2. 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
3. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
I Oppimisaihiot
4. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
6. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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)
7. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
Miksi oppimisaihioita?
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
8. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
Miksi oppimisaihioita?
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)
9. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
10. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
12. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
II Simulaatio(aihio)t
13. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
14. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
15. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
16. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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”
§ 4 työskentely-ympäristöä
§ 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
17. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
§ 3 työskentely-ympäristöä
§ Perinteinen laboratorio (oikeat välineet)
§ 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
18. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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.)
19. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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.
§ 68 yliopisto-opiskelijaa Kyprokselta
§ Aiheena lämpö ja lämpötila
§ 2 työskentely-ympäristöä
§ Perinteinen laboratorio (oikeat välineet)
§ Laboratorio–simulaatio–yhdistelmä
§ Ns. Sequential combination
§ Työskentely alkuun oikeilla välineillä (50%)
§ Vaihto puolivälissä simulaatioon (50%)
§ Tulokset:
§ Käsitteellinen ymmärrys kehittyi merkitsevästi molemmissa
ympäristöissä
§ Yhdistelmäympäristössä työskennelleiden oppimistulokset merkitsevästi
korkeampia kuin laboratorioryhmällä
20. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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.
§ 90 yliopisto-opiskelijaa Kyprokselta
§ Aiheena virtapiirit
§ 2 työskentely-ympäristöä
§ Perinteinen laboratorio (oikeat välineet)
§ Laboratorio-simulaatio-yhdistelmä
§ Työskentely alkuun oikeilla välineillä (2/3)
§ Loppupuolella vaihto simulaatioon (1/3)
§ Tulokset:
§ Käsitteellinen ymmärrys kehittyi merkitsevästi molemmissa
ympäristöissä
§ Kuten edellisessä tutkimuksessa, yhdistelmäympäristössä
työskennelleiden oppimistulokset merkitsevästi korkeampia kuin
laboratorioryhmällä
21. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
§ Aiheena virtapiirit
§ 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
22. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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
23. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
§ 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
24. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
Tulevaisuuden haasteita
§ Aihioiden käytön lisääminen opetuksessa
§ Oikean tasapainon löytäminen aihioiden ja
“perinteisten” materiaalien opetuskäytölle
§ Hyvien opetuskäytänteiden ja materiaalien
jakaminen
25. 9.11.2010 Heureka | Oppimisaihiot ja simulaatiot | Tomi.Jaakkola@utu.fi
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.