Towards Integrated Science Education through Collaborative Project-Based Learning : Teachers' Perceptions, Experiences and Practices

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8079-7
Title: Towards Integrated Science Education through Collaborative Project-Based Learning : Teachers' Perceptions, Experiences and Practices
Alternative title: Kohti eheyttävää ja yhteisöllistä luonnontieteiden opetusta projektioppimisen avulla: Opettajien käsitykset, kokemukset ja käytännöt
Author: Haatainen, Outi
Other contributor: Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten
University of Helsinki, Faculty of Science, Unit of Chemistry Teacher Education, Department of Chemistry
Koulun, kasvatuksen, yhteiskunnan ja kulttuurin tohtoriohjelma
Doktorandprogrammet i skola, fostran, samhälle och kultur
Doctoral Programme in School, Education, Society and Culture
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2022-04-29
Language: en
Belongs to series: Dissertations of the Unit of Chemistry Teacher Education - URN:ISSN:1799-1498
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-8079-7
http://hdl.handle.net/10138/342467
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Teachers have a pivotal role in implementing new research and science education reforms into classroom practices. Through focusing on teachers’ perceptions, experiences and practices, this thesis aims to understand how integrated science education (ISE) can be promoted at different education levels, especially by utilizing collaborative project-based learning (PBL). ISE is an effort to integrate science curriculum content into a meaningful whole by a constructive and context-based approach that crosses subject boundaries and links learning to the real world. It is a current issue amongst researchers and recent policy reforms (e.g., Finnish National Core Curriculum) due to the many promises it offers for increasing the relevance of science education which in turn can enhance students’ interest towards science subjects such as chemistry. For example, ISE can offer students a more integrated understanding of complex everyday life phenomena, increase students’ conceptual understanding and develop their transversal competencies (e.g., thinking, learning and communication skills). Student-centred and teacher-facilitated teaching methods such as PBL have been suggested for ISE. PBL organizes learning around clearly defined projects and engages students in collaboration and constructive investigations of authentic problems. Implementing ISE, especially beyond natural science subjects, is often a novelty to teachers. Not enough is known of teachers’ perceptions and self-efficacy beliefs regarding ISE. Furthermore, research has not sufficiently shown how ISE should be implemented. The aim of this thesis is to understand teachers’ perceptions, experiences and practices of ISE in order to better promote integrative practices at various educational levels by supporting teachers. Therefore, the qualitative-dominant mixed-method approach of this thesis focused on three questions: 1) How do science teachers perceive ISE and PBL? 2) What kind of experiences do science teachers have of integrated practices? 3) What kind of integrated practices do science teachers have? The research has mainly been conducted within teacher communities offered by LUMA Centre Finland and the international StarT programme since 2016. The questions have been answered through four interconnected studies (I-IV). Data for studies I and II were collected by a survey during a time, in which the integrated education policies were introduced to the Finnish educational system. Study I explores the art integration practices of science teachers (n=66). Study II elaborates how science teachers’ (n=95) perceptions of and experiences with integration influence their perceptions on self-efficacy related to ISE. Study III consisted of a qualitative-led survey (n=244) and a case study (n=12). It was conducted within the international StarT programme and aimed at understanding teachers’ perceptions and practices of PBL in science education. Last of the studies (IV) was a case study mapping out teachers’ (n=85) perceptions of the design principles of ISE. The data was collected from Finnish in-service teachers and pre-service teachers participating in an open online course focusing on integrated science and mathematics education and PBL as an integrated pedagogical approach. The results of this thesis offer new insights on teachers’ perceptions, experiences and practices of ISE and collaborative PBL at different educational levels. Teachers perceive ISE as a student-centred and context-based approach that requires, among other things, collaboration between subjects and links to students’ daily lives. Teachers perceive ISE and PBL as relevant but challenging to implement in practice, and their experiences and practices of ISE and PBL varied. Especially secondary school science teachers in Finland had little experience of ISE, interdisciplinary collaboration and PBL as an integrative teaching method. Teachers need support with the implementation of integrative approaches in science education, especially when integrating beyond natural science disciplines, such as arts integration with science. Supporting teachers through educational programmes such as the StarT programme and by providing feasible pedagogical models for ISE can have positive effects on teachers’ experiences, perceptions and self-efficacy beliefs. These affect teachers’ willingness to implement more ISE and PBL. For promoting ISE and the relevance of science education at various education levels, a novel pedagogical model for ISE was designed. The model includes five intertwined principles to be taken into account when implementing ISE: (1) form a coherent whole of the integrated lesson unit, (2) focus on the relevance of learning, (3) engage students in constructing knowledge, (4) include knowledge practices, and (5) use versatile instruction and assessment methods. The results can be applied from pre-service to in-service teacher education at all education levels, especially in chemistry education. In addition, results should be taken into account when designing a curriculum emphasizing ISE.Opettajilla on keskeinen rooli luonnontieteiden opetuksen kehittämisessä. Tässä väitöskirjassa paneudutaan opettajien käsityksiin, kokemuksiin ja käytäntöihin, joiden kautta pyritään ymmärtämään miten eheyttävää ja yhteisöllistä luonnontieteiden opetusta (integrated science education) voidaan edistää eri koulutusasteilla, erityisesti käyttämällä yhteisöllistä projektioppimista opetusmenetelmänä. Eheyttävällä luonnontieteiden opetuksella tarkoitetaan pyrkimystä yhtenäistää luonnontieteitä koskevat opetussuunnitelmien sisällöt oppijoille merkityksellisiksi kokonaisuuksiksi. Se perustuu sosiokonstruktivistiseen oppimisnäkemykseen ja hyödyntää kontekstuaalista oppimista, jossa ylitetään oppiainerajoja sekä yhdistetään oppiminen arkielämään. Monet luonnontieteiden opetuksen tutkijat sekä viimeaikaiset opetuksen uudistukset suosittelevat eheyttäviä opetusmenetelmiä tapana lisätä opetuksen merkityksellisyyttä sekä oppilaiden kiinnostusta luonnontieteisiin, esimerkiksi kemiaan. Lisäksi eheyttävän luonnontieteiden opetuksen nähdään auttavan oppijoita ymmärtämään kokonaisvaltaisemmin monimutkaisia arjen ilmiöitä, lisäävän oppilaiden käsitteellistä osaamista sekä kehittävän laaja-alaisen osaamisen taitoja. Eheyttävän luonnontieteiden opetuksen toteuttamiseen soveltuvat erityisesti oppilaslähtöisyyttä korostavat opetusmenetelmät, kuten projektioppiminen. Yhteisöllisessä projektioppimisessa työskennellään yhdessä selkeästi määritellyn ja arkeen kytkeytyvän projektin parissa ja hyödynnetään tutkimuksellista opiskelua. Tämän kaltainen eheyttävä luonnontieteiden opetus, jossa yhdistetään luonnontieteitä muihin oppiaineisiin, kuten taideaineisiin, on monelle suomalaiselle opettajalle vielä uutta. Tarvitaan lisää tutkimustietoa eheyttävän luonnontieteen opetuksen toteuttamisesta sekä opettajien käsityksistä ja minäpystyvyydestä siihen liittyen. Tämän väitöskirjan tavoitteena on ymmärtää opettajien käsityksiä, kokemuksia ja käytäntöjä liittyen eheyttävään ja yhteisölliseen luonnontieteiden opetukseen. Ymmärtämällä paremmin opettajien ajattelua ja opetusta on mahdollista tukea heitä ammatillisesti, ja siten edistää eheyttävää opetusta osana luonnontieteiden opetusta eri koulutusasteilla. Kyseessä on monimenetelmätutkimus, jossa on haettu vastauksia kolmeen tutkimuskysymykseen: (1) Millaisia käsityksiä on luonnontieteitä opettavilla opettajilla eri asteilla eheyttävästä luonnontieteiden opetuksesta sekä yhteisöllisestä projektioppimisesta? (2) Millaisia kokemuksia on luonnontieteitä opettavilla opettajilla eheyttävistä opetusmenetelmistä? (3) Millaisia eheyttäviä opetuskäytäntöjä on luonnontieteitä opettavilla opettajilla? Tutkimukset on tehty pääasiassa LUMA-keskus Suomen toiminnan ja kansainvälisen StarT-projektioppimisohjelman parissa vuodesta 2016 lähtien. Tutkimuskysymyksiin on vastattu neljällä toisiinsa liittyvällä tutkimuksella (I-IV). Tutkimuksiin I ja II aineisto kerättiin aikana, jolloin eheyttävää opetusta painottavat kansalliset opetussuunnitelman perusteet otettiin käyttöön Suomessa. Tutkimus I kuvaa opettajien (n=66) luonnontieteitä ja taidetta yhdistäviä käytänteitä. Tutkimuksessa II selvitettiin, miten opettajien (n = 95) käsitykset ja kokemukset eheyttävästä opetuksesta vaikuttavat heidän minäpystyvyyteensä opettaa luonnontieteitä eheyttävästi. Tutkimus III koostui laadullisesta kyselytutkimuksesta (n=244) ja tapaustutkimuksesta (n=12). Tarkoituksena oli ymmärtää luonnontieteitä opettavien opettajien projektioppimiseen liittyviä käsityksiä ja käytäntöjä. Viimeinen tutkimus (IV) oli tapaustutkimus, jossa kartoitettiin opettajien (n=85) käsityksiä eheyttävän luonnontieteiden opetuksen keskeisistä piirteistä, jotka tulee ottaa huomioon suunnitellessa eheyttäviä opetuskokonaisuuksia. Väitöskirjassa esitetyt tulokset laajentavat ymmärrystämme opettajien käsityksistä, kokemuksista sekä käytänteistä niin eheyttävään luonnontieteiden opetukseen kuin yhteisölliseen projektioppimiseen liittyen. Eheyttävä luonnontieteiden opetus on opettajista oppilaslähtöistä ja kontekstuaalista. Se on heistä opetusmenetelmä, joka vaatii muun muassa oppiaineiden välistä yhteistyötä sekä opetuksen linkittämistä oppilaiden jokapäiväiseen elämään. Eheyttäminen ja yhteisöllinen projektioppiminen ovat opettajista relevantteja luonnontieteiden opetuksen kannalta, mutta haastavia opetusmenetelmiä toteuttaa käytännössä. Opettajien kokemuksissa ja käytänteissä havaittiin kuitenkin suurta vaihtelua. Suomessa erityisesti lukiossa opettavilla luonnontieteiden opettajilla ei juurikaan ollut aiempia kokemuksia eheyttävän luonnontieteiden opetuksen toteuttamisesta, oppiaineiden välisestä yhteistyöstä tai yhteisöllisestä projektioppimisesta. Luonnontieteitä opettavat opettajat tarvitsevat selvästi tukea eheyttävien opetusmenetelmien toteuttamisessa. Opettajien ammattitaidon ja työn tukeminen StarT-projektioppimisohjelman kaltaisten koulutusohjelmien avulla sekä tarjoamalla valmiita pedagogisia malleja eheyttävän luonnontieteiden opetuksen toteuttamiseen voisi vaikuttaa myönteisesti opettajien kokemuksiin, käsityksiin ja minäpystyvyyteen. Ne voisivat tukea opettajien halukkuutta hyödyntää eheyttäviä opetusmenetelmiä, joita monissa tutkimuksissa sekä opetussuunnitelman perusteissa on suositeltu erityisesti luonnontieteiden opetuksen merkityksellisyyden lisäämiseksi. Väitöskirjassa esitetään tutkimusperustaisesti kehitetty pedagoginen malli eheyttävän luonnontieteiden opetuksen ja opettajankoulutuksen edistämiseen. Malli sisältää viisi periaatetta, jotka on hyvä huomioida eheyttävää luonnontieteiden opetusta suunniteltaessa: (1) sisällöllisesti yhtenäisen eheyttävän opetuskokonaisuuden muodostaminen, (2) oppimisen merkityksellisyyden huomioiminen, (3) oppijoiden sitouttaminen konstruktiiviseen oppimiseen, (4) tieteenalojen käytänteiden sisällyttäminen kokonaisuuteen ja (5) monipuolisten opetus- sekä arviointimenetelmien käyttäminen. Väitöskirjan tuloksia ja esitettyä mallia voidaan soveltaa niin tulevien kuin nykyisten opettajien koulutuksessa kaikilla koulutusasteilla, erityisesti kemiaa ja muita luonnontieteitä painottavassa koulutuksessa. Lisäksi tulokset olisi hyvä huomioida opetussuunnitelmatyössä, erityisesti kun halutaan lisätä luonnontieteiden opetuksen merkityksellisyyttä sekä kannustaa eheyttävien opetusmenetelmien käyttöön.
Subject: luonnontieteellinen tiedekasvatus (science education)
Rights: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
haatainen_outi_dissertation_2022.pdf 753.5Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record