Tekoälyä on jo nyt kaikkialla, ja on tärkeää, että sen käyttäjät ja tulevat kehittäjät ymmärtävät, missä tekoälyä on, mitä se on ja miten se toimii. Osana INNOKAS-verkoston toimintaa olemme kehittäneet opettajille avuksi oppaan, jossa kuvataan neljä erilaista monialaista oppimiskokonaisuutta, joiden kautta tekoälyä tehdään oppilaille tutuksi ikätason mukaisesti. Ajatuksena on edetä tekoälyn käsitteen ymmärtämisen kautta sen aktiiviseen ja tarkoituksenmukaiseen hyödyntämiseen sekä tekoälyn mahdollisuuksien ja uhkien kriittiseen tarkasteluun. Pedagogisesti laatimassamme oppaassa esitetyt oppimiskokonaisuudet perustuvat aktiiviseen, yhteisölliseen ja ongelmaperustaiseen oppimiseen koulumme STEAM-viitekehyksen mukaisesti.
Lataa opas ja tutustu rohkeasti tekoälyn maailmaan yhdessä oppilaiden kanssa!
”Yksisarviset laskevat liukumäkeä nakkivuorella. Taivaalta sataa kissoja ja karvaisia lepakoita. Vesi on mansikkahilloa ja kaikki ihmiset ovat banaaneja.”
On siinä tekoälyllä tekemistä, että pystyy toteuttamaan Rajakyläteknon kolmasluokkalaisten villejä visioita. 3A-teknoluokassa on syksyn aikana tehty hiljalleen pieniä kokeiluja generatiivisen tekoälyn kanssa, eli oikeastaan tutustuttu uuteen työkaveriin. Tekoäly nimittäin tulee olemaan näille oppilaille sekä työkalu että työkaveri, kun vuodet vierivät, algoritmit oppivat ja laskentateho kasvaa.
Jo nyt tekoäly osaa tehdä aika monia asioita niin hyvin, ettei sen tekemisiä erota ihmisen tekemisistä. Oppilaat tutkivat kolmen tuotteen sarjoja, joista jokaisessa oli yksi aito ja kaksi tekoälyllä tuotettua jäljitelmää: kolme runoa, joista vain yksi oli ihmisen kirjoittama, kolme maalausta, joista vain yksi oli ihmisen maalaama, kolmet ihmiskasvot, joista vain yhdet kuuluivat oikealle ihmiselle… Viimeistään tämän harjoituksen päätteeksi oli varmasti kaikille selvää, että generatiivinen tekoäly osaa tuottaa niin aitoja jäljitelmiä, ettei niitä erota aidoista. Tämä ei ole ihme, sikäli kun jäljitelmän tunnistamiseen on GAN-neuroverkossa sisäänrakennettu prosessi. Perehdyimme hieman, miten algoritmi toimii, ja mallinsimme sitä luokassa piirtelemällä aitoja kuvia ja niiden jäljennöksiä (Tsekkaa Rajakyläteknon Tekoälymateriaali).
Tekoäly on oppiva tietokoneohjelma, ei sääntöihin ja käskyihin perustuva, kuten oppilaiden tuntemat Scratchit, Beebotit, Code.orgit ja vastaavat. Generatiivista tekoälyä siis opetetaan ja se pystyy tuottamaan tekstiä, kuvaa ja ääntä oppimansa perusteella. Kenties vaikea ymmärtää, mutta ainakaan tekoälysovelluksia ei ole vaikea käyttää.
Meille juuri sopivaan aikaan Oulun kaupungin oppilaat saivat käyttöönsä Adobe Express-kuvankäsittelyohjelmiston, josta löytyi näppäriä tekoälypohjaisia kuvageneraattoreita ja kuvanmuokkaustyökaluja. Näiden kanssa oli hauskaa. Kirjoitusharjoituksiin tuli aivan uutta virettä, kun oli tiedossa, että teksti syötetään kohta promptina kuvageneraattoriin! Paljon kissasadetta ja nakkivuoria siis, mitäpä muutakaan? Osa oppilaista innostui myös ottamaan kuvia itsestään ja lisäilemään kuviin esineitä pyytämällä lisäyksiä tekoälyltä. Kuvissa esiintyi paljon parrakkaita ja aurinkolasipäisiä kolmosluokkalaisia.
Opettaja tietää melkein kaiken, mutta onneksi tekoäly tietää senkin, mitä opettaja ei tiedä. Käytimme siis hetken kyselemällä tekoälyltä lyhyitä vastauksia pitkiin ja polveileviin kysymyksiin. Melko mukavasti uusi Bing tiesi asioita esimerkiksi aurinkokunnasta ja historiasta. Varsin harmillisesti Bingin keskusteluominaisuus oli estetty kaupungin oppilastunnuksilla. Toivottavasti tämä mainio tiedonhakuapuri saadaan pian myös oppilaiden käyttöön.
On silmiä avaavaa viettää edes hetki tekoälyllä terästettyjen kuvageneraattorien ja keskustelubottien kanssa. Toiveena on, että nämä kokeilut tukevat oppilaiden ymmärrystä teknologisesta ja erityisesti digitaalisesta maailmasta ja avaavat uusia näkökulmia, näköaloja ja visioita. Varmaa on, että ennen pitkää tekoälystä tulee meille kaikille tukiäly, työkalu ja työkaveri.
Kohta loppupuolelle kääntyvä syyslukukausi 2023 on jälleen ollut varsin STEAM-täyteinen. STEAM-hommia on paiskittu ahkerasti alakoulussa ja myös yläkoulun puolella. Projektikuvauksia on tulossa tänne blogiin myöhemmin, nyt ajattelin purkaa auki koulumme STEAM-pedagogista viitekehystä, jota esittelimme rehtorimme Anne Kumpulan kanssa Arnhemissa FabLearn Dialogues -konferenssissa.
Yleisinä pedagogisina lähestymistapoina STEAM-viitekehyksessä on aktiivinen, oppijalähtöinen ja tekemällä oppiminen (Bada & Olusegun, 2015.; Martin, 2015). Viitekehys rakentuu yhteisöllisen oppimisen, oppimisen säätelyn ja ongelmanratkaisun sekä pedagogisen käsikirjoittamisen (scripting) teoreettiseen perustaan (linkki aiempaan blogipostaukseen). Opettajan näkökulmasta teoreettiset perusteet havainnollistavat näkökulmia, joita on syytä ottaa huomioon STEAM-oppimista suunniteltaessa ja toteutettaessa. Oppijan näkökulmasta puolestaan viitekehys kuvaa niitä taitoja, joita STEAM-projekteissa harjoitellaan.
Teknologiapolkua on jäsennetty neljän kokonaisuuden pohjalta. Näitä kokonaisuuksia ovat 1) koodaus ja robotiikka, 2) digitaalinen valmistaminen, 3) multimedia ja 4) tekoäly. Viitekehyksessä sekä pedagogiset että teknologiset ulottuvuudet on vaiheistettu vuosiluokittain siten, että kunkin oppimisen taidon harjoittelu aloitetaan perusteista edeten taitojen kasvaessa kohti haastavampia taitoja kuten luova ongelmanratkaisu ja sosiaalisesti jaettu oppisen säätely. Sama ajatus on myös teknologian hyödyntämisen taustalla. Nuorimmat oppilaat työskentelevät pääasiassa ilman teknologiaa, perinteisiä käsityö- ja askartelumenetelmiä hyödyntäen, ja pikku hiljaa edetään kohti teknologian luovaa, monipuolista ja joustavaa käyttöä.
Kuvio 1: Rajakylän koulun STEAM-viitekehys
Pedagogisen ja teknologisen lähestymistapojen lisäksi STEAM-viitekehyksessämme kuvataan jokaisen luokka-asteen osalta luonnontieteellisten ja matemaattisten oppiaineiden ydinsisällöt, joista STEAM-projektien oppimistavoitteet muodostuvat.
STEAM-projekteja suunniteltaessa on tärkeä pohtia, mitä yhteisöllisen oppimisen, oppimisen säätelyn ja ongelmanratkaisun osa-alueita lähdetään harjoittelemaan. Yhteisöllinen oppiminen, jossa ryhmän jäsenet osallistuvat yhdessä jokaiseen työskentelyvaiheeseen, keskenään argumentoiden ja asiantuntemustaan jakaen, on haastavaa, ja harjoittelu voidaankin aloittaa yhteistoiminnallisesta työskentelystä, jossa yhteinen tavoite jaetaan osiin (vertikaalinen työnjako), ja jokainen ryhmän jäsen tekee oman osuutensa yhteisestä tuotoksesta. Taitojen kasvaessa työskentely saa enemmän yhteisöllisiä piirteitä, kuten tehtävien horisontaalinen jakaminen (jokainen tekee samaa tehtävänosaa, mutta eri roolista käsin), yhteisöllinen tiedonrakentelu ja jatkuva sosiaalinen vuorovaikutus.
Oppimisen säätely etenee oman oppimisen suunnittelusta, tarkkailusta ja arvioinnista (itsesäätely) kohti ryhmän työskentelyn säätelyä. Itsesäätelytaitojen kasvaessa harjoitellaan ’kanssa-säätelyä’ (co-regulation), jolloin oppijat auttavat toisiaan säätelemään omaa oppimistaan, työskentelyään, tunteitaan ja motivaatiotaan. Ryhmässä työskenneltäessä on myös tärkeää, että itsesäätelyn ohella oppijat pystyvät yhdessä tarkkailemaan myös ryhmän työskentelyä ja reflektoimaan mm. sitä, miten yhteinen työskentely etenee suhteessa oppimistavoitteisiin, ovatko käytetyt strategiat toimivia ja mitä on opittu. (Hadwin & al., 2011.) Oppimisen sosiaalinen säätely on kuitenkin vaativaa, ja onkin hyvä harjaannuttaa ensin itsesäätelyn taitoja ennen siirtymistä jaettuun oppimisen säätelyyn.
STEAM-pedagogiikan ytimessä on avoimet ongelmat, joiden ratkaiseminen vaatii yhteistyötä ja luovuutta. Pystyäkseen ratkomaan monimutkaisia, avoimia tosielämän haasteita, tulee oppijoiden saada tilaisuuksia harjoittaa itseohjautuvuutta, luovaa ajattelua ja teknologian joustavaa käyttöä. Ongelmanratkaisutaitoja onkin hyvä lähteä harjoittelemaan toteuttamalla selkeästi rajattuja ja -määriteltyä projekteja. Asteittain ongelma avoimuutta voidaan lisätä sitä mukaan, kun oppilaiden muut taidot, kuten yhteistyö- ja säätelytaidot, kehittyvät.
Pedagoginen käsikirjoittaminen ohjaa opettajaa ’orkestroimaan’ STEAM-projekteja oppijoiden kannalta tarkoituksenmukaisella tavalla (Vuopala, 2013). Pedagoginen käsikirjoitus eli skripti tukee oppijoiden työskentelyä projektin parissa määritellessään aktiviteetit, vastuut, ohjeet, resurssit ja aikataulut, joihin oppijoiden odotetaan sitoutuvan (Hämäläinen, 2008; Kollar, Fischer, & Hesse, 2003; Weinberger, 2003). Siinä vaiheessa, kun oppijat vasta harjoittelevat yhteisöllistä työskentelyä, oppimisen säätelyä ja ongelmanratkaisua, tarvitaan usein yksityiskohtainen skripti, toisin sanoen tarkat ohjeet, aikataulut jne, tukemaan työskentelyä. Kun oppijoiden taidot kehittyvät, voidaan skriptiä väljentää, ja antaa oppijoille mahdollisuus ottaa itse enemmän vastuuta työskentelyn koordinoinnista, suunnittelusta, toteutuksesta ja arvioinnista. (Weinberger & al., 2005.)
Tällä hetkellä olemme kouluna siinä vaiheessa, että testaamme mallia käytännössä, ja kokemuksen karttuessa teemme siihen täydennyksiä ja muokkauksia. Mallia on nyt hyödynnetty alakoulun jokaisella vuosiluokalla ainakin kerran, ja tänä syksynä myös yläkoulussa 9. luokkalaisten STEAM-projektissa. Projektikuvauksia näistä luvassa myöhemmin 😊 . Viitekehys muokkaantuu myös jatkuvasti STEAMinOulu – ja INNOKAS -yhteistyössä sekä muissa koulujen ja Oulun yliopiston kanssa tehtävässä yhteistyössä.
Rajakylän STEAM-pohdintoja koosti,
Essi
Käytetyt lähteet:
Bada, S. O., & Olusegun, S. (2015). Constructivism learning theory: A paradigm for teaching and learning. Journal of Research & Method in Education, 5(6), 66-70.
Hadwin, A. F., Järvelä, S., & Miller, M. (2011). Self-regulated, co-regulated, and socially shared regulation of learning. In B. J. Zimmerman & D. H. Schunk (Eds.), Handbook ofSelf-Regulation of Learning and Performance (pp. 65–84). London: Routledge.
Kollar, I., Fischer, F., & Hesse, F. W. (2006). Collaboration scripts – a conceptual analysis Educational Psychology Review, 18, 159–185. doi:10.1007/s10648-006-9007-2
Martin, L. (2015). The Promise of the Maker Movement for Education. Journal of Pre-College EngineeringEducation Research (J-PEER), 5(1). https://doi.org/10.7771/2157-9288.1099
Vuopala, E. (2013). Onnistuneen yhteisöllisen verkko-oppimisen edellytykset – näkökulmina yliopisto-opiskelijoiden kokemuksen ja verkkovuorovaikutus. (Dissertation, University of Oulu). Acta Universitasis Ouluensis. E. Ladattu http://urn.fi/urn:isbn:9789526202259
Weinberger, A., Ertl, B., Fischer, F., & Mandl, H. (2005). Epistemic and social scripts in computer supported collaborative learning. Instructional Science, 33, 1–30. doi:10.1007/s11251-004-2322-4
3A-teknoluokan mielestä kaupungissa on syytä olla ainakin pizzeria, eläintarha, poliisiasema, kirjasto, uimahalli, hotelli, kahvila, karkkikauppa ja lentokenttä. Toki tarvitaan puistoja ja vesistöjä elävöittämään tunnelmaa. Liikenne ei suju ilman liikennemerkkejä, eikä uimarannalla ole kivaa ilman vesitrampoliinia.
3A:n teknoprojektissa on opiskeltu kaupunkisanoja englanniksi, maalailtu kaupungin silhuetteja ja kirjoitettu kaupungin asukkaiden elämästä. Ja koska #tekno, kaupunki on tietenkin myös rakennettu.
Joku sotkeutui kuumaliimaan ja toinen unohti parinsa jonnekin, mutta lopulta kaupunki saatiin kasaan. Siispä kohti uusia seikkailuja!
Minkä vuoksi olisit valmis matkustamaan 20 tuntia hikisessä bussissa, nukkumaan käsityöluokan kovalla lattialla ja kuuntelemaan taukoamatonta ihmisäänten kakofoniaa? No tietenkin Innokas-kisojen vuoksi! ”Whatever it takes!” totesi 6A-teknoluokka ja hyppäsi bussiin epäröimättä hetkeäkään.
Espoon Innokas-tapahtuma oli merkittävä kahdesta syystä: tapahtuma täytti kaksikymmentä vuotta ja se oli nykyisessä muodossaan viimeinen laatuaan. Ensi vuonna kisakonseptiin tulee pieniä muutoksia. Tunnelma Espoossa oli sähköinen, kuten aina. Dipoli täyttyi oppilaista ja roboteista, sekä vihreäpaitaisista opettajista. Kilpailulajeina oli vanhat tutut XSumo, Rescue, Freestyle, Gamedev sekä Tanssi/Teatteri, joista jokaisessa oli mukana Rajakyläläisiä. Valitettavasti vain Tanssi/Teatteisarjalaiset joutuivat jäämään kotiin sairastumisen takia.
Kisajännitys tiivistyi etenkin XSumo-areenoiden ympärillä, jossa oli edellisvuotisten EV3-taistelubottien lisäksi nyt myös Boosteja, Spikejä ja Vexejä. Rajakyläteknon Toks_Ik ja BBQ-Kanat puolustivat kunniaansa ansiokkaasti, ja jälkimmäinen taisteli lopulta tiensä sarjan kolmanneksi! Aplodeja Kanoille!
Rajakyläteknon yhteen Pelastusrobottiin oli käytetty tunteja varmasti yhtä paljon kuin kaikkiin muihin yhteensä, ja se selvisikin sarjassaan varsin mukavasti. Vaikka Gamedev-tiimissämme oli mukana takavuosien kultamitalistitason Scratch-taitureita, peli ei yltänyt palkintosijoille. Se keräsi silti paljon huomiota ja moni kävi kokeilemassa sitä esittelypisteellä. Suurimmat yllättäjät löytyivät kuitenkin Freestyle-sarjasta, jossa Rajakylätekno nappasi kultapokaalin sekä Maker- että Robotiikkalohkosta! Mainio tiimimme Hauvat oli rakentanut koirille tarkoitetun yllätyslaatikon laser-leikkurilla ja Micro:biteillä kun taas Ballerina-tiimi yllätti tuomariston QR-koodeja syöttävällä Wending Machine -masiinallaan.
Tyhjin käsin ei siis tarvinnut siis astua paluubussiin! Pokaalien lisäksi matkaan tarttui hieno kokemus siitä, millaista on, kun viisaat päät kolahtavat yhteen ja syntyy uusia upeita ideoita ja oivalluksia!
No nyt! Vihdoin Toolcamp-keksinnöt ovat sellaisessa vaiheessa, että niitä uskaltaa hieman väläyttää! 5A-teknoluokan keksijöiden tekeminen oli innokasta, tehokasta ja taitavaa. Onnistunut työskentelyprosessi näkyy myös näissä valmiissa prototyypeissä. Luokassa syntyi lähes käden käänteessä seuraavat upeat innovaatiot:
Valaiden suojelualue
Roskarobotti
The MathApp -matematiikkasovellus
Muovinkeräysalus
Metsän parantaja -maatalousrobotti
Vesipussi -roskankerääjä
Oppilaat äänestivät näistä kolme edustamaan luokkaa Toolcamp tapahtumaan. Tervetuloa yliopistolle ensi viikolla kurkkaamaan näitä maailmaa muuttavia keksintöjä ja niiden taitavia tekijöitä.
Steam Oulun Toolcamp-teemapäivä lähestyy. Rajakylän teknoluokkalaiset ovat tarttuneet haasteeseen. Koulun STEAM-tilassa valmistuu keksintöjä, joiden tarkoitus on muuttaa maailmaa. Näprääminen, värkkääminen, rakentelu ja kokeilu ovat tosin tässä projektissa olleet vain pieni osa prosessia. Suurin osa ajasta on käytetty YK:n kestävän kehityksen tavoitteiden tutkimiseen, niihin liittyvään tiedonhakuun ja ideointiin. Koko maailmaa ei voi parantaa kerralla. Siksi jokainen Toolcamp-tiimi valitsi yhden haasteen, johon tarttua. Vesistöt, ihmisoikeudet, ruoka, metsät… Lähiviikkoina tullaan näkemään ainakin näihin osa-alueisiin liittyviä keksintöjä.
Perinteinen auto tankataan fossiilisella polttoaineella. Sähköauto ladataan sähköllä. Mäkiauto vaatii myös energiaa, nimittäin potentiaalienergiaa. Mäkiauto tankataan potentiaalienergialla silloin, kun joku nostaa sen ajorampin päähän.
Rajakylän 5A-teknon insinöörihaasteena oli tällä kertaa mäkiauton rakentaminen Legoista. Tavoitteena oli tietysti saada auto liikkumaan mahdollisimman pitkälle. Auton rakenteelle ei asetettu muita rajoitteita kuin se, että kyytiin piti saada mahtumaan Lego-figuuri.
Vaikka teollisuusvaikoilua tapahtui jonkin verran, autoista tuli yllättävänkin erilaisia. Toiset satsasivat suuriin renkaisiin ja painavaan runkoon, toiset suoriin akseleihin ja pieniin renkaisiin. Joku kokeili jopa nelivetoa. Kenties paras innovaatio oli huomio, että pelkkä yksittäinen rengas rullaa pidemmälle kuin mikään varsinainen auto. Tällaisella keksinnöllä ei valitettavasti kuitenkaan voinut voittaa kisaa.
Ympäristöopin sisältöjä ei perinteisessä mielessä opiskeltu, mutta tämän haasteen jälkeen kenellekään ei liene epäselvää, mitä tarkoittavat käsitteet ”kitka”, ”massa” ja ”potentiaalienergia”.
Lennokkiharrastus on kevyimmillään paperilennokkien taittelua. Rajakylän 5A-teknoluokka tähtäsi yhden askeleen korkeammalle, eli aloitti rakentelun Pressprint-lennokeista. Yksinkertainen lennokki syntyy, kun leikkaa lennokin sivuprofiilin, siiven sekä korkeusperäsimen, asettaa ne oikeille paikoille ja kiinnittää koneen nokkaan 1-3 klemmaria. Tämä on kuitenkin vasta alkua. Jotta lennokki saadaan lentämään oikeasti hyvin, täytyy käyttää paljon aikaa säätämiseen, yrittämiseen ja erehtymiseen, siihen prosessiin, josta entinen pääministerimme käytti nimitystä ”iterointi”. 5A-teknon lentokoneteknikot eivät jääneet vatuloimaan, vaan säätivät siiven paikkaa, käänsivät siivekkeitä, siirsivät painopistettä ja piirsivät sydämiä koneen siipiin. Sydämien merkitys jäi epäselväksi, mutta muut, jopa pienetkin muutokset koneen muodoissa vaikuttivat paljon sen lento-ominaisuuksiin. Innokkaimmat ehtivät tehdä useita koneita eri malleilla ja moni niistä liisi upeasti koulun aulan halki.
Metsästäjä-keräilijäkulttuureissa kädentaidot ja teknologinen ongelmanratkaisutaito ei ollut pelkkä painotus, vaan elinehto. Perämeren kivikautiset metsästäjät toistelivat toisilleen päivittäin: ”Joka ei ansoja rakenna, sen ei syömänkään pidä” ja ”Ansaton mies on kuin kettu käpälälaudassa”.(Lähde epäselvä!!).
Rajakylän 5A-teknoluokkalaiset eläytyivät näiden muinaisten esi-isiemme karuun elämään ja rakensivat omia versioitaan yksinkertaisista ansoista. Oli ilo huomata, että suunnittelutaitoa ja teräviä hoksottimia löytyy myös nykyajan nuorilta metsästäjiltä. Jos Kierikin bussi hajoaisi jonnekin Yli-Iin metsiin, ravinto ei loppuisi kesken.
rajakylätekno 