Yhdeksäsluokkalaisten ymmärrys fysiikan käsitteistä massa ja paino

Abstract

Tässä tutkielmassa on selvitetty, kuinka hyvin yhdeksäsluokkalaiset ymmärtävät fysiikan käsitteet massa ja paino. Inspiraatio tutkimuksen tekemiseen löytyi tutkijan huomiosta ihmisten virhekäsityksistä fysiikasta. Tutkimuksen kohdejoukoksi valittiin yhdeksäsluokkalaiset, joilla virhekäsitykset fysiikan peruskäsitteistä voivat vaikuttaa fysiikan oppimiseen negatiivisesti tulevaisuudessa. Virhekäsityksien korjaaminen varhaisessa vaiheessa voisikin edistää yhdeksäsluokkalaisten opiskelumotivaatiota tulevissa fysiikan opinnoissa.

Tutkimus on kvalitatiivinen eli laadullinen tapaustutkimus, jossa aineistoa analysoitiin pääasiassa teoriaohjaavalla sisällönanalyysillä, jonka jälkeen oppilaiden ymmärrystä peilattiin Benjamin Bloomin vuonna 1956 luomaan taksonomiaan sekä opetussuunnitelmaan. Analysoitava aineisto kerättiin lukukauden 2016–2017 aikana kyselyllä, johon osallistui yhteensä 111 yhdeksäsluokkalaista neljästä eri koulusta. Kyselyssä oli viisi erilaista massaa ja painoa koskevaa kysymystä, jotka testasivat oppilaiden kvalitatiivista ymmärrystä. Tehtävissä oppilaiden tuli valita oikea vaihtoehto ja perustella valintansa lyhyesti omin sanoin.

Tärkeimpänä tutkimustuloksena selvisi, että suurin osa yhdeksäsluokkalaisista sekoitti käsitteet massa ja paino toisiinsa. Lähes kaikki oppilaat ymmärsivät kappaleen massan kuvaavan kappaleessa olevan aineen määrää, mutta siitä huolimatta suurin osa ajatteli massan muuttuvan, jos kappale vietäisiin esimerkiksi Kuuhun. Lisäksi tutkimuksessa selvisi, että vain muutama oppilas osasi kertoa, mitä massan hitaudella tarkoitetaan. Painon ja painavan massan tapauksessa oppilaat pääsivät Bloomin taksonomian toiselle tasolle, jolloin käsitteiden määritelmien lisäksi he osasivat perustella vastauksiaan yksinkertaisimmissa tehtävissä. Hitaan massan ymmärryksessä oppilaat eivät päässeet edes Bloomin taksonomian ensimmäiselle tasolle.

Massan hitauden huono ymmärrys johti siihen, että oppilaat ajattelivat kahdesta eri kappaleesta suuremman massan omaavan putoavan aina ensin maahan, jos ne pudotettaisiin samalta korkeudelta yhtäaikaa. Toissijaisesti tutkimuksesta selvisi, että osalla oppilaista oli heikko ymmärrys painovoimasta, mikä ilmeni siten että he kuvittelivat painovoiman loppuvan, jos mentäisiin avaruuteen tai Kuuhun.

Tässä työssä saadut tulokset käsitteiden massa, paino ja gravitaatio ymmärryksestä ovat yhtäpitäviä aikaisemmin tehtyjen tutkimuksien kanssa. Lisäksi tässä tutkimuksessa saatiin merkittäviä tuloksia oppilaiden ymmärryksestä massan hitaus-käsitteestä, jota on tutkittu huomattavasti vähemmän. Massan hitauden ymmärtäminen on edellytys esimerkiksi mekaniikan peruslakien oppimiselle. Tämän vuoksi massan hitaus-käsittettä tulisi fysiikan opetuksessa painottaa ja oppilaiden osaamista tulisi seurata tulevaisuudessa.

Tutkimuksen tulokset tarjoavat monipuolisia jatkotutkimusmahdollisuuksia koskien massan, painon ja gravitaation ymmärrystä. Erityisesti massan hitaus-käsitteen ymmärtämisen taso olisi opetuksen kannalta tärkeä selvittää perus- ja keskiasteella. Lisäksi tutkimus antaa hyvän teoreettisen lähtökohdan tutkimukselle, jolla pyrittäisiin löytämään opetuskeinoja, jotka sopisivat parhaiten massan ja painon opetukseen fysiikassa.