PhET Simulations

Analysoinut Appwesome

Kun fysiikan läksy jumittaa tai lapsi kysyy, miksi kompassin neula kääntyy, pelkkä selitys kirjassa ei aina riitä. Silloin haluan nähdä, mitä tapahtuu, kun jokin muuttuu. PhET Simulations tuo luonnontieteiden ja matematiikan ilmiöitä tutkittaviksi puhelimella tai tabletilla, ja juuri kokeilemisen kautta se on kiinnostavimmillaan. Kotona sovellus sopii yhteiseen tutkimiseen, mutta toimii myös itsenäisenä harjoitteluvälineenä. Se ei kuitenkaan korvaa opettajan selitystä tai kokonaisia oppikirjoja, vaan auttaa tekemään abstraktista ajatuksesta näkyvämmän.

Yhteinen tutkimushetki toimii paremmin kuin pelkkä ruutuaika

Perheen tai muun yhteisen laitteen käyttäjien näkökulmasta parasta on se, että simulaatio tarjoaa tekemistä, jonka äärellä voi keskustella. Aikuinen voi kysyä, mitä lapsi arvelee tapahtuvan ennen kuin muuttujaa säädetään, ja sen jälkeen verrata ennustetta näytöllä näkyvään tulokseen. Tällainen pieni ennakointi tekee sovelluksesta enemmän kuin värikkään katselukohteen: lapsi joutuu perustelemaan ajatuksensa ja huomaamaan, jos havainto ei vastannut odotusta.

Arjen tilanne voi olla vaikkapa koulutehtävä, jossa pitäisi ymmärtää, miten magneetin liike liittyy sähköön. Sen sijaan, että lukisin kappaleen uudestaan ääneen, avaan Faradayn lakia käsittelevän simulaation ja kokeilen sitä yhdessä lapsen kanssa. Ensin annamme tilanteen olla rauhassa ja katsomme, mitä näytöllä tapahtuu; sitten muutamme yhtä asiaa kerrallaan. Kun huomio pysyy yhdessä muuttujassa, on helpompi nähdä syy ja seuraus. Tämä on käytännöllinen tapa saada yhteinen keskustelu käyntiin, vaikka kumpikaan ei olisi valmis pitämään pitkää oppituntia.

Yhteiskäytössä pieni näyttö on kuitenkin todellinen rajoite. Puhelimen ruudun äärellä muuttujien tarkka säätäminen ja yksityiskohtien seuraaminen voi olla hankalampaa kuin tabletilla, etenkin jos kaksi ihmistä yrittää katsoa yhtä aikaa. Itse käyttäisin puhelinta nopeaan kokeiluun ja siirtäisin pidemmän, yhdessä tehtävän tutkimisen mahdollisuuksien mukaan tabletille. Tämä ei muuta simulaatioiden sisältöä, mutta vaikuttaa siihen, kuinka mukavasti niistä saa keskustelutilanteen.

Jaettu laite vaatii selkeät omat rajat

Kun laite kiertää kotona lapselta toiselle tai aikuiselta koululaiselle, kannattaa sopia jo alussa, kuka valitsee aiheen ja milloin laite vaihtaa käyttäjää. Sovellusta ei tarvitse käyttää pitkänä, yhtenäisenä opiskelusessiona: yksi kysymys ja yksi simulaatio voivat riittää. Selkeä rajaus estää myös sen, että nopea kotitehtävä muuttuu päämäärättömäksi naputteluksi. Käytännössä pyydän lasta sanomaan ensin, mitä hän haluaa selvittää, ja vasta sitten etsimme sopivan aiheen.

Jaetun laitteen asetuksista ei kannata tehdä oletuksia. PhET Simulations on oppimissovellus, mutta se ei itsessään ratkaise, miten perheen jäsenet jakavat laitteen tai miten aikuiset valvovat käyttöä. Jos laitteella on useita käyttäjiä, jokaisen kannattaa aloittaa simulaatio tietäen, mikä kysymys on työn alla. Näin havainnot eivät huku siihen, että toinen jatkaa kesken jäänyttä tutkimusta eri tavoitteella.

Toinen hyödyllinen käytäntö on vaihtaa vuoroja tarkoituksella: yksi käyttäjä ennustaa tuloksen, toinen muuttaa asetusta ja molemmat selittävät, mitä ruudulla tapahtui. Tämä sopii erityisen hyvin sisaruksille, jotka oppivat eri tahtiin. Nuorempi voi seurata näkyvää muutosta, kun taas vanhempi yrittää nimetä ilmiön tarkemmin. Jos roolit vaihtuvat, kumpikaan ei jää vain katsojaksi. Sovellus ei tee tästä automaattista ryhmätehtävää, vaan yhteistyö syntyy siitä, miten aikuiset ja lapset päättävät käyttää sitä.

Ikä, luottamus ja aikuisen rooli

Sovelluksen ikäluokitus on PEGI 3, joten sen sisältö sopii laajalle ikäryhmälle. Se ei silti tarkoita, että jokainen aihe olisi yhtä helposti ymmärrettävä kaikille. Pienempi lapsi voi nauttia värikkäästä kokeilusta ilman, että hän hahmottaa taustalla olevaa fysiikkaa, kun taas vanhempi oppilas voi käyttää samaa näkymää käsitteiden kertaamiseen. Aikuinen voi säätää keskustelun tasoa kysymällä yksinkertaisia havaintokysymyksiä tai pyytämällä vanhempaa lasta selittämään syy-yhteyttä omin sanoin.

Minusta luottamus syntyy siitä, että sovelluksen rooli pidetään realistisena. Simulaatio näyttää mallin ilmiöstä, ei kaikkea sitä, mitä oikeassa laboratoriossa tapahtuisi. Siksi en käyttäisi sitä ainoana lähteenä esimerkiksi kokeen tulosten tai koulutehtävän vastauksen perusteluun. Parempi tapa on yhdistää ruudulla tehty havainto kirjan, opettajan tai muun luotettavan opetuksen selitykseen. Kun lapsi kysyy, onko näytöllä näkyvä tilanne täsmälleen sama kuin luonnossa, on hyvä hetki puhua siitä, miksi malleja käytetään ja mitä ne jättävät yksinkertaistamatta.

Itsenäiseen käyttöön sovellus sopii parhaiten silloin, kun oppijalla on jo jokin suunta: esimerkiksi hän haluaa tarkistaa, miten muutos yhdessä tekijässä vaikuttaa tulokseen. Jos lapsi tarvitsee jatkuvaa ohjausta tai tehtävänantoa, aikuisen tai opettajan tuki tekee kokemuksesta selvästi hyödyllisemmän. Tämä on tärkeä ero pelkkään viihteeseen verrattuna: kiinnostava näkymä voi herättää huomion, mutta oppiminen vaatii usein myös keskustelua ja käsitteiden nimeämistä.

Mitä sovellus tarjoaa opiskeluun ja arkiseen käyttöön?

PhET Simulations on University of Colorado Boulderin kehittämä koulutussovellus. Sen ydin on eri tieteenaloja ja matematiikkaa käsittelevissä vuorovaikutteisissa simulaatioissa, joissa käyttäjä voi tutkia, miten ilmiö muuttuu, kun hän tekee valintoja. Sovellus on maksullinen: hinta on 1,09 €. Sen keskimääräinen arvosana on 4,6, ja sillä on 652 arviota sekä 309 kirjallista arvostelua; asennuksia on yli 50 000. Nämä luvut kertovat, että sovelluksella on vakiintunut käyttäjäjoukko, mutta oma päätökseni perustuu ennen kaikkea siihen, sopiiko tällainen kokeileva opiskelutapa omaan tarpeeseen.

Kokeile yhtä muuttujaa kerrallaan

Ensimmäisellä käyttökerralla simulaatioihin kannattaa mennä kysymyksen, ei vain aiheen nimen perusteella. Jos valitsee näkymän ja alkaa muuttaa kaikkea, ruudulla voi tapahtua paljon ilman, että oppija pystyy sanomaan, mikä aiheutti minkäkin muutoksen. Minun käytännön vinkkini on valita ensin yksi ennuste: esimerkiksi “mitä luulen tapahtuvan, jos magneetti liikkuu nopeammin?” Sen jälkeen muutetaan vain tätä tekijää ja katsotaan, vastaako havainto arvausta. Kun tulos on selvä, voi kokeilla toista muuttujaa.

Tämä yhden muutoksen työskentelytapa on pieni mutta tärkeä ero siihen, että simulaatiota käytetään vain katseluun. Se auttaa erottamaan korrelaation ja syyn: jos useita asetuksia säädetään samalla kertaa, on vaikea päätellä, mikä niistä vaikutti tulokseen. Kotitehtävän yhteydessä oppilas voi kirjoittaa ensin ennusteen, sitten havainnon ja lopuksi oman selityksensä. Sovellus ei tee tätä ajattelua hänen puolestaan, mutta tarjoaa konkreettisen tilanteen, johon vastaus voidaan ankkuroida.

Faradayn lakia käsittelevä esimerkki tekee tästä vahvuudesta selkeän. Muuttujan säätäminen ei ole pelkkää koristeellista vuorovaikutusta, vaan käyttäjä voi tarkastella, miten tilanne muuttuu. Samalla on hyvä muistaa, että simulaation hyöty riippuu siitä, kuinka täsmällisen kysymyksen sille esittää. Jos tavoite on vain “opiskella sähkömagnetismia”, alku voi tuntua laajalta; jos tavoite on huomata, miten liike ja magneettinen ilmiö liittyvät toisiinsa, kokeilusta saa enemmän irti.

Käyttökokemus, aiheen valinta ja laitteen koko

Heti sovelluksen avaamisen jälkeen huomaat, kuinka intuitiivisesti se on suunniteltu. Käyttöliittymä on yksinkertainen ja selkeä, mikä tekee navigoinnista helppoa. Simulaatiot ovat jaoteltu aiheiden mukaan, joten oikean sisällön löytäminen on nopeaa.

Kun löysin kiinnostavan simulaation, esimerkiksi "Faradayn laki", pääsin heti kokeilemaan, miten muuttujien säätäminen vaikuttaa tuloksiin. Tämä on uskomattoman hyödyllistä, erityisesti visuaalisille oppijoille. Kaikki simulaatiot toimivat sujuvasti, ja grafiikka on yllättävän hyvää. Lisäksi sovellus toimii hyvin sekä tableteilla että puhelimilla, mikä on suuri plussa.

Aiheiden mukaan järjestetty rakenne on avuksi silloin, kun oppilas tietää jo, mitä hän etsii. Jos hän muistaa tunnilta sanan kuten “sähkömagnetismi” tai haluaa kerrata matematiikan käsitettä, aihealue antaa luontevan lähtöpisteen. Jos kysymys on epämääräisempi, esimerkiksi “miksi tämä toimii näin?”, aikuinen voi auttaa liittämään arjen havainnon sopivaan oppiaineeseen. Silloin sovellus toimii parhaiten keskustelun jatkeena eikä hakukoneena, joka keksii kysymyksen käyttäjän puolesta.

Puhelimella käyttö on kätevää silloin, kun haluan avata yhden kokeilun nopeasti esimerkiksi läksyjen äärellä. Tabletin suurempi näyttö tuntuu luontevammalta, kun useampi ihminen katsoo samaa simulaatiota tai kun pienet käyttöelementit vaativat tarkkuutta. Laitteen valinta on siis enemmän mukavuus- kuin sisältökysymys: molemmissa voi käyttää sovellusta, mutta niiden vahvuudet ovat erilaiset. Pidempi yhteinen tutkimushetki hyötyy isommasta näytöstä, nopea oma kertaus ei välttämättä.

Missä PhET eroaa oppikirjoista ja videoista?

Oppikirja on yleensä parempi, kun tarvitsen jäsennellyn selityksen, määritelmät ja etenemisen perusteista vaikeampiin tehtäviin. Video puolestaan näyttää ilmiön ilman, että katsojan täytyy itse hallita muuttujia. PhET Simulationsin erikoisuus on siinä, että käyttäjä voi kokeilla vaihtoehtoja ja tarkkailla seurauksia. Se asettuu näiden väliin: simulaatio on aktiivisempi kuin video, mutta ei yksinään yhtä kattava oppimiskokonaisuus kuin hyvin rakennettu kurssi tai oppikirja.

Tällä erolla on käytännön merkitystä. Jos minulla on kymmenen minuuttia ja tarvitsen nopeasti opettajan esimerkin, lyhyt video voi olla tehokkaampi. Jos taas tiedän jo, mitä haluan ymmärtää, mutta en hahmota, miten eri tekijät vaikuttavat lopputulokseen, simulaatio on kiinnostavampi vaihtoehto. Oppikirjan tehtävää ratkaistaessa voin käyttää sovellusta kokeiluun ennen kuin kirjoitan vastauksen, mutta en kopioisi ruudulla nähtyä tulosta ilman omaa selitystä.

Myös oikea koe ja simulaatio palvelevat eri tarkoituksia. Koulun laboratoriossa oppilas oppii mittaamaan, käsittelemään välineitä ja kohtaamaan tulosten vaihtelua. Simulaatiossa taas voi keskittyä ilmiön suhteisiin ilman, että laitteiden valmistelu tai mittauskäytäntö vie huomion. Kotona tämä on iso etu, mutta se on samalla raja: ruudulla kokeileminen ei opeta kaikkia taitoja, joita oikea tutkimustyö edellyttää. Valitsisin siis simulaation käsitteen hahmottamiseen ja aidon kokeen silloin, kun tavoitteena on harjoitella tutkimusmenetelmää.

Kun sovellus auttaa, ja milloin valitsisin muuta

Sovellus sopii erityisen hyvin oppilaalle, joka haluaa nähdä muutoksen eikä tyydy lukemaan siitä. Se on myös opettajalle käyttökelpoinen havainnollistamisen tuki ja aikuiselle helppo tapa tutkia lapsen kanssa kysymystä, johon ei heti osaa vastata. Uteliaalle käyttäjälle sen arvo on siinä, että tieteellinen ilmiö muuttuu kokeiltavaksi. Maksullinen hinta kannattaa suhteuttaa siihen, kuinka usein tällaisia simulaatioita aikoo käyttää: jos kyseessä on vain yhden tehtävän kertakäyttöinen tarve, kirja tai opettajan tarjoama materiaali voi riittää paremmin.

Valitsisin muun vaihtoehdon myös silloin, kun tarvitsen vaiheittaisen kurssin, automaattisesti tarkistettavia tehtäviä tai henkilökohtaisen etenemissuunnitelman. Simulaatio voi auttaa ymmärtämään, mutta se ei itsessään kerro, mitä oppijan pitäisi seuraavaksi opiskella tai onko hän hallinnut koko aihealueen. Samoin käyttäjä, joka haluaa vain kuunnella selitystä eikä säätää mitään itse, voi saada videosta enemmän irti. PhETin vahvuus ei ole kaiken opetuksen korvaaminen, vaan tietynlaisen “mitä jos?” -kysymyksen tutkiminen.

Toinen rajoite liittyy oppijan ennakkotietoihin. Jos käsitteet ovat täysin uusia, pelkkä simulaation avaaminen voi jättää käyttäjän ihmettelemään, mitä näytön osat tarkoittavat. Silloin kannattaa ensin lukea tehtävänanto tai pyytää opettajaa nimeämään olennainen ilmiö. Kun perussanat ovat tuttuja, kokeilusta tulee huomattavasti itsenäisempää. Tämä tekee sovelluksesta hyvän kertauksen ja havainnollistamisen välineen, mutta ei aina parasta ensimmäistä kontaktia vaikeaan aiheeseen.

Kotikäytön rytmi ja oppimisen koordinointi

Perheessä sovelluksen käyttöä voi rytmittää ilman monimutkaista järjestelyä. Ensin sovitaan yksi yhteinen kysymys, sitten valitaan siihen liittyvä simulaatio, ja lopuksi jokainen kertoo yhden havainnon. Tämä pitää tekemisen rajattuna ja tekee helpoksi palata asiaan myöhemmin. Jos samaa laitetta käyttää monta lasta, pieni suullinen yhteenveto auttaa seuraavaa käyttäjää ymmärtämään, mitä edellinen yritti tutkia, vaikka heillä olisi eri oppitunnit tai ikätasot.

Opettajan näkökulmasta simulaatio toimii parhaiten, kun sille annetaan tehtävä. Pelkkä kehotus “kokeile sovellusta” voi johtaa siihen, että oppilas siirtyy nopeasti näkymästä toiseen. Sen sijaan esimerkiksi ennusteen, havainnon ja perustelun pyytäminen antaa työskentelylle suunnan. Kotona vastaava tapa on pyytää lasta näyttämään, mikä muuttui ja mitä hän siitä päättelee. Aikuisen ei tarvitse tietää vastausta valmiiksi; olennaista on pitää huomio kysymyksessä ja erottaa havainto arvauksesta.

Jos käyttäjä opiskelee yksin, hän voi ottaa saman rakenteen käyttöön paperilla tai mielessään: mitä aion muuttaa, mitä odotan näkeväni ja mitä todella tapahtui? Tämä on erityisen hyödyllistä, kun simulaatio tuntuu heti helpolta. Ensimmäinen onnistunut kokeilu voi muuten luoda väärän käsityksen siitä, että koko aihe on hallussa. Kun oppija yrittää selittää tuloksen omin sanoin tai toistaa kokeen eri lähtötilanteessa, hän huomaa, onko ymmärrys oikeasti siirtynyt näytöltä omaan ajatteluun.

Sisältö, versio ja ostoksen harkinta

Sovellus kuuluu koulutussovelluksiin, ja sen nykyinen versio on 2.1.0. Se julkaistiin 21.10.2020, ja vähimmäiskäyttöjärjestelmävaatimus on 10. Ennen ostamista tarkistan, että oma laite täyttää tämän vaatimuksen; jaetussa kodin laitteessa tarkistus kannattaa tehdä ennen kuin lapset suunnittelevat käyttöä koulutehtävää varten. Näin välttää tilanteen, jossa kiinnostava oppimishetki kariutuu yhteensopivuuteen juuri silloin, kun sovellusta tarvittaisiin.

Hinta on 1,09 €, joten kyse ei ole ilmaisesta kokeilusta. Minusta ostosta kannattaa miettiä suhteessa käyttötapaan: jos taloudessa opiskellaan luonnontieteitä tai matematiikkaa säännöllisesti, mahdollisuus palata simulaatioihin voi tehdä hankinnasta perustellun. Jos käyttö jäisi yhteen satunnaiseen kysymykseen, katsoisin ensin, voiko saman tarpeen ratkaista koulun materiaalilla tai kirjan esimerkillä. Sovelluksen keskimääräinen arvosana 4,6 sekä yli 50 000 asennusta antavat jonkinlaisen kuvan sen käyttäjäpohjasta, mutta ne eivät kerro, sopiiko sen kokeileva tyyli juuri omalle oppijalle.

Ostosta harkitsevan kannattaa myös erottaa toisistaan sisältö ja opiskelutapa. Tärkein kysymys ei ole vain, kiinnostaako fysiikka tai matematiikka, vaan haluaako käyttäjä oppia säätämällä, havainnoimalla ja selittämällä. Jos kyllä, simulaatioiden toimintatapa voi olla mielekäs lisä. Jos oppija kaipaa ensisijaisesti pitkiä selostuksia, muistiinpanojen järjestämistä tai koesuorituksen harjoittelua, tämä sovellus ei yksin vastaa kaikkeen siihen.

Oppimisen hauskuus

Yksi PhET Simulations -sovelluksen suurimmista eduista on, että se tekee oppimisesta hauskaa. Pystyt kokeilemaan asioita, joita et voisi tehdä oikeassa elämässä ilman kalliita laitteita tai laboratorioita. Voit esimerkiksi tarkastella atomeja mikroskooppisella tasolla tai tutkia, miten magneetit toimivat. Tämä tekee siitä erittäin hyödyllisen oppimistyökalun kouluissa ja kotona.

Hauskuuden kannalta minusta tärkein asia ei ole se, että näkymä liikkuu, vaan että käyttäjä saa tehdä päätöksiä. Kun lapsi kokeilee omaa ennustettaan, tuloksesta tulee henkilökohtaisesti kiinnostavampi kuin valmiiksi kerrotusta faktasta. Atomeihin liittyvä näkymä voi puolestaan auttaa hahmottamaan mittakaavaa, jota ei tavallisessa arjessa voi nähdä suoraan. Samalla on hyvä sanoa ääneen, että ruudulla näkyvä kuva on tapa esittää ilmiötä, ei ikkuna, josta atomit voisi havaita paljain silmin.

Juuri tämä yhdistelmä tekee sovelluksesta hyvän keskustelunavaajan, mutta viihdyttävyys ei automaattisesti tarkoita syvää oppimista. Jos käyttäjä vain vaihtaa asetuksia satunnaisesti, hän voi viettää aikaa simulaatiossa muistamatta myöhemmin, mitä havaitsi. Pienikin muistiinpano tai ääneen lausuttu selitys muuttaa käyttökokemusta: “tein tämän, näin tuon, joten arvelen tätä.” Se on konkreettinen tapa varmistaa, että hauska hetki jättää myös ymmärrystä.

Kenelle tämä sovellus sopii?

Tämä sovellus ei ole vain opiskelijoille. Se on loistava työkalu myös opettajille, jotka voivat käyttää sitä opetustilanteissa. Lisäksi kaikki, jotka ovat uteliaita oppimaan lisää tieteestä, löytävät varmasti jotain mielenkiintoista tästä sovelluksesta.

Jos olet opettaja, voit integroida simulaatiot helposti opetukseesi. Jos olet opiskelija, voit käyttää sitä itsenäiseen opiskeluun. Ja jos olet vain utelias, tämä sovellus tarjoaa loputtomasti tutkittavaa.

Lisäisin tähän myös perheen aikuiset, jotka haluavat tehdä läksyistä yhteisen tutkimushetken eivätkä vain tarkistaa oikeaa vastausta. Sovellus sopii parhaiten ihmiselle, joka uskaltaa kokeilla ja muuttaa omaa arvaustaan, jos näyttö kertoo muuta. Se ei välttämättä ole paras valinta opiskelijalle, joka haluaa valmiit muistiinpanot, pitkän johdatuksen tai tehtäväsarjan, joka kertoo tarkasti etenemisjärjestyksen. Ero ei ole käyttäjän kyvyissä vaan siinä, millainen oppimistapa auttaa häntä.

Opettaja voi käyttää simulaatiota tunnilla yhteisen havainnon tekemiseen, mutta oppilaille kannattaa antaa selkeä tarkastelutehtävä. Kotona taas vanhempi voi olla mukana vain muutaman minuutin ajan: kysyä ennusteen ja pyytää lasta selittämään näkemänsä. Näin aikuinen ei joudu esittämään asiantuntijaa, vaan voi auttaa lasta ajattelemaan järjestelmällisesti. Utelias aikuinen voi vastaavasti käyttää sovellusta oman kouluaikaisen käsityksensä testaamiseen ja huomata, että kokeileminen tuntuu erilaiselta kuin valmiin vastauksen lukeminen.

Lopulliset ajatukset

Lopuksi, PhET Simulations on ehdoton lataus kaikille, jotka haluavat oppia tieteestä hauskalla ja vuorovaikutteisella tavalla. Se yhdistää oppimisen ja viihteen tavalla, joka tekee käsitteiden ymmärtämisestä paljon helpompaa ja kiinnostavampaa. Olitpa sitten opettaja, opiskelija tai vain tieteestä kiinnostunut, tämä sovellus on ehdottomasti kokeilemisen arvoinen. Suosittelen lämpimästi antamaan sille mahdollisuuden – ehkä löydät itsesi oppimasta uutta ja jännittävää!

Oma suositukseni on silti rajattu: hankkisin sen, jos kotona tai koulussa on toistuva tarve havainnollistaa luonnontieteiden tai matematiikan käsitteitä ja käyttäjä pitää itse kokeilemisesta. Jakaisin laitteen käytön selkeisiin, lyhyisiin tutkimuskysymyksiin ja ottaisin tabletin esiin silloin, kun useampi haluaa katsoa samaa ilmiötä. Jos taas etsit kattavaa kurssia tai ensisijaisesti valmiita selityksiä, valitsisin rinnalle kirjan, opettajan materiaalin tai videon. Parhaimmillaan sovellus ei anna vain vastausta, vaan auttaa huomaamaan, mitä kannattaa kysyä seuraavaksi.