Virtapiirien toimintaperiaatteen hahmottaminen, analoginen ajattelutaito sekä ajattelun muutos tutkivan oppimisen jälkeen kuudesluokkalaisilla tytöillä ja pojilla

Abstract

Tässä tutkimuksessa tutkittiin, miten oppilaat hahmottavat virtapiirien toimintaperiaatteen ennen kuin he ovat opiskelleet koulussa asiaa sekä miten heidän ajattelunsa muuttuu tutkivan oppimisen jälkeen. Tutkiva oppiminen tapahtui tietokonesimulaatiolla työskentelemällä. Tutkimus toteutettiin, koska perusopetuksen opetussuunnitelman perusteissa (2014) korostetaan oppilaan oman ajattelutaidon kehittymistä, aktiivista roolia oppimisessa sekä monilukutaidon ja tieto- ja viestintäteknologian ymmärryksen ja käyttötaitojen kehittymistä. Tutkimukseen valikoitui 60 oppilasta, jotka eivät olleet opiskelleet virtapiirien toimintaa koulussa aikaisemmin. He olivat kuudesluokkalaisia. Tutkittujen oppilaiden ajattelutapaa virtapiirien toimintaperiaatteesta arvioitiin laadullisesti teoriaohjaavan sisällön erittelyn kautta. Teoria oli saatu aikaisemmista tutkimuksista ja alkumittauslomakkeista etsittiin yhden johdon mallin, törmäysmallin, heikkenemismallin, jatkuvan virran mallin, tieteellisen käsityksen sekä muun käsityksen mukaisia ajattelumalleja. Lisäksi oppilaat suorittivat analogisen ajattelutaitoa mittaavan Ravenin testin alkumittauksen yhteydessä. Tutkittujen oppilaiden ajattelun muutosta analysoitiin loppumittauslomakkeen avulla. Kyselyjen välissä suoritettiin tietokonesimulaatiolla interventio, jossa oppilaat tutkivalla työtavalla opettelivat virtapiirien toimintaperiaatteen parityöskentelynä. Tutkimusaineisto analysoitiin ensin etsimällä yleisesti erilaisia virhekäsityksiä oppilaiden vastauksista. Vastauksista muodostettiin virhekäsityprofiileja, joissa esiteltiin oppilaan ajattelun virhekäsitysten määrää. Huomionarvoista oli, miten vaihtelevia profiileja oppilaat saivat sekä millaisia erilaisia virhekäsityksiä esiintyi toistensa kanssa. Tämän jälkeen ristiintaulukoitiin analoginen ajattelutaito sekä sukupuoli virtapiiriprofiilien vaihtelun kanssa alkumittauksessa. Toisessa osassa tutkimusta tutkittiin, muuttuiko oppilaiden ajattelu virtapiirien toimintaperiaatteesta kohti tieteellistä käsitystä tutkivan oppimisen tietokonesimulaatiolla jälkeen. Näitä käsityksiä analysoitiin vertaamalla alku- ja loppumittauksen pistemääriä toisiinsa jälleen eri analogisen ajattelutaidon ryhmien ja sukupuolen ryhmien kanssa. Tulokseksi saatiin, että oppilailla on eniten kahta erilaista virhekäsitysprofiilia ajattelussaan ja että pojilla on huomattavasti enemmän yhden johdon mallia ajattelussaan kuin tytöillä. Poikien ajattelu muuttui paljon tietokonesimulaatiolla työskentelyn jälkeen kuten myös heikon analogisen ajattelutaidon ryhmän oppilaidenkin ajattelu. On kuitenkin tärkeää miettiä, voiko hyvät tulokset alkumittauksessa saaneiden ajattelu enää muuttua, jos loppumittaus pysyy samana eikä lomake enää vaikeudu loppumittauksessa.

Avainsanat: virhekäsitykset, ajattelutaito, sukupuoli, tutkiva oppiminen, käsitteellinen muutos