Teadussõnumid: Teaduslik mõtlemine ja probleemide lahendamine David Klahri ideedest lähtuvalt
„Teadussõnumite“ kümnes ja ühtlasi viimane lugu on märgiline kokkuvõttev ülevaade sellest, kuidas teaduslik mõtlemine ja probleemide lahendamise protsess on üles ehitatud. Mõnevõrra sarnast lähenemist on kasutanud ilmselt kõik eelnevalt tutvustatud teadlased, kuid loodan, et nendele lugudele toetudes hakkavad üha enam kasutama ka Eesti õpetajad.
Kümnendas „Teadussõnumite“ loos kirjutab Leo Siiman Ameerika Ühendriikide psühholoogi David Klahri töödest. David Klahr on süsteemselt kirjeldanud probleemide teaduslikku lahendamist. Ta kirjeldab, et see protsess algab mõtlemisest ja lõpeb mõtlemisega ning mõttetegevuse vahepeal tuleb katsetada.
Tõsi, mõni inimene on rohkem mõtlemisele orienteeritud teoreetik ja teine katsetamishuviline praktik, kuid üks tegevus teiseta ei anna kuigi häid tulemusi. Nii kutsungi üles kõiki õpetajaid suvevaheajal mõtlema oma praktilistele kogemustele ja sellele, kuidas tõlgendada neid teadusliku teooria valguses. See võib olla ressurss meie tegevuse veelgi tõhusamaks muutmisel. Head teaduspõhist lähenemist enda professionaalsuse arendamisel!
Margus Pedaste
Tartu ülikooli haridustehnoloogia professor,
„Teadussõnumite“ konkursi ellukutsuja ja tööde toimetaja
Leo Siiman, haridustehnoloogia vanemteadur:
Loodusainete õpetamisel on õpilaste jaoks tähtis praktiline tegevus, et mõista, kuidas loodusseadused toimivad. Teadus ei ole ainult hulk teadmisi maailma mõistmise kohta. See on ka metoodika, mida teadlased kasutavad uurimiseks ja teooriate loomiseks. Kuid kuidas uusi teadmisi avastatakse? Milliseid mõtlemisprotsesse teadlased uusi avastusi tehes kasutavad? Kuidas areneb teaduslik mõtlemine? Need on mõned küsimused, mida Ameerika Ühendriikide psühholoog David Klahr on koos kolleegidega uurinud ja millele ka vastuseid pakkunud.
Klahri oluline panus on teooria, mille järgi on teaduslik mõtlemine probleemide lahendamise protsess, mis koosneb kolmest osast: hüpoteeside püstitamine, katsete tegemine ja katsete tulemuste hindamine. Klahr ja tema kolleegid jõudsid teooriani, analüüsides psühholoogilistes katsetes arutluskäike, kuidas täiskasvanud ja lapsed uurimuslikke ülesandeid lahendasid. Nad täheldasid, et katsealused alustavad ülesandeid mõne olemasoleva või intuitiivse ideega või ilma mingi ideeta selle kohta, kuidas konkreetsed muutujad tulemust mõjutavad.
Kui katsealustele antakse võimalikke muutujaid (st sõltumatuid muutujaid) ja palutakse määrata nende mõju tulemusele (st sõltuvale muutujale), täidavad osalejad ülesande, arvestades kaht protsessi: otsida sobiv hüpotees ja katse kõigi võimalike seast. Katsed tehakse selleks, et püstitatud hüpoteesi kinnitada või ümber lükata või valida mitmest hüpoteesist sobivaim. Katseid võib teha ka selleks, et saada piisavalt andmeid, mille põhjal hüpotees püstitada. Katsete tulemusi hinnatakse selle järgi, kas nende põhjal on võimalik teha järeldusi hüpoteesi paikapidavuse kohta (või vahel ei anna katsed tulemusi).
Olenevalt ülesande keerukusest, muutujate arvust ja ülesannete täitmise ajast, võib neid etappe korrata – inimene otsib hüpoteese ja katseid ning teeb järeldusi, mis põhinevad tema enda loodud tõendite hindamisel. Katsed ja hüpoteesid vahelduvad samamoodi, nagu uurija püüab hakkama saada kahe seotud oskusega: kuidas teada, kuhu vaadata, ja kuidas nähtust aru saada.
Klahr tegi uuringutest olulise järelduse: inimesed kuuluvad ühte tüüpi kahest – teoreetik või katsetaja – olenevalt uurimuslike ülesannete lahendamisel kasutatud lahenduskäigust. Teoreetik püstitab hulga hüpoteese, kuid teeb vaid mõne katse, et oma hüpoteesi täpsustada ja ülesanne lahendada. Katsetaja teeb aga palju katseid enamasti kindlat hüpoteesi püstitamata. Katsetaja eesmärk on leida andmetest mustrid, mille järgi hüpoteesid püstitada ja nende kaudu ülesande lahendamiseni jõuda. Seejuures kulus Klahri uuringus katsetajatel ülesande lahendamiseks märksa rohkem aega kui teoreetikutel. Katse-eksitusmeetod võtab palju aega ja osutub tavaliselt mõttetuks võimalike katsete paljususe tõttu. Pigem tuleks luua ja kontrollida uusi hüpoteese – see on teaduse loovus ja avastamisrõõm.
Klahr soovitab oma uurimistulemuste põhjal loodusainete õpetajatele, et uurimusliku õppe katsed peaksid arvestama õpilaste varasemaid teadmisi. Nii on õpe tõhusaim. Õpilaste jaoks, kes ei ole teemaga tuttavad, peab uurimuslik tegevus andma piisavalt aega uurimiseks, juhatama õpilased asjakohaste küsimuste küsimiseni ja toetama neid eelteadmiste omandamisel.
Kui õpilastel on eelteadmised, mille põhjal luua esialgsed teaduslikud seletused, peaks uurimistegevus andma neile ülesande luua hüpoteesid ja andmestik, mille põhjal hüpoteese kontrollida. Nooremate õpilaste puhul soovitab Klahr uurimistegevuste puhul rakendada piiranguid: hüpoteesid peavad olema kergesti kontrollitavad või neid peab olema vähe nagu ka võimalikke katseid.
Eestis selgus 4. ja 7. klassi loodusainete tasemetööde tulemustest, et arendada tuleb õpilaste uurimisküsimuse ja/või hüpoteesi sõnastamise ning katse kavandamise oskust ja teisi uurimisõppega seotud oskusi. Kui õpetajad mõistavad, et edukas loodusteaduslik mõtlemine nõuab hüpoteeside püstitamise, katsete tegemise ja katsete tulemuste hindamise vastastikust seost, aitab see aru saada, millega võivad õpilased hätta jääda. Niiviisi on võimalik uurimuslikku õpet kõige paremini kohandada, et see vastaks õpilaste arenguvajadustele.
Klahri teooria on mõjutanud ka tänapäevase uurimusliku õppe mudeli loomist. Mudel töötati välja Eesti teadlaste eestvedamisel ja seda kasutatakse suures rahvusvahelises veebipõhises õpikeskkonnas Go-Lab, et õpilastel oleks lihtsam digivahendite abil teaduskatseid teha ja õpetajatel õpilaste uurimisoskusi arendada.