VISUALISOINTI KEMIASSA JA SEN

OPETUKSESSA

Maija Aksela

Kemian opettajankoulutusyksikkö

17.01.2012

VISUALISOINTI: ”pariporina”

1. Mitä tarkoittaa visualisointi Sinulle?

2. Mitä erilaisia visualisointitapoja tunnet?

3. a) Arvioi omia visualisointitaitojasi asteikolla (1-3;

1=heikot, 2=tyydyttävät, 3= hyvät)

b) Kerro, minkälainen visualisointi helpottaa

oppimistasi eli on hyvä ja miksi?

c) Minkäläinen visualisointi on sinusta huonoa ja

miksi?

4. Keskustele vastauksista lähiparisi kanssa

5. Valitkaa yhdessä joku kemian käsite tai ilmiö ja

kuvatkaa pari tapaa, miten voisitte visualisoida sitä

VISUALISOINTI: määritelmiä

Visualisointi tarkoittaa jonkin asian tekemistä havainnolliseksi näköaistille. Visualisoinnissa on oleellista ihmisen sisäisten mallien muodostumisen tukeminen. Visualisointi voidaan määritellä yleisemmin tarkoittamaan mitä tahansa tiedon esittämistä ihmisen omaa ymmärrystä tukemaan muotoon. (Wikipedia)

Visualisointi tarkoittaa näkyvää tekemistä ja havainnollisina näkökuvina kuvittelua (Web-Facta).

Visualisointi on prosessi, jossa tietoa muunnetaan

kuvalliseen muotoon. (Meisalo et al., 2000)

VISUALISOINTI (Gilbert, 2003)

1) visuaalinen havaitseminen (kohteen ymmärtäminen, kun se on nähty)

2) visuaaliset mielikuvat (mieleen tuotettu kuva

kohteesta, jota ei nähdä) 3) avaruudelliset mielikuvat (mielen kuvaus

kohteesta, jota on tuotettu esimerkiksi tunnistelemalla, ei nähtynä)

VISUALISOINTI LUOKITELLAAN (Gobert, 2005)

ulkoiseksi visualisoinniksi (tiedon esittämistä

visuaalisessa muodossa, esim. kaavioita, kuvaajia,

piirroksia, animaatioita, simulaatioita, valokuvia tai

videokuvia): a) staattiset ja b) dynaamiset

sisäiseksi visualisoinniksi (mielensisäisiä

ajattelumalleja ja kuvauksia jostakin asiasta)

avaruudelliseksi hahmotuskyvyksi (kykyä käsitellä

mielessä tilallisia ulottuvuuksia)

Ulkoisesta visualisoinnista oppiminen voi edellyttää

avaruudellista hahmotuskykyä ja johtaa mielen

sisäisen visualisoinnin rakentumiseen (Gobert, 2005).

VISUALISOINTI OLENNAISTA KEMIASSA:

Kemiassa hyödynnetään runsaasti erilaisia visualisointeja

todellisten systeemien esittämisessä (Ranck, 1997).

Visualisoinneilla voidaan ulkoistaa ajatuksia, jäsentää

muistia,käsitellä tietoa, ja tukea yhteisöllistä toimintaa.

Onnistuneet visualisoinnit jäsentävät tieteellisiä

käsitteistöjä sopiviksi ihmisen aisteille ja ymmärrykselle.

(Tversky, 2005)

Visualisoinneilla voidaan tehdä havaittaviksi sellaiset

ilmiöt ja periaatteet, joita muuten ei konkreettisesti voida

havaita. (Rapp, 2005)

VISUALISOINTI KEMIAN OPETUKSESSA JA OPPIMISESSA

Monet kemian käsitteet ovat vaikeita ymmärtää tekstistä

lukemalla. Ne voidaan ymmärtää täysin, kun ne on

visualisoitu esimerkiksi piirroksin. (Barnea, 2000)

Tietokoneavusteisesti voidaan toteuttaa monimutkaisia

visualisointeja ja suorittaa tehokkaita dynaamisia

simulaatioita, jotka eivät aikaisemmin olleet mahdollisia

oppikirjojen sivuilla (Gobert, 2005).

Daltonin (2003) mukaan ainakin opiskelijat, jotka oppivat

parhaiten näkemällä, voivat hyötyä animaatioiden

käytöstä opetuksessa.

OPS ja VISUALISOINTI: ESIM.

TAVOITTEET: Oppilas oppii

kuvailemaan ja mallintamaan kemiallisia reaktioita reaktioyhtälöiden avulla (perusopetus, yläkoulu)

aineiden paloherkkyys, palamisreaktio, sen kuvaaminen kemian merkkikielellä sekä palamistuotteiden ominaisuudet ja vaikutukset ympäristössä (perusopetus, yläkoulu)

Kemian opetukselle on luonteenomaista kemiallisten ilmiöiden ja aineiden ominaisuuksien havaitseminen ja tutkiminen kokeellisesti, ilmiöiden tulkitseminen ja selittäminen mallien ja rakenteiden avulla, ilmiöiden kuvaaminen kemian merkkikielellä sekä ilmiöiden mallintaminen ja matemaattinen käsittely. (lukio)

perehtyy tieto- ja viestintätekniikan mahdollisuuksiin tiedonhankinnan ja mallintamisen välineinä (lukio)

HARJOITUS 2: VISUALISOINTI KEMIAN

OPPIKIRJOISSA

Valitse yksi lukion kemian kirja

Vastaa seuraaviin kysymyksiin:

1. Luettele, millaisia erilaista visualisointitapoja löydät

kirjoista.

2. Valitse kirjoista tarkasteluun kemiallinen sidos:

minkälaisia visualisointitapoja on käytetty?

a) minkälainen visualisointi on mielestänne paras

ja miksi?

b) minkälainen visualisointi on mielestänne huono ja

miksi?

Visuaalisesta kyvystä

Visuaalinen kyky on erilainen eri ihmisillä. Tämä on otettava huomioon opetuksessa. On olemassa myös ihmisiä, joilta puuttuu kyky oppia kuulemalla aivan samoin kuin on ihmisiä, joilta puuttuu avaruudellinen hahmotuskyky.

Osa tutkimuksista tuo esille myös erot tytöillä ja

pojilla. Visuaalisessa kyvyssä ja opintomenestyksessä on havaittu myös yhteyttä.

Ihmisen visuaalinen havainto on valikoiva ja siksi

kunkin visuaalinen mielikuva on jonkin verran todellisuudesta poikkeava. Erot kunkin visuaalisessa mielikuvissa johtuvat mm. tavoitteiden ja päämäärien eroista.

Visualisointi ja ajattelu

Visualisointia tarvitaan ajattelussa, erityisesti luonnontieteiden oppimisessa.

Päättelyssä visuaalisia mielikuvia voidaan käyttää

hyväksi muodostettaessa uusia kuvia olemassa olevista kuvista.

Uuden taidon oppimisessa mielikuvia voidaan käyttää

esittelemään taitosuoritusta (esim. mielikuvia käytetään määrittelemään fysikaalista liikettä)

Sanallisten kuvausten ymmärtämisessä tarvitaan myös

visualisointia. Esimerkiksi aineen kiderakenne voidaan ymmärtää visualisoimalla mielessä sanallisen kuvauksen lukemisen jälkeen.

Luovuus ja kekseliäisyys vaatii visualisointikykyä.

Mielikuvia voidaan muokata ja luoda uutta

HYVIÄ VISUALISOINNIN OHJEITA:

Barbara Tversky: ”Prolegomenon to scientific

visualizations”, J.K.Gilbert (toim.), Visualization in science education”,

Springer, 2005, s. 29-42.

Visualisoinnit perustuvat ennalta tunnettuun (kontekstiriippuvuus)

Ne liittävät formaalin määrittelyn esimerkkeihin

Yhtenäisyys-periaate (Congruence principle) visualisoinnin rakenne ja sisältö liittyy haluttuihin mentaalimalleihin

Ymmärrys-periaate (Apprehension principle) visualisoinnin rakenne ja sisältö pitäisi olla helposti ja yhdenmukaisesti ymmärrettävissä

Avaruudellinen älykkyys (Garner, 2005)

kyky havainnoida visuaalista maailmaa tarkasti,

esittää muutoksia ja modifikaatioita omista

lähtökohdista,

pystyä luomaan uusia näkökulmia omista

visuaalisista kokemuksista ilman fysikaalista

ärsykettä.

METAKOGNITIIVISET TAIDOT

Keskeistä visualisoinnissa ja oppimisessa Kyky arvioida ja tarkkailla omia ajatuksiaan Metakognitiivinen oppija on hyvin tietoinen

omasta oppimisestaan ja omista oppimistavoistaan.

Metakognition toimiminen

Nelsonin ja Narensin malli metakognition toimimisesta metatason ja objektitason välillä:

- havainto objektista, josta saadaan

informaatiota, muuttaa tai korjaa mallia metatasolla

- kontrolli suuntaa havaintojen tekemistä tiettyyn

suuntaan - kontrolli ja hallinta tapahtuvat samanaikaisesti

ÄLYKKYYS VISUALISOINNISSA

Älykkyys visualisoinnissa määritelmää on vahvistettu Nelsonin ja Narensin mallin kehitysversiolla ja Petersonin visualisoinnin metakognitiomallilla.

Tämä malli koostuu kolmesta komponentista:

ikonimuisti lyhytaikainen visuaalinen muisti – vastaa

objektitasoa pitkäaikainen visuaalinen muisti – vastaa

metatasoa.

Metakognitiivisten taitojen tasot

1) keräämisen taso (tunnistaa mitä opittu, mitä ei, arviointi siitä mitä tulevaisuudessa on helppo/vaikea oppia),

2) säilyttämisen taso (ajatuksellinen muistin harjauttaminen)

3) mieleen palauttamisen taso (pystyy tekemään oppimisen arviointia, arvioimaan tulevaisuuden oppimismenestystä, tietämisen tunne, kasvanut varmuus)

Metakognitiivisten taitojen kehittyessä oppija tulee asteittain tietoisemmaksi siitä, mitä on opittu, sen säilyttämisestä ja sen mieleenpalauttamisesta.

Lisääntynyt itseluottamus metakognitiivisissa taidoissa näkyy tiedon tarkkuutena.

METAKOGNITIIVISTEN TAITOJEN KEHITTÄMINEN VISUALISOINNISSA

valitaan esitystapa tiettyyn tarkoitukseen ja sen tulkintaan sopivaksi

kulloinkin käytetyn esitystavan analysointi:

mahdollisuudet ja rajoitukset harjoitellaan mallien muuntamista toiseksi sekä

erilaisia visualisointitapoja ja strategioita parannetaan oppilaan havainnointikykyä: -käyttämällä useita esitysmuotoja samasta mallista

maksimoimalla muotojen, kulmien, varjojen piirteitä, -käyttämällä säännöllisiä, yksinkertaisia, geometrisia

muotoja -selventämällä esitystä väreillä

Visualisointi ja arviointi

ARVIOITAVIA ASIOITA:

1. visualisoinnin luonteen ymmärtäminen, 2. visualisointikyky ja 3. näiden molempien käyttö kemian kontekstissa. Visualisoinnin luonteen ymmärtäminen vaatii - erilaisten esitystapojen käyttöä, - niiden vahvuuksien ja heikkouksien ymmärtämistä

- visualisoinnin arvon merkitystä kemiassa ja sen opiskelussa.

Visualisointi ja arviointi

ARVIOITAVIA ASIOITA:

1. visualisoinnin luonteen ymmärtäminen, 2. visualisointikyky ja 3. näiden molempien käyttö kemian kontekstissa. Visualisoinnin luonteen ymmärtäminen vaatii - erilaisten esitystapojen käyttöä, - niiden vahvuuksien ja heikkouksien ymmärtämistä

- visualisoinnin arvon merkitystä kemiassa ja sen opiskelussa.