Loodusteadusliku hariduse aastane doktorite saak

Aasta jooksul on Tartu Ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi loodusteadusliku hariduse keskuses kaitsnud viis noort inimest doktoritöö loodusteadusliku hariduse aktuaalsetel teemadel. Autorid tutvustavad oma töid.

Doktorikraadiga kaksikõed Semilarskid

Ei juhtu just sageli, et teaduskraadide kõrgeimale pulgale jõuavad samas valdkonnas kaksikõed. „Saame rääkida haridusteaduste teemal nii, et see meid paelub. Arutame, kuidas meie haridussüsteemi parendada,“ ütlevad Helen Semilarski ja Helin Semilarski.  

Mida uurisite oma doktoritöös?

Helen Semilarski: Uurisin gümnaasiumiõpilaste enesetõhusust raamteemade kasutamisel, sealhulgas 21. sajandi oskustega seoses. Eesmärk oli selgitada välja raamteemade kaartide kui õpetamis- ja õppimisviisi kasutamise efektiivsus, mis hõlbustab loodusteaduste õppimise lõimimist ja aitab edendada õpilaste enesetõhusust tähendusliku õppimise suunas. 

Helin Semilarski: Uurisin bioloogiaalast kirjaoskust. Süstemaatilise kirjanduse analüüsi abil uuendasin ja täiendasin bioloogiaalase kirjaoskuse kontseptsiooni. Samuti hindasin gümnaasiumiõpilaste olulisi bioloogiapädevusi, mille saavutamine on sätestatud 2011. aastal vastu võetud kompetentsipõhises gümnaasiumi riiklikus õppekavas, kuid mille rakendumise kohta pole piisavalt andmeid. 

Millised olid peamised tulemused-järeldused?

Helen Semilarski: Doktoritöö esimese etapi üldise järeldusena saab välja tuua, et oluline on toetada õpilaste teadmiste ja oskuste arendamist ning seostamist, samuti loodusainetes õpitava põhjal tervikpildi loomist. Seega on tähtis välja töötada metoodika, mis toetaks õpilaste tähenduslikku õppimist loodusainete tundides. 

Doktoritöö teises etapis keskendusin sellise sekkumise väljatöötamisele, mis toetaks õpilaste tähenduslikku õppimist. Viisin läbi uuringu, milles õpilased koostasid mõttekaarte eri raamteemade kohta. Selgus, et õpilased seostasid raamteemasid peamiselt faktiteadmistega (baasteadmised) ning vähem kontseptuaalsete (baasteadmiste seosed) ja protseduuriliste teadmistega (teadmine, kuidas midagi teha). 

Doktoritöö kolmandas etapis viidi koolides läbi aasta ja kaheksa kuud kestnud sekkumine, et toetada õpilaste tähendusrikast õppimist. Lähtudes eelmises etapis koostatud mudelist, koostati ja valideeriti koostöös valdkonna ekspertidega (loodus- ja pedagoogikavaldkonna ning koolikogemusega õpetajatega) esmalt kümme raamteemade kaarti, mis vastasid loodusvaldkonna ainekavade teemadele. Igale kaardile loodi õpistsenaarium, et toetada õpilaste arusaamu loodusteadustega seotud olulistest teemadest ja oskustest. 

Raamteemade kaardid olid seotud bioloogiaga (geneetiline mitmekesisus ja pärilikkus (sh DNA), geograafiaga (pinnamoe kujunemine ja ilm/kliima), füüsikaga (lained ja energia muundumine), keemiaga (aine ehitus ja keemilised reaktsioonid) ning interdistsiplinaarsed (mudelid ja süsteemid).

Õpilaste enesetõhusus tõusis nii geograafia ja bioloogiaga seotud kui ka interdistsiplinaarsete raamteemade korral. Füüsikas ja keemias oli õpilaste enesetõhusus raamteemade kasutamisel vähesel määral kõrgem. Õpilaste enesetõhusus tõusis ka 21. sajandi oskuste puhul. Näiteks oli pärast sekkumist õpilaste enesetõhusus kõrgem kognitiivsete ja probleemilahendusoskuste, kriitilise mõtlemise ning ka teadusuuringute läbiviimise korral. 

Intervjuudes tõdesid õpilased, et sekkumine mõjutas oluliselt nende loodusainete tunde. Õpilaste hinnangul olid tunnid huvitavamad, kuna neil oli põnev raamteemade kaarte täiendada. Mainiti, et loodusainete õpetajate koostööd oli põnev jälgida. Õpilastele meeldis teha koostööd ning nende jaoks olid raamteemade kaardid kasulikud, kuna nad said uusi teadmisi varasematega seostada ning õpitut paremini kinnistada.

Õpetajad tõid intervjuudes esile, et tundides rakendatud raamteemade kaartide meetod oli huvitav ning võimaldas toetada õpilaste tähenduslikku õppimist. Lisaks leidsid õpetajad, et kaardid aitasid neil kindlaks teha õpilaste väärarusaamu teatud teemade kohta. Õpetajad olid seisukohal, et selliseid raamteemade kaarte võiks koostada veel rohkem ja loodusainete tundides sagedamini rakendada. Nii õpilased kui ka õpetajad tõid välja, et oma teadmiste konstrueerimine raamteemade kaartidel (teadmiste visualiseerimine mõttekaardi meetodit rakendades, õpistsenaariumite kasutamine, interdistsiplinaarsete seoste loomine) aitas varasemaid teadmisi uutega paremini siduda.

Helin Semilarski: Süstemaatilise kirjanduse analüüsi abil leidsin 38 bioloogiaalast kirjaoskust defineerivat artiklit, mille abil koostasin uuendatud ja täiendatud teoorial põhineva bioloogia kirjaoskuse mudeli. 

Viisin läbi ka uuringud, kuidas gümnaasiumiõpilaste bioloogiaalase kirjaoskuse kognitiivseid ja afektiivseid komponente hinnata. Kolmes alauuringus hinnati bioloogiaalase kirjaoskuse peamisi komponente, mis valiti vastavalt mudelile ning gümnaasiumi riiklikus õppekavas sätestatud pädevustele ning bioloogia ainekavas käsitletud teemadele. Andmeid koguti gümnaasiumiõpilastelt kirjalike testide abil, mis võimaldasid hinnata valitud bioloogiaalase kirjaoskuse komponente, kuid mitte bioloogiaalast kirjaoskust tervikuna.

Õpilaste bioloogiaalaste kontseptuaalsete arusaamade ja kognitiivsete oskuste hindamiseks tehti longituuduuring, mis tugines kontekstipõhistele probleemülesannetele. 10. klassist osales 967 ja 12. klassist 902 õpilast. Gümnaasiumiõpingute kolme aasta jooksul ei paranenud õpilaste tulemused probleemilahendamise ja põhjendamise ülesannetes. 

Et hinnata õpilaste bioloogiateadmiste kognitiivset taset bioloogia ainekavas ette nähtud teemadel, kasutati valikvastustega 50 küsimusega kirjalikku bioloogiatesti. Valimi moodustasid gümnaasiumilõpetanud, kes tegid Tartu Ülikooli arstiteaduskonda sisseastumiseks erialakatse bioloogias. Põhiuuringusse kaasati sisseastujate tulemused aastatest 2015–2018, kokku 1017 gümnaasiumilõpetanut. Tulemused näitavad, et õpilaste tulemused erinesid suurel määral, kuid keskmised tulemused olid madalad, eriti kõrgemat mõtlemisjärku eeldavate küsimuste osas.

Saadud tulemustest selgub, et enamasti õpilased hindavad oma bioloogiavõimeid üle, samas õpilastel, kelle bioloogia põhimõistetest ja protsessidest arusaamine oli madal, oli madal ka kognitiivsete oskuste tase ning nad ei olnud  huvitatud bioloogiaga seotud karjäärivalikutest.

Madalate ainealaste ja kognitiivsete oskuste taga võib olla Eesti riiklik õppekava, mis rõhutab küll kognitiivsete oskuste arendamist, kuid mida piisavalt ei toeta bioloogia ainekeskne õppekava. Lisaks võib seda põhjendada asjaoluga, et gümnaasiumiõpilaste aineteadmiste langus bioloogias algas pärast bioloogia riigieksami kaotamist 2014. aastal. Ühiskonnas kasvab nõudlus bioloogiaalase kirjaoskuse märkimisväärse arendamise järele. Minu doktoritöö tulemused näitavad, et koolibioloogia ei toeta bioloogiaalase kirjaoskuse arendamist piisavalt ning vajab uuendamist. 

Milliseid soovitusi jagate oma töö põhjal õpetajaile?

Helen Semilarski: Tuleb teha koostööd oma kooli ja ka teiste koolide loodusainete õpetajatega. Senisest enam tuleb tähelepanu pöörata õpilaste tähendusliku õppimise toetamisele, sh õpetamismetoodikale. Loodusainete tundides on soovitav kasutada raamteemade kaarte (sh mõttekaardi koostamine, rühmatöö, õpistsenaariumid). On oluline luua viise, kuidas lõimida teadmiste dimensioone, näiteks lasta õpilastel mõttekaarte koostada ning seeläbi toetada interdistsiplinaarsete seoste loomist. 

Helin Semilarski: Tänapäeval on bioloogia kiiresti arenev valdkond, mille olulised fundamentaalsed ja rakenduslikud teadussaavutused näiteks geneetikas või kliinilises meditsiinis on muutnud ühiskonda. Sellised saavutused eeldavad ühiskonnaliikmete kõrget bioloogiaalast kirjaoskust, et muutunud tingimustes igapäevaelus hakkama saada. Seega on oluline, et õpilased omandaksid heal tasemel bioloogiateadmised ja -oskused pärast gümnaasiumi lõpetamist. Oluline on ka, et nad oleksid teadlikud karjäärivõimalustest bioloogia valdkonnas.

Olete mõlemad koolis töötanud. Mida andis teile õpetajatöö?

Helen Semilarski: 2016. aastal lõpetasin TÜ gümnaasiumi loodusainete õpetaja eriala. Põhipraktika sooritasin Miina Härma Gümnaasiumis ning sama aasta sügisest alustasin seal tööd. Õpetasin kuus aastat nii bioloogiat kui ka geograafiat põhikoolis ja gümnaasiumis. Õpetasin ka rahvusvahelisi õpilasi. Õpetajatööl oli minu kui teadlase elus väga oluline ning väärtuslik roll ja see andis palju uusi kogemusi, teadmisi ja oskusi. Doktoritöö kirjutamisel oli õpetajatöö hea motiveerija, sest sain koolist positiivseid emotsioone nii motiveeritud õpilastelt kui ka toredatelt kolleegidelt. 

Helin Semilarski: Ka mina töötasin kuus aastat Miina Härma Gümnaasiumis. Õpetajatöö andis mulle väga palju. Sain praktiseerida, mida olin õppinud, ning oma õpilasi juhendada ja õpetada. Kool toetas minu kui õpetaja arengut ning oli suurepäraseks mentoriks. Väike eelis oli see, et kool asub mõnesaja meetri kaugusel Vanemuise 46 õppehoonest. Miina Härma Gümnaasiumis on väga head õpilased ja suurepärased õpetajad. 

Millega praegu tegelete?

Helin Semilarski: Töötan Tartu Ülikooli loodusteadusliku hariduse keskuses. Olen mitme bakalaureuse- ja magistriõppe aine õppejõud ning juhendan magistritöid. Planeerin ning viin läbi õpetajate täienduskoolitusi. Koordineerin gümnaasiumi loodusteaduste õpetaja eriala tudengite põhipraktikat. Löön kaasa meie keskuse projektides ning kirjutan järeldoktorantuuri teadusgrante. 

Helin Semilarski: Ka mina töötan Tartu Ülikooli loodusteadusliku hariduse keskuses, olen teadur. Õpetan tulevasi loodusteaduste õpetajaid ja koolitan tegevõpetajaid. Koordineerin keskuse pakutavaid täiendkoolitusi. Samuti planeerin ja tegelen oma järeldoktorantuuriga, mille jooksul uurin kliimamuutuste alast kirjaoskust.

Hakkasime Heleniga möödunud suvest hobi korras loodusteadusliku hariduse keskuse Instagrami pidama, et tutvustada meie keskuse tegevust. Suurem eesmärk on populariseerida selle pisikese sammu abil gümnaasiumi loodusteaduste õpetaja magistriõppekava.

Milline roll on teil olnud teineteise jaoks?

Helen Semilarski: Mulle on Helin olnud suur eeskuju nii õpetajatöös kui ka teadlasen. Ta on mind õpingute ajal motiveerinud ja toeks olnud. Helin oli positiivses võtmes minu doktoritöö kõige suurem kriitik. Me argumenteerime nii tööl kui ka kodus pidevalt haridusteaduslikel teemadel ja räägime sellest, kuidas meie haridussüsteemi paremaks muuta. 

„There are two things in life for which we are never truly prepared: twins.“ – Josh Billings. 

Helin Semilarski: Doktoriõpingute aastad olid toredad, toetav õde on palju juurde andnud. Samas kaasaelamist on ka topelt. Värskelt tuleb meelde Heleni doktoritöö kaitsmine, kus mul oli suurem närv sees kui enda töö kaitsmisel.

Oleme saanud üksteisega rääkida haridusteaduste teemadel nii, et see meid mõlemaid paelub. On privileeg omada kaksikõde, kes töötab samas asutuses − lihtsam on leida endale asendajat, samuti saab vahetult jagada oma rõõme ja muresid.

Helen moosis mind kandideerima magistriõppes õpetaja erialale. Mina seevastu pidin teda moosima, et astuda doktorantuuri. Helen tahtis kohe õpetama minna. 

Lõpetuseks palun jagage üht toredat seika kaksikute teemal. 

Helen Semilarski: Neid toredaid seiku on meie elus olnud sageli. Usun, et selle eest saame tänada oma vanemaid ning just seda, et meie nimed sedavõrd sarnased on. Näiteks kui doktorantuuri alguses konverentsidele või stipendiumitele kandideerisime, siis vahel ei saanud üks meist vastust, kuidas kandideerimine õnnestus. Päringu peale saime teada, et kogemata ühe taotlus eemaldati, sest arvati et neid sai topelt. 

Helin Semilarski: Pole ime, kui keegi võõras arvab, et tunneb mind. Suunan ta siis õe juurde.

Helen Semilarski töö juhendajad olid prof Miia Rannikmäe ja kaasprof Regina Soobard; Helin Semilarski juhendaja oli kaasprof Anne Laius.

Looduskatastroofidest karjääriteadlikkuseni

Tormi Kotkas, HTM-i huvihariduse valdkonna juht:

Minu doktoritöö keskendus teadlikkuse tõstmisele loodusteadustega seotud elukutsetest ja loodusteaduste õppimise kasulikkuse näitamisele, kasutades selleks kolmest osast koosnevaid õppemooduleid. Uurisin, mil moel mõjuvad moodulid õpilaste valmidusele loodusteaduslikke teemasid edasi õppida ning loodusteadustega seotud elukutse valida. 

Õppemooduleid kokku oli viis ja igaüks keskendus eri ühiskondlikku ning loodusteaduslikku probleemi ühendavale teemale. Näiteks kliimasoojenemise teemale läheneti suurte elektriarvete kaudu, mis on praegugi väga aktuaalne. Elektriarvete vähendamiseks ehitasid õpilased ise päikesepaneele, mis nutiseadmeid laadisid. Tegeleti ka suhkrumaksu kui ülekaalulisuse ühe võimaliku lahendusega, „nutikate majade“, naftareostuse koristamise ja kaitsealuste loomade rahvusvahelise kaitse teemaga. 

Viimane õppemoodul läbiti Tartu Loodusmajas. Iga õppemoodul tutvustas teemaga seotud elukutseid ning neile olulisi oskusi ja teadmisi.

Töö tulemuste põhjal saab järeldada, et õppemoodulid võimaldasid enamikul õpilastel end õpitava teemaga seostada ning olid neile huvitavad. Kuigi enamik õpilastest hindas õpitavad teemad ühiskondlikult oluliseks, pidasid vähesed probleeme isiklikult oluliseks. See tulemus on problemaatiline, sest kui ühiskondlikke probleeme ei peeta isiklikult oluliseks, siis tõenäoliselt ei järgne ka tegusid probleemide lahendamisele kaasa aitamiseks. 

Kuigi õppemoodulite abil õppimine oli enamikule huvitav, leidus vähe neid, keda pelgalt moodulite abil õppimine loodusteaduslikke teemasid edasi õppima oleks innustanud. Doktoritöö keskendus 7.–9. klassi õpilastele ning selleks ajaks olid paljudel juba kujunenud välja muud huvid. Sellest hoolimata tasub selliseid õppemooduleid koolis rakendada, sest need toetavad loodusteadustest huvitatud õpilaste huvi ning loodusteadustega seotud elukutsevaliku säilimist. 

Uurisin ka õppemoodulite kasutamise mõju õpilaste teadlikkusele loodusteadustega seotud elukutsetest ning neile vajalikest oskustest ja teadmistest. Tulemused näitasid, et kui rakendatakse õppemooduleid, mis koos loodusteaduslike teemade õpetamisega toovad sisse ülesanded, millega tegelevad näiteks elektriinsenerid, biotehnoloogid, bioloogid, ökoloogid, keemikud, aga ka pagarid, ehitajad, saavad õpilased aru, et loodusteaduste õppimisel on mitmeid lahedaid karjääriväljundeid. Et aga näiteks insenerina hakkama saada, on oluline omada teadmiste kõrval head suhtlemisoskust, koostööoskust, analüüsivõimet ning tehnoloogilisi oskusi, et uut disainida ja disain realiseerida, samuti olla avatud uutele ideedele.

Õpilaste teadlikkus loodusteadustega seotud elukutsetest ei kujune iseenesest ning seda on vaja eraldi toetada. Õpikutes on nüüdseks küll hakatud tooma näiteid elukutsetest, mis õpitava teemaga seotud teadmisi kasutavad, kuid lihtsalt nimetamisest jääb mõistmiseks väheseks. Tasub mõelda, kuidas saaksid õpilased ise kogeda, mida teeb biotehnoloog või elektriinsener ja millistes olukordades ta vajab head suhtlemis- ja koostööoskust näiteks. 

Soovitan kasutada õpilastega ka mõistekaardi meetodit. Selleks tuleb anda ette teatud hulk elukutsete nimetusi ning mitmesuguseid oskuste ja teadmiste mõisteid. Fookusküsimusena küsida näiteks, millised elukutsed on õpilase arvates loodusteadustega seotud ning millised on neile vajalikud oskused ja teadmised. Miks mitte küsida, kuidas õpilased ise hindavad vajalike oskuste ja teadmiste taset, ning seeläbi suunata nad mõtlema loodusteadustega seotud elukutsetele. 

Juhendajad olid prof Miia Rannikmäe ja külalisprof Jack Holbrook.

Tapashi Binte Mahmud Chowdhury, TÜ loodusteadusliku hariduse nooremteadur:

Minu väitekirja pealkiri on „Kontekstiülese loodusteadusliku hariduse edendamine aktiivse ja teadliku kodanikkonna kujundamiseks“. Keskendusin ühiskonna arenguga seotud loodusteaduslike õppimise ning õpetamise lähenemisviiside väljaarendamisele ja väljatöötamisele. Need põhinevad humanismi ja konstruktivismi teooriatel, põhifookus on suunatud ühiskondlikule vajadusele arendada teaduslikult mõtlevaid ning aktiivseid kodanikke.

Uurimistöö käigus kogusin andmeid nii Eesti õpetajatelt kui ka rahvusvaheliselt õpetajaskonnalt Portugalist, Brasiiliast, Colombiast, Hispaaniast, Cabo Verdest, Belgiast ja Bangladeshist. Aga ka rahvusvaheliselt tunnustatud õpetajahariduse ning õppekavaarenduse valdkonna ekspertidelt.

Üldiselt on Eesti loodusainete õpetajad tuttavad keerukate loodusteaduslike probleemidega, mis on omavahel seotud laiemate ühiskondlike probleemidega. Neid probleeme nimetatakse sotsiaalteaduslikeks probleemideks või SSI-deks. Nende lahendamine klassiruumis aitab õpilastel mõista ühiskondlikke kitsaskohti, mis omakorda võimaldab neil osaleda aktuaalsete ja reaalsete probleemide lahendamisel. Õpetajad, kes on SSI-de tutvustamisega seotud arenguprogrammides osalenud, viivad neid probleeme ka lahendamiseks klassiruumi ning oskavad õpilastele neid arusaadavamalt esitada. 

Enamik rahvusvahelisest õpetajaskonnast on näidanud üles tahet ja valmisolekut elulisi sotsiaalteaduslikke küsimusi oma klassiruumis käsitleda. Nemadki nõustuvad, et on vaja edendada teaduslikku kirjaoskust ehk õppida lahendama sotsiaalteaduslikke probleeme, eelkõige reaalainete tundides, ning õpilased peavad olema sealjuures igati aktiivselt kaasatud.

Bangladeshi õpetajad seevastu olid nii Eesti kui ka teiste rahvusvaheliste õpetajatega võrreldes vähem valmis selliseid õppemeetodeid rakendama. Erinevus tuleb sellest, et Bangladeshi õppekava ei võimalda õpetajatele piisavalt vabadust muuta teadmistel põhinev õpe pädevuspõhiseks.

Rahvusvahelised eksperdid on juhtinud tähelepanu, et selliste muutuste valguses seisavad õpetajad silmitsi mitme väljakutsega. Näiteks eksamisüsteemide liigne sisukesksus – õpetajatel jääb siis vähem aega teadust ühiskonnaga seostada. Õpetajatele on vaja pakkuda usaldusväärseid ning selgelt välja töötatud õpetamismooduleid ja piisavalt ressursse.

Oma töö põhjal leian, et õpetajad peaksid keskenduma nii loodusteaduslikule sisule kui ka õpilaste pädevustele ühiskondlike probleemidega tegelemiseks. See aitab õpilastel loodusteadustest aru saada ja loodusteaduslikke teadmisi ning oskusi igapäevaelus kasutada. Soovitan õpetajatel osaleda mitmesugustel täienduskursustel. See aitab olla kursis ja piisavalt pädev, tegelemaks SSI-põhiste õpetamisviisidega.

Juhendajad olid prof Miia Rannikmäe ja külalisprof Jack Holbrook.

David Cerulli 

kaitses doktoritöö teemal „Õpetajate ja õpilaste teadlikkus ja valmisolek loodusõnnetuste korral ning hariduse roll nende mõju leevendamisel“. 

Davud Cerulli uuris Eesti, Ameerika ja Jaapani õpilaste valmisolekut loodusõnnetustele reageerimisel. 

Juhendajad olid külalisprof Jack Holbrook ja prof Ülo Mander.

Vt ka www.novaator.ee.