Tago Sarapuu, Tartu Ülikool, 2010
Loodusainete õpetamisega kujundatakse loodusteaduste- ja tehnoloogiaalast kirjaoskust. Sellega taotletakse, et gümnaasiumi lõpetajad saavad aru elus ja eluta looduses toimuvatest protsessidest, oskavad neid selgitada mikro-, makro- ja megatasandil ning mõistavad mudelite osa reaalsete objektide ja protsesside esitamisel. Eeldatavate õpitulemuste saavutamiseks rakendavad õpilased uurimuslikku õpet ning teisi praktilise töö meetodeid ning oskavad esitada suuliselt ja kirjalikult vaatluse või uuringu tulemusi. Suur abi on haridustehnoloogilistest vahenditest ning nendele tuginevatest arvutimudelitest ja -simulatsioonidest. Kõik see seostub omakorda visuaalse kirjaoskusega, mida arendatakse läbivalt kõigis õppeainetes.
Visuaalse kirjaoskuse (visual literacy) mõiste pärineb XX sajandi 60ndatest (Debes, 1968, 1969). See hõlmab mitmeid tegevusi ja oskusi, mis on seotud visuaalse info eritüübiliste esitustega, neist arusaamisega ning ülekandega teistesse info esitamise vormidesse. Loodusainetes peetakse enamasti visuaalse kirjaoskuse all silmas kolme omavahel tihedalt seotud tegevust ja nendega kaasnevaid oskusi (nt Avgerinou 2003):
- Visuaalse (pildilise) info analüüsimine ning selle esitamine verbaalses vormis. See eeldab ühtlasi nii suulist kui ka kirjalikku väljendusoskust.
- Verbaalse info analüüsimine ja selle ülekandmine otstarbekalt valitud visuaalsesse vormi. Pildilise materjali koostamine võib lähtuda nii suulisest kui ka kirjalikust esitusest. Seejuures on tähtis sobivaima visuaalse vormi valik ning nõuetekohane rakendamine.
- Ühes vormis esitatud visuaalse info analüüsimine ja selle ülekandmine teise visuaalsesse vormi. See on kõige komplitseeritum ning tugineb kahele eelnevale tegevusele ning nendega seotud oskustele. Ülesande täitmiseks tuleb algne pildiline info üle viia verbaalsele kujule ning selle alusel koostada vormilt teistsugune visuaalne esitus.
Visuaalse kirjaoskuse kujundamine eeldab kõigi kolme loetletud tegevuse ja nendega seotud oskuste kompleksset arendamist. Paraku pööratakse enamikus loodusainetes tähelepanu üksnes visuaalse info analüüsile ja selle verbaalsele esitusele. Vähem kohtame ülesandeid, mis nõuavad verbaalse info alusel pildilise esituse loomist ning kahe visuaalse esituse omavahelist seostamist. Ühe pildilise materjali alusel teise koostamist enamasti ei käsitletagi. Järgnevalt selgitame, mis tähtsus on visuaalsel kirjaoskusel ning mis tüüpi ülesanded seda arendavad.
Millest tuleneb visuaalse esituse rakendamise vajadus?
Õppimise tulemuslikkus sõltub õpimaterjali sisust, õpilaste võimekusest, nende eelteadmistest ning mitmetest teistest teguritest. Samas on leitud, et suur roll on ka info esitamise vormil – kas see on esitatud verbaalselt, visuaalselt või samaaegselt mõlemal kujul (nt De Jong 1998; Kanselaar jt 2000). Paljudel juhtudel on info pildiline esitus andnud paremaid õpitulemusi kui sama teabe rakendamine kirjalikul kujul (nt Larkin ja Simon 1987; Stenning ja Oberlander 1995). Ühtlasi on leitud, et pildiline materajal aitab edukamalt kujundada seostatud arusaamist loodusainete erinevate teemade vahel (nt White 1993; Zhang ja Norman 1994).
Tihti selgitatakse pildilise info eeliseid inimese piiratud töömäluga, mille maht on kõigil inimestel ühesugune (7 ± 2 ühikut) ning elu jooksul see ei muutu. Koos õppimisega suureneb aga infoühikute maht ning struktureeritus ja infotöötluse automatiseeritus. Seega saab kognitiivsete protsesside tulemuslikkust suurendada, kui info on sobivalt kokku pakitud ehk kängitud. Nii ongi leitud, et verbaalne info, mis sisaldab palju teaduslik-abstraktseid termineid, tekitab kiiresti töömälu ülekoormatuse (cognitve overload), pärssides infotöötlust töömälus ning järgnevalt ka uute teadmiste salvestamist püsimällu. Pildiline info on üldjuhul kompaktsem, seda mahub töömällu rohkem ning kokkuvõttes saab sel teel uuritavast objektist või protsessist tunduvalt kiirema ülevaate (Kalyuga jt 1998; Ainsworth 1999). Vähetähtis pole ka nägemise stereoskoopilisus – see võimaldab tajuda vaadeldavate objektide kolmemõõtmelist kuju ning nende ruumilist paiknemist. Seda kõike on aga verbaalselt peaaegu võimatu edasi anda. Lisaks on leitud, et visualiseeritud esitus toimib ka nn välismäluna: kuigi kogu pildiline materjal on samaaegselt nähtav, saab seda töödelda osade kaupa, mis omakorda vähendab töömälu koormatust (Card jt 1999).
Verbaalne info seostub keele kasutusega. Vastavalt esitusele – suulisele või kirjalikule – võtame seda vastu kas kõrvade või silmadega. Visuaalset infot saadakse vaid nägemise teel. Siinkohal jätame kõrvale tõiga, et mõlemas vormis infot võtavad pimedad ja vaegnägijad vastu kompides. Verbaalse ja visuaalse info jaoks on inimese närvisüsteemis kaks eraldi vastuvõtusüsteemi (Paivio 1986), ka nende töötlus toimub peaaju eri piirkondades. Selleks et erineva verbaalse ja visuaalse info põhjal kujuneks käsitletavast valdkonnast terviklik arusaamine, on vaja eri allikatest saadud info omavahel seostada. Seetõttu tuleb ka visuaalsele kirjaoskusele pöörata suuremat tähelepanu.
Vastavalt visuaalse info esitusvormidele ja abstraktsusastmetele on loodud mitmeid pildilise info kandjate klassifikatsioone, kuid kõike hõlmav ja kõiki rahuldav süsteem siiski puudub. Toome siinkohal näiteks Friedmanni jt (1993) jaotuse:
- pildiline esitus – kõige realistlikum, siia kuuluvad ka fotod, videod, naturalistlikud joonistused ja kolmemõõtmelised mudelid;
- skemaatiline esitus – erinevad skemaatilised kujutised (nt mõistekaardid, maakaardid, plaanid, kahemõõtmelised mudelid ning ka karikatuurid);
- ikooniline esitus – rahvusvahelised tähised ja hieroglüüfid;
- struktuurne-funktsionaalne esitus – peamiselt arvjoonised (nt graafikud ja diagrammid), kus antakse edasi muutujate omavahelisi suhteid;
- sümboliline esitus – hõlmab lisaks sümbolitele ka logosid.
Vastavalt sellele võib visuaalse infona käsitleda ka näiteks keemiliste elementide sümboleid, valemeid, võrrandeid ja teisi mitteverbaalseid esitusi. Peale selle kannavad visuaalset infot muidugi ka kõik meid ümbritsevad nähtavad objektid ning nende jäädvustused fotode ja videotena.
Visuaalse esituse verbaliseerimine
Pildilise info analüüsiga ja selle esitamisega sõnalisel kujul tegeldakse juba eelkoolieas ja algklassides. Selle lihtsamaks vormiks on piltjutustuse koostamine, mille põhieesmärgiks on õpilaste verbaalne areng. Gümnaasiumiklassides on aga otstarbekas analüüsida loodusobjektide ja -protsesside jooniseid, fotosid (k.a mikrofotosid) ja videolõike ning paluda õpilastel esitada neil kajastuvat infot nii suuliselt kui ka kirjalikult. Lihtsama variandina võib pakkuda konkreetse loodusobjekti foto, joonise või skeemi, mille osadele tuleb nimetused juurde kirjutada. Seda võib rakendada ka PowerPointi esitluse korral, kus õpetaja esitab klassile vastavasisulisi küsimusi.
Keerulisem on analüüsida protsesside jooniseid ning koostada nende alusel pikemat kirjeldust. Siinkohal jäävad nii mõnedki õpilased hätta, sest seda tüüpi ülesandeid rakendatakse loodusainete tundides võrdlemisi harva. Samas aitavad sellised visuaalse ja verbaalse info seostamise ülesanded kujundada õpilastel tervikarusaamist käsitletavast protsessist, need jäävad neile paremini meelde ning annavad ka õpetajale hea ülevaate õpilaste teadmistest (k.a teaduslike terminite kasutusest). Seejuures võib eeskujuks tuua Prantsusmaa koolide loodusainete tunnid, mis tavaliselt algavadki teemakohase joonise, foto, skeemi või graafiku analüüsiga. Ka prantsuskeelsete kooliõpikute iga peatüki algusse on paigutatud vastavasisuline joonis. Ühtlasi jätkub pildilist materjali rohkesti kogu õpiku ulatuses, mistõttu see jätab pigem pildiraamatu mulje. Võrreldes klassikaliste tekstipõhiste õpikutega on see täiesti erinev lähenemine – ka inglise keeles on kooliõpik ju tekstiraamat (textbook). Ilmselt tuleks ka Eesti õpikutes, töövihikutes ning teistes õppematerjalides senisest enam pöörata tähelepanu loodusobjektide ja -protsesside eritüübilistele visuaalsetele esitustele.
Eelpool kirjeldatud ülesandeid saab meie loodusainete tundides rakendada ka skeemide, graafikute ja kaartide kohta. Näiteks eeldavad gümnaasiumi geograafia õpitulemused sobivate kaartide leidmist, neil esitatud info analüüsi, seoste loomist ning üldistuste ja järelduste tegemist. Kui mõistekaarte lastakse õpilastel enamasti vaid endil koostada, siis siinkohal võib rakendada vastupidist lähenemist ning paluda neil kirjeldada etteantud mõistekaardil esitatud seoseid. Paraku saadakse tihti selliste ülesannete tulemuseks üsna eklektiline jutuke. Seetõttu on õpetajal otstarbekas välja pakkuda optimaalne kirjelduse plaan (kava), mis järjekorras millist infot esitada ning kuidas saada esitatavast terviklik ülevaade. Kuna osal arvjoonistel ning enamikul skeemidel on juba esitatud üksikud sõnad (tihti ka mõisted) ning enamasti on need varustatud allkirjaga, siis on ka need õpilasele toeks verbaalse esituse koostamisel.
TÜ loodusteadusliku hariduse keskus on aastate jooksul läbi viinud koolidevahelisi võistlusi simulatsioonikeskkondades „Tiigriretk Eestimaal”, „Noor loodusuurija” ja „Noor teadlane”. Võistlustel on osalenud 6.–12. klassi õpilased, kes on pidanud lahendama täpselt samu ülesandeid. Muuhulgas on neil palutud nii tabelite alusel graafikuid koostada kui ka analüüsida erinevaid graafikuid. Üllatuseks oleme pidanud tõdema, et arvjooniste algne analüüsioskus on 6. ja 12. klasside õpilastel ühtemoodi kesine ning statistiliselt samal tasemel. Kui aga taolisi ülesandeid on juba 4–5 tükki lahendatud, siis edestavad gümnaasiumiõpilased oma nooremaid koolikaaslasi – nad õpivad kiiremini arvjooniseid analüüsima. Siinkohal tulekski alustada lihtsamatest graafikutest ning liikuda komplitseeritumate suunas. Lineaarfunktsiooni graafikut oskavad üldjuhul edukalt analüüsida nii põhikooli- kui ka gümnaasiumiõpilased, kuid paraku kirjeldavad enamikku loodusprotsesse märksa keerulisemad funktsioonid – seega tuleb õppetöös ka neile tähelepanu pöörata.
Gümnaasiumis püütakse loodusainete õpetamisel senisest enam viia rõhuasetus üksikobjektide omaduste õppimiselt protsessidest arusaamisele. Siinkohal on suureks abiks haridustehnoloogilised lahendused. Arvutimudeleid ja -simulatsioone kaasatakse kõigis loodusainetes – nende rakendamisest on kogumikus põhjalikumalt kirjutatud T. Sarapuu artiklis „Haridustehnoloogia loodusainetes”. Siinkohal võib vaid lisada, et loodusprotsessidest tervikarusaamise kujundamisel on olulisel kohal just dünaamilised ja manipuleeritavad visuaalsed esitused, mis seostuvad otseselt arvutiprogrammide võimalustega.
Verbaalse esituse visualiseerimine
Õpilastele antud teksti alusel visuaalse esituse loomist rakendatakse gümnaasiumi loodusainete tundides suhteliselt harva ning seetõttu on see ka õpilastele üsna raske ülesanne. Siinkohal on enam levinud mõistekaartide koostamine, mida kasutatakse kõigis loodusvaldkonna õppeainetes. Esile võib tuua füüsikatunnid, kus õpilastel tuleb näiteks tekstülesande põhjal joonistada vooluringi skeem; vahel palutakse füüsikas ja keemias koostada mõne katse skemaatiline joonis. Meeldivaks erandiks on visuaalse kirjaoskuse arendamisel geograafiatunnid, mis seostuvad teabeallikatest leitud info kandmisega kaartidele, rahvastikupüramiidi koostamisega jne.
Gümnaasiumis on loodusainetes rõhuasetus viidud uurimuslikule õppele, mille käigus tuleb õpilastel uuringu tulemusi suuliselt ja kirjalikult esitada. Siinkohal on oluline avaldada eksperimendi tulemusi mitte üksnes tabelitena, vaid esitada neid ka graafiliselt. Seega peavad õpilased teadma arvjooniste rakendamise põhimõtteid – millal millist esitust rakendada. Küllalt sageli eksivad selles isegi kõrgkoolide üliõpilased, väljendades uuringu tulemusi sobimatute arvjoonistega. Edukaks uurimuslikuks õppeks on järelikult vaja õpilastele selgitada, millal kasutada sektor- või tulpdiagrammi, milliste andmete korral võib graafikule kantud punktid joonega ühendada ja millal mitte jne. Siinkohal võib harjutamiseks õpilastele anda katsetulemuste näidistabeli ning paluda selle alusel koostada sobiv graafik. Siin on muidugi suureks toeks matemaatikatunnid, kus õpilased koostavad eri funktsioonide graafikuid. Seejuures peab aga arvestama, et selles aines diagrammidega eriti ei tegeleta ning seega tuleb seda tüüpi arvjooniste esitusi loodusainetes veidi põhjalikumalt käsitleda.
Häid õpitulemusi on saavutanud need loodusainete õpetajad, kes teevad paralleelselt uue teema esitamisega ise tahvlile vastavasisulisi visandeid. See sõltub muidugi õpetaja joonistamisoskusest ning seetõttu rakendatakse üha enam PowerPointis koostatud illustratsioone. Siinkohal on abiks ka arvutimudelid ja -simulatsioonid, mis aitavad õpilastel verbaalset ja visuaalset infot ühtseks tervikuks siduda. Visuaalse kirjaoskuse arendamise seisukohalt on oluline, et õpilased oskaksid ise jooniseid ja skeeme koostada, võimaluse korral võib selleks rakendada ka arvutigraafikaprogramme. Õpilaste endi poolt tunnis koostatud joonised annavad ühtlasi õpetajale selge ülevaate õpilaste teadmistest ning toovad välja erinevaid väärarusaamu, mis verbaalses esituses võivad jääda varjule. Selline lähenemine on küllalt levinud ka haridusteaduslikes uuringutes, et selgitada õpilaste arusaamist looduslikest protsessidest.
Visuaalse info ülekandmine ühest vormist teise
Ühe pildi alusel teise joonistamine on suurel määral kunstiõpetuse valdkond ja loodusainetes rakendatakse seda harva. Siinkohal võib näiteks tuua bioloogia, kus õpilastele antakse ülesanne joonistada loodusobjekti, mida parajasti mikroskoobis vaadeldakse. Geograafias kohtame aga selletüübilist tegevust veelgi enam. Näitena võib tuua töö kaartidega, kus õpilased peavad analüüsima erinevaid kaarte ja kandma seal leiduva info üle kontuurkaardile. Samasse visuaalse kirjaoskuse arendamise valdkonda kuulub teatud määral ka maastiku kaardistamine ning mis tahes loodusobjektide joonistamine.
Ühe pildilise info alusel teise pildilise esituse koostamine hõlmab kõiki eelpool kirjeldatud oskusi: visuaalse info analüüsioskust, selle ülekandeoskust verbaalsesse vormi (sest analüüs on enamasti keeleline) ning järgnevat visuaalse info esitamise oskust. See kõik muudab taolised ülesanded õpilastele väga keeruliseks ning lahendus võib takerduda mõne nimetatud oskuse puuduliku valdamise taha. Siinkohal ei peaks aga hindama üksnes lõpptulemust – uue visuaalse esituse korrektsust –, vaid iga osaoskust eraldi. Lõppkokkuvõttes sõltub tulemus sellest, mis kujul pildilist esitust ülesandes soovitakse. Kui see nõuab head joonistusoskust, siis peab silmas pidama, et mitte kõigil õpilastel pole kunstnikuks saamise eeldusi. Kui aga soovitakse lihtsat graafilist esitust, siis pole looduslikel eeldustel määravat tähtsust ning see oskus on suhteliselt kergesti omandatav.
Väidetakse, et loetud teksti või kuuldud loengu konspekteerimine aitab selle sisu paremini meelde jätta. Veelgi tulemuslikum on aga pildilise esituse ümberjoonistamine. Siinkohal ei peaks muidugi piirduma õpiku illustratsioonide vihikusse joonistamisega. Võimalusi on erinevaid. Näiteks annavad häid tulemusi ülesanded, kus õpetaja palub tahvlile joonistatud või PowerPointil esitatud objekte või skeeme õpilastel endale ümber joonistada. Kui tegu pole lihtsa plokkskeemiga, siis pole see tegevus pelgalt lihtne kopeerimine, vaid eeldab ka kujutatavast objektist või protsessist arusaamist. Omal kohal on ka ülesanded, kus palutakse etteantud joonist puuduvate detailidega täiendada või siis kahte joonist omavahel võrrelda ning leida nendel esitatud detailide sarnasused ja erinevused. Selle valdkonna ülesandeks võib olla ka ühe arvjoonise alusel teise koostamine. Selleks võib õpilastele anda valel kujul esitatud graafiku ja paluda see esitada sobivamas vormis.
Kokkuvõte
Loodusteaduste- ja tehnoloogiaalase kirjaoskuse arendamise kõrval on loodusainete tundides olulisel kohal ka visuaalse kirjaoskuse arendamine. See hõlmab pildilise info esitamist verbaalsel kujul (suuliselt ja kirjalikult), verbaalse info üleviimist visuaalsesse vormi ning visuaalse info ülekannet ühest vormist teise. Kõik need tegevused seostuvad õpilaste kõrgemate mõtlemistasandite – analüüsi, sünteesi ja hinnangute andmise – arendamisega ning toetavad käsitletavatest loodusobjektidest ja -protsessidest tervikarusaamise kujunemist.
Loodusainete tundides tuleks senisest enam rakendada visuaalse info esitamise erinevaid vorme – sellega kaasneb töömälu väiksem koormatus, luuakse seoseid erinevate loodusainete ja teemade vahel ning õpitav materjal jääb paremini meelde. Siinkohal sobivad nii staatilised pildid kui ka dünaamilised arvutimudelid ja -simulatsioonid. Oluline on, et õpilased omandaksid verbaalse info alusel erinevate visuaalsete esituste koostamise oskuse. Siinkohal saab kasutada mõistekaarte, katseskeeme ja eksperimendi tulemuste graafilist esitust. Kõige komplitseeritum tegevus on visuaalse info ülekandmine ühest vormist teise. Sellesse valdkonda kuulub töö kaartidega, ühe graafiku alusel teise koostamine, skeemide ja piltide võrdlus ning puuduvate elementide lisamine. Kokkuvõtteks võib väita, et visuaalsete esituste senisest ulatuslikum rakendamine loodusainete tundides on kindlasti efektiivne lähenemine õppimise tulemuslikkuse tõstmisel.
Kasutatud kirjandus
Ainsworth, S. (1999). The functions of multiple representations. Computers and Education, 33, pp. 131–152.
Avgerinou, M. D. (2003). A mad-tea party no more: the visual literacy definition problem. –Turning Trees / Eds. R. E. Griffin, V. S. Williams, L. Jung. Loretto, PA: IVLA, pp. 29–41.
Card, S. K., Mackinlay, J. D., Shneiderman, B. (1999). Readings in information. Visualization: Using Vision to Think. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers.
Debes, J. (1968). Some foundations for visual literacy. Audiovisual Instruction, 13, pp. 961–964.
Debes, J. (1969). The loom of visual literacy. Audiovisual Instruction, 14, pp. 25–27.
de Jong, T., van Joolingen, W. R. (1998). Scientific discovery learning with computer simulations of conceptual domains. Review of Educational Research, 68, pp. 179–201.
Friedman, A. (1993). Designing graphics to support mental models. – Automating instructional design: Concepts and issues / Eds. J.M. Spector, M.C. Polson, D.J. Muraida. NJ: Educational Technology Publications.
Kalyguga, S., Chandler, P., Sweller, J. (1998). Levels of expertise and instructional design. Human Factors, 40, pp. 1–17.
Kanselaar, G., Boxtel, C. van, Linden, J. van der (2000). Collaborative learning tasks and the elaboration of conceptual knowledge. Learning and Instruction, 10, pp. 311–330.
Larkin, J. H., Simon, H. A. (1987). Why a diagram is (sometimes) worth ten thousand words. Cognitive Science, 11, pp. 65–99.
Paivio, A. (1986). Mental representations: A dual coding approach. Oxford: Oxford University Press.
Stenning, K., Oberlander, J. (1995). A cognitive theory of graphical and linguistic reasoning: Logic and implementation. Cognitive Science, 19, pp. 97–140.
White, B. (1993). ThinkerTools: Causal models, conceptual change, and science education. Cognition and Instruction, 10, pp. 1–100.
Zhang, J., Norman, D. A. (1994). Representations in distributed cognitive tasks, Cognitive Science, 18, pp. 87–122.
Artikkel avaldatud esmakordselt õppekava veebis gümnaasiumi loodusainete valdkonnaraamatus 2010, ISBN: 978-9949-487-53-0