Uurimistöö juhendamisest

Indrek Peil, Saaremaa Ühisgümnaasium, 2010

Ameerika psühholoogi Benjamin J. Bloomi järgi on õppe-kasvatustöö tunnetuslike eesmärkide kõrgemateks kategooriateks analüüs ja süntees. Traditsiooniliste õppemeetoditega on nende eesmärkideni jõudmine raske. Küll aga saab õpilastel vastavat suutlikkust arendada uurimistegevuse kaudu. Et füüsika uurimismeetoditeks on teatavasti vaatlus, katse ja andmetöötlus, siis sobib uurimistöö just siin eriti hästi õppetööd mitmekesistama.

Käesolev artikkel uurimistööde korraldusest koolis üldse ja nende kasutamisest gümnaasiumi füüsikaõppe toetamisel põhineb suures osas Saaremaa Ühisgümnaasiumi (SÜG) õpetajate kogemustel. Nimelt on koolis uurimistöid aktiivselt juhendatud juba aastakümneid ning 2001. aastast alates peavad vähemalt ühe uurimistöö koostama ja kaitsma kõik gümnasistid. SÜG-i õpilasteadurid on edukalt esinenud nii vabariiklikel kui rahvusvahelistel konverentsidel ja konkurssidel. Lisaks korraldab gümnaasium ka ise iga-aastast õpilaskonverentsi „Saaremaa miniteaduspäevad“.

Uurimistööde juhendamise ja kaitsmise korraldamine koolis

Eduka õpilasuurimuse valmimise protsessis on oluline tegutsemise järjepidevus ja ajakasutuse õige planeerimine. Tagamaks õpilaste uurimistööga seonduvate tegevuste ühtlast jaotamist kogu õppeaasta kestel ja vältimaks nii õpilaste kui juhendajate kevadist ülekoormust, on soovitatav sisse seada uurimistöö registreerimise ja töö käigu jälgimise kaardid. Iga uurimistöö koostaja saab kaardi, millele märgitakse teema ja juhendaja ning juhendaja allkirjaga fikseeritakse tähtajaliste vaheetappide läbimine. Kaardile kantu lubab hiljem hinnata uurimuse valmimise protsessi ning arvestada seda lõpphinde kujunemisel.

Ühtne kaardisüsteem võimaldab õppealajuhatajal saada uurimistööde valmimise käigust pideva ülevaate ning ennetada olukordi, kus mõni õpilane mingil põhjusel tööga õigel ajal lõpule ei jõua ja selle tõttu kooli lõpetada ei saa. Kooli direktor peaks määrama inimese, kes kõigi lõputööde juhendamise ning kaitsmise protsessi ainuisikuliselt koordineerib. Koordinaatori ülesanneteks on registreerida juhendajad ja teemad, jagada välja arvestuskaardid, fikseerida oma andmetabelis uurimistööde koostamise vaheetappide läbimine ning korraldada kaitsmisi.
Ühe inimese koordinaatoriks määramisest muidugi veel ei piisa, et kogu protsess ladusalt käima läheks. Kindlasti peab kohe alguses kõigile õpilastele ja juhendajatele olema kättesaadav üksikasjalik uurimistööde koostamise ja vormistamise juhend. Teiseks tuleb kindlasti õpilastele õpetada uurimistööde koostamist ja vormistamist spetsiaalsel kursusel. Seda võib teha ka internetipõhise e-õppe teel paralleelselt uurimistöö koostamisega. Kolmandaks peab läbi viima ühise õpetajakoolituse, et kõik juhendajad juhendit sarnaselt mõistaksid ning oskaksid juhendatavatele võrdseid nõudmisi esitada. Neljandaks on vaja tagada, et uurimistööde juhendamise ja kaitsmise protsessis osaleks kogu pedagoogiline kollektiiv enam-vähem võrdselt koormatuna. Kui koolis on sadakond abiturienti ja 50 õpetajat, võib kehtestada näiteks nõude, et õpetajal pole õigust keelduda uurimistöö juhendamisest, kui ta juba ei juhenda vähemalt kaht tööd.

Uurimistööle esitatavad põhinõuded

Sõltumata teemast ja vormist peab uurimistöö täitma kindlaid nõudeid. Esimeseks nõudeks on see, et töö sisaldagu uurija oma panust. Ei piisa vaid kirjandusallikatest leitud mõtete oma sõnadega ümberkirjutamisest. Nii saadakse pelgalt referaat. Tulemus peab kasutatud algmaterjaliga võrreldes sisaldama midagi kvalitatiivselt uut. Omapoolse panuse andmiseks on palju teid: vaatlused, katsetega tehtavad mõõtmised, küsitlused, intervjuud, õppevahendi koostamine, millegi valmisehitamine, kirjandusallikatest leitud materjali süstematiseerimine ning üldistamine jne.

Teiseks peab igal uurimistööl olema selgelt sõnastatud uurimiseesmärk. Kõik algab mingist lahendamist ootavast probleemist. Probleemi lahendamiseks püstitatakse hüpoteesid ehk oletused. Uurimuse eesmärk on neid hüpoteese kas kinnitada või ümber lükata. Probleemi selgitus, hüpoteesid ja uurimisülesanne sõnastatakse uurimistöö sissejuhatuses.

Kolmandaks peab teaduslikus uurimistöös kindlasti olema kuus kohustuslikku osa: 1) tiitelleht; 2) sisukord; 3) teemat, uurimiseesmärke ja meetodeid tutvustav sissejuhatus; 4) soovitatavalt kolmeks mahult võrdseks osaks jagatud sisuline osa, kus esitatakse ülevaade teemakohasest kirjandusest, oma uurimistegevuse kirjeldus ning saadud tulemused koos analüüsiga; 5) kokkuvõte saadud tulemuste ja järeldustega ning 6) kasutatud allikate loetelu. Vajaduse korral võib töösse panna ka lühendite loetelu ja lisad.

Neljandaks kehtib kõikidele kasutatud allikmaterjalidele viitamise nõue. Teksti sees tuleb viidata nii raamatutele, artiklitele, internetilehekülgedele kui ka arhiivimaterjalidele, isiklikele fotokogudele ja autori poolt intervjueeritutele. Õpilane peab harjuma intellektuaalset omandit väärtustama ja mõistma, et viitamata jätmise korral on tegu plagiaadi ehk vargusega. Noorte seas on laialt levinud väärarusaam, et kui raamatust leitud mõtted on oma sõnadega ümber kirjutatud, siis polegi viidata vaja.

Füüsika omandamist toetavad uurimisvaldkonnad

Füüsikateemaline uurimistöö ei pea sugugi olema hästi sisustatud laboris läbi viidud klassikalisel eksperimendil põhinev uurimus. Tööd võivad olla vägagi erinevad ja täppisteaduslikust füüsikast esmapilgul kaugel. Teadusliku tunnetusprotsessi olemust, töö koostamist ja vormistamist õpetavad nad sellegipoolest kõik suurepäraselt.

Kindlasti peaks füüsikaõpetaja välja pakkuma ja juhendama eksperimentaalseid uurimistöid, kus õpilane viib läbi katseid ja sooritab mõõtmisi. Siin saab hästi ära kasutada mitmesuguseid andmehõiveseadmega ühendatud andureid. Uurida saab õpi- ja elukeskkonda, võrrelda valgusallikaid, määrata kehade erinevaid omadusi, leida sõltuvusi, otsida energiasäästu võimalusi jms.

Neile, kellele meeldib meisterdada, sobivad praktilise väljundiga tööd. Ehitatakse näiteks tuulegeneraator, akvaariumi termoregulaator või elektrikitarr ning uuritakse selle toimimist. Eelnevalt otsitakse ja töötatakse läbi muidugi ka teemakohast kirjandust.

Õpetajale on tarbimisväärtuslikud füüsikaõpetuse metoodika alased tööd. Ka need on enamasti praktilise väljundiga. Õpilased saavad erinevatest allikatest kokku otsida füüsikaülesandeid, need siis läbi lahendada ja koondada ülesannete koguks. Võib ehitada mudeleid ja demonstratsioonivahendeid, filmida nähtusi selgitavaid videoklippe, koostada füüsikateemalisi arvutiesitlusi, foto- ja lingikogusid ning interaktiivseid õpilehekülgi. Lõpuks saab kokku panna isegi temaatilise füüsikaõhtu kava ning selle õhtu ise ka läbi viia.

Neile, kellele täppisteadused vähem sobivad, saab välja pakkuda humanitaarsemaid teemasid. Näiteks võib läbi viia koduloouurimusi mitmesuguste füüsikarakenduste (elekter, telefon, raudtee, veevärk, digi-TV jne) kasutuselevõtust oma kodukandis. Kindlasti on ajaloolise väärtusega isiku-uurimused legendaarsetest õpetajatest ja oma koolist või kodumaakonnast pärit füüsikutest ja inseneridest. Füüsikaga saab siduda isegi keele- ja kirjandusuuringuid. Võib uurida suuruste ning ühikute tähiste ja füüsikaterminite keelelist päritolu või analüüsida kõikvõimalike füüsikanähtuste ning -probleemide kajastamist luules ja ilukirjanduses. Kuigi sellised humanitaarse suunitlusega tööd on füüsikateadusest kaugel, panevad nad siiski õpilase mõnesse füüsikateemasse põhjalikumalt süvenema ja toetavad sellega loodusteadusliku maailmapildi kujunemist.

Õpilasele sobiva uurimisteema leidmine

Teemavalik on määrava tähtsusega. Teema olgu õpilasele huvipakkuv ja samas jõukohane. See ei tohi olla liiga lai, kuid peab siiski võimaldama täita kõik uurimistööle seatud nõuded. Pole vaja karta, et töö ei tule piisavalt teaduslik. Õpilasuurimuse eesmärgiks pole ju suured avastused, mis teadust edasi viivad, vaid teaduse tegemise õppimine. Omaaegne Tartu Descartes’i Lütseumi õpetaja Tanel Lepsoo on öelnud, et teadustöö kogemuste omandamiseks ei pea esimesel korral midagi ääretult keerukat ja üliteaduslikku tegema. Tähtis on lihtsalt kõik selle erinevad etapid läbi mängida.

Meelepärase ja jõukohase teema otsimist võiks õpilane alustada iseendast. Mis teda eriti huvitab, millega ta vabal ajal tegeleb? Sageli on uurimistööd kerge seostada hobiga. Teiseks tasub läbi mõelda oma võimalused info hankimiseks või katsete läbiviimiseks. Äkki on sugulaste-sõprade hulgas inimesi, kellel elukutse või harrastuse tõttu rohkesti huvipakkuvat teavet või töökoda seadmetega, kus eksperimenteerida saaks? Kolmandaks võib õpilane siduda uurimistöö oma tulevikuplaanidega. Kui näiteks on soov õppimist jätkata filmitegemise alal, tuleb sisseastumisel kasuks, kui on ette näidata omatehtud videoklippe või animatsioone. Miks siis mitte koostada uurimistööna videoklippe ja animatsioone sisaldav õppevahend!

Sageli on õpilased leidlikud ja pakuvad põneva ja väga hea teema ise välja. Siis jääb juhendajal üle vajaduse korral vaid soovitada teemat konkretiseerida või sobivamalt ümber sõnastada. Ülejäänutele peab teema leidmisel abiks olema kool. Soovitav on luua teemapank ehk suur õpetajate poolt välja pakutud teemade kogu. Iga teema juures olgu ka õpetajate nimed, kes on nõus juhendajaks hakkama. Kindlasti on abiks ka varasemate uurimistööde nimekiri. See, et keegi on teemat juba varem uurinud, ei vähenda töö õpetuslikku eesmärki, pigem suurendab. Lisandub nüüd ju võimalus oma tulemusi varasematega võrrelda. Kui oma koolil on varasemaid töid vähe, võib neid otsida ka teiste koolide kodulehtedelt. Teemapank ja varasemate tööde nimekiri tuleb teha kõigile õpilastele kergesti kättesaadavaks ja nende olemasolule peab aeg-ajalt tähelepanu juhtima.

On õpilasi, kes ennast alahinnates ei julge oma valitud teemaga välja tulla või kardavad õpetajat endale juhendajaks paluda. Selliste olukordade avastamiseks tuleb teemade registreerimise protsessi hoolikalt jälgida ning vajaduse korral individuaalselt läheneda. Individuaalselt on soovitatav läheneda ka siis, kui õpetajal on mõni hea teema ja ta teab õpilast, kellele see sobiks. See, kui õpetaja ise end juhendajaks pakub, on õpilasele tunnustus ja ta võtab selle tänuga vastu.

Juhendaja osast uurimistöö valmimise protsessis

Juhendaja ja õpilase vahel peab toimuma koostöö. Juhendaja roll on selle juures õpetav, abistav, meeldetuletav ja innustav. Juhendaja ei tohi midagi õpilase eest ära teha, vaid peab vajalikele tegevustele suunama. Näiteks pole vaja hakata üles lugema vormistusnõudeid, selle asemel tuleb lihtsalt juhendile viidata. Õpetaja ei otsi vajalikke kirjandusallikaid ise üles, vaid näitab, kuidas neid raamatukogude andmebaasidest ja internetist otsida saab. Loomulikult pole siiski välistatud, et juhendaja ka oma raamaturiiulist midagi välja toob.

Tööprotsessi alguses peab juhendaja kindlasti abiks olema ajakava planeerimisel. Et tegevused lõppu kokku ei kuhjuks, peab algusest peale selge olema, millal otsitakse kirjandust ja seda läbi töötatakse, millal tehakse katseid ning kogutakse ja töödeldakse muid andmeid, millal valmib esialgne mustand… Lisaks lepitakse kokku lähemate uute kohtumiste kuupäevad, mida õpetaja vajaduse korral meelde tuletab. Teiseks lõpptulemust määravaks tähtsaks tööks, millel juhendaja pilku peal hoiab, on uurimistöö kava koostamine.

Pärast kava koostamist ja selle ellurakendamist jälgib juhendaja töö edenemist, annab nõu ning aitab surnud punkte ületada. Kindlasti peab juhendaja töö vormistusliku külje enne komisjonile esitamist põhjalikult üle vaatama. Eraldi tähelepanu nõudvaks etapiks, kus juhendaja saab õpilasele toeks olla, on kaitsmise ettevalmistamine.

Õpilast saab innustada ja tunnustada valmivale uurimistööle lisaväljundeid pakkudes. Näiteks võib korraldada oma kooli konkursi või suunata töö mujale võistlustele ja konverentsidele.

Uurimisandmete kogumine ja töötlemine

Füüsikateemalised tööd eeldavad pea alati vaatlus- või katseandmete kogumist ja töötlemist. Kui vaatlused ja katsed viib õpilane ise läbi, tuleb eelnevalt välja töötada sobiv protokollivorm. Väga hästi võib töös kasutada ka teiste uurijate kogutud andmeid. Näiteks on võimalik ligi pääseda Eesti meteoroloogia ja hüdroloogia instituudi ilmavaatluste andmebaasidele ning ülemaailmse programmi GLOBE raames õpilaste poolt kogutud keskkonnaandmetele.

Kui andmeid kogutakse küsitluse teel, saab seda teha internetipõhiselt. Tänapäeval leidub palju teenusepakkujaid, kes võimaldavad kerge vaevaga koostada elektroonilisi ankeete ning nende abil interneti kaudu küsitlusi läbi viia ja andmeid koguda. Küsitlusi on võimalik teha ka noorte hulgas populaarsete suhtlusvõrgustike kaudu.

Kvantitatiivsete (arvuliste) andmete töötlemiseks kasutatakse loomulikult arvutit. Õpilasuurimuste puhul piisab täielikult kontoritarkvarapakettidesse kuuluvatest tabeltöötlusprogrammidest. Need võimaldavad teha arvutusi, statistilist andmetöötlust, uurida sõltuvusi ning joonistada diagramme ja graafikuid. Siinjuures on vajalik, et õpilane tehtavast ise ka sisuliselt aru saaks. Kindlasti tuleb mõõtmisandmete töötlemisel arvestada mõõtmismääramatusega ning küsitluste puhul hinnata valimi mahtu ning tulemuse usalduspiire.
Kvalitatiivsete (sõnumiliste) andmete töötlemisel kasutatakse tavaliselt sedeldamist, süstematiseerimist ja grupeerimist, mida on otstarbekas teha käsitsi.

Näiteid füüsikaga seotud uurimisteemadest

Füüsikateemaliste uurimisteemade leidmise lihtsustamiseks on allpool esitatud valik Saaremaa Ühisgümnaasiumis viimase 20 aasta kestel koostatud ja kaitstud töödest. Nagu näha, on teemaspekter lai: koduloouurimustest ja küsitluste läbiviimisest kuni seadmete ehitamise ja katsetamiseni välja. Kindlasti tekib neid teemasid uurides palju uusi ideid. Kui aga uusi mõtteid kohe ei leia, võib ka varasemaid töid korrata. Füüsikalise tunnetuse seisukohalt on neil õpetuslik väärtus ikka alles.

• Füüsikaliste terminite ja tähiste keeleline päritolu
• Füüsikaolümpiaadide maakonnavoorud läbi aegade (olümpiaadiülesannete analüüs)
• Elekter Saaremaal (koduloouurimus elektri kasutuselevõtu ajaloost)
• Füüsikaõpetaja Endel Kurgpõllu elust ja tööst
• Caius Plinius Secunduse maailmakäsitlus (ülevaate andmine ja võrdlus nüüdisaegsega)
• Tuumaenergeetika kasutuselevõtu perspektiivid Eestis (kirjanduse analüüs, teadlaste intervjueerimine, arvamusküsitluse läbiviimine)
• Erinevate olmevalgusallikate võrdlus (hõõglampide ja erinevate säästulampide võrdlus)
• Äikesevaatlused Muhus 2006. aastal
• Patareide vastupidavuse testimine
• Eesti õhutemperatuuride erinevused nov 2010 – veebr 2011 (ilmajaama andmete põhjal)
• Kruusakattega teede mõju elukeskkonnale ja turismile (õhu tolmusisalduse määramine ja elanike küsitlus)
• Autotranspordi mõju atmosfäärile (õhutahma mõõtmine erineva liiklusega paikades)
• Klassiruumi 220 õhutemperatuuri vastavus tervisekaitsenõuetele
• Õhu keemiline koostis SÜG-i klassiruumis 320
• Valgustid ja energiasääst Saaremaa Ühisgümnaasiumis
• Energia säästlik kasutamine SÜG-i 11. klasside õpilaste kodudes
• Mehaaniliste liikumiste liigitamine ja kirjeldamine (õppevahend)
• Füüsika õppevahend (omafilmitud videoklippe sisaldav arvutiesitlus)
• Õhk meie ümber (füüsikaõhtu kava koostamine ja läbiviimine)
• Päike – õhkküttepaneeli ehitamine ja selle kasutamine Saaremaa talves
• Tuulegeneraator oma majapidamisse (generaatori ehitamine ja töölerakendamine)
• Tesla trafo (trafo ehitamine ja katsetamine)
• Ruuporkõlar LAB-horn (ehitamine ja parameetrite mõõtmine)
• Sõiduauto Lada 1600 cm³ mootori toitesüsteemi modifitseerimine (karburaatori täiustamine ning mootori võimsuse ja ökonoomsuse testimine)