Tutkimuksessa pohdittiin kellumiseen ja uppoamiseen liittyvien ennakkokäsitysten hyödyntämisen mahdollisuuksia nosteen opetuksessa. Oppimisen tavoitteiden kannalta validien ennakkokäsitysten lisäksi pohditaan myös virhekäsitysten hyödyntämistä.
Tässä tutkimuksessa tutkittaville 50 oppilaalle suoritettiin ennakkokäsitystesti, jonka jälkeen haastateltiin yhdeksää oppilasta. Haastattelut olivat kahden keskisiä opetustilanteita, joissa keskustelu aloitettiin oppilaan lomakevastauksien ja vastausten perusteluiden pohtimisesta. Keskustelua vietiin eteenpäin kysymysten ja havainnollistavien esimerkkien avulla. Oppilaan käsityksiä nosteesta pyrittiin siis kehittämään oppilaan lähtökohdat huomioon ottaen.
Tämän tutkimuksen perusteella yläkouluikäiset voidaan luokitella karkeasti kolmeen ryhmään ennen nosteen opetusta. Haastavimmat oppilaat selittävät nostetta fysikaalisen painon avulla; painava kappaleet uppoavat ja kevyet kelluvat. Tässä ryhmässä noste saatettiin jopa nähdä väliaineen vastuksen kaltaisena vastusvoimana, jolloin esim. väliaineen viskositeetti tai väliaineeseen asetetun kappaleen terävyys vaikuttaa kellumiseen. Keskimmäinen ja suurin ryhmä ovat oppilaat, jotka selittivät nostetta ominaispainon avulla. Selityksellä pärjää jo monissa tilanteissa, mutta siitä puuttuvat käsitteet massa, tilavuus ja tiheys sekä paino ja noste fysikaalisina voimina. Osa keskimmäisen ryhmän oppilaista omaa selityksen nosteen aiheuttajalle; maa vetää väliainetta joko kovempaa tai hiljempaa kuin väliaineessa olevaa kappaletta. Opetuksen kannalta vaivattomin ryhmä ovat oppilaat, jotka käyttivät päättelyissään fysikaalisia suureita kuten massa, tilavuus ja tiheys. Nämä oppilaat ymmärsivät myös, että noste syntyy paineesta, mutta paine-eron käsite ei ollut heilläkään käytössä.
Virhekäsitystestin perusteella tavallisin virhekäsitys oppilailla oli kappaleen pinta-alan yhdistäminen nosteen suuruuteen; kappale kelluu helpommin mikäli paino on jakautunut suuremmalle alalle. Nesteellä on siis jonkinlainen kelluttavat ominaisuus, joka on levittäytynyt sen pinnalle. Kyseinen virhekäsitys ei ole täysin huono, sillä noste on paineesta syntyvä voima ja paineesta syntyvät voimat riippuvat usein pinta-alasta. Virhekäsitys häviää, jos oppilas oppii ymmärtämään nosteen syntymekanismia paremmin. Pinta-alan ja paine-eron välisen yhteyden oppiminen vaatii ymmärrystä siitä, että noste syntyy kappaleen ylä- ja alapuolen välisestä paine-erosta. Kun kappaleen pinta-ala kasvaa, paine-ero pienenee. Kolme haastateltua oppilasta olivat valmiita vastaanottamaan edellä mainitun päättelyn heidän omista lähtökohdistaan.
Ennakkokäsitystesti synnytti tai toi esiin myös paljon muita virhekäsityksiä. Tämä johtui osittain siitä, että testin kysymyksissä esiintyi tarkoituksella ominaisuuksia, jotka intuitio saattaa yhdistää uppoamiseen ja kellumiseen. Oppilaat tukivat perusteluitaan näillä konkreettisilla ominaisuuksilla huolimatta siitä, että jokaisesta kysymyksestä pystyi päättelemään minkälainen kysytyn kappaleen tiheys on. Tiheyden sijaan perustelut oli helpompi muotoilla mm. kappaleen painon, kaasupitoisuuden, reikäisyyden, litteyden, terävyyden, asennon, kovuuden, täytemateriaalin, väliaineen määrän ja väliaineen viskositeetin perusteella.
Tämän työn tulokset osoittavat että on vaikea tunnistaa, missä vaiheessa ja miten ennakkokäsitykset syntyvät. Perinteisesti on ajateltu että ennakkokäsitykset syntyvät opetusta edeltävistä havainnoista ja sosiaalisesta vuorovaikutuksesta. Osa ennakkokäsityksistä saattaa kuitenkin syntyä vasta opetustilanteessa. Virhekäsityksiä ei tarvitse kauhistella, sillä ne saattavat olla oppilaan ensimmäisiä yrityksiä ratkaista jokin fysikaalinen ongelma tieteellisessä kontekstissa.
