Student-question-based inquiry in science education

Students' questions have an important function in science learning, and in inquiry-based approaches. Inquiry teaching in which the students' own questions are used is promising, but a holistic view of the research and practice is lacking. A systematic review was conducted on 30 articles, both research report articles as well as descriptive and evaluative report articles on the use of students' questions as a starting point for inquiry-based science education. The review was carried out using deductive content analysis. This review concentrates especially on the formulation and utilisation of students' questions in inquiry, the benefits of the reported approaches, and the roles that the teacher and the students take during student-question-based inquiry approaches. This review shows that there are various ways to obtain and use students' questions. The results also highlight the teacher's important role in inquiry teaching already in the planning phase. Moreover, the teacher's role is affected by how much emphasise is placed on science learning, and how much value is put on the students' questions. Finally, a model for student-question-based inquiry (the SQBI-model) for science education is presented. This model should be acknowledged also in the teacher education.Peer reviewe

Towards learner-driven science teacher education for sustainability

As the world is constantly changing, and there are concerns over a sustainable future, educating teachers for sustainability is crucial, as education is one of the most effective means to improve sustainability. Science, such as chemistry, plays a significant role in addressing sustainability issues, because chemistry can contribute to both solving as well as causing the challenges through knowledge and products that chemistry produces. Science and sustainability are inherently connected, as are the discussions over their education. On both these fields, discussions over the role of the students have emerged. In science education there has been a growing interest to educate scientifically literate students who can use scientific thinking in their own lives and in the society. This requires active participation of the students in their own learning. Sustainability education has been advocating transformative learning so that students could take action in their own lives towards sustainability. Moreover, teacher education could be developed in a direction in which the student teachers would be given possibilities to make decisions concerning the learning and teaching methods used and contents chosen, and develop their actioncompetence through active participation. However, in order to reach sustainability, all citizens should be considered as learners, not only students in schools and universities. Discussion over the learners’ roles has led to the using of terms, such as learner-centred and learner-driven learning. What these terms actually entail is, however, not always clear. In science education, learner-driven approaches are usually practiced in the form of open inquiry – an inquiry that starts with the students’ questions. Addressing and using the students’ questions is important in science education, but also in sustainability education to activate learners to think and act for sustainability. The aim of this thesis is to understand the possibilities and challenges of learner-centred and learner-driven science teacher education for sustainability. The research questions are: i) Which possibilities do learner-centred and learner-driven science teacher education for sustainability offer? and ii) What are the challenges for learner-centred and learner-driven science teacher education for sustainability? For this purpose, two types of approaches are studied: inquiry-based education as a typical approach in science teacher education from the point of view of learner-centred and learner-driven inquiry, and sustainability education as a part of science teacher education for sustainability from the viewpoint of learnercentred and learner-driven sustainability education. This is a qualitative multi-method research with one systematic review and three case studies applying grounded theory and discourse analysis. The thesis consists of four articles: i) Inquiry as a context-based practice – A case study of pre-service teachers’ beliefs and implementation of inquiry in contextbased science teaching ii) Student-question-based inquiry in science education, iii) From learner-centred to learner-driven sustainability education, and iv) Challenges and tensions in collaborative planning of a student-led course on sustainability education. Data for the studies was derived from three sources including higher education student groups and peer-reviewed articles. Study I utilised data from five student teachers who participated in a course “inquiry-based chemistry teaching” in 2015. Their beliefs about inquiry were studied by interviewing them, and their implementations of inquiry were studied from their reports. Data in study II consisted of 30 articles reviewed using systematic review. In studies III and IV, the research data consisted of a planning process of higher education students (student teachers and students interested in teaching) who planned and ran a course “sustainable development in education” in 2015. Their planning meetings and two semi-structured interviews were analysed using discourse analysis and grounded theory. As a result, understanding on the differences between learner-centred and learner-driven sustainability education was obtained. This thesis reveals that learner-driven and learnercentred education are different constructs, especially related to the learners’ roles. Studentled planning on sustainability education was studied to be challenging, as the students had to discuss several interrelated issues on sustainability and sustainability education, as well as their own roles and ways to work as a group. However, the challenges in learner-driven approaches can sometimes be viewed as part of the process. In addition, possibilities for learner-centred and learner-driven practices were revealed on how to use students’ questions in inquiries and contexts-based inquiry as a humanistic approach. For science education, a student-question-based inquiry model was created, which the teacher can use to support students in their question asking. The study also revealed challenges related to the ownership of students’ questions. The results from this thesis are relevant when planning teacher education for sustainability. This thesis points out that especially higher education has the potential to involve the students more in teaching by promoting action-competence among students through learner-driven education. Science teacher education could be focusing more on using learner-centred and learner-driven approaches, because the studied higher education students could plan and carry out teaching that mirror central aspects of science and sustainability education. Moreover, in order to be able to use learner-driven approaches, there is a need to use extra-situational knowledge, to improve students’ ownership of their own questions, to redefine expertise, and to work with non-predefined goals and with the whole community.Opettajankoulutus on yksi tärkeimmistä keinoista kestävän tulevaisuuden rakentamisessa. Opetukseen tarvitaan uusia tutkimuspohjaisia kestävyyskasvatuksen malleja. Koska kestävyyshaasteet ovat monimutkaisia, niiden ratkaisemiseksi tarvitaan monitieteellisiä lähestymistapoja. Myös luonnontieteiden opetuksessa voitaisiin huomioida enemmän kestävyyskasvatuksen näkökulmia. Luonnontieteet, kuten kemia voidaan nähdä sekä haasteiden aiheuttajana, että niiden ratkaisijana. Lisäksi kestävyyskasvatusta voitaisiin kehittää oppijoita osallistavaan suuntaan, jossa oppijat saisivat enemmän mahdollisuuksia tehdä omaa opiskelua ja opetusta koskevia päätöksiä. Nämä oppijoita osallistavat ja aktioivat taidot ovat erityisen tärkeitä tuleville opettajille, jotta he pystyvät hyödyntämään osaamistaan tulevassa työssään. Oppijakeskeisiä ja -lähtöisiä oppimismahdollisuuksia on näin ollen tarpeellista kehittää ja tutkia kemian opettajankoulutuksessa. Aiemmissa tutkimuksissa on tutkittu oppijakeskeisiä lähestymistapoja, joissa oppilas huomioidaan eri tavoin opetuksessa. Luonnontieteiden opetuksessa oppijalähtöisyyttä käytetään tyypillisesti avoimessa tutkimuksellisuudessa, joka on oppilaiden kysymyksistä lähtevää tutkimuksellisuutta. On todettu, että opetuksessa voitaisiin hyödyntää nykyistä enemmän oppilaiden kysymyksiä, joten tähän tarvitaan erilaisia malleja. Tutkimuksen päämääränä on ymmärtää, mitä mahdollisuuksia ja haasteita kestävyyteen tähtäävään oppijakeskeiseen ja oppijalähtöiseen luonnontieteiden opettajakoulutukseen liittyy. Tutkimuskysymykset ovat: i) Mitä mahdollisuuksia kestävyyteen tähtäävä oppijakeskeinen ja oppijalähtöinen luonnontieteiden opettajakoulutus tarjoaa? ja ii) Mitkä ovat oppijakeskeisen ja oppijalähtöisen kestävyyteen tähtäävän luonnontieteiden opettajakoulutuksen haasteet? Tutkimus on laadullinen monimenetelmätutkimus, joka koostuu yhdestä systemaattisesta katsauksesta ja kolmesta tapaustutkimuksesta, joissa käytetään grounded theorya ja diskurssianalyysiä. Väitöstutkimus koostuu neljästä artikkelista: i) Inquiry as a context-based practice – A case study of pre-service teachers` beliefs and implementation of inquiry in context-based science teaching ii) Studentquestion-based inquiry in science education, iii) From learner-centred to learner-driven sustainability education, and iv) Challenges and tensions in collaborative planning of a student-led course on sustainability education. Tutkimuskohteena on opiskelijaryhmiä, jotka koostuivat pääosin opettajaopiskelijoista (tutkimukset I, III ja IV) sekä vertaisarvioituja artikkeleita (tutkimus II). Tutkimuksessa I on käytetty tutkimusaineistona viiden kemian opettajaopiskelijan haastatteluja sekä raportteja heidän osallistuttuaan kurssille ”tutkimuksellinen kemian opetus” vuonna 2015. Tutkimuksessa on selvitetty opettajaopiskelijoiden uskomuksia tutkimuksellisuudesta sekä heidän tapojaan toteuttaa kontekstuaalista tutkimuksellisuutta. Tutkimuksessa II on tutkittu 30 vertaisarvioitua artikkelia oppilaiden kysymyslähtöisestä tutkimuksellisuudesta käyttäen tutkimusmenetelmänä systemaattista katsausta. Tutkimuksessa III ja IV on käytetty tutkimusaineistona opiskelijaryhmän taltioitua suunnitteluprosessia heidän suunnitellessaan kurssia ”kestävä kehitys opetuksessa” vuonna 2015. Väitöskirjassa esitetään, että oppijakeskeisen ja oppijalähtöisen kestävän kehityksen opetuksen lähtökohdat ovat erityisesti oppijan roolin näkökulmasta erilaiset. Tulosten perusteella opetuksen suunnittelu voi olla opiskelijoille haastavaa, vaikka toisiaan haasteet voidaan nähdä osana prosessia. Kestävän kehityksen opetuksen kurssia suunnitellessaan opiskelijoiden oli keskusteltava useasta toisiinsa kytkeytyneestä kestävyyden ja kestävyyskasvatuksen näkökulmasta sekä omasta roolistaan ja työskentelystään ryhmänä. Lisäksi oppijakeskeisten ja oppijalähtöisten lähestymistapojen mahdollisuuksiksi havaittiin oppijoiden omien kysymysten käyttö tutkimuksellisuuden lähtökohtana ja humanistinen näkökulma toteuttaa kontekstuaalista tutkimuksellisuutta. Tutkimuksessa kehitettiin myös malli luonnontieteiden opetukseen, joka kuvaa, miten opettaja voi toteuttaa opetuksessaan oppilaiden kysymyksistä lähtevää tutkimuksellisuutta. Tutkimus paljasti myös mallin haasteet liittyen kysymysten omistajuuteen. Tämän väitöskirjan tuloksia voidaan huomioida suunniteltaessa kestävyyteen tähtäävää kemian opettajankoulutusta. Tässä väitöskirjassa esitetään, että erityisesti korkeakouluopetuksessa voidaan osallistaa opiskelijoita tukemalla heidän toimijuuttaan oppijalähtöisten lähestymistapojen kautta. Luonnontieteiden opettajankoulutusta voisi suunnata kohti oppijakeskeisiä ja oppijalähtöisiä lähestymistapoja, koska tutkitut korkeakouluopiskelijat pystyivät suunnittelemaan ja toteuttamaan sellaista opetusta, joka ilmensi tutkimuksellisen luonnontieteiden opetuksen ja kestävän kehityksen opetuksen keskeisiä näkökulmia. Oppijalähtöisyys edellyttää kuitenkin tarvittavan tiedon ja asiantuntijuuden uudelleenarviointia, oppijoiden kysymysten omistajuuden lisäämistä sekä kykyä edetä ennaltamäärittämättömillä tavoitteilla, ja koko yhteisö mukaan ottaen

Kemian opetuksen nykytila perusopetuksen 5. ja 6. luokalla luokanopettajien näkökulmasta

Kemian opetuksen tärkeys perusopetuksessa korostui entisestään, kun kemia eroteltiin vuoden 2004 opetussuunnitelmauudistuksessa erilliseksi opiskeltavaksi aineeksi fysiikan kanssa 5. ja 6. luokalla. Perusopetuksessa annetaan kemian opetuksen perusteet ja luodaan oppilaiden asenne kemiaa kohtaan, joten kehittämistoimenpiteiden vuoksi on tärkeä ymmärtää kemian opetuksen nykytila. Luokanopettaja on avainasemassa oppilaan innostamisessa kemiaan. Aikaisemmissa tutkimuksissa on havaittu, että opettajien resurssien puute voi vaikuttaa opettajien kykyyn ja kiinnostukseen opettaa luonnontieteitä sekä monipuolisten työtapojen käyttöön. Resurssien lisäksi haasteita aiheuttavat esimerkiksi opettajien aineenhallinnan ongelmat ja luokkakoot sekä tiettyjen aihepiirien opetus. Tämän survey-tutkimuksen kohteena olivat luokanopettajien käsitykset kemian opetuksen nykytilasta haasteineen ja kehitysehdotuksineen. Tutkittavat opettajat valittiin satunnaisotoksena Suomen peruskouluista, joissa oli luokat 1–6. Aineiston koko oli 149. Tutkimuksen tavoitteet määriteltiin tutkimuskysymyksittäin, joita oli neljä. Ensimmäisessä tutkimuskysymyksessä tavoitteena oli saada käsitys luokanopettajien opetuksen lähtökohdista opetuksen käytännön järjestämisen, resurssien ja opetuskäsitysten osalta. Toinen tutkimuskysymys koski opettajien käyttämiä työtapoja. Kolmannessa tutkimuskysymyksessä tavoitteena oli saada kuva luokanopettajien kemian opetuksen haasteista, kehittämisideoista ja tuen tarpeesta. Neljäs tutkimuskysymys liittyi luokanopettajien kemian kiinnostukseen, sekä kiinnostuksen ja opetuksen väliseen yhteyteen. Tutkimuskysymyksiin pyrittiin vastaamaan analysoimalla kyselylomakkeiden avointen ja suljettujen kysymysten vastauksia. Avoimet kysymykset analysoitiin sisällönanalyysillä ja suljetut laskemalla frekvenssit ja prosentit sekä erilaisia tunnuslukuja. Kiinnostuksen ja opettajien taustan vaikutusta tutkittiin määrittämällä korrelaatiot ja khiin neliön arvot. Tulosten merkittävyyttä tarkasteltiin esimerkiksi laskemalla prosenttiosuuksien luottamusvälit, jotka olivat kvantitatiivisille kysymyksille pääasiassa 4,8 %–8,0 %. Korrelaatiot ja khiin neliötestin arvot olivat merkitseviä tasoilla 0,05 ja 0,01. Kvalitatiivisten vastausten luotettavuudesta kertoo se, että niistä saadut tulokset olivat samassa linjassa kvantitatiivisten tulosten kanssa. Käyttämällä sekä kvantitatiivista että kvalitatiivista lähestymistapaa, pyrittiin lisäämään tutkimuksen luotettavuutta. Tutkimuksen tuloksina saatiin tietoa opetuksen resursseista, joissa havaittiin koulujen välinen eriarvoisuus. Opetussuunnitelmia koskeneissa näkemyksissä ja kehittämisideoissa korostui kokeellisuus, käytännönläheisyys, ajattelutaidot ja resurssit. Opettajien kemian peruskoulutus ja täydennyskoulutuksiin osallistuminen oli vähäistä, mutta kemian opetusta ja täydennyskoulutusta arvosti suurin osa vastaajista. Kemia oli tutkittujen mielestä käytännönläheistä, mielenkiintoista sekä tärkeä osa yhteiskuntaa. Tutkimuksessa saatiin tietoa työtapojen, erityisesti kokeellisuuden ja tieto- ja viestintätekniikan, käytöstä. Työtapojen käytössä havaittiin yksipuolisuutta ja täydennyskoulutuksen tarvetta. Tutkimuksen perusteella kemian ja sen opetuksen kiinnostus korreloi käytössä olevien resurssien, tiettyjen työtapojen, kuten kokeellisuuden harjoittamisen, koulun ulkopuolisen yhteistyön ja täydennyskoulutusten arvostamisen kanssa. Luokanopettajien tausta ja koulun koko korreloi niin ikään useiden tekijöiden kanssa. Esimerkiksi täydennyskoulutuksissa kemian opetukseen perehtyminen oli yhteydessä toiminnallisen kokeellisuuden käyttöön ja tietyiltä osin positiiviseen kemian kuvaan. Tutkimus antaa tietoa esimerkiksi tulevan valtakunnallisen opetussuunnitelman laatimiseen, luokanopettajien koulutukseen sekä täydennyskoulutukseen

Embedding Chemistry Education into Environmental and Sustainability Education: Development of a Didaktik Model Based on an Eco-Reflexive Approach

The aim of this theoretical paper is to develop and present a didaktik model that embeds chemistry education into Environmental and Sustainability Education (ESE) using an eco-reflexive approach. A didaktik model is a tool to help educators make decisions and reflect on why, what, how, and/or when to teach. The model presented here is a revised version of the Jegstad and Sinnes model from 2015. It was systematically developed based on a critical analysis of the previous ESD (Education for Sustainable Development)-based model. This process is part of what is called didactic modeling. The revised model consists of the following six categories: (i) socio-philosophical framing; (ii) sustainable schooling and living; (iii) critical views on chemistry’s distinctiveness and methodological character; (iv) powerful chemical content knowledge; (v) critical views of chemistry in society; and (vi) eco-reflexivity through environmental and sustainability education. As in the model by Jegstad and Sinnes, the eco-reflexive didaktik model seeks to support chemistry educators in their sustainability-oriented educational planning and analysis, but from a more critical perspective. Based on an eco-reflexive Bildung approach, one additional category—socio-philosophical framing—was added to the revised model. This is because the previous model does not take sufficient account of worldview perspectives, cultural values, and educational philosophy. The eco-reflexive didaktik model is illustrated with boxes, and it is suggested that all categories in these boxes should be considered in holistic and eco-reflexive chemistry education. The purpose of such education is to develop students’ ChemoKnowings

Embedding Chemistry Education into Environmental and Sustainability Education: Development of a Didaktik Model Based on an Eco-Reflexive Approach

The aim of this theoretical paper is to develop and present a didaktik model that embeds chemistry education into Environmental and Sustainability Education (ESE) using an eco-reflexive approach. A didaktik model is a tool to help educators make decisions and reflect on why, what, how, and/or when to teach. The model presented here is a revised version of the Jegstad and Sinnes model from 2015. It was systematically developed based on a critical analysis of the previous ESD (Education for Sustainable Development)-based model. This process is part of what is called didactic modeling. The revised model consists of the following six categories: (i) socio-philosophical framing; (ii) sustainable schooling and living; (iii) critical views on chemistry’s distinctiveness and methodological character; (iv) powerful chemical content knowledge; (v) critical views of chemistry in society; and (vi) eco-reflexivity through environmental and sustainability education. As in the model by Jegstad and Sinnes, the eco-reflexive didaktik model seeks to support chemistry educators in their sustainability-oriented educational planning and analysis, but from a more critical perspective. Based on an eco-reflexive Bildung approach, one additional category—socio-philosophical framing—was added to the revised model. This is because the previous model does not take sufficient account of worldview perspectives, cultural values, and educational philosophy. The eco-reflexive didaktik model is illustrated with boxes, and it is suggested that all categories in these boxes should be considered in holistic and eco-reflexive chemistry education. The purpose of such education is to develop students’ ChemoKnowings

Teachers’ Expectations and Perceptions of the Relevance of Professional Development MOOCs

Peer reviewe

Fostering teachers as sustainability and climate change educators through understanding of teachers' self-efficacy beliefs

This is a mixed-methods case study aiming to understand teachers` self-efficacy beliefs for sustainability education in the context of climate change education. Therefore, we studied teachers` self-efficacy beliefs from their own perspective as well as the connection between self-efficacy and related concepts, perceived content knowledge (pCK) and perceived pedagogical content knowledge (pPCK). Twenty-two teachers from 18 countries participating on a climate change education professional development camp answered to a questionnaire, and 19 of them were interviewed using semi-structured interviews. The results of this study show that, according to the interviews, the studied teachers have willingness to continuous learn and develop their sustainability teaching. They have beliefs not only about sustainability education but also about themselves as sustainability educators, which is something that the future instruments on teachers` beliefs should acknowledge. The questionnaire results however showed that teachers had the lowest self-efficacy beliefs on supporting students` actions for sustainability. Teachers` pCK and their pPCK were shown to correlate with their self-efficacy, especially with items related to action. In conclusion, teacher education could focus on supporting teachers pCK and pPCK to develop teachers` action-related self-efficacy beliefs thus supporting students to act for sustainability

Editorial : Special issue “Promoting STEAM in education”

Publisher Copyright: © 2021 University of Helsinki. All rights reserved.Lately STEAM (science, technology, engineering, art/aesthetics/architecture/all, mathematics) education has become a common notion. Yet, the theoretical and practical perspectives on STEAM, from its nature to classroom applications and its implementation in teacher education have unexamined potential. This special issue grew out of the International LUMAT Research Symposium “Promoting STEAM in Education” that took place at the University of Helsinki, Finland in June of 2020. With the challenges of organizing an online symposium in the midst of the COVID-19 pandemic, its online nature had significant advantages. The symposium drew international scholars inviting a multitude of prospective on STEAM education, while uncovering the challenges faced by educators. The issue aims at examining these challenges through a collection of papers. In this editorial, we introduce some key notions, discourses, and challenges of STEAM education, as a relatively novel concept and briefly discuss the history of STEAM and its evolution over the last decades. We also problematize STEAM and its roots through asking a question: What is “A” in STEAM representing? Then we introduce the three articles in this special issue: “Full STEAM ahead, but who has the map? - A PRISMA systematic review on the incorporation of interdisciplinary learning into schools”; Promoting STEAM learning in the early years: 'Pequeños Científicos' Program”; and “Promoting student interest in science: The impact of a science theatre project”. These articles challenge us to rethink STEAM education, reveal the potential of STEAM, and offer ideas for future research.Peer reviewe

Teachers’ Expectations and Perceptions of the Relevance of Professional Development MOOCs

Online professional-development courses such as massive open online courses (MOOCs) could bring relevant content to a wider base of teachers who might not otherwise have access to professional development. However, research on the relevance of such online courses is scarce. The main aim of this study is to investigate the relevance (individual, societal, and vocational) of MOOCs (mostly participatory cMOOCs) from the viewpoint of teachers now and in the future. We examined teachers’ expectations and perceptions of 10 courses before (N = 364) and after (N = 177) the courses, using an online questionnaire developed on the basis of relevance theory. According to the results, the studied teachers had positive expectations for the courses in terms of their usefulness for their prospective teaching (especially vocational relevance). Teachers’ expectations related to the usefulness of the course for the future (individual and vocational relevance) were most strongly met. Effort put into the course was connected to, for example, how the course improved the teachers’ interest. The results of this study indicate that MOOCs can serve as relevant courses for teachers’ professional development in science, mathematics, and technology education