From inclusive practices to personal strategies : Teachers and students designing together digitally supported science learning

The main purpose of this doctoral thesis is to co-design and examine digitally supported inclusive practices in science learning. Inclusive practices aim to provide quality education and quality learning opportunities for all students. Inclusive practices are characterised by process-oriented development that takes into account a student’s personal abilities and needs concerning both knowledge and competencies as well as the classroom context. Since there are very few research-based models for inclusive practices, the longitudinal educational design research (EDR) project aimed to co-design digitally supported inclusive practices at the grassroots level with researchers, teachers and students. The EDR project took place during two years in a medium-sized primary school in the capital region of Finland, where inclusive education was employed as part of teacher collaboration. The participating class (44 students; 10 students with learning difficulties [LD]) had two primary teachers and one special education teacher, the defender of this thesis. The EDR consisted of four macro-cycles, which intended to increase understanding of co-designing and implementing inclusive practices in science learning. The first macro-cycle focused on exploring possibilities for using smartphone technology in a water project. In the second macro-cycle, students used the developed personal solutions and designed collaborative solutions while studying the following science-related themes: forest, human, motions and forces, and space. In the third macro-cycle, students studied Europe and Asia, plants, human and states of matter. The participants developed further both personal solutions and collaborative solutions. Finally, the fourth macro-cycle focused on one science theme, electricity, where solutions were designed for collaborative learning and especially for active participation. The thesis is comprised of four publications that form a holistic picture of the possibilities of digital technology when considering the adaptation, use and benefits for the student both at the personal and group level. Publication I reports the results of the first macro-cycle of the EDR. Publication II discusses the benefits of using a smartphone in science learning from a student’s personal learning perspective, reflecting all four macro-cycles. Publication III describes the EDR project’s final macro-cycle, electricity project, in which students utilised personal strategies that were supported by the teacher through respectful grouping, differentiated learning tasks and a reflective discussion after lessons. Finally, Publication IV evaluates the development and implementation of the inclusive practises throughout the EDR project from the perspective of the LD students. The data was collected through video recordings of ideating sessions, questionnaires, students’ notes from the e-learning environment, the teacher’s memo and interviews; it was analysed via quantitative analysis of frequencies, qualitative content analysis and co-occurrence network analysis. As its theoretical contribution, this thesis weaves together the two frameworks of inclusive practices in science learning. First, the digitally supported inclusive science learning supports a student’s personal learning through the differentiation of content, process and product through the use of multimodality. The teacher employs a student’s personal strategies when preparing a collaborative learning project, especially at the levels of process and product. In light of the objective of inclusion, the teacher’s support during the process should aim at giving intensified support and structured guidance in collaborative activities where students require various competences. Second, such a long-term, reflective, co-designing project supports both the use of digital technology and the development of inclusive practices. LD students benefit from a process-oriented, comprehensive, structured and reflective use of technology in their learning. Differences between students’ digital competencies bring a new element to the classroom alongside academic knowledge, both of which affirm LD students’ social status in the classroom. The thesis emphasises that a long-term co-designing project can both develop teaching practices and engage students to develop their personal learning, and hence, promote inclusive education at the grassroots level. Keywords: digital technology, differentiation, inclusion, learning difficulties, science Väitöstutkimuksen päätavoitteena on kehittää ja tutkia digitaalisella teknologialla tuettuja inkluusioon pyrkiviä opetuskäytänteitä luonnontieteiden opetuksessa. Inkluusioon pyrkivien opetuskäytänteiden tavoitteena on tarjota luokan jokaiselle oppilaalle laadukasta opetusta. Inklusiivisille opetuskäytänteille on ominaista prosessimainen kehittyminen, jossa huomioidaan oppilaat, heidän tiedolliset ja taidolliset tarpeensa sekä luokkakonteksti. Koska tutkimusperustaisia malleja inkluusiivisestä opetuksesta on varsin vähän, tutkimuksessa kehitettiin digitaalisella teknologialla tuettua inklusiivista opiskelua yhdessä tutkijoiden, opettajien ja oppilaiden kanssa educational design research:n (EDR) periaatteiden mukaisesti. Tutkimus toteutettiin kahden lukuvuoden aikana keskikokoisessa alakoulussa pääkaupunkiseudulla, jossa inklusiivista opetusta toteutettiin opettajayhteistyön keinoin. EDR-projektiin osallistuvaa luokkaa (44 oppilasta, 10 erityisen tuen oppilastaa) ohjasi opettajatiimi, jonka muodostivat kaksi luokanopettajaa ja erityisluokanopettaja, väittelijä. EDR-projekti rakentui neljästä iteratiivisesta makro-syklistä, joiden kautta pyrittiin lisäämään ymmärrystä inklusiivisten opetuskäytäntöjen kehittämisestä ja toteuttamisesta luonnontieteiden opetuksessa. Ensimmäisessä makro-syklissä tutustuttiin käytettävään teknologiaan, älypuhelimiin, joita testattiin vesiprojektissa. Toisessa makro-syklissä inkluusioon pyrkiviä opetuskäytänteitä kehitettiin oppimisen ja yhteistoiminnallisen oppimisen tilanteissa, kun opiskeltiin ympäristöopin teemoja metsä, ihminen, liike ja energia sekä avaruus. Kolmannessa makro-syklissä oppilaat opiskelivat Euroopan ja Aasian maanosia, kasveja, liikettä ja energiaa sekä aineen olomuotoja kehittäen samalla eteenpäin opiskelua niin oppilaan oman oppimisen kuin yhteistoiminnallisen oppimisenkin näkökulmista. Viimeisessä, neljännessä makro-syklissä keskityttiin yhteen aiheeseen, sähköön, jossa syvennettiin kehitettyjä inklusiivisia käytänteitä erityisesti tukemalla oppilaiden aktiivista osallistumista yhteistoiminnallisessa projektissa. Väitöskirja koostuu neljästä artikkelista, jotka muodostavat yhtenäisen kuvan digitaalisen teknologian käyttöönotosta, käytöstä ja hyödyistä niin yksilön kuin ryhmän tasoilla. Ensimmäisessä artikkelissa raportoitiin EDR-projektin ensimmäinen makro-sykli, jossa tutustuttiin älypuhelimiin, ja tutkittiin oppilaiden puhelimien käyttötapoja vesiprojektissa. Toisessa artikkelissa muodostettiin ymmärrys älypuhelimen hyödyistä luonnontieteiden oppimisessa oppilaan oman oppimisen näkökulmasta. Kolmannessa artikkelissa puolestaan raportoitiin EDR-projektin viimeisen makro-syklin sähköprojekti, jossa hyödynnettiin EDR-projektin aikana opittuja taitoja, joita opettaja tuki ryhmittelyn, eriytettyjen tehtävien ja oppituntien jälkeen pidettyjen reflektiivisten keskustelujen avulla. Neljännessä artikkelissa arvioitiin inkluusioon pyrkivien opetuskäytänteiden kehittymistä ja toteutumista erityisen tuen oppilaan näkökulmasta koko EDR -projektin aikana. Tutkimuksen aineisto kerättiin ideointivideoilla, oppilaille suunnatuilla kyselyillä, oppilaiden muistiinpanoilla oppimisympäristöstä, tutkijaopettajan muistiinpanoilla sekä haastatteluaineistolla ja analysoitiin tilastollisten tunnuslukujen, laadullisen sisällön analyysin ja yhteistapausten verkostoanalyysin (co-occurrence network analysis) keinoin. Teoreettisena kontribuutionaan tutkimus nivoo yhteen kaksi inklusiiviseen luonnontieteiden opetukseen liittyvää mallia. Ensiksi digitaalisesti tuetussa inklusiivisessa luonnontieteiden opetuksessa oppilaiden henkilökohtaista oppimista tuetaan eriyttämällä opetusta sisällön, prosessin ja tuotoksen tasoilla hyödyntämällä multimodaalisuutta. Näitä oppilaan henkilökohtaisia opiskelutapoja opettaja hyödyntää yhteisöllisen oppimisen suunnittelussa prosessin ja tuotoksen tasoilla. Inkluusion kannalta keskeistä on, että opettaja tarjoaa intensiivistä tukea ja strukturoitua ohjausta ryhmätyöskentelytilanteissa, jossa oppilailta vaaditaan moninaisia taitoja. Toiseksi pitkäkestoinen reflektiivinen oppimisen yhteiskehittäminen tukee niin teknologian käyttöä kuin inkluusioon pyrkivien opetuskäytänteiden kehittymistä luokassa. Oppimisessaan tukea tarvitsevat oppilaat hyötyvät monipuolisesta, prosessinomaisesta, strukturoidusta ja reflektiivisestä teknologian mahdollistamasta opiskelusta. Oppilaiden digitaalisen teknologian käyttöön liittyvät osaamiserot tuovat luokkaan uuden osaamisen elementin akateemisen osaamisen rinnalle, joka vahvistaa erityisen tuen oppilaan sosiaalista asemaa luokassa. Tutkimus vahvistaa näkökulmaa siitä, että pitkäkestoisella yhteiskehittämisellä voidaan kehittää opettajan inkluusioon pyrkiviä opetuskäytänteitä ja sitouttaa oppilaat oman oppimisensa kehittämiseen sekä näin ollen edistää inkluusion toteutumista käytännön tasolla. Asiasanat: digitaalinen teknologia, erilaiset oppijat, eriyttäminen, inkluusio, luonnontieteet