Browsing by Subject "oppiminen"

Kalvojännitteen syntyyn ja sen muutoksiin liittyvät prosessit mielletään usein haastaviksi aiheiksi oppia ja opettaa. Aiheen opetuksesta ja oppimisesta lukiossa ei juurikaan ole tehty tutkimusta, mutta aiemmat tutkimukset yliopisto-opiskelijoilla ovat osoittaneet, että haasteita esiintyy erityisesti lepokalvojännitteen muodostumisen ymmärtämisessä. Aihetta käsitellään suomalaisissa lukiossa pääasiassa ihmisen biologian kontekstissa vapaavalintaisella kurssilla 4 (LOPS 2015) tai 5 (LOPS 2019) ja aihe onkin yksi ihmisen biologian kurssin keskeisistä sisällöistä oppia ja ymmärtää. Kalvojännitteen synty ja sen muutokset on kuvattu suomenkielisissä lukion biologian oppikirjoissa usein yksinkertais-tetusti ja ajoittain virheellisesti. Tämä saattaa johtaa virhekäsitysten syntymiseen, jolloin opiskeltavaa aihetta ei opita riittävällä tasolla. Siksi tämän maisterintutkielman tavoitteena on selvittää, miten solukalvon sähköistä aktiivisuutta opetetaan suomenkielisissä lukioissa ja millaisia virhekäsityksiä opiskelijoilla aiheesta esiintyy. Näiden tulosten pohjal-ta luodaan kehittämistuotos eli opetusmateriaali biologian aineenopettajien käyttöön, jolla voidaan tukea solukalvon sähköisen aktiivisuuden opetusta ja oppimista. Tutkimusmenetelmänä tutkimuksessa käytettiin kehittämistutkimusta, jossa yhdisteltiin teoreettisen ja empiirisen ongelma-analyysin periaatteita. Teoreettisen ongelma-analyysin kautta pyrittiin kartoittamaan lukio-opetuksen kannalta solukalvon sähköiseen toimintaan liittyvät keskeisimmät seikat, joihin monet virhekäsitykset liittyvät, sekä tarkastelemaan niitä eri näkökulmista. Tämä toteutettiin aiemman tutkimuskirjallisuuden avulla. Empiirisessä ongelma-analyysissä tarkasteltiin sekä lukion biologian oppikirjoja (N=3) että kevään 2021 biologian ylioppilaskoevastauksia (N=400) hermosolun aktiopotentiaalin kulkuun liittyen. Molempia aineistoja analysoitiin laadullisen sisällönanalyysin periaatteiden mukaisesti. Teoreettisesta ja empiirisestä ongelma-analyysistä saatujen tulosten perusteella kehitettiin opetusmateriaalin ensimmäinen versio. Opetusmateriaali luetutettiin läpi maisterintutkielman ohjaajilla ja opetusmateriaalia kehitettiin heiltä saatujen kommenttien perusteella. Jatkokehittämisen tuloksena syntyi opetusmateriaalin toinen ja virallinen versio. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että solukalvon sähköinen aktiivisuus on haastava aihe sekä opetuksen että oppimi-sen näkökulmasta. Lukion biologian oppikirjoissa esiintyi epätarkkoja kohtia solukalvon sähköiseen aktiivisuuteen liit-tyen ja nämä epätarkkuudet näkyivät opiskelijoiden ylioppilaskokeen vastauksissa yleisinä virhekäsityksinä. Erityisesti esiin nousi virheellinen käsitys natrium-kaliumpumpun ioneja ”palauttavasta” vaikutuksesta aktiopotentiaalin jälkeen. Toinen yleinen virhekäsitys oli, että uusi aktiopotentiaali on mahdollinen vasta kun kalvojännite on hyperpolarisaation jälkeen palautunut lepotilaan. Tulosten perusteella voidaan todeta, että ainakin osa opiskelijoiden virhekäsityksistä on lähtöisin oppikirjoista eikä näitä virhekäsityksiä ole pystytty korjaamaan opettajan toimesta opetustilanteessa. Ylioppi-laskokeessa tehtävään vastanneista opiskelijoista 11,3 % ei osannut vastata tehtävän ensimmäiseen kysymykseen ollenkaan. Vastauksista, joissa opiskelija oli vähintään välttävällä tasolla onnistunut vastaamaan kysymykseen (N=381), 92,4 % sisälsi yhden tai useamman virhekäsityksen. Virhekäsitysten karsimiseksi paras keino on estää niiden syntyminen. Siksi tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että lukion uuden opetussuunnitelman biologian oppikirjat tulisi päivittää sellaisiksi, että virheellistä käsitystä ei pääse syntymään. Tämä ei kuitenkaan pelkästään riitä, vaan myös lukion biologian opettajien tulisi luopua vanhoista opetusdioistaan ja varmistaa, että he opettavat aihetta nykytiedon valossa oikein. Tässä apuna toimii tämän tutkimuksen osana kehitetty opetusmateriaali solukalvon sähköisestä aktiivisuudesta hermosolun aktiopotentiaalin kontekstissa. Jotta opetusmateriaalin toimivuutta ja opiskelijoiden käsitteellistä muutosta voidaan arvioida, jatkotutkimukset ai-heesta ovat tarpeellisia.

Ympäristöön sopeutuminen on laaja käsite, joka pitää sisällään sekä pitkällä aikavälillä tapahtuvan evolutiivisen sopeutumisen että yksilöissä lyhyellä aikavälillä tapahtuvan fenotyypin sopeutumisen. Evolutiivisessa sopeutumisessa keskeisenä mekanismina toimivan luonnonvalinnan on havaittu olevan monille opiskelijoille haastava käsite ymmärtää, ja siihen tiedetään liittyvän paljon virhekäsityksiä. Kuitenkin suomalaisten opiskelijoiden virhekäsityksiä ja ymmärrystä aiheesta on tutkittu vain vähän. Tässä tutkimuksessa selvitettiin suomalaisten peruskoulun yhdeksäsluokkalaisten osaamista liittyen eläinten sopeutumiseen ja evoluution mekanismeihin. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin erilaisten tekijöiden, kuten oppikirjasarjan ja oppilaan luontoharrastuneisuuden, yhteyksiä aiheen osaamiseen. Tutkimusaineisto (N=90) kerättiin sähköisen kyselylomakkeen avulla. Tutkimukseen osallistui yhdeksäsluokkalaisia neljästä eri koulusta. Kyselylomake koostui sekä monivalintatehtävistä että avoimista kysymyksistä, ja aineisto analysoitiin kvantitatiivisia sekä kvalitatiivisia menetelmiä käyttäen. Kvantitatiivisessa analyysissä vastaajien kokonais- ja tehtäväkohtaisia pisteitä vertailtiin eri ryhmien, kuten eri sukupuolten ja eri kirjasarjoja käyttäneiden, välillä. Lisäksi tarkasteltiin mm. luontoharrastusten ja biologian arvosanan yhteyksiä kyselyssä menestymiseen. Kvalitatiivisessa analyysissä avoimen tehtävän vastauksista eriteltiin oppilaiden virhekäsityksiä luonnonvalinnasta, ja virhekäsitykset luokiteltiin vakavuuden perusteella eri tasoihin. Vain pieni osa yhdeksäsluokkalaisista menestyi evoluutiota ja sopeutumista koskevassa kyselyssä hyvin ja osasi vastata luonnonvalinnan mekanismeja koskevaan avoimeen kysymykseen tieteellisen käsityksen mukaisesti. Suurella osalla tutkittavista havaittiin vakavan tason virhekäsityksiä luonnonvalinnan mekanismeista. Luonnonvalinnan eri osa-alueista oppilaat ymmärsivät heikoiten populaation muutoksen, muuntelun alkuperän ja lajiutumisen. Fysiologiseen sopeutumiseen liittyvissä tehtävissä oppilaat suoriutuivat hieman paremmin kuin evolutiivista sopeutumista koskevissa tehtävissä. Oppilaan viimeisimmän biologian arvosanan ja kyselyssä menestymisen välillä havaittiin positiivinen riippuvuus. Tulosten perusteella opetussuunnitelman keskeiset, evoluutiota koskevat tavoitteet eivät näytä toteutuvan kuin harvojen oppilaiden kohdalla, ja siten peruskoulun evoluutio-opetusta olisi yhä syytä kehittää. Saatuja tietoja evoluution ymmärtämisen ongelmakohdista ja yleisimmistä virhekäsityksistä voidaan hyödyntää opetuksen kehittämisessä. Jatkossa olisi tärkeää kehittää evoluutio-opetukseen uusia, erilaisia opetusmenetelmiä sekä selvittää niiden toimivuutta tämän haastavan aiheen oppimisessa.