Tartu ülikool osales nelja aasta vältel Euroopa komisjoni finantseeritud mahukas teadus- ja arendusprojektis SCY, milles ühendati uurimuslik õpe, ühine õppimine ja kaasaegne tehnoloogia. Projektis arendati välja õpikeskkond SCY-Lab, milles õpilased tutvuvad igapäevaeluliste probleemidega, sõnastavad nende põhjal uurimisküsimusi ja hüpoteese, kavandavad ja teevad katseid ning lahendavad tulemustele tuginedes probleeme. Nii õpitakse läbi uurimusliku õppe teaduslikult mõtlema. Tehnoloogia võimaldab õpilastel üksteisega jagada enda loodut, saada abi, koguda andmeid ja analüüsida neid teadlastele sarnasel viisil.

Õpikeskkonda peeti nii väljapaistvaks, et mainekas teadusajakiri Science otsustas keskkonnas välja arendatud ökoloogiamissiooni tunnustada ajakirja auhinnaga ning sellega seoses avaldati artikkel ajakirjas Science. Kuivõrd tegemist on ühe suurema tunnustusega Eesti haridusteadlastele, toome lugejateni artikli tõlke.

———–

Ökosüsteemide uurimine kui kombineeritud õppe kogemus

Uurimise, koostöö ja kavandamise kaudu õppimine on projekti SCY (Science Created by You [Sinu poolt loodud teadus]) käigus loodud tarkvara keskne õpetuslik printsiip. SCY tehnoloogiliselt täiustatud õpikeskkondades ehk SCY-missioonides omandavad õpilased teadmisi luues tooteid, mida nad saavad oma kaaslastega jagada ja mille üle koos arutada. Selleks kasutavad nad teksti- või multimeedia-põhiseid õppematerjale ning viivad läbi reaalseid ja virtuaalseid eksperimente.

Igal SCY-missioonil on kindel uurimis- või arenduseesmärk, näiteks tervisliku pitsa või nullilähedase süsihappegaasi jalajäljega maja loomine. Lõpliku toote poole liikudes loovad õpilased mitut laadi virtuaalseid vahetooteid ehk arenevaid õpiobjekte (ELO – Emerging Learning Objects). Sääraste ELO-de hulka võivad kuuluda mõistekaardid, katsekirjeldused, mudelid ning simulatsioonidest või reaalsetest eksperimentidest pärinevad andmestikud. Kõik SCY-missioonide tegevused keskenduvad ELO-dele, mida õpilased saavad salvestada, välja otsida ja muuta.

Siiani on loodud neli SCY-missiooni, mis käsitlevad selliseid teemasid nagu kasvuhooneefekt, toit ja toiteväärtus ning DNA. Siinkohal keskendume nn ökoloogiamissioonile. See 15- kuni 19-aastastele õpilastele mõeldud missioon käsitleb peamiselt ökoloogiavaldkonda, hõlmates ka keemiat ja matemaatikat. Ökoloogiamissioonis kombineeritakse praktiline andmekogumine SCY keskkonnas töötamisega. Esmalt palutakse õpilastel koostada mageveekogus esinevatest seostest mõistekaart, mis näitab õpilaste algteadmisi sellest valdkonnast. Kaarti võib koostada kas individuaalselt või koos kaasõpilastega. Seejärel järgivad õpilased nelja eelnevalt kavandatud uurimistsüklit omavahel seotud teemadel: 1) valguse mõju fotosünteesi aktiivsusele, 2) pH mõiste ja veekogu pH-taseme muutused, 3) toitainete kontsentratsiooni mõju tootjate biomassile ning 4) troofiliste tasemete vahelised seosed ökosüsteemis. Need teemad valiti välja Eesti, Küprose, Prantsuse, Norra ja Hollandi õppekavade analüüsi põhjal ning täpsustati ekspertintervjuudes. Olles läbinud neli uurimistsüklit, pöörduvad õpilased tagasi oma algse mõistekaardi juurde, kohandades seda vastavalt oma uurimistöö käigus omandatud teadmistele.

Pildil esitatud keskkonnas kavandavad õpilased uurimistsükli käigus katseplaani, et viia läbi praktiline eksperiment valguse rolli kindlaks tegemiseks fotosünteesis. Loodav katseplaan on avatud ekraani keskosas. Suunav ülesandepüstitus ja infoallikad ELO loomiseks paiknevad „sahtlites” ehk ELO-ga kaasaskäivates akendes. Üks sahtel pakub võrguvestluse võimalust ning sellesse saab kutsuda kaaslasi nende avataride lohistamisega ELO-sse. Navigeerimine leiab aset missioonikaardi kaudu ning alumises vasakpoolses nurgas asub ELO-de hoidla, kus õpilased saavad salvestada, otsida ja leida iseenda ning oma kaaslaste ELO-sid.

PH-muutuste uurimistsüklisse kuuluvas reaalses katses panevad õpilased katseklaasidesse liiva, lubjakivi- ja graniidipuru, et teha kindlaks, millist mõju võib järvepõhja koostis avaldada järve pH-taseme happesademetest tingitud muutustele. Katseklaasidesse valatakse destilleeritud vett ning seejärel eri kontsentratsiooniga väävelhapet. Õpilased mõõdavad kõigi katseklaaside pH-taseme ning SCY keskkonnas tehtav andmeanalüüs aitab neil mõista, miks ühesugune happevihm võib eri järvede elustikku erinevalt mõjutada.

Toitainesisalduse uurimistsüklis muudavad õpilased lämmastiku ja fosfori kontsentratsiooni vees ning vaatlevad nende muutuste mõju vetikate biomassi muutustele. See simulatsioon arvestab lämmastiku ja fosfori keemilisi omadusi ühendite moodustamisel nagu ka populatsiooni kasvu- ja suremusnäitajaid. Simulatsioonis saavad õpilased enda käsutusse andmed, mida tuleks muidu koguda pikaajalise reaalse eksperimendiga.

Troofiliste tasemete simulatsioonis saab tegureid, mis iseloomustavad ökosüsteemis osalevaid rööv- ja saakorganisme, kasutada kas sisend- või väljundmuutujatena. Selles simulatsioonis on integreeritud populatsiooni kasv ja kahanemine, röövloomade suutlikkus püüda saakloomi ja neist toituda, looduslikud kasvu- ja suremustegurid ning võime teisendada saakorganismide biomassi röövloomade omaks. Õpilased saavad muuta toiduahela lülide algset biomassi ning uurida seejärel teatud ajaperioodi vältel ilmnevaid muutusi.

Igas uurimistsüklis tehtud uurimistöö koos teadusliku taustinfoga on vajalik selleks, et lahendada vastava tsükli esialgses plaanis või uurimiseesmärgis püstitatud probleeme. Ühtlasi peaksid saadud tulemused aitama õpilastel täiustada oma algselt koostatud mõistekaarti. Oma uurimistöö illustreerimiseks koostavad õpilased ka videoaruande.

Ökoloogiamissiooni on rakendatud mitmes Eesti, Hollandi ja Küprose koolis. Eestis hõlmas uuring 64 keskkooliõpilast (vanuses 16–18). Igas katsekoolis töötasid õpilased ökoloogiamissiooniga individuaalselt nelja tunni vältel. Esmalt täideti internetipõhine eeltest. Järeltest sooritati samuti internetis, aga kaks nädalat hiljem.

Õpilaste algseid ja lõplikke mõistekaarte analüüsiti nende ainealaste teadmiste hindamiseks. Tulemused osutasid õpilaste teadmiste märgatavale paranemisele (Wilcoxoni astakmärgitest: Z = −5,92; P < 0,001). Pärast ökoloogiamissiooniga töötamist suutsid nad paremini korrastada ja väljendada oma teadmisi biootiliste ja abiootiliste tegurite mõjust magevee ökosüsteemides.

Eel- ja järeltestiga hinnati muutusi õpilaste uurimuslikes oskustes. Mõlemas testis esitati ökoloogiaga seotud igapäevane probleemsituatsioon. Õpilastel paluti esmalt sõnastada uurimisküsimused ja hüpoteesid. Seejärel esitati katseandmeid sisaldav graafik ning õpilased vastasid sellega seotud küsimustele, et näidata oma andmeanalüüsioskusi. Viimane ülesanne seisnes katsetulemuste põhjal järelduste tegemises. Uurimisküsimusi hinnati kolme elemendi alusel – maksimaalne skoor saadi, kui sõnastati probleemiga seotud küsimus ning see sisaldas õigeid sõltuvaid ja sõltumatuid tegureid. Hüpoteese ja järeldusi hinnati vastavalt nende sõnastusele (uurimisküsimusega seotud lause), sõltuvate ja sõltumatute tegurite korrektsusele ning taustinfoga seotusele. Eel- ja järeltesti vastuste võrdlus viitas statistiliselt olulisele arengule õpilaste uurimisküsimuste sõnastamise oskuses (Wilcoxoni astakmärgitest: Z = −3,67; P < 0,001) ja hüpoteeside sõnastamise oskuses (Z = −2,78; P < 0,05). Kuivõrd õpilaste andmete analüüsimise ja järelduste tegemise oskused olid head juba enne õpikeskkonna rakendamist, ei täheldatud neis olulist arengut. Tulemused osutasid sellele, et pärast tööd ökoloogiamissiooniga suutsid õpilased paremini seostada uurimisküsimusi ja hüpoteese ning leida taustinfost sõltuvaid ja sõltumatuid muutujaid. Õpetajatelt saadud tagasiside kohaselt rikastab ökoloogiamissioon koolide õppekava uuenduslike kombineeritud õppe võimalustega, mis ühendavad ainetunnis ja arvutiklassis toimuva õppe reaalse andmekogumisega.