Taotlus doktorantuurikoha eraldamiseks 1. Õppekava: Haridusteadus 80338 2. Projekti pealkiri eesti keeles: Mudel STEM õppeainete relevantsuse suurendamiseks digitaalse kirjaoskuse kujundamisele suunatud tingimustes 3. Projekti pealkiri inglise keeles: Model for increasing the relevance of STEM in settings towards promoting digital literacy 4. CERCS teaduseriala: S270 Pedagoogika ja didaktika Juhendajad: Eesnimi Perekonnanimi Struktuuriüksus Ametikoht Miia Rannikmäe Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, keskus Katrin Vaino Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, keskus professor, PhD teadur Uurimisgrupp, kus doktoritööd tehakse: Eesnimi Perekonnanimi Struktuuriüksus Ametikoht Kas on doktorant Miia Rannikmäe LOLH Keskus professor Ei Katrin Vaino LOLH Keskus teadur Ei Jack Holbrook LOLH Keskus külalisprofessor Ei Regina Soobard LOLH Keskus programmijuht Ja Toomas Vaino LOLH Keskus doktorant Ja Tormi Kotkas LOLH Keskus projektijuht Ja Anne Laius LOLH Keskus lektor Ei Margus Pedaste SHHI tehnoloogiahariduse professor Ei
Äli Leijen SHHI haridusteaduste vanemteadur Ei Leo Siimann SHHI tehnoloogiahariduse vanemteadur Ei Robert- Jan Simons SHHI külalisprofessor (al märts 2015) Ei Tööks vajalike olemasolevate vahendite (aparatuur, finantsid) kirjeldus: Doktorandi teadustööd finantseeritakse jooksvalt IUT 34-6 Nutikad tehnoloogiad ja digitaalne kirjaoskus õppimiskäsitluse muutmisel vahenditest. Doktorandil on töötamiseks Vanemuise 46 228 avarates ruumides oma töökoht, arvuti, teadusajakirjad ja raamatud. Lisaks töörühma vahenditele on doktorandil võimalik saada doktoritöö tegemiseks toetust doktorantidele suunatud meetmetest (nt Euroopa Sotsiaalfondi 2015. või 2106. aastal avanevatest meedetest). Doktoritöö innovaatilisus ja tähtsus antud teadussuuna arengule Üle maailma püütakse defineerida peamisi oskusi, mida läheb vaja hakkama saamiseks 21. sajandil (OECD, 2006; PA, 2008; Assessment and Teaching of 21st Century Skills, 2012). Vaatamata erinevustele detailides, nõustutakse, et kool peab arendama õpilaste loomingulise ja kriitilise mõtlemise, koostöö ja kommunikatsioonioskusi ning digitaalset kirjaoskust. Et olla edukad, peaksid inimesed olema valmis lahendama keerukaid probleeme, olema paindlikud, kasutama innovatiivset lähenemist, et vastata elukeskkonnas tekkivatele väljakutsetele ning kasutama ning laiendama tehnoloogia võimalusi (Binkley jt. 2010). Euroopa komisjoni aruanne (EC; 2007) toob esile õpilaste huvi vähenemist loodusteaduste, matemaatika ning tehnoloogiaga seotud karjääri vastu, mis seab ohtu Euroopa teaduse ja tehnoloogia arengu ning konkurentsivõime. Käesoleva doktoriprojekti eesmärgiks on töötada välja interdistsiplinaarsust ja konteksti arvestav mudel STEM õppeainete relevantsuse suurendamiseks õppijale digitaalse kirjaoskuse kujundamise tingimustes. Teoreetilise aluse moodustavad järgmised neli komponenti: a) õpilaste huvide arvestamine Huvi kui psühholoogiline seisund, mis viitab õpilase keskendunud tähelepanule tunnis käsitletava teema, õppetegevuse vms suhtes. Hidi (2000) arvates mängib huvi olulist rolli õpilase sisemise motivatsiooni esilekutsumisel ja säilitamisel. Seejuures võib õpilase huvi olla personaalne (individuaalne) või situatsiooniline (Krapp, 2002). Esimest peetakse suhteliselt stabiilseks, inimese isikuga tihedalt seotuks, ning teist aga suhteliselt lühiajaliseks ning kontekstist sõltuvaks (Krapp jt, 1992; Schieffele, 1991). Alexander jt (1997) on individuaalset huvi nimetanud ka sisemise motivatsiooni mootoriks. Kuigi paljud autorid käsitlevad sisemist motivatsiooni ja individuaalset huvi kahe eristuva konstruktina, ennustavad mõlemad sarnaseid tulemusi. Situatsiooniline huvi on sarnasem välise motivatsiooni vormidele ning võib muutuda vastavalt õpetaja valitud õppemeetoditele olles seega õpetaja poolt kontrollitav (Hidi ja Harackiewicz, 2000). Situatsioonilist huvi aitavad esile kutsuda näiteks esitatava uudsus ja põnevus (Hidi, 1990). Uurimused on näidanud et huvil konkreetsete õppeainete vastu on soolisi erinevusi: kui poisid huvituvad rohkem füüsikast ja tehnoloogiast, siis tüdrukud eelistavad pigem bioloogiat ja geograafiat (Dawson, 2000; Colley ja Comber, 2003). Huvi seotust kontekstiga näitas ka rahvusvahelise võrdlusuuring ROSE (Teppo, 2004).
b) kontekstipõhine õppimine Situatsioonipõhise õppimise teooria (Greeno, 1998) kohaselt toimub tähendusrikas õppimine siis, kui õppeprotsess seostub õppija igapäevaeluga, mis viitab vajadusele alustada õpilasele olulise kontekstiga. Gilbert (2006) määratleb konteksti kui koherentset struktuuri millelegi uuele võimalikult laias perspektiivis, mis võib esineda alljärgnevates vormides - Kontekst kui mõistete vahetu rakendus. Sellisel juhul illustreerib kontekst teadusmõiste rakenduslikku sisu, mida tutvustakse peale mõistete õppimist. Enamasti selline kontekst ei toeta situatiivse õppimise kontseptsiooni. Kontekst kui mõistete ja rakenduste vastastikune seos. Lähenedes mõistele erinevate ekspertide vaatepunktist, ilmnevad erinevad tähendused ja see loob tingimused, kus õpilane peab ka sotsiaalset konteksti väärtustama. Sageli ei muutu eksperdi poolt esitatud kontekstid automaatselt õpilastele oluliseks kontekstiks. - Kontekst kui personaalne mõtteline/vaimne tegevus. Sellised kontekstid seostuvad kindla isikuga, tihti ka ajaloost. Edu sõltub sellest, kuivõrd õpilased sellist konteksti väärtustavad sest sotsiaalne dimensioon on piiratud. - Kontekst kui sotsiaalne olukord. Sellistel juhtudel on kontekstil ka kultuuriline tähendus. Kontekst võib olla nii ümbritsev keskkond, kui seal toimuv sotsiaalne tegevus. Sellised kontekstid on enamasti õpilastele seesmiselt motiveerivad ning sobituvad kokku situatsiooni põhise õppimise teooriaga. c) relevantsus Konteksti esinemisvormid on õpilase seisukohalt erineva olulisuse, tähenduse, tähtsuse ja, asjakohasusega. Teaduskirjanduses kasutatakse selle väljendamiseks mõistet relevantsus (Levitt, 2001). Relevantsusest ei räägita mitte ainult konteksti suhtes õppijale, vaid kui kogu kooli loodusteaduste relevantsusest õppijatele, mille saavutamisel on kontekstipõhisel õpetamisel oluline tähtsus. Keller (1983) defineeris relevantsust kui õpilase ettekujutust/nõustumist sellega, kas õppe sisu ja vorm rahuldavad tema vajadusi, eesmärke ning ka karjääri eesmärkepüüdlusi. Siit järeldub, et relevantsus mõjutab motivatsiooni, eeskätt aga seesmist motivatsiooni. Mitmetes artiklites samastatakse relevantsus ja huvi (Matthews, 2004; Ramsden, 1998). Relevantsusel on võtmeroll õpilaste huvi tõstmisel (Za`rour, 2001). Van Aalsfort (2004) eristab õppijale nelja tüüpi relevantsust õppijale: (1) Isiklik/ personaalne relevantsus, mis rõhutab loodusteaduste tundide relevantsust õppijast lähtudes. (2) Professionaalne relevantsus, mis eeldab, et loodusteaduste tunnid tutvustavad erinevaid elukutseid ja loodusteaduslike teadmiste osa elukutsevalikul. (3) Sotsiaalne relevantsuse, selle tingimuse täitmisel kindlustatakse arusaam teaduse osast inim- ja sotsiaalsete probleemide lahendamisel. (4) Personaalne /sotsiaalne relevantsus, mis eeldab et loodusteaduste tunnid aitavad õpilastel kujuneda vastutustundlikuks ühiskonna liikmeks. Õpetamise seisukohalt võib relevantsust käsitleda lähtudes kahest aspektist lähtudes:- õppimisprotsessi käivitumise eelselt, - vastates küsimusele miks ma pean seda õppima ning õppimisprotsessis, - vastates küsimusele miks ma pean õppima neid loodusteaduslikke mõisteid. Kui esimene aspekt seostub õpilaste personaalse relevantsusega, siis teine motivatsiooniga õppida (Keller, 1983). Eelnevast järeldub, et õppimisel on väga oluline algne mulje, sõltuvalt teemast --, õppimise motivatsioon kas käivitub või mitte. Sellist relevantsust nimetatakse ka teema relevantsuseks. Selle tagamiseks on väga oluline õppimise teema püstitus (sõnastus) ning teemale vastava stsenaariumi esitamine.
d) nutiseadmete kasutamine tundides Kapp i (2011) järgi ei ole noored mitte ainult mõjutatud 21. sajandi digitaalsest kultuurist, vaid nad on ka selle aktiivsed kujundajad. Samas hoiab kool jätkuvalt kinni traditsioonilisest ainesisust ning õppemeetoditest olles aina enam ja enam eraldunud ülejäänud maailma digitaliseeruvast reaalsusest (Robertson, 2011). Antud kultuuri elemendid peaksid saama osaks õpilaste igpäevasest õppetööst ning need peaksid olema integreeritud õppekavadesse (Barak & Asad, 2012). Nutiseadmete senisest tõhusam kasutamine tundides võib olla üheks võimaluseks, kuidas suurendada õpilaste huvi ja motivatsiooni STEM valdkondade ja nendega seotud karjäärivõimaluste vastu. Uurimisprobleemi lahenduste originaalsus seostub mitmedimensionaalses lähenemises õpilaste STEM huvi suurendamise protsessile kvantitatiivne taustauuring, mille kaudu leitakse õpilaste huvide struktuur ja seotus relevantsuse dimensiooniga, kontekstipõhise mudeli loomine ja kvalitatiivne evalveerimine, mille tulemuseks on huvi suurendavad relevantsed õpistsenaariumid kasutamiseks nii nutikate tehnoloogiate abil kui tavaõppe tingimustes ning piloteeritud instrumentide komplekt õpilaste kognitiivsete oskuste mõõtmiseks. Doktoritöö plaan Doktoritöö peamised eesmärgid: 1. Töötada kirjanduse põhjal välja õpilaste huvide struktuur STEM ainetega seonduvate kontekstide suhtes (sept-dets. 2015). 2. Töötada välja osainstrument õpilaste huvide ja hoiakute mõõtmiseks STEM ainete suhtes ning erinevate STEM ainevaldkondadega seotud kontekstide suhtes ja koguda andmed õpilastelt (jaan-juuni 2016). Selle põhjal valmib I artikkel. 3. Töötada välja osainstrument õpetajatele, mis mõõdaks õpetajate hinnanguid õpilaste huvidele STEM ainevaldkondade kontekstis ja koguda andmed (jaan aug. 2016). 4. Põhinedes õpilasküsitluse tulemustele ning kirjanduse ülevaatele töötada välja STEM ainete õpetamisel kasutamiseks sobivad kontekstid põhikooli 6. ja 9. klassi õpilastele, sekkumise kontseptsioon ning nutiseadmevabad (antud etapis) õppematerjalid (sept 2016 -mai 2017). Selle pohjal II artikel. 5. Töötada välja uurimisinstrument (instrumendid), mis mõõdaks(id) õpilaste (a) huvi ja hoiakuid õpitava ainesisu ning konteksti suhtes ning (b) kognitiivseid saavutusi ( probleemide lahendamise oskusi, otsuste põhjendamist). Kavandada ja viia läbi sekkumine (piloot), mis testiks koostatud õppematerjalide asjakohasust klassiruumis ja kasutamiskõlblikkust nutiseadmete rakendamisel ( mai 2017 mai 2018). Selle põhjal valmib III artikel. 6. Luua mudel, mis kirjeldab relevantset õpetamist lähtudes õppijast ja õpetajast ( mai 2018- nov 2018). Selle põhjal valmib IV artikkel. 7. Dissertatisooni vormistamine (dets. 2018- mai 2019).
Eestikeelne kokkuvõte Pealkiri: Mudel STEM õppeainete relevantsuse suurendamiseks digitaalse kirjaoskuse kujundamisele suunatud tingimustes. Juhendajad: prof. Miia Rannikmäe ja PhD Katrin Vaino Kokkuvõtte: Mitmed rahvusvahelised raportid ja uurimused on toonud välja õpilaste huvi vähenemist loodusteaduste, matemaatika ning tehnoloogiaga seotud karjääri vastu, mis seab ohtu Euroopa teaduse ja tehnoloogia arengu ning konkurentsivõime. Käesoleva doktoriprojekti eesmärgiks on töötada välja interdistsiplinaarsust ja konteksti arvestav mudel STEM õppeainete relevantsuse suurendamiseks õppijale digitaalse kirjaoskuse kujundamise tingimustes. Töö teoreetilise aluse moodustavad järgmised neli komponenti: (a) õpilaste huvide arvestamine; (b) kontekstipõhine õppimine, (c) relevantsus ja (c) nutiseadmete kasutamine loodusteaduste tundides. Töötatakse välja instrument (küsitlus) õpilaste huvide ja hoiakute mõõtmiseks STEM ainete ning erinevate STEM ainevaldkondadega seotud kontekstide suhtes ning instrument, mis mõõdaks õpetajate hinnanguid õpilaste huvidele STEM ainevaldkondade kontekstis. Kirjanduse ja läbiviidud õpilasküsitluse tulemuste põhjal töötatakse välja õpilastele relevantsed kontekstid põhikooli 6. ja 9. klassi õpilastele, sekkumise kontseptsioon ning vastavad õppematerjalid. Kavandatakse ja viiakse läbi sekkumine (pilootuuring), mis testib koostatud õppematerjalide asjakohasust klassiruumis ja kasutamiskõlblikkust nutiseadmete rakendamisel kahe aspekti suhtes: (a) õpilaste huvi õpetatava vastu; (b) õpilaste kognitiivsed saavutused (oskus lahendada probleeme ning põhjendada otsuseid). Luuakse mudel, mis kirjeldab relevantset õpetamist lähtudes õppijast ja õpetajast. Inglisekeelne kokkuvõte Title: Model for increasing the relevance of STEM in settings towards promoting digital literacy. Supervisors: Prof. Miia Rannikmäe and PhD Katrin Vaino Annotation: According to different international and national reports, there is a serious decline in young people s interest in STEM related studies and careers. The concern is that as a consequence of the poor interest in STEM fields, the result is a decline in Europe s long term capacity to innovate and undertake high level research. The aim of the planned project is to work out a model for raising relevance of STEM sujects in the eyes of students which takes into account the context and interdisciplinary aspects of learning while developing students digital literacy. The project will be based on the following theoretical components: (a) students interest; (b) context-based learning, (c) relevance, and (c) use of smart technologies in science learning. Two reserach instruments will be worked out during the project: for measuring (a) students attitudes and interests towards STEM subjects and towards different
contexts and (b) teachers estimation of students interests. Based on the literature and student survey results, relevant contexts for 6th and 9th grade science lessons and the conception of classroom intervention will be worked out. The impact of learning materials on students' interest in learning science and problem-solving skills will be determined. A model of relevant teaching that will incorpore the student and teacher-related aspects, will be created.