Bliss and Curse of Autonomy : Implementing inquiry learning in a domain-specific and cross-curricular context

Abstract

Tämä väitöskirja koostuu kolmesta artikkelista, joista kukin esittelee yhden tapaustutkimuksen: (1) Effects of progressive inquiry on cognitive and affective learning outcomes in adolescents’ geography education, (2) Narratives of inquiry learning in middle school geography when studying with geographic inquiry, sekä (3) Students’ narratives and conceptual changes in a cross-curricular inquiry-based study unit in a Finnish upper secondary school. Ensimmäinen artikkeli on kirjoitettu yhdessä Petri Nokelaisen kanssa ja kolmas yhdessä Ilkka Ratisen kanssa. Lisäksi esitellään toisen ja kolmannen tapaustutkimuksen julkaisemattomat tulokset koskien opetuksen digitalisoitumista.

Kaikki kolme tapaustutkimusta käsittelevät tutkivaa oppimista. Tutkivaa oppimista on pitkään pidetty yhtenä hyödyllisistä lähestymistavoista suunniteltaessa pedagogisia malleja luonnontieteen opetukseen käsitteiden, ilmiöiden ja menetelmien oppimista varten. Tutkivaa oppimista on jo ennestään toteutettu paitsi luonnontieteiden opetuksessa myös muiden tieteenalojen opetuksessa sekä monialaisissa opinnoissa. Tätä väitöskirjaa varten suunniteltiin kolme pedagogista mallia, jotka pohjautuvat Kai Hakkaraisen ja Sami Paavolan kehittämään tutkivan oppimisen malliin. Tämä väitöskirja esittelee toteutusmallin käytettäväksi yläkoulun ja lukion maantieteen opetuksessa sekä lukion monialaisessa opetuksessa.

Ensimmäisessä tapaustutkimuksessa selvitettiin tutkivan oppimisen vaikutuksia kognitiivisiin oppimistuloksiin ja motivaatiotasoon kahdessa nuoren eri kehitysvaiheessa: yläkoulussa ja lukiossa. Maantiede tarjoaa loistavat puitteet tutkivaan oppimiseen, koska se on kouluaine, joka parantaa taitoja hankkia, analysoida, muokata, rakentaa ja vertailla tietoa. Kokeellisella tutkimuksella verrattiin tutkivan oppimisen interventioryhmien kognitiivisia oppimistuloksia ja motivaatiotasoa kontrolliryhmiin, joita opetettiin perinteisemmällä, opettajakeskeisemmällä opetusmenetelmällä. Tulokset osoittavat, että kognitiiviset oppimistulokset olivat parempia interventioryhmissä sekä yläkoulun että lukion puolella, ja että vanhemmat oppilaat hyötyivät vielä enemmän kuin yläkoulun oppilaat. Lisäksi havaittiin, että aikaisemmat oppimisen itsesäätelytaidot eivät vaikuttaneet kognitiivisiin tuloksiin, joten tarvittavat säätelytaidot opittiin kurssin aikana. Tutkiva oppiminen vaikutti myönteisesti yläkoulun oppilaiden motivaatiotasoon.

Toinen ja kolmas tapaustutkimus osoittavat, että narratiivinen haastattelu ja narratiivinen analyysi sopivat hyvin 14–15-vuotiaita ja 17–18-vuotiaita nuoria koskevaan tutkimukseen. Näiden kahden tapaustutkimuksen narratiivien ja narratiivisen analyysin tulosten mukaan yläkoulussa ja lukiossa oppijat, joiden minäpystyvyyden uskomukset ovat myönteisiä ja realistisia ja joilla on hyvät oppimisen itsesäätelytaidot, hyötyvät tutkivan oppimisen mahdollistamasta korkeasta autonomiasta. Tämä ilmeni molempien tapaustutkimusten vallitsevana narratiivina. Yläkoulun ja lukion aineistosta löytynyt ensimmäinen vastakertomus muistutti toisiaan, koska molemmat kuvaavat oppijaa, joka kamppailee oppimisen itsesäätelytaitojen kanssa kaikilla kolmella eli kognition, motivaation ja käyttäytymisen säätelyn tasolla. Nämä opiskelijat eivät pysyneet aikataulussa ja pitivät itselleen tärkeiden tutkimuskysymysten muodostamista vaikeana, eikä heidän opettajansa tukenut riittävästi näiden oppilaiden oppimisen itsesäätelyprosessia. Näin ollen myös lukion opiskelijat tarvitsevat enemmän harjoittelua oppiakseen tieteellistä ajattelua. Toinen vastakertomus vaihteli suuresti yläkoulun ja lukion välillä; Yläkoulussa se kuvaa oppijaa, jolla on erinomaiset oppimisen itsesäätelytaidot, mutta vaatii saada opiskella yksin, kun taas lukiossa se kuvaa oppijaa, jolla on erinomaiset neuvottelutaidot, mutta heikko oppimisen eteen ponnistelun säätelytaito.

Kolmas tapaustutkimus poikkesi ensimmäisestä ja toisesta kontekstinsa puolesta, koska tutkimuksen kohteena ei ollut maantiede tai muu yksittäinen oppiaine, vaan monialainen opintojakso. Lisäksi se antoi uuden näkökulman henkilökohtaiseen tavoiteorientaatioon tutkiessaan, miten oppijan tavoiteorientaatio liittyy oppimisen itsesäätelytaitoihin ja akateemisiin oppimistuloksiin, kuten käsitteellisiin muutoksiin. Narratiivien analyysin ja narratiivisen analyysin tulokset ovat yhdenmukaisia edellisen tapaustutkimuksen tulosten kanssa, koska vallitseva kertomus kuvaa oppijaa, jonka tavoiteorientaatio on joko oppimishakuinen tai suoritusorientaatio ja joka hyötyy tutkivan oppimisen tarjoamasta autonomiasta. Suoritusorientaation omaava oppija hyötyi tutkivasta oppimisesta lähinnä suoriutumalla erinomaisesti kurssitehtävissä (portfolio ja käsitekartta), kun taas oppimishakuiset oppijat eivät menestyneet kirjallisissa suorituksissa vaan haastattelun paljastamissa korkeamman ajattelun taidoissa, joka ilmeni käsitteellisinä muutoksina ja kynnyskäsitteiden oivalluksina. Oppimishakuiset oppijat asettivat etusijalle ajattelun syventymisen ja laajemman ymmärryksen käsitteiden ja ilmiöiden ymmärtämisessä kuin ideoidensa dokumentoinnin kurssisuoritteisiin. Kolmas tapaustutkimus viittaa näin ollen siihen, että tarvitaan multimodaalista arviointia, jos halutaan huomioida ajattelun taitoja kurssiarvioinnissa. Yhteistaideteos toimi kolmannessa tapaustutkimuksessa erinomaisesti arvioinnin välineenä, sillä se toi esiin, miten oppijat olivat oppineet eri oppiaineiden näkökulmia ja miten he yhdistivät niitä.

This dissertation consists of three case studies presented in three scholarly articles: (1) Effects of progressive inquiry on cognitive and affective learning outcomes in adolescents’ geography education, (2) Narratives of inquiry learning in middle school geography when studying with geographic inquiry, and (3) Students’ narratives and conceptual changes in a cross-curricular inquiry-based study unit in a Finnish upper secondary school. The first article is written together with Petri Nokelainen and the third together with Ilkka Ratinen. There is also a nonpublished section encompassing results from the second and third case study concerning digitalization in a learning context. (2) All three case studies deal with inquiry-based learning. Inquiry learning has for a long time been regarded as one of the beneficial approaches when designing pedagogical models for understanding science, its concepts, phenomena, and methods. Inquiry learning has been implemented, not only for science teaching, but for other disciplines’ education as well and for non-domain specific, cross-curricular studies. For this dissertation, three different pedagogical models for inquiry learning were designed. They are based on the progressive inquiry model developed by Kai Hakkarainen and Sami Paavola and two of them were designed for geography education in middle school and upper secondary school, and the third one applies a two-level inquiry model specifically designed for a cross-curricular study unit in upper secondary school.

The first case study investigated the progressive inquiry model’s effects on cognitive learning outcomes and motivation level in two different developmental stages: adolescents in middle school and upper secondary school. Geography offers a great context for studying inquiry learning, because it is a school subject that enhances skills to acquire information, analyse, transform, construct, and compare knowledge. A quasi-experimental design was applied to compare inquiry learning classes’ cognitive learning outcomes and motivation level with classes that were taught in a more teacher-centred model. The results show that cognitive learning outcomes were improved at both education levels, and the older students profited even more than the middle school students. Moreover, previous self-regulated learning (SRL) skills had no effect on cognitive outcomes, hence the necessary regulation skills were adopted during the course. Inquiry learning affected motivation levels positively in the middle school context.

The second and third case studies indicate that narrative interview is well-suited for collecting data in the form of narratives from adolescents 14 to 15 and 17 to 18 years of age. The results of these two case studies’ narrative analysis and analysis of narratives were in line with previous studies indicating that, in middle school and upper secondary school, learners with positive and realistic self-efficacy beliefs and good SRL skills benefitted from the high level of autonomy provided by inquiry learning. This was suggested by the dominant narrative identified in the datasets. The first counter-narrative in two educational levels resembled each other, as both depicted a learner struggling with SRL skills at all three levels, namely cognition, motivation, and behaviour. These students fell behind schedule and found forming research questions relevant to oneself difficult, and their teacher failed to support these students’ self-regulatory process. Therefore, secondary school students also need more practice to engage in scientific thinking. The second counter-narrative varied a lot between the two datasets; in middle school it portrayed a learner who had excellent SRL skills but insisted on studying alone, whereas in upper secondary school it depicted a learner with excellent negotiating skills but poor effort regulation skills.

The third case study differed from the first and second one by the context, as the studied course is not geography or any other single school subject, but a cross- curricular study unit. Moreover, it adds a point of view of personal achievement goal orientation to investigate how a learner’s goal orientation relates to the SRL skills and academic learning outcomes, such as conceptual changes. The results of the narrative analysis and analysis of narratives are in line with the second case study’s results, as the dominant narrative described a learner whose goal orientation is either mastery or a performance approach, and they benefit from the autonomy of inquiry learning. A learner with a performance approach benefits from inquiry learning mostly by achieving high-level performance in the course tasks (portfolio and concept map), whereas the mostly mastery-oriented learners do not excel in the written performances but showcase conceptual change and threshold concepts in the interview, as they prioritize deeper thinking and competence in understanding the concepts and phenomena over recording their ideas in a portfolio. Additionally, the third case study suggests that multimodal assessment is needed to assess the concept perception and conceptual changes that take place in a cross-curricular context. In the third case study, the joint artwork served as an excellent assessment tool, as it highlighted how learners had learned perspectives from different school subjects and how they combined them.