Loodusainete õppimisel on oluline osa mitmesugustest looduslikest protsessidest arusaamisel. Samas võib riigieksami- ja tasemetööde tulemuste ning tegevõpetajate hinnangute alusel väita, et nende mõistmine on õpilastele keeruline. Tihti teavad küll õpilased ühes või teises protsessis osalevaid objekte ja nende omadusi, kuid ei suuda neid omavahel seostada ning seeläbi omandada terviklikku arusaamist.

Veebipõhised mudelid

Looduslikest protsessidest arusaamisel kasutatakse tihti erinevaid mudeleid. Mudelitena võib käsitleda mitmesuguseid objekte, protsesse ja nähtusi esitavaid lihtsustatud analooge, mis toovad uuritava tajupiiridesse (suurendades või vähendades mõõtmeid, kiirendades või aeglustades protsessi toimumist) ning näitavad selles esinevaid seoseid.

Teaduskirjandusest selgub, et nii loodusnähtustest arusaamisele kui ka loodusteaduslike probleemide lahendamisele aitab olulisel määral kaasa interaktiivne õpitarkvara. Multimeedia vahenditega rikastatud õppematerjalid võimaldavad paremini mõista igapäevaelus esinevate protsesside seost loodusainetes õpetatavate faktide ja teooriatega. Ise katsetades ja erinevate parameetrite muutmisega kaasnevaid visuaalseid efekte nähes mõistavad õpilased protsesside põhjuslikke seoseid märgatavalt paremini kui pelgalt tekstilise materjali ja staatiliste illustratsioonide kasutamisel.

Mudelite abil protsesside seaduspärasusi õppides paigutatakse uusi teadmisi ja arusaamu olemasolevasse individuaalsesse mõttemudelisse ning seeläbi saadakse ka neist paremini aru. Juhitav protsessuaalne mudel aitab arvutiga õppijal hüpoteese püstitada ja kontrollida jälgida protsessi vastavalt sisestatud andmetele ning saada tagasisidet algselt väljapakutud lahendusele. Lisaks konkreetsete objektide manipuleerimisvõimalusele seisneb mudelite olulisus ka abstraktsete objektide arvutiekraanil visuaalselt reaalseteks ja manipuleeritavateks muutmises. Seeläbi on võimalik paremini mõista nii mitmeid nähtusi kui ka erinevate objektide vahelisi seoseid. Omandatud teadmised ja oskused ei ole aga rakendatavad mitte üksnes loodusainete tundides, vaid ka teistes õppeainetes ning igapäevases elus. Uurimusliku õppe kaudu omandatut kasutatakse reaalsetes situatsioonides oluliselt rohkem kui traditsioonilisel teel kogutud teadmisi ja arusaamu.

Töölehed

Käesolevate veebipõhiste mudelite kasutamist on katsetatud töölehtedega, mis seostuvad juhtumikeskse õppimise teooriaga. Mitmetes teadusuuringutes tuuakse välja, et õppimine on tulemuslikum, kui see toimub läbi igapäevaelu situatsioonide. Sellises olukorras omandavad õpilased uusi teadmisi ja oskusi koos reaalsetele probleemidele lahenduste leidmisega. Sel viisil õppimisel on mitmeid positiivseid külgi:

• Olulisel kohal on motivatsiooni tekitamine – kui temaatika tundub õpilasele põnev ja vajalik, tekib tal ka sellega tegelemise vastu suurem huvi ning paraneb õpiprotsessi tulemuslikkus.

• Läbi igapäevaeluliste probleemide lahendamise luuakse seoseid varasemate ja uute teadmiste vahel ning seeläbi jääb uus info ka paremini meelde.

• Sel teel omandatud teadmised ja oskused on õpilaste poolt rakendatavad teistes situatsioonides igapäevaste probleemide lahendamisel.

Seetõttu esitatakse projekti iga näidistöölehe alguses lühike, igapäevaelulist probleemi sisaldav jutuke, mille põhjal esitatakse ka uurimuslik küsimus. Kuna uute teadmiste omandamine seisab õpilasel alles ees, siis vastab ta küsimusele oma eelteadmiste põhjal. See ei ole mõeldud õpilase hindamiseks, vaid annab ülevaate tema eelteadmistest ning võimalikest väärarusaamadest. Küsimusele vastamiseks peab ta veel kord põhjalikult tutvuma probleemsituatsiooniga, mõistma esitatud protsessi mõjutavate tegurite tähtsust ning pakkuma välja omapoolse lahenduse.

Alglahendusele järgneb tööülesannete täitmine koos mudeli kasutamisega. Samalaadsete töölehtede koostamisel tuleb arvestada, et tööjuhised ja ülesanded peavad olema konkreetselt sõnastatud ning loogilises järjestuses. Õpilasele tuleb esitada selgesõnaline juhend: kuhu hiirega liikuda ja klõpsata, mis parameetreid ja kui palju muuta ning mida seejuures jälgida. Katsetundidest on selgunud, et protsessi mõjutavaid tingimusi tuleks muuta ja uurida ükshaaval. Vastasel juhul muutub üksiktegurite mõjust arusaamine keeruliseks. Lisaks sellele võib töölehel esitada ka küsimusi, millele mudeliga töötades otseselt vastust ei leia ning ühtlasi suunab neid mudelil esitatut teoorialehte lugema. Töölehe koostamisel tuleb pidada silmas , et info kogumisele järgneksid sellele tuginevad ülesanded, mis suunavad õpilast tegema võrdlusi ja üldistusi ning otsima põhjuslikke seoseid (analüüs, süntees, hinnangute andmine). Lõpuks peaks ta jõudma uuritud probleemi lahenduseni ning tegema selle põhjal suuremaid üldistusi. Ühtlasi võib õpilast suunata võrdlema saadut lõpplahendust oma esialgselt pakutud variandiga. See võimaldab tal aru saada eelnevate eksimuste põhjustest ning teha korrektiive oma mõttemudelis.

Mõnede mudelite puhul on töölehe koostamisel igapäevaelulise probleemülesande väljamõtlemine siiski ülemäära keeruline – sel juhul võib situatsiooni kirjelduse ka ära jätta.

Kuna mudelid on erineva keerukuseastmega, on mõningatel juhtudel otstarbekas lisaks mudeli kasutusjuhendile koostada mudelit tutvustav juhend. Juhend jagatakse õpilastele enne konkreetsete õpiülesannetega töölehte. Sellel antakse lühiülevaade käsitletavast teemast, mudeli sisust ning kasutusvõimalustest, samuti leiab sealt kasutatava õppematerjali aadressi. Juhendis on info, kui palju on aega programmiga tutvumiseks ning mida selle aja jooksul teha tuleb. Lisaks eelnevale tuleks esitada õpilasele ka lihtne, kindla informatsiooni otsimisele suunatud ülesanne, mille lahendamise tulemusena omandavad õpilased mudeli kasutamise esmased oskused . Lihtsamate mudelite korral pole eraldi juhendi järgi vajadust ning soovi korral võib selle lühendatud kujul integreerida õpiülesannetega töölehe algusesse.

Tundide tulemuslikkus

Kõiki käesoleva projekti kõigus loodud mudeleid on koolis katsetatud. Lisaks töölehtedele täitsid õpilased katsetunni lõpus hinnangulehed, mille analüüsist selgus, mil määral mudeli sisust aru saadi ning milliseid soovitusi, ettepanekuid ja etteheiteid esitati. Kõiki katsetusi jälgis vaatleja. Ilmnenud probleemide ja ettepanekute põhjal parandati ja täiustati nii mudeleid kui ka töölehti.

Mõningate mudelitega on viidud läbi rohkem tunde. Nende tulemusena selgus, et eelpool kirjeldatud viisil õppides saavad õpilased looduslikest protsessidest ja neid mõjutavatest teguritest paremini aru. Ühtlasi ilmnes, et igapäevaelulise jutukese põhjal esitatud küsimuse lõpplahendus sõltub töölehe ülesannete lahendatusest. Võib väita, et veebipõhiste mudelite ning eesmärgipäraselt koostatud töölehtede abil on võimalik arendada õpilaste arusaamist looduslikest protsessidest ning mitmekesistada ainetundide sisu.