Miten oppilaat oppivat tekemään tutkimuksia ja kokeita luokassa?

Opetussuunnitelma korostaa tutkivaa oppimista, jonka yhtenä tavoitteena on ymmärtäminen, ei siis vain ulkoa osaaminen. Pyritään löytämään ratkaisu opetuksen esille nostamiin ongelmiin, kuten esimerkiksi siihen, miten eläimet ovat sopeutuneet tutkittavana olevaan elinympäristöön, mitä ravinnolle tapahtuu ihmiskehossa ja miten kasvit lisääntyvät. Tutkivalle oppimiselle on ominaista, että käsiteltävä ongelmavyyhti on monimutkainen ja moniulotteinen. Sen käsittelemiseen saattaa olla useita erilaisia vaihtoehtoja, joista oppilaiden kanssa keskustellaan. Esimerkiksi sopeutumista koskevaan ongelmaan ymmärrystä voidaan kartuttaa sekä maastotöiden ja siellä tehtyjen omien havaintojen että kirjallisen materiaalin avulla.

Miten tutkimuksen tekeminen etenee?

Opettajan tehtävänä on selvittää ennen tutkimuksen tekemiseen ryhtymistä oppilaiden aikaisempi ymmärrys kyseisestä aihealueesta, auttaa oppilaita orientoitumaan aiheeseen ja kiinnostumaan siitä. Tässä esimerkiksi otettua käsitettä sopeutuminen on käsitelty jo alemmilla luokilla, jolloin asiaa on saatettu tarkastella lähinnä sopeutumisena vuodenaikojen vaihteluun, erityisesti talveen. Siksi oppilailla on jo jonkintasoista tietoa käsitteestä sopeutuminen. Tämän tiedon oppilaat palauttavat mieleensä ennen kuin valmistautuvat uudenlaisen näkökulman selvittämiseen. On siis ratkaistava, miltä kannalta eläinten sopeutumista ympäristöönsä voidaan tarkastella. 
Eläinten rakenne ja elintoiminnot, kuten suojaväritys ja sen vaihtuminen vuodenaikojen mukaan tai hämäränäkeminen, ovat sopeutumia niihin oloihin, jotka elinympäristössä vallitsevat. Eläinten käyttäytyminen, kuten erilaiset talvehtimistavat tai muutto paikasta toiseen, paljastaa myös elinympäristössä selviytymistä ja sopeutumista siihen.

Opetuksessa voidaan lähteä esimerkiksi seuraavanlaisista ongelmista: Miten eläimet ovat ruumiinrakenteensa puolesta sopeutuneet ympäristöön? Miten eläimet ovat sopeutuneet ravinnonhankintaan ko. ympäristöstä? Miten eläimet selviytyvät välttämään vaaran joutua saaliiksi? Miten eläimet ovat sopeutuneet liikkumaan erilaisissa ympäristöissä? Tämänkaltaisiin kysymyksiin etsitään selitystä vaikkapa pienryhmissä. Koska ryhmien tulokset saattavat olla jossain määrin toisistaan poikkeavia, tutkivassa, ongelmakeskeisessä opiskelussa onkin välttämätöntä, että pienryhmät pääsevät toistensa löydöksistä osallisiksi. Siksi kukin pienryhmä esittelee tuloksensa muille. Muiden löydöksiä kuunnellessaan ja katsellessaan oppilaat saattavat saada omiinkin tulkintoihinsa ja selityksiinsä sellaista tietoa, johon he eivät itse ole kiinnittäneet huomiota. Oppia voi myös muilta oppilailta.

Opettajan tehtävänä on tarvittaessa selkiyttää käsitteitä. Opettaja myös huomaa mahdolliset tiedolliset ja taidolliset puutteellisuudet, ja siksi hänen tehtävänä on tuoda oma asiantuntijan panoksensa opiskeluun. Opettaja niin ikään huolehtii siitä, että oppilaat oppivat oikeudenmukaisesti ja asiallisesti arvioimaan omaa työskentelyään sekä toisaalta omia ja muiden suorituksia.

Mikä on ominaista kokeelliselle työskentelylle?

Kokeiden tekeminen on yksi olennainen luonnontieteiden tietoon pääsemisen tapa, joka kuuluu myös biologian opiskeluun. Sekin lähtee ongelmasta, kuten siitä, miten vesi kulkee kasvissa juuresta latvukseen, miksi lumpeenlehdet kelluvat tai miksi puolukka voi tulla toimeen kuivemmassa kasvupaikassa kuin mustikka.

Viidenteen kouluvuoteen mennessä oppilaat ovat jo oppineet tämänkaltaisten ongelmien taustatietoja, kuten sen, että kasvi tarvitsee kasvaakseen ja elääkseen vettä tai että jotkin kohteet pysyvät veden pinnalla, jotkin toiset eivät. Samoin he ovat tutustuneet siihen, että vesi kulkee juurista latvukseen ja lehtiin, joista vesi haihtuu ilmakehään. Olisi siis löydettävä uusi näkökulma, joka pystyy monipuolistamaan ja laajentamaan aiempia käsityksiä. Tässä tarkastellaan lähemmin koetta, jossa pyritään selvittämään syitä puolukan selviytymiseen kuivemmalla kasvupaikalla (kuivassa kangasmetsässä) kuin mustikka (tuoreessa kangasmetsässä).

Aluksi kootaan oppilaiden aiemmat havainnot ja tiedot siitä, millaisia kasveja puolukka ja mustikka ovat. Näin päädytään käsitteisiin ainavihanta ja kesävihanta varpu. Kootaan myös heidän tietonsa lehtien ominaisuuksista: mustikalla pehmeämpi lehti kuin puolukalla, puolukassa kiiltävä, vahainen lehden pinta. Annetaan oppilaiden aluksi esittää olettamuksiaan (hypoteeseja) siitä, miksi puolukka kasvaa kuivemmalla maaperällä kuin mustikka. Kenties he esittävät seuraavanlaisia asioita: puolukan lehdet säilyvät vuodesta toiseen eikä vettä ja siinä olevia ravinteita tarvita joka vuosi kaikkien lehtien uudelleen kasvattamiseen, puolukka tekee marjat vasta syksyllä, jolloin oppilaiden mielestä on sateisempaa kuin kesällä. Varmasti oppilaat kiinnittävät huomion myös lehtien rakenteeseen: puolukalla ovat kovat, vahapintaiset lehdet, mutta mustikalla eivät.

Kun perustellut olettamukset on esitetty, oppilaat miettivät, miten voidaan osoittaa niiden paikkansapitävyys. Minkä olettamuksen paikkansapitävyyttä voitaisiin kokeellisesti tutkia? Jos päädytään siihen, että voidaan tutkia kokeellisesti sitä, säästääkö puolukka vettä siitä syystä, että sen lehdet estävät haihtumisen, annetaan oppilaiden miettiä ja ehdottaa keinoja asian selvittämiseksi. Saatetaan valita menettely, jossa toisen, vedellä täytetyn lasin päälle asetetaan huokoinen paperi, joka simuloi mustikan lehteä, ja toisen lasin päälle puolukan lehteä simuloiva paperi, joka on vahattu (kynttilän steariini käy hyvin). Kun nämä asetelmat sijoitetaan vaikkapa kuivien alassuin käännettyjen lasipurkkien alle, havaitaan hetken kuluttua, että ”mustikan” lehdestä haihtuu lasipurkkien seinämiin vettä enemmän kuin puolukan. Koe vahvistaa oppilaiden olettamusta lehdenpinnan merkityksestä haihtumiselle. Kokeen avulla pyritään ymmärtämään kasvien rakenteen ja kasvupaikan välisiä yhteyksiä. Sen perusteella tehdään myös yleistys: Vahapinta estää veden haihtumista lehdistä. Sellaiset kasvit, joilla on vahapintaiset lehdet, voivat kasvaa kuivilla kasvupaikoilla.

Teksti: Leena Aho