Oppimisaihiot ja simulaatio oppimisessa/Tomi Jaakkola

Oppimisaihiot ja simulaatiot
opetuksessa ja oppimisessa
Tomi Jaakkola
Oppimistutkimuksen keskus

9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
Esityksen sisältö
I Oppimisaihiot
§  Aihion määritelmä
§  Aihiotyyppejä
§  Perusteita aihioiden käyttöön
§  Aihiovarannot (mistä aihioita löytyy ja miten käyttää)
II Simulaatio(aihio)t
§  Simulaation määritelmä
§  Perusteita simulaatioiden käyttöön
§  Tutkimuksia simulaatioaihioiden käytöstä ja
tehokkuudesta opetuksessa ja oppimisessa
III Yhteenveto
Kirjallisuutta

I Oppimisaihiot

Mikä “Oppimisaihio”?
§  Engl. Learning Object (LO)‫‏‬
§  Monta määritelmää:
§  Any entity - digital or non-digital - that may be used for learning,
education or training (IEEE, 2002)
§  Any digital resources that can be reused to support learning (Wiley,
2002)‫‏‬
§  Web-based interactive chunks of e-learning designed to explain a stand-
alone learning objective (CETL, 2005)‫‏‬
§  Tavallisimmin oppimisaihio ymmärretään digitaaliseksi,
(sisällöltään tai kestoltaan) suhteellisen pienikokoiseksi
materiaaliksi, jota on mahdollista jakaa Internetin
välityksellä ja käyttää erilaisissa oppimis- ja
opetuskonteksteissa

Erilaisia oppimisaihioita
Ilomäki (2004)
§  Arviointi (assessment)
§  Harjoitusohjelma (drill-and-practice)
§  Kokeilu (exploration; sis. simulaatiot)
§  Opas (guide)
§  Sanasto (glossary)
§  Tietolähde (information resource)
§  Työkalu (tool)

Miksi oppimisaihioita?
1. Opetuksen monipuolistaminen ja tehostaminen
§  Teknologian tarjoama mahdollisuus havainnollistaa ja
mallintaa monimutkaisia (ja vaarallisia / harvinaisia)
ilmiöitä
§  Valmiina olevat sisältöaihiot eri aihepiireihin toimivat
ajattelun ja keskustelun virittäjinä [esim. ”tyhjät” / tekstipohjaiset
yhteisöllisen oppimisen ympäristöt (oppimisalustat) liian vaativia
jokapäiväiseen käyttöön]
§  Motivointi (vaihtelevien opetusmateriaalien ja
-menetelmien hyödyntäminen)

2. Joustavuus
§  Pieniä materiaalipalasia (aihioita) on mahdollista liittää
yhteen lukemattomilla eri tavoilla ja käyttää joustavasti
erilaisissa (uusissa) opetuksen ja oppimisen
konteksteissa (Lego-metafora)‫‏‬
=> olennaisen sisällön esittäminen
=> sisällön räätälöinti yksittäisen oppijan tarpeisiin
§  Huom! On keskeistä varmistaa, että opiskelija hahmottaa
”palasista” koostuvan kokonaisuuden

3. Materiaalien uudelleenkäyttö
§  Verkosta löytyy tuhansia materiaaleja (aihioita) jotka ovat
vapaasti käytettävissä opetukseen ja oppimiseen
§  Valmiina olevien materiaalien hyödyntäminen opetuksessa ->
opetusresurssien vapautuminen esim. oppilaiden
ohjaamiseen ja oppimisprosessin tukemiseen
§  Standardit (mm. IEEE LOM, ADL SCORM, IMS CP)
varmistavat, että aihioita on mahdollista löytää (metadata),
(uudelleen)käyttää erilaisissa ympäristöissä, ja siirtää
alustojen välillä (technical interoperability)
§  Helppokäyttöisyys (toimivat pääsääntöisesti suoraan Internet-
selaimessa)

Linkkejä vapaisiin
aihiovarantoihin
§  EDU.fi (Opetushallitus)‫‏‬
§  LRE (European Schoolnet)‫‏‬
§  Linkkivinkki (TOP-keskus)
§  PhET (Interactive Science Simulations)
§  MERLOT (Multimedia Educ. Resource for Learning and Online Teaching)
§  GEM (Gateway to Educational Materials)‫‏‬
§  BBC Learning (British Broadcasting Company)‫‏‬
§  MIT Open Course Ware (Massachusetts Institute of Technology)‫‏‬
§  ELERA (eLearning Research and Assessment Network)
§  YouTube EDU
§  iTunes U (Podcasts and videos | iTunes oltava asennettuna)‫‏‬
§  Google search
suomenkielisiä

1. Materiaalin tuottaminen
ja (alkuperäinen) käyttö
Oppimisaihiot, varannot ja oppimisalustat
Alusta x
Oppimisaihio-
varanto
PhET
Oppimisaihio-
varanto
EDU.fi
3. Materiaalin haku
4a. Itsenäinen
informaali
verkko-opiskelu4b. Osallistuminen valmisteltuun opetukseen
Oppimisaihio-
varanto
Varanto x
2. Materiaalin
julkaisu
WorkMates
4. Materiaalin (uudelleen)käyttö
Moodle

1
2
3
4
5
6
7

II Simulaatio(aihio)t

Mikä simulaatio(aihio)?
§  Tietokoneohjelma, joka mallintaa (usein hieman
yksinkertaistetusti) jonkun (todellisen tai
kuvitteellisen) järjestelmän, ilmiön tai tilanteen
tavoitellen realistisuutta
§  Oppijalla mahdollisuus tutkia, testata ja rakentaa
§  Reagoi oppijan toimintaan reaaliaikaisesti ja
autenttisesti
Toiminnallinen simulaatio: Päätavoitteena taitojen oppiminen
Käsitteellinen simulaatio: Päätavoitteena tietojen oppiminen

Miksi (interaktiivisia) simulaatioaihioita?
§  Mahdollisuus havainnollistaa ja mallintaa monimutkaisia ilmiöitä eri
abstraktiotasoilla
§  Ilmiön ymmärtämisen kannalta keskeisten ominaisuuksien korostaminen
§  Tutkiva oppiminen (inquiry learning)
§  Oppimisen sitominen oppilaan kokemusmaailmaan
Traditional instruction is often abstract and unrelated to children’s knowledge base (Triona
& Klahr, 2003)
§  Opiskelija aktiiviseksi oman ymmärryksen rakentajaksi (tekemällä /
kokeilemalla oppiminen)
In inquiry learning environment, a domain is not directly offered to learners; instead,
learners are required to induce the properties of the domain from their own experiments in
the domain (de Jong, 2006)
§  Käsitteellisen muutoksen tukeminen
§  Parempi tietoisuus omista ajatteluvirheistä ja puutteista -> ristiriita
omien odotusten / käsitysten ja simulaatiolta saadun palautteen välillä
§  Simulaatiot näyttävät tuottavan vähintään yhtä hyviä oppimistuloksia
kuin perinteiset materiaalit / menetelmät

Zacharia, Z.C., & Constantinou, C.P. (2008). Comparing the Influence of Physical and
Virtual Manipulatives in the Context of the Physics by Inquiry Curriculum: The Case of
Undergraduate Students’ Conceptual Understanding of Heat and Temperature. American
Journal of physics, 76(4&5), 425-430.
§  68 yliopisto-opiskelijaa Kyprokselta
§  Aiheena lämpö ja lämpötila
§  2 työskentely-ympäristöä
§  Perinteinen laboratorio (oikeat välineet)
§  Tietokonesimulaatio (ThermoLab)
§  Tulokset:
§  Käsitteellinen ymmärrys kehittyi merkitsevästi molemmissa
ympäristöissä
§  Ympäristöt yhtä tehokkaita

Klahr, D., Triona, L. M., & Williams, C. (2007) Hands On What? The Relative
Effectiveness of Physical vs. Virtual Materials in an Engineering Design Project by Middle
School Children. Journal of Research in Science Teaching, 44, 183-203.
§  56 yläkoulun oppilasta
§  Aiheena kinetiikka
§  “Rakenna vieteriauto, joka kulkee
mahdollisimman pitkän matkan”
§  Perinteinen laboratorio (”oikeat” autot), rajallinen määrä kokeiluja
§  Tietokonesimulaatio (virtuaaliset autot), rajallinen määrä kokeiluja
§  Perinteinen laboratorio, rajallinen aika kokeiluihin
§  Tietokonesimulaatio, rajallinen aika kokeiluihin
§  Tulokset
§  Oppimistulokset tasavertaisia kaikissa ympäristöissä
§  Rakennetun auton kulkema matka
§  Mm. ymmärrys, mitkä tekijät vaikuttavat auton kulkemaan matkaan
§  Auton rakentaminen ja testaaminen virtuaalisesti yli 3x nopeampaa

Finkelstein et al., (2005). When learning about the real world is better done virtually: a
study of substituting computer simulations for laboratory equipment. Physical Review
Special Topics - Physics Education Research, 1, 010103.
§  363 yliopisto-opiskelijaa USA:sta
§  Aiheena virtapiirit
§  Tietokonesimulaatio
§  Havainnollistaa virran kulun
§  Oppikirja
§  Tulokset:
§  Simulaation avulla työskennelleet oppilaat menestyivät paremmin
virtapiirien toiminnan ymmärtämistä mittaavassa lopputestissä kuin
oikeilla virtapiireillä (laboratorio) harjoitelleet oppilaat. He olivat myös
taitavampia rakentamaan oikeita virtapiirejä ja perustelemaan sen
toimintaa
§  Molemmat em. ryhmät menestyivät lopputestissä paremmin kuin
oppikirjan avulla työskennelleet oppilaat

Pois perinteinen–virtuaalinen-
vastakkainasettelusta
§  Tutkimuskirjallisuudessa on perinteisesti kiistelty ja
kilpailtu perinteisten ja virtuaalisten (aihiot)
oppimateriaalien käytön paremmuudesta
§  Uusimmat tulokset viittaavat kuitenkin siihen, että
perinteisten ja virtuaalisten materiaalien yhteiskäyttö
edistää käsitteellisen ymmärryksen syntymistä
tehokkaammin kuin kumpikaan materiaali yksinään (mm.
Jaakkola & Nurmi, 2008; Jaakkola et al., in press; Zacharia, 2007; Zacharia et al,
2008.)

Zacharia, Z.C., Olympiou, G., & Papaevripidou, M. (2008). Effects of Experimenting with
Physical and Virtual Manipulatives on Students’ Conceptual Understanding in Heat and
Temperature. Journal of Research in Science Teaching, 45(9), 1021-1035.
§  Aiheena lämpö ja lämpötila
§  Laboratorio–simulaatio–yhdistelmä
§  Ns. Sequential combination
§  Työskentely alkuun oikeilla välineillä (50%)
§  Vaihto puolivälissä simulaatioon (50%)
§  Tulokset:
ympäristöissä
§  Yhdistelmäympäristössä työskennelleiden oppimistulokset merkitsevästi
korkeampia kuin laboratorioryhmällä

Zacharia, Z.C. (2007). Comparing and combining real and virtual experimentation: An
effort to enhance students’ conceptual understanding of electric circuits. Journal of
Computer Assisted Learning, 23 (2), 120–132.
§  Laboratorio-simulaatio-yhdistelmä
§  Työskentely alkuun oikeilla välineillä (2/3)
§  Loppupuolella vaihto simulaatioon (1/3)
§  Tulokset:
ympäristöissä
§  Kuten edellisessä tutkimuksessa, yhdistelmäympäristössä
työskennelleiden oppimistulokset merkitsevästi korkeampia kuin
laboratorioryhmällä

Jaakkola, T. & Nurmi, S. (2008). Fostering Elementary School Students' Understanding
of Simple Electricity by Combining Simulation and Laboratory Activities. Journal of
Computer Assisted Learning, 24(4), 271-283.
§  64 suomalaista alakoulun oppilasta
§  3 ympäristöä
§  Laboratorio
§  Simulaatio
§  Simulaatio-laboratorio-yhdistelmä
§  Ns. parallel combination
§  Jokainen virtapiiri ensin simulaatiolla (100%)
§  Heti perään oikeilla välineillä (100%)
§  Taustana mm. analogical encoding –periaate (Gentner et al., 2003)
§  Tulokset
§  Oppimistulokset yhdistelmäympäristössä paremmat kuin laboratorio- ja
simulaatioympäristössä
§  Laboratorio- ja simulaatioympäristön välillä ei tilastollista eroa oppimistuloksissa

Yhteenveto
§  Oppimisaihiot tarjoavat joustavuutta ja
monipuolisuutta opetukseen ja oppimiseen
§  Aihioiden avulla mahdollista havainnollistaa
monimutkaisia ilmiöitä ja tietyissä tilanteissa
myös tehostaa (nopeuttaa) opetusta
§  Aihioita ja perinteisiä menetelmiä ei tulisi nähdä
kilpailevina menetelminä vaan toisiaan
täydentävinä opetuksen ja oppimisen
elementteinä

§  Oppimisaihiot eivät ole lähtökohtaisesti hyviä tai huonoja
-> erilaiset aihiot tarjoavat erilaisia mahdollisuuksia
opetukseen ja oppimiseen
§  Pedagogisilla ratkaisuilla keskeinen vaikutus
oppimisaihioiden avulla tapahtuvaan oppimiseen
-> Oppimisprosessin tukeminen
§  Esim. de Jong ja van Joolingen (1998; de Jong, 2006; Mayer,
2004) havaitsivat laajassa tutkimuskatsauksessaan, että
aihiotyöskentelyn ympärille rakennetuilla tukitoimilla keskeinen
vaikutus oppimistuloksiin -> Strukturoidumpi ympäristö tukee
oppilaiden oivaltamista ja työskentelyä pääsääntöisesti
paremmin kuin vähän strukturoitu.
Yhteenveto

Tulevaisuuden haasteita
§  Aihioiden käytön lisääminen opetuksessa
§  Oikean tasapainon löytäminen aihioiden ja
“perinteisten” materiaalien opetuskäytölle
§  Hyvien opetuskäytänteiden ja materiaalien
jakaminen

Kirjallisuutta
§  Sähköä opetukseen! Digitaaliset oppimateriaalit osana oppimisympäristöä. L. Ilomäki
(toim.). Vammala: Opetushallitus. (ilmaisena verkossa)
§  Uusittu painos tulossa
§  Handbook of Research on Learning Design and Learning Objects: Issues,
Applications and Technologies. L. Lockyer, S. Bennett, S. Agostinho & B. Harper
(toim.). Information Science Reference.
§  Oppimisen teoria ja teknologian opetuskäyttö. S. Järvelä, P. Häkkinen & E. Lehtinen
(toim.). WSOY.
§  de Jong, T. (2006). Computer simulations: Technological advances in inquiry
learning. Science, 312, 532-533.
§  Jaakkola, T. & Nurmi, S., Veermans, K. (in press). A Comparison of Students’
Conceptual Understanding of Electric Circuits in Simulation Only and Simulation-
Laboratory Contexts. Journal of Research in Science Teaching.
§  Wieman, C. E., Adams, W. K , & Perkins, K. K. (2008). PhET: Simulations that
enhance learning. Science, 322 (5902), 682 – 683.

Oppimisaihiot ja simulaatio oppimisessa/Tomi Jaakkola

More Related Content

Similar to Oppimisaihiot ja simulaatio oppimisessa/Tomi Jaakkola

More from Anne Burman

Oppimisaihiot ja simulaatio oppimisessa/Tomi Jaakkola