Enhancing Physics Education in the National Defence University : A design based research approach in the production of learning material

This research is connected with an education development project for the four-year-long officer education program at the National Defence University. In this curriculum physics was studied in two alternative course plans namely scientific and general. Observations connected to the later one e.g. student feedback and learning outcome gave indications that action was needed to support the course. The reform work was focused on the production of aligned course related instructional material. The learning material project produced a customized textbook set for the students of the general basic physics course. The research adapts phases that are typical in Design Based Research (DBR). The research analyses the feature requirements for physics textbook aimed at a specific sector and frames supporting instructional material development, and summarizes the experiences gained in the learning material project when the selected frames have been applied. The quality of instructional material is an essential part of qualified teaching. The goal of instructional material customization is to increase the product's customer centric nature and to enhance its function as a support media for the learning process. Textbooks are still one of the core elements in physics teaching. The idea of a textbook will remain but the form and appearance may change according to the prevailing technology. The work deals with substance connected frames (demands of a physics textbook according to the PER-viewpoint, quality thinking in educational material development), frames of university pedagogy and instructional material production processes. A wide knowledge and understanding of different frames are useful in development work, if they are to be utilized to aid inspiration without limiting new reasoning and new kinds of models. Applying customization even in the frame utilization supports creative and situation aware design and diminishes the gap between theory and practice. Generally, physics teachers produce their own supplementary instructional material. Even though customization thinking is not unknown the threshold to produce an entire textbook might be high. Even though the observations here are from the general physics course at the NDU, the research gives tools also for development in other discipline related educational contexts. This research is an example of an instructional material development work together the questions it uncovers, and presents thoughts when textbook customization is rewarding. At the same time, the research aims to further creative customization thinking in instruction and development. Key words: Physics textbook, PER (Physics Education Research), Instructional quality, Customization, Creativity

Tutkimus liittyy fysiikan opetuksen kehityshankkeeseen Maanpuolustuskorkeakoulun nelivuotisessa upseerin tutkinnossa. Tässä tutkinnossa fysiikkaa opiskeltiin kahdella laajuudeltaan vaihtoehtoisella kurssilla; yleisellä sekä laajan fysiikan kurssilla. Yleiseen kurssiin liittyvät havainnot mm. oppilaspalaute sekä oppimistulokset antoivat viitteitä siitä, että kurssin tueksi tarvittiin toimenpiteitä. Kehitystyön painopisteeksi valittiin kurssiin kytkeytyvä oppimateriaali. Oppimateriaaliprojekti tuotti customoidun oppikirja-sarjan yleisen (suppeamman) fysiikan kurssin opiskelijoille. Tutkimus soveltaa design tutkimukselle tyypillistä viitekehystä (DBR). Tutkimus käsittelee erikoisalueen fysiikan oppikirjalta vaadittavia piirteitä sekä oppimateriaalin kehitysprosessia tukevia viitekehyksiä sekä kuvaa kehitysprojektissa saatuja kokemuksia käytettyjen viitekehysten soveltamisesta. Oppimateriaalin laatu on keskeinen osa opetuksen laatua. Oppimateriaalin customoinnin tarkoituksena on lisätä tuotteen asiakaslähtöisyyttä ja parantaa tuotteen mahdollisimman hyvää toimivuutta opetusprosessin tukena. Oppikirja muodostaa edelleen fysiikan opetuksen keskeisen rungon ja oppikirjan idea säilyy, vaikkakin sen ilmentymä voi muuttua tuotantotekniikoiden vaihdellessa. Työssä käsitellään, substanssiin liittyviä viitekehyksiä (fysiikan erikoisalan oppikirjan vaatimukset PER-tutkimuksen valossa, laatuajattelu opetusmateriaalien kehittämisessä), yliopistopedagogisia näkökohtia, sekä oppimateriaalin tuotantoprosessiin liittyviä viitekehyksiä. Laaja-alainen erilaisten viitekehysten tuntemus ja ymmärtäminen on kehitystyössä hyödyllistä silloin, kun ne toimivat inspiraation apuna rajoittamatta kuitenkaan uusia ajattelumalleja. Customoinnin soveltaminen myös viitekehysten hyödyntämisessä tukee luovaa ja tilannekeskeistä suunnittelua sekä vähentää teorian ja käytännön välistä kuilua. Fysiikan opettajat tuottavat yleensä omaa opetustaan täydentävää oppimateriaalia. Näin customointi ei ole vieras ajatus, mutta kynnys oppikirjan osalta saattaa olla korkea. Vaikka havainnot painottuvat yleisen fysiikan opintoihin MPKK:lla, antaa tutkimus välineitä oppiainekohtaiseen kehitystyöhön yleisemminkin. Tutkimus antaa esimerkin oppimateriaalin kehitysprojektista siihen liittyvine kysymyksineen ja esittää ajatuksia siitä, milloin oppikirjan customointi on mielekästä. Samalla tutkimus antaa virikkeitä luovaan customointi-ajatteluun opetustoiminnassa ja sen kehittämisessä.