Kuinka Marsista pääsee Maahan? Kimmo Tuominen lopetti luennot ja opettaa ongelmanratkaisua pienryhmissä

Kimmo Tuomisen teoreettisen fysiikan kurssit koostuvat tapausharjoituksista ja pienryhmätyöskentelystä. Palkitun opettajan mukaan opetuksen tärkeintä antia on kyky ratkaista ongelmia.

Muutama vuosi sitten syntyi päätös olla pitämättä luentoja. Saliin kokoontuessaan opiskelijat asennoituivat vain kuuntelemaan, eikä vertaiskeskusteluista tahtonut tulla mitään.

– Kaikkein rohkein askel oli päättää luopua luennoista. Se oli vapauttavaa sekä minulle että opiskelijoille, sanoo palkittu yliopistonlehtori Kimmo Tuominen.

Luentojen sijaan tilalle tuli entistä tehokkaampi ja tarkoituksenmukaisempi tapa järjestää kursseja. Tapausharjoituksiin pureudutaan pienemmissä ryhmissä, ja jokainen opiskelija arvioi kurssien kuluessa omaa suoriutumistaan viikoittaisista osaamistavoitteista. Loppukoetta ei ole, sillä arvosana muodostuu kokonaisuudesta.

Ongelmanratkaisu keskeisin oppi

Tuominen on teoreettisen fysiikan dosentti ja teoreettisten ja laskennallisten menetelmien maisteriohjelman johtaja. Hän opettaa muun muassa klassista mekaniikkaa ja kvanttikenttäteoriaa sekä tutkii pimeän aineen arvoitusta.

– Tutkin hiukkasfysiikan malleissa esiintyviä pimeän aineen kandidaattihiukkasia ja niiden mahdollista havaitsemispotentiaalia. On olemassa paljon kokeita, jotka yrittävät havaita pimeän aineen suoraa vuorovaikutusta tavallisen aineen kanssa. Teemme niitä varten laskelmia, mitä voisi olla odotettavissa.

Tänä syksynä Tuominen on kurssinsa innoittamana paneutunut kolmen kappaleen ongelmaan. Kahden kappaleen ongelma ratkeaa analyyttisesti, kun taas kolmen kappaleen ongelma ei. On tehtävä yksinkertaistuksia tai yritettävä ratkoa ongelmaa numeerisesti.

– Pyörittelin aihetta pitkästä aikaa tarkemmin. Siinä tuli itsekin tehtyä aika paljon laskuja ennen kuin esittelin niitä opiskelijoille.

Teoreettisen fysiikan parissa lasketaan paljon analyysin pauloissa. Valtaosaa kiinnostavista ongelmista ei pysty ratkaisemaan eksaktisti.

– On osa ammattitaitoa, että annetusta ongelmasta osaa yksinkertaistaa oleelliset muuttujat ja niiden väliset lait, sekä saa siitä systeemin käytöksestä informaatiota irti.

Tuomisen mukaan opiskelijasukupolvet ovat pitkälti samanlaisia. Pitkän kokemuksen myötä hahmottaa, mitkä käsitteet ovat erityisen vaikeita tai ennestään tuttuja.

– Ongelmanratkaisu on avainasemassa. Opiskelijan tulisi osata pilkkoa aihe osiin, jotka määrittävät ongelman, ja mallintaa tilannetta teoreettisella mallilla, joka sisällyttää ilmiön kannalta oleelliset asiat. Näin pystytään kvantitatiivisesti sanomaan mitä tapahtuu ja miksi.

Pienryhmissä tehtäviä pohditaan porukalla

Tuominen keksii kursseilleen ajankohtaisia tehtäviä. Inspiraatio tapausharjoituksille voi syntyä tutkimuksesta tai arkisen askareen äärellä, esimerkiksi kahvipöytäkeskusteluista.

– Kollegoiden kanssa keskusteltaessa saattaa sattumalta tulla jokin aihe puheeksi, ja sitä pallotellaan aamukahvin ajan. Siitä jää helposti kytemään ajatus, joka muotoutuu tehtäväksi.

Toisinaan probleemia poimitaan tieteissarjoista ja -elokuvista.

– Opiskelijoiden kanssa olemme pohtineet muun muassa, miten The Martian -elokuvan [tieteiselokuvassa avaruuteen kadonnut astronautti yrittää palata Maahan] päähenkilö Mark Watney saadaan kotiin Marsista sekä miten hyvin elokuvassa esitetyt aikaskaalat vastaavat todellisuutta.

Myös Helsingin yliopiston huippuopettajien verkoston Opettajien akatemian tuki on tärkeässä roolissa, kun Tuominen miettii opetuksen uudistamista.

Tuomisen kontaktiopetus on pääosin pienryhmätyöskentelyä. Koronaviruspandemian myötä tapaamiset siirtyivät verkkoon, ja konsepti mukautui erinomaisesti etäopetukseen.

– Tapaamisissa on hyödynnetty Zoom-videoviestintäpalvelua. Lisäksi pyrimme käyttämään opiskelijoille entuudestaan tuttuja kanavia, kuten Telegram-viestisovellusta. Jatkuvasti avoinna oleviin Zoom-huoneisiin voi mennä vapaasti työstämään tehtäviä yhdessä.

Tuomisen saaman palautteen perusteella opiskelijat pitävät pienryhmissä työskentelystä. Kontaktiaika käytetään siihen, että ongelmiin pureudutaan porukalla muutaman opiskelijan ryhmissä sekä opettajan johdolla.

– Käydään läpi käsitteitä ja mietitään sopivinta metodia, hän summaa.

Opettajan työ on suurelta osin sisällöntuotantoa

Tuomisen mielestä yliopisto-opetuksen on oltava ajassa kiinni. Esimerkiksi sähköisiin oppimisympäristöihin tottuneille lukiolaisille on pystyttävä tarjoamaan sopivia oppimisympäristöjä, mutta tarkoituksenmukaisuus edellä. Yliopisto-opetuksen tulisi myös olla tarpeeksi vaativaa.

– Oppimisympäristöä ei tulisi tarjota vain siksi, että se on olemassa, vaan sisällöntuotannon on oltava oleellista. Opetuksesta suuri osa on sisällöntuotantoa, jolloin tarvitaan taitoa ja tarkkuutta tehdä laadukkaita ja sopivan haastavia materiaaleja.

Entä keneltä Tuominen on itse viimeksi oppinut jotakin?

– Tutkijat ovat jatkuvan oppimisen edelläkävijöitä, ja opinkin viikoittain muun muassa kollegoilta. Nuoremmat kollegat ovat usein relevanttien parametrien ytimessä varsinkin, kun kyseessä ovat numeeriset laskut. Vanhemmilla kollegoilla taas on kehittyneempi intuitio. He tietävät mitä laskusta pitää tulla tulokseksi ja millä konsteilla.

Tuomisen mukaan koko oppimisen kenttä on jatkuvasti kehittyvä, ja opiskelijan tulisi olla sen keskiössä.

– Valmistuttuaan he menevät osaksi maailman muutosta, ja tavoitteena tietysti on, että työelämässä tarvittavat taidot takataskuissaan.

Tutustu koulutusohjelmiin: