Browsing by study line "Teacher in Physics"

Kieli on keskeinen osa oppimista ja niitä ei voida erottaa. Tieteellä on oma kieli, joka eroaa merkittävästi opiskelijoiden tuntemasta arkikielestä monella tapaa. Tieteellinen kieli sisältää suuren määrän informaatiota lyhyessä tekstissä, sisältää opiskelijoille tuntemattomia termejä ja myös lauserakenne on erilainen. Opiskelijoiden tieteen oppimisessa tieteellisen kielen oppiminen onkin yksi suurimmista ongelmista. Tämän vuoksi tulevien fysiikan aineenopettajien kielellisten ilmaisujen tutkiminen on tärkeää. Opinnäytetyössä analysoidaan fysiikan aineenopettajaopiskelijoiden tuottamia tekstejä fysiikan aineenopettajakoulutuksen kurssilta. Aineisto koostuu 12 tekstistä kuudelta eri fysiikan aineenopettajaopiskelijalta. Tarkoituksena on vastata tutkimuskysymyksiin: 1. Miten voimme analysoida aineenopettajaopiskelijoiden sanaston käyttöä? ja 2. Miten fysiikan aineenopettajaopiskelijat käyttävät kaksoisrakokokeen sanastoa? ja kehittää luotettava ja toistettavissa oleva analyysiprotokolla, jolla voidaan analysoida suomenkielisiä tekstejä. Analyysinlopputulos on yksinkertaistettu muoto aineistosta, jota voidaan analysoida tulevaisuudessa mahdollisesti tietokoneella. Teoriaosassa käsitellään lisäksi käsitteitä, käsitteellistä muutosta sekä semanttisia ja sanastollisia verkkoja. Tuloksena itse analyysin tuloksien lisäksi on analyysiprotokolla, jolla pystytään analysoimaan suomenkielisiä tekstejä. Fysiikan aineenopettajaopiskelijoiden tekstien analyysistä saatiin selville, että aineenopettajaopiskelijoiden sanaston käyttö on varsin laajaa ja monipuolista. Analyysin perusteella saatiin myös selville teksteissä esiintyviä mm. tekstissä esiintyviä lauseenrakenteita ja että teksteissä fysiikan aineenopettajaopiskelijat vaihtoivat aihetta melkein joka toisessa virkkeessä. Analyysiprotokollaa pystytään kuitenkin vielä jatkossa tarkentamalla ja selventämällä sitä. Analyysiprotokollan luotettavuutta pitäisi myös tutkia siten, että toinen analyysin tekijä suorittaisi analyysin.

Tämä pro gradu- tutkielma toteutettiin narratiivisena kirjallisuuskatsauksena ja tutkimusaineistona oli yhteensä 15 artikkelia. Tutkimusaineistoa hankittiin Scopus-tietokannasta sekä Google Scholarista. Tutkielman tavoitteena ja tarkoituksena on tutkia fysiikan laboratoriotöiden järjestämisen haasteitta etäopetuksessa koronapandemian aikana sekä miten kokeelliset työt toteutettiin. Lisäksi tutkimuksen tavoitteena on selventää opettajien tieto- ja viestintätekniikkataitoja etäopetuksessa. Tutkimuskysymykset ovat: Mitkä ovat fysiikan laboratorio-opetuksen järjestämisen haasteet etäopetuksessa koronapandemian aikana ja miten kokeelliset työt toteutettiin sekä millaiset ovat opettajien tieto- ja viestintätekniikkataidot. Keväällä 2020 Covid-19-virus aiheutti yllättäen globaalit poikkeusolot, jotka vaikuttivat ihmisten arkeen, työntekoon sekä oppilaitoksiin. Oppilaitokset suljettiin ja ne joutuivat siirtymään lyhyellä varoitusajalla lähiopetuksesta etäopetukseen ja opettajat sekä opiskelijat joutuivat mukautumaan uuteen tilanteeseen. Tämä toi haasteitta ja varsinkin laboratoriotöiden järjestäminen etäopetuksessa oli haastava. Etäopetuksessa opettajat joutuivat käyttämään niitä opetusteknologian käyttötaitoja, joita heillä oli. Vaikka etäopetusta on käytetty koulutusjärjestelmässä jo useiden vuosien ajan, sen toteutus pandemioiden aikana voi olla erilaista ja haastavaa. Tutkimustulosten mukaan osalla opettajista ei ollut aikaisempaa kokemusta tai oli vähän kokemusta etäopetukseen pitämiseen. Osa oppilaitoksista tarjosi opettajille koulutusta tukemaan heidän tieto- ja viestintätekniikan taitoja. Tutkimuksissa nousi esiin se, että laboratoriotyöskentelyn ja laskuharjoitusten läpikäynnin järjestäminen etäopetuksessa oli haastava. Osa tutkimuksista toi esille, että käytännön työtä käytettiin hyvin harvoin, myös sellaisissa aiheissa, jotka olisivat soveltuneet kokeelliseen työhön. Joissakin tutkimuksissa tuli esille, että osa kokeellisista töistä pystyttiin järjestämään sellaisenaan kotoa käsin.

Ylioppilaskirjoitukset ovat suomalaisen koulutuksen kentällä merkittävä ja laajasti vaikuttava instituutio. 2018 tapahtuneen sähköistymisen myötä ylioppilaskirjoituksissa tapahtui paljon muutoksia, joiden vaikutuksia ei ole vielä tutkittu kovin laajalti. Tässä tutkielmassa jatketaan aiemman opettaja työnsä tutkijana -tutkielman aihetta, ja haetaan ymmärrystä sähköistymisen vaikutuksista fysiikan ylioppilaskirjoituksiin. Fysiikan ylioppilaskirjoituksia tarkastellaan tässä tutkielmassa \emph{uudistetun Bloomin taksonomian} kautta. Taksonomia esitellään ja sen aiempaa käyttöä kasvatustieteessä, sekä erityisesti päättöarvioinnin tutkimuksessa tarkastellaan. Kun taksonomia ymmärretään, siirrytään hyödyntämään sitä fysiikan ylioppilaskirjoitusten tarkastelussa. Uudistettua Bloomin taksonomiaa hyödyntäen analysoidaan yhteensä kaksitoista fysiikan ylioppilaskoetta vuosilta 2015 - 2018 ja 2021 - 2023. Kuusi kokeista edustavat paperikokeiden ajan loppua, ja kuusi uusimpia sähköisiä ylioppilaskokeita. Kokeiden tehtävät analysoidaan ja luokitellaan uudistetun Bloomin taksonomian mukaiseen taksonomiatauluun erityisesti huomioiden hyvän vastauksen piirteiden perusteella tunnettua kunkin tehtävän pistejakaumaa. Näin saadaan tietoa erikseen paperisten ja sähköisten fysiikan ylioppilaskokeiden tehtävien mittaamasta kognitiivisesta osaamisesta, sekä niiden vaatimista tiedon tyypeistä. Analyysin perusteella havaitaan, että fysiikan ylioppilaskokeet mittaavat laajasti erilaisia kognitiivisen osaamisen ja tiedon tasoja, kuitenkin selvästi painottuen ymmärtämistä ja soveltamista mittaaviin tehtäviin. Lisäksi havaitaan, että erityisesti painoarvoa on käsitteellisellä tiedolla ja menetelmätiedolla. Vertaamalla paperikokeiden ja sähköisten kokeiden tuloksia havaitaan, että sähköistymisen yhteydessä ymmärtämistä vaativa osuus tehtäväpisteistä on pienentynyt 11,5 %-yksikköä. Myös muita pienempiä muutoksia havaitaan, mutta ne eivät ole tilastollisesti merkitseviä. Lopuksi tutkielmassa arvioidaan muutosten syitä, erityisesti sähköistymisen tarjoaman laajemman työkaluvalikoiman vaikutusta tehtävänlaadintaan. Toisaalta taksonomiasta luonteesta ja tutkielman koejärjestelystä tunnistetaan puutteita, joiden seurauksena tulosten luotettavuus nousee kyseenalaiseksi.

Yleissivistävän koulutuksen pääasiallisia tavoitteita on luoda yhteiskuntaan valveutuneita, osallistuvia ja aktiivisia kansalaisia, jotka tekevät perusteltuja päätöksiä ja muodostavat mielipiteensä loogisen päättelyketjun tuloksena. Tällaista perustelevaa ja pohtivaa ajattelua kutsutaan kriittiseksi ajatteluksi. Vaikka kriittisen ajattelun kehittäminen nähdään koulutuksen tärkeänä tavoitteena, ovat kriittisen ajattelun taidot usein työelämän kannalta riittämättömällä tasolla jopa korkeakouluista valmistuvilla. Varsinkin yleisten ajattelun taitojen on havaittu olevan korkeakouluopiskelijoilla usein korkeintaan tyydyttävällä tasolla. Kriittisen ajattelun tutkimus on yhteiskunnallisesti merkittävää, mutta silti sitä on fysiikan kontekstissa tehty vain vähän. Siksi kriittisen ajattelun tutkiminen on mielenkiintoista ja ajankohtaista. Kriittinen ajattelu määriteltiin tässä tutkimuksessa kokoelmaksi korkeamman ajattelun taitoja ja tietoja, joita käytetään, kun informaatiota tunnistetaan, analysoidaan, tulkitaan ja yhdistellään. Taitoihin kuuluu myös tiedon, johtopäätösten, selitysten ja väitteiden luotettavuuden arviointi sekä oman ajattelun reflektointi. Kriittisen ajattelun prosessin tunnistettiin ongelmanratkaisussa koostuvan seuraavista vaiheista: ongelman tarkastelu, päätelmän tekeminen ja päätelmän perustelu. ja ajatusprosessin reflektointi. Ajattelulla on aina jokin kohde. Jotta ajattelu voi olla kriittistä, tulee ajattelijalla olla sekä kriittisen ajattelun yleisiä taitoja että riittävästi tietoa ajattelun aiheesta, jotta hän voi muodostaa ajattelullaan perusteltuja päätelmiä. Opetuksessa painotetaan näitä aihekohtaisia tietoja ja taitoja, mutta yleiset ajattelun taidot jäävät formaalissa opetuksessa usein sivuosaan. Tässä tutkielmassa tutkittiin fysiikan opettajaopiskelijoiden kriittistä ajattelua tasavirtapiiritehtävien vastausten avulla. Sähköoppi sisältää monimutkaisia ja toisistaan riippuvia käsiterakenteita, ja virtapiiritehtävien ratkaisu vaatii kriittistä ajattelua sisältävää päättelyä. Aineistona käytettiin Helsingin yliopistossa 2019 järjestetyn Fysiikan käsitteenmuodostus I – kurssin osana suoritetun kokeen vastauksia. Kokeesta tuli saada hyväksyttävä tulos kurssin läpäisemiseksi. Kokeen kysymykset koostuivat yksinkertaisista tasavirtapiiritehtävistä, joita piti analysoida Ohmin ja Kirchhoffin lakien avulla. Vastausten analysointia varten luotiin kriittisen ajattelun teorian avulla mittari, jonka avulla analysoitiin vastauksissa esiintyvää kriittistä ajattelua. Mittariin valittiin neljä kriittisen ajattelun piirrettä, jotka ovat syy-seuraussuhteen havaitseminen, ongelman osa-alueiden ja olettamusten havainnointi, perustelu ja ongelman kokonaisuuden huomiointi. Mittarin avulla vastaukset analysoitiin. Tuloksista tutkittiin kriittisen ajattelun piirteiden yhteyttä ongelmanratkaisuun, sekä erilaisten ajatuskulkujen ja ratkaisustrategioiden ilmenemistä kokelaiden vastauksissa. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, kuinka kriittisen ajattelun piirteet ja erilaiset ratkaisustrategiat ilmenevät, ja onko kriittisellä ajattelulla siirtovaikutusta tehtävien välillä. Tutkimuksen tuloksista voidaan päätellä kriittisen ajattelun olevan yhteydessä ongelmanratkaisun onnistumisen ja fysiikan ymmärryksen kanssa. Kriittisen ajattelun piirteitä havaittiin hyväksytyissä koesuorituksissa enemmän kuin hylätyissä kokeissa. Myös koetta uusiessa kriittisen ajattelun pisteet nousivat kullakin perättäisellä koesuorituksella. Ratkaisustrategioita tarkastellessa havaittiin viisi erilaista strategiaa, jotka luokiteltiin sen mukaan, mitä suuretta piiristä pyritään selvittämään ensin. Jännitteen ratkaisu piirin komponenttien yli näyttää tutkimuksen perusteella olevan yhteydessä paremman kriittisen ajattelun kanssa kuin muut strategiat. Yksikään vastaus, jossa ratkaisua lähdettiin rakentamaan ratkaisemalla ensin komponenttien läpi kulkeva virta, ei sisältänyt syy-seuraussuhde -kategorian kriittistä ajattelua. Myös muut kriittisen ajattelun piirteet olivat heikommalla tasolla kuin jännite ensin -strategiassa. Kriittisen ajattelun siirtovaikutuksesta ei havaittu tilastollisesti merkitsevää korrelaatiota eri tehtävien välillä, elleivät tehtävät olleet hyvin samantyyppiset.

Luonnontieteiden luonne ja luonnontieteellinen lukutaito ovat olleet pitkään tiedekasvatuksellisia tavoitteita sekä maailmanlaajuisesti että paikallisesti Suomen lukiojärjestelmässä. Tässä tutkielmassa toteutettavalla lukion opetussuunnitelmien perusteiden analyysillä on pyritty selvittämään mahdollistavatko lukion fysiikan ja kemian opetussuunnitelmarakenteet luonnontieteiden luonteen kattavan opetuksen. Tuloksia on vertailtu vuosina 2006 ja 2021 käyttöönotettujen opetussuunnitelmien perusteiden välillä. Analyysimalli perustuu perheyhtäläisyyslähestymistapaan ja edelleen sen pohjalta muodostettuun metakategoriamalliin, jota on täydennetty liittämällä mukaan luonnontieteellisen työskentelyn persoonallista lähtökohtaa ja tiedon faktuaalisuuden päämäärää kuvaavat vastakohtaparit. Tuloksista käy ilmi, että vuosina 2006 ja 2021 käyttöön otettujen lukion opetussuunnitelmien perusteiden välillä on selviä eroja, joiden valossa jälkimmäisessä on havaittavissa edellistä kattavampi näkemys luonnontieteiden luonteen opetuksesta. Fysiikan ja kemian oppiaineiden kognitiivis-episteemisten kokonaisuuksien analyysi osoittaa, kuinka vuonna 2021 käyttöön otettujen opetussuunnitelmien perusteiden aiempaa selkeämpi luonnontieteiden luonteen sisällyttäminen opetuksen tavoitteisiin ei ole johtanut aiheen kannalta olennaisen luonnontieteellisen menetelmän kuvauksen sisällyttämiseen opetussuunnitelmien perusteisiin. Sosiaalis-insitutionaalisten kokonaisuuksien analyysi osoittaa, kuinka fysiikan tavoitteet ovat selvästi kemiaa monipuolisemmat sosiaaliselta kannalta tarkasteltuna.

Tutkielman tavoitteena on selvittää, ilmeneekö Newtonin mekaniikan vastaisia käsityksiä fysiikan ylioppilaskokeiden monivalintaosioissa. Monivalintatehtävät on valittu tutkimukseen niin, että vastausvaihtoehdoissa ilmenee jokin tutkimuskirjallisuuden tunnistama Newtonin mekaniikan vastainen käsitys. Aineistona käytetään ylioppilastutkintolautakunnalta saatuja vastausjakaumia, joista voidaan analysoida, kuinka paljon Newtonin mekaniikan vastaisia käsityksiä ilmenee ylioppilaskokeiden monivalintaosioissa. Tutkielmassa esitellään myös yleisimmät tutkimuskirjallisuuden tunnistamat Newtonin mekaniikan vastaiset käsitykset. Lisäksi tutkielmassa pyritään avaamaan käsitteellisen muutoksen ja ymmärryksen problematiikkaa sekä pohditaan erilaisten monivalintakysymysten ongelmallisuutta käsitteellisen muutoksen ja ymmärtämisen mittaamisen näkökulmasta. Kun tulkitaan oppilaiden käsityksiä, on tärkeää olla tietoinen siitä, että käsitteellinen ymmärrys sisältää useita huomioitavia seikkoja. Newtonin mekaniikkaan liittyvä käsitteellinen ymmärrys sisältää sekä fysiikkaan liittyvää teoriatietoa että psykologisia seikkoja, jotka liittyvät oppimiseen. On havaittu, että oppilaiden epistemologioilla voi olla vaikutusta käsitysten syntymiseen. Oppilaiden epistemologioita tutkittaessa, on havaittu, että käsitykset tieteellisen tiedon luonteesta ovat hyvin erilaisia. Esimerkiksi oppilaalla voi olla ajatus, jonka mukaan tieteellinen tieto on varmaa, mikä voi johtaa siihen, että fysiikan oppiminen voidaan kokea hyvin abstraktiksi sekä hankalaksi lähestyä. Erilaisille oppilaiden käsityksille on pyritty löytämään selvyyttä myös ihmisten arkisten kokemusten kautta. Koordinaatioluokkateoria on monimutkainen joukko tapoja, joita ihmiset käyttävät tulkitsemaan tiettyjä havaittavia olioiden kategorioita maailmasta. Koordinaatioluokkiin liittyvät läheisesti p-primitiivi, joilla pyritään myös selittämään erilaisia käsityksiä. P-primitiivit ovat ikään kuin ihmisten arkipäiväisiä kokemuksia ja aktivoitunut p-primitiivi voi siirtää arkipäiväisen kokemuksen fysiikan kontekstiin. Tällöin on mahdollista, että fysiikan ilmiöiden tulkinta on virheellistä ja poikkeaa yleisesti tunnetuista fysiikan teorioista. P-primitiivejä voidaan pitää yhtenä selittävänä tekijänä, miksi Newtonin mekaniikan vastaisia käsityksiä ilmenee. Newtonin mekaniikan vastaisten käsitysten tutkimiseen on kehitetty erilaisia työkaluja, joilla pyritään selvittämään oppilaiden käsityksiä, kuten FCI-testi. FCI-testi on monivalintatesti, joka sisältää kysymyksiä mekaniikkaan liittyen ja vastausvaihtoehdot pyrkivät testaamaan yleisesti tunnistettuja Newtonin mekaniikan vastaisia käsityksiä. Oppilaiden käsityksiin liittyvät tulkinnat jäävät kuitenkin hyvin ohuiksi, sillä monivalintatehtävät eivät pysty mittaamaan oppilaiden tarkkaa käsitteellistä ymmärrystä Newtonin mekaniikasta. On havaittu, että testitulokset riippuvat usein kontekstista, johon kysymys on asetettu. On myös havaittu, että vastausvaihtoehtojen asettelu vaikuttaa testitulokseen. Monivalintatestejä voidaan kuitenkin käyttää analyyttisinä työkaluina, jotka kertovat esimerkiksi, että tietyt käsitykset ilmenevät herkästi tai väärät vastaukset ilmentävät, että syvällistä ymmärrystä aiheesta ei ole. Tutkimukset ovat osoittaneet, että yleisimmät Newtonin mekaniikan vastaiset käsitykset liittyvät kinematiikkaan, impetukseen, aktiiviseen voimaan, kahden kappaleen välisiin voimiin ja voimien superpositioperiaatteeseen sekä painovoimaan ja massaan. Tutkimusaineistona tutkimuksessa käytettiin fysiikan ylioppilaskokeiden monivalintaosioiden kysymyksiä ja vastausjakaumia. Tutkimuksessa analysoitiin teoreettisen viitekehyksen nojalla viisi monivalintatehtävää kahdelta eri koekerralta. Samoista monivalintatehtävistä esitettiin myös vastausjakaumat, jotka analysoitiin esitetyn teorian pohjalta. Tutkimustulokset osoittavat, että ylioppilaskokeiden monivalintaosioissa ilmeni eniten vääriä vastauksia vaihtoehtoon, joka sisälsi Newtonin mekaniikan vastaisen käsityksen aktiivisesta voimasta, impetuksesta ja kahden kappaleen välisestä voimien dominanssiperiaatteesta. Vaikka tutkimustulokset eivät kerro suoraan oppilaan käsitteellisestä ymmärryksestä, tutkimustulokset viittaavat siihen, että Newtonin mekaniikan vastaisia käsityksiä ilmenee ja mekaniikan kvalitatiivinen osaaminen jää osittain heikoksi.

Opinnäytteessä pohditaan, voisiko lukion sähkömagnetismin opetuksen yhteyteen kytkeä pienoissähkömoottorin kokeellista tutkimista. Ajatuksena on, että tällainen didaktinen rekonstruktio auttaisi sähkömagnetismin aihepiirin tavoitteiden saavuttamisessa. Pienoissähkömoottori poikkeaa fysiikan opiskeluun käytetyistä koe-, havainnollistamis- ja muista apuvälineistä siten, että se on reaalimaailmassa yleinen olemassa oleva sähkömagnetismiin perustuva tekninen sovellus. Sen kokeellinen tutkiminen tuo toisenlaisen, eräässä mielessä autenttisen näkökulman sähkömagneettisten ilmiöiden ilmenemiseen ympäristössämme. Tämä näkökulma voisi toimia opiskelijalle vahvistavana elementtinä aihepiirin käsitteiden omaksumisessa. On eri asia tehdä empiiristä tutkimista varta vasten siihen suunnitelluilla koevälineillä, kuin aidolla reaalimaailman teknisellä sovelluksella. Pienoissähkömoottorista saa käsityksen siitä, miten sähkömagnetismia sovelletaan käytännössä. Lukion opetussuunnitelman perusteet 2019 määrittelevät lukion kurssimoduulin 7, Sähkömagnetismi ja valo, keskeiset sisällöt. Sähkömagnetismin osalta keskeiset sisällöt ovat kaikki enemmän tai vähemmän läsnä pienoissähkömoottorin toiminnan periaatteissa. Tämä tarjoaa hyvän lähtökohdan opinnäytteen pohdinnalle. Sähkömagnetismin aihepiiri käydään vaiheittain läpi ja moottorin tutkiminen kytketään jokaiseen vaiheeseen siihen soveltuvalla tavalla. Induktioilmiön suhteen hyödynnetään pienoissähkömoottorin sitä ominaisuutta, että se toimii akselistaan pyörittämällä myös generaattorina. Sähkömagneettinen säteily ja valo aihepiirinä ei sisälly opinnäytteeseen. Oppimisteoreettisena viitekehyksenä opinnäytteessä on hahmottava lähestymistapa. Sähkömagnetismin kurssin sisällöllisen etenemisen runkona käytetään Galilei 7 –oppikirjaa vuodelta 1996. Kirja sopii tehtäväänsä hyvin erityisesti sen vuoksi, että se on konstruoitu hahmottavan lähestymistavan periaatteiden mukaisesti. Kirjan sisältö on pieniä yksityiskohtia lukuunottamatta relevantti iästään huolimatta. Opinnäytteen johtopäätöksissä todetaan, että pienoissähkömoottorin tutkimisen kytkeminen kurssin yhteyteen on realistinen ajatus. Tutkiminen on käytännössä toteutettavissa tavanomaisessa luokkahuoneympäristössä, eikä siihen pääosin tarvita erityisvälineitä. Moottorit ovat edullisia, joten kustannukset eivät ole esteenä. On perusteltua ajatella, että tutkimisen myötä opiskelijat saavat sähkömagnetismin ilmiöihin ja käsitteisiin toisen näkökulman, jolla on oppimista vahvistava rooli. Ongelmiksi tunnistetaan moottorin eräiden ominaisuuksien havainnollistamisen tekninen järjestäminen, sekä mahdollisesti opettajien valmius didaktisen rekonstruktion toteuttamiseen käytännössä.

Tutkimuksessa perehdyttiin ns. tieteen luonteen asemaan osana lukion fysiikan opetusta. Tieteen luonteella viitataan tieteen historiallisiin, sosiologisiin ja filosofisiin näkökantoihin. Tieteen luonne voidaan tiivistää ns. tieteellisen tiedon luonteen konsensusnäkemyksen mukaisesti kahdeksaan teemaan. Teemat kuvaavat tieteen luonteen eri ominaisuuksia ja antavat näkemyksen siitä, miten tieteellinen tieto rakentuu. Työssä tehdään yhteenveto siitä, mitkä luonnontieteen konsensusnäkemyksen mukaiset teemat tulevat esille lukion fysiikan opetussuunnitelmassa 2019 ja missä yhteydessä. Eri teemojen esiintymisestä tehdään kooste, jossa tiivistetään mitkä teemoista esiintyvät eniten ja mitkä vähiten. Teemojen esiintymisessä huomattiin suuria eroja niin yleisesti kuin kurssikohtaisestikin. Eniten teemoista esille tuli tieteen sosiaalinen ja kulttuurinen yhteys, joka esiintyi seitsemässä kahdeksasta kurssista. Tämän lisäksi koko fysiikan opetussuunnitelma voidaan nähdä rakennettuna kyseisen teeman ympärille: Opetussuunnitelma tuo esille toistuvasti yhteiskunnan, ympäristön, teknologian ja tulevaisuuden tärkeyden. Tämä antaa oppiaineelle selkeän suunnan ja yrittää liittää kaukaiselta tuntuvat teorian opiskelijan elämään. Tutkimuksessa tuli esille, että tieteen sosiaalisen ja kulttuurisen yhteyden lisäksi myös muiden teemojen sisällyttäminen opetukseen on tärkeää. Kun työn tulokset rinnastetaan tutkimuskirjallisuudessa esitettyihin näkemyksiin ja aiheesta tehtyihin tutkimuksiin, on selvää, että LOPS 2019 jättää tieteen luonteen painotuksen selvästi vähemmäksi kuin kirjallisuudessa suositellaan.

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.