Aiheena vesi - kokemuksien kautta teoreettiseen ymmärrykseen (3. lk)

Johdanto

Pidimme kolmannelle luokalle neljä oppituntia kestävän ympäristö- ja luonnontieteen projektin. Aiheenamme olivat veden olomuodot ja ominaisuudet sekä veden kiertokulku. Ensimmäisellä kaksoistunnilla käsittelimme veden olomuotoja ja ominaisuuksia ja toisella kaksoistunnilla veden kiertokulkua. Olimme aikaisemmin pitäneet samalle ryhmälle kummiopetusta, joten luokka oli ryhmänä tuttu.

Oppilaiden havaintoja, ideoita ja käsityksiä vedestä ei ole tutkittu laajasti, vaikka vesi onkin olennainen aihe luonnontieteen opetuksessa ympäri maailman. Tehtyjen tutkimusten mukaan eri-ikäiset oppilaat hallitsevat veden ja veden kiertokulun ilmiöinä hyvin vajavaisesti. Oppilailla on monia ennakkoluuloja ja virheellisiä käsityksiä veteen ja erityisesti veden kiertokulkuun liittyen. Oppilaiden on vaikea ymmärtää vesi laajana ilmiönä, johon liittyy monia pienempiä alajärjestelmiä. Erityisen hankalaa oppilaiden on ymmärtää niitä järjestelmän osia, jotka eivät tule esiin jokapäiväisessä elämässä oppilaiden omien kokemuksien kautta kuten käsitteet pohjavesi, veden puhdistuminen ja ilmakehän vesihöyry. Lisäksi, vaikka oppilaat osaavat selittää eri järjestelmien toimintaa, yhteys muihin järjestelmiin sekä siirtymät järjestelmien välillä ovat edelleen vaikeita ymmärtää. Esimerkiksi veden kiertokulussa oppilas saattaa tunnistaa kuinka vesi esiintyy maan alla, mutta yhteys pintaveteen voi jäädä oppilaalle epäselväksi. (Havu-Nuutinen 2011, 321-322.)

Oppilaiden aiemmat havainnot ovat usein yksityiskohtia, jotka perustuvat jokapäiväisiin kokemuksiin ilman linkitystä tieteellisiin syihin. Havainnot edustavat varhaisia ja irrallisia ajatuksia ilmiöstä. Käsitykset sen sijaan keskittyvät enemmän selitysmalleihin, asenteisiin ja tietoon. Suomalaisen tutkimuksen mukaan esimerkiksi vesistön käsitettä ei liitetty jokapäiväiseen elämään, vaan se liitettiin vahvasti luonnonmukaisiin ympäristöihin. Oppilailla ei ollut ymmärrystä siitä, kuinka ihmisten toiminnalla on vaikutus vesistöihin ja veden laatuun, sillä vesistöjä ei liitetty niihin ympäristöihin, joissa oppilaat elävät arkipäiväisessä elämässä. Vettä tulisikin tarkastella eri konteksteissa, mikä tarjoaa mahdollisuuden käsitteellistää ja linkittää ilmiön eri puolia yhteen kokonaisuuden muodostamiseksi. (Havu-Nuutinen ym. 2011, 321-323.)

Opetuksen suunnittelu

Suomalaisen tutkimuksen mukaan oppilaat ovat ennen luonnontieteen opetusta osanneet kertoa monista käytännön esimerkeistä, mutta opetuksen jälkeen nämä yksityiskohdat ovat jääneet syrjään ja tiedosta on tullut kokonaisvaltaisempaa. Oppilaat ovat opetuksen jälkee tuoneet vahvasti esille prosessin aikana oppimiaan asioita yhdistämättä niitä luontevasti aiempaan tietoonsa. Aikaisempien käsitysten ja opittujen uusien asioiden välille ei olla onnistuttu opetuksen myötä luomaan linkkiä. Yksi luonnontieteen suurimmista haasteista onkin se, että oppilaat eivät näe yhteyttä teoreettisten käsitteiden ja arkipäiväisten kokemusten välillä. (Havu-Nuutinen 2011, 334.) Myös uusin opetussuunnitelma painottaa luonnontiedon opetuksessa ilmiön tarkastelua eri näkökulmista sekä yhteyden löytämistä teorian ja oppilaiden elämän välillä. Oppimisen tulisi pohjautua oppilaiden aiempiin ja jokapäiväisiin kokemuksiin. (OPS 2014.) Halusimme juuri tästä syystä rakentaa oppitunnit erilaisten tutkimusten varaan siten, että oppilaat löytäisivät käsiteltävistä aiheista yhteyksiä arkipäiväisessä elämässä vastaan tuleviin ilmiöihin. Vesi aiheena antoi tälle hyvät edellytykset.

Oppitunnit rakensimme niin, että opetuksessa lähdettiin oppilaiden omista havainnoista ja kokemuksista liikkeelle. Halusimme myös korostaa oppilaiden omien havaintojen tärkeyttä ja arvokkuutta oppimisprosessissa. Pyrimme opetuksessa monipuolisuuteen käsittelemällä omia kokemuksia, keskustelemalla, tekemällä tutkimuksia, rakentamalla konkreettisia malleja ja linkittämällä edellämainittuja teoriaan. Ennen opetusta tutustuimme luokassa käytössä olevaan Jäljilla 4 -kirjaan. Huomasimme kirjan tekstien sisältävän vain ydinasiat aiheista ja ne tulisivat tutkimusten teon ohessa käytyä luontevasti läpi. Toivoimme,  että kokeellisen työskentelyn ja keskustelevan ilmapiirin ansiosta oppilaat oppisivat ilmiöstä tietoa laajemmin kuin mitä kirjan tekstit sisälsivät.

Asetimme opetuksen tavoitteeksi, että oppilaat onnistuisivat yhdistämään oppitunneilla opittua tietoa aiempiin kokemuksiinsa vedestä. Lisäksi tavoitteena oli, että he oppivat tutkimuksen teon alkeita ja oppivat kertomaan omista havainnoistaan ja kokemuksistaan muille. Tällainen oppimistyyli, joka sisälsi tutkimusten tekoa ja keskustelua, oli oppilaille melko uutta. Päätimme järjestää opetuksen pitkälti pistetyöskentelynä siten, että jokaisella pisteellä olisi yksi opettaja ohjaamassa ja ohjeistamassa toimintaa. Muita asettamiamme tavoitteita olivat, että oppilaat toimisivat vastuullisesti ryhmätyötilanteissa sekä oppisivat arvioimaan omaa toimintaansa oppitunneilla.

Ensimmäinen kaksoistunti: Veden olomuodot ja ominaisuudet

Veden olomuodot

Keskustelu: Mitä tarkoittaa olomuoto? Mitä olomuotoja vedellä on? Millaista vesi on missäkin olomuodossa?  Missä veden erilaisia olomuotoja ilmenee?

Jaoimme oppilaat kolmeen ryhmään. Jokaisella ryhmällä oli vastuullaan yksi olomuoto ja tehtävänä kirjoittaa ylös kaikki tieto, jonka he tietävät vedestä tässä olomuodossa. Oppilailla heräsi tässä kohtaa hyvää keskustelua aiheesta ja oman ryhmän havainnot jaettiin lopuksi koko luokan kesken. Jää -ryhmässä pohdittiin mm. missä kalat elävät talven ajan sekä miksi lumi on painavampaa loskasäässä. 

Siirryimme seuraavaksi pistetyöskentelyn veden ominaisuuksiin liittyen. Työskentelyä tapahtui kolmessa eri pisteessä siten, että jokaisella pisteellä oli yksi ohjaaja ja noin 7 oppilasta. Pistetyöskentely kesti yhteensä yhden oppitunnin verran eli yhdellä rastilla oltiin noin 20 minuuttia.

Ensimmäinen piste: Kellumiskoe

Tarvittavat välineet: läpinäkyvä astia, lomakkeet hypoteeseja ja tuloksia varten, erilaisia esineitä (viinirypäle, pilttipurkki, hiuspinni, vanulappu, omena, jääpala, paperinpala, kananmuna, kasvin lehti ja tulitikku)

Tavoitteet: Oppilaat oppivat kokemuksien kautta tiheyden ja nosteen käsitteet.

Keskustelu: Mitkä asiat vaikuttavat kellumiseen? Tutkitaan pöydällä olevia esineitä, tehdään jokaisen esineen kohdalla hypoteesi siitä, kelluuko esine vai ei ja kirjataan hypoteesi lomakkeeseen.

Tehdään koe: Upotetaan esineet vuorollaan astiaan. Kirjataan saatu tulos lomakkeeseen.

Vertaillaan saatuja tuloksia ja pohditaan syitä sille, miksi osa esineistä kellui ja osa ei. Käydään läpi tiheyden ja nosteen käsitteet.

Oppilaiden ajatuksia:

Monet oppilaista ajattelivat, että mitä pienempi esine on ja mitä kevyempi esine on, sitä varmemmin se kelluu. Hämmennystä oppilaiden joukossa aiheuttivat esimerkiksi pilttipurkki (tehty lasista ja metallista, mutta kelluu), viinirypäle (pieni, mutta ei kellu) ja omena (suuri, mutta kelluu).

Toinen piste: Maustekoe

Tarvittavat välineet: maustetta, tulitikku, läpinäkyvä astia, vettä ja astianpesuainetta

Tavoitteet: Oppilaat oppivat, mitä tarkoittavat pintajännitys ja koheesio.

Keskustelu: Miksi vesipisara pysyy kasassa? Mitä veden pinnalle tapahtuu, kun siihen lasketaan esine? Miksi vesimittari pystyy kävelemään veden pinnan päällä? Mitä tapahtuu, kun sormenpään kastaa vedessä rikkomatta veden pintaa?

Tehdään koe: 
1. Pöydällä olevassa astiassa on vettä. Sirotellaan veden pinnalle maustetta, joka jää kellumaan. 
2.Kastellaan tulitikku astianpesuaineeseen ja tökätään sillä vedenpintaa. Astianpesuaine rikkoo veden pintajännityksen, jolloin mausteet pakenevat kohti astian reunoja ja alkavat upota.

Keskustelu: Mitä tapahtui? Mistä se voisi johtua? Missä olet törmännyt samankaltaiseen ilmiöön? Miksi juuri pesuaineen pitää pystyä rikkomaan pintajännitys?

Oppilaiden ajatuksia:

“Veden pinta joustaa ja näyttää, että siihen ilmestyy tyyny. Sormi ei pääse läpi vedestä, kun sen laskee hitaasti. Vesimittari pystyy kävelemään veden pinnalla, koska se on kevyt. Sillä on niin monta jalkaa, että sen paino jakautuu tasaisesti. Sen jalat on niin pienet ja sen jalkojen alle muodostuu tyynyt.”

“Kun maustetta laitettiin paljon, osa upposi jo kun pinta ei jaksanut kannatella niitä. Kun maustetta laittoi vain vähän, pinta jaksoi kannatella niitä, kun siinä oli vielä paljon tilaa.“

“Mausteiden alle muodostuu tyyny, joka kannattelee yksittäisiä mausteita. Jos monta maustetta on samassa kasassa, tyyny ei jaksa kannatella kun siitä möykystä tulee liian iso.”

“Kun veteen heittää kiven, siihen ympärille alkaa muodostua rinkuloita ja samanlaiset rinkulat työntää tässä kokeessa mausteet pois.”

Kolmas piste: a) Pitkittäistutkimus veden haihtumisesta (kesto noin 10 min)

Tarvittavat välineet: lasipurkki, vesi, taulutussi

Tehdään koe: Laitetaan lasipurkki puolilleen vettä. Piirretään taulutussilla purssiin merkki veden pinnan kohdalle. Kirjataan yhdessä ylös hypoteesi siitä, mitä vedelle tulee tapahtumaan. Seuraavalla viikolla katsotaan, mitä vedelle on tapahtunut.

Keskustelu: Mitä tapahtui ja miksi?

Oppilaiden ajatuksia:

“Vesi haihtuu viikon aikana, koska se höyrystyy.”

“Vesi lisääntyy, mutta en tiedä miksi.”

“Vettä on saman verran viikon kuluttua, sille ei tapahdu mitään.”

b) Vesi liuottimena (kesto noin 10 min)

Keskustelu: Mikä on liuotin? Mitä tarkoittaa, että vesi on hyvä liuotin? Missä arkielämän tilanteissa olette törmänneet liukenemiseen? Esimerkkejä aineista, jotka liukenevat veteen ja aineista, jotka eivät liukene veteen (esimerkiksi suola ja öljy).

Oppilaiden ajatuksia:

“Sokeri liukenee teehen kun sitä sekoittaa lusikalla.”

“Ihminen ei liukene veteen.”

“Hiekka ei liukene veteen.”

Toinen kaksoistunti: Veden kiertokulku

Ensimmäinen tunti

Jää, vesi höyry -jumppa

Luokan lämpötila muuttuu asteittain niin, että lattiatasossa lämpötila on 0°C ja pään korkeudella lämpötila on 100°C. Oppilaat liikkuvat ympäri luokkaa. Opettaja sanoo veden olomuodon (jää, vesi, höyry) ja oppilaat siirtyvät tälle korkeudelle.

Kun opettaja sanoo jää, oppilaat jähmettyvät lattialle nollaan asteeseen. Kun opettaja sanoo vesi, oppilaat juoksevat kumarassa ympäri luokkaa. Kun opettaja sanoo höyry, oppilaat kiehuvat seisaaltaan raajojaan ravistellen.

Leikkiin saa lisää haastetta siten, että opettaja sanoo välillä olomuodon muutoksen, kuten “sulaminen”, jolloin oppilaat siirtyvät lattianrajasta seisomaan kumarassa.

(Muokattu lähteestä: http://www.kll.fi/filebank/1223-Vesisankarit-kasikirja-kurkkaus_pinnan_alle.pdf)

Leikissä kerrattiin viime kerralla käydyt olomuodot ja niiden muutokset sekä virittäydyttiin tunnin aiheeseen. Leikin avulla havainnollistettiin vesimolekyylien liikettä kyseisessä olomuodossa. Vesimolekyylin käsite saattaa olla vaikea ymmärtää sen abstraktiuden takia, mutta leikin kautta käsite tuli tutummaksi. Jäässä hiukkaset ovat tiiviisti, mutta eivät voi liikkua. Nesteessä hiukkaset ovat lähellä toisiaan, mutta voivat silti liikkua. Kaasussa hiukkaset ovat kaukana toisistaan.

Veden kiertokulku -kaavio

Taululle heijastetaan kaavio veden kiertokulusta. Kaaviota tutkitaan yhdessä seuraavien kysymysten avulla: Missä kaikkialla kuvassa on vettä? Millaisissa olomuodoissa vettä on kuvassa? Mitä vedelle tapahtuu missäkin vaiheessa ja miten se pääsee vaiheesta seuraavaan? 

Keskustelun lomassa oppilaat jakoivat myös omia kokemuksiaan siitä, missä he ovat omassa elämässään törmänneet kaaviossa oleviin vaiheisiin. Esimerkiksi jotkin joet virtaavat suoraan mereen, kun taas toiset virtaavat järviin tai kun sataa vettä, osa vedestä jää pintaan kasveille.

 



Toinen tunti

Veden kiertokulun rakentaminen

Jaoimme luokan kahtia, jolloin kummassakin ryhmässä oli noin 10 oppilasta. Kumpaakin ryhmää ohjasi yksi opettaja, jonka tehtävä oli pitää yllä keskustelevaa ilmapiiriä kysymysten avulla.

Tarvittavat välineet: läpinäkyvä astia, kylmäkalle, elmukelmua, lautta (voirasian kansi)

Tehdään koe: 
1. Laitetaan astiaan lämmintä vettä, joka voidaan halutessa värjätä elintarvikevärillä. Asetetaan veden pinnalle voirasian kansi “lautaksi”. Kierretään kelmu astian ympärille ja asetetaan kelmun päälle kylmäkalle. 
2.-3. Vettä höyrystyy ja tiivistyy kelmun pinnalle vesipisaroiksi. 
4. Vesipisarat tippuvat lautan päälle "puhdistuneina" eli värittöminä.

Keskustelu: Mitä tapahtuu? Miksi? Etsitään yhteys taululle heijastettuun kaaviokuvaan veden kiertokulusta sekä omiin aiempiin käsityksiin.

Oppilaiden ajatuksia:

“Ilman kelmua se vesi nousisi tänne luokkaan ja täältä ylös taivaalle eikä sitä näkisi.”

“Jos vesi olisi kylmempää, pisaroita ei tulisi kelmuun niin paljon.”

“Kylmäkalle kerää pisaroita ja niitä on siinä enemmän, siksi ne on isompia kun muualla kelmussa.”

Lopuksi

Koimme projektin kokonaisuudessaan todella onnistuneeksi. Toiminnallisuuteen perustuva oppiminen toimi opetusryhmällemme hyvin. Oppilaat innostuivat keskustelemaan ja jaksoivat lähes poikkeuksetta keskittyä kokeellisessa työskentelyssä olennaiseen. Koimme veden teemana sopivan hyvin tällaiselle työskentelylle, koska oppilailla on siitä aikaisempaa tietoa arkielämästä ja näin ollen tiedon syventäminen tapahtui luontevasti.

Teetimme viimeisen oppitunnin lopuksi oppilaille itsearviointilomakkeen, jossa kysyimme oppilaiden omaa arviota jokaisen osa-alueen osaamisesta sekä palautetta tuntien onnistumisesta. Oppilaiden antamista vastauksista päättelimme, että tunnit olivat heille mieluisia ja valtaosa oppilaista koki hallitsevansa käsitellyt aiheet hyvin.

Pistetyöskentely sujui ajankäytöllisesti pääasiassa hyvin, tosin esimerkiksi kellumiskokeelle olisi voitu varata enemmänkin aikaa. Huomasimme, että tehtävät, joihin kuului kirjoittamista, vaativat huomattavasti enemmän aikaa kuin muut. Varsinkin hypoteeseja kirjoittaessaan monet oppilaat halusivat varmistuksen ajatuksilleen ennen kuin rohkaistuivat kirjoittamaan sen lomakkeeseen. Syynä saattoi olla se, etteivät oppilaat ole tottuneet kirjoittamaan vapaasti muistiinpanoja vaan tapana on ennemminkin ollut tekstin suora kopioiminen toisesta lähteestä. Sama tilanne tuli esiin ensimmäisellä tunnilla ajatuskarttoja tehdessä. Kirjureina toimineilla oppilailla oli hankaluuksia luoda karttaa ja tiivistää tärkeitä ajatuksia muiden oppilaiden puheesta.

Opetuksemme perustui kokeellisen työskentelyn ansiosta vahvasti keskustelulle. Luonnontieteen opetuksessa olemmekin kokeneet haastavaksi oppilaille esitettävien kysymysten muotoilun. Tavoitteenamme oli kysyä oppilailta avoimia kysymyksiä, jotka johtavat heitä oikean asian äärelle pohtimaan asioita syvemmin. Opetustilanteessa oli kuitenkin yllättävän vaikea muodostaa kysymyksiä, jotka eivät veisi oppilailta oivaltamisen iloa ja johdattelisi liikaa. Huomasimme, että opettajan on oltava oppilaiden kanssa keskusteltaessa todella tarkkana. Opettajan tulee osata kysyä sellaisia jatkokysymyksiä, joiden avulla pääsee itse oppilaiden ajatukseen kiinni ja saa ohjattua oppilasta ajatuksissaan eteenpäin. Tämä vaatii opettajalta luovuutta, tilannetajua sekä riittävää tietoa opetettavasta aiheesta. Vesi oli aiheena onneksi meille niin tuttu, että aiheen hallitseminen edesauttoi sopivien kysymysten kysymistä.

Opetuksen toteuttivat Aune ja Noora.

Lähteet

Havu-Nuutinen, S., Kärkkäinen, S. & Keinonen T. 2011. Primary school pupils’ perceptions of water in the context of STS study approach. International Journal of Environmental & Science Education Vol. 6, No. 4, 321-339.

Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteet 2014. Helsinki: Opetushallitus.