Probleemide lahendamisel põhinev õpe loodusõpetuses

Enn Pärtel, Tartu Ülikool ja Tartu Herbert Masingu Kool, 2010

Loodusainete õpetamine peaks toimuma aktiivses õpikeskkonnas, kus õppijad konstrueerivad oma teadmust. Teadmust konstrueeritakse õpiülesandeid lahendades. Teadmuse konstrueerimise võtteid on mitmeid, üheks tõhusamaks on probleemide lahendamisel põhinev õpe. Põhikooli riikliku õppekava kohaselt taotletakse loodusõpetusega, et õpilane rakendab loodusteaduslikke probleeme lahendades teaduslikku meetodit õpetaja juhendamisel (Põhikooli riiklik õppekava, 2010) Käesolevas artiklis käsitletakse probleemide lahendamist kahel juhul, esiteks loodusteadusliku meetodi osalisel rakendamisel ja teiseks loodusteadusliku meetodi tervikrakendusel.

Olulisemad terminid

Teadmus on teadmised millegi kohta kogumina, sisaldab oskusi teadmisi rakendada.

Probleemiks nimetatakse küsimust, mille vastust lahendaja ei tea, kuid ta tahab vastust teada saada. See tähendab, et lahendaja on motiveeritud vastust saama.

Loodusteaduslikud probleemid on seotud loodusnähtustega, kuid enamasti seondub nendega ka sotsiaalne mõõde.

Probleemi lahendamise tulemuseks on uus teadmine (üksikteadmine), probleemi lahendamiseks vajab õpilane teadmisi ja oskust nendega vaimseid tehteid sooritada, s. o teadmust.

Probleemõpe on probleemide lahendamisel põhinev õpe. Probleemõppe ülesanded on kas ebapiisavate või liiaste andmetega ning neil puudub üks kindel lahendustee. Selles mõttes sarnaneb probleemide lahendamisel põhinev õpe igapäevaeluga, kus esinevad sarnased situatsioonid. Probleemõppe ülesanne on arendada õpilaste oskusi, kus lisaks lahendustee leidmisele peab õpilane oskama selgitada oma idee läbivust ning põhjendada oma otsust.

Uurimuslik õpe on üks probleemõppe võimalus, mida kasutatakse peamiselt seaduspärasuste kindlakstegemiseks. Kõige üldisemalt on uurimuslikku õpet defineeritud kui protsessi, mille käigus õpilane ise püstitab uurimisküsimuse ja leiab vastuse (Pedaste, Sarapuu, Mäeots, 2009). Uurimusliku õppe tunnuseks on loodusteadusliku uurimismeetodi terviklik rakendamine. Õpilane on uurimuslikus õppes teadlase rollis. Uurimusliku tegevuse käigus omandab õpilane lisaks uutele teadmistele ka loodusteadusliku uurimismeetodi rakendamise oskuse.

Avastusõpe ehk suunatud uurimuslik õpe. Avastusõpe vastab heuristilisele õppemeetodile, kus õppijat suunatakse küsimuste ja toetamiste varal võimalikult iseseisvale teadmiste hankimisele ning arusaamisega õppimisele. Avastusõppe ülesanne on uute teadmiste konstrueerimine.

Loodusteaduslik uurimismeetod on kindel probleemi lahendamise viis. Eelnevale teadmusele tuginedes püstitatakse hüpotees võimaliku lahendustulemuse kohta. Hüpoteesi tõesust kontrollitakse katsete, arvutuste või teaduslike faktidega toetatud aruteluga.

1. Probleemide lahendamisel põhinev õpe

Kindlasti tasub antud temaatikaga sügavamaks tutvumiseks lugeda raamatut „Õppimine ja õpetamine I ja II kooliastmes“ (Kikas, 2010). Sissejuhatavas artiklis „Tunnetusprotsessid ja nende arengulised iseärasused“ käsitleb Eve Kikas I ja II kooliastme laste kognitiivsete protsesside iseärasusi ja loob aluse probleemide lahendamisel põhinevale õppele. Autor toob probleemi lahendamise viis etappi ja kirjeldab nende rakendamist põhjalikult: 1) probleemi märkamine; 2) probleemi määratlemine ja esitamine; 3) strateegia valik; 4) strateegia ellurakendamine ja 5) lahenduskäigu hindamine. Siiski võiks lisada eelnevale veel kaks etappi, mida mitmed autorid on ka teinud: eesmärkide seadmine ja alternatiivsete lahenduste otsimine. Levinud on kaks vaadet probleemi lahendamise protsessile: lineaarne ja tsükliline. Kuna ühe probleemi lahendus võib kutsuda esile uue probleemi või ei saavutatud esimeses ringis soovitud tulemust (valiti vale lahendusstrateegia või tehti muid vigu), siis on artikli autori arvates otstarbekas käsitleda probleemide lahendamist tsüklilise protsessina (Joonis 1).

Joonis 1. Probleemi lahendamise tsükliline protsess

Probleemi lahendamise etapid

1. Probleemi märkamine. Probleem võib tekkida looduses viibimisel või loodusvaatlusel.

Murdunud oksad. Pärast suurt lumesadu suusamatkal parkmetsas on märgata, et mõnes kohas tõkestavad suusarada sellele langenud männioksad, ka eemal on mändide all näha murdunud oksi. Kes neid oksi on murdnud? Vandaalitsemise märke pole. Millegipärast pole kuuskede all murdunud oksi.

Probleemi märkamine on seotud selektiivse tähelepanuga. Õpilane võib vaadata, aga ei näe (vt tähelepanematusepimedust Kikas lk 20–21). Ta ei tarvitse üldsegi märgata, et suusarajal olid männioksad („Rajal olid puuoksad,“ ütleb õpilane.), seda enam ei näe ta murdunud kuuseokste puudumist. Probleemi märkamiseks on vaja uuritavat objekti vaadelda ja kirjeldada. Õpilase tähelepanu on vaja juhtida vajalikele detailidele. Antud juhul võiks olla ülesandeks matkal vaadeldavat pildistada (mida võiks teha ka õpetaja, tema ju teab, mis on tähtis), hiljem pilte vaadeldes ja võrreldes saab õpilaste tähelepanu juhtida kuuseokste puudumisele ja nii tekitada õpilastes probleemi tajumise. Õpetaja võib organiseerida probleemi lahendamise juba õppekäigul. Siiski peaks ta otsustama, millises olukorras on otstarbekam probleem lahendada: kas õuesõppe vormis või klassiruumis. Mõnel juhul on looduskeskkonnas võimalik kohe lisaandmeid hankida.

Probleemi tekitamiseks võib õpilastele esitada ka loo, milles peitub probleem. Näiteks võib õpetaja õppekäigust teha fotoreportaaži ja kasutada järgmistel aastatel.

Laud rohul. Mikk koos isaga ehitas suvemaja. Isa otsis sobivat lauajuppi. Mikk teadis, et just vajamineva laua oli ta jätnud eelmisel nädalavahetusel murule marjapõõsa kõrvale. Ta tõstis laua üles ja – oh üllatust –, laua all olev rohi oli kollane, mujal ilus ja roheline nagu ikka.

2. Probleemi määratlemine ja esitamine. Probleemi märkamine ei tähendada veel selle teadvustamist vajalikul määral. Probleem vajab lahtimõtestamist ja probleemküsimuse formuleerimist. Probleemi lahtimõtestamine soodustab märkimisväärselt lahenduseni jõudmist

Murdunud oksad. Mille poolest erineb mänd kuusest? Millal esineb männiokste murdumist? Probleemküsimus: Miks männioksad lumekoorma all murduvad, kuuseoksad aga mitte?

Laud rohul. Mis on peamine erinevus rohu kasvutingimustes laua all ja vabas keskkonnas? Probleemküsimus: Miks rohi pimedas kasvades on kollane, valguses kasvades aga roheline?

3. Eesmärkide seadmine. Eesmärk kuulub teatavasti subjektile (antud juhul õpilasele) ja on kujutlus oma tegevuse tulemusest. Probleeme lahendades peaks õpilasel kujunema soov probleemi lahendada: „Ma tahan teada, kuidas … toimib?“, „Miks see nii on?“,“Mis on selle põhjus?“. Eesmärke ei saa õpetaja seada, ta võib üksnes organiseerida sellise õpikeskkonna, kus õpilane tahab teada saada vastust küsimusele. Õpilane juhindub probleemi lahendamisel huvist ja ta peab olema seejuures veendunud, et suudab probleemi lahendada. Seega, kas õpilane seab eesmärgiks probleemile lahenduse leida või mitte, sõltub tema varasematest kogemustest sarnastes situatsioonides. Hinde saamist tegutsemise motiivina peaks vältima. Tasu probleemi lahendamise eest on uus teadmine või oskus.
4. Alternatiivsete lahendusstrateegiate pakkumine. Millisel viisil otsida lahendust? Millised objektide omadused on antud probleemi lahenduseks tähtsad?

Milliseid lahendusstrateegiaid (lahendusviise) pakutakse, sõltub õppijate rühmast. Sageli ei saa neid käsitleda alternatiivsetena, sest osa pakutud strateegiaid ei viigi lahenduseni. Männiokste probleemi juures on murdumine seotud männiokste rabedusega ja lume kuhjumisega männiokstele, kuid siin pole tegemist alternatiivsete lahendustega.

5. Lahendusstrateegia valik. Kõik õppijate pakutavad lahendusviisid väärivad tähelepanu ning nende hulgast valitakse välja sobivam(ad). Lahendusstrateegiaid võib kaaluda näiteks ajurünnakus

Murdunud oksad. Millist lisainfot on lahendamiseks vaja? Kuuse ja männi võrdlemine väliskuju järgi. Lumekoorma püsimine kuuse- ja männiokstel. Kuuse- ja männipuidu rabeduse võrdlemine.

Laud rohul. Alaprobleemi lahendamine (Mis on klorofüll ja milline on selle roll taime kasvamises?). Taime (herne) kasvatamine valguse käes ja pimeduses. Tulemuste võrdlemine. 

6. Lahendusstrateegia rakendamine.

Murdunud oksad. Võrreldakse katseliselt männi- ja kuuseokste rabedust. Männi ja kuuse väliskuju võimaldab teha järelduse, et suur lumekoorem ei jää kuuskedele püsima, männile aga küll.

Laud rohul. Katse korraldamine, tulemuste tõlgendamine, alaprobleemide lahendamine (Mis on klorofüll ja milline on selle roll taime kasvamises?). Taime (herne) kasvatamine valguse käes ja pimeduses. Tulemuste võrdlemine. Klorofüll tekib taimes vaid valguse käes.

7. Lahenduskäigu hindamine. Kas kõik sai tehtud nii, nagu kavandati? Kas tulemus on kooskõlas probleemküsimusega?

Probleemide liigitus. Probleemide liigituse aluseid on mitmeid. Õpetamisel ja õppeprotsessi kavandamisel on kõige informatiivsem liigitada probleemi keerukuse ja andmete täiuslikkuse Murdunud oksad. Mille poolest erineb mänd kuusest? Millal esineb männiokste murdumist? Probleemküsimus: Miks männioksad lumekoorma all murduvad, kuuseoksad aga mitte? Laud rohul. Mis on peamine erinevus rohu kasvutingimustes laua all ja vabas keskkonnas? Probleemküsimus: Miks rohi pimedas kasvades on kollane, valguses kasvades aga roheline? Murdunud oksad. Millist lisainfot on lahendamiseks vaja? Kuuse ja männi võrdlemine väliskuju järgi. Lumekoorma püsimine kuuse- ja männiokstel. Kuuse- ja männipuidu rabeduse võrdlemine. Laud rohul. Alaprobleemi lahendamine (Mis on klorofüll ja milline on selle roll taime kasvamises?). Taime (herne) kasvatamine valguse käes ja pimeduses. Tulemuste võrdlemine. Murdunud oksad. Võrreldakse katseliselt männi- ja kuuseokste rabedust. Männi ja kuuse väliskuju võimaldab teha järelduse, et suur lumekoorem ei jää kuuskedele püsima, männile aga küll. Laud rohul. Katse korraldamine, tulemuste tõlgendamine, alaprobleemide lahendamine (Mis on klorofüll ja milline on selle roll taime kasvamises?). Taime (herne) kasvatamine valguse käes ja pimeduses. Tulemuste võrdlemine. Klorofüll tekib taimes vaid valguse käes. järgi. Keerukuse järgi liigitatakse probleeme lihtsateks ja keerulisteks. Lihtsal probleemil on üks õige lahend, selle lahendamisel võib ära jääda alternatiivsete lahendusstrateeriate otsing ning valimine. Keeruliste probleemide korral võib esineda mitu lahenduskäiku, sageli koosneb see mitmest alaprobleemist. Kui alaprobleemidele on vastused saadud, siis pöördutakse uuesti põhiprobleemi juurde. Näiteks kapillaarvee tõusmine mullas sisaldab vähemalt kaht alaprobleemi: 1) märgamisega seotud probleem ja 2) kapillaarsusega seotud probleem. Alaprobleem võib omakorda koosneda madalama taseme probleemidest. Selliste komplekssete probleemide lahendamisel tuleb otsustada, millisel viisil õpe kavandada, kas alustada põhiprobleemist ja seejärel siirduda alaprobleemide lahendamise juurde või alustada üksikute probleemide lahendamisest ja pärast nende lahendamist siirduda põhiprobleemi juurde. Nooremate õpilaste puhul tuleb siiski arvestada, et probleemi lahendamiseks kuluv aeg võiks jääda õppetunni piiridesse. Andmekogumine probleemi tekitamiseks võib vajaduse korral eelneda põhitegevusele ja tulemuste vormistamine ning esitlemine jääda järgmiseks tunniks.

Probleeme võib liigitada andmete kogumi täiuslikkuse järgi. Andmekogum on täiuslik, kui probleemülesanne sisaldab kõiki lahendamiseks vajalikke andmeid (sellised on paljud füüsikaülesanded). Andmekogumis võib olla andmeid kas liiaga või puuduga. Elulised probleemid on enamasti ebamäärase struktuuriga ja puuduliku andmehulgaga.

2. Uurimuslik õpe

Kui probleemide lahendamisel võivad teatud alaprotsessid vahele jääda, siis uurimuslik õpe koosneb alati järgmistest etappidest: 1) probleemi määratlemine; 2) uurimisküsimuse püstitamine; 3) hüpoteesi püstitamine; 4) uurimuse planeerimine; 5) uurimuse läbiviimine andmete kogumiseks; 6) andmete analüüsimine ja tõlgendamine; 7) järelduste ja kokkuvõtete tegemine ning 8) tulemuste esitlemine ja arutelu. Eksperimentaalse uurimuse puhul tähendab uurimuse planeerimine katse kavandamist, uurimuse läbiviimine aga katset, mõõtmisi ja tulemuse tabeldamist.

Esimese lume tund

Nagu probleemõppe korral ikka, juhatatakse uuritav probleem sisse kas loodusvaatlusega, paradoksaalse katsega või probleemi kirjeldusega. Lugu esitatakse nii, et õppijal tekiks võimalikult palju küsimusi ja nende hulgas oleks ka põhiküsimus, millele hakatakse vastust otsima.

1. Loe järgnevat lugu ja mõtle, milliseid küsimusi see lugu sinus tekitab.

Teesoolaja

Priit oli väikese lapsena kogenud liiklusõnnetust, kus isa juhitud auto sõitis teelt välja, sest tee oli kaetud jääga ja väga libe. Sellest ajast saati oli Priidul mõttes, kuidas talvel teede libedust vähendada. Ta teadis, et lumisele teele külvatakse soola või soola sisaldavat lahust ja lumi sulab. Priit katsetas köögist võetud soolaga oma koduões lume sulatamist. Teda saatis edu. Pärast lumesadu külvas ta oma õues kõnniteedele soola ja lumi sulas. Kevadel aga, oh õnnetust, kõnnitee ääres lillepeenardel lilled ei kasvanud. Kui ta uuris isa käest, miks lilled ei kasva, vastas isa: „Sa ju ise soolasid mulla ära.“ Poiss pidi peenardes mulla ära vahetama. Küsimusele, miks liiga soolases mullas taimed ei kasva, vastas isa lakooniliselt: „Kasvad, saad teada“. Sellest ajast sai poiss koduse hüüdnime Teesoolaja.

Priit ei jätnud oma mõtteid sinnapaika. Ta uuris välja, et tänavatel lume sulatamiseks on otstarbekas kasutada nii vähe soola kui võimalik. Mida külmem on ilm, seda rohkem soola peab olema.

Priit vaatas aknast välja. Õues sadas lund. Termomeeter näitas -4 ºC. „Kui palju peaks täna soola lumele külvama, et lumi sulaks?“ mõtles poiss. Ilmateate põhjal pidi sademeid tulema nii palju, et iga ruutmeetri maapinna kohta tuleb 1 kg lund

Lugu seob klassis õpitava ja elus toimuva ning muudab uurimuse õppijale relevantseks. Loo põhjal püstitavad õpilased uurimisküsimuse. Uurimisküsimuse sõnastamine nõuab õpilaselt teataval määral kogemust. Esialgu, kui kogemust on vähe, esitagu õpilased antud loo põhjal tekkivaid küsimusi. Küsimused on enamasti sõnastatud tavamõistete abil.

2. Milles seisneb Priidu probleem ja milliseid küsimusi sul seoses Priidu probleemiga tekib?

Kirjuta oma küsimused. ……………………………………………………………. 

Seejärel toimub (ajurünnaku vormis) küsimuste sorteerimine, mille tulemusena valitakse välja need küsimused, mis viivad uurimust edasi. Ülejäänud küsimustele võiks õpetaja anda vastused või siis märkida need üles järgmiste uurimuste tarbeks. Sellel uurimuse etapil on vaja õpilasi juhtida, et kõikvõimalike küsimuste seast valitaks see või need, millele vastamiseks uurimus on kavandatud.

3. Kirjuta kõige tähtsam küsimus. …………………………………………………………….

Uurimisküsimuse püstitamine. Uurimisküsimus sõnastatakse teadusmõistete abil, milleks on õpilastel vaja ülevaadet teooriast. Teooria mõistmine võimaldab sõnastada uurimisküsimuse. Teooria vajab visualiseerimist ja tõlgendamist. Keerulisema teooria korral (nagu on ka antud näites) võiksid õpilased saada kogemuse katsest juba probleemi lahendamisele eelneval tunnil. Õpilased teevad katse täpse juhendi järgi. Nad mõõdavad lume ja soola koguse (100 g lund ja 200 g keedusoola), segavad hoolikalt lume ja soola ning mõõdavad segu temperatuuri. Nüüd järgneb arutelu, näiteks kas selline segu sulab õues, kui temperatuur on alla nulli (kasulik on katsega kontrollida). Sellega saavutavad õpilased teooria mõistmise ja omandavad vajalikud katsetamisoskused.

4. Nüüd sõnastad sa kõige tähtsama küsimuse oskussõnade abil. Selleks loe tähelepanelikult järgnevat teooriat.

Teooria. Puhta lume sulamistemperatuur on 0 ºC. Lume ja soola segu sulamistemperatuur on madalam kui 0 ºC. Kui lisada 100 g lumele 200 g keedusoola, saadakse segu sulamistemperatuuriga -21 ºC. Selline lume ja soola segu sulab õues, kui külma on vähem kui 21 kraadi.

Tabel. Sulamistemperatuuri sõltuvus soola kogusest 100 g lumes. 

Lume kogus	Keeduoola kogus	Lume ja soola segu sulamistemperatuur
100 g	10 g	-6 ºC
100 g	20 g	-16 ºC
100 g	200 g	-21 ºC

Soola kasutatakse lume tõrjumiseks teedelt, kui õues on külma vähem kui 9-10 kraadi. Sool kutsub esile autode roostetamise ja kahjustab tänavate ja teede ääres kasvavat taimestikku. Seepärast kasutatakse võimalikult väikest soolakogust. 

5. Sõnasta uurimisküsimus.

Uurimisküsimuse „Kuidas lume ja soola sulamistemperatuur sõltub soola kogusest lumes?“ aitab sõnastada õpetaja.

Hüpoteesi püstitamine. Teooria sõnastatuses võiks peituda toetus hüpoteesi püstitamisele. Esialgu võib hüpoteesi karkassi ette anda. Kui uurimuses tehakse kindlaks seaduspärasus, siis on otstarbekas kasutada kindlavormilist lauset: Mida …………., seda ………………

6. Sõnasta hüpotees. Mida rohkem on ……………………., seda madalam on

Hüpotees on oletatav uurimisküsimuse vastus ning see toetub faktidale ja teooriale. Faktide puudumisel ei saa hüpoteesist rääkida, see oleks pigem oletus. Kui õpilased on harjunud otsima „õigeid“ vastuseid, siis tuleb neile selgitada, et hüpoteesi tõesust ei hinda õpetaja, vaid õpilane ise järgnevate katsete tulemuste põhjal. Antud uurimuses võiks olla hüpotees sõnastatud nii: „Mida rohkem on lumes soola, seda madalam on lume ja soola segu sulamistemperatuur“. Väär pole ka vastupidiselt sõnastatud hüpotees „Mida vähem on lumes soola, seda kõrgem on lume ja soola segu sulamistemperatuur“.

Probleemi lahendamisel on tähtis õpilasi toetada. Isegi kui sarnast uurimust ei tee õpilased esmakordselt, vajavad nad näidist. Näidis võib olla antud uurimusega üsna sarnane – mingi teise soola kasutamisega. Näidis võib olla õpikus.

Katse kavandamine (uurimuse planeerimine). Edasi selgitatakse õpilastele, et hüpoteesi kontrollimiseks on vaja kavandada katse. Katse kavandamisel peab õpilane mõtlema nii „ette“ (Mis on hüpotees? Mida tahame saada?) kui „taha“ (Mida on vaja teha, et hüpoteesi kontrollida? Kuidas kontrollida hüpoteesi?), seetõttu on II kooliastme õpilastele katse kavandamine suhteliselt keeruline.

Vastuse Priidu küsimusele „Kui palju peaks täna soola lumele külvama, kui temperatuur on -4 ºC?“ saab graafikult. Selleks tuleb erinevate katsete andmete põhjal koostada graafik „Lume ja soola segu sulamistemperatuuri sõltuvus soola kogusest“. Graafikult tuleb leida soola hulk, mille juures segu sulamistemperatuur on -4 kraadi lähedane.

7. Kavanda katsed hüpoteesi kontrolliks.

Vahendid. Anumad lumega, sool, lusikas soolakoguse mõõtmiseks, lusikas soola segamiseks, termomeeter.

7.1. Joonista katse skeem.

7.2. Mida antud katses muudad?

7.3. Mille muutumist mõõdad?

7.4. Mis peab antud katsetes jääma samaks?

Uurimuse läbiviimine andmete kogumiseks.Uurimuses võib klassi jagada viieks rühmaks ja iga rühm saab ühesuguse koguse lund, kuid soola pannakse erinevalt. Tabel täidetakse rühmade andmete põhjal.

8. Tee katsed ja täida tabel katsete põhjal. 

Lume kogus	Keedusoola kogus	Lume ja soola segu sulamistemperatuur
100 g	0                      g	0                                    ºC
100 g	g	ºC
100 g	g	ºC
100 g	g	ºC
100 g	g	ºC
100 g	g	ºC

Andmete analüüsimine ja tõlgendamine.

9. Koosta tabeli andmete põhjal graafik.

Graafiku koostamiseks on vaja matemaatikatunnis korrata graafiku lugemist ja koostamist. Valmistada ette näidismaterjal, mida loodusõpetuse tunnis saab kasutada. Teatavasti esineb õpilastel raskusi teadmiste ülekandel teise ainesse. Kuigi matemaatikatunnis saavad õpilased edukalt hakkama graafiku lugemisega ja koostamisega, on loodusõpetuse tunnis vajalik matemaatika „kodustada“, st uurimuse andmete graafiline töötlus toimugu matemaatika näidismaterjali abil. Graafiku telgede valiku võib õpilastele ette öelda (x-teljele paigutame keedusoola hulga grammides ja y-teljele segu (sulamis)temperatuuri.

Järelduste ja kokkuvõtete tegemine.

10. Kontrolli graafiku põhjal oma hüpoteesi.

10.1. Kirjuta graafiku põhjal seaduspärasus: Mida rohkem on …………………………, seda madalam on ……………………..

10.2. Hüpotees osutus ……………………….. 

Tähtis on, et õpilased sõnastaksid seaduspärasuse graafiku põhjal ja alles seejärel võrdleksid oma tulemust hüpoteesiga. Enamasti on rõõmus äratundmine kindlustatud.

Tulemuste esitlemine ja arutelu.

11. Loe uuesti lugu. Kuidas sinu uurimus võimaldab Priidu küsimusele vastata?

11.1. Leia graafikult, kui palju soola on vaja, et lume ja soola segu sulamistemperatuur oleks -4 ºC. ……………………………………………………………….

11.2. Kui palju on vaja igale ruutmeetrile soola külvata, et lumi sulaks? 

Soovitav on kujundada uurimusest kokkuvõte või kutsuda külaline, kes räägiks, kuidas teedel lumetõrje toimub vms.

Uurimuste liigitus. Välise juhitavuse järgi liigitatakse uurimusi kontrollitud, struktureeritud, juhitud, avatud ja autentseks uurimuseks (Tabel 1).

Tabel 1. Uurimuslike tööde liigitus V Hani järgi (Hani, 2010) .

Erineva tasemega uurimustel on erinevad funktsioonid. Kontrollitud uurimuses on õpilasele kõik ette antud, see sobib uurimuslike põhioskuste omandamiseks biheivioristlikus õppes. Õppijad omandavad üksikteadmisi ja -oskusi. Struktureeritud uurimuses saavad õpilased järelduste tegemisel ja tulemuste esitamisel rakendada iseseisvat mõtlemist. Mida vähem on õpilasele uurimuses ette antud, seda iseseisvamad ja aktiivsemad on nad uurimuse läbiviimisel ja seda enam toimub teadmuse konstrueerimine. Autentne uurimus on sageli seotud õpilase iseseisva sooviga teatud nähtust uurida („Mina tahan uurida, kuidas …“). Sellise uurimuse korraldamine tõstab õpilase õpimotivatsiooni, usku oma võimetesse ja valmisolekut tegeleda loodusteaduslike küsimustega.

Kuhu selles liigituses paigutub näitena toodud uurimus, sõltub palju õpetajast, klassist ja kindlasti eelnevast õpperajast. Kui õpetaja pole õpilastele varem andnud piisaval määral probleemi lahendamise kogemust ja otsustab nüüd uurimistöö läbi viia, siis ootab teda suur pettumus, sest õpilased ei saa põrmugi aru – kõik on uus. Ka hea ettevalmistusega II kooliastme klassile on antud uurimus küllalt keeruline, sest uurimuslikus töös ei saa õpilane liikuda lineaarselt ühelt alaülesandelt (etapilt) teisele. Vaja on rakendada lõimitud oskusi, mis eeldavad konkreetse tegevuse sidumist eelnevate ja järgnevate tegevustega. Näiteks katse kavandamise etapil rakendab õpilane põhioskustest katse parameetrite valikut, sõltumatu ja sõltuva muutuja määratlemist, katseskeemi joonistamist ja ohutusnõuete arvestamist. Samas peab ta rakendama lõimivaid oskusi, mõtlema nii „ette“ kui „taha“.

Juhitud uurimus. Lasteaedades ja koolides on levinud Avastustee materjalid: http://avastustee.ee/.

Need materjalid on kavandatud struktureeritud uurimuste korraldamiseks. Iga teema kohta on olemas täpsed õpetajajuhendid, õpilaste märkmevihikud, kuhu kantakse katsetulemused, andmete töötlemine ja järeldused tööst. Avastustee materjalide suureks väärtuseks on katsevahendite komplektide olemasolu. Materjalid pole vabalt saadaval, kuna nendega ümberkäimine eeldab vastavat koolitust. Lugeja võiks tutvuda avastusõppe põhimõtetega viidatud kodulehe rubriigis „Materjalid“. Samuti annab hea stardi uurimuslikule õppele siirdumisel avastusõppe kursustel osalemine. II kooliastme õpetajatele sobiks teema „Teeme ilma“.

3. Õpetaja tegevus probleemi lahendamise juhtimisel

Õpetaja ei lahenda ise probleemi, vaid juhib protsessi. Juhul kui klass ei saa probleemi lahendamisega piisavalt hästi hakkama, võib probleem olla antud vanuseastme õpilastele liiga keeruline (vt lähiarengu tsooni), probleem pole piisavalt lahti mõtestatud, õpilasi toetav süsteem pole piisav või õpilastel (ka õpetajal) puudub probleemi lahendamise kogemus.

Probleemolukordi saab esitada õpikus ja töövihikus, kuid parimad probleemid on need, mis tekivad tegevuse käigus. Selliseid olukordi on vaja ära kasutada ja kavandada probleemi lahendamine.

Probleemi võiks lahendada rühmatööna, pikituna üleklassitööga, kus esineb nii heuristiline kui uurimuslik õpe.

Probleemi lahendamine peab olema arukas protsessi juhtimine, see ei saa toimida käskudekeeldude keeles.

Probleemi märkamise etapil juhib õpetaja õpilaste tähelepanu ebatavalistele seostele vaadeldavas nähtuses või olukorrakirjelduses. Õpilaste tähelepanu haaramine on sel etapil väga tähtis. Õpetaja tegutseb nii, et kõik õpilased peaksid käsitletavat olukorda tähtsaks. Probleemne olukord võiks olla visualiseeritud. Isegi kui probleemolukord on seotud katsega, on vaja joonisel (fotol) tuua esile tähtsad detailid.

• Probleemi võiks määratleda rühmades, kuid õpetaja ülesanne on suunata probleemi kavandatud lahenduse poole. (Rühm võib täiesti iseseisvalt tegutsedes valida sellise probleemküsimuse, mille lahendus viib tupikteele või pole vahendeid selle probleemi lahendamiseks.) Sellel etapil on tähtis, et kõikidel rühmadel tekiks arusaamine sellest, mida tahetakse probleemi lahendamise tulemusel teada saada.
  • Uurimisküsimus püstitatakse uurimuslikus töös, kuid ka lihtsal probleemi lahendamisel on uurimisküsimus oluline, kuna see annab probleemile täpse sõnastuse, mis on uurimuse mõistmiseks vajalik.
• Eesmärkide seadmine on õpilase individuaalne protsess, mis sõltub mitmetest välistest mõjuritest. Üheks tähtsamaks on probleemi seos õpilase endaga, kuivõrd relevantne on probleemi lahendus õpilasele, tema sõpradele. Loodusalased probleemid ja nende lahendamine on tähtsad õpilastele, kes väärtustavad looduskeskkonda, selle tundmaõppimist ja kaitsmist. Eesmärkide püstitamine on lõimitud probleemi määratlemisega ja sõltub suurel määral sellest, kas õpilane on probleemist aru saanud.
• Alternatiivsete lahendusstrateegiate pakkumine toimub rühmades. Sel etapil on vaja töörühmade koostööd. Õpetaja võib korraldada rühmadevahelise diskussiooni või ajurünnaku.
  • Hüpoteesi püstitamine on omane uurimuslikule tööle, kuid seda võib lasta teha mis tahes probleemi lahendamisel. Kui probleemi lahendamisel puuduvad teaduslikud faktid, millele hüpoteesi püstitamisel toetuda, siis taandub hüpotees oletuseks. Hüpotees või oletus on vajalik õpilaste mõtlemise aktiviseerimiseks: „Kas minu oletus osutus tõeseks?“
• Lahendusstrateegia valik on otsene jätk eelnevale. Õpetaja suunab seda protsessi.
  • Katsega seotud probleemi lahendamisel on vaja katse kavandada. Seda teevad loomulikult õpilased ise, õpetaja demonstreerib neile katsevahendeid. Katse kavandamine suunab õpilasi mõtlema sellele, mida katses on vaja muuta ja kuidas seda muutust juhtida, mille muutumist vaadelda või mõõta (see tuleneb otseselt uurimisküsimusest), aga ka sellele, milliste mõjurite muutust tuleb vältida.
• Lahendusstrateegiat rakendatakse rühmades. Vajaduse korral annab õpetaja rühmadele toetavat infot ja suunab nende tegevust.
  • Katsega seotud probleemi lahendades saavad õpilased katsevahendid alles siis, kui katse on kavandatud. Õpetaja jälgib, et õpilased järgiksid ohutusnõudeid, peaksid katsetamisel korda; abistab õpilasi katsete läbiviimisel, andmete tabeldamisel ja töötlemisel, tulemuste graafilisel esitlusel, järelduste tegemisel ja tulemuste tõlgendamisel (kas hüpotees/oletus osutus tõeseks või mitte).
• Lahenduskäiku hinnatakse rühmasiseselt ja see on seotud kokkuvõttega, tulemuste esitusega. Õpetaja on konsultandi rollis. Kui tulemused esitletakse näiteks postritel vms viisil, siis hinnatakse probleemi lahendust kollektiivselt.

Kokkuvõtteks: õpetaja juhib õpilaste tunnetustegevust, toetab õpilasi puuduoleva infoga, suunab õpilaste otsingud õigele rajale.

Mis on toetus? Toetuse andmise teoreetiliseks põhjenduseks on Lev Võgotski lähiarengu tsooniteooria. Pakkunud õpilasele lahendada ülesandeid kasvava keerukuse järgi, alates hästi lihtsast ülesandest kuni väga keerukani, selgub, et õpilane suudab lahendada iseseisvalt teatud ülesanded (nt õpilane A lahendab esimesed 12 ülesannet, õpilane B esimesed 9 ülesannet) (vt Joonis 2).

Joonis 2 a. Õpilane A suudab välise abiga lahendada ülesanded 13–18.

Joonis 2 b. Õpilane B suudab välise abiga lahendada ülesanded 10–14.

Keerukamate ülesannete lahendamiseks vajavad õpilased välist abi (õpilane A lahendab välise abi korral ülesanded 13–18, õpilane B 10–14). Selgub aga, et alates teatud keerukusest ei suuda õpilane lahendada ülesandeid ka välise abiga (õpilane A ei suuda lahendada ülesandeid alates 19., õpilane B alates 15. ülesandest). Kasvava keerukusega ülesannetest koosnev test võimaldab määrata aktuaalse arengu taseme ja lähiarengu tsooni. Aktuaalse arengu tase on piir iseseisvalt lahendatavate ülesannete ja välise toetusega lahendatavate ülesannete vahel. Lähiarengu tsoon on seotud õpilase suutlikkusega lahendada erineva keerukusega ülesandeid välise toetuse korral (Võgotski, 2005).

Kooli üks ülesanne on õpilasi arendada, areng toimub õpiülesandeid lahendades. Arendava õppe ülesanded asuvad õpilase lähiarengu tsoonis. Õpiülesannet võib kujutada vaimsest trepist ülesastumisena (Joonis 3) (Pata, 2007).

Joonis 3.

Olgu ülesandeks järelduste tegemine tõendusmaterjali põhjal. Õpilasele, kellele ei valmista järelduse tegemine mingit raskust, on ülesanne allpool aktuaalse arengu nivood ja selle lahendamine ei arenda õpilast vaimselt. Kui aga õpilane ei oska järeldust teha, siis vajab ta toetust. Seejuures, sõltuvalt õpilasest, on toetus erinev. Mõni õpilane vajab näidist või isegi ettetegemist (viimast tuleks lugeda äärmuseks ja pigem sellest hoiduda), teine vajab suunavaid vihjeid. Toetust võib õpilane saada teatmeteostest, kaasõpilaselt või täiskasvanult. Saades toetavat infot süstemaatiliselt, suudab õpilane jõuda tasemele, kus teeb iseseisvalt tõendusmaterjali põhjal järeldusi.

Lõpetuseks. Õppides traditsioonilisel viisil, omandavad õpilased teadmisi, lahendades probleeme, omandavad õpilased teadmuse.

Kasutatud kirjandus

Hani, V. (2010). Uurimusliku õppe rakendamine ja praktiliste tööde erinevad realisatsioonid uurimuslikus õppes, magistritöö rakendusfüüsika erialal, TÜ.

Kikas, E. (2010). Tunnetusprotsessid ja nende arengulised iseärasused, avaldatud: Õppimine ja õpetamine I ja II kooliastmes. 17–60. Tartu: ECOPRINT.

Pata, K. (2007). Toetussüsteemid haridustehnoloogilistes õpidisainides, 8. loeng, kättesaadav internetiaadressil http://www.tlu.ee/~kpata/haridustehnoloogiaTLU/loeng8.pdf.

Pedaste, M., Sarapuu, T., Mäeots, M. (2009). Tiigriõpe: haridustehnoloogia käsiraamat. Uurimuslik õpe IKT abil, Tallinn, TLÜ informaatikainstituut.

Põhikooli riiklik õppekava. (2010). Vabariigi Valitsuse 2010.a määruse nr 14 lisa 4. kättesaadav internetiaadressil https://www.riigiteataja.ee/akt/13273133.

Võgotski, L. (2005). Mõshlenije i rech, avaldatud: Psihologija razvitija cheloveka (Мышление и речь. Из книги: Выготский Л.С. Психология развития человека. — М.: Изд–во Смысл; Эксмо, 2005.), kättesaadav internetiaadressil http://yanko.lib.ru/books/psycho/vugotskiy-psc_razv_chel-7-myshlenie_i_rech.pdf.

Soovitav kirjandus

Avastustee materjalid internetiaadressil http://avastustee.ee/.

Olbrei, M., Pärtel, E., Teller, M. (2010). Loodusained, avaldatud: Õppimine ja õpetamine I ja II kooliastmes, 297–318. Tartu: ECOPRINT.

Artikkel avaldatud esmakordselt õppekava veebis põhikooli loodusainete valdkonnaraamatus 2010, ISBN: 978-9949-9110-2-8