Essi Vuopala, Markus Packalen ja Lauri Nurmivuori
Tekoälyä on jo nyt kaikkialla, ja on tärkeää, että sen käyttäjät ja tulevat kehittäjät ymmärtävät, missä tekoälyä on, mitä se on ja miten se toimii. Olemme laatineet opettajien työn tueksi materiaalin, jossa kuvataan neljä erilaista monialaista oppimiskokonaisuutta, joiden kautta tekoälyä tehdään oppilaille tutuksi ikätason mukaisesti. Ajatuksena on edetä tekoälyn käsitteen ymmärtämisen kautta sen aktiiviseen ja tarkoituksenmukaiseen hyödyntämiseen sekä tekoälyn mahdollisuuksien ja uhkien kriittiseen tarkasteluun. Pedagogisesti tässä materiaalissa esitetyt oppimiskokonaisuudet perustuvat aktiiviseen, yhteisölliseen ja ongelmaperustaiseen oppimiseen.
Rajakylän koulussa tekoälyn opettaminen on osa koulun STEAM-viitekehystä, joka esitellään kuviossa 1.
Kuvio 1. Rajakylän koulun STEAM-viitekehys
Yleisinä pedagogisina lähestymistapoina STEAM-viitekehyksessä on aktiivinen, oppijalähtöinen ja tekemällä oppiminen (Bada & Olusegun, 2015.; Martin, 2015). Viitekehys rakentuu yhteisöllisen oppimisen, oppimisen säätelyn ja ongelmanratkaisun sekä pedagogisen käsikirjoittamisen (scripting) teoreettiseen perustaan (linkki aiempaan blogipostaukseen). Opettajan näkökulmasta teoreettiset perusteet havainnollistavat näkökulmia, joita on syytä ottaa huomioon STEAM-oppimista suunniteltaessa ja toteutettaessa. Oppijan näkökulmasta puolestaan viitekehys kuvaa niitä taitoja, joita STEAM-projekteissa harjoitellaan.
Teknologiapolkua on jäsennetty neljän kokonaisuuden pohjalta. Näitä kokonaisuuksia ovat 1) koodaus ja robotiikka, 2) digitaalinen valmistaminen, 3) multimedia ja 4) tekoäly. Viitekehyksessä sekä pedagogiset että teknologiset ulottuvuudet on vaiheistettu vuosiluokittain siten, että kunkin oppimisen taidon harjoittelu aloitetaan perusteista edeten taitojen kasvaessa kohti haastavampia taitoja kuten luova ongelmanratkaisu ja sosiaalisesti jaettu oppisen säätely. Sama ajatus on myös teknologian hyödyntämisen taustalla. Nuorimmat oppilaat työskentelevät pääasiassa ilman teknologiaa, perinteisiä käsityö- ja askartelumenetelmiä hyödyntäen, ja pikkuhiljaa edetään kohti teknologian luovaa, monipuolista ja joustavaa käyttöä.
Pedagogisen ja teknologisen lähestymistapojen lisäksi STEAM-viitekehyksessämme kuvataan jokaisen luokka-asteen osalta luonnontieteellisten ja matemaattisten oppiaineiden ydinsisällöt, joista STEAM-projektien oppimistavoitteet muodostuvat.
STEAM-projekteja suunniteltaessa on tärkeä pohtia, mitä yhteisöllisen oppimisen, oppimisen säätelyn ja ongelmanratkaisun osa-alueita lähdetään harjoittelemaan. Yhteisöllinen oppiminen, jossa ryhmän jäsenet osallistuvat yhdessä jokaiseen työskentelyvaiheeseen, keskenään argumentoiden ja asiantuntemustaan jakaen, on haastavaa, ja harjoittelu voidaankin aloittaa yhteistoiminnallisesta työskentelystä, jossa yhteinen tavoite jaetaan osiin (vertikaalinen työnjako), ja jokainen ryhmän jäsen tekee oman osuutensa yhteisestä tuotoksesta. Taitojen kasvaessa työskentely saa enemmän yhteisöllisiä piirteitä, kuten tehtävien horisontaalinen jakaminen (jokainen tekee samaa tehtävänosaa, mutta eri roolista käsin), yhteisöllinen tiedonrakentelu ja jatkuva sosiaalinen vuorovaikutus.
Oppimisen säätely etenee oman oppimisen suunnittelusta, tarkkailusta ja arvioinnista (itsesäätely) kohti ryhmän työskentelyn säätelyä. Itsesäätelytaitojen kasvaessa harjoitellaan ’kanssa-säätelyä’ (co-regulation), jolloin oppijat auttavat toisiaan säätelemään omaa oppimistaan, työskentelyään, tunteitaan ja motivaatiotaan. Ryhmässä työskenneltäessä on myös tärkeää, että itsesäätelyn ohella oppijat pystyvät yhdessä tarkkailemaan myös ryhmän työskentelyä ja reflektoimaan mm. sitä, miten yhteinen työskentely etenee suhteessa oppimistavoitteisiin, ovatko käytetyt strategiat toimivia ja mitä on opittu. (Hadwin & al., 2011.) Oppimisen sosiaalinen säätely on kuitenkin vaativaa, ja onkin hyvä harjaannuttaa ensin itsesäätelyn taitoja ennen siirtymistä jaettuun oppimisen säätelyyn.
STEAM-pedagogiikan ytimessä on avoimet ongelmat, joiden ratkaiseminen vaatii yhteistyötä ja luovuutta. Pystyäkseen ratkomaan monimutkaisia, avoimia tosielämän haasteita, tulee oppijoiden saada tilaisuuksia harjoittaa itseohjautuvuutta, luovaa ajattelua ja teknologian joustavaa käyttöä. Ongelmanratkaisutaitoja onkin hyvä lähteä harjoittelemaan toteuttamalla selkeästi rajattuja ja -määriteltyä projekteja. Asteittain ongelma avoimuutta voidaan lisätä sitä mukaan, kun oppilaiden muut taidot, kuten yhteistyö- ja säätelytaidot, kehittyvät.
Pedagoginen käsikirjoittaminen ohjaa opettajaa ’orkestroimaan’ STEAM-projekteja oppijoiden kannalta tarkoituksenmukaisella tavalla (Vuopala, 2013). Pedagoginen käsikirjoitus eli skripti tukee oppijoiden työskentelyä projektin parissa määritellessään aktiviteetit, vastuut, ohjeet, resurssit ja aikataulut, joihin oppijoiden odotetaan sitoutuvan (Hämäläinen, 2008; Kollar, Fischer, & Hesse, 2003; Weinberger, 2003). Siinä vaiheessa, kun oppijat vasta harjoittelevat yhteisöllistä työskentelyä, oppimisen säätelyä ja ongelmanratkaisua, tarvitaan usein yksityiskohtainen skripti, toisin sanoen tarkat ohjeet, aikataulut jne, tukemaan työskentelyä. Kun oppijoiden taidot kehittyvät, voidaan skriptiä väljentää, ja antaa oppijoille mahdollisuus ottaa itse enemmän vastuuta työskentelyn koordinoinnista, suunnittelusta, toteutuksesta ja arvioinnista. (Weinberger & al., 2005.)
MONIALAISET OPPIMISKOKONAISUUDET LUOKKA-ASTEITTAIN
Tekoälyn oppimispolussa edetään tekoälyn käsitteen ymmärtämisen kautta sen aktiiviseen ja tarkoituksenmukaiseen hyödyntämiseen sekä tekoälyn mahdollisuuksien ja uhkien kriittiseen tarkasteluun. Varhaiskasvatuksessa ja esiopetuksessa keskeistä on oppia tekoälyn toimintaperiaatteita, erityisesti asioiden tunnistamista, luokittelua ja vertailua eri ominaisuuksien perusteella. Tässä vaiheessa tekoälyyn tutustutaan pääasiassa ilman varsinaisia tekoälysovelluksia. Alkuopetuksessa siirrytään tarkastelemaan kuvatekoälyä, mutta edelleen pääpaino on tekoälyn toimintalogiikan ymmärtämisessä. Kuvatekoälyn opettelusta edetään alakoulussa koneoppimiseen ja konenäköön sekä opetettavaan ja keskustelevaan tekoälyyn. Yläkoulussa tekoälyä opetellaan hyödyntämään oman opiskelun ja oppimisen tukena, sekä syvennytään tekoälyn käyttöön ja kehittämiseen liittyviin eettisiin kysymyksiin. Tavoitteena on, että perusopetuksen aikana oppijalle muodostuu kattava tekoälylukutaito, jolloin hän pystyy kriittisesti ymmärtämään tekoälyn mahdollisuuksia ja haasteita sekä laajasti ymmärtämään tekoälyn merkityksen ja läsnäolon elinympäristössämme.
Kuviossa 2 esitellään pääpiirteittäin ne tekoälyn osa-alueet, joiden oppimiseen kullakin luokka-asteella pyritään (= tekoälyn oppimispolku).
Kuvio 2. Tekoälyn oppimispolku
Toivomme oppaastamme olevan paljon hyötyä ja iloa niin opettajille kuin oppilaillekin. Kannustamme kaikkia rohkeasti kokeilemaan ja ihmettelemään tekoälyn maailmaa yhdessä oppilaiden kanssa!
Innokas-verkoston blogi 