanäkyvä valoläikkä muuttuu punaiseksi, kun lampun eteen asetetaan punainen

104läpinäkyvä lasilevy. Tehtävässä tarjottiin neljää selitysvaihtoehtoa. Vastauksetjakautuivat taulukon 26 mukaisesti.Taulukko 26: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys punaisen läpinäkyvänlasilevyn vaikutuksesta.valo värjäytyy punaiseksi lasilevyssä 6 / 11 opp.4 / 13 opp.valo taittuu lasilevyssä 2 3vain punainen valo pääsee läpi 3 4valonsät. vetovoima vetää värinoveen2Yksi oppilas ei huomannut kääntää paperia, joten hänen vastauksensa puuttuvatkolmesta viimeisestä tehtävästä. Vaikka suodatintutkimus oli yksi tuntientutkimusaiheista, suurin osa piti suodatinta värin antajana, eikä suodattajana.Tehtävässä seitsemän oli kuvattu täysin musta pilkkopimeä ja pölytön huone, jonkaseinällä on peili. Itsensä vastaajan piti kuvitella seisomassa peilin vastakkaisellaseinällä niin, ettei nurkan takana oleva taskulamppu näy. Taskulampusta osuva kapeavalojuova osuu peiliin. Tilanteeseen liitettiin kolme kysymystä, joihin oppilaan pitivastata kyllä tai ei. Taulukosta 27 näkyvät sekä kysymykset että vastaustenjakautuminen vaihtoehtojen kesken kahdessa eri ryhmässä.

105Taulukko 27: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemykset peilin vaikutuksesta.Näetkö peilin?Näetkö lampun peilinkautta?Näetkö itsesipeilistä?Kyllä8 / 11 opp.11 / 13 opp.2469en329954Oikea vastausvaihtoehto olisi kaikissa kohdissa ollut en-vaihtoehto. Parhaiten oppilaatymmärsivät sen, etteivät näe lamppua peilinkään kautta. Kahden muun kysymyksenkohdalla väärinymmärrys oli jäänyt vallitsevaksi.Viimeisessä tehtävässä oppilaita pyydettiin käymään mielessään läpi valo-opinkokeellisuutta ja etsimään, josko löytyisi tutkimus tai kokeilu, joka liittäisi valonaaltoliikkeeksi. Vastauksia tuli taulukon 28 mukaisesti.Taulukko 28: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys niistä kokeellisistatutkimuksista,jotka auttoivat heitä pitämään valoa aaltoliikkeenä.jokin oma tutkimus 3 / 11 opp. / 13 opp.valon heijastuminen 2värin yhteys aallonpituuteen 1tyhjää/en (muista) 7 12Ryhmässä kaksi suurin osa jätti kohdan täysin tyhjäksi. Yksi oppilas kirjoitti, etteimuista sellaista tutkimusta tehneensäkään. ” Esim. heijastus. Valo heijastuu samassakulmassa kuin tulokulmakin on. Sama kuin aaltoliikkeessä. Kun miettii vaikka oikeitaaaltoja. Kun ne osuvat kallion seinään, ne kääntyvät tulosuuntaan. Samalla ideallatoimii valon heijastus. ” Näin luki ryhmän yksi yhdessä vastauksessa ja mukana oli

106myös piirros. Tämä vastaus on mukana edellisen taulukon kahdessa ylimmässäkohdassa.Aivan kevään viimeisillä kerroilla oppilaat kirjasivat erilliselle arviointipaperille viisieniten opiskelussa auttanutta työskentelymuotoa. Eri vaihtoehdot ja niiden suosionäkyvät taulukosta 29. Ryhmästä yksi arviointiin osallistui 6 ja ryhmästä kaksi 10oppilasta.Taulukko 29: Yhdeksännen luokan oppilaiden näkemys oppimista eniten auttaneistatyömuodoista.kokeelliset oppilastyöt 4 / ryhmä 1 7 / ryhmä 2open demot 1 4open selitys/keskustelut 6 10muistiinpanojen tekeminen 5 9kotiteht./laskut 5 4kirjan lukeminen 3 6Lisäksi yksi oppilas mainitsi testit itselleen tärkeäksi oppimisen edistäjäksi.4.6.4 Lukion kyselyjen tulokset lukuvuonna 1997 - 1998Lukiossa ensimmäinen kysely ( liite 4 ) suoritettiin ennen aaltoliikkeen kurssin FYS 5alkua ja toinen kysely viimeisen syventävän kurssin FYS 8 jälkeen. Ensimmäiseenkyselyyn vastaavat oppilaat olivat siis opiskelleet aaltoliikeoppia viimeksi yläasteella.Ensimmäisenä heiltä kysyttiin, millä perusteella he kutsuvat ilmiötä aaltoliikkeeksi.Viisi ryhmän kahdeksasta oppilaasta vastasi tähän, että jos väliaineessa eteneevärähdyksiä, on kyseessä aaltoliike. Kahdella tunnusomaisena piirteenä oliedestakainen liike ja yhdellä aaltoliike oli kappaleiden törmätessä syntyvää liikettä.

107Aaltoliikkeeseen liittyviä mitattavia ominaisuuksia oppilaiden vastauksissa esiintyitaulukon 30 mukaisesti.Taulukko 30: Lukion oppilaiden aaltoliikkeeseen liittämiä ominaisuuksia ( ennenaaltoliikeopin kurssia ).aallonpituus 5värähtelyn taajuus 4aallonharjan korkeus 3värähtelyn kesto 1nopeus 1Kolmannessa tehtävässä kysyttiin, millä perusteella saat valon liitettyä aaltoliikkeeksi.Vastauksissa valon todettiin etenevän, heijastuvan ja taittuvan kuten muidenkinaaltoliikkeiden. Lisäksi värien, valon kirkkauden ja näkemisen kerrottiin liittävänvalon aaltoliikkeeseen. Yksi oppilas kirjoitti hokeman valo on aaltoliikettä ja toinenkirjoitti valon olevan aaltomaista. Myös auringonsäteiden kerrottiin liittävän valonaaltoliikkeeksi.Tuntemiaan aaltoliikkeiden sovelluksia oppilaat listasivat taulukon 31 mukaisesti.

108Taulukko 31: Lukion oppilaiden tuntemia aaltoliikkeen sovelluksia.mikroaaltouuni 6radio/TV 5soittimet 2laulunopetuksen resonanssiopetus 1aaltokoneet uimahallissa 2maanjärj. mittauslaitteet 2säteily 2tutka 1kaikuluotain 1polaroid-lasit 1jouset 1Yhdessä vastauksessa kerrottiin, että aaltoliike pitää huomioida riippusiltojarakennettaessa. Kyseistä oppilasta olin opettanut jo yläasteella ja siellä kerroinopiskeluaikanani fysiikan laitoksella näkemästäni filmistä. Filmille oli kuvattuYhdysvalloissa Washingtonin osavaltiossa Tacoma-järven yli vuonna 1940 rakennetunsillan värähtelyä sen joutuessa resonanssiin kovassa puuskaisessa tuulessa. Noin 1,5tunnin värähtelyn jälkeen kannatinvaijeri katkesi ja silta sortui ( Kurki-Suonio, K.,Kervinen, M., Korpela, R. 1982 ).Viimeisen tehtävän a-kohdassa pyydettiin etsimään yhteyksiä aaltoliikkeen jamekaanisen systeemin välillä. Yhtäläisyyksiksi oppilaat löysivät kierrejousen,systeemin sisäiset värähtelyt ja esimerkiksi auton värähtelyn törmäyksissä.Aaltoliikkeen todettiin etenevän Newtonin ensimmäisen lain mukaisesti ja sekämekaanisessa systeemissä että aaltoliikkeessä kului energiaa. Yhdessä vastauksessatodettiin taajuuden ja amplitudin esiintyneen myös pyörimisen mekaniikkaakäsitelleessä kurssissa, joka oli käyty läpi juuri ennen aaltoliikkeen kurssia. Yksioppilas ei löytänyt muuta yhteistä kuin sen, että molempia asioita käsiteltiin lukionkursseissa. Tehtävän b-kohdassa piti kertoa, millä aineen termodynaamisilla

109ominaisuuksilla ajatteli olevan vaikutusta aaltoliikkeeseen. Taulukossa 32 onvastauksien mukainen jakautuma.Taulukko 32: Lukion oppilaiden näkemyksiä siitä, millä aineen termodynaamisillaominaisuuksilla on vaikutusta aaltoliikkeeseen.tiheys ja lämpötila vaik. etenemiseen 5termodyn. omin. vaik. taajuuteen/nopeuteen 2ei yhteyttä 1en tiedä 1Lukiolaiset miettivät ja kirjoittivat vastauksia varsin tunnollisesti. Tyhjiä kohtia eijätetty ja vain yhden kerran tuli vastaukseksi en tiedä. Tämän fysiikan ryhmänoppilaista kaksi harrasti musiikkia varsin perusteellisesti. Toinen otti jatkuvastilaulutunteja ja toinen toimi tarvittaessa kanttorin sijaisena.Viimeisen fysiikan syventävän kurssin jälkeen oli vielä kysely. Siinä neljässätehtävässä kysyttiin aaltoliikkeeseen liittyviä asioita. Yhdessä tehtävässä kysyttiin,miten kokeellisuus opetuksen oleellisena osana oli koettu aaltoilmiöitä tarkasteltaessa.Viimeisen kurssin jälkeen oppilaalla oli niin kehittynyt malli aaltoliikkeestä kuinkoulun antamissa puitteissa vain on mahdollista. Malli saattoi tosin vielä tenttiin jaylioppilaskirjoituksiin lukemisen yhteydessä jonkin verran täydentyä.

110Taulukko 33: Lukion kaikki fysiikan kurssit suorittaneiden oppilaiden näkemysaaltoliikkeestä.energia etenee väliaineessa/kentässä 6hiukkaset tai aine ei etene 2syntyyn tarvitaan värähtelevä lähde 5havaitaan aaltoliikkeelle omin. ilmiöitä ja 5noudattaa aaltoliikkeen lakejalähettäjä ja vastaanottaja 1tunnistetaan muodosta 1Ensimmäisessä tehtävässä pyydettiin kertomaan oma mielikuva aaltoliikkeestä.Vastaukset jakautuivat taulukossa 33 esitetyllä tavalla. Aaltoliikeopin oppilaat liittivätmuihin fysiikan osa-alueisiin taulukossa 34 esitetyllä tavalla.Taulukko 34: Lukion kaikki fysiikan kurssit suorittaneiden oppilaiden näkemysaaltoliikeopin liittymisestä muihin fysiikan osa-alueisiin.äänioppi 7valo-oppi 6mekaniikka 4säteily/atomin os. värähtely 3moderni fysiikka 2sähköoppi 1lämpöoppi 1Ääni ja valo liitettiin sekeästi aaltoliikkeeseen.Seuraavaksi oppilaita pyydettiin esittelemään jokin säännönmukaisuus, jota kaikkiaaltoliikkeet noudattavat. Yleensä oppilaat esittivät yhden, jota selvittivät sittentarkemmin. Vaihtoehdoissa oli runsaasti hajontaa, eikä mikään saanut muitasuurempaa kannatusta. Kahdesti mainittiin heijastuslaki, taittuminen ja se, että

111aaltoliike kuljettaa energiaa. Yhden maininnan saivat taipuminen ja Dopplerin ilmiö.Kerran mainittiin myös väliaineen tarve, ja että mitattavia ominaisuuksiaaaltoliikkeessä ovat aallonpituus ja taajuus.Neljännessä tehtävässä kysyttiin kokeellisuuden vaikutusta ymmärtämiseen.Kahdeksasta paperista kuudessa oli selkeästi ilmaistu kokeellisuuden positiivinenvaikutus oppimiseen. ”Kokeellisuuden kautta tajuaa, mitä lait on ja mitä ilmiöttodellisuudessa tarkoittavat.” Erityismainintoja auttavasta kokeellisuudesta saivatkierrejousitutkimukset seisovan aaltoliikkeen käsitteen selkeyttäjänä ja kaikkivesiastiassa tehdyt kokeet. Varsinkin vesiastiaan laitetut esteet havainnollistivatoppilaiden mielestä hyvin taipumista. Kaksi oppilaasta suhtautui kokeellisuudenhyötyyn varauksellisesti. Toista kiusasi se, että omat käsitykset sekoittuivatkokeellisuuden myötä ja toista se, ettei aina tutkimuksia aloittaessaan tiennyt, mitäkaikkea pitäisi saada selville. Näissä kahdessakin paperissa kokeellisuuden hyötymainittiin selkeästi haittaa suuremmaksi. ” Hyötyä on ollut, koska monia aaltoliikkeitäei voi havaita silmin ilman apuvälineitä.”Viimeisessä tehtävässä kysyttiin, miten modernin fysiikan kurssi vaikutti käsityksiinaaltoliikkeestä. Yksi oppilas ei kokenut minkäänlaista vaikutusta ja toinen ei osannutsanoa mitään. Yksi ilmoitti modernin fysiikan kurssi monimutkaistaneen kuvaa, koskayhteys arkielämään katkesi. Toiselle kurssi loi kokonaiskuvan aaltoliikkeestä ja kolmassanoi kuvan laajentuneen valon osalta. Kolmessa vastauksessa kerrottiin kuvanlaajentuneen siksi, että mukaan oli tullut paljon aaltoliikkeitä, joita ei jokapäiväisessäelämässä huomaa. Oppilaiden vastauksista näkyi se vanha totuus, että tieto lisäätuskaa. Heissä eli vahvana valmiin ja täydellisen odotus, avoimet asiat olivathämmentäviä, ja kaiken olisi pitänyt sujua kuin kertotaulun. Kiusallista oli, jos ei vielälukion päättyessä tiedäkään kaikesta kaikkea. Onkohan vanhalla opettaja opettaa -mallilla vielä vaikutusta tähän? Ilmeisesti koulussa on vielä oppiaineita, joissa kaikensen toistamalla, mitä opettaja sanoo, pärjää ja saa täydellisen osaamisen harhakuvan.

1124.6.5 Lukion kyselyn tulokset lukuvuonna 1999 - 2000Ainoa tänä lukuvuonna lukiossa pidetty kartoitus suoritettiin lukion viidennen fysiikankurssin, aaltoliikeopin kurssin jälkeen. Siinä oppilaita pyydettiin ensin kertomaannäkemyksensä aaltoliikkeen synnystä. Suppeimmissa vastauksissa aaltoliikkeenkerrottiin syntyvän värähtelyn perusteella tai lähteen aiheuttamana häiriönä.Kehittyneemmissä vastauksissa aaltoliike syntyi, kun tasapainotilaa häirittiin ja energiasiirtyi väliaineessa. Neljällä oppilaalla aaltoliike liittyi väliaineen painevaihteluihin,tiivistymiin ja harventumiin. Vaikka kurssin viimeisenä asiana oli valo, pysyi aaltoliikehyvin tiukasti kiinni väliaineessa. Myös seitsemännellä luokalla koulun puitteissa luotuensimmäinen malli aaltoliikkeestä, johon tarvitaan värähtelijä ja väliaine, pysyi.Aaltoliikkeen edetessä oli yhden oppilaan mielestä kyseessä jonkinlainen”ketjureaktio”. Tässä lienee ajatuksena painevaihteluiden väliaineeseen aiheuttamattihentymät ja harventumat, jotka esiintyivät kolmen oppilaan vastauksissa.Aaltoliikkeen etenemisessä oli kyse väliaineen värähtelystä tai värähtelyn etenemisestäväliaineessa. Kehittyneemmän mallin luoneilla väliaineen osasten värähtelyssä siirtyienergiaa, väliaineeseen siirtynyt energia eteni.”Aaltoliikkeessä häiriötila etenee aineen sisäisten vuorovaikutusten avulla. Aine ei itseetene. Aaltoliike kuljettaa ja aineen sisäiset vuorovaikutukset kuluttavat energiaa, jotenaine ennenpitkää palaa tasapainotilaan.” Väliaineessa kiinni tämäkin vastaus, muttakun sähköopin kurssi ja sähkömagnetismin kurssi totuttavat kentän käsitteeseen, ontästä hyvä jatkaa mallin rakentamista.Taulukon 35 sarakkeen A luvut esittävät jo yläasteella opettamieni kymmenenoppilaan aaltoliikkeeseen liittämiä mitattavia ominaisuuksia ja B-sarakkeen luvutniiden seitsemän oppilaan vastauksia, joita en yläasteella ollut opettanut.

113Taulukko 35: Lukion aaltoliikeopin kurssin suorittaneiden oppilaiden aaltoliikkeeseenliittämiä mitattavia ominaisuuksia.aallonpituus 9 / A 6 / B 15 / 17 yht./17taajuus 7 6 13amplitudi 8 4 12et.nopeus 8 3 11jaksonaika 6 4 10taitekulma 1 2 3tulo- ja heij. k. 1 1 2Erikseen kerrottiin mitattavia ominaisuuksia olevan äänen voimakkuuden ja valonkirkkauden. Ilolla tervehdin kulmien mukaan tuloa, sillä jos ääni ja valo tunnistetaanaaltoliikkeeksi heijastumisen ja taittumisen perusteella, olisi luonnollista mitatakulmia.Kolmannessa tehtävässä pitikin miettiä niitä käyttäytymistapoja, jotka liittävät äänen javalon aaltoliikkeeksi. Taulukon 36 osassa a ovat äänen käyttäytymistavat ja osassa bvalon. Merkinnät A ja B kuten edellisessä tehtävässä.

114Taulukko 36 a: Lukion oppilaiden näkemyksiä niistä äänen käyttäytymistavoista, joillaääni tunnistetaan aaltoliikkeeksi.heijastuminen 8 / A 5 / B 13 / 17vaimeneminen 2 1 3interferenssi 2 1 3huojunta 2 1 3Dopplerin ilmiö 2 1 3väliaineen tarve 2 2taittuminen 1 (* 1 2voimakkuus 2 2spektri ( soittimet ) 1 1Heijastuminen oli osalle oppilaista ainoa kiinnekohta aaltoliikkeeseen. Yksi oppilasryhmästä A jätti kohdan tyhjäksi ja kaksi saman ryhmän oppilasta tunnisti äänenaaltoliikkeeksi resonanssin ja etenemisnopeuden perusteella. B-ryhmän yhdessävastauksessa luki vain korkeus. Siitä ei käynyt ilmi yhdistyikö se taajuuteen vaiamplitudiin. Kohdan (* vastauksessa oli lisänä huomautus, ettei äänen taittumista kyllähavaita. Vielä lukion toisella luokalla oli monia, joilta ei onnistunut amplitudi-sanankirjoitus. Minkähän takia osalle oppilaista näytti riittävän se, että yhden sanan keksi?Tämä oli tilanne erityisesti pojilla, joilla fysiikka oli ainoa syventävä reaaliaine. Liekötaustalla pyrkimys päästä vähällä kirjoittamisella ja fysiikan pitäminen matematiikanjatkeena? Huolestuneeksi kyllä tulee, kun ajattelee, millaisen mallin oppilas näistäirrallisista sanoista rakentaa.

115Taulukko 36 b: Lukion oppilaiden näkemyksiä niistä valon käyttäytymistavoista, joillavalo tunnistetaan aaltoliikkeeksi.heijastuminen 9 / A 5 / B 14/17taittuminen 8 3 11taipuminen 2 2 4interferenssi 1 2 3spektri 1 1 2polarisaatio 2 2voimakkuus 2 2Suurin ero ryhmien välillä oli taittumisen kohdalla. Kahdella B-ryhmän pojalla oliitselläänkin silmälasit, mutta heillekin valo oli aaltoliikettä vain heijastumisen kautta.Hilakokeet olivat auttaneet lähes neljäsosaa oppilaista. Polarisaation merkinneet pojattyöstivät ilmiötä jo yhdeksännellä luokalla projektityössään.Seuraavassa tehtävässä oppilaat luettelivat aaltoliikkeen sovelluksia. Useimmatmainitsivat optisia laitteita ja myös musiikkiin liittyviä sovelluksia tuli runsaasti.Äänellä oli ollut tärkeä osa opetuksessa. Erilaisia soittimia oli ollut käytettävissätuntitutkimuksiin. Myös kirjan kotitehtävät olivat ohjanneet kokeiluihin soittimilla.Eräs tytöistä kertoi suorittaneensa tehtävää, jossa pianon pedaali painetiin alas ja sittenäänneltiin itse. Ennenkuin hän oli itse ennättänyt äännellä, oli koira aloittanutvonkumisen. Tytön tehtäväksi jäi kuunnella, miten piano vastaa ja seurata koiranilmeitä. Äänenpainot vaan muuttuivat, kun koira ei saanut selvää siitä, kuka sieltäpianosta vastaili. Ääntä havainnoitiin myös oskilloskoopilla, jonka asteikotmahdollistivat mittaustenkin teon. Vaikka luokassamme oli mikroaaltouuni, ei seesiintynyt kuin kolmessa vastauksessa. TV, radio, tutka ja kaikuluotaus tulivat samoinkolmessa vastauksessa esille. Säteily, erityisesti sen käyttö lääketieteessä jateollisuudessa mainittiin myös kolmesti. Tämä johtunee pakollisen kurssin ja ehkäyläasteen projektityöstä. Yksi huomasi, että konserttisalien suunnittelussa on oltavaselvillä aaltoliikkeen käyttäytymisestä, samoin, jos halusi liikkua surffilaudallaaallokossa.

116Viidennessä tehtävässä piti annetuista aineen termodynaamista ominaisuuksista valitane, joiden oppilas ajatteli vaikuttavan aaltoliikkeeseen ja lisäksi yhden vaikutusta pitiselvitellä tarkemmin. Vastausjakauma on esitetty taulukossa 37.Taulukko 37: Lukion oppilaiden näkemyksiä aaltoliikkeeseen vaikuttavista aineentermodynaamisista ominaisuuksista.kimmoisuus 8 / A 4 / B 12/17tiheys 10 6 16omin.lämpökapasiteettilämpötila 10 4 14paine 1 1 2Selityksistä neljäsosassa sanottiin lämpötilan vaikuttavan äänen nopeuteen.Kimmoisaan aineeseen äänen sanottiin imeytyvän. Yhdessä vastauksessa oli tiheyssekoitettu optiseen tiheyteen. Useammalla oli mielikuva siitä, että mitä tiheämpääkiinteä aine on, sitä nopeammin aaltoliike etenee. Tähän he olivat päätyneetajattelemalla, että siirtyminen rakenneosalta toiselle käy nopeammin rakenneosienollessa tiheässä. Tätä ongelmaa on Nevalainen työssään ( Nevalainen, T. 1998 )tarkastellut äänen kannalta. Tarjotuista selityksistä kävi ilmi, että osa oppilaista ajatteliominaisuuksien vaikutusta etenemiseen ja osa käyttäytymiseen rajapinnassa.Viimeisessä tehtävässä oppilaat saivat kirjata yhteyksiä aaltoliikkeen ja mekaanisensysteemin liikkeen ja vuorovaikutusten välillä. Taulukossa 38 on esitetty esille tulleitavaihtoehtoja.

117Taulukko 38: Lukion oppilaiden näkemyksiä aaltoliikkeen ja mekaanisen systeeminyhteyksistä.tyhjää 3 / A 3 / Bjotain kaavamössöä 1 1mek.syst. voi käyttää aaltoliikettä 1harmoninen liike 1samoja mitattavia ominaisuuksia 1kummallekin voidaan määrittää etenemisnopeus 1värähtely on yksi liikkeen muoto 1eteneminen mahd. vuorovaikutusten välityksellä 2energiaa tarv. molempien liikk. käynnistämiseen 1energia säilyy vap. mek. systeemissä jaaaltoliikkeessä1Yhteyksien löytäminen näytti olevan vaikeaa ja tyhjät kohdat raivostuttivat opettajaa.Iloa tuotti se, että kaavamössöä ei juurikaan ollut, vaan oli valittu sanallisten, osinpitkienkin, selitysten linja. Taulukon alimman rivin vastauksessa ei aaltoliikettä -ainakaan paperilla - kiinnitetty väliaineeseen. Tästä listasta puuttuu B-ryhmäläisenvastaus: ”Sekä aaltoliikkeessä että mekaanisen systeemin liikkeessä täytyy ollavuorovaikutus jonkin kanssa. Aaltoliikkeessä olevalla kappaleellakin on liike- japotentiaalienergiaa. Aaltoliikkeessä olevan kappaleen nopeuden ja kiihtyvyyden voiselvittää, kun kappaleen paikka ajan funktiona tunnetaan.”4.7 Tulokset ja niiden merkitysTässä luvussa vastataan tutkimusongelmiin ja vertaillaan oppilaiden luomia malleja.Kuvasta 8 näkyvät seurantaan valitut ryhmät A, B, C, D, E, F ja G.

1187.lk./97-98/ennen op.7.lk./99-00/ennen op.kehitys Akehitys B7.lk./97-98/jälkeen7.lk./99-00/jälkeenD9.lk./99-00/ennen op.kehitys C9.lk./97-98/jälkeenlu2/97-98/ennen op.lu3/97-98/jälkeenEFG9.lk./99-00/jälkeenlu2/99-00/jälkeenKuva 8: Seurantaan valitut ryhmät.Kohdissa A, B ja C seurataan kokeellisen työskentelyn vaikutusta oppilaan luomaan malliinaaltoliikkeestä. Kohdassa D seurataan yhden oppilasryhmän ( 11 oppilasta ) kehitystäseitsemänneltä luokalta yhdeksännen luokan lopulle. Kohdassa E seurataan erityisestikahdeksan oppilaan mallin kehittymistä yhdeksännen luokan lopusta lukion aaltoliikeopinloppuun. Kohdat F ja G mahdollistavat lukiolaisten mallien vertailut eri vaiheissa, vaikkaniissä kaikissa onkin eri oppilasjoukko.

1194.7.1 Opetuksen vaikutus seitsemännellä luokallaSeitsemännellä luokalla tavoitteeksi oli asetettu mekaanisen aaltoliikkeen synnyn jaetenemisen mahdollisuuden ymmärtäminen. Ongelmaksi muodostui tällöin, mitätarkasteluissa voi mitata ja miten ääni liittyy mielikuvaan aaltoliikkeestä.Ennakkokartoituksen perusteella oppilaat olivat ”vihreästi” ymmärretystä luonnostakiinnostuneita ja ympäristöään havainnoivia. Tämä tarjosi hyvän lähtökohdan vedenaaltoilusta liikkeelle lähtevälle tarkastelulle. Samalla opetus rakentui alusta astihahmottavan lähestymistavan periaatteille. Opetusjakson jälkeen suoritetunparasta/ikävintä kysymyksen tulosten analysointi kertoi lähestymistavan periaatteillerakentuvan ja asetettuja tavoitteita kohti suuntautuvan opetuksen saamastamyönteisestä vastaanotosta. Siitä selvisi, että uusi ja erilainen tapa oppia - tehdä työtäja ymmärtää - oli oikea työskentelytapa.Tavoitteena ollut mekaanisen aaltoliikkeen synnyn ja etenemisen mahdollisuudenymmärtäminen toteutui tutkimukseni mukaan lähes kaikkien oppilaiden kohdalla.Seitsemännellä luokalla myös korostuivat kokonaisuuden hahmottamiseen jaajattelutavan ohjaamiseen fysikaaliseen suuntaan ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 )tähtäävät toimenpiteet. Varsinainen mittausten tekeminen ei korostunut seitsemännenluokan työskentelyssä, mutta tutkimukseni osoittaa lähestymistavan mahdollistaneeneritasoisen etenemisen oppilaan oman elämysmaailman luomista lähtökohdista.Muutama oppilas liitti jo lyhyen opetusjakson jälkeen aaltoliikkeeseen mitattaviaominaisuuksia. Myös luonnonlakien ilmenemisen havaitseminen aaltoilmiöissäkäynnistyi käytetyllä opetustavalla jo seitsemänneltä luokalta alkaen. Kuvan 8 kohtienA ja B tulosten vertailu osoittaa, että tähän voitiin myös opetusta kehittämällävaikuttaa.Oppilas rakentaa opiskelun edetessä yksittäisistä tiedoista mallia aaltoliikkeestä. Ääniliittyi aaltoliikkeeksi oppilaiden muodostamassa mallinnuksessa syntytapansa jaetenemisensä perusteella. Ne kytkeytyivät oppilaan mallissa kiinteästi yhteen. Myösäänen heijastuminen, ”kimpoaminen vaikka kalliosta”, auttoi liittämään äänenaaltoliikkeeksi.

1204.7.2 Yhdeksännen luokan tuoma kehitysJo opetuksen suunnittelussa ja tuntitavoitteiden asettamisessa valon ymmärtäminenaaltoliikkeeksi jäi täysin taka-alalle. Välillä yllättävän lyhyellä varoitusajalla tulleettiedot tuntien menetyksistä sekä yhden oppilasryhmän tottumattomuus kokeelliseentyöskentelyyn aiheuttivat sen, ettei valon ymmärtäminen aaltoliikkeeksi ollut minkääntunnin erityisenä tavoitteena.Suurin osa oppilaista ei peruskoulun päättyessä miellä valoa aaltoliikkeeksi.Lukuvuonna 97-98 tutkimukseeni osallistuneista oppilaista tällaisia oli 67% jalukuvuonna 99-00 heitä oli 76%. Jos valo tunnilla hetkellisesti miellettiinkinaaltoliikkeeksi, kytkentä ei jäänyt pysyväksi tai sitä ei osattu palauttaakartoitustilanteessa mieleen. Vastaavanlaisista tuloksista kerrotaan myös Ahteentutkimuksessa ( Ahtee, M. 1992 ).Tutkimuksestani ( kuvan 8 kohta C ) käy ilmi, että valon mieltämisessä aaltoliikkeeksioma kokeellinen työskentely koettiin ratkaisevan tärkeäksi. Ne oppilaat, joillekokeellinen työskentely oli tuttua jo seitsemänneltä luokalta alkaen ja jotkakeskittyivät ja osallistuivat oppimistapahtumiin määrätietoisesti, onnistuivat liittämäänvalon aaltoliikkeeksi. Oman työskentelyn myötä löytyi ilmiöitä, jotka joseitsemännellä luokalla oli liitetty aaltoliikkeeseen. Oppiminen eteni konstruktivisminmukaisesti. Heijastuminen ja heijastuslain kokeellinen todentaminen auttoi, muttatyöskentely toi esiin myös uusia ilmiöitä, kuten polarisaation ja interferenssin. Näidenymmärtämisessä oli oppilaiden oma projektityöskentely avainasemassa. Nevalainentoteaa omassa tutkimuksessaan ( Nevalainen, T. 1998 ), ettei lukioon tulevillaoppilailla ole interferenssistä mitään kuvaa. Tutkimukseni osoittaa joillekin tuon kuvankuitenkin muotoutuneen. Merkitystä oli varmasti sillä, oliko interferenssiin kiinnitettyhuomiota aiemmin suuremman tai pienemmän vesialtaan äärellä.Tutkimukseni tuloksista nousee kuva siitä, miten valo-opin opetusjakso tulisisuunnitella ja toteuttaa niin, että siinä valolähteisiin perehtymisen, valon

121suoraviivaisen etenemisen, heijastumisen, taittumisen, kuvan muodostumisen ja väriennäkemisen lisäksi oppilailla olisi mahdollisuus ymmärtää valo aaltoliikkeeksi.4.7.3 Kehitys peruskoulun aikanaTässä kohdassa tarkastelen yhdentoista oppilaan kehitystä peruskoulun seitsemänneltäluokalta yhdeksännen luokan loppuun ( kuvan 8 kohta D, ryhmän seuranta ). Vertaanmyös heidän käsityksiään valo-opista muiden tutkimusten tuloksiin. Heidänseitsemännen luokan ( liite 4 ) ja yhdeksännen luokan ( liite 5 ) vastauksiaananalysoimalla olen laatinut taulukon 39. Parasta -sarakkeessa on oppilaan tunnillaparhaaksi kokema työskentelymuoto. Neljässä seuraavassa sarakkeessa on oppilankäsitys aaltoliikkestä, sen synnystä ja ominaisuuksista sekä äänen ja valonymmärtämisestä aaltoliikkeeksi. Merkinnät noudattavat mahdollisimman tarkastioppilaan vastauspapereissa olleita. Merkintä tyhjää tarkoittaa, ettei oppilas olekirjoittanut kyseiseen kohtaan mitään ja epäselvä, että oppilas kyllä kirjoitti jotakin,mutten pysty ymmärtämään sitä. Viimeisestä sarakkeesta löytyvät valo-opin jälkeenpidetyssä kartoituksessa ( liite 5 ) väärin olleet kohdat.

122Taulukko 39: Yhdentoista oppilaan kehitys seitsemännen luokan lopusta yhdeksännen luokanloppuun ( ryhmän seuranta, kuvan 8 kohta D ).opp.nro parasta aaltol. syntyyn tarv. aaltol. ominaisuuks. äänen ym. aaltol. valo aalt. loppukart. vääriä1 parityöt häiriö ja väliaine etenee, mutta ei näy epäselvä ei löydä 2.2 kokeilut häiriö ja väliaine pehmeys kaiku ei muista 5, 6, 7a, 7c3 kokeilut kosketus eteneminen vaimeneminen tyhjää 1, 5, 6, 7a4 tutkim. tuuli eteneminen liike ei löydä 3, 6, 7a, 7c5 tekeminen häiriö ja väliaine eten., heijastuminen syntytapa samanl. heijastuminen 6, 7a, 7c6 keskustelu värähtelijä voi kuulua ääni kovuus / pehmeys epäselvä 1, 2, 3, 5, 6, 7a7 testit vär. ja väliaine edestak. liike eteneminen kyllä 1, 2, 6, 7a, 7c8 ääniraudat vär. ja väliaine voivat hävittää epäselvä tyhjää ei käänt. paperia9 koordin. vär. ja väliaine muoto, poik., pitk. ilma aaltoilee ei löydä 2, 6, 7a, 7c10 tutkim. häiriö kimpoaminen tak. tyhjää heijastuminen 2, 7a, 7c11 tyhjää vär. ja väliaine tyhjää tyhjää värikiekko 3, 6, 7b

123Tutkimukseni osoittaa, että hahmottavan lähestymistavan kautta kokeelliseentyöskentelyyn jo seitsemännellä luokalla tottuneet oppilaat muodostavatkehittyneemmän mallin kuin oppilaat, joille lähestymistapa tuli vasta yhdeksännelläluokalla. Vaikka äänen ja erityisesti valon liittäminen aaltoliikkeen onperuskoululaiselle vaikeaa, käy tutkimuksestani ilmi, että mikäli oppilas perehtyi joseitsemännellä luokalla aaltoliikkeen ominaisuuksiin ja lakeihin ja ymmärsi niidenmerkityksen, hänen oli mahdollista yhdeksännellä luokalla näihin kiinnittäenymmärtää valo aaltoliikkeeksi. Äänen ymmärtämistä aaltoliikkeeksi auttoi se, ettäaaltoliikkeen perushahmotus suoritetiin juuri ennen äänioppia.Ryhmän menestyminen valo-opin perusasioitten ymmärtämistä testaavissa tehtävissä( liite 5 ) ilmenee taulukosta 40. Prosentteina olevat vertailuluvut ovat peräisintutkimuksista, joissa on tutkittu samaa asiaa vastaavassa vaiheessa opiskelua olevillaoppilailla.Taulukko 40: Valo-opin perusasioitten ymmärtäminen yhdentoista oppilaanseurantaryhmässä.tehtävä 1 2 3 4 5 6 7a 7b 7coikeita 8 6 9 11 8 3 3 9 5% 73 55 82 100 73 30 30 90 50vertailu% 66 32 30 27 50 10 21 48 39Fetherstonhaugh ja Happs ( Fetherstonhaugh, A., Happs, J. 1988 ) esittivät tehtävän 1kaltaisen tehtävän 20 australialaiselle kahdeksasluokkalaiselle. Näistä oppilaista 66%ymmärsi valon etenevän kunnes se osuu johonkin kohteeseen.Tehtävässä 2 on oikeiksi hyväksytty kaikki alueet I - IV ja myös alueet I - III eli valoneteneminen ainakin jalankulkijaan asti. Näin tulkitsivat myös Andersson ja Kärrqvist( Anderson, B., Kärrqvist, C. 1981 ), jotka esittivät saman tehtävän Ruotsinperuskoulun yhdeksäsluokkalaisille. Näistä 32% ymmärsi tehtävän oikein. Ahtee (

124Ahtee, M. 1992 ) on esittänyt saman tehtävän luokanopettajalinjan ensimmäisenvuoden opiskelijoille. Heillä vastaavaksi prosenttiluvuksi tuli 42.Tehtävässä 3 on vertailulukuna ruotsalaisten peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten( Anderson, B., Kärrqvist, C. 1981 ) prosenttiluku. Tuossa tutkimuksessa tehtävä tosinannettiin oppilaille avoimempana.Varjon syntyä käsittelevän tehtävän kaikki koko yläasteen seurannassa olleet oppilaatymmärsivät opetusjakson jälkeen oikein. Myös selitys onnistui heiltä, sillä he olivatharjaantuneet opetuskeskusteluissa ja kirjoituksissaan ilmaisemaan ajatuksensa jakäyttämään käsitteitä oikein. Feher ja Rice ( Feher, E., Rice, K. 1988 ) ovat tutkineetamerikkalaisten 8 - 14- vuotiaiden lasten käsitystä varjon synnystä. Näistä 27%ymmärsi varjon synnyn oikein.Tehtävän 5 kaltaisen tehtävän kohdalla Ahtee ( Ahtee, M. 1992 ) toteaa opetuksentuottaneen tulosta, jos puolet oppilaista tietää kyseessä olevan taittumisilmiön.Andersonnin ja Kärrqvistin tutkimuksessa ( Anderson, B., Kärrqvist, C. 1981 ) juuripuolet oppilaista ymmärsi, että kyseessä oli taittumisilmiö.Värien näkemistä koskevassa tehtävässä 6 myös ne viisi oppilasta, jotka uskoivat valonvärjäytyvän lasilevyssä, yrittivät muodostaa jonkinlaista selitysmallia. Oikeanselitysmallin löysi kymmenestä oppilaastani kolme. Vaikka englantilaisissaoppikirjoissa käsitelläänkin väri-ilmiöitä huomattavasti laajemmin kuin meillä,sikäläisen tutkimuksen mukaan lähes puolet oppilaista ajatteli punaisen suodattimenmuuttavan valkoista valoa( Ahtee, M. 1992 ). Anderssonin ja Kärrqvistin ( Andeson, B., Kärrqvist, C. 1981 )tutkimukseen osallistuneista yhdeksäsluokkalaisista vain 10% löysi oikeanselitysmallin.Seitsemännen tehtävän Jung ( Jung, W. 1982 ) esitti Saksassa oppilaille, jotka eivätvielä olleet opiskelleet valo-oppia ja toiselle oppilasjoukolle valo-opin opetuksenjälkeen. Hänen tutkimuksestaan käy ilmi, ettei minkään tehtävän kolmen kohdan

125tuloksissa ole merkitsevää eroa oppilaiden välillä sen mukaan ovatko he opiskelleetvalo-oppia vai eivät. Vertailuna olevat prosenttiluvut ovat tästä tutkimuksesta. Samaatehtävää on käyttänyt Palacios ( Palacios, F., Cazorla, F., Madrid, A. 1989 )testatessaan espanjalaisia fysiikan ja muiden luonnontieteiden opettajiksi toista vuottaopiskelevia. Näistä 37% vastasi tehtävän ensimmäiseen kohtaan oikein.Oman tutkimukseni tulos osoittaa, että fysiikan opiskelun alusta asti tapahtuvahahmottavan lähestymistavan käyttö, kokeellisuuden periaatteet huomioiva empirian jateorian jatkuva vuorovaikutus sekä kartoituskyselyillä tehtävä oppimisprosessinjatkuva seuranta auttavat opettajaa suuntaamaan opetustaan niin, että se mahdollistaataulukon 40 mukaiset paremmat oppimistulokset.4.7.4 Lukion aikana tapahtuva kehitysLukion aikana tapahtuvaa aaltoliikeopin ymmärtämisen kehitystä selvitinanalysoimalla oppilaiden vastauksia ennen aaltoliikeopin kurssia ja sen jälkeen ( kuvan8 kohta F ) sekä vielä modernin fysiikan kurssin jälkeen ( kuvan 8 kohta G ). Kaikissakyselyissä oli eri oppilasjoukko, joten kyseessä ei ollut ryhmän seuranta.Lukio-opintojen tavoitteena oli lisätä ja täsmentää tietoja. Miten mielikuvaaaltoliikkeestä syveni aaltoliikeopin kurssilla ( kuvan 8 kohta F )? Ennen kurssiaaaltoliikettä kuvailtiin toistuvaksi liikkeeksi, jossa värähdyksiä eteni joustavassaaineessa. Väliaineen vaikutus oli tärkeä. Nevalainen ( Nevalainen, T. 1998 ) toteaaaaltoliikkeen yhteen kytkettyjen rakenneosasten liikkeenä olevan aivan ”uuttafysiikkaa” lukion oppilaille, mutta omasta tutkimuksestani selviää, että jo ennen lukionaaltoliikeopin kurssia kaksi oppilasta oli ymmärtänyt aaltoliikkeen rakenneosastenvälittämäksi liikkeeksi. Toista ääripäätä edustaa oppilas, joka osasi sanoaaaltoliikkeestä vain, että ” se on aaltomaista liikettä ”. Oppilaiden piirroksissa näkyiaaltoliikkeen yhdistyminen veteen ja aaltoliikettä kuvattiin sinikäyrällä. Kurssinjälkeen selitykset olivat monipuolisempia ja täsmällisempiä. Selviteltiin väliaineenpyrkimystä takaisin tasapainotilaan ja myös energian siirto tuli mukaan vastauksiin.

126Voisi sanoa, että jokaisella oppilaalla oli oma malli, jota hän selvitti, eikä mitäänkopioitua tai ulkoa opittua lausetta.Mitattavina ominaisuuksina oppilaat liittivät ennen kurssia aaltoliikkeeseen lähinnävain aallonpituuden ja taajuuden. Muita ominaisuuksia ei juuri esiintynyt, mutta kaikkikyllä osasivat mainita ainakin yhden. Kurssin jälkeenkin aallonpituus ja taajussäilyttivät suosionsa, mutta tutuiksi tulivat myös amplitudi, etenemisnopeus jajaksonaika. Valo-opissa lähes ainoita etenemiseen liittyviä mitattavia asioita olivatvastauksissa tulo-, heijastus- ja taitekulmat. Ne tulivat mukaan mitattaviinominaisuuksiin kurssin jälkeen.Ennen kurssia puolet oppilaiden vastauksista oli tyyppiä ” Valo on aaltoliikettä. ” ja ”Valo on sähkömagneettista säteilyä. ”, eikä mitään perustelua väitteille esitetty.Kurssin jälkeen 82% oppilaista liitti valon aaltoliikkeeksi, koska valo heijastuiheijastuslain mukaisesti. Valon taittuminen ja taittumislaki liitti valon aaltoliikkeeksi65 prosentilla oppilaista. Ennen kurssia vain neljäsosa oppilaista liitti valonaaltoliikkeeksi heijastumisen perusteella ja samoin neljäsosa taittumisen perusteella.Kurssi toi mukanaan täysin uutena valon aaltoliikkeeksi liittävänä ilmiönä taipumisen.Fysiikan historiassa taipumisella on ollut tärkeä merkitys ( Kurki- Suonio, K. & R.1997 ). Nyt 24 prosenttia oppilaista oli ymmärtänyt taipumisen todisteeksi valonaaltoluonteesta. Myös taipumisen aiheuttava interferenssi esiintyi kurssin jälkeenilmiönä, joka havaitaan kaikilla aaltoliikkeillä. Nyt 53% oppilaista löysi heijastumisentai taittumisen lisäksi jonkin muunkin ilmiön, joka liitti valo aaltoliikkeeksi.Aaltoliikkeen sovelluksia oppilaat luettelivat runsaasti sekä ennen kurssia että senjälkeen.Arons ( Arons, B. 1997 ) suosittaa, että mekaanista aaltoliikettä tulee opettaakinematiikan pohjalta. Lukiossamme tämä toteutuu, sillä mekaniikan kaikki kurssitsijoittuvat ennen aaltoliikeopin kurssia. Kun oppilaiden piti etsiä aaltoliikkeenyhteyksiä mekaaniseen systeemiin, suoritettiin yhdistäminen ennen kurssiavuorovaikutuksessa syntyvän värähtelyn perusteella. Kurssin jälkeen kerrottiinaaltoliikkeellä olevan samoja mitattavia ominaisuuksia - esimerkiksi nopeus - kuin

127mekaanisella systeemillä. Kun malli kehittyi, aaltoliikkeen etenemiseen tarvittiinvuorovaikutus kuten mekaanisen systeemin liiketilan muuttamiseenkin ja energia tulimukaan vuorovaikutuksiin. Värähtely osattiin liittää yhdeksi liikkeen muodoksi.Aineen termodynaamisten ominaisuuksien vaikutusta aaltoliikkeeseen pohtiessaan25% oppilaista ei ennen kurssia löydä mitään vaikuttavia ominaisuuksia. Tiheyden tailämpötilan totesi vaikuttavan 63% oppilaista. Myös Nevalaisen ( Nevalainen, T. 1998 )suorittamassa ennakkotestissä oppilaiden mielestä aineen tiheys vaikutti aaltoliikkeenetenemisnopeuteen. Lämpötilan vaikutuksesta kirjoitti yksi oppilaani ennen kurssia: ”Mitä paremmin aine johtaa lämpöä, sitä nopeammin sen hiukkaset värähtelevät ja sitänopeammin aaltoliike etenee. ” Toinen kirjoitti: ” Aaltoliikkeen eteneminen onsidoksissa lämpötilaan, joka vaikuttaa ratkaisevasti aineen olomuotoon. ” Kurssinjälkeen 94% oppilaista ilmoitti aineen tiheyden vaikuttavan aaltoliikkeen etenemiseen.Tätä perusteltiin sillä, että kiinteissä aineissa, joilla on suurempi tiheys kuin nesteillä jakaasuilla, aaltoliike etenee nopeammin. ” Mitä tiheämpi aine on, sitä tiheämmässä senrakenneosat ovat ja sitä nopeammin aaltoliike siirtyy yhdeltä rakenneosalta toiselle. ”Samaa perustelua käyttivät myös Nevalaisen ( Nevalainen, T. 1998 ) tutkimukseenosallistuneet oppilaat. Sen sijaan tiheyden vaikutuksesta samassa olomuodossa olevienaineiden kohdalla oppilaat eivät kertoneet, joten se oli voitu ymmärtää väärin.Lämpötilan vaikutuksen tunnisti 82% oppilaista ja heistä viidesosa selitti korkeammanlämpötilan suurentavan etenemisnopeutta. Aineen kimmoisuuden ilmoitti vaikuttavan71% oppilaista. Muutama oppilas pohti vaikutusta valon kannalta ja totesi aineenvaikuttavan valon etenemisnopeuteen ja siten valon kulkusuuntaan.Kaikki lukion kurssit käyneistä oppilaista yli puolet piti aaltoliikkeenä ilmiötä, jossavärähtelevä lähde syöttää energiaa ja väliaine - ilman, että itse liikkuu - tai kenttäsiirtää energiaa vastaanottimelle. Sopivasta kuvaajasta oppilas osasi määrittääaallonpituuden, amplitudin ja jaksonajan. Aaltoliikkeen tunnistamisessa oppilaitaauttoivat kaikille aaltoliikkeille ominaiset ilmiöt ja niitä kuvaavat lait. Kaikilleaaltoliikkeille yhteisinä ilmiöinä oppilaat mainitsivat heijastumisen, taittumisen,taipumisen, interferenssin sekä Dopplerin ilmiön. ” Kaikille aaltoliikkeille onominaista mm. Dopplerin ilmiö, jossa liikkuvan lähteen muodostama aaltorintama on

128tiheämpi lähteen menosuunnassa kuin sen takana. ” Oppilaat tunnistivat nyt enemmänilmiöitä kuin välittömästi aaltoliikeopin kurssin jälkeen. Heijastuminen ja taittuminenolivat myös menettäneet ylivoimaansa, mutta sekä heijastus- että taittumislakia osattiinselvittää sanallisesti piirrosta apuna käyttäen.Kysyttäessä, miten modernin fysiikan kurssi oli vaikuttanut oppilaan muodostamaankuvaan aaltoliikkeestä, oli yhdessä paperissa kommentti: ”Kaikki ei ole sitä miltänäyttää.” Osin olo kurssin jälkeen oli hämmentynyt. Yli puolet oppilaista koki kurssinkuitenkin laajentaneen ja koonneen kuvaa aaltoliikkeestä, sillä ” on paljon sellaisiaaaltoliikkeitä, joita ei jokapäiväisessä elämässä tule aaltoliikkeenä ajatelleeksikaan. ”Tutkimukseni osoittaa, että opetus oli onnistunut luomaan monelle oppilaalle hyvänkuvan aaltoliikkeestä, sen synnystä, etenemisestä, siinä havaittavista ilmiöistä jalaeista. Aaltoliikkeeksi ymmärrettiin nyt muutakin kuin kiven pudotuksessa veteensyntyvät aallot.4.7.5 Kehitys peruskoulun lopusta toisen vuosikurssin loppuunOppilasryhmän kehitystä ja yksittäisen oppilaan luomaa kuvaa aaltoliikkeestä jaerityisesti valosta voidaan seurata vertaamalla kuvan 8 kohdan E mukaisestikartoitusten tuloksia yhdeksännen luokan jälkeen ja lukion aaltoliikeopin kurssinjälkeen niiden kahdeksan oppilaan osalta, jotka osallistuivat molempiin kartoituksiin.Tuloksista on laadittu taulukko 41. Siitä selviää, miten opetus oli onnistuttusuuntaamaan asetettuja tavoitteita kohti ja miten eri luokkatasojen tavoitteetnivoutuivat yhteen.Ensimmäisessä sarakkeessa on oppilaan numero. Sarakkeeseen valon omin. ja käytt.tavat 9.lk on koottu ne valon ominaisuudet ja käyttäytymistavat, jotka oppilas liittivaloon yhdeksännen luokan valo-opin kurssin jälkeen. Samasta kartoituksesta onkoottu kolmannen sarakkeen tiedot. Niistä selviää, minkä ilmiöiden perusteella oppilasmielsi valon aaltoliikkeeksi ja miten kokeellisuus tässä vaikutti. Viimeiseensarakkeeseen on koottu tiedot lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeen pidetyn

129kartoituksen kohdasta, jossa pyydettiin kertomaan sellaisia valon ominaisuuksia jakäyttäytymistapoja, jotka sopivat mielikuvaan aaltoliikkeestä.Yhdeksännen luokan jälkeen kaikki oppilaat tunsivat valon heijastumisen ja 75%oppilaista tunsi myös valon taittumisen. Sironta oli ainakin terminä jäänyt 63 prosentinmieleen. Valon imeytymisestä erilaisiin pintoihin kertoi kolme oppilasta ( 38% ) jasiitä, että valo läpäisee joitakin aineita, kertoi kaksi oppilasta ( 25% ). Valonsuoraviivaisen etenemisen mainitsi vain yksi oppilas. Valon heijastuminen jataittuminen tunnettiin siis erittäin hyvin, mutta yhteys seitsemmännen luokanaaltoliikeoppiin ja erityisesti vesiaaltojen heijastumiseen ja taittumiseen näyttikatkenneen, sillä vain yksi oppilas liitti valon aaltoliikkeeksi taittumisen perusteella jayksi epäröiden heijastumisen perusteella. Puolet oppilaista ilmoitti, etteivät he kyselynhetkellä löytäneet sellaista koetta, joka olisi auttanut heitä ymmärtämään valonaaltoliikkeeksi. Puolet oppilaista taas kertoi kokeellisuuden selvästi auttaneen tässäymmärtämisessä. Ilahduttavaa oli se, että oppilaat saivat apua kovin erilaisestakokeellisuudesta.

130

131Lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeen heijastuminen oli edelleen kaikilla oppilaillavalon aaltoliikkeeksi liittävä ilmiö. Taittumisen näki yhdistäväksi ilmiöksi nytkin kuusioppilasta.Kuva kustakin oppilaasta oppijana välittyy taulukosta 41. Oppilaat 1 ja 3 nauttivatkokeellisesta työskentelystä. He kantoivat vastuunsa ryhmässä ja tarttuivat reippaastimyös päättökokeessa yksin suoritettavaan kokeelliseen osioon. He kävivät keskusteluaja heidän kanssaan oli helppo käydä keskustelua. Oppilas 2 ei pitänyt kokeellisuudesta.Hänen osallistumisensa opetuskeskusteluun oli vähäistä. Hän istui ulkopuolisenatyöryhmässä ja toisten kirjatessa tuloksia kysyi: ”Mitä tässä nyt sit olis pitäny havaita?” Oppilas 4 ei tahtonut pystyä aloittamaan päättökokeen kokeellista osiota millään.Yksin tehtävä kokeellisuus ahdisti häntä ja ryhmässäkin hän pelkäsi tarttua työhön.Pientä, hiljaista keskustelua käytiin, mutta mistä? Oppilas 5 kehittyi kokeellisessatyöskentelyssä opiskelun edetessä. Työskentely sinänsä sujui jo yläasteella, muttavasta lukio avasi hänelle kokeellisuuden merkityksen. Oppilaat 6 ja 7 ovat ainatyöskennelleet yhdessä. Työskentely kyllä sujui yksinkin. Vaikeuksia heillä oli luottaaomiin havaintoihin, erityisesti lukion isossa ja poikavaltaisessa ryhmässä. Oppilas 8 olityöryhmässään kokeellisen työskentelyn vastuunkantaja. Laitteistojen kokoaminen olipitkälti hänen vastuullaan. Myös tutkimusraportteja hän joutui tuottamaan ilmanryhmänsä merkittävää tukea. Hän selvisi työstä hyvin yksin, mutta hän ei halunnutnäyttää osaamistaan ainakaan omassa työryhmässään.4.7.6 Tulosten suhde opetussuunnitelmien tavoitteisiin ja perusopetuksenpäättöarvioinnin kriteereihinOPS-oppaassa ( Anon. 1993 ) yläasteen fysiikan kohdalla asetetaan fysiikan ja kemianopetuksen tilannearviossa opetuksen tavoitteet. Tavoitteista ensimmäisenä on fysiikansaaminen mieluisaksi oppiaineeksi. Lisäksi oppimisen tulisi olla kokonaisuuksienhahmottamista ja opetuksen tulisi perustua kokeelliseen ja tutkivaan lähestymistapaan.

132Tutkimukseeni osallistuneista 73 seitsemännen luokan oppilaasta puolet ilmoittiolevansa kiinnostunut luonnosta, ja yli puolet tekevänsä ainakin joskus havaintojaluonnosta. Kun seitsemännen luokan fysiikan kurssi oli ohi, kolme neljäsosaaoppilaista piti kokeelliseen ja hahmottavaan lähestymistapaan perustuvaa työskentelyätuntien mukavimpana asiana. Myös yhdeksännen luokan jälkeen myönteisyys jatkui.Kaikki kokeellinen työskentely oli auttanut oppimisessa selvästi yli puolta 46tutkimuksessani mukana olleesta oppilaasta. Ja vielä lukion modernin fysiikan kurssinjälkeenkin 75% oppilaista piti kokeellisuutta ratkaisevan tärkeänä oppimiselleen,vaikkei moderni fysiikka koulun tasolla toteutettavia tutkimuksia juurikaan sisällä, sensijaan kyllä runsaasti kerrottua empiriaa ja fysiikan kokeellisen tutkimuksen historiaa.Seuraavassa selvitän niitä aaltoliikkeeseen liittyviä asioita, joihin vähintään puoletkunkin tutkimuksessani mukana olleen luokkatason oppilaista yltää. Oppilas-sanatarkoittaa seuraavassa tuota oppilasjoukkoa. Tämä antaa kuvan siitä, miten kehittynytmalli oppilaalla eri luokkatasoilla oli.Jo ennen yläasteen fysiikan opiskelun alkua oppilas liittää aaltoliikkeen veteen jakertoo aaltoja syntyvän, kun jotenkin rikkoo vedenpinnan. Yhteys veteen säilyyopetuksen jälkeenkin. Näin toteutuu peruskoulun päättöarvioinnin kriteereissä ( Anon.1999 ) mainittu ”oppilas tunnistaa aaltoliikkeitä ympäristöstään”. Oppilas ymmärtääaaltoliikkeen synnyn. Väliaineen merkityksen ymmärtää lähes puoletseitsemäsluokkalaisista. Aaltoliikkeelle tyypillisiä ilmiöitä löytyy ja äänen liittäminenaaltoliikkeksi onnistuu joko synnyn tai etenemisestä luodun mallin avulla.Yhdeksännen luokan jälkeen oppilas ymmärtää valon etenemisen ainakin valoisassatilassa. Hän hallitsee varjon synnyn hyvin. Valon heijastuminen ja taittuminen tulevattutuiksi. Niiden tunnistamista edellytetään päättöarvioinnin kriteereissä ( Anon. 1999 ).Valon ymmärtäminen aaltoliikkeeksi onnistuu yhdeksännellä luokalla vainkolmasosalla oppilaista, joskin ihan oikein perustein. Aaltoliikkeen sovelluksiatunnetaan runsaasti.

133Lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeen oppilas ymmärtää aaltoliikkeen synnyn, muttakiinnittää aaltoliikkeen väliaineeseen. Oppilas löytää mitattavina ominaisuuksinaaallonpituuden, taajuuden, amplitudin, etenemisnopeuden ja jaksonajan. Hän liittäääänen aaltoliikkeeksi heijastumisen perusteella ja valon vastaavasti heijastumisen jataittumisen perusteella. Energian eteneminen liitetään aaltoliikkeeseen,tasapainoaseman merkitys selkeytyy, interferenssi ja taipuminen tulevat mukaanopittuun, mutta eivät ole vielä puolen oppilasjoukon hallinnassa. Aaltoliikkeeseenvaikuttavina termodynaamisina tekijöinä oppilas pitää tiheyttä, lämpötilaa ja aineenkimmoisuutta ja hän löytää yhteyksiä mekaaniseen systeemiin.Modernin fysiikan kurssin jälkeen oppilas ymmärtää aaltoliikkeen etenevänväliaineessa tai kentässä ja siirtävän energiaa kappaleelta toiselle. Oppilas havaitsee jatunnistaa useita aaltoliikkeille ominaisia ilmiöitä. Oppilaan malli laajenee sellaistenaaltoliikkeiden osalta, joita hän ei suoranaisesti näe.Fysiikan käsitteiden hierarkkisilla tasoilla ( Kurki-Suonio, K. & R. 1994 )seitsemännen luokan aaltoliikeoppi edustaa kvalitatiivisen tiedon tasoa. Se onilmiöiden ja kielellisen kuvaamisen taso. Siinä merkitykset tulevat ensin, omatkokemukset ovat tärkeitä, ilmiöitä havainnoidaan ja niistä keskustellaan. Etsitäänmuuttujia ja luokitellaan ominaisuuksia.Yhdeksännellä luokalla aaltoliikeoppia opitaan lisää kvalitatiivisen tiedon tasolla.Jonkinasteisen kvantifioinnin kautta alkaa kuitenkin nousu kvantitatiivisen tiedontasolle. Havainnointi laajenee ja sitä siirretään mittaamisen kautta tapahtuvaksi.Tavoitteena on kvantitatiivisen esityksen taso ja suureiden välisten lakien löytäminen.Lukion aaltoliikeopin kurssissa lähdetään taas liikkeelle kvalitatiivisen tiedon tasolta.Nyt on tarkoitus edetä nopeasti kvantitatiivisen tiedon ja esityksen tasolle, jottaaikanaan olisi mahdollista nousta kvantitatiivisen selityksen tasolle. Lukion fysiikankurssien päättyessä oppilas ymmärtää, että teoria tuottaa vääriä ennusteitapätevyysalueensa ulkopuolella. Uudet teoriat ravistelevat oppilaan maailmankuvaa,mutta muodostavat aikanaan uuden ymmärtämisen kerroksen.

1345 TUTKIMUKSEN LUOTETTAVUUSToimintatutkimuksen menetelmät ovat yleensä lähempänä kvalitatiivisia kuinkvantitatiivisia menetelmiä ( Suojanen, U. 1992 ). Koska tässä tutkimuksessa käytettiinlähinnä kvalitatiivisia menetelmiä, tarkastellaan toimintatutkimuksen luotettavuuttakonstruktiivisen tiedonkäsityksen pohjalta.Tutkimusmenetelmien luotettavuutta on yleensä punnittu validiteetin ja reliabiliteetinkäsittein. Lincoln ja Guba ( Goba, E., Lincoln, Y. 1989 ) ovat muokanneetluotettavuuskäsitteitä paremmin kvalitatiiviseen tutkimukseen sopiviksi. Validiteetin jareliabiliteetin käsitteet perustuvat heidän mukaansa objektiiviseen oletukseen, että onolemassa vain yksi totuus, jota tutkimuksessa tavoitellaan. Konstruktivistisentiedonkäsityksen mukaan ei ole olemassa yhtä ainoaa totuutta, joten tutkimuksenarviointikriteereiksi eivät sovi perinteiset luotettavuuskäsitteet.Sisäisen validiteetin käsitteen Guba ja Lincoln ( Guba, E., Lincoln, Y. 1989 )korvaavat vastaavuuden käsitteellä, jossa objektiivisen totuuden ja tutkimusten välinenvastaavuus korvataan tutkimusten tutkittavista tuottamien rekonstruktioiden jatutkittavien omasta todellisuudestaan tekemien konstruktioiden välisellävastaavuudella.Vastaavuutta voidaan Guban ja Lincolnin ( Guba, E., Lincoln, Y. 1989 ) mukaanparantaa mm. seuraavilla menetelmillä:∗ Pitkitetty tutustuminen antaa tutkijalle riittävästi aikaa tutkittaviin henkilöihinja tutkimusympäristöön perehtymiseen.∗ Riittävä kenttätyöaika mahdollistaa tutkittavaan ongelmaan vaikuttavientärkeimpien tekijöiden löytämisen.∗ Palaute tutkimukseen osallistuneilta voi antaa tutkijalle lisätietoavastaavuudesta. Palautetta voidaan kerätä sekä aineiston keräämisen ettätulkinnan aikana.∗ Poikkeavien tapausten merkityksen arviointi voi syventää ymmärrystätutkittavasta ongelmasta.

135Tässä tutkimuksessa vastaavuuden vaatimuksen kohdat toteutuvat, sillä toiminkaikkien tutkimuksessa mukana olleiden ryhmien fysiikan opettajana.Seitsemäsluokkalaisten kanssa yhteistyö alkoi, yhdeksäsluokkalaisten kanssa yhteistyöjatkui osalla toista ja osalla kolmatta vuotta. Vain yhden yhdeksännen ryhmän kanssayhteistyömme alkoi vasta yhdeksännellä luokalla. Lukion toisen vuosikurssinoppilaista osaa opetin viidettä vuotta ja kolmannen vuosikurssin oppilaista osa olimyös aloittanut ohjauksessani jo seitsemännellä luokalla. Kaikkia lukion oppilaita olinopettanut lukion ensimmäisestä vuosikurssista alkaen, siis yhteistyömme oli kestänytvähimmilläänkin kaksi tai kolme vuotta. Näin vaatimukset pitkitetystä tutustumisestaja riittävästä kenttätyöajasta toteutuvat. Palautetta tutkimukseen osallistuneilta on olluthelppo saada, sillä olen varsinaisen tutkimusmateriaalin keruun jälkeenkin koko ajanhoitanut virkaani matematiikan, fysiikan ja kemian lehtorina. Myös poikkeavientapausten arviointi on suoritettu, sillä olen pyrkinyt tulkitsemaan kaikkien oppilaidenvastaukset.Ulkoisen validiteetin tai yleistettävyyden käsitteen Guba ja Lincoln ( Guba, E.,Lincoln, Y. 1989 ) korvaavat siirrettävyyden käsitteellä. Sen mukaan tulostensiirrettävyys toiseen kontekstiin riippuu siitä, miten samanlaisia tutkittu ympäristö jasovellusympäristö ovat. Myös tutkimuksen hyödyntäjän tulee kantaa vastuu tulostensiirrettävyydestä. Jotta tutkimusta lukeva voisi tehdä johtopäätöksiä tutkimuksensoveltuvuudesta toiseen kontekstiin, on tutkijan kuvattava tarkasti aineistoaan,tutkimustaan ja tutkimuskontekstia.Tämän tutkimuksen siirrettävyys mahdollistuu luvun 4 perusteella. Siinä annetaanmahdollisimman tarkka kuva siitä kontekstista, jossa tutkimus tehtiin, kuvataankerättyä aineistoa ja tutkimuksen kulkua. Aineisto sisältää suoria lainauksia oppilaidenvastauksista. Oppilaat, joiden mallin kehittymistä seurattiin eri luokka-asteilla,numeroitiin. Tämä antaa lukijalle mahdollisuuden seurata yksittäisen oppilaankehitystä. Tarkka kuvaus antaa jokaiselle lukijalle mahdollisuuden tarkastaa tekemänijohtopäätökset. Lukuvuonna 1999-2000 käytin yhdeksännen luokan valo-opinkartoituksissa ( ks. 4.2.2 ja liite 5 ) osin valmiita kyselyjä. Tämä osaltaan helpottaa

136siirrettävyyden arviontia. Näin tutkimuksen lukija voi tehdä johtopäätöksiätutkimuksen soveltuvuudesta omiin tarkoituksiinsa.Reliabiliteetin käsitteen Guba ja Lincoln ( Guba, , E., Lincoln, Y. 1989 ) korvaavattutkimuksesta itsestään johtuvalla tutkimustilanteen arvioinnilla. Tutkijan käsityksenmuuttuminen ja tutkimusmenetelmien muuttuminen tutkimuksen edetessä eivät oletoimintatutkimuksessa ongelmia, vaan merkki tutkijan kypsymisestä ja tutkimuksenedistymisestä. Näiden muutosten on kuitenkin oltava läpinäkyviä tutkimusta lukevalleulkopuoliselle lukijalle.Toimintatutkimukselle on luonteenomaista, että tutkimussuunnitelma muokkautuututkimuksen kuluessa. Suojasen ( Suojanen, U. 1992 ) mukaan menetelmä onsystemaattinen oppimisprosessi. Tätä tutkimuksesta itsestään johtuvaatutkimustilanteen arviointia on luvussa 4 pyritty tekemään lukijalle mahdollisimmanläpinäkyväksi.Guba ja Lincoln ( Guba, E., Lincoln, Y. 1989 ) korvaavat tutkimuksen tarkastamisessaobjektiivisuuden vaatimuksen vahvistettavuuden käsitteellä. Vahvistettavuus tarkoittaasitä, että tutkimuksen tulokset voidaan jäljittää tutkimusaineistosta ja myös tutkijanajatuksenkulun tulee olla havaittavissa. Edelleen tutkimuksesta pitää näkyä, mitentutkimusaineisto on kerätty.Tutkimuksen vahvistettavuuden olen pyrkinyt varmistamaan siten, että kaikkiinkyselyihin vastattiin omalla nimellä ja valvotuissa oloissa. Oppilaiden tuottamakirjallinen materiaali on kokonaisuudessaan koottu talteen. Koska olen työskennellyttutkittavien kanssa osin hyvinkin pitkään, on tutkijan ja tutkittavien välinen suhdemuotoutunut luottamukselliseksi.

1376 YHTEENVETO JA POHDINTASeitsemännen luokan oppilaat löysivät aaltoliikettä kuvaaviksi mitattaviksiominaisuuksiksi aallonpituuden, amplitudin ja värähtelytaajuuden. Taajuuden jaaallonpituuden välinen riippuvuus selvisi. Ääni liittyi mielikuvaan aaltoliikkeestäensisijaisesti syntynsä perusteella, mutta myös siksi, että sille löytyikäyttäytymistapoja, joita muillakin tarkastelluilla aaltoliikkeillä oli. Äänenheijastuminen tunnettiin hyvin.Valon liittäminen aaltoliikkeeksi oli peruskoululaisille vaikeaa. Suurin osayhdeksännen luokan oppilaista ei miellä valoa aaltoliikkeeksi peruskoulun päättyessä.He, jotka onnistuivat liittämään valon aaltoliikkeeksi, tekivät sen taittumisen jaerityisesti heijastumisen perusteella. Oppilaan omalla kokeellisella työskentelyllä olitässä tärkeä merkitys. Uusina ilmiöinä mukaan tulevat interferenssi, polarisaatio jasironta.Lukion aaltoliikeopin kurssin jälkeen mitattavia ominaisuuksia tuli lisää.Aallonpituuden, amplitudin ja taajuuden lisäksi mukaan tulivat etenemisnopeus jajaksonaika sekä tulo-, heijastus- ja taitekulmat. Ääni liitettiin edelleenkinaaltoliikkeeksi heijastumisen perusteella. Lähes kaikki oppilaat liittivät valonaaltoliikkeeksi myös heijastumisen perusteella. Taittuminen, taipuminen jainterferenssi vahvistivat valon aaltoluonteen ymmärtämistä.Kaikille aaltoliikkeille tyypillisinä säännönmukaisuuksina lukion kaikki fysiikankurssit suorittaneet oppilaat pitivät heijastumista heijastuslain mukaisesti, taittumistataittumislain mukaisesti ja sitä, että aaltoliike kuljettaa energiaa. Kokonaiskuvaaaltoliikkeestä alkoi hahmottua, mutta prosessi ei ollut helppo. Aaltohiukkasdualismimonimutkaisti aluksi kuvaa aaltoliikkeestä. Modernin fysiikan kurssin edetessä kuvaaaltoliikkeestä laajeni erityisesti mukaan tulleiden jokapäiväisessä elämässähuomaamattomien aaltoliikkeiden myötä.

138Tutkimukseni antoi myönteisen kuvan hahmottavan lähestymistavan toimivuudesta jasen johdonmukaisen käytön pitkäaikainen vaikutus tuli näkyviin. Myöslähestymistapaa noudattamattoman opetuksen ja siihen perustuvan perinteennegatiivinen vaikutus näkyi.Tutkimuksellani on runsaasti ajallista perspektiiviä. Se kattaa luokkatasotseitsemännestä luokasta lukion viimeiseen luokkaan ja siinä on osin samojaoppilaitakin tarkasteltu kehityksensä eri vaiheissa. Tältä pohjalta tutkimukseni onkäynnistänyt ja sen kanssa rinnan on kehittynyt vastaavanlainen prosessi fysiikanmuillakin osa-alueilla. Myös niihin liittyvää kokeellisuutta ja sen vaikuttavuuttatutkimukseni auttaa kehittämään. Kollegani kanssa olemme ottaneet seurantaanerityisesti sen, millainen malli oppilailla eri luokkatasoilla on sähköopista ja toisaaltalämpöopista ja miten mallia voitaisiin kehittää asetettuja tavoitteita kohti. Erityisestiuudet peruskoulun päättöarvioinnin kriteerit ( Anon. 1999 ) aiheuttavat tavoitteidentarkennuksia eri luokka-asteilla. Mielenkiintoista olisi tutkia, miten oppilaanmielikuvat lämpö- tai sähköilmiöistä kehittyvät peruskoulun seitsemänneltä luokaltalukion viimeiselle luokalle edettäessä. Toisena jatkotutkimusmahdollisuutena olisitarkastella kokeellisuuden merkitystä eri koulujen opetussuunnitelmissa ja sentoteutumista käytännössä. Lisäksi oppilaiden asennetta kokeelliseen työskentelyynvoisi tutkia laajemminkin kuin mitä tässä tutkimuksessa on tehty. Erittäinmielenkiintoista olisi viedä hahmottava lähestymistapa peruskoulun luokille 1 - 6 ( alaaste) ja seurata näiden oppilaiden kehitystä ja verrata sitä esimerkiksi tämäntutkimuksen tuloksiin.

139LÄHTEETAhonen, S. 1991. Oppilaan itsenäinen työ prosessina. Teoksessa I. Sava &H. Linnansaari ( toim. ) Peruskoulun toiminta- ja työmuotojakehittämässä. Helsingin yliopiston Vantaan täydennyskoulutuslaitos,129 - 141Ahtee, M. 1992. Oppilaiden käsitykset valo-opin ilmiöistä ja niiden ottaminenhuomioon opetuksessa. Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto.Ahtee, M.,1998. Luonnontieteiden opettaminen ja konstruktivismi. Teoksessa Lavonen& Erätuuli (toim.) Tuulta purjeisiin. Matemaattisten aineiden opetus2000-luvulle. Atena kustannus, WSOY, 138-153Anderson, B., Kärrqvist, C. 1981. Ljuset och dess egenskaper. EKNA-rapport 8.Göteborgs universitet.Anon. 1992. Tuntijakotyöryhmän muistio. Opetusministeriön työryhmienmuistioita 1992:2Anon. 1993. OPS-opas matemaattisten aineiden opettajille. Matemaattisten aineidenopettajien liitto MAOL ry 15. 11. 1993.Anon. 1994 a. Peruskoulun opetussuunnitelman perusteet. Helsinki. Opetushallitus,Valtion painatuskeskus, 85 - 88Anon. 1994 b. Lukion opetussuunnitelman perusteet. Helsinki: Opetushallitus,Valtion painatuskeskus.Anon. 1996. Matemaattiset aineet yläasteissa ja lukioissa - opetusmenetelmät,-tilat ja välineet. Teollisuuden ja Työnantajain Keskusliitto, TTja Matemaattisten Aineiden Opettajien Liitto, MAOL ry4.10.1996/2000Anon. Luonnontieteiden ja matematiikan osaamisen perusteet. Teollisuudennäkökulma. Taloudellinen Tiedotustoimisto, Teollisuuden jaTyönantajain Keskusliitto. Helsinki.Anon. !999. Perusopetuksen päättöarvioinnin kriteerit. Arvosanan hyvä (8) kriteerityhteisissä oppiaineissa. Opetushallitus. Yliopistopaino oy. Helsinki.Arons, B. A. 1997. Teaching Introductory Physics. Wiley, New York.

140Ausubel, D. 1968. Educational Psychology: A Cognitive View. John Wiley& Sons, New York.Borghi, L., De Ambrois, A., Maschetti, P., Massara, C. 1992. Microcomputer-Based Laboratory and Teachers´training in Physics. Proceedingsof Europhysics Conference on the Role of Experiment inPhysics Education. Ljubljana, Slovenija, 132 - 148Carr, W., Kemmis, S. 1983. Becoming critical: Knowing through action research.Deakin University. Victoria.Clement, J., Browne, D., Zietsman, A. 1989. Not all preconceptions aremisconceptions: finding ”anchoring concepts” for groundinginstruction of students intuitions. Int. J. of ScienceEducation, 554 - 565Engenström, Y. 1994. Perustietoa opetuksesta. Valtion painatuskeskus,Helsinki.Feher, E., Rice, K. 1988. Shadows and Anti-Images: Chidrens´s Conseptions of Lightand Vision. II. Science Education 72 (5), 637-649Fetherstonhaugh, A., Happs, J. 1988. Countering Fundamental Misconceptions aboutLight: An Analysis of Specific Teaching Strategies with Year 8 Students.Research in Science Education 18, 211-219Guba, E., Lincoln, Y. 1989. Fourth Generation Evaluation. Newbury Park, SagePuplications.Guesne, E. 1985. Light. Teoksessa Driver, R.,Guesne, E., Tiberghien, A. (toim.)Children´s Ideas in Science. Open University Press, Milton Keynes,10-32Haaparanta, L., Niiniluoto, I. 1995. Johdatus tieteelliseen ajatteluun.Filosofian laitos. Helsingin yliopisto. Hakapaino Oy, Helsinki.Haapasalo, L. 1994. Oppiminen, tieto & ongelmanratkaisu. Medusa-Software.Gummerus, Jyväskylä.Hakulinen, H., Kurki-Suonio, K., Lavonen, J. 1995. Galilei 5. Aaltoliike.Weilin+Göös. Porvoo.

141Helsingin yliopisto, 1998. Opettajien syventävä laboratoriokurssi lukuvuosi 1997-1998. Http://www.physics.helsinki.fi/~opelab/97ohje.htm.Hirvonen, H., Hongisto, J., Lavonen, J., Saari, H., Viiri, J., Aspholm, S.,Bjurström, L. 1995. Aine ja energia. Fysiikan tietokirja. Weilin+Göös.Espoo.Hodson, D. 1996. Laboratory work as scientific method: three decades ofconfusion and distortion. J. Curriculum Studies, 28 (2), 115-135Hoffman, D. 1997. Effect of Explicit Problem Solving Instruction on HighSchool Student´Problem-Solving Performance and ConceptualUnderstanding of Physics. Journal of Research in ScienceTeaching, 34 (6), 551 - 570Holste, M., Kröger, P., Raekunnas, M., Riikonen, J. 1995. Luonnontutkija.Weilin+Göös, Espoo.Jung, W. 1982. Conceptual Frameworks in Elementary Optics. Proceedings of theInternational Workshop on Problems ConcerningStudents´Representationof Physics and Chemistry Knowledge, Pädagogische HochschuleLudwigsburg, Ludwigsburg.Järvelä, S. 1996. Http://wwwedu.oulu.fi/tutkimus/arc/msg00106.htm.Kolb, D. A. 1984. Experimental Learning. Experience as the Source of Learning andDevelopment. Englewood Cliffs, N. J., Prentice- Hall.Koppinen, M.-L., Korpinen, E., Pollari, J. 1999. Arviointi oppimisen tukena.Opetus 2000, WSOY, Juva.Kurki-Suonio, K., Kervinen, M., Korpela, R. 1982. Kvantti 1. Fysiikan laajaoppimäärä. Weilin+Göös. Tampere.Kurki-Suonio, K. 1983. Fysiikan perusteet - kurssimoniste. Fysiikan laitos. Helsinginyliopisto.Kurki-Suonio, K. & R. 1994. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Limes ry., Helsinki.Kurki-Suonio, K. & R. 1997. Aaltoliikkestä dualismiin. Limes ry, Helsinki.Kurki-Suonio, K. 1997. KFR:n luentomonisteet. Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto.

142Kurki-Suonio, K. & R. 1998. Ajatuksia didaktisesta fysiikasta. Teoksessa Lavonen jaErätuuli(toim.) Tuulta purjeisiin. Matemaattisten aineiden opetus 2000-luvulle.Atena kustannus. WSOY, Juva, 62-80Kurki-Suonio, R. 1999. Opettajan käsityksiä kokeellisuudesta.Http://www.physics.helsinki.fi/~didfys/kokeellisuus.htm.Kurki-Suonio, K. & R., Hakulinen, H., Lavonen, J. 1999. Galilei 5. Opettajan opas.Capella Finland Oy, Helsinki.Kärkkäinen, T. 1986. Aaltoliikeopin demonstraationäyttely. Laudatur-erikoistyö.Fysiikan laitos. Helsingin yliopisto.Kärkkäinen, T., Salonen, R. 1984. Fysiikan näyttely: Aaltoliikeoppi.Fysiikan laitos. Helsingin yliopisto.Lauren, J. 1985. Kansainvälinen luonnontieteiden koulusaavutustutkimus, Osa 1.MAA 49. (3), 237 - 245Lauren, J. 1987. Kansainvälinen luonnontieteiden koulusaavutustutkimus, Osa 2.Dimensio 51. (9), 52 - 55Lauren, J. 1990. Suomalainen luonnontieteiden kouluopetus ja oppiminenkansainvälisessä valossa. Arkhimedes 42. (1), 26 - 35Lavonen, J., Meisalo, V. 1997. Luonnontieteiden opetuksen kokeellisuus jamittausautomaatio. Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto.Lavonen, J., Meisalo, V. 1997. Luonti-projektin yhteydessä tuotetut fysiikaneri osa-alueiden opetusta käsittelevät monisteet. Opettajankoulutuslaitos,Helsingin yliopisto.Lavonen, J. 1999. Vähän uutta, vähän vanhaa - valinta on opettajan.WSOY, Oppimateriaalit, yläaste, 12 - 14Layton, D. 1990. Student Laboratory Practice and the History and Philosophy ofScience. The Student Laboratory and the Science Curriculum. toim.Hegarty-Hazel, Routledge, London, 37 - 59Lehtinen, E., Kinnunen, R., Vauras, M., Salonen, P., Olkinuora, E. & Poskiparta, E.1991. Oppimiskäsitys koulun kehittämisessä. Valtion painatuskeskus,Helsinki.

143Levävaara, H. 1997. Opettajan ja oppilaan käsitysten kohtaaminen. Avoin tutkimusperuskoulun valo-opin opetuksessa. Opettajankoulutuslaitos, Helsinginyliopisto.Lopen lukion opetussuunnitelmat 1997 ja 1999.Lopen yläasteen opetussuunnitelmat 1997 ja 1999.Makkonen, T., Sihvonen, P. 1998. Iloa ilmiöistä. Hakapaino Oy, Helsinki.Mc Dermott, L. 1990. A perspective on teacher preparation in physics andother sciences. Am. J. Phys., 58 (8), 734 -742Neittaanmäki, P. 1991 Luonnontieteelisen koulutuksen arviointi ja kehittäminen.Fysiikka tänään 4/91, 14 - 16Nevalainen, T. 1998. Mekaanisen aaltoliikkeen opettaminen lukion fysiikassa.Lisensiaatintutkimus. Fysiikan laitos, Joensuun yliopisto.Niiniluoto, I. 1980. Johdatus tieteenfilosofiaan, käsitteen ja teorian muodostus.Otava, Helsinki.Niiniluoto, I. 1983. Tieteellinen päättely ja selittäminen. Otava, Helsinki.Niiniluoto, I. 1984. Tiedon evoluutio. Teoksessa I. Niiniluoto. Tiede, filosofiaja maailmankatsomus: filosofisia esseitä tiedosta ja sen arvosta.Otava, Helsinki.Nott, M. 1997. Keeping scientists in their place. The Scool Science Review285 (78), 49 - 60Novak, J. 1990. A theory of education. ( Draft of chapters 1-4 ). Department ofEducation. Cornell University, Ithaca.Palacios, F., Cazorla, F., Madrid, A. 1989.Misconseptions on Geometric Optics andtheirAssosiation with Relevant Educational Variables. InternationalJournal of Education 11 (3), 273-286Pehkonen, E. 1990. Probleemakentät matematiikan opetuksessa ja niiden yhteysopetuksen ja oppilaiden motivaation kehittämiseen. Osa 1: Teoreettinentausta ja tutkimusasetelma. Opettajankoulutuslaitos,Helsingin yliopisto.Tutkimuksia 86.Piaget, J. 1988. Lapsi maailmansa rakentajana. WSOY, Helsinki.

144Rauste-von Wright, M., von Wright, J. 1994. Oppiminen ja koulutus. WSOY,Helsinki.Redish, F. 1997. On the effectiveness of active-engagement microcomputer-basedlaboratories. Am. J. Phys., 65 (1), 45 - 54Saari, H. 1997. Aineen rakenteen oppiminen ja opettaminen peruskoulun yläasteenfysiikassa. Lisensiaatintutkimus, Fysiikan laitos,Joensuun yliopisto.Saarialho, K. 1937. Luonnonopin opetus. Werner Söderströmin kirjapaino,Porvoo.Salovaara, H. 1997. Http://wwwedu.oulu.fi/okl/lo/kt2/wkonstr.htm.Seinelä, K. 1987. Kokeellis-induktiivisen menetelmän toimivuus lukionensimmäisen luokan fysiikan opetuksessa. Piaget´n teoriaan perustuvatutkimus. Opettajankoulutuslaitos, Helsingin yliopisto.Sihvonen, P. 1996. Hahmottava empiria aaltoliikeopin opetuksessa. Pro gradututkielma.Fysiikanlaitos, Helsingin yliopisto.Stenbäck, I. 1993. Prof. K. Kurki-Suonion syntymäpäivähaastattelu. HelsinginSanomat 26. 1. 1993.Suojanen, U. 1992. Toimintatutkimus koulutuksen ja ammatillisen kehittymisenvälineenä. Oy Finn Lectura Ab. Loimaan kirjapaino Oy.Thornton, K., Sokoloff, D. 1990. Learning motion concepts using real-timemicrocomputer-based laboratory tools. Am. J. Phys., 58 (9), 858 - 867Thornton, K. 1992. Changing the Physics Teaching Laboratory: Using Technologyand New Approaches to Learning to Create an ExperimentalEnvironment for Learning Physics Concepts. Proceedings of the EurophysicsConference on the Role of Experiment in Physics Education.Ljubljana, Slovenija, 12 - 25Thornton, K., Sokoloff, R. 1997. Real Time Physics: Active Learning Laboratory.The Changing Role of Physics Depertment in Modern Universities:Proceedings of ICUPE, toim. F. Redish ja J. Ridgen, 1101 – 1118

145Tobin, K., Tippins, D., J., Gallard, A., J. 1994. Research on InstructionalStrategies for Teaching Science. In D., L. Gabel (ed.) Handbook ofResearch on Science Teaching and Learning. New York: Macmillan,Inc., 45-93Von Wright, J. 1994. Oppimiskäsitysten historiaa ja pedagogisia seurauksia. Toinenpainos. Painatuskeskus Oy, Helsinki.Wittrock, M. 1986. Students Thought Processes. In Wittrock, M. (ed.) Handbook ofResearch on Teaching. Third Edition. Mc Millan, New York,297 – 314