Kuva Wynn Pointaux Pixabay
Opetuksella ja tutkimuksella on hyvin suuri merkitys kestävän kehityksen tavoitteiden yhteensovittamisessa. Matematiikkaa ja luonnontieteitä tarvitaan keskeisesti teknologisten ratkaisujen kehittämisessä erityisesti muutostilanteissa. MAL on aloittanut keskustelun aiheesta ja käynnisti yhteistyössä seminaarisarjan.
Osaajien koulutuksen varmistamiseen tarvitaan koulutusjärjestelmän eri vaiheiden tasapainoinen toiminta. Matemaattis-luonnontieteellisten alojen akateemiset (MAL) aloitti keskustelun koulutuksen ongelmien ratkaisemisesta keväällä 2022. Valmistelussa nousi esille juurihoidon tarve kaikilla kouluopetuksen tasoilla. MAL päätti aloittaa yhteistyössä Matemaattisten aineiden opettajien liiton (MAOL) kanssa seminaarisarjan matematiikan kouluopetuksen kehittämisestä. Asian välttämättömyyden ja kiireellisyyden vuoksi MAL päätti vastata ensimmäisen seminaarin rahoituksesta.
Kestävässä kehityksessä tarvitaan asioiden yhteensovittamista
Ilmastonmuutoksen torjumisessa tarvitaan monipuolisesti erilaisia ratkaisuja. Kaavamaiset ratkaisut olemassa olevia vaihtoehtoja kieltämällä tai rajoittamalla on riittämättömiä. Vihreiksi hyväksyttyjen vaihtoehtojen toteuttamiseen tarvitaan aikaa. Ei voida jäädä odottamaan tulevaisuudessa mahdollisesti saatavia joustavia laajennuksia näihin kapeisiin ratkaisuihin. Kestävä kehitys vaatii avointa vaihtoehtojen vertailua ja valintaa – ei kieltoja! Kaikissa ratkaisuissa on sekä etuja että haittoja. Päätöksentekoon ja toteutukseen tarvitaan automaatioalalla hyödylliseksi todettua systeemiajattelua yhdistettynä dynaamisiin malleihin ja takaisinkytkentään. Ympäristön kannalta haitallisina pidettyjä ratkaisuja voidaan parantaa toiminnan kehittämisen kautta. Toisaalta ongelmia tuottavat myös vihreää siirtymää edistävät ratkaisut, jos niitä ei viedä eteenpäin tasapainoisesti. Työkaluja ei pidä rajata – on parempi pohtia niiden käyttömuotoja ja kehitysmahdollisuuksia.
On huomattava, että kaikki rajoitukset heikentävät saavutettavaa toiminnan optimin tasoa. Rajoituksia voidaan kuitenkin käsitellä pehmeästi monitavoitteiselta pohjalta. Näin voidaan edistää vihreää siirtymää vaiheittain saavutettavissa olevien resurssien sallimissa rajoissa. Tässä tavoitteita mukautetaan käyttöön otettavien resurssien pohjalta. Tämä lähestymistapa on keskeistä myös sen takia, että suurten muutosten tekeminen vaatii joka tapauksessa aikaa ja eri asioiden vuorovaikutusten ymmärtämistä. Määräpäivät toteutuvat parhaiten, jos myös uudet ratkaisut otetaan mukaan kokonaisuuteen kestävästi. Kaavamaisiin ratkaisuihin velvoittaminen ja päästöoikeuksien ostamisella uhkaavat toimet haittaavat monipuolisten yhteensopivien ratkaisujen kehittämistä.
Matematiikka on luonnontieteiden
ja tekniikan yhteinen kieli, joka tuo
lopulta yhteen eri alojen saavutukset.
Kohteita ovat erilaiset muutostilanteet
Yhteensovittamisen tarve korostuu energiajärjestelmissä. Teollisuusneuvos Timo Ritonummi käsitteli tätä aihepiiriä hyvin monipuolisesti MALin vuosikokouksen esitelmässä ”Energiaa tarvitaan: tuotettava päästöttömästi, kestävästi ja edullisesti – onnistuuko?” Sääolosuhteiden ja tuotantomahdollisuuksien erot tulee ottaa huomioon. Polttaminen vähenee, mutta tuotannon työkaluna siitä ei ole tarpeen luopua. Vety on pohjimmiltaan energiasiirrin ja siinä avain uusiin polttoaineisiin. Vedyllä on kyllä merkittävää näyttöä pelkistimenä terästeollisuudessa. Globaalisen tason todella suuret erot päästöissä ovat vaativat kehitystyötä. Uusiutuvia ratkaisuja tarvitaan monipuolisesti ja sähkö on vain osa ratkaisua.
Ilmastonmuutoksen eteneminen korostaa tarvetta vähentää päästöjä nopeasti, mutta siinä tulee toimia kaavamaisia ratkaisuja välttäen. Hiilinielujen toiminta ja biotalous liittyvät toisiinsa. Biotalous tuo uusia tuotteita, joten maa- ja metsätaloutta tulee käsitellä yhä enemmän ratkaisujen tuottajana – ei ongelmana. Skaala laajentuu sekä yhteiskunnan että yksilöiden tasolla. Hyvinvointialueiden ongelmien ratkaisemiseen tarvitaan kipeästi ennaltaehkäisyä, jossa korostuu tasapainoinen ravinto, liikunta ja palautuminen sekä poikkeamien tunnistaminen. Elinkaarianalyysi auttaa muodostamaan realistisen kuvan muodostamiseen muutosten etenemisen mahdollisuuksista. Mukana tarvitaan kasvihuonekaasujen päästöjen laskentaa ja tekoälypohjaisia terveysasioiden kehittämisympäristöjä ratkaisujen kehittämisessä.
Digitalisaatio mahdollistaa kaikilla näillä alueilla eri näkökulmien tehokkaan yhdistämisen. Suuria toiveita on nostettu tekoälyn soveltamiselle. Tekoäly toimii kyllä ihmisen avustajana aikaisemmin tapahtuneiden ja käsiteltyjen tilanteiden kokoamisessa. Sen avulla voidaan myös tuottaa erilaisia muunnelmia aikaisemmasta. Matkimisella on tietysti aina ollut suuri merkitystä oppimisessa, mutta merkittävästi uudet tilanteet vaativat asiantuntemusta. Myös materiaaleissa oleva virheellinen tieto siirtyy helposti ratkaisuun. Uudet ongelmat tuovat uusia kysymyksiä, joista kaikille ei tekoälyn rakentamiseen sopivaa dataa. Tekoälyn algoritmit ovat mukana matemaattisessa tarkastelussa.
Matematiikan ja luonnontieteiden osaamista tarvitaan uuden teknologian kehittämisessä
Asiantuntemusta tarvitaan ja laajoista menetelmäkokonaisuuksista löytyy työkaluja syvällisempään tarkasteluun. Ilmiöpohjaisissa malleissa matematiikka tukee luonnontieteellisen asiantuntemuksen käyttöä. Älykkäät laskennalliset menetelmät tuovat mukaan ratkaisuja epälineaariseen mallinnukseen. Datapohjaiset ratkaisut hyödyntävät monenlaisia mallirakenteita. Dynaamiset mallit toteutetaan muutosta kuvaavien mallirakenteiden avulla. Optimointi on olennainen osa kaikissa datapohjaisissa ratkaisuissa. Tietojen merkitystasojen ymmärtäminen mahdollistaa mallirakenteiden tiivistämisen. Muutostilanteiden tunnistaminen aikaisessa vaiheessa mahdollistaa mukautumisen uusiin olosuhteisiin. Uudet haasteet vaativat urautumatonta menetelmäkehitystä.
Opetuksen tehtävänä on tuottaa osaajat
Matematiikka on luonnontieteiden ja tekniikan yhteinen kieli, joka tuo lopulta yhteen eri alojen saavutukset. Luonnontieteet tarjoavat avaimia esitettävien ratkaisujen toimivuuden analysointiin ja toiminnan mitoitukseen. Uudet ratkaisut ponnistavat perustutkimuksesta. Siihen tarvitaan matemaattis-luonnontieteellistä ajattelua. MAL antoi kustantaja ja suomentaja Kimmo Pietiläiselle elämäntyöpalkinnon suomenkielisen tietokirjallisuuden edistäjänä, suomen kielen uudistajana ja yleissivistyksen kartuttajana. Hän on luonut kieleemme uutta käsitteistöä, jonka avulla suomen kielen sisältämä ajatusmaailma pysyy olennaisena osana suomalaista tieteellistä ajattelua.
Tarvitaan monenlaisia osaajia eri aloilla! Urautumattomat-kirja ja MAL-lehti kertovat tästä monia tarinoita. Mahtavaa matematiikkaa -tapahtumien elokuvat tuovat esille merkittäviä matemaatikoita. Opinnäytetöitä ja väitöskirjoja on palkittu jo neljännes vuosisata. Näin MAL pyrkii innostamaan myös jatkuvaan oppimiseen. Kaikki alat tarvitsevat matematiikkaa ja luonnontieteet ovat keskeisiä uuden teknologian rakentamisessa. Kukaan ei voi hallita kaikkia tarvittavia asioita.
Kouluopetus kohtaa suuria haasteita
Kouluopetus on keskeisessä asemassa osaamisen jatkuvuuden varmistamisessa. Valitettavasti nyt alkaa olla pulaa osaajista samaan aikaan, kun monet ristikkäiset talouden haasteet vaativat yhä monipuolisempien kokonaisuuksien hallintaa. Tutkimus- ja kehittämisrahoituksen tason merkittävä nostaminen tuo määrällisiä lisävaatimuksia. Etenkin huippuasiantuntijoiden koulutus vaatii, että aikaisemmat vaiheet ovat kunnossa.
Yliopistoissa ja yrityksissä on noussut esille huoli matematiikan ja luonnontieteiden kouluissa saavutettavan oppimistason heikentymisestä. PISA-tuloksien romahduksen lisäksi ongelmia näkyy monella tavalla jo opetuksen eri vaiheissa: varhaisnuoret eivät kiinnostu matemaattisista aineista: pitkäjännitteinen ajattelutyö ei innosta; lukiolaiset kokevat matemaattiset aineet haastaviksi; korkeakouluissa aloittavilla on suuria puutteita; alan opettajien aloituspaikat eivät täyty; yliopistoissa joudutaan antamaan tukiopetusta riittävän aloitustason saavuttamiseksi. Tilanne on valtakunnallisesti vakava. Tutkimukseen ja kehitystyöhön perustuva talouden uudistuminen on vaarassa. Matematiikan ja luonnontieteiden tarve riippuu työelämän alueesta, joten joka tapauksessa tasokursseja ja joustavaa etenemistä.
Seminaarisarja kouluopetuksen juurihoitoon
Seminaarisarja etenee vaiheittain. Kiinnostuksen herättäminen alkaa jo varhaiskasvatuksessa ja alakoulussa. Omaksumisen edellytyksenä on, että ymmärtää mistä on kysymys. Painopisteenä on aluksi matematiikka, joka toimii yhteisenä pohjana luonnontieteiden ja tekniikan aloilla. Yläkoulussa haasteena on motivaation säilyttäminen, kun opetettava aineisto kasvaa. Luonnontieteiden vahva mukaantulo ja tietoteknisten taitojen vahvistaminen voidaan tuoda esille matematiikan käyttökelpoisuuden osoituksena. Keskeistä olisi hahmottaa niiden ja teknologian hyödyllisyys jokapäiväisessä elämässä, elinympäristössä ja yhteiskunnassa. Ammatillinen koulutus täydentää tätä ja lukio jatkaa tavoitteenaan tuoda valmiuksia ymmärtää, soveltaa ja tuottaa sekä arvioida matemaattisesti esitettyä tietoa ja edistää matemaattis-luonnontieteellisen ajattelun merkitystä eri alojen kehittämisessä. Itsenäistä työskentelyä tulee lisää mukaan lukiossa ja ammatillisessa koulutuksessa. Valmius ja taito oppimiseen rakentuu kouluvuosien myötä. Kysymys turhaa vai erittäin tärkeää on keskeinen johtaa myös muuttuvissa olosuhteissa tarvittava täydennyskoulutukseen.
Ongelmiin etsitään ratkaisuja hyviksi todettujen käytäntöjen kautta vaiheittain painotetussa tiivistetyssä aikataulussa, jossa aikaisempien vaiheiden tarjoamat mahdollisuudet pidetään esillä ja tunnistetaan niille asetettavia vaatimuksia. Korkeakoulujen ja työelämän vaatimukset pidetään vaiheittain vahvistuen mukana seminaarin koko ketjussa. Motivaation kehittämistä ja ylläpitämistä tarvitaan myös kaikissa vaiheissa tuomaan myös aiemmin turhautuneita mukaan. Yliopistojen kouluyhteistyön laajentaminen on olennaista.
Seminaaritilaisuudet
Ensimmäisessä Oulussa pidetyssä seminaarissa (11.10.2022) painotus oli vuorovaikutuksellisissa opetusmateriaaleissa, joilla pyritään herättämään kiinnostusta matematiikkaan varhaiskasvatuksessa ja ala-asteella. Motivaatio rakentuu onnistumisen kokemuksien kautta. Vieraantuminen on vaarana, jos opetus etenee pohjatasoon nähden liian nopeaan tahtiin. Miten tällainen tasapainoinen opetus on toteutettavissa hyvinkin erilaisilla tasoilla oleville oppilaille nykyisissä heterogeenisissa luokissa? Ohjelma koostui paneelikeskustelusta ja ständiesittelyistä. Seminaari striimattiin ja se herätti hyvin laajaa kiinnostusta uutislähetyksiä ja jatkojuttuja myöten.
Toinen seminaari (29.3.2023) painottui yläkoulun matematiikan, fysiikan, kemian, tietotekniikan ja yritysyhteistyön näkökulmaan. Seminaarilla haluttiin tuoda hyvällä tavalla esille matemaattisten aineiden opetukseen liittyviä haasteita, toisaalta myös yritysyhteistyöhön liittyviä hienoja toimintamalleja. Aamupäivä tarjosi mahdollisuuden tutustua koulutusta tukevien yhteisöjen toimintaan ja teknologian mahdollisuuksiin. Iltapäivä oli suunnattu opettajille ja koulun toiminnasta kiinnostuneille tahoille. Opetusministeri Li Anderson oli mukana ohjelmassa, johon sisältyi useiden tahojen lyhyitä esittelyjä. Ilta huipentui paneelikeskusteluun. Iltapäivän ja illan seminaarit striimattiin.
Lukion ja korkeakoulun matemaattisten aineiden seminaari järjestetään Raumalla 15.6.2023. Yhä itsenäisemmässä työskentelyssä tarvitaan perusasioiden hallintaa. Seminaarisarja huipentuu Porin Suomi Areenalle 29.6.2023 aiheella Matemaattiset aineet ja työelämä. LUMA-keskus maksaa osallistumisen. Matemaattis-luonnontieteellisen ajattelun edistäminen yleistiedon monipuolistamisessa on laajaa yhteiskunnallista vaikutusta.
Julkisuus ja julkaiseminen
Linkit tallenteisiin, videoihin ja muuhun aiheeseen liittyvään uutisointiin kootaan MALin sivuille https://www.mal-liitto.fi/. Tilaisuuksiin liittyviä artikkeleita julkaistaan MAL-lehdessä ja Dimensio-verkkolehdessä. Materiaalien ja keskustelujen pohjalta kootaan syksyllä 2023 kirja, jossa syvennetään seminaarisarjan kokemuksia. Sarjan tukijat tuodaan esille kaikissa julkaisuissa. •
Esko Juuso