Browsing by discipline "Fysiikan opettajan koulutus"

Tässä työssä selvitettiin, miten konteksti vaikuttaa 8.-luokkalaisten tyttöjen ja poikien kiinnostumiseen fysiikan harjoitustehtävistä, ja miten oppilaat perustelevat haluaan tarttua tiettyihin tehtäviin. Tavoitteena oli selvittää, löytyykö konteksteja, joista erityisesti tytöt harjoitustehtävissä kiinnostuvat. Sopivien harjoitustehtävien kehittäminen voisi olla osaratkaisu tyttöjen määrän kasvattamiseen luonnontieteellisillä aloilla, koska harjoitustehtävien tekoon käytetään monesti huomattava aika opetuksesta. Tämän vuoksi on tärkeää tutkia, millaisista tehtävistä oppilaat kiinnostuvat. Tutkimukseen osallistui neljä fysiikan ryhmää eli yhteensä 61 oppilasta, joista tyttöjä oli 41 ja poikia 20. Tutkimusaineisto hankittiin kuuden eri lomakkeen avulla, joista yksi oli taustatietokysely fysiikan kiinnostavuudesta ja siihen vaikuttaneista tekijöistä. Lisäksi ryhmät saivat viidet kotitehtävät, jotka sisälsivät tutkimusta varten laadittuja mekaniikkaan liittyviä fysiikan harjoitustehtäviä erilaisissa konteksteissa. Oppilaat tekivät tehtävistä oman valintansa mukaan puolet. Oppilaat arvioivat kunkin tehtävän kiinnostavuuden viisiportaiselle Likert-asteikolle ja perustelivat kirjoittaen, miksi halusivat tehdä juuri valitsemansa tehtävän. Tuloksista laskettiin keskiarvot sekä otoskeskihajonnat ja oppilaiden perustelut luokiteltiin kvalitatiivisen sisältöanalyysin avulla. Kontekstilla havaittiin olevan yhteys tehtävän kiinnostavuuteen. Ase- ja teknologiakonteksteissa esitetyt tehtävät olivat tyttöjen mielestä keskimäärin kaikkein vähiten kiinnostavia (x ̅=2,71 ja x ̅=2,66). Eniten tyttöjä kiinnostivat luonnonilmiöiden, eläinmaailman ja ihmisen turvallisuuden avulla esitetyt tehtävät (x ̅=3,03, x ̅=3,04 ja x ̅=3,00). Poikien mielestä kiinnostavimmat kontekstit tehtävissä olivat kulkuneuvot, aseet ja ihmisen turvallisuus (x ̅=3,34, x ̅=3,28 ja x ̅=3,25). Kiinnostuksen lisäksi kontekstien havaittiin vaikuttavan myös tehtävän vaikeustasoon sekä herättävän oppilaissa erilaisia tunteita. Tytöt olivat kuitenkin vähemmän kiinnostuneita lähes kaikista tehtävistä kuin pojat. Tutkimusjoukon tytöt olivat myös vähemmän kiinnostuneita fysiikasta oppiaineena, joten vähäisempi kiinnostuminen tehtävistä oli tämän perusteella odotettavissa. Oppikirjoja ja kotitehtäviä olisi mahdollista tämän tutkimusjoukon mukaan kehittää kiinnostavammaksi, koska ne ovat tähän mennessä olleet oppilaiden mielestä melko neutraaleja kiinnostukseen vaikuttaneista tekijöistä. Harjoitustehtäviin voisi lisätä esimerkiksi edellä mainittuja tyttöjen suosimia konteksteja, koska ne kiinnostivat myös tutkimusjoukon poikia. Jotta oppilaille muodostuu monipuolinen kuva fysiikan merkityksestä maailmassa, on opetuksessa hyödynnettävä monenlaisia konteksteja.

Tämän tutkielman tarkoituksena on tutkia miten lämpökameraa voitaisiin käyttää hyödyksi fysiikan opetuksessa. Lämpökamera avaa mielenkiintoisen tavan lähestyä fysiikan ilmiöitä uudella, visuaalisella tavalla. Lämpökameroiden hankintahinnat alkavat olla jo tarpeeksi alhaisia koulujen hankittavaksi, joten niiden käyttäminen fysiikan opetuksessa on kiinnostava aihe. Tutkimuksen kontekstiksi on valittu energian käsitteen lähestyminen lämmön avulla. Tutkielmassa perehdytään aluksi hahmottavaan lähestymistapaan, jonka ajatusmaailman pohjalle lämpökameralla tehdyt mittaukset ja kokeet rakentuvat. Samalla perehdytään myös tyypillisiin lämpöopin virhe-, ennakko- ja intuitiivisiin käsityksiin. Lisäksi käydään läpi miten oppiminen ja käsitteellinen muutos tapahtuu. Tämän jälkeen perehdytään lyhyesti lämpökameraan ja sen taustalla olevaan teoriaan kirjallisuuden pohjalta. Varsinaisessa tutkimusosassa tutkitaan lämpökameran käyttämistä mittalaitteena, jonka jälkeen hahmottavan lähestymistavan pohjalta pohditaan energian käsitteenmuodostuksen kulkua ja mielekästä tapaa lähestyä energian laajaa käsitettä. Kun käsitteenmuodostusprosessi on jäsennetty, siirrytään itse energian käsitettä hahmottavien kokeiden ja mittausten pariin. Tutkimus toteutettiin tutustumalla lämpökameraan ja tutkimalla millaisiin mittauksiin se soveltuu. Tämän jälkeen suunniteltiin kokeita, jotka soveltuvat energian käsitteen hahmottamiseen. Tutkimuksen pohjalta voidaan sanoa, että lämpökamera on hyvä työkalu lämpöilmiöiden kokeelliseen tutkimukseen ja sen avulla voidaan tehdä monipuolisia mittauksia

Lukiolaisten käsityksiä luonnontieteellisen tiedon luonteesta tutkittiin kahdeksan teemahaastattelun keinoin. Aineistosta pyrittiin havaitsemaan ja tyypittelemään opiskelijoiden käsityksiä luonnontieteellisen tiedon varmuudesta ja varmuuden tunnistamisesta, pysyvyydestä ja muuttuvuudesta sekä subjektiivisuudesta ja objektiivisuudesta. Tutkimuksen taustalla on aiempien tieteellisen tiedon luonteeseen liittyvien käsitysten tutkimus sekä tällaisten tutkimusten sisältämä käsitys luonnontieteellisen tiedon piirteistä. Opiskelijat näkivät luonnontieteellisen tiedon yleisesti ottaen varmana ja induktiivisesti todistettuna. Tieto samastettiin luonnon säännönmukaisuuksien tunnistamiseen, missä kokeiden merkitys on varmistaa ilmiön toistuvuus. Tiedon varmuuden ideaali saatettiin myös problematisoida, jolloin tieto voitiin nähdä luonteeltaan tentatiivisena. Esimerkiksi Bohrin atomimalli nähtiin ”tutkittuna tietona” pikemminkin kuin ilmiöitä selittävänä mallina. Tieteellinen tieto nähtiin luonteeltaan muuttuvana ja ainakin periaatteessa epävarmana. Tiedon nähtiin muuttuvan ensisijaisesti tarkemmaksi ja paremmaksi. Teorioiden nähtiin myös muuttuvan tiedoksi. Tieteellisen tiedon muutokset liitettiin kehittyvään mittausteknologiaan ja uusien ilmiöiden tunnistamiseen. Opiskelijat eivät juuri osanneet esittää esimerkkejä tieteellisen tiedon muutoksista. Tyypillisin esimerkki oli kopernikaaninen vallankumous. Tieteellinen tieto nähtiin lähinnä objektiivisena, eikä tulkinnan, taustateorioiden tai inhimillisen ajattelun vaikutusta tieteeseen useimmiten tunnistettu. Tieteellisen tutkimuksen katsottiin usein olevan suoraviivaisessa yhteydessä yhteen objektiiviseen todellisuuteen. Toisaalta esimerkiksi Bohrin atomimalli tiedostettiin epätäydelliseksi ja ihmisen tarpeisiin luoduksi. Lisäksi havaittiin opiskelijoiden olevan kykeneviä käymään abstraktin tason keskustelua luonnontieteellisen tiedon luonteesta ja esittämään perusteluja käsityksilleen. Tieteen luonteeseen liittyvän opetuksen ja oppimisen tutkimuksessa on jo pitkään painotettu episteemisten tarkastelukulmien merkitystä osana tiedeopetusta. Yhdyn tutkimukseni perusteella tähän huoleen. Tiedeopetuksen tulee sisältää tieteellisen tiedon luonteen käsittelyä, jotta opiskelijoiden riittävä tieteellinen lukutaito voidaan taata.

Lukion fysiikan kokeen tekeminen vaatii opiskelijalta monipuolisempia sisällöntuotannon taitoja kuin useimmat muut lukuaineet. Koevastauksiin tyypillisesti yhdistetään sanallista kirjoitusta, matemaattisten kaavojen symbolista johtamista, likiarvojen laskemista sekä tilannekuvapiirroksia. Kaikkia näitä on aiemmin voitu tuottaa yhdellä yhteisellä työkalulla eli lyijykynällä. Uusi opetussuunnitelma 2016 on kuitenkin muuttanut tämän, ja nykyään lukioiden kokeet sekä ylioppilaskokeet suoritetaan sähköisesti Abitti -koejärjestelmällä, jota käytetään USB-tikulle asennetun Digabi -käyttöjärjestelmän sisällä. Fysiikan kokeentekijän tulee nykyään hallita koneellisen kirjoittamisen lisäksi matemaattinen kirjoittaminen, numeerinen laskeminen, data-analyysi sekä digitaalinen kuvantuottaminen. Jokaista tarkoitusta varten kokelaan tulee itse valita joku Digabin tarjoamista ohjelmista. Valikoimaa on niin paljon, että opettajat keskittyvät useimmiten vain yhden tai kahden opettamiseen, mikä heijastuu usein opiskelijan omassa valinnassa. Digabin ohjelmille esitetään tässä opinnäytetyössä yleisiä käytettävyyden kriteerejä, joiden pohjalta on mahdollista tehdä arviointia hyödyllisyydestä. Ei enää riitä opiskella pelkästään koealueen aihesisältöä, vaan nykyään on opittava myös merkittävä määrä sisällöntuotto-ohjelmien tehokasta käyttöä. Tehokas ja asianmukainen Digabin ohjelmien käyttö mahdollistaa sen, että oman substanssiosaamisen saa esitettyä tarpeeksi hyvin ja nopeasti sähköisissä kokeissa. Kääntöpuolena on se, että kokeen tekemisen aikana opiskelijalla on riski suurempaan puhtaasti metodeista kumpuavaan kognitiiviseen kuormitukseen, joka voi pahimmillaan haitata kokeen suorittamista omaa osaamista vastaavalla tavalla. Ohjelmavalintoja voi ohjata pienimmän vastarinnan periaate, jolloin opiskelija näennäisesti valitsee itselleen matalimman oppimiskynnyksen ohjelman ymmärtämättä esimerkiksi toisten ohjelmien pikatoimintojen hyödyllisyyttä. Tämä korostuu erityisesti matemaattisessa tuottamisessa, missä vastakkain ovat kaavaeditorit ja ohjelmointisyntaksiin perustuvat ohjelmat. Tutkimusosio sisältää kyselyaineiston, joka on kerätty internetissä sijaitsevalta julkiselta keskustelufoorumilta. Tämä 52 vastaajan aineisto koostui opiskelijoista 43 eri lukiosta ympäri Suomea. Kyselyssä kartoitetaan monipuolisesti vastaajien subjektiivisia kokemuksia digitaalisesta työskentelystä ja koetusta kognitiivisesta kuormituksesta eri tyyppisten koetehtävien suhteen. Tätä aineistoa verrataan myös muihin referenssiaineistoihin. Vaikka primäärinen vastaajajoukko osoittautui olevan keskimääräistä harrastuneempaa tietoteknisten taitojen suhteen, vastauksien perusteelle he kokivat suurempaa ja eri tavalla painottunutta kognitiivista kuormitusta Abitti -kokeissa kuin perinteisissä kokeissa. Digitaalinen kuvien tuottaminen erottuu kognitiivisesti kuormittavimpana tekijänä. Lukiolaisilla on hyvin vaihteleva osaamistaito grafiikkaohjelmien suhteen ja tämä korostuu tärkeimpänä jatkokehityksen kohteena lukiokoulutuksessa.

Tässä tutkielmassa tarkastellaan modernin fysiikan opetukseen liittyviä tutkimuksia tavoitteena löytää mahdollisuuksia soveltaa niistä löytyviä ajatuksia, ideoita ja tuloksia uuden 2019 julkaistun lukion opetussuunnitelman mukaiseen modernin fysiikan opetukseen. Tutkielmassa esitellään kirjallisuussynteesin kautta modernin fysiikan opetukseen liittyvää tutkimusta, ja pohditaan tarkemmin, miten yhdistää tutkimustietoa uuden lukion opetussuunnitelman mukaiseen modernin fysiikan opetukseen. Luvussa 2 perehdytään perustelemaan työn tarkoitusta ja esittelemään metodit, joita työhön on käytetty. Luvussa 3 esitellään modernin fysiikan opetusta koskevaa tutkimusta. Luvussa 4 käydään läpi yleisiä linjauksia uudessa lukion opetussuunnitelmassa ja esitellään lukion opetussuunnitelman perusteet 2019 modernin fysiikan osalta. Luvuissa 5 ja 6 tutkitaan, millaisia opetusratkaisuja Aine, säteily ja kvantittuminen -opetusmoduulissa voitaisiin tehdä opetuksen tutkimuksen valossa. Luvussa 7 arvioidaan tehtyä työtä sekä pohditaan parannusehdotuksia ja työn jatkokehittelyä. Tutkimuskirjallisuuden perusteella työssä todetaan, että modernin fysiikan käsitteellinen hallinta on haastavaa vielä yliopistotasollakin. Käsitteiden syvällinen hallinta on vaikeaa, vaikka opiskelijat olisivatkin opiskelleet fysiikkaa yliopistotasolle asti. Pääsääntöisesti opiskelijoiden vaikeudet liittyvät klassisen fysiikan ja kvanttifysiikan mallien sekoittumiseen, tietomallien väärinymmärtämiseen tai siihen, että tietoa omaksutaan vain pinnallisesti. Opetuskokeilujen ja opetuksen liittyvien tutkimusten kautta on saatu tuloksia, että erilaiset opetusmenetelmät voivat parantaa opiskelijoiden opiskeltavan sisällön hallintaa käsitteellisellä tasolla. Esimerkiksi tarinallisuus ja pienryhmäkeskustelut ovat tutkimuksissa tuoneet lupaavia tuloksia siitä, että opiskelijoiden käsitteiden hallinta saa tukea monipuolisista opetusmuodoista. Uusi opetussuunnitelma mahdollistaa oppiainerajat ylittävän opetuksen, eikä modernin fysiikan moduulia ole pakko opettaa itsenäisenä kokonaisuutena, vaan opinnot voidaan kytkeä myös muiden oppiaineiden opetukseen. Esimerkiksi yhteisiä opintojaksoja voidaan suunnitella filosofian, historian ja kemian opetuksen kanssa. Lisäksi modernin fysiikan opetukseen on mahdollista yhdistää kattavasti elementtejä lukio-opetuksen laaja-alaisista tavoitteista liittyen mm. vuorovaikutus- ja ympäristöosaamiseen. Jatkotutkimuksen osalta olisi myös kiinnostavaa yhdistää opinto-ohjausta ja urasuunnittelua modernin fysiikan opetukseen lukiotasolla.

Tutkielmassa perehdyttiin ylioppilaskirjoitusten fysiikan ainereaalikokeen oppiainerajat ylittäviin kysymyksiin. Kymmenen tutkintokerran kysymyksiä analysoitiin, ja ne luokiteltiin oppiainerajat ylittäviin ja pelkästään fysiikkaan liittyviin kysymyksiin. Tämän jälkeen oppiainerajat ylittäville kysymyksille tehtiin tarkempi luokitus niissä esiintyvän toisen oppiaineen, fysiikan oppisisällön ja taksonomiataulukon perusteella. Tutkimuksessa havaittiin, että oppiainerajat ylittäviä tehtäviä on esiintynyt fysiikan ainereaalissa melko vähän. Tosin, jos kaikki matematiikan taitoja edellyttävät tehtävät olisi laskettu oppiainerajat ylittäviksi tehtäviksi, olisi ainerajat ylittäviä tehtäviä ollut selkeästi enemmän. Tutkimuksessa päädyttiin kuitenkin luokittelemaan suurin osa tehtävien matematiikasta fysiikan menetelmätiedoksi. Löydetyissä oppiainerajat ylittävissä tehtävissä esiintyi eniten fysiikan lisäksi maantieteeseen ja biologiaan liittyviä tehtäviä. Muita yhdistettyjä oppiaineita olivat kemia, matematiikka ja yhteiskuntaoppi. Fysiikan kursseista tehtävissä tarvittiin eniten kurssien Fysiikka luonnontieteenä, Lämpö ja Aallot tietoja. Taksonomiataulukossa analysoidut tehtävät sijoittuivat taulukon keskiosaan. Tehtävät edustivat käsite- ja menetelmätietoa sekä ajattelun taitojen tasoja ymmärtää, soveltaa ja analysoida. Lopuksi tutkielmassa esitettiin ehdotuksia uusiksi oppiainerajat ylittäviksi kysymyksiksi. Uusissa kysymyksissä tuotiin mukaan uusia oppiaineita fysiikkaan yhdistettynä, ja niissä hyödynnettiinkin muun muassa kuvataidetta ja filosofiaa. Taksonomiataulukon osalta uusissa tehtävissä painotettiin ajattelutaitojen korkeampia tasoja. Lisäksi tehtävien laadinnassa pyrittiin huomioimaan tuleva sähköinen ylioppilaskoe sekä ylioppilaskokeen kypsyyttä mittaava tehtävä.

Oppimisen eräs suurin haaste on opiskelijoiden ennakkokäsitykset tieteellisistä ilmiöistä. Käsitykset ovat yleensä vain osittain lähellä tieteellistä käsitystä tai toisinaan jopa täysin ristiriitaisia sen kanssa. Uudempi tutkimus on keskittynyt selvittämään kognitiivisia tekijöitä ennakkokäsitysten muodostumisen taustalla ja on korostanut relaationaalisen tiedon merkitystä käsitteiden oppimisessa. Relaatioita ja relaationaalista tietoa voidaan siis pitää keskeisessä roolissa myös fysiikan käsitteiden oppimisessa, sillä käsitteiden merkitys rakentuu niiden sisäisen relaatiorakenteen perusteella. Tässä tutkimuksessa selvitettiin yliopisto-opiskelijoiden käsityksiä sähkötehosta siihen liittyvien käsitteiden avulla. Aihe on kiinnostava ja ajankohtainen, sillä aiempaa tutkimusta sähkötehosta ei juurikaan ole. Tutkimuksessa tutkittiin käsitteiden lisäksi niiden yhteydessä käytettyjä kuvailevia sanoja sekä niiden välisiä relaatioita ja kausaalisia suhteita. Tutkimuksen aineisto kerättiin haastattelujen avulla, jotka toteutettiin fysiikan pää- ja sivuaine opettajaopiskelijoille. Haastattelut videoitiin. Haastattelussa oli tutoriaalitehtävistä koostuva perusta, mutta haastattelijat eivät käyttäneet ennalta sovittuja kysymyksiä, vaan haastattelu eteni opiskelijoiden selitysten pohjalta. Tutoriaalitehtävissä opiskelijoiden tuli asettaa kytkentäkaavioiksi piirrettyjen virtapiirien lamput kirkkausjärjestykseen. He pohtivat ensin vastauksia itsenäisesti ja sen jälkeen keskustelivat niistä kolmen-neljän hengen pienryhmissä. Pohdinnan jälkeen he rakensivat kytkentäkaavioista virtapiirit ja vertailivat ennusteitaan tekemiinsä havaintoihin. Videoidut haastattelut litteroitiin ja aineistolle tehtiin aineistolähtöinen laadullinen analyysi. Aineistosta etsittiin opiskelijoiden sähkötehon yhteydessä käyttämiä käsitteitä, käsitteisiin liitettyjä attribuutteja sekä käsitteiden välisiä relaationaalisia suhteita. Aineistosta muodostettiin seitsemän eritasoista selitysmallia sähköteholle. Tutkimuksessa saatujen tulosten perusteella havaittiin, että relaationaalisen tiedon hallinnalla on merkitystä kattavien selitysmallien muodostumisessa. Kehittyneimmät selitysmallit olivat lähimpänä tieteellistä käsitystä sekä sisälsivät eniten relaatioita ja toisistaan eriytyneitä käsitteitä. Kuitenkin suurin osa opiskelijoista käytti selityksissään vain yksinkertaisia relaatioita tai perusteli virtapiirien toimintaa opittujen laskukaavojen avulla tarkemmin erittelemättä mitä ne tarkoittavat. Heidän selitysmalleistaan voidaan päätellä, että puutteellinen relaationaalinen ymmärrys saattaa olla eräs syy tieteellisten käsitysten oppimisvaikeuksien taustalla.

Ainereaali kirjoitettiin ensimmäistä kertaa keväällä 2006, jolloin avautui mahdollisuus tutkia yksittäisten reaaliaineiden osaamista. Kokeessa muutos näkyi tehtävävalintojen rajuna kaventumista. Tutkielmassa tarkastellaan ylioppilaskokelaiden fysiikan ainereaaleissa keväinä 2009 ja 2010 tehtyjä tehtävävalintoja, menestymistä sekä käytetyn oppikirjasarjan vaikutusta etsimällä vastauksia kysymyksiin: 1) Millaisia ovat olleet fysiikan ainereaalitehtävät keväinä 2009 ja 2010? 2) Millaisia tehtävävalintoja eri kirjoittajaryhmät (muuttujina sukupuoli ja käytössä ollut oppikirjasarja) ovat tehneet ja miten kokeissa menestyneet? Onko ryhmien välillä havaittavissa tilastollisia eroja? Tutkimuksen viitekehyksenä toimii opetuksen perusmalli lukiossa. Lukion opetussuunnitelman perusteet (LOPS) asettaa tavoitteet koko lukiokoulutukselle. Oppimiseen vaikuttaa mm. kokelaan lähtötaso, kognitiiviset tiedot ja taidot sekä käytössä ollut oppimateriaali. Malli huipentuu arviointiin: lukion osalta ylioppilaskokeen arvosteluun, joka tässä tutkielmassa on keskiössä. Fysiikan ainereaalitehtäviä analysoitiin teoriaohjaavan sisällönanalyysin keinoin. Tutkimuksen kvantitatiivinen tutkimusaineisto fysiikan ainereaalikokeen arvostelu kerättiin Ylioppilastutkintolautakunnan tulosluetteloista. Aineisto täydentyi oppikirjatiedoilla, jotka saatiin 58 lukioilta sähköpostikyselyn avulla. Tutkimuksen otos sisälsi n. 15 % kevään fysiikan kirjoittajista: 675 (560 miestä, 115 naista) keväältä 2009 ja 710 (538 miestä, 172 naista) keväältä 2010. Aineistoa analysoitiin SPSS:llä käyttäen ristiintaulukointia sekä ei-parametrisiä testejä. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että enemmistö reaalitehtävistä oli korkeimpia kognitiivisia taitoja vaativia tuottamistehtäviä. Naisten ja miesten arvosanojen tilastollinen ero vaihteli. Sukupuolten väliset tehtävävalinnat poikkesivat vain vähän toisistaan. Käytetyllä oppikirjasarjalla oli merkitystä kokeessa menestymiseen. Parhaiten pärjäsivät Physican ja Fotonin lukijat, tilastollisesti heikoiten Fysiikkaa lukeneet. Miehillä eri oppikirjaa käyttäneiden ainereaaliarvosanat vaihtelivat tilastollisesti merkittävästi, mutta naisten kohdalla eroa ei ollut. Eri kirjasarjaa käyttäneiden tehtävävalinnat vaihtelivat hiukan. Saatujen tulosten valossa aihetta oppimateriaalien ja niiden käytön lisätutkimukseen olisi, jotta tulevaisuudessa voitaisiin taata mahdollisimman tasa-arvoinen lukio kaikille.

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.

Suomalaisten yläasteen fysiikanopettajien näkemyksiä tutkittiin verkkokyselyn avulla (N=47). Tutkimus kohdistui fysiikan luonnetta, fysiikan opettamista sekä fysiikan kasvatuksellista merkitystä koskeviin näkemyksiin. Opettajat pitävät tärkeinä seikkoina fysiikan universaaliutta ja sen merkitystä osana yleissivistävää kasvatusta. Yläasteella pyritään motivoimaan oppilaita fysiikan opiskeluun. Kiinnostus pyritään herättämään tutkimalla arjen ilmiöitä. Ilmiöiden matemaattisen mallintamisen merkitys on pienempi. Opettajien näkemykset ovat linjassa Bloomin (1956) taksonomian sekä Kurki-Suonioiden (1994) fysiikan käsitteenmuodostus-mallin kanssa: yläasteen fysiikan opetuksessa painopiste on ilmiöiden kvalitatiivisessa tutkimuksessa sekä oppiaineen ja sen merkityksen esittelyssä, lukiossa fysiikan matemaattisuus lisääntyy. Suomalaiset fysiikan opettajat ovat motivoituneita ja täyttävät hyvän opettajan kriteerit (Meisalo 1984), mikä selittää osaltaan suomalaisten oppilaiden hyvää menestystä kansainvälisissä testeissä (PISA 2006).