1

Oppimistiede on poikkitieteellinen tutkimusala, jonka tarkoituksena on syventää ymmärrystä oppimisesta ja antaa vastauksia kysymyksiin oppimisen taustamekanismeista sekä siitä, miten oppimista voidaan tukea ja mikä toisaalta taas heikentää oppimista. Oppimistiede sisältää tutkimusta muun muassa neurotieteiden, psykologian, kasvatustieteen, tietojenkäsittelytieteen sekä opetusteknologian aloilta ja sen päämääränä on ymmärtää ja optimoida oppimista (Sawyer, 2006; Meltzoff ym., 2009). Oppimistiede kannustaa oppimisen aktiivisiin lähestymistapoihin useilla aloilla kuten humanististen tieteiden, sosiaalitieteiden, luonnontieteiden ja taideaineiden alueilla. Oppimistieteen perustana ovat neurotieteen teoriat oppimisesta. Aivojen ja oppimisen yhteyksissä on vielä paljon opittavaa ja oppimisen monimutkaisen biologisen puolen ymmärtäminen on haastavaa jopa sen tutkijoille. Tämän vuoksi Illuminated-projektin sisältö on yksinkertaistettu ja yleistetty versio valituista neurotieteen käsitteistä, tutkimuksista ja teorioista. . Illuminated on eurooppalainen Erasmus+ -ohjelman rahoittama projekti, joka kokoaa opetusteknologian, opettajainkoulutuksen ja kognitiivisen neurotieteen asiantuntijoita auttaakseen opettajia suunnittelemaan parempia oppitunteja hyödyntämällä neurotiedettä. Opettajille on luotu kaksi työpajaa, joiden aiheena on ”Aivotutkimus oppimisen suunnittelun tukena” ja nämä ovat saatavilla vapaasti osoitteessa http://illuminatedproject.eu.

Vaikka aivojen toiminnasta on vielä paljon opittavaa, on viime vuosina tehty merkittäviä löydöksiä oppimisen biologisesta perustasta. Esimerkkinä tästä on Massachusettsin teknillisessä yliopistossa (MIT, Massachusets Institute of Technology, USA) tehty tutkimuslöydös (Susumu Tonegawa can make mice remember things that never happened; Humphries, 2016). Tutkijat kykenivät laboratorio-oloissa muokkaamaan hiirten muistikuvia. He onnistuivat seuraamaan tarkasti muistikuvan muodostumista, muistikuvan uudelleenaktivoinnissa onnistuttiin ja näin hiiri saatiin toimimaan tietyllä tavalla. Tutkijat pystyivät jopa luomaan väärän muistijäljen, jota aktivoidessa hiiri toimi uudella tavalla (Tonegawa ym., 2015). Vaikka laboratorio-oloissa tehdyistä hiirikokeista on vielä pitkä matka käytännön sovelluksiin ihmisillä, tällaiset kokeet valottavat oppimisen taustamekanismeja sekä oppimisen vaikutusta käyttäytymiseen. Tutkimustietoa on kertynyt tarpeeksi, jotta opettajille olennaisimpia löydöksiä ja tietoa siitä, miten näitä löydöksiä soveltamalla voidaan kehittää opetuskäytäntöjä on voitu koota julkaisuihin [katso lähteet: Science of Learning – Introduction to Evidence-based Practices].

Oppimistieteen lisäksi Illuminated-projektin materiaalit ovat oppimisen suunnittelun (engl. Learning Design) lähestymistavan mukaisia. Tämä lähestymistavan tarkoituksena on tukea opettajia kehittämään taitojaan oppimiskokemusten suunnittelussa. Oppimisen suunnittelussa tukeudutaan usein teknologiaan, joka auttaa opettajia oppimissuunnitelmien kirjaamisessa, toteuttamisessa, pohtimisessa ja kehittämisessä ajan myötä (Dalziel, 2013; Mor, Craft & Hernández-Leo, 2013; Mor, Ferguson & Wasson, 2015). Oppimisen suunnitteluun kuuluu päätöksenteko siitä, millaisia oppimistehtäviä tehdään, miten sisältö aikataulutetaan ja jaotellaan oppitunneilla ja eri oppituntien välillä sekä miten uusi tieto voitaisiin parhaiten esittää.

Illuminated-projektin tavoitteena ei ole opettaa biologiaa tai neurotiedettä, vaan tutustuttaa oppimistieteen avainkäsitteisiin, joita voidaan soveltaa opetuksessa sekä käyttää oppimisen suunnittelun tukena. Suunnitteluun liittyvän päätöksenteon on tarkoitus tukeutua esiteltäviin näyttöön perustuviin strategioihin, eli antaa opettajille työkaluja, jotka ovat oppimistieteen mukaisia ja perustuvat tutkittuun tietoon. Toisena tavoitteena on herätellä opettajien kiinnostusta heidän työhönsä suoraan liittyvästä oppimistieteestä ja tarkemmin siitä, miten oppimista tapahtuu ja miten sitä ei tapahdu. Illuminated-projektin laajempana ajatuksena on ”valaista tehokkaita opetusstrategioita oppimistieteen avulla”. Opetusstrategioilla voi olla niin opetusta kuin oppimista parantava tai heikentävä vaikutus (Hascher, 2010). Illuminated-projektin materiaalien tarkoituksena on tuoda syvempää ymmärrystä niin oppimisen vaikeuksista kuin ihanteellisesta oppimisesta. Opettajille suunnatuissa työpajoissa on sovellettu näyttöön perustuvia oppimisstrategioita, joten strategioiden opettamisen lisäksi tarkoituksena on antaa kokemus strategioiden toimivuudesta oppijan näkökulmasta.

Tiedeyhteisössä on kehittymässä yhteisymmärrys oppimisen taustalla olevista aivomekanismeista, mutta monet opettajat eivät ole saaneet opetusta oppimisen taustamekanismeista (Pomerance, Greenberg & Walsh, 2016; Beardsley, Martínez-Moreno & Hernández-Leo, 2020). Illuminated-projektin tarkoituksena on lisätä tietoa tällä alueella. Osana Illuminated-projektia opettajat vastasivat kyselyyn oppimistieteen peruskäsitteistä ja teminologiasta. Kysely sisälsi erilaisia käsitteitä kuten neuroplastisuus, hermosolu ja synapsi, ja sen tuloksissa ilmeni paljon vaihtelua. Kyselyyn vastanneilla opettajilla oli erilaisia näkemyksiä oppimisen taustamekanismeista, ja myös tuntemus oppimisen biologiasta vaihteli. Opettajien erilaisten käsitysten vuoksi voikin olla haastavaa löytää yhteistä perustaa, jolle rakentaa opettajien yhteinen tietopohja. Monissa kouluissa on laajalti otettu käyttöön tutkivan oppimisen käytäntöjä (engl. inquiry-based methods) tai ainakin sovellettu näitä osana opetusta (mm. ongelmakeskeinen oppiminen, etsivä oppiminen, kokemuksellinen oppiminen, konstruktivistinen oppiminen, projektimuotoinen oppiminen).  Kuitenkin yhteenveto 72:sta tutkimusartikkelista osoitti, että opettajan ohjaus on ratkaiseva tekijä tutkivan oppimisen onnistumisessa (Clark, Kirschner, & Sweller, 2012; Lazonder & Harmsen, 2016). Jos oppilaat eivät saa ohjausta, tutkivaan oppimiseen perustuvat menetelmät olivat tutkimuksen perusteella vähemmän tehokkaita ja suoriutuminen heikompaa verrattuna perinteisiin opetustapoihin. Tutkivan oppimisen keskeiset hyödyt liittyvät siihen, miten nämä lähestymistavat vaikuttavat oppijan motivaatioon ja tunteisiin, jotka ovat oppimisen kannalta erittäin tärkeitä. Oppimisen ohjausta tarvitaan kuitenkin tukemaan oppimiseen liittyviä kognitiivisia prosesseja, jotka ovat yhteydessä aivojemme toimintaan ja ovat tyypillisesti kehittyville oppijoille yhteisiä.

Lähteet: Johdanto

Oppimistiede

• Meltzoff, A. N., Kuhl, P. K., Movellan, J., & Sejnowski, T. J. (2009). Foundations for a new science of learning. science, 325(5938), 284-288.
• Sawyer, R. K. (Ed.). (2006). The Cambridge handbook of the learning sciences. Cambridge University Press.

Aivotieteen edistysaskeleita

• Humphries, Courtney. (2016, Oct. 14). Susumu Tonegawa studies how memories are stored and how they can be manipulated. MIT Technology Review. Retrieved from https://www.technologyreview.com/s/602558/tracing-a-memory/
• Tonegawa, S., Pignatelli, M., Roy, D. S., & Ryan, T. J. (2015). Memory engram storage and retrieval. Current opinion in neurobiology, 35, 101-109.

Oppimistiede – Yleiskatsaus tutkimustietoon perustuvista toimintatavoista

• Hascher, T. (2010). Learning and Emotion: perspectives for theory and research. European Educational Research Journal, 9(1), 13-28.
• Ericsson, A., & Pool, R. (2016). Peak: Secrets from the new science of expertise. Houghton Mifflin Harcourt.
• Gooding, H. C., Mann, K., & Armstrong, E. (2017). Twelve tips for applying the science of learning to health professions education. Medical teacher, 39(1), 26-31.
• Paas, F., Renkl, A., & Sweller, J. (2003). Cognitive load theory and instructional design: Recent developments. Educational psychologist, 38(1), 1-4.
• Pashler, H., Bain, P. M., Bottge, B. A., Graesser, A., Koedinger, K., McDaniel, M., & Metcalfe, J. (2007). Organizing Instruction and Study to Improve Student Learning. IES Practice Guide. NCER 2007-2004. National Center for Education Research.
• Schneider, M., & Stern, E. (2010). The cognitive perspective on learning: Ten cornerstone findings. The nature of learning: Using research to inspire practice, 69-90.

Oppimisen suunnittelu

• Dalziel, J., Conole, G., Wills, S., Walker, S., Bennett, S., Dobozy, E., Cameron, L., Badilescu-Buga, E. and Bower, M.  (2013). The larnaca declaration on learning design–2013.
• Mor, Y., Craft, B., & Hernandez-Leo, D. (2013). The Art and Science of Learning Design: Editorial. Research in Learning Technology, Vol. 21.
• Mor, Y., Ferguson, R., & Wasson, B. (2015). Learning design, teacher inquiry into student learning and learning analytics: A call for action. British Journal of Educational Technology, 46(2), 221-229.

Illuminated-projektin konsepti & tarve

• Pomerance, L., Greenberg, J., & Walsh, K. (2016). Learning about Learning: What Every New Teacher Needs to Know. National Council on Teacher Quality.
• Beardsley, M., Martínez-Moreno, J. & Hernández-Leo, D. (2020). Comparing pre-service and in-service teacher perceptions of the science of learning. 11th International Conference on University Teaching and Innovation (CIDUI): Beyond competencies: new challenges in a digital society.
• Clark, Richard E., Paul A. Kirschner, and John Sweller. “Putting Students on the Path to Learning: The Case for Fully Guided Instruction.” American Educator 36.1 (2012): 6-11.
• Lazonder, A. W., & Harmsen, R. (2016). Meta-analysis of inquiry-based learning: Effects of guidance. Review of educational research, 86(3), 681-718.