Mitä TIMSS 2023 -tulokset kertovat matematiikan osaamisesta ja millaisilla tehtävillä osaamista mitataan
Joulukuussa 2024 julkaistiin neljännen ja kahdeksannen vuosiluokan oppilaiden matematiikan ja luonnontieteiden osaamista mittaavan TIMSS 2023 -tutkimuksen (Trends in International Mathematics and Science Study) tuloksia. TIMSS-tutkimuksilla on PISA-tutkimuksia pidempi historia, sillä ne on toteutettu neljän vuoden välein vuodesta 1995 lähtien ja niitä koordinoiva IEA (International Association for the Evaluation of Educational Achievement) on toteuttanut oppimistulosten arviointeja jo 60-luvulta lähtien. Suomessa IEA:n tutkimukset on toteuttanut Jyväskylän yliopiston Koulutuksen tutkimuslaitos yhteistyössä opetus- ja kulttuuriministeriön kanssa. Suomalaisoppilaat osallistuivat ensimmäisen kerran TIMSS-tutkimukseen vuonna 1999. Suomalaiset kahdeksannen vuosiluokan oppilaat ovat osallistuneet tutkimukseen vuosina 2011, 2019 ja 2023.
Poimintoja TIMSS 2023 -tuloksista
Suomalaisten kahdeksasluokkalaisten matematiikan osaaminen oli vuonna 2023 kansainvälistä keskiarvoa korkeammalla tasolla, kuten aiemmillakin kierroksilla. Osaamisen muutokset matematiikassa ovat olleet maltillisia verrattuna PISA-tutkimukseen, sillä kokonaiskeskiarvon ero vuoteen 2019 ei ollut tilastollisesti merkitsevä ja vuodesta 2011 keskiarvo oli laskenut vain 10 pistettä. Huolestuttavaa matematiikan oppimistuloksissa on kuitenkin heikkojen osaajien osuuden kasvu. TIMSS-tulosten mukaan korkeintaan heikon suoritustason saavutti 27 prosenttia suomalaisoppilaista vuonna 2011 (kuvio 1). Vuonna 2023 heikkojen ja heikon tason alle jääneiden osuus oli 36 prosenttia oppilaista. Heikon suoritustason alle jäi vuonna 2023 kuusi prosenttiyksikköä enemmän kuin reilut 10 vuotta aikaisemmin. Heikoimpien oppilaiden osaaminen vuonna 2023 oli myös huomattavasti heikompaa kuin vuonna 2011. Vastaavat ilmiöt olivat nähtävissä myös PISA-tuloksissa.
TIMSS-tulokset tosin poikkeavat PISA-tuloksista matematiikassa hyvin menestyvien suhteen. PISA-tulosten mukaan myös hyvien osaajien määrä on huomattavasti laskenut 10 vuodessa, mutta TIMSS-tulosten mukaan kaikkein parhaiten menestyneiden osuus on jopa kasvanut muutaman prosenttiyksikön vuodesta 2011 vuoteen 2023 (kuvio 1). Myös tarkasteltaessa parhaiten menestynyttä kymmentä prosenttia oppilaista havaittiin, että heidän osaamisensa on hieman parempaa kuin reilu 10 vuotta sitten.
TIMSS-tutkimuksessa matematiikan osaamista tarkastellaan neljän matemaattisen sisältöalueen kautta: luvut ja laskutoimitukset, algebra, geometria sekä tilastot ja todennäköisyys. Suomalaisoppilaat ovat menestyneet algebran sisältöalueen tehtävissä heikoiten kaikilla kolmella tutkimuskierroksella. 2010-luvun alussa parhaiten osattu osa-alue oli tilastot ja todennäköisyys, mutta sen keskiarvo on laskenut eniten reilun 10 vuoden aikana. Samalla ajanjaksolla geometrian osaamisen taso on jopa hieman noussut ja oli vuonna 2023 parhaiten osattu sisältöalue. Sisältöalueittain tarkasteluna muutoksissa huolestuttavaa on luvut ja laskutoimitukset -sisältöalueen osaamisen heikkeneminen, sillä kyseisellä sisältöalueella mitataan muun muassa peruslaskutoimitusten ja lukujen ominaisuuksien hallintaa, kuten positiivisten ja negatiivisten kokonaislukujen, murto- ja desimaalilukujen, prosenttiosuuksien ja niillä operoimista peruslaskutoimituksissa. Nämä ovat myös olennaista pohjatietoa muiden matematiikan osa-alueiden osaamiselle ja tärkeä osa arkielämän matematiikkaa.
Eri sisältöalueiden ohella TIMSS-tutkimuksessa arvioidaan oppilaiden osaamista myös erilaisilla matemaattisilla prosessialueilla. Arvioitavat prosessialueet ovat tiedot ja taidot, soveltaminen sekä päättely. Suomalaisoppilaiden osaamisessa eri prosessialueiden välillä ei ollut eroja vuonna 2023. Vuoteen 2011 verrattuna osaamisen taso on pysynyt muuttumattomana tiedot ja taidot -prosessialueella ja laskenut jonkin verran soveltamisessa sekä päättelyssä.
TIMSS-arvioinnin tehtävät
TIMSS 2023 -tutkimuksessa kahdeksannen vuosiluokan kokeissa oli käytössä 204 erilaista matematiikan tehtävää. TIMSS-tehtävissä on erilaisia vastaustapoja: monivalintatehtäviä, joissa valitaan yksi neljästä vaihtoehdosta, tai monitahoisempia monivalintatehtäviä, joissa tehdään useampia valintoja sekä avoimia tehtäviä, jotka voivat olla suppeita (yksi sana tai luku) tai laajempia vastauksia vaativia. Kokeen muututtua tietokonepohjaiseksi on toteutuksessa voitu hyödyntää myös sähköisen toteutustavan mahdollistamia vastaustapoja ja tehtävän antoja, kuten objektien raahaamista ja järjestämistä, valintojen tekemistä erilaisilla tavoilla ja simulaatioita. TIMSS-tutkimukseen laadittiin tietokonepohjaiseen kokeeseen soveltuvia PSI-tehtäviä (Problem Solving and Inquiry), jotka poikkeavat jonkin verran tässä artikkelissa esimerkkinä esitetyistä perinteisemmistä TIMSS-tehtävistä. Näistä tehtävistä ja niiden tuloksista vuodelta 2019 on luettavissa lisää esimerkiksi IEA:n julkaisemasta materiaalista TIMSS 2019 -tutkimuksesta: https://timss2019.org/psi/. Kahdeksannen vuosiluokan kokeessa oppilailla oli myös käytössään koeohjelmiston yksinkertainen nelilaskin.
Suurin osa tehtävistä pidetään salassa, jotta niitä voidaan käyttää tulevilla tutkimuskierroksilla ja näin taata eri kierrosten välinen vertailtavuus. Tutkimuskonsortio julkaisee kuitenkin rajoitetusti joitain tehtäviä jokaiselta kierrokselta. Esittelemme tässä niistä muutaman. Tehtäviä tarkasteltaessa on siis tärkeää muistaa, että ne edustavat vain pientä osaa kaikista käytetyistä tehtävistä. Tehtävät on jaettu neljälle eri vaikeustasolle, mutta helpoimman kategorian tehtävistä ei ollut saatavilla esimerkkejä julkaistavaksi.
Huom. Artikkelissa esitettyjen esimerkkitehtävien tekijänoikeudet omistaa IEA ja KTL. Niiden hyödyntäminen, uudelleenjakelu, kopioiminen tai lähettäminen eteenpäin on kielletty kaikissa muodoissa, ellei IEA ole antanut siihen kirjallista lupaa. Copyright Notice and Disclaimer »
Ensimmäinen esimerkkitehtävä sijoittuu algebran sisältöalueelle ja on matemaattiselta prosessiltaan päättelyä. Oppilaan täytyy päätellä, että haluttujen pienoismallien tekemiseen menee yhteensä 55 minuuttia, joten siksi käytettävissä olevat 50 minuuttia eivät riitä. Tehtävä on myös esimerkki avoimesta tehtävästä, joka on pisteytetty kansallisessa tutkimuskeskuksessa manuaalisesti noudattaen tarkasti kansainvälistä ohjeistusta. Tehtävästä suoriutuminen vastasi vähintään tyydyttävää suoritustasoa.
Esimerkkitehtävä 1. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 56,7 % / Ruotsi 63,9 % / Kansainvälinen keskiarvo 50,5 % (lähde: TIMSS 2023 / ME72083)
Toinen esimerkkitehtävä kuuluu luvut ja laskutoimitukset -sisältöalueelle ja se mittasi soveltamista. Tehtävässä suoriutumiseen vaaditaan vähintään tyydyttävää suoritustasoa. Tehtävä on muodoltaan monitahoinen monivalintatehtävä ja siinä hyödynnettiin sähköisen kokeen mahdollistamia ominaisuuksia. Oppilaiden tehtävänä oli raahata annettuihin viiteen ruutuun oikea määrä sinisiä ja keltaisia ruutuja siten, että niiden suhde olisi 4:6. Tehtävän ratkaisuprosentti oli hieman pienempi kuin kansainvälisesti keskimäärin, mutta kuitenkin yli puolet suomalaisoppilaista onnistui ratkaisemaan tehtävän.
Esimerkkitehtävä 2. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 51,4 % / Ruotsi 46,4 % / Kansainvälinen keskiarvo 58,2 % (lähde: TIMSS 2023 /ME72049)
Kolmas esimerkkitehtävä on muodoltaan suppea avoin tehtävä ja se mittasi geometrian osaamista sekä soveltamista. Tehtävä on määritelty haastavuudeltaan toiseksi korkeimmalle vaikeustasolle eli tämä oli korkean suoritustason tehtävä. TIMSS-tehtäviä laadittaessa tehtävien tekstin määrään kiinnitetään paljon huomiota. Tämä tehtävä sisältää suhteellisen paljon luettavaa moneen muuhun TIMSS-kokeen matematiikan tehtävään verrattuna ja tietoa on poimittava sekä tekstistä että kuvasta. Oppilaiden tuli ratkaista puoliympyrän halkaisijan pituus käyttämällä tietoa kolmioiden yhdenmuotoisuudesta sekä annettuja mittoja. Noin joka kolmas suomalaisnuori onnistui ratkaisemaan tehtävän.
Esimerkkitehtävä 3. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 32,3 % / Ruotsi 36,2 % / Kansainvälinen keskiarvo 31,1 % (lähde: TIMSS 2023 /ME72196)
Neljännessä esimerkkitehtävässä on yhtälöpari, josta tulee ratkaista x ja y. Tämä algebran tehtävä sijoittuu soveltamisen prosessialueelle. Tehtävästä suoriutuminen vastasi vähintään korkeaa suoritustasoa. Vaikka monilla suomalaisoppilailla yhtälöparit käsitellään todennäköisesti vasta 9. vuosiluokalla, olivat suomalaisoppilaat onnistuneet ratkaisemaan tehtävän verrattain hyvin, sillä Suomen ratkaisuprosentti oli yli 37, kun kansainvälinen keskiarvo oli alle 32 prosenttia.
Esimerkkitehtävä 4. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 37,2 % / Ruotsi 46,5 % / Kansainvälinen keskiarvo 31,7 % (lähde: TIMSS 2023 /ME72095)
Viides esimerkkitehtävä on luvut ja laskutoimitukset -sisältöalueen tehtävä, joka käsittelee lukujen verrannollisuutta. Tehtävä kuuluu soveltamisen prosessialueelle ja vaikeustasoltaan se on vaikeimpien tehtävien joukossa, eli sen ratkaiseminen edustaa erinomaista osaamista. Suomalaisoppilaista alle 18 prosenttia sai molemmat kysytyt arvot oikein, mikä oli hieman vähemmän kuin kansainvälisesti keskimäärin. Toisaalta Ruotsissa tehtävä oli selvästi heikommin osattu kuin Suomessa ja vain noin 7 prosenttia oppilaista onnistui ratkaisemaan tehtävän.
Esimerkkitehtävä 5. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 17,6 % (A 20,9 %; B 24,2 %) / Ruotsi 6,9 % (A 10,0 %; B 10,3 %) / Kansainvälinen keskiarvo 19,2 % (A 23,5 %; B 25,7 %) (lähde: TIMSS 2023 /ME72052)
Kuudes esimerkkitehtävä edustaa tilastot ja todennäköisyys -sisältöaluetta sekä tiedot ja taidot -prosessialuetta. Tehtävän ratkaiseminen edustaa erinomaista matematiikan osaamista. Tehtävässä oppilaiden tuli selvittää todennäköisyys, jolla pussista satunnaisesti valittu kuula ei ole vihreä. Suomessa joka neljäs oppilas osasi tehtävän, mikä oli kansainvälistä keskitasoa. Ruotsissa tehtävä oli selvästi paremmin osattu, sillä joka kolmas ruotsalaisnuori osasi ratkaista sen.
Esimerkkitehtävä 6. Tehtävän oikein ratkaisseiden oppilaiden osuus: Suomi 25,3 % / Ruotsi 33,3 % / Kansainvälinen keskiarvo 26,3 % (lähde: TIMSS 2023 /ME72185)
Lopuksi
TIMSS-tutkimuksessa sisällöt pohjautuvat osallistuvien maiden opetussuunnitelmiin ja opetussuunnitelmista on pyritty löytämään mahdollisimman paljon kaikille maille yhteisiä sisältöjä. Aina kaikki sisällöt eivät kuitenkaan vastaa maan tai koulutusjärjestelmän opetussuunnitelmaa ja siksi TIMSS-tutkimuksessa toteutetaankin analyysi TIMSS-kokeen ja kunkin tutkimukseen osallistuvan maan opetussuunnitelman vastaavuudesta. Tätä analyysia varten jokainen tehtävä on käyty läpi arvioiden, onko tehtävä relevantti kyseiselle luokka-asteelle kyseisen opetusjärjestelmän opetussuunnitelman mukaan. Esimerkiksi Suomessa, jossa opetussuunnitelma ei ole määritelty erikseen jokaiselle luokka-asteelle, asiantuntijat tekevät parhaansa pohtiessaan, onko kyseinen sisältö opetettu yli puolelle luokka-asteen oppilaista. Suomessa vain muutama 8. vuosiluokan matematiikan TIMSS-tehtävä määriteltiin 8. vuosiluokan oppisisältöihin kuulumattomaksi. Näiden tehtävien poistamisella analyysista ei kuitenkaan ollut mitään vaikutusta tutkimuksen matematiikan kokonaiskeskiarvoon Suomessa, ja TIMSS-tutkimuksen tehtävien voidaankin sanoa vastaavan hyvin Suomen opetussuunnitelman sisältöjä. TIMSS-tutkimuksen sisällöt eivät toki kata kaikkia Suomen perusopetuksen opetussuunnitelman sisältöjä matematiikassa. Opetussuunnitelmapohjaisuus on yksi merkittävimmistä eroista, mitä tulee matematiikan osaamisen arviointiin verrattuna PISA-tutkimukseen.
TIMSS-tutkimuksessa tehtävät ovat yleisesti ottaen PISA-tehtäviä vähäsanaisempia. TIMSS-tutkimuksen tehtävistä kaikkia ei ole kytketty tosielämän kontekstiin, kuten esimerkiksi neljäs ja viides esimerkkitehtävä, toisin kuin PISAssa. Tosielämän kontekstin luominen PISA-tehtävissä luonnollisesti lisää matematiikankin tehtävien lukukuormaa ja useissa tehtävissä tekstin lisäksi tietoja on poimittava tai tulkittava kuvista, kaavioista ja taulukoista. PISA-tutkimuksessa lukutaidon ja matematiikan osaamisen onkin todettu korreloivan vahvasti. Sen myötä lukutaidon heikkeneminen voinee selittää jossain määrin PISA-tutkimuksessa havaitun TIMSS-tutkimusta voimakkaamman osaamistason laskun, mutta pelkästään lukutaidon heikkenemiseen emme voi vedota tarkastellessamme matematiikan osaamistason laskua Suomessa. TIMSS-tutkimuksessa havaittu erinomaisten osaajien osuuden hienoinen kasvu on positiivinen tulos kaiken negatiivisen uutisoinnin keskellä. Kuitenkin sekä TIMSS- että PISA-tutkimuksissa havaittu heikkojen osaajien osuuden kasvu ja aiempaa heikompi osaaminen herättävät huolta. On tärkeää pohtia, kuinka taata kaikille vähintään välttävät taidot matematiikassa. Heikkojen osaajien tukemiseen tulee panostaa tulevaisuudessa entistä tarmokkaammin, samalla varmistaen, että matematiikassa etevät oppilaat saavat mahdollisuuden oppia matematiikkaa innostavalla ja mielekkäällä tasolla. Tämän haasteen ratkaisemiseen arviointitutkimukset eivät kuitenkaan anna suoria vastauksia.
Huom. Artikkelissa esitettyjen esimerkkitehtävien tekijänoikeudet omistaa IEA ja KTL. Niiden hyödyntäminen, uudelleenjakelu, kopioiminen tai lähettäminen eteenpäin on kielletty kaikissa muodoissa, ellei IEA ole antanut siihen kirjallista lupaa. Copyright Notice and Disclaimer »
Lähteet
Hiltunen, J., Kotila, J., Lehtola, P., Kauppinen, H., Markkanen, I., Nissinen, K., Puhakka, E., Pulkkinen, J., Vaara, E. & Vettenranta, J. (2024). Haasteena eriytyvä osaaminen: kahdeksannen luokan oppilaiden matematiikan ja luonnontieteiden osaaminen. Koulutuksen tutkimuslaitos, Tutkimuksia 42. Jyväskylän yliopisto, Koulutuksen tutkimuslaitos. https://doi.org/10.17011/ktl-t/42
IEA’s Trends in International Mathematics and Science Study – TIMSS 2023 Copyright © 2025 International Association for the Evaluation of Educational Achievement (IEA). Publisher: TIMSS & PIRLS International Study Center, Lynch School of Education and Human Development, Boston College.
Tilaa Dimension uutiskirje – saat sähköpostiisi aina kuunvaihteessa koosteen tuoreimmista artikkeleista
