”Merkittävä osa korkeakouluopiskelijoista ennustaa, että raskaampi kappale putoaa nopeammin kuin kevyt. Monet opiskelijat perustelevat ennustuksensa viittaamalla siihen, kuinka Galileo todisti yleisen periaatteen, jonka mukaan raskaampi kappale putoaa kevyttä nopeammin. Opiskelijat muistelivat lukeneensa Galileon tekemästä ajatuskokeesta, jossa höyhen ja kultakolikko pudotettiin yhtä aikaa ja kultakolikko putosi nopeammin. He olivat lukeneet Galileon kokeesta, mutta tulkinneet kokeen väärin. Todellisuudessa Galileo käytti kyseistä ajatuskoetta arvostellakseen keskiaikaista tulkintaa Aristoteleen liikkeen teoriasta. Hän käytti ajatuskoettaan tukeakseen väitettään, että mikäli ilman vastus poistettaisiin, kevyt ja raskas esine putoaisivat yhtä nopeasti – maan vetovoiman kiihtyvyyden määräämällä nopeudella. Toisin sanoen opiskelijat ”muistivat” kokeesta tulkinnan, joka vastasi heidän intuitiivisia putoamisnopeutta koskevia käsityksiään.”
Edellä oleva esimerkki on peräisin Hakkaraisen, Lonkan ja Lipposen kirjasta Tutkiva oppiminen. Älykkään toiminnan rajat ja niiden ylittäminen (1999: 91). Se havainnollistaa oppilaiden intuitiivisten käsitysten pysyvyyttä ja eräänlaista muutosvastarintaa tieteellisen tiedon omaksumisessa. Hakkarainen ym. toteavat opiskelijoiden tietorakenteisiin kohdistuneiden tutkimusten osoittavan heidän usein vain näennäisesti ymmärtävän oppimansa asiat ilman, että heidän tapansa hahmottaa maailmaa olennaisesti muuttuisi.
Opiskelijoiden tietorakenteiden tutkimukseen on suuresti vaikuttanut 1970-luvun lopussa alkanut asiantuntijuustutkimus, jonka tulokset osoittavat, että vaikka on tärkeää tietää paljon asioita, vielä tärkeämpää on se, minkä laatuista ja kuinka käyttökelpoista tämä tieto on (Hakkarainen ym. 1999: 90). Tiedon laadullisiin ominaisuuksiin viitataan käsitteellä ajattelumalli, jolla pyritään kuvaamaan sitä, millaisia kokonaisuuksia ihmisen mieleen rakentuu oppimistilanteiden yhteydessä. Nämä mallit ohjaavat myös tarkkaavaisuutta, eli sitä, mihin opiskelija kiinnittää huomionsa tai mitkä asiat korostuvat. Jos siis oppilaalla on muodostunut ajattelumalli, jonka mukaan painava kappale putoaa nopeammin, kuin kevyt, hän myös havaitsee ympäristöstään helpommin asioita, ja tekee havainnoistaan sellaisia päätelmiä, jotka tukevat tätä virheellistä ajattelumallia.
Galileon ajatuskoe NASA:n puitteissa
Artikkelin alussa oleva esimerkki Galileon ajatuskokeesta havainnollistaa sitä tosiseikkaa, että monet opiskelijoiden fysikaalisille ilmiöille antamista selityksistä ovat hyvin samankaltaisia, kuin tieteenhistoriassa esiintyneet selitykset, jotka pohjautuvat pitkälti havaintomaailman välittämään informaatioon (Hakkarainen ym. 1999: 91). Pitäisikö siis historiallisesti merkittäviä kokeita selostettaessa havainnollistaa käsiteltäviä ilmiöitä myös nykyaikaisin menetelmin? Tiede on kehittynyt valtavasti viimeisten vuosikymmenien saatossa. Onko siis perusteltua rajoittaa klassisten tieteenteorioiden käsittelyä vain niiden syntyaikana käytettyyn tutkimusaineistoon?
Esimerkiksi Galileon suorittaman kokeen on hieman mukaillen toistanut Brian Cox vieraillessaan NASA:n tyhjiölaboratoriossa vuonna 2014. Hän tosin käytti kultakolikon sijasta keilapalloa ja putoaminen tapahtui
Käsitteellisen muutoksen ongelma fysiikan opiskelussa Tino Nissinen
8