Kehittämistutkimus : Matematiikan aineenopettajaopiskelijoiden ohjelmointikoulutus

Vuoden 2014 perusopetuksen opetussuunnitelman perusteisiin on lisätty matematiikan sisältöihin ohjelmointi. Matematiikan aineenopettajaopiskelijoilla ei ole kuitenkaan välttämättä kokemusta ohjelmoinnista lainkaan. Helsingin yliopiston matematiikan ja tilastotieteen osaston tarjoamalla Ohjelmointia matematiikan opetukseen -kurssilla perehdytään ohjelmoinnin pedagogiikkaan mutta kurssilla ei ole tarjottu opetusta ohjelmoinnin perusteista. Tämän tutkielman kehittämistutkimuksen tavoitteena oli kehittää kahden viikon mittainen opetuskokonaisuus joka sisältäisi ohjelmoinnin perusteet Scratch ja Python ohjelmointikielillä, hyviä ohjelmointikäytäntöjä ja esimerkkejä kuinka ohjelmointi voidaan sisällyttää matematiikan opetukseen. Tarkoitus oli, että opetuskokonaisuuden jälkeen opiskelijat hallitsisivat ohjelmoinnin perustaidot ja pystyisivät laatimaan ohjelmointitehtäviä jotka soveltuisivat matematiikan opetukseen. Tutkimuksessa pyritään selvittämään mitä matematiikan aineenopettajaopiskelijoille tulisi opettaa ohjelmoinnista ja millaista ohjelmointiopetusta opiskelijat toivoisivat saavansa kurssilla. Tutkimus toteutettiin tapaustutkimuksena. Kehittämistuotos testattiin Ohjelmointi matematiikan opetuksessa – kurssilla keväällä 2018 ja se arvioitiin kolmen opiskelijoille tehdyn kyselylomakkeen avulla. Kyselyt toteutettiin kurssin alussa, ohjelmointiosuuden jälkeen ja kurssin lopussa. Kurssille osallistui 7 opiskelijaa jotka kaikki vastasivat kaikkiin kolmeen kyselyyn. Kaikissa kyselylomakkeissa oli sekä suljettuja että avoimia kysymyksiä. Suljetuissa kysymyksissä oli väittämiä, joihin vastattiin 4-portaisen Likert-asteikon avulla ja monivalintakysymyksiä. Avoimet kysymykset analysoitiin aineistolähtöistä sisällönanalyysiä käyttäen. Kehittämistutkimuksen tarveanalyysin perusteella opiskelijoille tulisi opettaa ohjelmoinnin perusteet graafisella lohko-perustaisella ohjelmointikielellä Scratchillä ja tekstipohjaisella Pythonilla sekä yleisesti hyviä ohjelmointikäytäntöjä. Lisäksi ohjelmoinnin perusteiden opetukseen tulisi sisällyttää matematiikkaa jotta matematiikan aineenopettajaopiskelijoiden olisi helpompi sisällyttää oppimaansa omaan opetukseensa. Opiskelijat toivoivat, että ohjelmoinnin perusteita käsiteltäisiin laajasti ja ohjelmointiharjoituksia tulisi olla enemmän, mutta kuitenkin niin, että opiskelijat voisivat itse valita oman tasoisiaan tehtäviä. Ohjelmoinnin perusteita käsittelevien luentojen ei haluttu olevan läsnäolopakollisia ja haluttiin mahdollisuutta todistaa osaaminen tehtävien avulla. Kehittämistuotos saavutti ainakin osittain sille asetetut tavoitteet

Learning basic programming concepts in first educational cycle

Život bez tehnologije u današnje je vrijeme nezamisliv, a njen razvoj doveo je do promjena u svakoj sferi ljudskog života, uključujući i obrazovanje. Učenje programskih jezika i usvajanje osnovnih koncepata programiranja smatra se potrebom kako bi učenici ostali kompetentni. Uz uspješno implementiranje novih ciljeva i zadaća propisanih novim obrazovnim kurikulumima, za efikasno usvajanje koncepata programiranja nužno je izabrati prikladan pristup učenju te dovoljno jednostavan, a istovremeno izazovan programski jezik sukladan dobi učenika. Ključni faktori uspješnog obrazovnog sustava su učitelji, stoga se u ovom radu ispituje se imaju li budući učitelji pozitivan stav o usvajanju osnovnih koncepata programiranja u prvom odgojno-obrazovnom te postoje li razlike u stavovima o mogućnosti usvajanja osnovnih koncepata programiranja među studentima s obzirom na studijski modul za koji su se opredijelili.Life without technology is unthinkable nowadays, and its development has led to changes in every sphere of human life, including education. Learning programming languages and acquiring basic programming concepts is considered a necessity for students to remain competent. With the successful implementation of the new goals and objectives laid down in the new educational curricula, for the effective adoption of programming concepts, it is necessary to choose a suitable approach for learning and a simple, yet challenging, programming language appropriate to the age of the students. The key factors of a successful education system are teachers, so this paper examines whether prospective teachers have a positive attitude towards adopting basic programming concepts in the first educational setting, and whether there are differences in attitudes about adopting basic programming concepts among students with regard to the study module for which they have chosen

Learning basic programming concepts in first educational cycle

Život bez tehnologije u današnje je vrijeme nezamisliv, a njen razvoj doveo je do promjena u svakoj sferi ljudskog života, uključujući i obrazovanje. Učenje programskih jezika i usvajanje osnovnih koncepata programiranja smatra se potrebom kako bi učenici ostali kompetentni. Uz uspješno implementiranje novih ciljeva i zadaća propisanih novim obrazovnim kurikulumima, za efikasno usvajanje koncepata programiranja nužno je izabrati prikladan pristup učenju te dovoljno jednostavan, a istovremeno izazovan programski jezik sukladan dobi učenika. Ključni faktori uspješnog obrazovnog sustava su učitelji, stoga se u ovom radu ispituje se imaju li budući učitelji pozitivan stav o usvajanju osnovnih koncepata programiranja u prvom odgojno-obrazovnom te postoje li razlike u stavovima o mogućnosti usvajanja osnovnih koncepata programiranja među studentima s obzirom na studijski modul za koji su se opredijelili.Life without technology is unthinkable nowadays, and its development has led to changes in every sphere of human life, including education. Learning programming languages and acquiring basic programming concepts is considered a necessity for students to remain competent. With the successful implementation of the new goals and objectives laid down in the new educational curricula, for the effective adoption of programming concepts, it is necessary to choose a suitable approach for learning and a simple, yet challenging, programming language appropriate to the age of the students. The key factors of a successful education system are teachers, so this paper examines whether prospective teachers have a positive attitude towards adopting basic programming concepts in the first educational setting, and whether there are differences in attitudes about adopting basic programming concepts among students with regard to the study module for which they have chosen

Effects of regular use of scalable, technology enhanced solution for primary mathematics education

Mathematics is one of the key subjects in any school curriculum and most teachers agree that mathematical skills are important for students to master. There is an abundance of research in learning mathematics and a consensus exists among researchers that technology can enhance the learning process. However, many factors need to be taken into consideration when introducing technology into teaching mathematics. Developing a more natural collaboration between learning technology experts, teachers, and students ensures all stakeholders are considered. Involving teachers early on helps develop enduring commitment to innovations and practical solutions. Moreover, creating a culture of collaboration between experts in the field and teachers brings to bear the best of what both worlds have to offer. This thesis synthesizes six papers and offers additional findings that focus on how technology experts can collaborate with elementary teachers to improve student learning outcomes. We focus on managing educational change in ways that improve the sustainability of innovations. We also explore how technical and teaching experts co-create effective lesson plans. In one of the six papers we collected and reported teachers’ responses to survey questions covering typical usage patterns on a platform. Teachers’ direct feedback was collected and incorporated to improve technical solutions. Moreover, one study was conducted abroad to measure the effect of culture on the teaching and learning process. Evidence of effectiveness of technologically enhanced lessons and corresponding homework was based on multiple studies in grades 1 - 3, covering 379 students. The effectiveness of educational technology was measured based on two variables: student performance in mathematics, based on the learning objectives specified in the curriculum, and arithmetic fluency measured by how rapidly and accurately students solved basic arithmetic operations. Statistically significant findings show that educational technology can improve two target variables when comparing students who did not use educational technology to students who did. An additional effect size analysis was conducted to verify and compare results with previous research. Based on these results, platform use produced the same or better effect than previous studies. Based on teacher feedback and user growth on the platform, we managed to integrate technology into the regular school classroom in meaningful and sustainable ways. We were clearly able to support teachers in their practice in a manner that resulted in noticeable student achievement gains. A survey revealed a need to emphasize new features that were introduced to the platform in teacher training programs. Teachers also reported having a positive attitude towards the platform and the initiative gained wide acceptance among their peers.Matematiikka on yksi tärkeimmistä kouluaineista pelkästään tuntimääräisesti mitattunakin. Matematiikan osaamista ja oppimista pidetään yleisesti tärkeänä ja arvostettuna taitona. Matematiikan oppimisesta on valtavasti tutkimusta ja tutkijoiden keskuudessa vallitsee yhteisymmärrys tietotekniikan positiivisista mahdollisuuksista edistää matematiikan oppimista. Tietotekniikan ja oppimisen vuorovaikutus on kuitenkin monisyinen vyyhti ja sen onnistunut hyödyntäminen vaatii tutkijoiden, opettajien ja oppilaiden välistä tiivistä ja vuorovaikutteista yhteistyötä. Uusien innovaatioiden ja kokeilujen onnistumiselle ja niihin sitoutumiselle luodaan vahva pohja, kun opettajat otetaan mukaan kehitystyöhön ensimetreiltä lähtien. Tällaisen tiiviin yhteistyökulttuurin vaaliminen mahdollistaa käytännön työn ja teorian vahvuuksien hyödyntämisen. Tämä väitöstyö koostuu kuudesta artikkelista. Artikkelit kuvaavat, kuinka tutkijat ja opettajat työskentelivät yhdessä parantaakseen oppilaiden matematiikan oppimista. Tavoitteenamme oli muuttaa koulun käytänteitä pitkäjänteisesti ja kestävällä tavalla. Tutkimme kuinka tutkijat ja opettajat pystyivät yhdessä luomaan onnistuneita ja tehokkaita oppimiskokonaisuuksia. Opettajat olivat koko ajan kehitystyön keskiössä. Yhdessä kuudesta artikkelista tutkittiin kyselytutkimuksen avulla opettajien kokemuksia ja käyttötottumuksia. Näitä vastauksia hyödynnettiin teknisessä kehitystyössä ja hyvien käytänteiden hiomisessa. Yksi väitöskirjan tutkimuksista tehtiin ulkomailla opetus- ja oppimiskulttuureista vaikutusten huomioimiseksi. Sähköisten oppituntien ja kotitehtävien vaikuttavuuden arviointi perustuu useisiin 1.-3. luokilla tehtyihin tutkimuksiin ja kaikkiaan 379 oppilaan vastauksiin. Sähköisten oppituntien vaikuttavuutta arvioitiin kahden eri mittarin perusteella. Ensin matematiikan taitojen perusteella, eli kuinka hyvin kunkin luokka-asteen oppimistavoitteet olivat täyttyneet ja myöhemmin myös laskusujuvuuden perusteella, eli kuinka nopeasti ja tarkasti oppilaat pystyivät laskemaan peruslaskutoimituksia. Tulokset osoittavat, että opetusteknologian avulla pystytään parantamaan oppilaiden suoriutumista edellä mainittujen osa-alueiden osalta verrattuna oppilaisiin, jotka eivät käyttäneet opetusteknologiaa. Tulokset olivat tilastollisesti merkitseviä. Näiden tulosten varmistamiseksi laskettiin vaikuttavuuden suuruus ja sitä verrattiin aiempiin alan tutkimuksiin. Tulosten perusteella sähköisillä oppitunneilla oli sama tai parempi vaikuttavuus kuin aiemmissa tutkimuksissa. Opettajien palautteiden ja kasvavan käyttäjämäärän perusteella voidaan sanoa, että onnistuimme tavoitteessamme integroida opetusteknologiaa mielekkäällä tavalla osaksi koulutyötä. Onnistuimme myös tukemaan ja auttamaan opettajia opetustyössään ja samalla merkittävästi parantamaan oppilaiden suoriutumista. Kyselytutkimuksen perusteella huomasimme, että uusien ominaisuuksien kouluttamiseen tulee kiinnittää enemmän huomiota. Samassa tutkimuksessa opettajat raportoivat olevansa tyytyväisiä alustaan ja sähköiset oppitunnit näyttävät saaneen vankan jalansijan suomalaisessa opettajakunnassa