Siirry sisältöön

Argumentointia painottava luonnontieteiden opetus – tietoa opettajalle

Argumentointi on tärkeä nykyajan taito. Sen merkitys korostuu myös opetussuunnitelman perusteissa sekä laaja-alaisissa osaamistavoitteissa että mm. fysiikan, kemian ja maantieteen opetustavoitteissa (Opetushallitus, 2014). Argumentointia painottamiseksi luonnontieteiden kouluopetuksessa tällä sivustolla käsitellään argumentoinnin perusteita ja opetuksessa hyödynnettäviä työtapoja sekä tehtäväkokonaisuuksia.

Argumentointi luonnontieteissä

Luonnontieteissä tieto muodostetaan argumentoimalla (Driver et al. 2000). Kun henkilö argumentoi, hän esittää perusteltuja väittämiä, eli argumentteja, tai arvioi niitä kriittisesti.

Luonnontieteissä argumenttiin kuuluu väite, viittaus väitettä tukevaan havaintoaineistoon ja kuvaus päättelystä, joka selventää millä perusteella esitetty havaintoaineisto tukee argumentin väitetä. Alla oleva Kuva 1 havainnollistaa argumentin rakennetta.

Kuva 1: Argumentin rakenne (Osborne et al., 2001)

Tarkastellaan argumenttia:

Ihminen on aiheuttanut ilmaston lämpenemisen. Ihmisen käynnistämän teollistumisen jälkeen hiilidioksidin määrä ilmakehässä on kasvanut. Lisääntynyt hiilidioksidi edistää auringon säteilyenergian sitoutumista ilmakehään, mikä nostaa sen lämpötilaa.

Argumentin väite on "Ihminen on aiheuttanut ilmaston lämpenemisen" ja sen voi tunnistaa kysymällä, mitä argumentoija pyrkii todistamaan. Väite on kantaa ottava ilmaus, usein eräänlainen johtopäätös, joka paljastaa mihin argumentoija uskoo, tai millaiseen lopputulemaan hän on asian äärellä päätynyt.

Argumentissa viitataan havaintoaineistoon kohdassa "Ihmisen käynnistämän teollistumisen jälkeen hiilidioksidin määrä ilmakehässä on kasvanut". Viittauksen havaintoaineistoon voi tunnistaa kysymällä, miten tai minkä tiedon avulla argumentoija pyrkii vakuuttamaan kuulijat. Havaintoaineisto ilmentää luonnossa havaittavaa säännönmukaisuutta, mikä voidaan todentaa havaitsijasta riippumatta.

Argumentin päättelyosio on "Lisääntynyt hiilidioksidi edistää auringon säteilyenergian sitoutumista ilmakehään, mikä nostaa sen lämpötilaa". Päättelyosion voi tunnistaa kysymällä mikä mahdollistaa sen, että havaintoaineisto tukee annettua väitettä. Päättelyosio selventää millaisen ajattelun (päättelyn) lopputulemana havaintoaineiston tukee argumentissa esitettyä väitettä.

Kriittisyys ja argumentin vahvuuden arviointi

Luonnontieteillä ominaiseen argumentointiin kuuluu kriittinen arviointi. Kriittisyys tarkoittaa avoimesti kyseenalaistavaa suhtautumista uusiin ideoihin. Kriittisellä luonnontieteilijällä on aito halu ymmärtää ja omaksua kattavat tiedot hänelle uusien ideoiden arviointia varten. Lisäksi hänellä on valmius oman ajattelun korjaamiselle sekä uusien oivallusten tekemiselle.

Luonnontieteissä kriittisyys näkyy usein argumentin vahvuuden arvioinnissa. Argumentin vahvuutta voidaan arvioida empiristen ja teoreettisten näkökulmien avulla. Tarkastellaan alla olevaa esimerkkiargumenttia, johon punaisella on merkitty väite, sinisellä viittaus havaintoaineistoon ja mustalla päättelyä kuvaava osuus.

Kalpa on parempi jääkiekkojoukkue kuin KooKoo. Kaudella 2017-2018 Kalpa voitti kaikki joukkueiden väliset kohtaamiset, mikä kielii siitä, että Kalpalla on paremmat pelaajat ja muutenkin parempi joukkueorganisaatio.

Empirian näkökulmsta argumentin vahvuutta voidaan arvioida kysymällä

  • Onko havaintoaineisto riittävä? Pitäisikö esimerkkiargumentin tapauksessa tarkastella pidempää aikaväliä kuin pelkästään kautta 2017-2018?
  • Onko havaintoaineistonkeruussa käyetty asianmukaisia mittareita, ja onko mittareita käytetty oikein? Pitäiskö joukkueiden paremmuuden arvioinnissa huomioida voittojen lisäksi esimerkiksi budjetti ja kokonaisuutena saadut sarjapisteet, yms.? Voisiko saadut sarjapisteet jaettuna joukkueen budjetilla olla kuitenkin parempi lähtökohta paremmuuden arvioinnille?

Teorian näkökulmasta argumentin vahvuutta voidaan arvioida kysymällä

  • Missä määrin argumentin väite antaa vastauksen tutkimustyölle asetettuun tutkimuskysymykseen tai -ongelmaan? Jos tarkastellaan jääkiekkojoukkueiden paremmuutta, pitää ymmärtää mitä paremmuus tarkoittaa, mitkä ovat relevantteja tekiöitä, mitkä tulee huomioida paremmuutta arvioidessa.
  • Missä määrin argumentti yhdenmukainen (konsistentti) yleisesti hyväksytyn konsensuskäsityksen (esimerkiksi oppisisältöjen) kanssa? Jos argumentti on ristiriidassa satoja vuosia voimassa oleen lainalaisuuden kanssa, voidaan pohtia onko tehty tutkimus riittävä kumoamaan lainalaisuuden, vai voisiko ristiriita johtua esimerkiksi inhimillisestä mittavirheestä.

Empiiriset ja teoreettiset näkökulmat voidaan nähdä saman jatkumon eri päinä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa ja jäsentävät argumentin/argumenttien vahvuuden/paremmuuden arviointia.

Argumentoinnin painottaminen opetuksessa

Argumentointia voi painottaa ohjaamalla oppilaita muodostamaan argumentteja, jotka sisältävät väitteen, viittauksen havaintoaineistoon ja päättelyosan, joka selventää millä perusteella havaintoaineisto tukee esitettyä väitettä (Ks. Kuva 1 ylempänä). Argumentoinnin painottamisen edellytyksenä usein on, että

  • oppilailla on jonkinlainen (joko opetukseen tai arkihavaintoihin) tietämys aihepiiristä, josta on tarkoitus argumentoida. Toisin sanoen, oppilaiden ei ole mielekästä argumentoida kvanttifysiikasta, jos he eivät tiedä siitä mitään.
  • oppilaat ovat jokseenkin epävarmoja käsiteltävästä aiheesta, jolloin oppilaat ovat todennäköisesti keskenään eri mieltä, mikä luo hyvät lähtökohdat argumentoinnille.
  • oppilaat ymmärtävät, että täysin hyväksyttävää olla eri mieltä luokkakaverin tai opettajan kanssa, kunhan he osaavat perustella näkemyksensä. Voi olla hyödyllistä korostaa, että argumentoinnissa oikeaa vastausta tärkeämpää on selkeä havaintoaineistoon pohjautuva perustelu.

Alle on listattu erilaisia työtapoja ja tehtävätyyppejä, joiden avulla voi painottaa argumentointia luonnontieteiden opetuksessa.

Argumentin muodostaminen tasavirtapiirejä havainnoimalla

Piilotetut virtapiirit ovat esimerkki tehtävätyypistä, joka on kehitetty argumentoinnin painottamiseksi fysiikan oppitunnilla. Piilotetuissa virtapiireissä oppilaiden tehtävänä on päätellä, miten piiriin kytketyt komponentit on kytketty toisiinsa havainnoimalla piirin toimintaa näkemättä kuitenkaan varsinaisia kytkentöjä (ks. esimerkki alla).

Ensin oppilaille näytetään mitä komponentteja virtapiirissä ja mitä niissä tapahtuu, kun virtapiiri suljetaan. Seuraavaksi oppilaat kirjoittavat havaintonsa alla esitettyyn kaavioon, joka havainnollistaa argumentin rakennetta.Tämän jälkeen oppilaat valitsevat heille esitetyistä kytkentäkaavioista (ks. kuva alla) kaavion, joka heidän mielestään parhaiten vastaa piilotettua virtapiiriä.Valittu kytkentäkaavio edustaa argumentin väitettä.Lopuksi oppilaat kirjoittavat perustelunsa päättelyosiolle varattuun laatikkoon, eli selventävät millä tavoin tehdyt havainnot tukevat valittua kytkentäkaaviota.Näin oppilaat esittävät vastauksensa luonnontieteille ominaisen argumentin muodossa. Jos oppilaat päätyvät eri kytkentäkaavioihin, heidät kannattaa ohjata vertailemaan argumenttejaan siten, että he voivat halutessaan kokeellisesti varmentaa mikä kytkentäkaavioista vastaa videolla esitettyä piilotettua virtapiiriä.

Käsitesarjakuvat ja argumentoinnin painottaminen kokeellisessa työskentelyssä

Käsitesarjakuva (ConceptCartoons) on tehtävätyyppi, jossa oppilaat arvioivat sarjakuvahahmojen esittämiä näkemyksiä tarkasteltavasta ilmiöstä (Ks. esimerkki alla).

Oppilaiden tehtävä on selvittää, kuka sarjakuvahahmoista on eniten oikeassa suunnittelemalla ja toteuttamalla kokeellisen tutkimuksen 3-6 henkilön ryhmissä. Tutkimuksen toteutusta varten oppilasryhmille annetaan tarvittavat välineet, kuten mittanauha, makuualusta ja suorakulma tai vatupassi, joiden avulla he voivat mitata riittävän tarkasti henkilön pituuden eri asennoissa. Oppilaille ei kuitenkaan suoraan kerrota, miten heidän tulisi mitata, vaan heitä ohjataan miettimään, miten he saavat mitattua ihmisen pituuden mahdollisimman tarkasti, jotta he voivat ottaa kantaa käsitesarjakuvassa esitettyyn kysymykseen.

Mittaustulosten perusteella oppilasryhmät vastaavat käsitesarjakuvan kysymykseen. Ryhmät voivat laatia vastauksensa isolle paperille tai taululle siten, että siitä käy ilmi argumentin rakenne kuten alla olevassa kuvassa.

Tämän jälkeen luokassa voidaan pitää posterisessio, jonka aikana oppilasryhmät esittävät vastauksena muille ryhmille, ja muut pyrkivät kriittisesti arvioimaan mittausten perusteella laaditun argumentin vahvuutta. Posterisessio voidaan pitää alla olevan kuvan mukaisesti, missä kustakin ryhmästä yksi oppilas toimii esittelijänä (e) ja muut oppilaat kriitikkoina (k).

Kunkin ryhmän kriitikot kiertävät posterilta posterille, kunnes he ovat nähneet vähintään kahden muun ryhmän ratkaisun.

Tämän jälkeen oppilaat palaavat ryhmiinsä ja keskustelevat mitä he ovat oppineet muiden postereista ja millä tavoin muut ovat kommentoineet heidän posteriaan. Tässä vaiheessa oppilaat voivat tarvittaessa toistaa kokeelliset mittauksensa, etenkin jos he oivaltavat, millaisten mittausten avulla argumentista voidaan muodostaa vahvempi.

Tämän jälkeen opettaja voi käydä luokan kesken yhteenvetokeskustelun, jossa pohditaan mitä työkokonaisuuden aikana on opittu. Millaisia oivalluksia oppilaat ovat tehneet posterisession jälkeen? Miten oppilaiden käsitys työn aiheesta on muuttunut työskentelyn aikana? Mitä avoimia kysymyksiä työskentelystä herää?

Lopuksi kukin oppilas kirjoittaa työskentelystä raportin, jossa he esittävät vastuksensa argumentin muodossa. Opettaja voi arvioida raportin ja antaa sen perusteella oppilaille palautetta sisällön osaamisesta, ja muista arvioitavista tiedoista ja taidoista.

Kilpailevien vaihtoehtojen tarkastelu teoriatiedon perusteella

Kilpailevien vaihtoehtojen tarkastelussa oppilaiden tehtävänä on valita esitetyistä vaihtoehdoista paras ja perustella valintansa teoriatiedon avulla.

Alla on esimerkki lämpöopin tehtävästä, jossa oppilaiden on valittava veden jäähtymistä parhaiten kuvaava kuvaaja. Lisäksi oppilaiden on otettava kantaa, miten annetut teoriatiedot (ks. taulukko alla) tukevat kuvaajan valintaa.

Oppilaat voivat tehdä tehtävän pareittain tai pienissä ryhmissä. Lisäksi he voivat tutkija kokeellisesti, millainen kuvaaja muodostuu, kun vesi jäähtyy huoneenlämpötilasta reilusti pakkasen puolelle.

Tehtävän tarkoituksena on ohjata oppilaat pohtimaan aineen mikrotason ominaisuuksien yhteyttä kokeellisesti (makrotasolla) havaittaviin mittaustuloksiin. Lisäksi tehtävä pyrkii ohjaamaan oppilaita argumentoimaan siten, että he hyödyntävät aineen mikrotason teoriatietoa argumenttinsa havaintoaineistona. Tällaisen argumentin väite ottaa kantaa siihen, missä määrin teoriatieto tukee kokeellista mittaustulosta. Päättely-osio sen sijaan selventää, että millaisen päättelyn nojalla teoriatiedon ja mittaustuloksen välille voidaan muodostaa väitteessä esitetty yhteys.

 Havaintoaineiston jäsentäminen

Luonnonilmiöistä tehdään usein monenlaisia havaintoja, joiden jäsentäminen voi olla oppilaista hankalaa. Tämä vaikeuttaa ilmiön tarkastelua ja sen taustalla olevan luonnontieteiden sisältötiedon oppimista.

Eräs tapa auttaa oppilaita jäsentämään ilmiöstä tehtyjä havaintoja on tarkastella miten ne tukevat ilmiöstä muodostettua väitettä. Tarkastellaan tehtävätyyppiä alla olevalla esimerkillä.

Katso alla oleva video muovitangon (harmaa) ja messinkitangon (keltainen) liikeestä. Tehtävänä on päätellä, onko muovitangon kiihtyvyys suurempaa, pienempää, vai yhtä suurta kuin messinkitangon kiihtyvyys.

Tehtävään vastaamiseksi voidaan aluksi listata millaisia havaintoja tankojen liikkeestä voidaan tehdä. Videolta nähdään, että

  • keltainen messinkitanko lähtee liikkeelle aikaisemmin kuin tummanharmaa muovitanko, mutta molemmat tangot pysähtyvät samaan aikaa.
  • tangot lähtevät liikkeelle levosta.
  • liikkeelle lähdön jälkeen tankojen vauhti näyttää kasvavan, kunnes ne pysähtyvät lopuksi.
  • keltainen messinkitanko liikkuu pidemmän matkan kuin tummanharmaa muovitanko.
  • tummanharmaa tanko lähtee liikkeelle heti kun messinkitanko on ohittanut muovitangon.
  • tangot liikkuvat vaalean harmaita ramppeja pitkin

Havaintojen listaamisen jälkeen muodostetaan väite, esimerkiksi tummanharmaalla tangolla on suurempi kiihtyvyys kuin keltaisella tangolla. Tämän jälkeen jäsennellään havainnot siten, että mietitään mitkä niistä tukevat väitettä, saattavat tukea väitettä ja eivät tue väitettä.

Oppilaat voivat kirjoittaa havainnot post-it-lapuille tai havainnot voidaan antaa valmiina havaintokortteina. Havainnot voi olla hyödyllistä jäsennellä pareittain tai pienissä ryhmissä, jolloin oppilaat voivat keskustella muiden kanssa siitä, millä perusteella havainto voidaan ajatella tukevan väitettä, tai miksi se ei välttämättä tue väitettä. Havaintoja jäsennellessä oppilaat joutuvat aktiivisesti hyödyntämään heidän tietämystään kappaleen liikettä kuvaavista kinematiikan suureista, kuten kappaleen kiihtyvyydestä ja nopeudesta, mikä todennäköisesti tukee niiden oppimista. Lisäksi havaintojen jäsentely ohjaa oppilaita keskustelemaan luonnontieteille ominaisen argumentoinnin tavoin, mikä todennäköisesti tukee oppilaiden argumentointitaitojen kehittymistä ja heidän käsitystään luonnontieteellisen tiedon muodostustuksesta.

Linkkejä ja lisätietoja