Browsing by discipline "Teaching of Physics"

The purpose of this study is to research what factors affect a student’s likelihood of successfully reaching his or her goal of becoming a scientist or, more specifically, a physicist. Academic achievement has long been associated with intelligence. This restricted view has not been comprehensive enough and has lacked the study of how noncognitive personality traits relate to success. In this study factors relating to skills and talent in physics, as well as to personality, will be analysed. Their relationship to a physics attitude assessment test will be investigated as well. Three questionnaires were used to gather data for this study: the Grit Survey, the Colorado Learning Attitudes about Science Survey (CLASS) and the Force Concept Inventory (FCI). Grit measures a person’s perseverance of effort and consistency of interest. It is a personality trait that is thought to predict success better than previous personality constructs have. CLASS measures expert-like thinking of students in a physics context. In this study CLASS is used as a predictor of academic achievement. FCI measures a student’s conceptual understanding of the force concept in Newtonian physics. In this study FCI is used as an evaluator of a student’s skills and talent in physics. The sample studied in this thesis consisted of 71 students attending a first-year physics course at the University of Helsinki. 43 of the participants were male and 28 female. Most of the students were students that had decided to major in physics. Results from correlation analysis between grit and CLASS show that no significant relationship was found between these two factors, with a correlation coefficient of only r=0.181 (p=0.131). FCI and CLASS did show a correlation of r=0.312. Correlations between the factors of grit and CLASS were also analysed in this study. Grit did not correlate with CLASS, a predictor of academic achievement. FCI, an evaluator of skill and talent in physics did correlate with CLASS. Grit as a whole does not seem to relate to academic achievement. But its dimension of effort does. Grit effort correlated with CLASS with a correlation coefficient of r=0.241 (p=0.043). The two dimensions of grit seem to measure different things and it is important to be able to analyse them separately.

Begreppskartor utvecklades ursprungligen på 1980-talet av Joseph Novak och Bob Gowin som ett sätt att strukturera och därmed få djupare förståelse för ny kunskap. Sedan dess har de utvecklats och undersökts som inlärnings-, utbildnings- och bedömningsmetod, inte minsta av forskare som Maria Ruiz-Primo. Den här avhandlingen utgår till stor del från Ruiz-Primos utveckling av begreppskartan som ett verktyg för att bedöma elevers prestationer och undersöker huruvida traditionella prov kunde ersättas med begreppskartsuppgifter inom fysiken. Begreppskartor har en bevisligen positiv effekt vad gäller inlärning, men de används sällan i våra skolor och det är svårt att få elever att anamma en ny och ointuitiv inlärningsmetod. Att använda begreppskartan som en bedömningsmetod i klassen skulle knuffa eleverna mot ett mer begreppsbaserat tänkande och kunde hjälpa dem i sin förståelse av ämnet. Som provuppgift är begreppskartan snabb att göra och rätta men ger läraren goda insikter i elevens förståelse för ett ämne. Ifall man kunde tänka sig att använda begreppskartan som provuppgift åtminstone diagnostiskt skulle det föra med sig en hel drös fördelar. Två klasser undersöktes, en i grundskolan på årskurs sju och en kurs i gymnasiet. Bägge grupper fick lära sig grunderna i att göra begreppskartor på förhand, gymnasisterna hade lite erfarenhet av det också från tidigare. Båda grupperna fick sedan under en kurs skriva ett traditionellt prov samt göra en begreppskarta av materialet de nyligen gått igenom. Begreppskartorna bedömdes med en femstegs-modell utvecklad av Ruiz-Primo och Shavelson och gavs ett vitsord beroende på hur väl de jämfördes med en expertkarta. Resultaten undersöktes skilt för de två grupperna och granskades för svårighetsgrad, korrelation och överensstämning enligt en statistisk metod utvecklad av Bland och Altman 1986. Svårighetsgraden för uppgiften fanns vara lämplig, bägge gruppernas medeltal var något lägre för begreppskartan än för det traditionella provet vilket kan motiveras med att eleverna trots allt har större erfarenhet av traditionella prov än begreppskartor. Korrelationen för grundskolegruppen fanns vara god, 0,825 medanden för gymnasiet var betydligt svagare, 0,412. Bland-Altman metoden gav vidare negativa resultat för gymnasiet med mycket stora kast mellan de enskilda elevernas prestationer i de två uppgifterna. Grundskolegruppen presterade lite mer konsekvent men visade en trend där de verkligt svaga och de verkligt starka eleverna gynnades av begreppskartsuppgiften medan eleverna med medeltal kring 7 gjorde sämre ifrån sig än i det traditionella provet. Korrelationen för grundskolan är så pass stark att det är tänkbart att begreppskartan kunde användas som en bedömningsmetod inom grundskolan. Grundskolans begränsade matematik gör att också en stor del av naturvetenskaperna är fenomen- och begreppsbaserade snarare än baserade på problemlösning. I gymnasiet är det tvärtom, största delen av gymnasiekursen inom fysiken går ut på matematisk uträkning av fenomen, inte på att kunna förklara dem med ord och förstå samband. Som en följd av detta är begreppskartorna mer användbara som en alternativ bedömningsmetod i grundskolan än i gymnasiet.

Työssä selvitettiin ei-luonnontieteellisten aineiden opettajien ajatuksia ja suhtautumista fysiikkaan ja fysiikan opettajiin. Samalla tutkittiin heidän asennettaan fysiikan ja heidän oman oppiaineensa väliseen integraatioon. Tutkimuksen aineistona käytettiin opiskelijoiden Fysiikan perusteet -kurssilla harjoitustehtävänä tehtyjä haastatteluja sekä täydennyskoulutettujen opettajien tekemiä vastaavia haastatteluja. Tutkimuksessa käytetyt opiskelijoiden tekemät haastattelut ovat vuosilta 1989-1997. Täydennyskoulutettujen opettajien haastattelut ovat vuosilta 1996-1997. Tutkimuksessa käytetään opiskelijoiden tekemistä haastatteluista nimitystä aineisto 1 ja täydennyskoulutettujen opettajien tekemistä haastatteluista nimitystä aineisto 2. Haastatteluista suurin osa oli tehty taito- ja taideaineiden opettajille (39 %) sekä reaaliaineiden opettajille (38 %). Kielten opettajien haastatteluja oli 22 % aineistosta. Yksittäisistä aineista eniten haastatteluja oli tehty kotitalousopettajille, historian ja uskonnon opettajille. Muiden aineiden opettajien haastattelut jakautuivat tasaisemmin. Yleisesti ottaen ajatukseen oman oppiaineen ja fysiikan välisestä integraatiosta haastateltavat suhtautuivat myönteisesti. Aineisto 2 suhtautui integraatioon myönteisemmin kuin aineisto 1. Koko aineistossa myönteisintä suhtautuminen oli reaaliaineiden opettajien keskuudessa. Myös taito- ja taideaineiden opettajien enemmistö suhtautui myönteisesti integraatioon. Kielteisintä suhtautuminen integraatioon oli kielten opettajien keskuudessa. Reaaliaineiden opettajista historian ja uskonnon opettajat suhtautuivat myönteisimmin ainerajat ylittävään yhteistyöhön fysiikan kanssa. Taito- ja taideaineissa myönteisintä asennetta osoittivat kotitalouden ja kuvaamataidon opettajat. Kielten opettajista äidinkielen opettajat suhtautuivat ajatukseen integraatiosta myönteisimmin ja selkeästi kielteisin asenne oli ruotsin opettajilla.

Fysiikan argumentointia käytetään tiedon esittämiseen ja siihen kietoutuu ymmärrys tieteellisen tiedon luonteesta. Loogisen perusteluketjun lisäksi siinä on olennaista fysiikan sisältötieto liittyen käsitteisiin, niiden relaatioihin, malleihin, kokeisiin ja näiden rajoituksiin. Fysiikan opettajan sisältötieto ja argumentoinnin taidot mahdollistavat loogisesti etenevän laadukkaan opetuksen. Argumentointi on kuitenkin erillinen taitonsa, jota on harjoiteltava ja jossa onnistuminen ei ole itsestään selvää. Tässä työssä selvitettiin fysiikan opettajaopiskelijoiden argumentoinnin taitoja. Tutkimuskysymyksinä olivat: 1. Millaista fysiikan sisältötietoa opiskelijan argumentissa esitetään? 2. Mistä komponenteista opiskelijan argumentti koostuu? 3. Miten argumentin komponentit on linkitetty toisiinsa? 4. Miten argumentin sisältö ja rakenne ovat yhteydessä toisiinsa? Aineistona oli fysiikan sivuaineopiskelijoiden (N=18) kurssitöinään tekemät argumenttikaaviot neljästä kvanttifysiikan aiheesta. Argumentin komponentit oli eritelty kaavion solmuiksi ja komponentit linkitetty toisiinsa vastaten argumentin loogista rakentumista. Aineistolle tehtiin sisällönanalyysi fysiikan tiedon, argumentin komponenttien ja rakenteen näkökulmista: miten relevanttia fysiikan käsitteellistä, relationaalista ja strategista tietoa ja niiden rajoitteita oli tunnistettu, mitä olennaisia argumentin komponentteja oli tunnistettu ja kuinka monimutkainen argumentin rakenne oli. Lopuksi näkökulmista etsittiin mahdollisia yhteyksiä. Parhaiten opiskelijat onnistuivat fysiikan käsitteiden tunnistamisessa. Relationaalinen tieto oli käsitteellistä heikompaa ja strateginen kaikkein heikointa. Parhaiten fysiikan tiedossa onnistuneet menestyivät kaikissa tarkastelluissa kriteereissä kohtalaisen hyvin; toisaalta monissa kaavioissa jokin tiedon osa-alue oli jätetty kokonaan huomiotta. Argumentin komponenttien tunnistaminen oli vaikeaa erityisesti, kun valmista mallia ei ollut. Komponenttien tunnistaminen ja fysiikan tiedossa menestyminen olivat yhteydessä toisiinsa. Argumenttikaavioiden rakenne vaihteli linkittömästä monimutkaisempaan verkkorakenteeseen eikä sillä ollut yhteyttä kahteen ensimmäiseen näkökulmaan. Kaavion rakenteen merkitys onkin mahdollisesti jäänyt opiskelijoille epäselväksi. Argumentoinnissa useimmilla on perustavanlaatuisia ongelmia alkaen fysiikan sisältötiedosta ja sen opetukseen kannattaisi entisestään panostaa.

Opetusharjoittelu kuuluu keskeisenä osana fysiikan opettajan opintoihin. Yhtenä opetusharjoittelun tavoitteena on taito suunnitella ja toteuttaa opetusta opetussuunnitelman huomioon ottaen sekä pohtia ja jäsentää omaa ja muiden opetusta. Tämän pro gradun ajatuksena on tarkastella fysiikan opetusharjoittelijoiden pitämiä oppitunteja kiinnittäen huomiota siihen, miten oppitunnit muodostuvat loogiseksi kokonaisuudeksi ja millaisia tavoitteita opetusharjoittelijat itse mainitsevat oppitunnin eri vaiheille sekä miten nämä tavoitteet näkyvät oppitunnin kulussa. Pro gradussa on kaksi tutkimuskysymystä: 1. Onko fysiikan opetusharjoittelijoiden esittämä painekäsite looginen ja koherentti? 2. Miten fysiikan opetusharjoittelijoiden toimet ja puhe eroavat siitä, mitä opetusharjoittelijat haluavat sanoa? Tutkimusmateriaali on kerätty videoimalla kaksi fysiikan opetusharjoittelijan pitämää yläasteen oppituntia sekä haastattelemalla opetusharjoittelijat stimulated recall -menetelmällä. Haastattelutilanteessa on kysytty jokaisen katsotun episodin jälkeen opetusharjoittelijan tavoitteita kyseiselle tilanteelle sekä sitä, miten opetusharjoittelija näkee kyseisen tilanteen liittyvän oppituntiin kokonaisuutena. Ensimmäiseen tutkimuskysymykseen vastataan oppitunnin pohjalta. Oppitunnista muodostetaan ns. prosessikarttoja, joissa ilmaistaan oppitunnin episodien keskinäiset kytkökset ja niiden toteutuminen. Painekäsitteen loogisuus ja koherenttisuus käsitellään kahdessa vaiheessa tarkastelemalla ensin yksittäisiä episodeja ja tämän jälkeen tarkastelemalla oppituntia kokonaisuutena prosessikarttojen avulla. Toiseen tutkimuskysymykseen vastataan sekä oppitunnin että haastattelumateriaalin pohjalta. Haastattelun pojalta muodostettuja prosessikarttoja vertaillaan oppitunnin pohjalta muodostettuihin prosessikarttoihin ja lisäksi tutkitaan jokaisen episodin kohdalla oppitunnista tiivistettyjen johtopäätösten ja harjoittelijan mainitsemien tavoitteiden välistä yhteyttä. Aineiston pohjalta havaittiin, että episodit rakentuvat yksittäin melko loogisesti, vaikka keskeisistä käsitteistä käytetään erilaisia kiertoilmauksia ennen paineen määrittelyä. Prosessikarttoja tulkitsemalla havaittiin, että oppitunnin rakenne riippuu luonnollisesti paljon oppitunnin vetäjästä ja prosessikartoissa esiintyi kronologinen sekä tähtimäinen rakenne oppitunnin episodien välillä. Opetusharjoittelijoiden mainitsemat episodien tavoitteet ovat sisällöltään asiapitoisia ja liittyvät tiiviisti oppitunnin pohjalta tiivistettyihin episodien keskeisiin sisältöihin.

Työssä tarkastellaan ja vertaillaan, kuinka fysiikan tietorakenteita esitetään lukion fysiikan oppikirjoissa. Työssä selvitetään, millaisia nämä tietorakenteet ovat ja miten ne eroavat eri kirjasarjoissa. Tarkastelun esitysvälineenä käytetään käsitekarttoja. Näiden avulla seurataan, miten askel kerrallaan tietorakenne muodostuu kussakin tarkasteltavassa fysiikan oppikirjassa. Aineistona on neljä erilaista lukion fysiikan oppikirjaa 1980-luvulta 2010-luvulle. Tarkastelu oli rajattu koskemaan lukion kurssien 6 (sähkö) ja 7 (sähkömagnetismi) sisältöjä. Työn tuloksena todetaan, että fysiikan lukion oppikirjojen tietorakenteet ovat keskenään hyvin samanlaiset. Opetuksen sisältö on lukiossa melko tarkasti määritelty, ja jokainen kirjasarja näyttää mukautuvan samalla tavoin täyttämään tehtävänsä. Varsinkin nykyisin käytössä olevat uudemmat oppikirjat eivät tässä tietorakenteiden tarkastelussa juurikaan eronneet toisistaan. Kirjojen esittämissä yksityiskohdissa on painotuseroja, ja varsinkin vanhimmassa kirjasarjassa detaljitason esimerkkejä on huomattavasti runsaammin uudempiin kirjoihin verrattuna. Työn tulos on, että oppikirjojen perusfysiikan tietorakenteet ovat pääosin muuttumattomat. Oppikirjoissa tapahtunut kehitys on asteittaista ja ulkokohtaista: kuvat ovat muuttuneet selkeämmiksi ja värillisiksi, ja tekniikkaan liittyvät kuvat on päivitetty 2000-luvulle. Perusfysiikan opiskelu ja tietorakenteisiin liittyvä keskeinen sisältö on esitetty uudemmissa oppikirjoissa oleellisesti samoin ja samankaltaisena kuin vanhimmassa tarkasteluun kuuluneessa 1980-luvun oppikirjassa

Fysiikan opetuksessa käsitteiden oppiminen on keskeistä, mutta niiden oppimiseen liittyy monia ongelmia. Oppilaiden olemassa olevat käsitteet voivat erota merkittävällä tavalla tieteellisistä, oppimisen kohteena olevista käsitteistä, mikä muodostaa haasteen oppimisen kannalta. Oppimisprosessissa oppilaat ankkuroivat uuden opetettavan asian omaan, jo olemassa olevaan tietorakenteeseensa. Tämä tietorakenne on fysiikan kannalta usein jäsentymätön ja virheellinen, mikä johtaa usein niin sanottuihin virhekäsityksiin. Näiden käsitysten muuttumiseen viitataan usein termilllä käsitteellinen muutos. Käsitteellisen muutoksen luonteesta ei kuitenkaan ole yksimielisyyttä. Jotkin tutkijat ovat esittäneet , että käsitysten taustalla on järjestynyt teoriankaltainen tietorakenne tai yhtenäinen selitysperusta. Toiset taas ovat sitä mieltä, että käsitysten taustalla on ennemminkin löyhä ja jokseenkin irrallisista paloista koostuva järjestelmä. Näillä näkemyseroilla voi olla suoria vaikutuksia siihen miten opetus järjestetään. Tässä työssä esitetään uusi teoreettinen viitekehys käsitteellisen muutoksen kuvaamiseksi, joka hyödyntää psykologian ja kognitiotieteen käsiteteorioita. Käsitteiden nähdään siten koostuvan prototyyppipiirteistä sekä teoreettisemmista piirteistä. Käsitteitä kuvataan näistä piirteistä koostuvana monimutkaisena systeeminä, joten niitä havainnollistetaan graafin avulla. Systeeminen esittäminen on hedelmällinen lähtökohta, sillä se mahdollistaa eri teorioiden esiin nostamien piirteiden esittämisen samaa viitekehystä käyttämällä. Esitettävää viitekehystä ja graafeja sovellettiin empiiriseen aineistoon, joka koostuu opiskelijahaastatteluista. Haastatteluissa Helsingin yliopiston fysiikan opiskelijoiden (N=31) tuli tehdä perusteltuja ennusteita yksinkertaisten virtapiirien toiminnasta. Litteroiduista haastatteluista poimittin opiskelijoiden virta-, jännite- ja resistanssikäsitteisiin liittämiä teoreettisia- ja prototyyppipiirteitä ja opiskelijoiden selitysmallit koostettiin käyttäen näitä elementtejä. Opiskelijat esittivät eri tasoisia selityksiä intuitiivista aina teoreettisiin, normatiivisiin selityksiin asti. Opiskelijahaastatteluista poimittiin viisi opiskelijaa, joiden selitysmalleja havainnollistettiin graafien avulla. Valittujen viiden opiskelijan selitysmallit edustivat tyypillisimpiä haastatteluissa esiintulleita selitysmalleja ja lisäksi heidän selityksissään tuli esille monipuolisesti käsitteellisen muutoksen kannalta mielenkiintoisimpia piirteitä. Graafit ovat kompakti ja havainnollinen tapa esittää opiskelijoiden selitysmalleja ja tarjoavat kvalitatiivista, sanallista kuvailua kvantitatiivisemman ja informatiivisemman esitystavan. Graafit mahdollistavat monien eritasoisten käsiterakenteiden kuvaamisen, joten ne tuovat esiin käsitteiden oppimiseen liittyvän monimuotoisuuden ja ottavat huomioon yksilön käsitteet tieteellisten käsitteiden oppimisessa. Graafeista näkee helposti kuinka prototyyppipiirteet kytkeytyvät osaksi käsitteitä ja kuinka teoreettinen tieto muuttaa prototyyppien kuvailemia ontologisia attribuutioita. Lisäksi voidaan nähdä kuinka käsitteiden kytkeytyminen osaksi selitysmalleja tapahtuu ja kuinka nämä tietorakenteet kehittyvät kohti koherentimpaa tietoa havaintojen seurauksena. Näin ollen kehitetty viitekehys ja graafit tarjoavat mielenkiintoisen välineen oppimisprosessin tarkempaan analysointiin, joka edesauttaa opetuksen järjestämistä käsitteiden oppimista parhaiten tukevalla tavalla.

Lukion fysiikan opetuksessa tämän päivän keskeiset opetusteoriat ovat triviaali-, radikaali- ja sosiaalinen konstruktivismi. Fysiikan opetuksessa, aiemmin yleinen, teoreettinen lähestymistapa on saanut suurimmaksi osaksi väistyä konstruktivismin tieltä. Vuoden 2003 lukion opetussuunnitelma on laadittu radikaalin konstruktivismin mukaisesti, niiltä osin kuin se koskettaa kaikkia lukioaineita. Tässä opetussuunnitelman yleisessä osiossa on myös havaittavissa määrin sosiaalista ja triviaalia konstruktivismia. Opetussuunnitelman fysiikka käsittelevä osuus puolestaan noudattaa triviaalia konstruktivismia ja siitä on selvästi havaittavissa hahmottavan lähestymistavan vaikutukset. Vuoden 2015 lukion opetussuunnitelman yleinen osuus on edeltäjäänsä selvemmin radikaalin konstruktivistinen. Fysiikan osuus puolestaan toteuttaa entistä selvemmin hahmottavaa lähestymistapaa. Fysiikan osuus on siten triviaalin konstruktivismin mukainen. Näin ollen opetussuunnitelman yleisten ohjeiden ja fysiikan osuuden välillä on selkeä ristiriita, joka opetussuunnitelmassa jätetään huomiotta. Opetussuunnitelma on ristiriidassa itsensä kanssa. Fysiikan pitäytyminen triviaalin konstruktivismin mukaisessa oppimisteoriassa johtuu suoraan oppiaineen tietorakenteesta ja sen pyrkimyksestä kuvata ympäristöä havainnoijasta riippumatta. Ylioppilaskirjoitukset ovat muuttuneet sähköisiksi ja sitä kautta niiden lukio-opetusta ohjaava vaikutus on korostunut merkittävästi. Ylioppilaskokeen ainereaalin laadinnassa ja arvostelussa käytetään ohjenuorana Bloomin taksonomiaa, mikä on triviaalin konstruktivismin mukainen. Siten ylioppilaskirjoitukset poikkeavat filosofisesti lukion opetussuunnitelman yleiseen osioon verrattaessa, mutta ovat yhtenevät fysiikan vaatimusten osalta.

Työn aiheena on kvanttifysikaalinen lomittuminen ja sen merkitys fotosynteesin energia-absorptiossa. Aihe on perinteiset oppiainerajat ylittävä, käsittäen fysiikkaa, biologiaa ja kemiaa. Aihe on erittäin tärkeä: ilman energiatehokkaasti toimivaa fotosynteesiä Maapallolla ei olisi nykymuotoista elämää. Lomittumisella tarkoitetaan lyhyesti selittäen sitä, että paikallisesti erillään olevien olioiden (klassisesti: aalto tai hiukkanen) ominaisuuksien välillä on korrelaatio, jota ei klassisen fysiikan keinoin pystytä selittämään. Lomittumisesta käytetään myös termiä kvanttikoherenssi, termit ovat käytännössä ekvivalentteja. Lomittuminen on tärkeä osa nykyfysiikan todellisuuskäsitystä ja se on muuttanut todellisuuskäsitystä lokaalista ei-lokaaliin (holistiseen) suuntaan. Vaikka lomittuminen onkin ihmisen arkisen havaintomaailman käsitteistöllä täysin käsittämätön ilmiö, niin se on kokeellisesti kiistatta todistettu luonnon ominaisuus. Työ on kirjallisuustutkimus. Keskeisinä lähteitä ovat lukuisat fysiikan ja fysikaalisen kemian tieteellisissä julkaisuissa olleet artikkelit, sekä kokeellisia että teoreettisia artikkeleja. Fotosynteesiin liittyen, lukuisien 2000-luvulla tehtyjen tutkimusten mukaan lomittumisella näyttäisi olevan tärkeä merkitys viherhiukkasen toiminnassa. Tutkimusten mukaan viherhiukkasen lukuisat Auringon energiaa keräävät antennimolekyylit ja yksi reaktiokeskus ovat kvanttikoherentissa lomittuneessa tilassa oleva makroskooppinen systeemi. Tämä mahdollistaa lähes häviöttömän energian siirron antennimolekyyleistä reaktiokeskukseen, joka kerää yksittäisten fotonien energiat ja käynnistää fotosynteesin monimutkaisen reaktioketjun. Lomittuminen näin suurissa biologisissa systeemeissä on kuitenkin vaikeasti havaittavissa ja siksi asiaa tutkitaan koko ajan lisää erittäin intensiivisesti. Lukiofysiikan nykyisen oppimäärän modernin fysiikan kurssissa korostetaan aaltohiukkasdualismin käsitettä. Monien fysiikan opetuksen tutkijoiden mielestä aaltohiukkasdualismin käsite on hyvin ongelmallinen. Siihen sisältyvien klassisten käsitteiden, aalto ja hiukkanen, sekoittaminen kvanttifysiikan käsitteiden kanssa vaikeuttaa kvanttifysiikan oppimista ja saattaa olla este kvanttifysiikan ja lomittumisen syvällisempään ymmärtämiseen. Tutkijat suosittelevat, että aaltohiukkasdualismin käsitettä ei opetuksessa käytettäisi. Valitettavasti se on korostetusti esillä vuoden 2015 fysiikan OPS:ssa. Oppikirjojen kirjoittamisessa täytyy toki olla melko konservatiivinen, mutta lomittuminen on kuitenkin jo niin tärkeä osa nykyfysiikkaa, että seuraavan sukupolven oppikirjoissa lomittumisen pitäisi ehdottomasti olla mukana. Luonteva reitti lomittumisen opetukseen etenee käsittelemällä pienen intensiteetin kaksoisrakokoe perusteellisesti ja pohtimalla sen tulosten merkitystä fysiikan ontologian kannalta. Lomittumisen käsitteen kvalitatiivinen ymmärtäminen olisi tärkeää myös siksi, että sillä odotetaan jo muutaman vuoden sisällä olevan hyvin merkittäviä käytännön sovelluksia (kvanttitietokoneet, suprajohtavuus, jne.). Ihmisen suoran havaintomaailman mukaan todellisuus on lokaalia, hiukkaset ovat lokaaleja ja erillisiä. Lomittumiseen liittyvä todellisuus on kuitenkin täysin ei-lokaalia. Kvanttifysiikan ja lomittumisen ontologia tuntuu siis arkijärjen vastaiselta ja siksi sitä voi olla vaikea hyväksyä. Tällöin tulee muistaa, että lomittuminen on kokeellisesti todistettu. Fysiikassa jokainen koe on kysymys luonnolle. Jos ihmisen oman, hyvin rajallisen, havaintomaailman käsitteistö ei riitä selittämään ja ymmärtämään luonnon antamia vastauksia, niin ei se ole luonnon vika!

The I SEE module was designed to motivate broad groups of students in the field of science. The module is built on Action Competence framework, which is an educational ideal that aims for ability and willingness to take action. Students with learning disabilities were not considered within this process, but this research is dedicated to evaluating the module through this point of view. The diagnoses of interest were attention deficit and hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), and dyslexia, which were analyzed in a small literature review. Activity-based methods of instruction have been used as a means to include students with special needs, but several issues need to be addressed -- Students with ASD, for instance, need familiar and structured environment to achieve learning objectives in said instructional activities. The first research question was how the Action Competence approach is suited for students with disabilities. The main concern is whether Action Competence education is carried out by mainly text-based instructions and materials, but through visualizing their own future and gaining good action experiences, students may become interested in pursuing a career in science. The second research question is twofold: What opportunities and threats lie in the I SEE climate change module for students with disabilities, and how can the module be improved? The conclusions of the literature review on learning disabilities were implemented to improve a six-step assessment tool for instruction, which was used as a theoretical backround for this thesis. The utilization of the tool is based on expertise on both subject matter and learning disabilities. Finally, the I SEE module was assessed according to the six steps when it was suitable. However, as the module progressed from subject matter based content towards action competence skills, the assessment tool became less relevant to the learning activities. The evaluation of the module indicates that it is well suited for students with learning disabilities, but some text-based activities may need to be enhanced by adding visual supports such as pictures or figures. Some contradiction lies between the importance of explicit communication while educating students with disabilities, and open exploration in exercises associated with action competence.