Ovatko nopeammin oppivat oppilaat niitä, joilla on enemmän potentiaalia?

Joka päivä kaikenikäiset oppilaat joutuvat kohtaamaan uusia käsitteitä ja taitoja, ja jotkut oppivat ne nopeammin kuin toiset. Tämä on helppo liittää luontaiseen lahjakkuuteen – mutta jos opettajat tekevät niin, he saattavat avata ovia joillekin oppilaille ja sulkea ne toisilta.

Muilla sanoilla synnynnäiseen lahjakkuuteen uskomisen pimeä puoli on olemassa. Se voi synnyttää taipumuksen olettaa, että joillakin ihmisillä on lahjakkuutta johonkin ja toisilla ei, ja että eron huomaa jo varhain. Jos uskot niin, rohkaiset ja tuet ”lahjakkaita” ja lannistat muut, mikä luo itseään toteuttavan ennusteen.

Paras tapa välttää tämä on tunnustaa meissä kaikissa oleva potentiaali – ja pyrkiä löytämään keinoja sen kehittämiseksi, kuten jotkut tutkijat ovat alkaneet tehdä.

Sakkilaudoista liitutauluihin

Shakkipelissä korkeamman älykkyysosamäärän omaavien lasten on yleensä helpompi oppia ja muistaa pelisäännöt sekä kehittää ja toteuttaa strategioita, mikä antaa heille varhaisen edun voittaa shakissa.

Mutta viimeaikaisten tutkimusten mukaan shakkitaitojen merkittävin ennustaja ajan mittaan ei ole älykkyysosamäärä vaan se, kuinka paljon lapset harjoittelevat.

Samankaltainen asia saattaa päteä myös matematiikan suoriutumiseen. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että lapset, joilla on kokemusta lineaaristen lautapelien pelaamisesta, joissa lasketaan askeleita ennen koulun alkua, pärjäävät paremmin matematiikassa, kun he ovat koulussa. Ja on todennäköisesti monia muitakin tapoja, joilla esikoulussa saadut kokemukset, jotka antavat lapsille matematiikan harjoittelua, auttavat heitä suoriutumaan paremmin myöhemmin.

Useimmat opettajat eivät kuitenkaan tunne tätä tutkimusta. Usein niiden lasten, jotka ”tajuavat” matematiikan nopeammin kuin muut, oletetaan yleensä olevan lahjakkaita matematiikassa, kun taas muut eivät ole. Sitten ”lahjakkaat” saavat lisää kannustusta, lisää harjoittelua ja niin edelleen, ja totta tosiaan noin vuoden kuluttua he ovat paljon parempia matematiikassa kuin muut. Tämä etu voi levitä läpi kouluvuosien ja luoda yhä suurempia eroja lasten välille.

Koska monet ammatit, kuten insinööritieteet tai fysiikka, edellyttävät matematiikan kursseja korkeakoulussa, oppilaat, joiden ei ole arvioitu olevan lahjakkaita matematiikassa, huomaavat, että nämä ammatit ovat heiltä suljettuja. Mutta jos matematiikka toimii samalla tavalla kuin shakki, olemme menettäneet kokonaisen joukon lapsia, joista olisi lopulta voinut tulla varsin taitavia näillä aloilla, jos heitä ei vain olisi heti alussa leimattu ”matematiikassa huonoiksi”.

Tapaustutkimus: Revolutionizing freshman physics

Voidaan torjua tätä suuntausta tarkastelemalla oppilaiden potentiaalia eri tavalla. Opettajat voivat ottaa käyttöön uusia opetusmenetelmiä, jotka antavat opiskelijoille paremmat mahdollisuudet oppia, menetelmiä, joissa hyödynnetään sitä, mitä tiedämme huippusuorituskyvystä ja harjoittelun merkityksestä taitojen ja tietojen kehittämisessä.

Britannian Kolumbian yliopistossa tehdyssä tutkimuksessa muutamille perinteiselle fysiikan fuksikurssille ilmoittautuneille opiskelijoille annettiin pieni esimakua siitä, miltä tämä voisi näyttää. Ensimmäisten 11 viikon ajan kukin kurssin kohortti sai suhteellisen tavanomaista opetusta: kolme viisikymmenminuuttista luentoa viikossa, viikoittaisia kotitehtäviä ja ohjaustuokioita, joissa opiskelijat ratkaisivat ongelmia opetusavustajan valvonnassa. Viikolla 12 yksi kohortti tutustui kuitenkin fysiikan Nobel-palkitun Carl Wiemanin ja hänen kollegojensa kehittämiin tekniikoihin, ja opetusta antoivat tavanomaisen opettajan sijasta kaksi tutkijaa.

Nämä tekniikat perustuivat tarkoituksellisen harjoittelun käsitteeseen, joka tutkimusten mukaan on erittäin tehokas ja vaikuttava parannustyökalu. Se perustuu erityisesti asiantuntijoiden saavutuksiin ja ymmärrykseen siitä, mitä nämä asiantuntijat tekevät menestyäkseen. Meidän ja muiden tekemiemme tutkimusten mukaan tämäntyyppinen harjoittelu on avain mestaruuden saavuttamiseen vakiintuneilla aloilla musiikista urheiluun ja shakkiin.

Tutkijat määräsivät harkitun harjoittelun kohortissa opiskelijat lukemaan ennen jokaista oppituntia useita sivuja fysiikan tekstistä ja täyttämään sen jälkeen lyhyen online-todellisuus- ja -väärisyystestin lukemisesta. Ajatuksena oli tutustuttaa heidät käsitteisiin, joita tunnilla käsiteltäisiin, ennen kuin he saapuivat paikalle.

Kun he saapuivat tunnille, tutkijat jakoivat opiskelijat pienryhmiin ja esittivät ”klikkauskysymyksen” – kysymyksen, johon opiskelijat vastasivat sähköisesti, ja vastaukset lähetettiin automaattisesti opettajalle. Kysymykset valittiin siten, että ne saisivat luokan opiskelijat pohtimaan käsitteitä, joita useimmat ensimmäisen vuoden fysiikan opiskelijat pitävät vaikeina.

Opiskelijat pystyivät keskustelemaan jokaisesta kysymyksestä pienryhmässään ennen vastaustensa lähettämistä, minkä jälkeen tutkijat näyttivät tulokset, keskustelivat niistä ja vastasivat opiskelijoiden mahdollisiin kysymyksiin. Nämä keskustelut saivat opiskelijat puhumaan käsitteistä, luomaan yhteyksiä ja usein menemään pidemmälle kuin vain tiettyyn klikkauskysymykseen, jota heiltä oli kysytty.

Vaikka kurssin kohorttien välillä ei ollut eroa sitoutumisessa viikoilla 10 ja 11, viikolla 12 sitoutuminen harkitsevan harjoittelun luokassa oli lähes kaksinkertainen perinteiseen luokkaan verrattuna. Tutkijat eivät itse asiassa mitanneet sitoutumista sillä, kuinka paljon opiskelijat puhuivat tai vastasivat kysymyksiin, vaan jollakin hienovaraisemmalla mittarilla: nyökyttelivätkö ja elehtivätkö he kuunnellessaan vai lähettivätkö he tekstiviestejä ja tarkistivatko he Facebookia (kuten tarkkailijat huomasivat).

Mutta kyse oli muustakin kuin sitoutumisesta. Luokan opiskelijat saivat välitöntä palautetta eri käsitteiden ymmärtämisestä sekä opiskelutovereiltaan että ohjaajiltaan. Tämä antoi heille mahdollisuuden alkaa argumentoida enemmän kuin fyysikot – ensin esittämällä sopivia kysymyksiä, sitten miettimällä, mitkä käsitteet olivat sovellettavissa, ja sitten päättelemällä näistä käsitteistä vastaukseen.

Viikon 12 lopussa molempien kohorttien opiskelijoille annettiin monivalintatesti, jolla selvitettiin, kuinka hyvin he olivat oppineet materiaalin. Perinteisen osion opiskelijoiden keskimääräinen pistemäärä oli 41 prosenttia; harkitsevan harjoittelun luokan opiskelijoiden keskimääräinen pistemäärä oli 74 prosenttia – erittäin merkittävä ero.

Miten vapauttaa oppilaiden potentiaali

Katsotaanpa tätä UBC:n fysiikan kurssia lähemmin, jotta nähdään, miten harkitun harjoittelun periaatteita voidaan soveltaa, jotta oppilaat oppisivat nopeammin ja paremmin kuin perinteisillä menetelmillä.

Aluksi Wieman ja hänen kollegansa suunnittelivat luokkaa keskustelemalla perinteisten opettajien kanssa selvittääkseen tarkalleen, mitä opiskelijoiden pitäisi pystyä tekemään, kun he ovat suorittaneet jakson loppuun. Merkittävä ero harkitun harjoittelun lähestymistavan ja perinteisen oppimislähestymistavan välillä on siinä, että siinä painotetaan taitoja tietojen sijaan – sitä, mitä osaat tehdä verrattuna siihen, mitä tiedät.

Tietoisessa harjoittelussa on kyse taidoista. Tarvittavat tiedot kerätään taitojen kehittämiseksi; tiedon ei pitäisi koskaan olla itsetarkoitus. Siitä huolimatta harkittu harjoittelu johtaa siihen, että opiskelijat keräävät matkan varrella melko paljon tietoa.

Jos oppilaalle opetetaan faktoja, käsitteitä ja sääntöjä, nämä asiat siirtyvät yksittäisinä palasina pitkäkestoiseen muistiin, ja jos oppilas sitten haluaa tehdä niillä jotakin – käyttää niitä ongelman ratkaisemiseen, järkeillä niiden avulla vastatakseen kysymykseen tai järjestää ja analysoida niitä keksiäkseen teeman tai hypoteesin – huomion ja lyhytkestoisen muistin rajoitukset astuvat voimaan. Vaikeus pitää kaikki nämä erilaiset, toisiinsa liittymättömät palaset mielessä samanaikaisesti tekee ratkaisun tuottamisen lähes mahdottomaksi.

Mutta kun oppilas oppii näitä erilaisia faktoja, käsitteitä ja sääntöjä taitojen rakentamisen yhteydessä – oppiessaan analysoimaan ja ratkaisemaan ongelmia – eri palaset integroituvat luontevasti toisiinsa kytkeytyväksi ymmärryksen verkostoksi, ”mentaaliseksi representaatioksi” siitä, miten erilaiset faktat, mielikuvat, säännöt ja väliset suhteet toimivat yhdessä mielekkään kokonaisuuden muodostamiseksi. Tämä mentaalinen esitys puolestaan liittyy muuhun tietoon ja ymmärrykseen, jota yksilö on kerännyt. Kun oppilas saa ratkaistavakseen ongelman, hän ei enää joudu jongleeraamaan erillisten tiedonpalasten kanssa, vaan ajattelemaan informaatiokuvioiden avulla, minkä aivot pystyvät tekemään paljon tehokkaammin ja tuloksekkaammin.

Henkisiä representaatioita ei rakenneta ajattelemalla jotakin tai opettajan opettamana, vaan niitä rakennetaan mukauttamalla niitä asteittain, kun yritetään suorittaa asiaankuuluvaa tehtävää palautteen avulla. Aluksi todennäköisesti epäonnistut, mutta kun tarkistat lähestymistapaasi ja yrität yhä uudelleen, kunnes tehtävä on hallussa, rakennat vähitellen tarkan ja tehokkaan mentaalisen representaation, jota voit käyttää vastaavissa tehtävissä tulevaisuudessa.

Juuri tähän Wieman ja hänen kollegansa pyrkivät fysiikan tunnilla. Kun he olivat koonneet luettelon siitä, mitä asioita heidän oppilaidensa pitäisi osata, he muuttivat sen kokoelmaksi erityisiä oppimistavoitteita.

Tämä on sopusoinnussa harkitun käytännön lähestymistavan kanssa: Kun opetetaan jokapäiväisiä fysiikan ilmiöitä, oppilaat on saatava ajattelemaan niitä olemassa olevan tietämyksensä pohjalta ja autettava oppilaita tunnistamaan virheet ja väärinkäsitykset; opettajat tekevät tämän antamalla oppilaille sarjan ongelmia, joita he voivat lopulta oppia ratkaisemaan oikein saamalla palautetta virheellisistä ratkaisuistaan. Kun oppilaat vähitellen muokkaavat mentaalisia esityksiään, he tarkentavat ajatteluaan fysikaalisista ilmiöistä, kunnes he ymmärtävät ne suhteellisen hyvin.

Vaikka tämä saattaa kuulostaa samankaltaiselta kuin perinteisessä opetuksessa käytetty scaffolding-lähestymistapa, se eroaa siitä siinä, että siinä keskitytään tehokkaiden mentaalisten representaatioiden kehittämiseen. Tarkemmin sanottuna ideana on määritellä tavoitesuoritus – nimittäin se, että oppilas pystyy päättelemään ja ennustamaan tuloksia oikealla tavalla reaalimaailmassa – ja työskennellä sitten tämän tavoitesuorituksen saavuttamiseksi muuttamalla oppilaan ajatteluprosesseja tarvittavien mentaalisten representaatioiden hiomiseksi jokaisella askeleella matkan varrella. Sitten opettaja varmistaa, että oppilas on muuttanut mentaalisia representaatioitaan ja asiaankuuluvaa ajatteluaan, ennen kuin hän siirtyy monimutkaisempiin ilmiöihin.

Aikaisemmassa tutkimuksessa, jossa verrattiin fysiikan asiantuntijoita ja fysiikan opiskelijoita, havaittiin, että vaikka perinteisesti koulutetut opiskelijat saattoivat toisinaan olla melkein yhtä hyviä kuin asiantuntijat kvantitatiivisten ongelmien ratkaisemisessa – eli ongelmissa, joissa on mukana numeroita, jotka voidaan ratkaista soveltamalla oikeaa yhtälöä – opiskelijat jäivät kauas jälkeen asiantuntijoista kyvyissään ratkoa kvalitatiivisia ongelmia, eli sellaisia ongelmia, jotka edellyttävät käsitteellistä päättelyä, mutta joissa ei ole mitään numeroita, jotka voidaan yhdistää ulkoa opittuihin yhtälöihin: Miksi esimerkiksi kesällä on kuuma ja talvella kylmä? Tällaiseen kysymykseen vastaaminen ei niinkään vaadi numeroiden hallintaa kuin selkeää ymmärrystä käsitteistä, jotka ovat tiettyjen tapahtumien tai prosessien taustalla – toisin sanoen hyviä mentaalisia esityksiä.

Voidakseen auttaa luokkansa fysiikan opiskelijoita kehittämään tällaisia mentaalisia representaatioita Wieman ja hänen työtoverinsa kehittivät sarjoja klikkauskysymyksiä ja oppimistehtäviä, jotka vaativat opiskelijoita ajattelemaan ja tarjosivat heille sen jälkeen välitöntä palautetta, joka auttoi heitä saavuttamaan ne oppimistavoitteet, jotka opettajat olivat aiemmin määritelleet.

Loppujen lopuksi luokat jäsennettiin siten, että opiskelijat saivat tilaisuuden käsitellä eri käsitteitä yhä uudestaan ja uudestaan saaden palautetta, joka tunnisti heidän virheensä ja osoitti, miten ne voidaan korjata. Osa palautteesta tuli opiskelijatovereilta keskusteluryhmissä ja osa ohjaajilta, mutta tärkeintä oli, että opiskelijat saivat välittömiä vastauksia, jotka kertoivat heille, milloin he tekivät jotain väärin ja miten korjata se.

Tämä uudelleen suunniteltu fysiikan kurssi tarjoaa tiekartan opetuksen uudelleensuunnitteluun harkitun käytännön periaatteiden mukaisesti:

• Aloita määrittelemällä, mitä opiskelijoiden pitäisi oppia tekemään sen perusteella, mitä taitoja asiantuntijat tarvitsevat työnsä tekemiseen. Tavoitteiden tulisi olla taitoja, ei tietoja.
• Ymmärrä asiantuntijoiden käyttämät mentaaliset representaatiot ja tarjoa opiskelijoille ongelmatilanteita palautteen avulla, jotta he voivat vähitellen kehittää samanlaisia mentaalisia representaatioita. Tämä edellyttää taitojen opettamista keskittymällä yhteen osa-alueeseen kerrallaan, ja opettaja valitsee jokaisen osa-alueen niin, että oppilaat pysyvät mukavuusalueensa ulkopuolella, mutta eivät niin kaukana, etteivät he pysty hallitsemaan kyseistä vaihetta.
• Anna runsaasti toistoa ja palautetta; säännöllinen sykli, jossa yritetään, epäonnistutaan, saadaan palautetta, yritetään uudelleen ja niin edelleen, on se tapa, jolla oppilaat rakentavat mentaalisia representaatioitaan.

Britannian Kolumbian yliopistossa Wiemanin harkittuun harjoitteluun perustuvan lähestymistavan menestys fysiikan opetuksessa on saanut monet muut sikäläiset professorit seuraamaan esimerkkiä. Science-lehdessä julkaistun artikkelin mukaan kokeen jälkeisinä vuosina harkittuun harjoitteluun perustuvat menetelmät otettiin käyttöön lähes sadassa luonnontieteiden ja matematiikan luokassa siellä, jonne on ilmoittautunut yhteensä yli kolmekymmentätuhatta opiskelijaa.

Opetusmenetelmien uudistaminen harkittuun harjoitteluun perustuvalla tavalla voisi lisätä dramaattisesti sitä, miten nopeasti ja miten hyvin opiskelijat oppivat – kuten Wiemanin opiskelijoiden lähes uskomattomat parannukset osoittavat. Ja siten se voisi auttaa sitouttamaan ja rohkaisemaan oppilaita, jotka tuntevat, ettei heillä ole luonnonlahjakkuutta luonnontieteissä, matematiikassa, englannissa tai taiteissa. Edistyminen on motivoivaa, ja se tarkoittaa, että tie mestaruuteen – tie, joka on saattanut tuntua näiltä oppilailta suljetulta – on nyt saavutettavissa.