Uurimistöö juhendamisest gümnaasiumi füüsikakursuste raames

Mart Kuurme

Füüsika ja loodusõpetuse õpetaja

I Uurimistöö tunnis 

Füüsika kui loodusaine õppimine põhineb avastamisel. Kui õppetund seda ei võimalda, siis kujuneb füüsikatund lugude kuulamiseks teiste tarkade inimeste tehtust, halvemal juhul aga matemaatikatunniks, mis on harjumuspärasest segasem. Nimelt on füüsikas arvu järel üldjuhul ühik, mis tähendab, et sümbol valemis pole abstraktsioon, vaid temas on peidus reaalsust kirjeldav füüsikaline sisu.  Kui õppija seda sisu ei mõista, saab sõnast valem lihtlabane vale. Sest inimene, kes peab seoseid I = U/R ja  R = U/I võrdväärseteks Ohmi seaduse väljendusteks, pole mõistnud erinevust põhjusliku seose (seaduse) ja lihtsalt seose ehk arvutusvalemi vahel. Kui õpilane aga on selle seose ise katse käigus välja uurinud, siis ta teab, millise sümboli (U, I või R ) väärtust ta muutis, millise samaks jättis ja millise väärtused tehtud muutustest sõltusid. Ühesõnaga: praktiline töö, mille kaudu otsitakse ja õnneks ka leitakse seoseid, mis nii ümbritsevas keskkonnas kui meie endi kehas protsesse juhivad, on üks uurimistöö liike. Praktilisi töid tehakse enamasti rühmades, mis aitab lisaks ainealaste teadmiste avardamisele arendada ka sotsiaalseid oskusi. Sellised uurimistööd on koolis ikka olnud ja loodetavasti ka jäävad.

Teine liik uurimusi on uurimus allikate (kirjanduse, interneti, oma ala asjatundjate) abil. Ka neid uurimistöid on loodetavasti kõik õpilased teinud ja võib-olla teevad edaspidigi. Sedasorti uurimistööde väljundiks võivad olla esitlused, referaadid, keerukate teemade üksteisele selgitamine klassi ees. Olen ise üks neist, kes on selliseid ettevõtmisi, kus üks-kaks õpilast teevad kõigepealt endale midagi olulist selgeks ja siis seda klassikaalastele edasi annavad, väga vajalikuks ja meeldivaks töövormiks pidanud ja peab ka edaspidi. Sellised uurimistööd aitavad õppida oma võimeid tundma ja lasevad õnnestunud esinemisest tunda suurimat rõõmu, sest on saavutatud võit iseenda (laiskuse) üle. Ilma raskuste ületamiseta seda rõõmu ei tunne. Aga kuna kõik õpilased on selliste uurimistöödega hakkama saanud, on ka kõik seda rõõmu tundnud. Seda muidugi eeldusel, et uurimistöö teema on valitud õpilase enda osalusel. „Otsige üles oma tugevad küljed, nõrgad kohad löövad välja niikuinii!“ võiks siin olla lipukirjaks. Viimastel aastatel olen pidanud sellistele suhteliselt lühikese ettevalmistuseajaga ja konkreetsetele uurimustele gümnaasiumis pidurit tõmbama. Nimelt on õpilaste õlgadele asetatud ränkraske lisakoormus teha ühe õppeaasta (11. klass) jooksul lisaks kõigele muule tavapärasele ka põhjalik ja kindlatele vorminõuetele vastav uurimistöö. Õpilaste ränka koormust ja väsimust nähes tuleb õpetajal teha korrektiive ka oma töö korralduses.

II Uurimistöö laiemas tähenduses

Haridus- ja teadusministri määruses 15.04.2011 § 25. Gümnaasiumi lõpueksamid  (RT I, 12.04.2011), 17 lõigus 13 öeldakse, et ühe koolieksami võib gümnaasiumilõpetaja sooritada praktilise tööna või ainealase uurimusena. Uue gümnaasiumi riikliku õppekava (RT I, 14.01.2011, 2) 5. jaos Hindamine ja gümnaasiumi lõpetamine § 18. Kokkuvõtvad hinded ja gümnaasiumi lõpetamine on sees järgmine nõue (nõue nr 4): õpilane on sooritanud gümnaasiumi jooksul õpilasuurimuse või praktilise töö, välja arvatud kooli lõpetamisel eksternina.

Seega on võimalusest saanud nõue. Füüsikatundides kolme gümnaasiumiaasta jooksul tehtud praktiliste tööde hulk võib ulatuda kümnetesse. Millised on nõuded gümnaasiumi lõpetamisel nõutavale füüsikaalasele praktilisele tööle? Kas üldse on olemas ühtseid nõudmisi? Nendele küsimustele allakirjutanu täna kahjuks vastata ei oska.

Uurimistööde tegemiseks on juhendid paljude koolide kodulehekülgedel kõigile kättesaadavad. Selgesti on välja toodud erinevate kirjalike tööde iseärasused (uurimistöö, essee, referaat jt). Seetõttu on käesoleva kirjutise eesmärk eelkõige jagada aastatepikkusi kogemusi väiksema kogemusega juhendajatega. Selle loo autoril on üle kümne aasta pikkune kogemus uurimistöö juhendamise alal meie, Eesti õppekavade alusel töötavates koolides ja ka põgus, alla aastane staaž kahe rahvusvahelise bakalauruseõppe (IB) füüsikaalase extended essay (edaspidi EE) juhendajana. EE on paljus meie uurimistöö analoog.

Füüsikaalaseid uurimistöid on mul igal aastal olnud au juhendada keskmiselt kaks-kolm, rekordiliselt seitse. Üle kolme töö üheaegne juhendamine on väga suur lisakoormus, kuid õpilase palvele eitavalt vastata on veelgi raskem. Mõnel aastal lihtsalt klapib klassiga koostöö sedavõrd hästi. Hea töö valmibki üldjuhul selle klassi õpilasel, keda juhendaja ka ainetunnis õpetab. Väga hea töö sünnib siis, kui on võimalik leida teiseks juhendajaks oma ala tõeline asjatundja, näiteks kõrgkoolist. Teine oluline tegur sellise uurimistöö valmimisel, millega on lootust ka üleriigilistel konkurssidel (Archimedes, GLOBE) edu saavutada ja sealtkaudu ka rahvusvahelisele areenile jõuda, on aeg. Suurte eesmärkide nimel on õpilased valmis taluma ka tohutut lisakoormust igapäevase õppetöö kõrval. Juhendaja-õpetaja ees seisab sel juhul eetiline probleem, kas õpilast tagasi hoida (igapäevatöö võib unarusse jääda) ja ka õpetaja ajalised ressursid pole lõputud. Teise, koolivälise juhendaja leidmine on väga entusiastlikele õpilastele parim lahendus. Kuid koolipoolse juhendaja roll jääb seejuures vähemalt töö algusjärgus ikkagi tähtsaks.

Uurimistöö algab teema valikuga. Kõige parem variant on see, kui õpilasel endal on küsimus, millele ta tahab vastuse leida. Paraku on sellele vastuse leidmiseks sageli vaja kõigepealt oma füüsikaalaseid teadmisi tunduval määral laiendada ja täiendada. See enesetäiendamine võib kujuneda sedavõrd mahukaks ja aeganõudvaks, et uurimistööks ettenähtud aeg kulubki enamjaolt selleks. Siinkohal kerkibki küsimus, kas töö, mida tehes on õpilane teinud endale selgeks teema, mõne füüsikateooria ja selle kaasõpilastele arusaadavas vormis kirja pannud, võiks lugeda uurimistööks? Minu arvates võiks küll. Ega eksperimentaalfüüsika ole ainuke füüsikaharu. Ilma julgete, vaidlusaluste  ideede ja teooriate loomiseta polekski teaduses arengut. Samuti võiks uurimistööks olla uue katse ehk praktilise töö juhendi väljatöötamine koos selle katsetamisega õpilasgruppidega. Ka sobiks füüsikaalaseks uurimistööks mõne teemavaldkonna praktiliste tööde juhendite koostamine nüüdisaegsete vahenditega läbiviimiseks. Ka pedagoogika on teadus. Leidmaks koolidesse uusi õpetajaid, võiks lasta õpilastel avastada juba kooliajal oma pedagoogilisi võimeid.

Ei ole õige, et gümnaasiumides on uurimistöö tehtud nüüd kõigile kohustuslikuks. Eelkõige puudutab see õpilasi, kes on seadnud eesmärgiks saavutada edu aineolümpiaadidel. Et olla edukas üleriigilisel, seda enam rahvusvahelisel aineolümpiaadil, teevad nad üldjuhul määratu suurt ettevalmistustööd, mis on sõna otseses mõttes uurimuslik. Ülemaailmse olümpiaadi medalivõitjate enesehinnang on sedavõrd kõrge, et nad ei saa ka uurimistöös endale lihtsaid eesmärke seada. Aga kõige üheaegselt tegemine võib ka tippõpilasele enesehävituslikult mõjuda. Kas ei võiks neile jätta võimalust teha teaduslikku uurimistööd seal, kus on nende tasemel juhendamine nii-öelda käe-jala juures, see tähendab kõrgkoolis? Selliste õpilaste taseme juures ei ole kooli uurimistöö tegemisel enamasti märkimisväärset hariduslikku lisaväärtust. Avatud maailmas elades on tähtis, et ka üldhariduskoolis tehtavad muutused oleksid kooskõlas rahvusvaheliste nõudmistega. IB extended essay kuulub õppekavasse harmoonilise õppekava osana, mida ideaalis nähakse lausa õppekava sisulise keskpunktina. See tähendab, et EE on gümnaasiumi lõputöö, mida gümnasist alustab gümnaasiumiõppe ajalises keskpunktis, st 11. klassi kevadtalvel, ja mis peegeldab antud teemal nii tundides kui iseseisva uurimistöö käigus omandatud teadmisi ja oskusi.

Ideaal ideaaliks, aga reaalselt tähendab EE meie mõistes iseseisvat uuringut, mille peaks esitama kuni 4000 sõna sisaldava kirjaliku tööna, mis peaks 40 tunniga tehtud saama. Valemid, lisad jms nende 4000 sõna hulka ei kuulu. Berliinis toimunud IB õpetajate koolitusel väitis koolitaja, et kui õpilane avaldab õpetajale soovi füüsikaalase EE kirjutamiseks, tuleb õpilast paluda veel kümme korda mõelda, enne kui otsustada füüsika kasuks. Miks? Ei tea. Minu esimesel tööaastal IB õppekavaga valis füüsikaalase EE aga kaks õpilast! Aasta pärast on näha, kuidas valik end õigustas.

Nüüd aga mõned nõuanded, kuidas saaks füüsikaõpetaja oma õpilast füüsikaalase uurimistöö tegemisel abistada.

1. Kuigi uurimistöö ei pea sisaldama eksperimentaalset osa, on puhtalt teoreetilise teema valik töödele kehtestatud kõrgete nõudmiste tõttu õigustatud vaid füüsikas väga tugevatele. Edasised soovitused täpsustavad, kuidas eksperimentaalse töö valik aitab tagalat kindlustada.
2. Teema ei pea olema väga ambitsioonikas. Ka näiliselt lihtsa probleemi kallal nokitsemine võib pakkuda piisavalt infot, mis väärib üleskirjutamist. Uurimistöö tulemus ei pea ju olema avastus, tõde, mida keegi ei ole varem avastanud. Protsess on vähemalt koolifüüsikas pea sama tähtis kui tulemus.
3. Kuigi allakirjutanu arvates võiks õpilase uurimistöö olla seotud mõne teise loodusainega, on soovitatav siiski piirduda puhtalt füüsikalise probleemiga. Nimelt on edukas õppetöö gümnaasiumis väga pingeline ja uurimistöö võib liiga laia teema valiku puhul piiratud ajalimiidi tõttu laiali valguda, kujuneda üldsõnaliseks. Teema võib küll olla väga põnev, aga konkreetsetel tulemustel koos mõõtemääramatuste hindamise ja analüüsiga on siiski suurem väärtus kui põnevusel.
4. Uurimistöös peaks kindlasti selgesti peegelduma kooliprogrammis sisalduva kõrval ka õpilase oma panus.
5. Kui valitud teemal ei saa uurimistöö millegipärast hoogu sisse, võib soovitada teemat vahetada. Nähtud vaev ja saadud kogemus võivad uues olukorras leida parema väljundi. Eriti juhul, kui on leitud küsimus, millele vastuse leidmine tõepoolest huvi pakub.
6. Otsustava tähtsusega on eksperimentaalse uurimistöö küsimuse sõnastamine. Sellele vastamine nõuab tööd kirjandusega ja katse planeerimist, mida on ka tundides praktilistes töödes tehtud. Tööd tehes võib saada tulemusi, mis viivad mõtted uutele radadele. Tähtis on mitte sattuda liiga kaugetele radadele ekslema. Tuleks keskenduda vastuse leidmiseks püstitatud küsimusele.
7. Miks on eksperimentaalse uurimistöö valik enamikule õpilastest kindlam kui muud võimalikud valikud? Sest eksperimendiga kogutakse igal juhul andmeid, mida analüüsida. Ka siis, kui tundub, et töös ei õnnestunud püstitatud küsimusele selget vastust leida, on omaette väärtus analüüsil, miks see valitud vahenditega kõige paremini ei õnnestunud.
8. Tuleks tungivalt soovitada juhendataval teha järjekindlalt märkmeid oma töö käigust, samuti märkida kohe korrektselt üles kasutatud allikad.
9. Koos juhendatavaga tuleb kokku leppida tähtajad töö üksikute etappide osas. Kui tähtaeg saabunud, arutatakse läbi tehtud töö ja otsitakse lahendusi üleskerkinud probleemidele. Kindlate tähtaegade seadmine tagab ühelt poolt töö õigeaegse valmimise, teisalt annab juhendajale kindluse, et töö tegijaks on tõesti tema juhendatav ise.

Lõpuks olgu siin kirja pandud ka need 11 kriteeriumit, mille alusel rahvusvahelises bakalaureuseõppes uurimistööd (extended essay) hinnatakse.

1. Füüsikalise sisuga, mitte lihtsalt füüsikaga seotud küsimuse püstitamine.
2. Sissejuhatus, milles esitatakse lugejat uuritava teema mõistmisel abistav taustainfo, peaks asetama esitatud küsimuse kindlatesse raamidesse.
3. Uurimusliku osa kirjeldamine, kus on selgesti eraldatud see, mida õpilane ise tegi. Kõik andmed tuleb esitada koos mõõtemääramatustega ning mitte unustada mõõtemääramatusi üheski kirjes kogu töö jooksul. Kui on kasutatud teiste uurijate saadud andmeid, tuleb allikatele nõuetekohaselt viidata. Ka siis, kui uurimistöö küsimus on leitud mujalt, nt internetist, tuleks allikale viidata.
4. Töö peab peegeldama rakendatud füüsikateooria süvitsi valdamist.
5. Töö ülesehitus peaks võimaldama siduda tervikuks sissejuhatuses püstitatud küsimuse, saadud mõõtmistulemused ja tehtud järeldused.
6. Kuna enamik füüsikaalaseid uurimistöid nõuab matemaatiliste oskuste rakendamist, peab töös peegelduma kasutatud matemaatika mõistmine. Kõik arvutused tuleb ausalt esitada, ei tohi peita ebasobivaid tulemusi.
7. Füüsikalisi termineid ja sümboleid tuleb kasutada korrektselt.
8. Järeldused peavad loogiliselt tulenema läbiviidud eksperimendist. Kui katse ei kinnita hüpoteesi, tuleb tugineda katsetulemustele, mitte klammerduda oma arvamuse külge. Kui tulemuste mõõtemääramatused on väga suured, tuleks selgitada, kuidas need mõjutavad tehtud järeldusi. Juhul, kui mõõtmistulemused ei veena uurijat selge järelduse tegemiseks, tuleks teha ettepanekud, kuidas võiks uurimist jätkata, et saavutada parem tulemus.
9. Vormistamine olgu korrektne. Töö peab sisaldama tiitellehte, kokkuvõtet, sisukorda, leheküljenumbreid, viiteid, kasutatud allikate loetelu.
10. Kokkuvõte on ülevaade kogu uurimistööst, sisaldades nii uurimisküsimust, kasutatud meetodit kui ka järeldusi.
11. Terviklikkus. Ka siis, kui uurimistöö ei ole väga hästi kirjutatud, võib selle eest saada kõrge hinnangu, kui uurija on näidanud end originaalse mõtlejana, planeerides katse leidlikult. Intellektuaalset initsiatiivi, loomingulisust, intuitsiooni, originaalsust ja loomingulisust hinnatakse uurimistöös kõrgelt.

Kohtumiseks juhendajaga uurimistöö tegemise ajal on rahvusvahelise bakalaureuse juhendmaterjalides soovitatud 3-4 tundi. Seega kujutab uurimistöö endast tõepoolest õpilase iseseisvat tööd.

Artikli kirjutamisel on kasutatud Chris Hamperi koostatud kogumikku Berliinis     8.–10. oktoobrini 2010 toimunud seminariks inThinking, millest artikli autor ka osa võttis.