Fysiikan laitos
Opettajien laboratoriokurssit
kevät 2017

Käsitekartat

Opettajien laboratoriokurssien aihekokonaisuuksien kokeet, vaikka ne suoritettaisiin sinänsä hyvin, jäävät helposti kytkeytymättä kokonaisuuden käsitteellisiin ja prosessuaalisiin rakenteisiin, ellei käsitteenmuodostuksen etenemistä ole sisäistetty. Tästä syystä opettajien laboratoriokursseilla käytetään käsitekarttoja aihekokonaisuuksien suunnittelun apuvälineenä. Käsitekartta on myös arvokas diagnostinen työkalu, jonka avulla ohjaaja näkee millainen ja miten hyvin jäsentynyt käsitys työryhmällä todella on käsitteenmuodostuksen etenemisestä.

Tämä ohje keskittyy antamaan ohjeita nimenomaan laboratoriokurssin kannalta, sekä auttamaan nopeasti käsitekarttojen laadinnan alkuun. Myös muilla fysiikan opettajien kursseilla käytetään käsitekarttoja, mutta siellä niiden rooli ja rakenne on hieman erilainen.

Käsitekartta on geometrinen esitys, joka sisältää tietyn aihealueen käsitteet, käsitteiden väliset suhteet, ja näiden yhteisesti muodostaman rakenteen. Käsitteet esitetään laatikoina, suhteet (relaatiot) laatikoiden välisinä nuolina (linkkeinä). Rakenne muodostuu käsitelaatikoiden ja linkkien sijoittelusta niin, että rakenne ilmaisee käsitteenmuodostuksen suunnan, eli käsitteiden ja relaatioiden yleistymisen ja kehittymisen.

Laboratoriokurssin käsitekartoista täytyy käydä ilmi, millaista kokeellisuutta kussakin käsitteenmuodostuksen vaiheessa käytetään. Tämä on selkein erovaisuus laboratoriokurssien ja muiden kurssien karttojen välillä.

On sallittua ja jopa suotavaa käyttää muilla kursseilla laadittavia karttoja hyväksi laboratoriokurssin karttojen laadinnassa, ja päinvastoin, kunhan huomioi kurssien erityisvaatimukset. Suoraan vaihtokelpoisia kartat eivät ole.

Käsitekartta suunnitelmassa

Käsitekartan on tarkoitus olla apuväline, joka auttaa tekemään parempia suunnitelmia. Kartan laatimisen pitää integroitua muun suunnitelman tekemiseen niin, että kartta syntyy muun suunnittelun ohessa.

Kukin ryhmä löytää ajan myötä omat työmenetelmänsä. Seuraavassa ehdotus työtavaksi.

1. Kerätään aihekokonaisuuden käsitteet.

Näitä ovat kvalitatiivisen tason käsitteet (oliot, ilmiöt, ominaisuudet, ja niiden kausaalisuhteet) sekä kvantitatiivisen tason käsitteet (suureet, lait ja mallit). Suurin osa käsitteistä löytyy aihekokonaisuuden työohjeesta ja suunnitteluohjeesta. Tarvittaessa voi käyttää myös käsitteitä joita työohjeessa ei mainita.

2. Suunnitellaan käsitteenmuodostuksen eteneminen, piirretään samalla käsitekarttaa käsitelaatikoineen ja linkkeineen.

Käsitteenmuodostus etenee yleensä siinä järjestyksessä kuin käsitteet on esitetty työohjeessa ja suunnitteluohjeessa, mutta poikkeuksia voi olla (tai niitä voi perustellusti tehdä).
Käsitetyyppien täytyy käydä ilmi kartasta jollain tavalla, kuten käsitelaatikoiden muodolla, värillä ja reunuksen tyypillä. Vieressä on esitetty suositeltavat laatikoiden tyypit.

Käsitekartta piirretään tietokoneella. CmapTools -ohjelman voi ladata ilmaiseksi omalle koneelle. PowerPoint ja LibreOfficen Draw soveltuvat myös työhön aika hyvin.


3. Suunnitellaan käsitteenmuodostuksen vaatimat kokeet suunnitteluohjeen mukaisesti, numeroidaan kokeet tarvittaessa. Lisätään kokeiden numerot käsitekarttaan.

Lisätään kokeiden numerot käsitekarttaan niin, että selvästi käy ilmi mihin käsitteenmuodostuksen kohtaan koe liittyy. Käytännössä koe liittyy useimmiten käsitteitä yhdistävään linkkiin, joskus itse käsitteeseen. Samaan linkkiin voi liittyä useita kokeita; sama koe voi liittyä useaan linkkiin. Jos kokeiden numerot on annettu suunnitteluohjeessa, käytetään niitä. Muuten kokeet kannattaa numeroida aihekokonaisuuden sisäisen rakenteen mukaan hierarkkisesti, esim. 1.1, 1.2, 2.1... tai A1, A2, B1 jne. Tällä tavalla aivan koko numerointi ei mene uusiksi, jos johonkin väliin täytyy lisätä koe.
Alla on esimerkki kokonaisesta, erään aihekokonaisuuden käsitekartasta (käsitteiden nimet on poistettu). Kokeiden numerot ovat linkeissä. Kuten esimerkistä huomataan, karttaan voi joutua vetämään pitkiäkin linkkejä, jotka saattavat tehdä kartasta ensi silmäyksellä sekavan näköisen. Kuitenkin jos linkki tarvitaan, se vedetään.


Käytännössä suunnittelu ei etene suoraviivaisesti yllä kuvattujen vaiheiden mukaan, vaan aikaisempiin työvaiheisiin voi joutua palaamaan uudelleen useitakin kertoja suunnitelman tarkentuessa.

4. Tarkastellaan laadittua käsitekarttaa kriittisesti.

5. Lähetetään käsitekartta ohjaajallle suunnitelman mukana.

On erittäin suotavaa laatia kartat CmapTools-ohjelmalla, ja toimittaa ne ohjaajalle alkuperäisessä CMAP-muodossa. CmapToolsilla piirretyt kartat tallettuvat Windows-koneessa käyttäjän kotikansion alikansioon My Documents\My Cmaps. Linuxissa vastaavasti kansioon ~/My_Cmaps.

Lähdemateriaalia

Käsitekartat fysiikan tietorakenteen esittämisen välineenä, Jukka Väisänen 1999.