Kehittämistutkimus : Opettajan ammatillisen kehittymisen tutkimusperustainen tukeminen käyttäen SOLO-taksonomiaa : esimerkkinä tutkimuksellinen kokeellinen kemian opetus

Abstract

Both nationally and internationally, teachers professional development is a current research topic. According to international teaching and learning survey TALIS, Finnish teachers interest to participate in long-lasting in-service teacher training programs, focusing on professional development, is decreasing. In order to implement inquiry-based practical work into classroom practice, new in-service training models are needed.

This thesis examines the design and development process of a professional training course, which implemented the SOLO-taxonomy. The training course was meant for chemistry teachers working at the upper-secondary school and it focused on inquiry-based chemistry instruction. The research was done using design research.

The main research questions were formed according to the three central areas of design research (Edelson, 2002): 1) Problem analysis: What kind of challenges does inquiry-based practical chemistry bring to chemistry teachers at the upper secondary school, 2) Design process: What kind of possibilities and challenges does the SOLO-taxonomy offer for the support of inquiry-based practical chemistry instruction and 3) Design solution: What are the characteristics of teachers professional development that promotes inquiry-based practice in chemistry at the upper secondary school?

The eight-phase design research employed qualitative research methods, including observations, surveys and interviews. The data was analyzed using content analysis. From this data, two main research results were obtained. First, information was obtained on the implementation of inquiry-based chemistry into practice, and about teachers professional development using the SOLO-taxonomy. Second, information on the characteristics of research-based training model promoting inquiry-based practical chemistry instruction was obtained.

The findings show that inquiry is challenging for teachers due to its constructivist view on learning, teachers inexperience to act in modern learning environments and not practicing implementing inquiry in the classroom during training.

The findings also show that using the SOLO-taxonomy supported professional development in many ways. For example, it worked as a tool in designing and modifying written instructions, it motivated teachers to develop their practices, it increased teachers ownership to the produced written instructions, it supported teachers understanding of inquiry and it acted as a model to support higher-order thinking skills.

The created research-based training model, meant to promote inquiry in practical chemistry instruction, was based on a theoretical and empirical problem analysis. The main features incorporated into the training model are (i) personalized learning which considers the teachers current knowledge (ii) expanding teacher s role from merely a dispenser of knowledge to the roles of a researcher and a learner, (iii) using a theoretical framework to support research-based instruction, higher-order thinking skills and interaction-based sharing of ideas, (iv) creating meaningful inquiry-based material, done using the SOLO-taxonomy, (v) peer-support (vi) reflection and incorporation of action research, (vii) practicing implementing inquiry-based practical work, which is of collaborative and cognitive nature increasing understanding of the nature of science.

The research results show that teachers need training models of various durations. If the teacher s view of learning is congruous with the inquiry-based approach, they can begin to practice the implementation of inquiry already during a short training. However, if the teachers view on learning does not support constructive learning methods, the accommodation process requires more time.

The research results of this doctoral dissertation can be applied (i) in the implementation of new national core curriculum, (ii) in planning and designing new learning material for inquiry-based practical chemistry (iii) in training that supports teachers life-long learning, and (iv) in international exportation of education.

Keywords: Design research, professional development, SOLO-taxonomy, research-based training, inquiry-based practical chemistry

Opettajien ammatillinen kehittyminen ja sen tukeminen on ajankohtainen tutkimusaihe sekä kansainvälisesti että kansallisesti. Kansainvälisen TALIS -tutkimuksen mukaan suomalaisten opettajien kiinnostus osallistua ja sitoutua pitkäaikaiseen ammatilliseen koulutukseen on vähenemässä ja tarvitaan uudenlaisia koulutusmalleja. Tutkimuksellinen kokeellinen opetus, joka on keskeisessä roolissa lukion kemian opetuksessa, edellyttää kemian opettajilta uudenlaista suhtautumista työssä oppimiseen muutoksen aikaansaamiseksi ja uudenlaista koulutusta.

Väitöskirja raportoi kehittämistutkimuksen, jonka kuluessa suunniteltiin, toteutettiin ja kehitettiin lukion kemian opettajille tutkimusperustainen ammatillinen koulutus. Siinä sisältönä oli tutkimuksellinen kokeellinen opetus SOLO-taksonomian (the Structure of Observed Learning Outcomes) avulla. Koulutuksen kehittäminen perustui teoreettiseen ja empiiriseen ongelma-analyysiin opettajien kokeellisen opetuksen nykytilasta. Tutkimuksen teoreettisessa ongelma-analyysissä käsiteltiin kemian opettajien koulutuksen kehittämisen ja tutkimustuloksien ymmärtämisen kannalta keskeisiä teemoja, kuten mielekäs kemian oppiminen, tutkimuksellinen kokeellinen opetus, SOLO-taksonomia ja opettajien ammatillisen kehittymisen haasteet.

Kahdeksanvaiheisessa kehittämistutkimuksessa haettiin vastauksia kolmella ydinosa-alueella seuraaviin päätutkimuskysymyksiin: 1) Ongelma-analyysi: Millaisia haasteita tutkimuksellinen kokeellinen opetus asettaa lukion kemian opettajille? 2) Kehittämisprosessi: Mitä mahdollisuuksia ja haasteita SOLO-taksonomia tuo kemian tutkimuksellisen kokeellisen opetuksen tukemiseen? ja 3) Kehittämistuotos: Millaisia ominaisuuksia on tutkimuksellista kokeellisuutta lukiossa edistävällä opettajien ammatilliseen kehittymiseen tähtäävällä koulutuksella?

Kehittämistutkimus on laadullinen tutkimus, jossa tutkimusmenetelminä käytettiin havainnointia, kyselyä ja haastattelua. Tutkimuskysymyksiin haettiin vastauksia analysoimalla sekä kysely- että haastatteluaineistoja, tehtyä oppimateriaalia ja koulutuksen tueksi rakennetussa verkkoympäristössä käytyä keskustelua. Aineistoja analysoitiin käyttäen laadullista sisällönanalyysiä. Kehittämistutkimuksessa toteutettuihin kolmeen lyhytkestoiseen koulutukseen osallistui opettajia sekä Suomesta että Thaimaasta. Osallistuneilla opettajilla ei ollut takanaan tutkimusperustaista opettajakoulutusta. Tutkija toimi vastuukehittäjänä ja pääkouluttajana kurssilla. Kehittämisprosessia tarkasteltiin lukion opettajan, tutkimusperustaisen kemian opetuksen toteuttamisen ja ammatillisen koulutuksen näkökulmista.

Kehittämistutkimuksen päätuloksena saatiin kahdenlaista uutta tutkimustietoa kemian opetuksen edistämiseen (Edelson, 2002): 1) tietoa tutkimuksellisesta kokeellisuudesta ja sen käyttöönotosta sekä opettajien ammatillisesta kehittymisestä SOLO-taksonomian avulla (ongelma-analyysi ja kehittämisprosessi) ja 2) tietoa tutkimusperustaisen koulutusmallin ominaisuuksista tutkimuksellisen kokeellisen opetuksen edistämiseksi (kehittämistuotos).

Tutkimuksellinen kokeellisuus on opettajille haastavaa. Sen taustalla oleva konstruktivistinen oppimiskäsitys, opettajan kokemattomuus toimia nykyaikaisessa oppimisympäristössä ja tutkimuksellisten opetuskokeilujen vähäisyys ovat haasteita sen käyttöönotossa. Käytännön haasteina opettajat kokivat ajan riittävyyden, resurssien puutteen, suuret ryhmät, oppilaiden riittämättömät taidot ja opetussuunnitelman vaatimukset. Tutkimuksellisen kokeellisuuden käyttöönotto opetuksessa vaatii käytännön kokemuksia konstruktivismista opetuksessa ja ymmärrystä luonnontieteen luonteesta.

SOLO-taksonomia tuki monin eri tavoin kemian opettajaa ammatillisessa kehittymisessä. Se toimi konkreettisena työkaluna, motivoi kehittämään kokeellisuutta ja lisäsi opettajan omistajuutta kehitettyihin työohjeisiin. Sen avulla lukion kemian opettajat pystyivät arvioimaan oman kokeellisen opetuksensa nykytilaa ja näkemään sen kehittämistarpeet ja -mahdollisuudet teorian näkökulmasta tutkimusperustaisesti. Se tuki tutkimuksellisen kokeellisen opetuksen ymmärtämistä ja toimi mallina korkeamman tason ajattelutaidoille. Oppimateriaalin puute ei muodostunut esteeksi tutkimuksellisen kokeellisuuden toteuttamiselle. Tutkimuksellisia töitä kokeilleiden opettajien opiskelijat paitsi kykenivät hyvin työskentelemään ilman perinteistä ohjeistusta aikaisempaa avoimempien tehtävien parissa, he myös pitivät uudesta ja erilaisesta työskentelytavasta. Haasteellista opettajille SOLO-taksonomian käyttämisessä oli, että se vaatii uudenlaista työohjeen teoreettista tutkimista.

Tutkimuksellisen kokeellisen opetuksen edistämiseksi kehitettiin tutkimusperustainen koulutusmalli teoreettisen ja empiirisen ongelma-analyysin pohjalta (kehittämistuotos). Sen keskeisiä ominaisuuksia ovat: (i) se painottaa henkilökohtaista opiskelua omista lähtökohdista käsin, (ii) sen tutkimusperustaisuus käsittää sekä opettajan roolin laajentamisen tiedonjakajasta oman työn tutkijan ja oppijan rooleihin että ajankohtaisen tutkimustiedon mielekkäästä tutkimuksellisesta kokeellisuudesta ja opetuskokeilujen toteuttamisen omassa työssä, niiden analysoinnin ja jakamisen, (iii) se sisältää teoreettisen viitekehyksen tutkimusperustaisen opetuksen, korkeamman tason ajattelutaitojen ja vuorovaikutukseen perustuvan ajatusten jakamisen tueksi, (iv) se helpottaa mielekkään eriasteisen tutkimuksellisen oppimateriaalin tuottamista sekä yksilöllisesti että yhteisöllisesti SOLO-taksonomian avulla, (v) se tarjoaa vertaistukea monipuolisesti (esimerkiksi verkko-oppimisympäristön kautta), (vi) se kannustaa reflektoimaan ja käyttämään toimintatutkimuksen menetelmää ja (vii) toteuttamaan koulussa tutkimuksellista kokeellisuutta, joka on yhteisöllistä ja kognitiivista toimintaa lisäten oppilaiden ymmärrystä luonnontieteen luonteesta.

Tutkimus osoittaa, että opettajat tarvitsevat ajallisesti eripituisia koulutusmalleja. Jos opettajan oppimiskäsitys on yhdenmukainen koulutuksessa esiin tulevien asioiden kanssa, assimilaatioprosessin kautta hän voi alkaa harjoitella uutta käytäntöä omassa opetuksessaan jo lukukauden kestävän koulutuksen kuluessa. Jos kyseessä on akkommodaatioprosessi, opettaja tarvitsee ohjausta ja tukea pitemmän ajan. Väitöskirjan tutkimustuloksia voidaan hyödyntää uusien kemian opetussuunnitelmaperusteiden käyttöönotossa, suunniteltaessa opetusmateriaalia tutkimuksellisesta kokeellisuudesta sekä opettajien elinikäistä oppimista tukevaa koulutusta että kansainvälistä koulutusvientiä.

Avainsanat: Kehittämistutkimus, ammatillinen kehittyminen, SOLO-taksonomia, tutkimusperustainen koulutus, tutkimuksellinen kokeellisuus