Tiede kuuluu kaikille

Tekemällä oppii. Lapset oppivat asioita leikkien ja kokeillen. Ennen nettiä asioita opittiin lähes pelkästään itse tehden tarvittaessa apua lähipiiriltä kysellen. Nyt sama on vaihtunut erilaisten nettivideoiden katseluun, oppimista siinäkin tapahtuu ainakin joskus. Videoita löytyy joka lähtöön olipa kyseessä sukan kantapään kutominen, ahvenen fileointi, mopon korjaaminen tai melkein mitä muuta tahansa. Video ei kuitenkaan pysty korvaamaan itse tekemistä ja erilaisten vaihtoehtojen omakohtaista testaamista, mutta on toki hyvä lisä. Varhaiskasvatuksessa leikki on olennainen osa päivärytmiä ja leikin kautta opitaan. Mitä isommista oppilaista ja opiskelijoita on kyse, sitä vähäisemmäksi muuttuu itse tekeminen, vaikka iästä riippumatta mekin opimme myös tekemällä. Pelkästään keittokirjoja lukemalla ei opi hyväksi kokiksi, tekemistä, kokkaamista tarvitaan.

Tiedekasvatuksesta

Tieteessä tehdään oletuksia siitä, miten asiat ovat ja sitten testaamaan oletusten, hypoteesien, oikeellisuus. 

Tieteeseen tutustuminen kannattaa aloittaa ajoissa jo varhaiskasvatuksessa. Tiede ruokkii lasten luontaista uteliaisuutta maailmaa ja sen ilmiöitä kohtaan. Opetussuunnitelman perusteissa tiede tai tiedekasvatus mainitaan peruskoulun osalta yhteensä kuusi (6) kertaa, varhaiskasvatusuunnitelmissa ei kertaakaan. Tämä on ristiriidassa tiedekasvatuksen tavoitteisiin nähden. 

Maaliskuussa julkistetussa LUMA(TE)-strategiassa asia on näyttää hiukan valoisammalta. Strategian toimenpide-ehdotukset suuntavat katseemme tulevaan, vuoteen 2030. Strategia käsittelee matemaattis-luonnontieteellisten aineiden ja tekniikan merkitystä yhteiskunnassamme nyt ja tulevaisuudessa. Tekniikka on se TE-lyhenne otsikossakin perinteisemmän LUMA-lyhenteen täydennyksenä.

Strategian visio vuoteen 2030 on kuvattu (iskevästi?):

Vuonna 2030 LUMA-taitoja voi tuetusti kasvattaa jatkuvana oppimisena läpi elämän ja suomalaisessa yhteiskunnassa on riittävästi LUMA-osaajia. Kansalaisilla on yhteiskunnassa toimimiseen tarvittava tiedon lukutaito. Nämä edistävät osallisuutta sekä hyvinvointia ja kestävää kehitystä.

Strategian toimenpide-ehdotuksiin on helppo yhtyä. Kukapa ei kannattaisi LUMATE-aineiden kehittämistä tai myönteisen suhtautumisen lisäämistä matematiikkaa kohtaan myös varhaiskasvatuksessa puhumattakaan oppimisen tason nostamista 2000-luvun alun tasolle resursseja lisäämällä. Kannustimia pyritään lisäämään kaikille kouluasteille jne. Toimenpiteitä on kaikkiaan 31, joissa lisätään ja vahvistetaan, ja pontevasti. 

Tästä on kuitenkin pitkä matka käytännön työhön, miten temppu tehdään ihan oikeasti kouluissa ja päiväkodeissa.

Lähes jokainen ihminen vakuuttaa LUMATE-aineiden olevan tärkeitä ja niiden osaajia tarvittavan enemmän. Tämä vakuuttelu ei kuitenkaan näy korkeakoulujen hakijamäärissä. Hakijamäärien perusteella luonnontieteellisille aloille ei ole laajaa kiinnostusta. Myöskään matemaattis-luonnontieteellisten aineiden opettajakoulutukseen ei ole valtaisaa tunkua. Osaamisen tason lasku näissä aineissa on viimeisten vajaan 20 vuoden aikana ollut merkittävä. Peruskouluaan päättävien suomalaisoppilaiden osaamisen lasku luonnontieteissä ja matematiikassa vastaa laskennallisesti noin yhden kouluvuoden aikana saavutettua oppimäärää kertovat Karvin tutkimukset. Myös opiskelijoiden keskinäiset erot ovat suuria. Osa yhdeksäsluokkalaisista suoriutuu jo joistakin ylioppilaskokeen lyhyen matematiikan tehtävistä kun toisilla on vaikeuksia kuudennen tai jopa kolmannen luokan tehtävien kanssa.

Ihan uusi juttu tämä tilanne ei ole. 1990-luvun alussa opetusministeriö teki vastaavanlaisen arvioinnin, jossa todettiin mm.

Yliopistotasosta arviointiryhmä totesi, että aloittavilla ylioppilailla on riittämätön matemaattisten aineiden tietotaso, joka johtuu koulusysteemistä. Toisen asteen koulun matematiikan oppikirjojen tasoa pitäisi parantaa. Kirjoihin tulisi saada kiinnostavia esimerkkejä matematiikan sovellutuksista biologiaan, fysiikkaan, kemiaan ja muille aloille. Kautta koko matematiikan opetuksen tulisi käydä ilmi, että matematiikka on elävä ja jännittävä moderni tiede. Opiskelijoiden tulisi saada enemmän ohjausta erityisesti opintojen alussa. Arviointiryhmä suositteli opettajien jatkokoulutusta, ryhmätyötä, huomion kiinnittämistä opetusmenetelmiin.

Pitääkö olla huolissaan?

Pitää. Pelkkä huolissaan oleminen ei kuitenkaan riitä. Jos ollaan huolissaan, pitää myös pohtia, mitä tehdään tilanteen parantamiseksi. Eräs iso syy siihen, että LUMATE-aineita ei osata entiseen malliin, lienee se, ettei niitä olla kiinnostuneita tai ne eivät ole muotia. Asenteet ovat muuttuneet. Matematiikkaa pidetään kyllä hyödyllisenä, mutta ei välttämättä hauskana. 

Ote LUMATE-strategiasta: Suomalaisnuorten ja varsinkin tyttöjen motivaatio ja asenteet estävät osittain sitä, että matemaattisesti ja luonnontieteellisesti lahjakkaat oppilaat olisivat kiinnostuneita matemaattisista ja luonnontieteellisistä ammateista.

Mikä on saattanut aiheuttaa tämän asennemuutoksen? Digilaitteita on helppo syyttää kaikesta ja osaltaan varmaankin niiden koukuttavuus on johtanut ”mulle kaikki heti” asenteeseen. Matematiikkaan tai muihinkaan luma-aineisiin ei ole kuningasten tietä, se edellyttää aina työntekoa ja pitkäjänteisyyttä.

Miten saisimme lapset ja nuoret innostumaan uudelleen LUMATE-aineista? Lapset oppivat asioita leikin myötä ja meistä kuka tahansa vanhempikin oppii tehdessään. Lukutaito on tietysti kaiken edellytys, mutta se ei riitä, tarinat tarvitsevat monilukutaitoa, joka tarkoittaa pohjimmiltaan ihmisenä olemisen taitoa. 

Päättäjät, olivatpa poliittisia tai ei, vannovat lähes poikkeuksetta tieteellisen tiedon merkitykseen päätöksenteossa. Hyvä niin. Mielenkiintoisemmaksi asia muuttuu, kun tarkastellaan asiaa lähemmin. Mistä löytyy luotettavaa tietoa ja ymmärrämmekö tieteellisen tiedon sisällön riittävän hyvin. Tieteen tuloksia pitäisi myös pystyä tarkastelemaan ilman ennakko-oletuksia. Joskus näkee myös käytäntöä, että erilaisista tieteen tuloksista nostetaan esille vain ne, jotka sattuvat sopimaan omaan agendaan. Tiedekasvatuksella pyritään tukemaan kaiken ikäisten kykyä tulkita ja hyödyntää tieteellistä tietoa osana omaa arkeaan ja eritasoista päätöksentekoa.

Leikki on lapsen työtä

Ratkaisu pienten lasten tiedekasvatukseen on jo keksitty ja keksijänä on Helsingin yliopiston yliopistonlehtori Jenni Vartiainen. Jenni on tutkinut kymmenen vuotta pienten lasten tiedekasvatusta ja myös tuotteistanut tutkimuksen tulokset perustamalla lasten tiedekasvatukseen erikoistuneen yrityksen nimeltä Kide Science. 

Jenni tutkii lasten tiedeoppimista leikin ja tarinoiden kautta. Lapsi nähdään aktiivisena oppijana, toimijana, kokeilijana, tutkijana; ei objektina, jolle tieto ojennetaan valmiina. Kun lapsi kiinnostuu itse asiasta, hänellä on valmiina halu saada tietää asioita – oppia uutta. Tämä näkyy hyvin esimerkiksi lasten tiedekysymyksissä, joita Helsingin Sanomat julkaisee viikoittain. Kysymykset ovat usein hyvinkin pitkälle meneviä ja ihan oikeat tutkijat vastaavat niihin erittäin hyvin ja perusteellisesti. Moni asia on saattanut mietityttää aikuisiakin, mutta eivät ole kehdanneet kysyä.

Esimerkiksi:

Miksi villa lämmittää, vaikka se olisi märkää?

Miksi toisen huuto kuulostaa kovalta, mutta oma ei?

Mihin lukuun saakka ihminen ehtisi elämänsä aikana laskea?

Kide Science tekee juuri tätä. Ruokkii lasten omaa uteliaisuutta ja herättää lisää ja lisää kysymyksiä. Kide Science on keskittynyt pienten lasten, varhaiskasvatusikäisten, oppimiseen ja heidän kiinnostuksensa herättämiseen. Sieltähän ne asenteetkin usein alkavat kehittyä. Myös ne negatiiviset: siksi tällaista tarvitaan, koska negatiivisten asenteiden muuttaminen positiiviseksi innoksi on vaikeaa.

Kide Science on valitettavan vähän tunnettu Suomessa, ulkomailla sen kehittämiä menetelmiä käytetään enemmän ja päämarkkinakohde lieneekin kauempana. Haaste innostaa lapsia ja nuoria LUMATE-aineiden pariin, on lähes globaali, Suomi ei ole yksin pohtimassa asiaa. 

Pienten menetelmillä isommillekin

LUMATE-strategiassakin on havaittu varhaiskasvatuksen merkitys tiedeopetuksen saralla. 

Toimenpide-ehdotuksista ensimmäinen:

Vahvistetaan varhaiskasvatuksessa myönteistä suhtautumista matematiikkaan leikin ja tutkivan otteen sekä lukumäärä- ja muototietoisen ympäristön avulla. Vahvistetaan varhaiskasvatuksen opettajien pedagogista osaamista leikkiin ja arjen tilanteisiin kiinnittyvään matemaattis-luonnontieteellisen osaamiseen ja tiedekasvatukseen jatkuvan oppimisen keinoin.

Siksi on tärkeää tietää, millaisilla menetelmillä pienet lapset innostuvat tieteestä. Soveltaen vastaavia menetelmiä innostutetaan isompiakin. Tiedekeskukset käyttävät tiedostaen ja tiedostamatta vastaavaa ajattelua. Hands-on-kohteissa jokainen pääsee kokeilemaan ja testaamaan vapaasti. Kohderyhmänä tiedekeskuksissa ovat kaikenikäiset eli ihan sama ryhmä kuin tiedekasvatuksella ylipäätään. 

Varhaiskasvatuksen kautta vaikutetaan ajan myötä myös nuorten asenteisiin, mutta koulutuksen kentällä ei ole nopeita tuloksia saatavilla. Tämä on usein päättäjienkin vaikea hahmottaa, päätösten seuraukset eivät useimmiten ehdi edes samalle vaalikaudelle. 

Kide Sciencen kehittämät menetelmät on tuunattavissa myös isommille oppilaille. Keskeistä on tarinallisuus ja jaettu sopimus mielikuvittelusta. Pienempien oppijoiden kohdalla mielikuvittelu näyttäytyy usein yhteisenä tiedeleikkinä, isompien parissa se voi ottaa draaman muotoja. Tarinallisuus luo raamit tutkimiselle ja asettaa tutkimusongelman. Mielikuvittelu taas vapauttaa luovuuden, joka tiedekasvatuksessa on tärkeää. Lisäksi mielikuvittelu voi vapauttaa tiedeoppimiseen usein liitetystä oikean vastauksen paineesta. Tärkeintä on tutkimisen prosessi ja sen aikana harjoiteltavat tutkimisen taidot. 

Tarkastellaan yhtä esimerkkiä, johon liitettävä tarina muokkaantuu kullekin ikäkaudelle sopivaksi. Isommille tutkimuskohteena voi olla esimerkiksi tasapaino, painopiste, erilaiset materiaalit, käytännön sovellukset (huvipuistofysiikka), energia jne. Mielikuvitus rajana. Yläluokilla ja lukiossa leikki muuttuu tietoisemmaksi ja suunnitelmallisemmaksi kokeellisuudeksi

Juhlakaruselli

Tarvikelista:

• sinitarraa
• grillitikkuja
• hammastikkuja
• pulloja, joissa on tasainen korkki
• muovailuvahaa
• maalarinteippiä
• hernepusseja

Tarina

Voi tutkijat…

Päätimme järjestää Rouva Jalokaasun pihalla juhlat salapoliisiteemalla. Juhlien alkajaisiksi leikimme Piin, Kelvinin ja Hoselin kanssa salapoliisi sokkona -leikkiä. Oletko sinä koskaan leikkinyt sitä? 

Oli minun vuoroni olla sokko salapoliisi: sidoin silmäni liinalla ja pyörähdin kolme kertaa ympäri. Yksi – kaksi – kolme! Vumpsis. Kaatua kömmähdin pepulleni maahan!

Kyllä minua harmitti. Miksi minä sillä tavalla kaaduin? Voisitteko tutkia asiaa?

Terveisin Esteri

TUTKIMUS A: TASAPAINORATA

Esteri haluaa tietää, miksi hän kaatui sokkoleikissä. Tutkitaan asiaa:

Tasapainopiste 1: Näköaisti ja tasapaino

Tutkitaan, miten näköaisti vaikuttaa tasapainoon. 

Käydään merkin päälle seisomaan ja nostetaan toinen jalka ilmaan.

Lasketaan yhdessä tai mitataan kellosta aikaa, kuinka kauan yhdellä jalalla seisominen onnistuu. 

Tehdään nyt sama niin, että tutkijoilla on silmät suljettuna.

Vertaillaan: onnistuiko yhdellä jalalla seisominen paremmin silmät auki vai kiinni? 

Tulkitaan näköaistin merkitystä tasapainoon.

Tasapainopiste 2: Pyöriminen ja tasapaino

• Kävellään lattiaan teipillä kiinnitettyä viivaa pitkin.
• Pyörähdetään nopeasti 5 kertaa ympäri ja yritetään kävellä uudestaan viivaa pitkin. 
• Oliko käveleminen vaikeampaa pyörimisen jälkeen?
• Tehdään tulkinta: miksi Esteri kaatui pyörittyään silmät kiinni? Silmien sitominen ja pyöriminen heikensi tasapainoa.

Tasapainopiste 3: Hernepussit ja tasapaino

Huom! Voit korvata hernepussit millä tahansa vastaavalla pusseilla

Seiso paikallasi ja aseta hernepussi kädellesi. Pysyy helposti eikö?

• Aseta hernepussi jalkapöytäsi päälle. Vähän haastavampaa?
• Aseta hernepussit pääsi päälle.
• Aseta hernepussi sääresi päälle.
• Keksitään muita tapoja yhdessä.
• Pohditaan yhdessä: milloin/millaisissa asennoissa hernepussi putosi helpoimmin?

TUTKIMUS B: JUHLAKARUSELLI

“Salapoliisijuhlat ansaitsevat arvoisensa päätöksen. Voisimmekohan tasapainoa lisää tutkimalla saada aikaan jotain todella hauskaa, millä voisimme ilahduttaa juhlijoita?“

Vaihe 1: Tasapaino

• Aloitetaan rakentamalla keskiakseli lyhyestä tikusta ja muovailuvahasta. Tämän kohdan opettaja voi myös valmistella etukäteen, sillä on tärkeää, että tikku on työnnetty muovailuvahapalaan mahdollisimman keskeltä.
• Kokeillaan ja havainnoidaan, miten keskiakseli pysyy pystyssä pöydällä, jos tikku osoittaa maata kohti. Todetaan, että kappale ei voi pysyä pystyssä, sillä sen yläosa on liian suuri tikkuun nähden. Painopiste on liian korkealla. 
• Lähdetään rakentamaan karusellia. Rakennetaan ensin siivekkeet lisäämällä pitkien tikkujen päihin muovailuvahapalaset.
• Opettaja voi mallintaa karusellin siivekkeiden kiinnittämistä keskiakseliin oman mallikappaleensa avulla. Siivekkeet tulee kiinnittää alaviistoon.
• Kun keskiakseliin on kiinnitetty kaksi siivekettä, voidaan asettaa karusellin runko pullon (tai jonkin muun vakaan ja korkean esineen) päälle ja havainnoidaan, pysyykö karuselli pystyssä. 
• Lisätään karuselliin lisää siivekkeitä ja jatketaan, kunnes siivekkeitä on 6 tai 8. 
• Jos havaitaan, että karuselli painuu liikaa toiseen suuntaan, voidaan pohtia, mihin painoa tulisi lisätä, jotta karuselli vakautuisi. Myös painokappaleiden siirtäminen tikkujen päissä ylemmäs tai alemman auttaa.

Vaihe 2: Karuselli pyörimään!

• Kun karusellin runko on vakaana pullon päällä, voidaan kokeilla laittaa karuselli pyörimään.

Supervoimana uteliaisuus

Sekä perusopetuksen että lukion opetussuunnitelmien perusteissa on moneen kertaan kirjattu itse tekeminen ja kokeileminen. Toteutuuko sen oikeasti jokaisen oppilaan kohdalla? Aalto-yliopisto Junior kertoo, että lasten supervoimana on uteliaisuus. Vaikka kyse on mainoslause, se sisältää suuren viisauden. Ilman innostunutta ja kiinnostunutta mieltä, oppiminen voi tuntua tylsältä. Sitähän me emme halua. Opettajankin voi päästää mielikuvituksen valloilleen miettiessään tarinoita tai käyttäessään olemassa olevia luovalla tavalla hyväkseen. Kokeellisuus kunniaan myös yläluokilla ja lukioissa! 

Lisää luettavaa

Kide Science https://www.kidescience.com/fi/

Luma-strategia https://okm.fi/luma-strategia

Aalto-yliopisto Junior https://www.aalto.fi/fi/aalto-yliopisto-junior

LUMA-keskus Suomi https://www.luma.fi/

Oulun yliopiston LUMA-keskuksen materiaaleja https://ouluma.fi/materiaaliarkisto/

Karvi (2021): Matemaattisen osaamisen taso on laskenut ja heikentynyt. https://karvi.fi/2021/12/09/matematiikan-osaamisen-taso-on-laskenut-ja-eriytynyt/

Yle (16.3.3023): Koululaisten matematiikan osaaminen on heikentynyt – osalla oppilaista taustalta löytyy puutteellinen sanavarasto. https://yle.fi/a/74-20022436

Lahtinen, Aatos (2017): Katastrofin lyhyt valmistusohje. Matematiikkalehti Solmu 2/2017. https://matematiikkalehtisolmu.fi/2017/2/aatos.pdf

Matematiikan opetuksesta. Matematiikkalehti Solmu 4/1998-1999. https://matematiikkalehtisolmu.fi/1999/2/luku3.html

Helsingin sanomat: Lasten tiedekysymykset. https://www.hs.fi/sivu/lasten-tiedekysymykset/

Helsingin sanomat: Lasten tiedekysymykset. Miksi villa lämmittää vaikka se olisi märkää? https://www.hs.fi/tiede/art-2000009276443.html

Helsingin sanomat: Lasten tiedekysymykset. Miksi toisen huuto kuulostaa kovalta mutta oma ei? https://www.hs.fi/tiede/art-2000009369654.html

Helsingin sanomat: Lasten tiedekysymykset. Mihin lukuun ihminen ehtisi elämänsä aikana laskea? https://www.hs.fi/tiede/art-2000009012152.html