Ilmastonmuutos matematiikan opetuksessa

Ilmastonmuutos vaikuttaa ihmisten toimintaan ja luonnonympäristöihin nyt ja etenkin tulevaisuudessa. Matemaattinen osaaminen on välttämätöntä niin ilmastonmuutostiedon tuottamisessa, kuin sen ymmärtämisessäkin. Jotta erilaiset toimijat voivat ymmärtää ilmiötä ja osallistua yhteiskunnalliseen keskusteluun aiheesta, on heillä oltava matemaattista osaamista. Matematiikan opetus on siis merkittävässä roolissa ilmastonmuutos -ilmiön syvällisessä ymmärtämisessä ja ilmastoystävällisen maailman rakentamisessa kasvattaen oppilaista kriittisesti ajattelevia, aktiivisia kansalaisia tai tutkijoiden alkuja.

---

Ilmastotutkimus tarvitsee matematiikkaa

Tutkijat havaitsivat ensimmäiset merkit ilmastonmuutoksesta jo yli sata vuotta sitten ja siitä lähtien aihepiiriin liittyvä tieto on lisääntynyt ja tarkentunut jatkuvasti. Siitä huolimatta ilmastonmuutoksen torjuntatoimiin on ryhdytty yhteiskunnassamme hitaanlaisesti. Tämä kuvaa hyvin sitä, että ilmastonmuutoksen ongelmaa ei tulla ratkaisemaan pelkästään tiedeyhteisön työn tuloksena, vaan mukaan tarvitaan laaja joukko ihmisiä yhteiskunnan kaikilta osa-alueilta.

Ihminen ei voi havaita ilmaston muuttumista aisteillaan. Säätiloihin ja ilmastoon vaikuttaa monimutkaisen systeemin kautta niin ilmakehän, valtamerien, jäätiköiden kuin maa-alueidenkin kulloinen tila. Tietyn paikan ilmasto-olot muodostuvat pitkän ajan säätilojen keskiarvosta. Ilmasto on siis säätilojen tilastotiedettä ja tällöin myös ilmastonmuutos on itse asiassa tilastotieteellinen ilmiö, jonka seuraukset ovat havaittavissa ympäristössämme. Ilmastotieteen tekeminen edellyttääkin laajaa matematiikan hyödyntämistä. Matematiikan opiskelu kehittää myös abstraktin ajattelun taitoja. Niitä tarvitaan ilmastokysymyksissä, jotta ymmärretään, että omat aistihavainnot eivät ole ainut tiedon lähde.

Matematiikkaa tarvitaan niin kuvailemaan ja ennustamaan ilmaston muuttumista, kuin viestiessä siitä. Jotta ilmaston muuttumista voidaan kuvailla, on ensin tiedettävä, mikä on “normaalia”. Tätä varten on tehtävä ympäristön mittauksia: on mitattava lämpötiloja, sademääriä, lumipeitettä, merenpinnan korkeutta, hiilidioksidin määrää ilmakehässä jne. Keskiarvolaskujen ja varianssianalyysien avulla ja laatimalla diagrammeja voidaan sitten saada selville, onko ilmasto muuttunut ja millä tavalla.

Muutoksen ennustaminen vaatii matemaattista mallinnusta, joissa käytetään apuna esimerkiksi differentiaaliyhtälöitä ja stokastisia prosesseja. Ilmastomallit ovat monimutkaisia kokonaisuuksia, joita varten tarvitaan mm. erillisiä ilmakehän, valtamerten ja pilvien muodostumisen mallinnuksia, sekä näiden välisten yhteyksien mallinnuksia. Tuloksena saadaan erilaisia arvioita ilmaston muuttumisesta tulevaisuudessa. Näitä malleja päättäjät, yritykset ja kansalaistoimijat käyttävät hyödykseen pohtiessaan ilmastonmuutoksen hillintään tarvittavia toimia.

Ilmastotutkimuksen tulosten viestimisessä käytetään mm. tekstejä, diagrammeja ja taulukoita. Jotta niiden sisältämä tieto saadaan oikeassa muodossa eteenpäin muulle tiedeyhteisölle, päättäjille, suunnittelijoille ja suurelle yleisölle, on vastaanottajan osattava tulkita niiden sisältöä. Ilmastotiedon viestiminen vaatii siis matemaattista osaamista niin tiedon tuottajalta, kuin vastaanottajaltakin.

---

Matematiikka vaikuttamisen välineenä

Matematiikka on voimallinen apuväline niin haastavien ongelmien tehokkaassa ratkaisemisessa kuin vallankäytön välineenäkin – myös poliittisen vallan työkaluna. Matematiikan käyttöön liittyy ihmisten tekemiä arvovalintoja, joista toiset hyötyvät ja toiset eivät. Matematiikka ei siis työkaluna ole neutraali. Tämä liittyy mallien tekemiin rajauksiin ja algoritmien suunnitteluun sekä malleihin valittuihin parametreihin. Lisäksi pelkkään matematiikkaan perustuvan päätöksenteon ulkopuolelle jäävät automaattisesti sellaiset asiat, joita ei voida muuttaa numeeriseen muotoon. Näitä ovat esimerkiksi humaanit arvot, ystävyys ja empatia.

Jotta oppilaat ja opiskelijat voivat osallistua tehokkaasti demokraattisen yhteiskunnan päätöksenteon vaiheisiin, on ymmärrettävä monipuolisesti matematiikan mahdollisuudet ja rajoitteet tiedon tuottamisen apuvälineenä. Tämä pätee yhtä lailla ilmastonmuutoksen ratkaisujen etsimiseen kuin muuhunkin yhteiskunnalliseen vaikuttamiseenkin.

Ympäristökeskustelu on tyypillisesti laskennallista. Meillä on taloudellinen puheenparsi, jossa ympäristöteotkin muuttuvat vaihtoarvon mukaan punnittaviksi: valtiot epäröivät ilmastotoimien kansantaloudellisia seurauksia ja vaikutuksia talouskasvuun, ja kansalaiset laskeskelevat mistä ovat valmiita luopumaan ja mitä pitäisi saada tilalle. Laskennallisuuden toinen ulottuvuus tulee tieteistä: meillä on yhä tarkempaa tietoa ilmastonmuutoksen osatekijöistä ja luonnonresurssien kulutuksesta liittyen ihmisen toimintaan. Luvut puhuvat omaa kieltään ja niillä voidaan puolustella monenlaisia kantoja, myös yhden ihmisen kulutuksen mitättömyyttä.

Ilmastonmuutokseen liittyvien ilmiöiden matematisointi voi siis olla myös ongelmallista. Monet yksityisautoilua, lentämistä tai lihankulutusta vähentäneet ihmiset tai ilmastomielenosoituksiin osallistuneet ovat saaneet kuulla, että yhden ihmisen teoilla ei ole merkitystä. Jos asioita tarkastellaan pelkästään numeerisesti laskemalla päästöjä tai erilaisten resurssien kulutusta on totta, että yhden ihmisen tai perheen valinnat merkitsevät melko vähän maapallon suuressa summapelissä. Tällaisessa tarkastelussa unohtuu yhteiskuntatieteellinen näkökulma, ihmisyys ja se, miten paljon toisten ihmisten tekemiset ja esimerkki vaikuttavat siihen, miten itse toimimme. Aina numerotieto ei kerro koko totuutta.

Taloudellisen kannattavuuden ensisijaisuus, laskennallinen ajattelu ja ihmisten väliset vastakkainasettelut ovat ajassamme vallitsevia ilmiöitä, ja siksi ymmärrettävästi osa ympäristökeskustelujakin. Ympäristöongelmia ja kestäviä valintoja koskevaa keskustelua ei kuitenkaan tarvitse nähdä pelkkänä hajottavana, erilaisten ryhmien eriytymistä kiihdyttävänä kiistelynä. Pohjimmiltaan käynnissä on ympäristöä, ihmistä ja tulevaisuutta koskeva merkitysten, arvojen, käsitysten, kokemusten ja tulkintojen käymistila. Esimerkiksi arvokasvatus ei ehkä perinteisesti ole kuulunut luonnontieteiden opetukseen, mutta nykymaailmassa se alkaa olla lähes välttämätön osa oppiainetta kuin oppiainetta.

Jos ympäristötekoja ja valintoja ajattelee merkitysten ja merkityksellisyyden kannalta, voi havaita niiden olevan luonteeltaan pikemminkin vertauskuvallisia kuin kirjaimellisia. Numeroiden sijaan on kyse teoista, jotka tarkoittavat itselle omien arvojen mukaista, huolehtivaa jokapäiväistä elämää. Yksittäiset kieltäytymiset, pidättäytymiset, huomionosoitukset, vaivannäöt ja lahjoitukset rakentavat oman käsityksen mukaista kestävämpää elämää ja tekevät arjesta merkityksellisempää ja rikkaampaa. Nämä teot, joista yksikään ei yksittäin pelasta maailmaa, ovat merkkejä, jotka halutaan myös nähtävän ja ymmärrettävän juuri tässä tietyssä merkityksessä: ne ovat yksilön ja planeetan elämää kannattelevia tekoja.

---

Tehtäviä opetukseen

---

Kuvagalleria