Opetusmateriaalin soveltaminen ja toimivuus

KOHTI MIELEKÄSTÄ, TEHOKASTA JA MONIPUOLISTA OPPIMISTA. Tutkimus opetuksen kehittämisestä.

8. OPETUSMATERIAALIN SOVELTAMINEN JA TOIMIVUUS

8.1 Testiryhmää etsimässä

Alkuperäinen ajatus oli luetuttaa laatimaani materiaalia ulkopuolisilla opettajilla ennakkotestauksen omaisesti, tarkoituksena saada alustavia kehitysnäkemyksiä käytännön työtä tekeviltä opettajilta. Lähestyin kaikkia Rovaniemen kaupungin ala-asteen kouluja, joista ainoastaan yksi ilmoitti halukkuudestaan. Ensimmäinen konkreettinen tulos kuriositeetin tasolla olikin, että jo pelkkä uudistushenkisen opetuspaketin lukeminen ja kommentointi sai aikaiseksi vastustusta. Vähäiseen kiinnostukseen ilmoitettiin syiksi ajan-, tiedon- ja resurssipuute sekä ennakkoluulot liian avointa, hankalaa ja työlästä projektia kohtaan. Kolmesta yläasteen teknisentyön opettajasta yksi sanoi heti ajan olevan liian tiukalla, toinen ei vastannut sähköpostikyselyyn ja kolmas puhui pitkään oman koulutuksensa puutteellisuudesta, oppilaiden kyvyttömyydestä ja käytännön mahdottomuuksista koko teknologiakasvatuksen suhteen, kieltäytyen näin edes materiaalin lukemisesta.

Paketista kiinnostunut ala-asteen koulu ilmoitti lähtevänsä mukaan myös testaukseen, sillä se sopi heidän jo suunniteltuun projektiinsa. Tällöin aikaa olisi ollut reilusti, ja integraatio YLTin, teknisen ja ATKn välillä olisi onnistunut helposti. Näin suhtautuminen paketin työstämiseenkin olisi voinut olla objektiivisempaa. Tarkoitus oli myös toteuttaa projekti kahden luokan osalta, jolloin luokkien välillä olisi käyty keskinäistä kommunikointia. Kun materiaaliin kuitenkin tutustuttiin tarkemmin, sitä alettiin pitää liian pitkänä, aikaa vievänä ja oppilaille sekä opettajille liian haastavana ja vaativana. Oppilaiden kykyä selvitä siitä pohdittiin, ja oppilasryhmiä pidettiin liian suurina ja heterogeenisinä. Näin ollen viimeinenkin ulkopuolisen testauksen mahdollisuus Rovaniemen kaupungin alueelta hävisi.

Vaihtoehdoksi jäi omaehtoinen testaaminen Lapin yliopiston harjoittelukoululla. Siellä ongelmaksi kuitenkin nousi teknisten rakennustilojen jatkuva käyttö teknisen opetukseen, joten yhden luokan osallistuminen ja moninainen ajallinen aineintegraatio sekä tilojen vapaa käyttö ei ollut mahdollista. Tämän johdosta testasin opetusmateriaalia teknisentyön oppilasryhmän kanssa, jonka tunteja ja siten myös tiloja pystyi käyttämään projektiin. Ryhmään kuului kahdeksan viidennen luokan oppilasta yhdeltä luokalta, seitsemän kuudennen luokan oppilasta toiselta luokalta ja yksi kuudennen luokan oppilas edelleen rinnakkaisluokalta. Kaksi viidennen luokan ja yksi kuudennen luokan oppilaista olivat tyttöjä. Seitsemän kuudennen luokan oppilaista olivat minulle tuttuja aiemmasta opetuksesta, mikä vaikutti toimivaan dynamiikkaan heidän välillään.

Tunteja oli käytössä kaksi peräkkäistä tuntia viikkoa kohti, joten tunnit pystyi pitämään yhteen. Sain käyttööni maksimissaan 16 tuntia, mikä edellytti projektin hienoista supistamista, sitä että kaikki osa-alueet tuli kuitenkin käytyä läpi. Lähinnä tiedollisen tutkimustyön osaa kavennettiin ajallisesti työn alkuvaiheessa. Siihen käytettiinkin aluksi vain 2 tuntia, mutta tämän jälkeen tarpeen vaatiessa aikaa muun työn ohella videoiden katseluun, kirjojen ja netin käyttöön sekä monipuoliseen teknisen materiaalin testaamiseen ja tutkimiseen. Näin ollen tutkiva työskentely linkittyi lopulta saumattomasti tuotteen suunnitteluun ja rakentamiseen, sillä se oli välttämätöntä ratkaisujen selvittämiseksi. Koska materiaalissa on ryhmien yhteisiä tehtäviä runsaasti, mahdollistaa se myös niiden vaihtelevan käytön. Yleinen suunnittelu- ja rakennusprojekti pysyy kuitenkin päällimmäisenä tavoitteena.

8.2 Projektin eteneminen

1. Projektin aloittaminen vaati meneillään olleen teknisentyön keskeyttämistä. Se ei kuitenkaan herättänyt minkäänlaista vastustusta, sillä alustava ilmoitus avoimesta teknisestä työstä synnytti jo orastavaa mielenkiintoa niin vapaata projektia kohtaan. Mitä suuria paljastuksia projektin luonteesta ei vielä tässä vaiheessa kuitenkaan tehty, vaan jännitys säilyi aina demoon asti. Demon esityksen aikana oppilaat seurasivat sitä hyvin intensiivisesti nauraen välillä iloisesti, osoittaen huolestuneisuutta luonnon tilaa kohtaan ja kehitellen ideoita luomusähköstä. Innostuneisuus ja jännitystila oli käsin kosketeltavaa, joskin pientä huolestuneisuutta osoitettiin sen vaativaa luonnetta kohtaan, mikä näkyi lyhyessä keskustelussa ennen alkumittauksia. Motivaatio oli joka tapauksessa synnytetty annetun haasteen avulla.

Tutkimukselliset alkumittaukset keskeyttivät vähän hyvin alkanutta motivaatiota, mutta toisaalta ne myös tasoittivat hieman tilannetta, jolloin projektiin ryhdyttiin myöhemmin rauhallisemmin. Miellekartta mittaustapana vaikutti toimivalta, joskin siihen tottuminen vaikuttaa sen toimivuuteen. Menetelmä oli oppilaille entuudestaan tuttu, mutta sitä ei oltu paljoa käytetty. Sen käyttö kokeenomaisesti vaatii enemmän harjoitusta, mutta tutkimuslähteenä se palveli tarkoitusta.

2. Ensimmäisten tuntien välillä pidettiin välitunti, jonka aikana oppilaat olivat keskustelleet mahdollisista ideoista työn suhteen. Tämä herätti jo alustavia ideoita. Ennen ryhmien jakoa esittelin työn luonteen tarkemmin, kuten opetuspaketin rakennekin kertoo. Oleellisin tehtävä, eli tuotteen suunnittelu ja rakentaminen herätti uudelleen edellisen tunnin innostuneisuuden, kun taas muihin tehtäviin suhtauduttiin vaisummin. Tästä keskusteltuani selvisi, että oppilailla on vanhat asenteelliset ainejaot edelleen vahvoja. Näin ollen tutkimustyöskentely ei heidän mielestään sovi teknisen tunneille.

Ryhmiä ei sekoitettu 5-6 luokkien kesken, koska uusi ryhmä olisi vaatinut tutustumisaikaa, joten viidennen ja kuudennen luokan oppilaat toimivat luokkajakoisesti. Tämä sopi oppilaillekin mainosti ja yhdessä sovitut ryhmät tuntuivat niin mieleisiltä kuin sillä kokoonpanolla oli mahdollista. Ryhmiksi muodostui seuraavanlainen kokonaisuus (taulukko 1):

Viidennen luokan vesiryhmässä oli kaksi tytöistä ja kuudennen luokan akkuryhmässä oli kolmas tyttö. Taulukon lukemista haittaa hieman kuudennentoista oppilaan sijoitus, sillä sairauden takia sain tämän loppumittaustulokset vasta muita myöhemmin. Tämän takia hän päätyi listan viimeiseksi, vaikka ryhmäjakonsa puoleisesti voisi olla luokiteltuna aiemmin. Hän ei myöskään sairauden vuoksi osallistunut demo-kertaan, joten alkumittaukset jäivät saamatta. Hän kuitenkin osallistui muuten projektiin ja vastasi myös lopun lomakekyselyyn, muttei tietenkään muihin mittauksiin.

Ryhmäjaon jälkeen materiaaleihin tutustuttiin neljän pisteen ryhmätyönä ja innostuminen siellä näkyi selkeästi. Materiaalin tutustuminen kyseisellä tavalla ei ole kirjattu opetusmateriaaliin. Se oli kuitenkin varsin toimiva ratkaisu, joten materiaalin kehittämisessä se on lisättynä. Ohjeistus näkyy liitteenä (liite 7). Itsenäisen pistetyön aikana generaattoreiden, kennojen ja materiaalin alustava idea alkoi selvitä oppilaille. Niiden energiantuoton suhteuttaminen todellisuuteen oli kuitenkin vielä epäselvää, kuten alustavista suunnitelmista näkyy.

Tunnin lopuksi jäi vielä aikaa (mikä tärkeää, sillä motivaatio oli katossa) laatia alustavia suunnitelmia työtä varten. Kuten oletettua, vauhdikkaita ne olivatkin. Vesiryhmä mietti vesihuvipuiston tekemistä, joka sai ryhmän sisällä suuren kannatuksen. Aurinkokennoryhmä pohti kennoilla toimivan ja ilmaan nousevan lentokoneen rakentamista, kuten myös tuuliryhmäkin, mutta vastaavasti tuulella toimivana. Paristoryhmä ei vielä päässyt vauhtiin.

3. –4. Koska ajatukset olivat niin villejä, niin niitä oli tarpeen palauttaa hieman maan pinnalle. Se tapahtui niin, että verrattiin pistetöissä mitattuja jännitemääriä paristojen jännitteisiin. Oppilaat tekivät tämän itse pienen ohjeistuksen kautta. He päättelivät paristojen käytön kautta, että mitä niillä jännitemäärillä oikeasti saa liikkeelle. Kennoilla kun tuli sormipariston verran jännitettä (1,5 V) ja tuulella potkurista ja generaattorista riippuen n, 6 V, joka ei sekään suurta paristo vastaa. Oppilaat päätyivät jännitteiden ja myös virran määrän sopivat kenties herätyskellolle tai kevyelle paristokulkuiselle leikkiautolle. Tämä tasoittikin ajatuksia ja tieto siihen oli tullut omista tutkimuksista.

Tutkimistyöskentelyä jatkettiin tehtävien pohjalta ja tuloksia myös tuli. Ongelmaksi nousi lähteiden liiallinen määrä. Oppilaiden oli vaikea päättää mikä lähde kannattaa valita, sillä niitä oli käytössä materiaalipaketin mainitsemat määrät kirjoista videoihin ja nettiin. Lähteitä onkin hyvä hieman jäsentää. Jos luokka ei ole tottunut avoimeen tutkimukseen, niin opettaja voi laittaa kunkin tehtävän yhteyteen maininnan käytettävästä lähteestä. Toki vaihdellen, siten että tietoa haetaan tehtävästä riippuen netistä, kirjoista, videoilta tai rompuista, jolloin monipuolisuus säilyy. Vielä tottumattomampien ja pienempien kanssa voi lisätä jopa suoran sivuosoitteen, hakusanat tai sivunumeron. Kyseinen käytännön aspekti on tarpeen lisätä myös opetuspaketin osaksi.

Tämän projektin oppilaat olivat tottuneempia itsenäiseen työhön, joten hetken jälkeen ryhmät olivat selvittäneet keskenään ’mitä, mistä, kuka ja miten’. Tässä tapauksessa testaustehtävät ja konkreetti tutustuminen olivat mielekkäimpiä, ja tuloksia tuli kaikkiin annettuihin tehtäviin, eri painotuksin ryhmistä ja oppilaista riippuen. Osa oppilaista piti kirjoista, erityisesti kuvarikkauden takia ja osa oli taas omaksunut netin käytön. Kaikki arvostivat kokeilemista tutkimuslähteenä. Asiantuntijan käyttöön ei ollut tarvetta kuin yhdellä ryhmällä, mikä vastasi täysin tutkimustehtäviä. Jossain tapauksissa eri lähteiden käyttöön voi ohjata tutkimuksen monipuolisuuden nimissä, mutta tässä tapauksessa lisäohjaukseen ei ollut tarvetta. Alla oppilaita hakemassa tietoa (kuvio 11, kuvio 12). He lähestyivät niitä lähteitä, jotka tuntuivat itselle mielekkäimmiltä. Keksijänä toimimisen päämäärä pysyi mielessä.

KUVIO 11. Tiedonhakua kuvarikkaista kirjallisista lähteistä. Taustalla tutustumista polystyreeniin.

KUVIO 12. Yhteydenotto Lapin ympäristökeskuksen tiedottajaan.

Erityisesti ne oppilaat, jotka oppivat tekemällä, vastustivat eniten kirjojen käyttöä. Tämä kertonee siitä, että heille vahvan aineen periaatteita alettiin murtaa, mikä saattaisi näkyä menestymisessä. Näitä oppilaita olivat numeroituina oppilas kuusi, tyttö vesiryhmästä viidenneltä luokalta, oppilas 12, poika akkuryhmästä kuudennelta ja oppilas 14, myös poika akkuryhmästä kuudennelta luokalta. Oppilas 14 oli poissa myös kyseiset kaksi tutkimuspainotteista tuntia, joten hän koki liittymisen tietoa keränneeseen muuhun ryhmään hieman hankalana. Oppilaiden suhtautuminen jatkui kyllä hyvin myönteisenä, mutta keskustelut kuvastavat oppiainejakoista asennoitumista. Projektin tutkiva luonne olisi ollut oppilaille perustellumpaa oppiaineintegraation kautta, siten että esimerkiksi YLT:in tunteja olisi käytetty projektin toteuttamiseen. Tämä näkyi myöhemmin hienoisena motivaation laskuna erityisesti kyseisten kolmen oppilaan kohdalla, sillä he mielsivät teknisen tunnit vain rakentamiseen liittyviksi.

Huomattavaa on, että tiedon hankkiminen erilaisista lähdemateriaaleista voi helposti jäädä muusta toiminnasta irralliseksi. Nyt motivaation säilymisen kannalta tutkiminen rajoitettiin kyseisiin kahteen tuntiin. Tämä aikaansai kuitenkin sen, että nopea siirtyminen suunnittelutyöhön vaati edelleen lisätietoa, joten suunnittelu ja rakennustyön aikana tehtiin tutkimustyötä väistämättä, ja vieläpä huomaamatta. Oli synnytetty ongelma, johon oppilaat todella halusivat löytää ratkaisun. Tällöin he tutkivat lähes automaattisesti eri lähteistä, materiaaleista ja rakennusvälineistä ratkaisuja toimivan tuotteen luomiseksi. Erityisesti käytännön testausta tehtiin runsaasti. Näin saavutettiin tutkivan (luku 5.3.3), suunnittelemalla oppimisen (luku 5.3.2) ja Deweyn (1957) ideoita kinesteettisin painotuksin avoimessa (luku 5.3.5) ja yhteistoiminnallisessa (luku 5.3.4) oppimisympäristössä. Tämä havainto on liitetty myös materiaalin kehittämisen osaksi, korostuksena tutkimisen, suunnittelun ja rakentamisen kiinteämmästä linkittämisestä toisiinsa.

Ryhmätyön toimivuudesta kertoo oppilaan kaksi poissaolo puolilta tunneista. Hän pystyi olemaan vain ensimmäisellä tunnilla kahdesta jokaisella viikolla, muiden opintojen takia. Hän kuitenkin linkittyi sitäkin vahvemmin projektiin ja ryhmä piti hänet hyvin tilanteen tasalla.

5.-6. Tutkimiskerran jälkeen suunnittelu oli jäsentyneempää ja tarkempaa kuin aiemmin. Työskentely oli erittäin motivoitunutta ja tuotteen suunnitteluideat hyvin omaperäisiä. Hahmotelmissa näkyy Kimbellin (2000a,b) asteittaisen suunnittelun mallia ja Lehtosen (2002) siitä tehdyn ryhmätyöskentelyversion ideat, kuten tullaan huomaamaan.

Aurinkovoimalla operoijat:

”Ensiksi mietimme aurinkovoimalla toimivaa lentokonetta, mutta se ei olisi päässyt ilmaan. Sitten oppilas 3 ehdotti tankkia (turha sanoa että hylkäsimme sen idean), sitten tuli sähkökitara, ydinohjus ja sitten oppilas 2 keksi TUULETTIMEN. Rupesimme kehittelemään sitä ja se tuntui aurinkovoimalle liian isolta ja meinasimme hylätä sen. Mutta emme keksineet mitään muuta joten jatkoimme sen kehittämistä ja se kannatti.”

Kyseinen lainaus on taltioitu oppilaiden tekemästä seinätyöraportista, jossa he kertoivat suunnittelutyön vaiheista. Jo raportista näkee, että ryhmä oli tiiviinä kokonaisuutena mukana suunnitteluprosessissa ja ideoita jaettiin ryhmän kanssa. Tämä konkretisoitui vielä selvemmin paikan päällä (kuvio 13) ja lopullisen idean kehittyminen sekä työnjako (kuviot 14 ja 15) näkyvät suunnitelmissa.

KUVIO 13. Aurinkoryhmä suunnittelee yhteisvoimin tuuletinta.

KUVIO 14. Ensimmäinen versio tuulettimesta. Paneelit olivat kiinni tuotteessa.

KUVIO 15. Toinen versio tuulettimesta, jossa paneelit on erotettu tuuletinosasta ja työnjako on selkeä.

Ideana on, että paneelit ovat erillinen osa, jotta niitä voisi liikutella esimerkiksi ikkunan ulkopuolelle, jolloin itse tuuletin voisi olla sisällä viilentämässä ilmaa. Itsenäinen ryhmätyö toimi, mistä kertoo omaehtoisesti tehty työnjako. Näin kukaan ei vain istuskellut, vaan dynamiikka toimi ja kaikki osallistuivat. Toki työskentely ei ollut aina niin autonomista. Nytkin toimin ohjaajana, siten että jokaisella oppilaalla on oltava töitä, joten oppilaiden tuli miettiä työnjako. Se myös tehtiin oppilaiden toimesta, tosin katapulttia suunnitelleessa ryhmässä oli hieman vaikeuksia. Tässä korostuukin opettajan asiantuntemus. Viides luokka oli minulle sikäli outo, että aloitin työskentelyn heidän kanssaan vasta tämän projektin yhteydessä. Siten keskinäisen toiminnan ennakointi oli epäselvää. Loppua kohti katapulttiryhmän toiminta kuitenkin parani, kun ryhmät tulivat enemmän tutuiksi.

Aurinkovoimalla toimivasta tuulettimesta tehtiin tarkemmat suunnitelmat, jossa näkyi 1:1 mittasuhteet ja työssä käytetyt materiaalit. Kenno-osaan oppilaat suunnittelivat kulmaa vaihtavan tuen, sillä he olivat kennojen testauksessa havainneet kulman vaikuttavan sähköntuottoon (kuvio 16).

KUVIO 16. Tuuletin suhteessa 1:1. Näkyvissä myös materiaalit.

Työn potkuriosa tehtiin aluksi puusta, mutta testauksessa se osoittautui liian painavaksi. Näin ollen ryhmä valitsi materiaaliksi kevyen metallin (kuvio 17), jonka malliin haettiin vinkkiä kuvarikkaista tietokirjoista.

KUVIO 17. Potkuri ja siihen valittu moottori, sekä potkurista tehdyt piirustukset.

Tuulivoimalla operoineet halusivat puolestaan tehdä laitteen, jonka avulla tiedettäisiin milloin ulkona tulee rankasti katsomatta ulos. Tähän ongelmaan vastasi tuulivoimaan reagoiva ja siitä energiansa saava katapultti. Myös heidän ideointinsa kehittyi ryhmän yhteistyönä:

”Ensiksi oli suunnitteilla tuulivoimalla toimiva lentokone, mutta se ei oikein ollut mahdollista. Sitten oppilas 10 keksi että tehdään purjevene joka toimii niin että kun purjeeseen puhaltaa tuuli niin se käynnistäisi moottorin, mutta se ei ollut kovin hyvä idea. Sitten oppilas 16 ehdotti katapulttia (vitsillä että sillä voisi ampua opettajia). Sitten päätimme tehdä sen.”

Ryhmät keskustelivat ja miettivät erilaisia vaihtoehtoisia toteutuksen mahdollisuuksia. Sisäistä ideointia tuotiin esille verbalisoinnin kautta. Ajatukset kehittyivät asteittaisesta ja kun toimiva idea tuntui löytyvän, siitä elettiin tehdä suunnitelmia myös paperille (kuvio 18).

KUVIO 18. Katapultin asteittain paranneltu suunnitelma.

Tuuliryhmällä oli mielenkiintoinen tapa tehdä suunnitelmia. He eivät käyttäneet useita papereita, kuten aurinkokennoryhmä, vaan ideaa kasvatettiin asteittain. Ensimmäisenä muodostui katapultin runko-osa. Toisena takana kulkeva vaunu, johon myös tuuligeneraattori kiinnitettäisiin, kolmantena mittasuhteet ja neljäntenä suurennos katapultin toimintamekanismista. Ideana oli, että sähkömoottoriin kiinnitetty koukku pitää katapultin varren paikoillaan. Kun tulee, se käynnistää moottorin, joka vapauttaa katapultin varren, jonka jousi puolestaan työntää ylös. Idea on varsin nerokas tekninen ratkaisu ja se oli myös mahdollista toteuttaa. Jousi korvattiin lopulta oppilaiden toimesta kuminauhaviritelmällä, sillä sopivaa jousta ei löytynyt. Ratkaisusta ei tehty erillisiä suunnitelmia.

Vesivoimaryhmä lähti liikkeelle ehkä kaikkein villimmästä ideasta, vesihuvipuistosta. Tämä oli alustavin ajatus, eikä sitä muistettu kirjata loppuraporttiin. Heidän suunnittelunsa palasi toteutuskelpoisiin mittasuhteisiin ryhmistä viimeisenä:

”Aluksi mietimme tehdä jonkinlaista niin sanottua suihkulähdettä josta suihkuaisi vettä. Sitten mietimme laivan jossa ropelli pyörii ja laiva liikkuu ja samalla generaattori antaa vesivoiman avulla sähköä ja saisimme valot sisäpuolelle. Sen jälkeen oppilas 8 tokaisi jotain kukasta (vitsillä) ja tytöt innostuivat siitä eikä meillä pojilla ollut muuta mahdollisuutta. Idea oli parempi koska se oli kuitenkin aika helppo suunnitella ja tehdä vaikka meillä oli vähän suunnitelmaongelmia. Kehitimme suunnitelmaa koska se tuntui kuitenkin kaikkien mielestä hyvältä idealta.”

Ryhmä ideoi ja suunnitteli myös vesivoimasta energiansa saava propellihatun (kuvio 19), mutta sen idea tuntui lopulta liian turhalta ryhmän mielestä. Näin ollen he päätyivät toiseen hupilaitteeseen, eli pyörivään rintakukkaan (kuvio 20), jonka yksinkertainen suunnitelma riitti mielekkääseen lopputulokseen.

KUVIO 19. Propellihattu vesivoimalla toimivana.

KUVIO 20. Vesivoimalla toimiva pyörivä rintakukka.

Kukan generaattoriosa kiinnitettäisiin kädessä pidettävään varteen, josta johdot kulkisivat sähkömoottoriin. Moottorin akseliin kiinnitettiin pieni potkuri, joka päällystettiin kukan muodon antavalla kankaalla.

Kuten oppilaiden suunnittelutyön ratkaisut kertovat ne etenivät vaiheittain. Sisäisiä miellekuvia lähdettiin ulkoistamaan aluksi verbalisoinnin kautta ryhmälle, ja tämän jälkeen visualisoinnin kautta paperille. Ryhmien oppilaat toimivat kiinteässä vuorovaikutuksessa keskenään ja suunnitelmat tarkentuivat, täsmentyivät ja tulivat yhä enemmän tuotteen näköisiksi. Myöhemmin tulevassa rakennusvaiheessa ideoita kehitettiin edelleen, kun huomattiin että jokin ratkaisu oli toimimaton. Näin ajattelu ja kuva tuotteesta tuli selvemmäksi ja kirkkaammaksi ryhmän toiminnan kautta, mikä näkyy myös kuvallisena mallina Lehtosen (2002) Kimbellin (2000a, b) mallista kehittämässä ryhmäoppimisen ideassa (kuvio 21, ks. myös opinnäytteen luku 5.3.7).

KUVIO 21. Ryhmäoppimisen malli (Lehtonen 2002).

Ainoastaan paristoa/akkua käyttäneen ryhmä ideointi ei noudattanut vaiheittaisen suunnittelun mallia. Kyseisen ryhmä sai ideansa luokassa olleesta metallisesta tangosta, jossa oli reikä keskellä (kuvio 22). Tämä herätti mielikuvitusta liikkeelle ja loi kuvia lennokista, jonka keskelle kiinnitetään paristo. Mielikuvitusta siis riittää, mutta nähdyn esineen lisäksi vähäisempään pohdintaan vaikutti myös yksinkertaisempi energianlähde, paristo. Ryhmä ei joutunut miettimään miten he energianlähdettään hyödyntävät ja mihin laitteeseen sitä on mahdollista käyttää. Tämä näkyi myös ryhmän oppimisen vähäisempänä määränä, mikä kertoo ratkaisujen etsimisen tukevan oppimista, kuten muiden tulosten yhteydessä tullaan tarkastelemaan.

KUVIO 22. Piirros esineen mallista, josta paristoryhmä sai ideansa lennokkiin.

Akkuryhmä:

”Ajattelimme ensin tehdä lennokin, joka liitäisi laskuvarjolla ja propellin voimalla eteenpäin. Testitilaisuudessa varjon langat menivät sekaisin ja katkeilivat, joten testi epäonnistui. Kone olisi toiminut periaatteessa, mutta toteutus epäonnistui. Materiaalina käytimme polystyreeniä ja moottorina oli solarmoottori. Varjo oli tehty kankaasta, joka ei päästänyt ilmaan lävitseen, joten se oli erinomaista varjokangasta. Tarkoituksenamme oli käyttää luomuparistoja, mutta koulussa niitä ei ollut.”

Akkukäyttöinen liitovarjolennokki (kuvio 23) sai nopeasti muotonsa. Juuri suunnittelutyön vähäisyys helposta energianlähteestä johtuen vähensi myös ongelmanratkaisun tarvetta. Kyseisen ensimmäisen suunnitelman pohjalta ryhmä toteutti työnsä loppuun asti materiaalina polystyreeni, joka keveydeltään sopi mainiosti lennokkiin. Vasta liitovarjon rakentamisessa oppilaat lähtivät tarkastelemaan netin kautta, millainen muoto ja koko suhteessa lennokkiin olisi varjolle sopiva. Mallina käytettiin lopulta laskuvarjoa.

KUVIO 23. Suunnitelma lennokista työn toteuttamista varten.

Kaiken kaikkiaan ideointi lähti käyntiin varsin tasokkaasti kaikilla ryhmillä ja tietoa haettiin, kun sitä tarvittiin. Näin muodostui konkreettisesti ongelmia joihin oppilaat oikeasti halusivat saada vastauksia. Tällaisia ongelmia olivat generaattoreiden ja potkurien vaihtelun yhteys jännitemäärään, aurinkokennojen erilaisten kokoonpanojen ja käyttökulmien vaikutus tuulettimen pyörimisnopeuteen, ilmanvastuksen merkitys paristoryhmän lennokissa, painosuhteet sekä liitovarjon muoto ja materiaali. Näitä ja muita ongelmia selvitettiin täysin omaehtoisesti tavoitteena rakentaa mahdollisimman hyvä tuote. Tutkimista ei koettu ikävänä vaan tarkoituksenmukaisena ja mielenkiintoisena. Tosin edelleen kyseiset kolme oppilasta olisivat vain halunneet rakennella, sillä se on heidän suurin vahvuutensa ja paras keino oppia. Kaiken kaikkiaan suunnitteleminen, monikanavainen tutkiminen ja rakentaminen voivat muodostaa yhtenäisen ja mielekkään kokonaisuuden (eli oppimista). Kuviossa 24 suunnittelu ja rakentaminen on osalta luokasta keskeytynyt, koska he päättivät katsoa informatiivisen videon energiantuotosta tähän väliin.

KUVIO 24. Osa oppilaista tutustuvat energiantuotantoon videon kautta.

Toisella kerralla jotain alustavia osia alettiin rakentaa, töiden kappaleita valmistettiin ja lisäksi tavaroihin tutustuttiin tarkemmin, miettien miten niitä voisi parhaiten hyödyntää. Katapultin rakentamisessa oli pieniä ongelmia ryhmän toiminnassa, erityisesti työnjaon suhteen. Kaksi ryhmän jäsentä eivät olleet yhtä vastuullisia, ja heidän sujuva toiminta vaati hieman paimentamista. Luovaan työhön en silti puuttunut, vaan vain järjestyksen ylläpitämiseen. Vesivoimaryhmää lukuun ottamatta tässä vaiheessa töitä tehtiin jo vauhdilla suunnitelmien pohjalta.

7. – 8. Vesivoimalla operoijat olivat eniten jäljessä tämän kerran ensimmäisellä tunnilla. Vaikka idea oli yksinkertaisin, sen toteuttaminen tuntui vaikealta. Tämä johtui ensisijaisesti vähäisestä vedenpaineesta, jota luokassa oli saatavilla. Paineen tuottama pyörimisliike generaattoriin ei ollut riittävä tuottamaan moottorin vaatimaan sähkönmäärää. Tätä oppilaat miettivätkin hermostuneina pitkään, joten annoin heille mahdollisuuden vaihtaa veden luontevasti tuulen hyväksikäyttämiseen. Jotta alkuperäinen idea olisi kuitenkin säilynyt oppilaat valitsivat työhönsä potkurin, joka muodoltaan kykenee hyödyntämään sekä veden virtauksen, että tuulen. Näin sitä pystyy käyttämään kummalla uusiutuvalla energialla tahansa.

Kukan työstäjillä oli ongelmia myös siksi, että toisella tytöistä oli itsetunto-ongelmia (oppilas 5). Se vaikutti luovaan työskentelyyn, jossa olisi pitänyt ottaa vastuuta itsestä ja luottaa omiin ratkaisuihin. Siltikin ideointi oli tasokasta. Jos luokalla onkin sisäisiä ongelmia, niitä kannattaa ensin selvittää, sillä muuten prosessi voi epäonnistua ryhmän vajavaisen toiminnan takia. Työ on vaativa – tosin ehkä opettajalle oppilaita enemmän. Opettajan toiminnan monipuolisuus korostuu avoimessa oppimisessa, sillä eri ryhmillä on eri aiheita. Tällöin joutuu repeämään moneen paikkaan ja muuttamaan omaa ajatteluaankin tuotteiden mukaisesti. Sillä toki opettaja on mukana keskusteluissa, jotta tietää missä vaiheessa työt etenevät. Silloin voi myös herätellä ajatuksia jos tarvetta.

Katapultti, tuuletin ja liidokki edistyivät näillä tunneilla jo hyvin pitkälle, sillä edellisillä kahdella tunnilla ne oltiin saatu erinomaiseen alkuun suunnitelmien pohjalta. Suunnitelmia täydennettiin edelleen työn jatkuessa. Niitä ei juurikaan lisätty paperisuunnitelmiin vaan ajatustasoiset yhteiset sopimukset ryhmien kesken riittivät. Seuraavissa kuvissa (kuvio 25, kuvio 26, kuvio 27, kuvio 28, kuvio 29) työt ovat rakennusvaiheessa.

KUVIO 25. Tuuliryhmän yhteistyötä katapultin puuosia varten. Ryhmä oli jakautunut viisaasti kahteen osaan.

KUVIO 26. Katapultin perävaunuun integroitu tuuligeneraattori.

KUVIO 27. Aurinkokennojen kiinnitys tukilevyyn ja metallista tehty tuuletinosa.

KUVIO 28. Lennokin ja liitovarjon mittasuhteita pohditaan ryhmän voimin.

KUVIO 29. Vaikeuksien kautta voittoon. Vesiryhmän kukkamobiiliksi ristityn työn raakaversio.

9.-10. Alun vaikeuksista huolimatta kukkaryhmä sai työnsä valmiiksi ennen muita ryhmiä. He liittivät työhönsä paidan (kuvio 30), johon pyörivän kukan voi liittää ja aloittavat tekemään loppuraporttia. Siinä harjoitetaan myös tiedonhakua eri lähteistä. Ryhmä saa työnsä täysin valmiiksi kyseisen kerran aikana. He ovat tyytyväisiä ja kokeilevat mielellään lopputuloksen toimivuutta.

KUVIO 30. Vesi- ja tuulivoimalla toimiva kukkamobiili paitaan kiinnitettynä.

Katapultti ryhmä on myös hyvin pitkällä. He työstävät yhteistyössä katapultin varren metallista lusikkaosaa (kuvio 31) sekä valitsevat potkureita ja moottoria sekä generaattoria.

KUVIO 31. Tuuliryhmä työstää toimivana yhteistyönä katapulttinsa lusikkaosaa metallista.

Myös tuuletin valmistuu aivan tuntien loppuvaiheessa. Erityisen suuren innon synnytti, kun se toimi myös ulkona auringonvalossa, eikä pelkästään testivalonheittimellä. Liidokkikin saatiin hyvälle mallille (kuvio 32). Siinä rakentamisen tasokkuus korostui polystyreenin kanssa, myös työnjako oli jatkuvasti toimivaa.

KUVIO 32. Akkuryhmän oivallus pariston liittämisestä lennokkiin.

11.-12. Kyseisille kahdelle tunnille ei kukkamobiilin valmistajien tarvinnut osallistua. Nämä tunnit järjestettiinkin ylimääräisinä jotta kolme muuta ryhmää saivat viimeisteltyä tuotteensa ja tehtyä seinätyöt loppuraportiksi.

Katapultin työstäjät pohtivat potkurin tehokkuutta tuulen vastaanottajana. He päättelivät, että vähäinen lapojen määrä ei riitä tuulen tehokkaaseen vastaanottamiseen useiden kokeiden perusteella. Propelliin tehokkuuden lisäämiseksi potkuriin liitettiin lisäsiipiä. Suurin työ oli kuitenkin lukitusmekanismissa, jonka millilleen tarkkaan paikalle asettamiseen ei oppilaiden kärsivällisyys tahtonut riittää. Tässä yhteydessä toimin yhteistyössä ryhmän kanssa, jotta lukitusmekanismi saatiin oikealle kohdalle. Kiinnityskoukun (kuvio 33) kulman testaaminen oli tarkkaa työtä, jotta se ei aikaansaisi liian suurta vastusta katapultin varren vapauttamisessa. Juuri siinä kulman etsimisessä olin tukena. Huomattava on, että koko idea mekanismin toiminnasta tuli oppilailta.

KUVIO 33. Voimakkaaseen sähkömoottoriin kolvaamalla kiinnitetty koukku piti katapultin vartta paikoillaan.
Kun alkaa tuulla, moottori käynnistyy generaattorin voimasta ja koukku vapauttaa varren.

Liidokin varjon suhde lennokkiin oli kaikista vaikein työvaihe ryhmän työssä. Painosuhteet, lankojen pituudet, kiinnityskohdat, aerodynamiikka ja muuta ongelmat tuntuivat välillä liian vaativilta. Niin hyvin, kuin oppilaat olivat aluksi ajatelleet, ei työtä lähtenytkään toimimaan. Tämä koettiin hienoisena pettymyksenä, mikä kertoo työn merkityksestä ja siihen panostamisesta. Myös muiden mittausten yhteydessä ilmeni työn merkittävyys ja toive täydelliseen toimivuuteen. Muilta osin oppilaat olivat erittäin tyytyväisiä työhönsä.

Oletin, että itsearviointi seinätyön (ks. liite 8) yhteydessä olisi riittävä, mutta projektin toimivuutta mittaavissa testeissä se koettiin ainoastaan keskinkertaisena. Seinätöiden tekemiseen ei oikein maltettu paneutua, vaikka ne loppuun asti tehtiinkin. Varsinaiset tuotteet olivat niin mielenkiintoisia, että niiden testailuun olisi voitu käyttää vaikka koko aika.

Työt saatiin kaikin puolin valmiiksi (kuvio 34, kuvio 34, kuvio 35, kuvio 36) seinätöitä myöten. Viimeiset kaksi tuntia käytettiin töiden esittelyyn ja tutkimuksellisiin loppumittauksiin.

KUVIO 34. Aurinkovoimalla toimiva tuuletin.

KUVIO 35. Vesi- tai tuulivoimalla toimiva ’kukkamobiili’ eli pyörivä rintakukka.

KUVIO 36. Paristokäyttöinen liitovarjolentokone.

KUVIO 37. Tuulivoimaan reagoiva ja tuulivoimalla toimiva katapultti.

13.-14. Panostamisesta työhön, ja muiden ryhmien töiden arvostamisesta kertoi, että neljän työn esittämiseen käytettiin tunnin verran aikaa. Oppilaat keskustelivat niistä mielellään, seurasivat toisten esityksiä tarkkaavaisesti ja jännittivät oman työn demonstraatiovuoroa (kuvio 38, kuvio 39, kuvio 40, kuvio 41). Esitysten jälkeen taputettiin luontevasti keksinnöille.

KUVIO 38. Katapultin esittely seinätyön pohjalta. Katapultin laukaisua oltaisiin jaksettu katsoa loputtomasti.

KUVIO 39. Kukkamobiili pyörimässä. Sitä pidettiin ennen kaikkea hauskana työnä.

KUVIO 40. Tuuletin toiminnassa. Paneelit on siirretty aivan valonlähteen eteen.

KUVIO 41. Lennokin potkurin toimintaa esiteltiin, mutta liitovarjo jäi käsin pideltäväksi.