Tiedelukutaidon opetus ja oppiminen alakoulussa: kehittämistutkimus ekologisessa viitekehyksessä

Abstract

Tämän väitöstutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten tiedelukutaidon opetusta ja oppimista voi kehittää alakoulun 5.–6.-luokilla. Oppilaat tarvitsevat tiedelukutaitoa eli käsitteellistä tietoa, monilähteistä lukutaitoa ja tieteeseen sitoutuvan asenteen pyrkiessään ymmärtämään ja ratkomaan erilaisia ongelmia nykypäivän tietotulvassa. Väitöstutkimus nojaa ekologiseen viitekehykseen (Gibson, 1977, 1979), jonka mukaan opetus ja oppiminen kehittyvät opettajien, oppilaiden ja ympäristön välisessä vuorovaikutuksessa.

Väitöstutkimus soveltaa kehittämistutkimuksen strategiaa ja koostuu kolmesta osatutkimuksesta. Osatutkimuksessa I selvitettiin opettajien kokemia tiedelukutaidon opetuksen haasteita haastatteluaineiston avulla. Opettajien haastattelulitteraatit (n=4) analysoitiin sisällönanalyysia soveltaen. Tutkimusaineistosta tunnistettiin kaksi tiedelukutaidon opetuksen haasteiden ulottuvuutta: oppilaiden osaaminen ja pedagogiset resurssit. Oppilaiden osaamisen haasteet ilmenivät tiedoissa, taidoissa ja asenteissa, ja opettajien kokemusten mukaan ne kytkeytyivät toisiinsa. Pedagogisten resurssien osalta keskeisiä haasteita olivat opettajan osaamisen ja oppimateriaalien puutteet sekä internetin haastavuus oppimisympäristönä.

Osatutkimuksissa II ja III keskityttiin kokeilemaan ja arvioimaan holistiseen orientaatioon (oppiaineintegraatio ja kokotehtävämalli) perustuvaa tiedelukutaidon pedagogista lähestymistapaa. Osatutkimuksessa II tutkittiin opettajien positioitumista kokeilussa. Keskiössä oli opettajan havaitseman tarjouman ja opettajan toimijuuden merkitys position rakentumisessa. Tutkimusaineisto koostui opettajien kyselyvastauksista (n=213), jotka analysoitiin positiointianalyysillä. Tutkimusaineistosta tunnistettiin neljä opettajapositiota: sopeutuja, soveltaja, alistuja, suodattaja. Tarjouman havaitsemista näytti suuntaavan opettajan yksilöllinen orientaatio. Toimijuuden ilmaisussa merkitykselliseksi nousi puolestaan se, miten tukeutunut opettaja oli kokeilemaansa lähestymistapaan.

Osatutkimuksessa III keskityttiin oppilaiden oppimiseen. Tarkastelun kohteena oli, miten oppilaiden käsitykset eläinten sopeutumisesta sekä intertekstuaaliset integrointitaidot kehittyivät tiedelukutaitokokeilussa. Lisäksi tarkasteltiin käsitysten ja taitojen kehittymisen yhteyttä. Tutkimusaineistona oli oppilaiden alku- ja loppumitausvastaukset (n=980). Aineiston analyysi oli kaksivaiheinen: ensin sovellettiin laadullista teorialähtöistä sisällönanalyysia, minkä jälkeen hyödynnettiin tilastollisia analyysimenetelmiä. Tulokset osoittivat tilastollisesti merkitsevää kehitystä oppilaiden käsityksissä ja taidoissa, mutta molempien taso pysyi melko alhaisena sekä alku- että loppumittauksessa. Oppilaiden käsitysten ja taitojen kehittymisen välillä ei ilmennyt korrelaatiota. Oppilaan käsitys saattoi siis kehittyä, mutta intertekstuaaliset integrointitaidot eivät kehittyneet samaan tahtiin tai päinvastoin.

Väitöstutkimuksen tulokset osoittavat, että tiedelukutaidon opetuksessa ja oppmisessa on haasteita. Holistisella pedagogisella lähestymistavalla on potentiaalia opetuksen ja oppimisen kehittämisessä, mutta uuden lähestymistavan käyttöönotto edellyttää vahvaa tukea niin opettajalle kuin oppilaalle. Erityisen tärkeää on tukea opettajien ja oppilaiden havaintoja ja tulkintoja pedagogisen lähestymistavan tarjoumista. Oppilaiden käsitysten ja taitojen kehittyminen edellyttää systemaattista, tasapainoista ja pitkäjänteistä harjoittelua. Tuloksia tarkasteltaessa on tärkeää muistaa, että tiedelukutaidon pedagoginen lähestymistapa on vain yksi osa kompleksista ja dynaamista luokkahuoneympäristöä, jossa opetuksen ja oppimisen kehittyminen riippuu monien tekijöiden yhteisvaikutuksesta.

<b>Teaching and Learning Science Literacy in Primary School: Educational Design Research in Ecological Framework</b>

This doctoral dissertation aims to investigate how the teaching and learning of science literacy can be developed in grades 5–6 of primary school. Students require science literacy, comprising conceptual knowledge, multiple-source reading skills, and engagement with science, when seeking to understand and address various problems in today’s information-rich environment. The study is grounded in an ecological framework (Gibson, 1977, 1979), which views teaching and learning as emerging through interactions between teachers, students, and the environment.

The dissertation applies an educational design research strategy and consists of three sub-studies. Sub-study I examined the challenges teachers experience in teaching science literacy using interview data. Teachers' interview transcripts (n=4) were analyzed using an inductive content analysis. The analysis identified two dimensions of challenges in teaching science literacy: students’ competence and pedagogical resources. Challenges in students’ competence were evident in knowledge, skills, and attitudes, and according to teachers' experiences, these aspects were interconnected. Regarding pedagogical resources, the main challenges included insufficient teachers’ expertise and learning materials, and the complexity of the Internet as a learning environment.

Sub-studies II and III focused on experimenting with and evaluating a pedagogical approach to science literacy based on a holistic orientation (subject integration and the whole-task model). Sub-study II examined teachers’ positioning in the intervention. The focus was on the role of the perceived affordances and the expressed agency. The data consisted of teachers’ questionnaire answers (n=213), which were analyzed through positioning analysis. Four teacher positions were identified from the data: adapter, applier, subordinate, and filter. The perception of the affordance appeared to be guided by the teacher’s individual orientation, while the expression of agency depended on the extent to which teachers relied on the pedagogical approach.

Sub-study III focused on students’ learning. The study examined how students’ conceptions of animal adaptation and their intertextual integration skills developed during the science literacy intervention. In addition, the relationship between the development of conceptions and skills was investigated. The data consisted of students' pre- and post-test responses (n=980). The analysis was conducted in two phases: first, a qualitative, theory-driven content analysis was applied, followed by statistical analyses. The results showed statistically significant development in students’ conceptions and skills, although the levels remained relatively low in both the pre- and post-tests. No correlation was found between the development of conceptions and skills. In other words, a student’s conceptual understanding could improve without a corresponding development in intertextual integration skills, or vice versa.

The results of this dissertation indicate that teaching and learning science literacy present challenges. A holistic pedagogical approach has the potential to enhance teaching and learning, but implementing a new pedagogical approach requires strong support for both teachers and students. It is particularly important to support teachers’ and students’ observations and interpretations of the affordances of the pedagogical approach. The development of students’ conceptions and skills requires systematic, balanced, and sustained practice. When interpreting the results, it is important to remember that the pedagogical approach to science literacy is only part of a complex and dynamic classroom environment, where the