Muutunud õpikäsitus 11: Kuidas muuta abstraktne nähtavaks?

Selles rubriigis tutvustame uudseid töövahendeid, mis aitavad õpetamist lihtsamaks, huvitavamaks ja tõhusamaks muuta.

Programmeerimise ja matemaatika suur probleem on, et need on õpilase jaoks liiga abstraktsed – ei löö pilti silme ette. Mida teha, et abstraktsed numbriread siiski ergutaksid õpilase fantaasiat?

TLÜ haridustehnoloogia keskuse vanemteadur Mart Laanpere märgib, et tänapäeval seostatakse igav huvitavaga. Näiteks antakse õpilastele väga põnevaid ülesandeid, mida lahendades peavad nad paratamatult natuke ka programmeerimist ja matemaatikat õppima. Põneva tegevuse käigus õpitakse nagu muuseas ka igavaid asju. Piltlik näide selle kohta on õpetavad arvutimängud.

Mängustatud õpe

Õpilane mängib arvutimängu, kus tema ülesanne on hoolitseda selle eest, et väike kilpkonn pääseks täbaratest olukordadest ja jõuaks õnnelikult toiduni. Kui õpilane tahab seda kilpkonna aidata, peab ta tema liikumisrada natuke ümber programmeerima. Kui kilpkonna varitseb näiteks oht auku kukkuda, siis peab õpilane programmijuppe natuke ümber tõstma, et loomake august mööda pääseks. Järgmine kord peab ta aitama kilpkonna mööda elukast, kes võib talle sarvega virutada, jne. Nii mängib õpilane põnevat arvutimängu, päästab korduvalt kilpkonna ohust ning õpib samal ajal nagu möödaminnes ka programmeerimist. Mängu järgmisele tasemele pääseb ta nii kiiresti, kui hästi ta oskab kilpkonna teekonda ümber programmeerida. Seejuures laps ise endale ei teadvustagi, et ta programmeerimist õpib – tema päästab ikka kilpkonna. Kui sellist spetsiifilist arvutimängu mänginud laps läheb programmeerimise kursusele, imestab ta, et juba nii palju programmeerida oskab. See on nagu möödaminnes ja muuseas õppimine.

Nii mängustatakse abstraktset õppeainet, selgitab Mart Laanpere. Vajalikud programmeerimisoskused lõigatakse õhukesteks seibideks ja õpilased kasutavad arvutimängu mängides algul kõige lihtsamaid programmeerimise seibe, liikudes väga pisikeste sammudega edasi ja kasutades järjest keerukamaid seibe, kuni lõpuks oskavad programmeerida päris keerulisi asju. Iga väikse sammu eduka sooritamise eest õppijat premeeritakse – ta saab punkte, pääseb mängu järgmisele tasandile jne.

Laanpere märgib, et niisamuti saab koostada põnevaid õppemänge ka matemaatikas ning keemia, füüsika ja teiste õppeainete abstraktsete teemade puhul. Programmeerimine ja matemaatika on aga teineteisele nii lähedased, et mõne teoreetiku arvates võiks need kaks isegi üheks õppeaineks liita ja koostada selle ühendatud õppeaine õppimiseks niisama põnevaid arvutimänge nagu näiteks soomlaste „Angry birds“. Soome ja Eesti mängude koostajad võiksid selliste õppemängude väljatöötamiseks koostööd teha, lisab Laanpere.

Mart Laanpere meenutab, et igava õppeaine huvitavaks muutmine pole mingi uus idee, vaid olnud läbi aegade pedagoogika kõige olulisem nõue. Tšehhi pedagoog Jan Amos Komenský soovitas juba 17. sajandil õpitavad teemad võimalikult piltlikuks muuta, alustada iga teema õppimist selle kõige tuttavamatest ja piltlikumatest külgedest. Komenský püüdis välja töötada isegi omalaadset visuaalset piltkirja, mis pidi muutma õppimise õpilase jaoks võimalikult piltlikuks ja fantaasiat ergutavaks.

Möödaminnes õppimine

Üks programmeerimise ja matemaatika mängustamise võte on Eestis juba üsna levinud – see on robootika. Õpilased peavad andma robotitele mitmesuguseid keerukaid ülesandeid ja õpivad seejuures nagu muuseas natuke ka matemaatikat ja programmeerimist. Paljud koolid ja lasteaiad tegelevad juba robootikaga, osa neist isegi õppekava raames. Robotit juhtides tegeleb õpilane väga konkreetsete ülesannetega ning abstraktsed koodid ja numbriread omandavad tema jaoks väga konkreetse tähenduse. Laps saab aru, kuidas sõltub roboti tegevus sellest, kuidas tema tehtud väikene muudatus koodijuppide järjestuses muudab roboti käitumist. See teeb programmeerimise esimesed sammud nii õpilasele kui ka õpetajale endale oluliselt huvitavamaks ja lihtsamaks.

Kuid Eestis on häid näiteid ka selle kohta, kuidas roboteid saab kasutada matemaatika õppimiseks. Näiteks TLÜ haridusuuenduse tippkeskuse analüütiku Janika Leoste eksperimendis osalenud lapsed lahendasid päris keerukaid matemaatikaülesandeid, et oma robotile teekond programmeerida. Selleks arvutasid nad välja, kui palju peab robot liikuma otse, millal, mitu korda ja mitu kraadi keerama ühele ja teisele poole jne. Ise arvasid õpilased, et lihtsalt mängivad robotiga. Katse analüüs näitas, et matemaatikat robotit juhtides õppinute matemaatikateadmised olid paremad kui tavaklassi õpilaste omad, kes olid matemaatikat õppinud traditsiooniliselt paberi peal.

Lisada võib kolmandagi n-ö kaudse õppimise viisi – keelekümblus. Keelekümblustundides õpitakse eelkõige matemaatikat, loodusõpetust ja teisi õppeaineid. Et vene lapsed õpivad neid aineid eesti keeles, seda otseselt ei rõhutata. Õpilased õpivad sihikindlalt ainet ja nagu muuseas ka keelt. Tulemus on, et lapsed saavad eesti keele selgeks justkui möödaminnes, nagu lapsed saavad mitmed programmeerimise võtted selgeks kilpkonna ohtudest mööda juhtides.

Elulähedased ülesanded

Mart Laanpere ütleb, et kõike ei pea arvutimängude ja robotitega õppima, sest on muidki võimalusi, kuidas abstraktseid õppeaineid huvitavamaks muuta. Üks on õpilast ümbritseva keskkonna uurimine anduritega ja saadud andmete põhjalik analüüs. Varem on antud õpilastele selliseid tekstülesandeid, kus need andmed on neile ette antud. Nüüd lastakse õpilastel ise päriselt mõõtmisi teha. Anduritega ise andmeid kogudes ja neid arvutiga analüüsides tajuvad õpilased, et uurivad elu ennast, mitte ei lahenda elukauget tekstülesannet.

Tallinna ülikool nõustab praegu projekti, milles osalevad Kolga, Väätsa ja Valga põhikool ning Kuressaare ja Tallinna Kesklinna vene gümnaasium. Need koolid kasutavad sensoreid, mis koguvad andmeid ruumi, õpilaste kehade kohta jne. Et andmeid koguda, on vaja osata matemaatikat ja programmeerimist. See programmeerimine on suhteliselt lihtne, kuid võrreldes Lego robotite programmeerimisega siiski pikk samm edasi. Andmete töötlemiseks on vaja osata matemaatikat, mingil määral ka statistilist analüüsi.

Näiteks Kolga koolis on kasutusel sensorite komplekt PocketLab, mis on spetsiaalselt loodusainete tundide jaoks välja töötatud. Pisikeses plastikust karbis on 16 sensorit, millega saab mõõta õhurõhku, valguse tugevust, kiirendust, nurk- ja joonkiirust, magnetvälja jpm. Internetis on hästi palju tunnikavasid ja videoid, mis näitavad, kuidas neid sensoreid loodusainete ja programmeerimise põnevamaks õpetamiseks kasutada saab.

Bioloogia õpetamiseks said need viis kooli hüdropoonika komplekti, mida saab kasutada taimede kasvatamisel. Pannakse taim potti kasvama ja automatiseeritakse sensorite abil tema eest hoolitsemine. Õpilased koostavad programmi, mis lülitab pirnid põlema, kui taim vajab valgust. Teine programm lülitab sisse kastmissüsteemi, kui taim vajab niiskust. Kui taimel on külm, siis lülitab programm soojenduse. Kõik need programmid töötavad välja õpilased ise. Kusjuures seda katset saab läbi viia näiteks klassi aknalaual.

Programmeerimise kõrgema taseme puhul saavad õpilased korraldada asjad nii, et taim ei saa automaatselt vett, vaid ütleb klassile „Tahan juua!“. Kui ta vajab valgust, saab ta klassile öelda „Mul on külm!“ jne. Taim saab saata kogu klassile samasuguse sisuga e-kirja: „Mul on külm!“ Põhikooliõpilased oskavad selliseid asju väga hästi programmeerida, kinnitab Laanpere.

Kuressaare gümnaasium sai oma kasutusse väga põneva sensorite komplekti, kus on mündisuurused mikrokontrollerid, mida saab õmmelda riiete sisse ja külge. Neid saab programmeerida nii, et kui laps hakkab tantsima, siis hakkab tal mingi tekst selja peal või kuskil mujal helendama. Aga kontrollereid saab programmeerida ka nii, et kui lapsel hakkab külm, lähevad tema riided automaatselt puhevile, et tal soe hakkaks. Moefestivalidel kasutatakse neid kontrollereid väga palju.

Valga kool õpib programmeerimist, kasutades poolmeditsiinilisi kehaandureid, mis mõõdavad lihaspinget, vererõhku, ajulaineid (keskendumine, stress jms). Need sensorid on uurimisõppe jaoks. Kuna õpetajad neist seadmetest üle ei käi, avastavad nad koos õpilastega, mida ja kuidas saab nende puhul programmeerida. Kui mingi kehaandur näitab näiteks vererõhu tõusu, saab teha programmi, mis saadab kogu klassile teate, et ühel õpilasel on vererõhk liiga kõrge. Selle teate võib näiteks Facebooki gruppi saata.

Väätsa koolis on kasutuses ruumisensorid, mis mõõdavad niiskuse, müra, hapniku ja süsihappegaasi taset, aga ka liikumist. Õpilased uurivad sensorite abil, missugusel nädalapäeval või mis tunnis on õpilased kõige lärmakamad ja liikuvamad ning millal kõige vaiksemad jms. Seejärel saab andurite abil saadud andmete põhjal välja selgitada, kuidas on lärmakus seotud hapniku tasemega klassiruumi õhus jms. Kui mingi näitaja ületab kriitilise piiri, saab koostada programmi, mis paneb klassis punase lambi vilkuma, või ütleb arvuti klassile inimese häälega, et õhus on liiga palju süsihappegaasi vms. Nende andmete põhjal saab õppida ka lihtsamat statistilist analüüsi tegema jms.

Mart Laanpere märgib, et praegu õpib Eestis viis kooli selliste katsete toel programmeerimist, matemaatikat, bioloogiat jne. Kui neil läheb kõik hästi, siis võtab 20 kooli neist eeskuju, kasutades nende viie kooli õpematerjale. Edasi leiavad need 20 kooli endale partnerkoolid, laenutavad neile oma sensorite komplekte ja õpetavad neidki konkreetse ja põneva tegevuse kaudu abstraktseid teemasid õppima.

Lõpetuseks märgib Laanpere, et ka sensorite kasutamine õppe huvitavamaks muutmiseks ei ole viimase aja idee. BBC andis 2015. aastal õpilaste programmeerimisklubidele pisikesi mikroarvuteid MicroBit, mille kohta koostasid programmeerimisklubid palju põnevat õppematerjali ja ülesandeid. MicroBit on põhimõtteliselt mikrokontroller, mille külge saab ühendada igat liiki sensoreid, millega saab uurida taimede mulla niiskust, liikumist ruumis jpm. Multimeedia asju sai sellega samuti programmeerida.