Browsing by master's degree program "Master's Programme for Teachers of Mathematics, Physics and Chemistry"

Tutkielman tarkoituksena on arvioida tietotekniikan käytön kognitiivisia vaikutuksia lukion fysiikan ja matematiikan opetuksessa. Tutkielma on pääasiallisesti kirjallisuuskatsaus, mutta siihen sisältyy myös haastatteluaineiston analyysi. Kirjallisuusosiossa selvitämme, millaisia toimenpiteitä Suomessa on lukiokoulutuksen digitalisaation suhteen tehty, ja pyrimme muodostamaan kokonaiskuvan digitalisaation nykytilasta. Lisäksi perehdymme tietotekniikan opetuskäyttöä käsittelevään kognitiivisen psykologian tutkimukseen. Määrittelemme oppimisen kognitiivisena prosessina ja käsittelemme tunnetilojen, motivaatiotekijöiden ja psykologisten perustarpeiden merkitystä sen kannalta. Seuraavaksi käymme läpi tutkimustietoa hakukoneiden, sähköisten tekstilajien, sähköisten oppimisympäristöjen ja symbolisen laskennan vaikutuksista muistin, luetunymmärtämisen, ongelmanratkaisun ja keskittymiskyvyn kaltaisiin kognitiivisiin toimintoihin. Myös tietotekniikan käytön sekä fysiikan ja matematiikan oppimistulosten välinen suhde on tutkielman kannalta keskeinen näkökulma. Kokeellisessa osiossa analysoimme tietotekniikan opetuskäyttöä koskevaa haastatteluaineistoa kirjallisuusosiossa käsiteltyjen havaintojen perusteella. Haastatteluaineisto koostuu viiden suomalaisen lukiossa työskentelevän fysiikan ja matematiikan opettajan haastattelujen yleiskielisistä litteroinneista. Analyysin tavoitteena on avata tutkimuskirjallisuudesta näkökantoja reaalimaailman luokkahuoneisiin. Lisäksi kuulemme opettajien subjektiivisia näkemyksiä digiloikan toteuttamisesta, onnistumisesta ja tulevaisuuden visioista. Tiivistämme tutkimuskirjallisuuden ja haastatteluaineiston pohjalta tekemämme havainnot viideksi nyrkkisäännöksi, joiden tavoitteena on tuoda tietotekniikasta opetustilanteisiin mahdollisimman paljon lisäarvoa hilliten samalla sen haittavaikutuksia. Säännöissä korostuu erityisesti sähköisten oppimateriaalien ja oppimisympäristöjen oikeaoppinen suunnittelu sekä niiden luokkahuonekäyttö. Nämä viisi sääntöä määrittelemme seuraavasti: 1. tuetaan opiskelijan itsesäätelyä, 2. luodaan valinnanvapauden illuusio, 3. rakennetaan osaamista jo perusasteella, 4. rajataan tietotekniikalle apuvälineen rooli, ja 5. vältetään digitalisaation pitämistä itseisarvona.

Vuoden 2016 opetussuunnitelmassa ohjelmointi tuotiin uutena alueena yläkouluihin osaksi matematiikan opetusta. Tämän tutkielman tarkoituksena on selvittää, millaisia erilaisia oppimateriaaleja tässä opetuksessa käytetään ja miten yläkoulun ohjelmoinnin opetusta voitaisiin kehittää oppimateriaalien avulla. Oppimateriaaliksi tässä tutkielmassa määritellään oppikirja (digitaalinen tai paperinen), oppi-/tehtäväkirja (digitaalinen tai paperinen), tehtäväkirja (digitaalinen tai paperinen), opettajan materiaali, verkkopohjaiset oppimisympäristöt (voidaan toteuttaa eri teknologioilla, kuten pilvipalveluna tai verkkoympäristössä), muut teknologiaympäristöt, kuten esimerkiksi opetuskäyttöön suunnitellut ohjelmoitavat robotit, elektroniikka-alustat, älypuhelinten ohjelmointi ja pelit. Erityisesti etäopiskelun yhteydessä käytetyt ja kehitetyt teknologiat vaikuttavat myös ohjelmoinnin opetuksessa käytettäviin oppimateriaaleihin. Elektroninen oppiminen, mobiilioppiminen ja ubiikki oppiminen muovaavat tulevaisuudessa myös ohjelmoinnin opetuksessa käytettäviä materiaaleja ja ympäristöjä. Tutkielman osana tehtiin tutkimustehtävä, jossa kysyttiin yläkoulun opettajilta heidän kokemuksiaan ohjelmoinnin opetuksesta sekä parannusehdotuksia erityisesti oppimateriaaleihin. Tutkimus sisälsi sekä monivalinta- että avoimia kysymyksiä ohjelmointikielistä ja -ympäristöistä, koulujen teknologiaympäristöistä ja oppimateriaaleista. Myös opettajien omia kokemuksia ohjelmoinnin opetuksesta kysyttiin. Tutkimuksen aineisto koostui 34 matematiikan opettajan vastauksista. Tämän tutkimuksen tuloksia voi hyödyntää ennen kaikkea suunniteltaessa oppimateriaalia ohjelmoinnin opetukseen yläkouluihin. Yhteenvetona ohjelmoinnin oppimateriaalin kehittämiselle ehdotetaan seuraavat asiat: 1. Käytössä tekstipohjainen ohjelmointikieli, mieluimmin Python. 2. Ohjelmointiympäristö, joka sisältää tuen tehtävien automaattiselle palautukselle ja tarkistamiselle. 3. Harjoitustehtäviä, jotka sisältävät muutakin kuin koodausta, esimerkiksi koodin lukemista, korjaamista, selittämistä ja parantamista. 4. Opetettavaan aiheeseen integroituja harjoitustehtäviä. 5. Eriyttämisen mahdollistavia harjoitustehtäviä. 6. Opettajan materiaalia, joka sisältää tunneilla läpikäytävän aineiston sekä tuntisuunnitelmat. 7. Mahdollisesti erillinen ohjelmoinnin oppimateriaali (oppikirja).

Tämän tutkimuksen tavoitteena on verrata pitkän matematiikan kokelasmäärän muutoksia ylioppilaskokeissa lyhyen matematiikan, fysiikan, kemian, keskipitkän ruotsin, terveystiedon ja yhteiskuntaopin muutoksiin. Tutkimuksessa käydään läpi miten pitkän matematiikan ja verrattavien aineiden kokelasmäärät ovat muuttuneet vuosien 2009–2023 aikana, miten uusintakokeiden kokelasmäärät ovat muuttuneet vuosien 2017–2023 aikana, miten ensimmäisen suorituskerran kokelasmäärät ovat muuttuneet vuosien 2017–2023 aikana ja miten miesten ja naisten kokelasmäärät ovat muuttuneet vuosien 2009–2023 aikana. Tarkoituksena on saada parempi ymmärrys, mistä kokelasmäärien muutokset johtuvat ja milloin on tapahtunut suurimmat muutokset. Tutkimuksen teoria osuudessa käydään läpi millaisia muutoksia lukiossa, ylioppilastutkinnossa ja korkeakouluhaussa on tapahtunut vuosien 2010–2023 aikana. Suurimpia muutoksia ovat olleet lukiossa ja ylioppilastutkinnossa tutkinnon sähköistyminen vuosien 2016–2019 aikana, hyväksytyn suorituksen uusimismuutos ylioppilaskokeissa vuonna 2019 ja todistusvalintauudistus korkeakouluhaussa vuonna 2020. Tämän lisäksi käydään läpi miten korkeakouluhaussa pisteytetään ylioppilastutkinto. Teoria osuuden lopuksi käydään läpi tutkimuksia, joissa on tutkittu kokelasmääriä ylioppilaskokeissa ja matematiikan ylioppilaskokeita. Tutkimus toteutettiin analysoimalla tilastoja ylioppilaskokeiden kokelasmääristä, jotka löytyvät ylioppilastutkintolautakunnan verkkosivuilta. Tilastoja analysoitiin graafien avulla ja tutkittiin seuraavia asioita: miten kokelasmäärät ovat muuttuneet vuositasolla, miten aineiden suhteelliset osuudet vuoden kokelaista ovat muuttuneet. Tutkimustuloksista selvisi, että pitkän matematiikan lisäksi fysiikan kokelasmäärä on selvästi kasvanut vuosien 2018–2020 aikana. Näiden kahden kokelasmäärät ovat olleet selvästi korkeammat vuosien 2020– 2023 aikana kuin vuosina 2009–2019. Myös kemian ja yhteiskuntaopin kokelasmäärät ovat pysyneet korkeampina kuin ennen vuotta 2018, mutta ei yhtä paljon kuin pitkän matematiikan ja fysiikan. Lyhyen matematiikan suosio on vaihdellut vuosien 2009–2023 aikana, mutta kuitenkin sen suosio oli vuosina 2020–2023 lähes sama kuin vuosina 2009–2015. Keskipitkän ruotsin ja terveystiedon kokelasmäärät ovat olleet selvästi matalemmat vuosina 2020–2023 kuin vuosina 2009–2019. Suurin syy kokelasmäärien kasvussa on ollut uusintakokeiden määrän kasvu vuoden 2019 jälkeen. Ensimmäisen suorituskerran kokeiden määrät ovat myös kasvaneet erityisesti vuonna 2020 pitkällä matematiikalla, fysiikalla ja kemialla. Lähes kaikilla aineilla sekä uusintakokeiden että ensimmäisen suorituskerran kokeiden kokelasmäärät ovat laskeneet vuoden 2020 tai 2021 jälkeen. Tästä on poikkeuksena pitkä ja lyhyt matematiikka. Miesten ja naisten kokelasmäärien suhteelliset osuudet ovat pysyneet lähes samoina vuosien 2009–2023 aikana kaikissa ylioppilaskokeissa. Tutkimuksen aineista naisten osuus on kasvanut kaikissa muissa paitsi yhteiskuntaopissa. Varsinkin pitkässä matematiikassa, fysiikassa ja kemiassa naisten osuus on selvästi kasvanut vuosien 2009–2023 aikana. Tutkimuksen lopussa pohditaan tutkimuksen luotettavuutta käytetystä aineistosta, kuten aineiston kattavuudesta ja käytetyistä menetelmistä. Lopuksi pohditaan miten tutkimustulokset vertautuvat korkeakouluhaun todistusvalintapisteytykseen. Todistusvalintapisteytyksestä ja tutkimustuloksista voi havaita, että korkeammin pisteytetyt aineet, kuten pitkä matematiikka, lyhyt matematiikka ja fysiikka ovat olleet suosittuja vuosien 2020–2023 aikana. Kuitenkin voi myös havaita, että matalammin pisteytettyjen aineiden, kuten terveystiedon ja yhteiskuntaopin suosio laskivat vuonna 2020, mutta vuosien 2021–2023 aikana niiden suosio on hieman kasvanut. Kemian ja keskipitkän ruotsin suosio on selvästi laskenut vuosien 2021–2023 aikana.