Browsing by Subject "Kemian opettajan koulutus"

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-20 of 63
  • Mustikkaniemi, Hanna (Helsingin yliopisto, 2018)
    Kestävä kehitys on ehkä vuosisatamme merkittävimpiä puheenaiheita niin kouluissa, työelämässä kuin arjessakin. Kestävään kehitykseen sitoutumalla voimme ratkaista ihmiskuntamme aiheuttamat ongelmat ja hidastaa niiden seurauksia. Kestävä kehitys pitää sisällään ekologisen, sosiaalisen ja taloudellisen osa-alueen. Yksi kestävään kehitykseen pohjautuva konkreettinen esimerkki on kiertotalous. Tutkimuksen kohdejoukkona oli Helsingin yliopistossa järjestettävän Matematiikka ja luonnontieteet yhteiskunnassa -kurssin opiskelijat. Kurssi on tarkoitettu kemian, matematiikan, fysiikan, biologian ja maantieteiden opettajaopiskelijoille. Tutkimuksessa haluttiin selvittää, miten tulevien aineenopettajien käsitykset kestävästä kehityksestä ja kiertotaloudesta muuttuivat kurssin aikana, miten he toteuttaisivat aiheisiin liittyvää opetusta, sekä mitä mieltä he ovat projektioppimisen tarjoamista mahdollisuuksista ja haasteista. Tutkimusmenetelminä käytettiin kyselylomaketta ja teemahaastattelua (N=11). Alkukyselylomakkeeseen saatiin 20 ja loppukyselylomakkeeseen 10 vastausta. Tutkimuksen aineisto analysoitiin laadullisen sisällönanalyysin keinoin. Tutkimuksen tulosten mukaan kestävä kehitys oli opiskelijoille tuttu käsite. Kurssin jälkeen opiskelijoiden käsitykset kestävästä kehityksestä painottuivat yhä enemmän ekologisen osa-alueen puolelle. Tämä tulos vahvistaa aikaisempien tutkimusten tuloksia. Kiertotalous oli puolestaan joillekin opiskelijoille täysin tuntematon käsite ennen kurssia. Opiskelijat hyödyntäisivät kestävän kehityksen opettamiseen mieluiten eheyttävää opetusta, projektioppimista ja vierailuja. Käytännön esimerkit koettiin myös tärkeäksi kestävää kehitystä opetettaessa. Kurssilaiset kokivat, että projektioppimisen avulla oppilas voisi oppia niin sisältöjä kuin oppimistaitojakin. Projektioppimisen haasteet voitiin jaotella koskettavan joko opettajaa tai oppilasta. Tutkimus oli luonteeltaan kvalitatiivinen, joten sen perusteella ei voida tehdä yleistyksiä tuloksista. Tutkimuksen teoriaosaa työstäessä huomattiin, että kiertotalouden opettamista koskevaa tutkimusta ei ole juuri lainkaan. Muun muassa Sitra kehittää aiheeseen liittyvää oppimateriaalia, joten seuraavaksi voisikin tutkia käytetyn oppimateriaalin vaikutuksia oppilaiden käsityksiin kiertotaloudesta ja kestävästä kehityksestä.
  • Lohenoja, Jaakko (Helsingfors universitet, 2012)
    Alkoholien opetus on keskeinen osa peruskoulun kemian opetusta. Useimmille ihmisille sanasta alkoholi tulee mieleen alkoholijuomat, mutta alkoholeja käytetään alkoholijuomien lisäksi myös monissa muissa käyttökohteissa, muun muassa kosmetiikassa ja polttoaineina. Kontekstilähtöisellä opetuksella voidaan tukea oppilaiden kiinnostusta oppiainetta ja opittavaa asiaa kohtaan. Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena on kehittää kehittämistutkimuksen avulla kontekstilähtöinen oppimateriaali alkoholien opetukseen peruskoulussa. Kontekstilähtöisyydellä pyrittiin tekemään oppimateriaalista mielenkiintoa herättävä. Oppimateriaalissa keskityttiin alkoholien käyttökohteisiin. Työtapoina kehitettävässä oppimateriaalissa käytettiin lukemalla oppimista ja kokeellisia työtapoja. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, joka sisälsi kaksi vaihetta, jotka olivat 1) tarveanalyysi ja 2) oppimateriaalin kehittäminen. Tutkimusta ohjasi kaksi tutkimuskysymystä, jotka olivat 1) miten alkoholien käyttökohteita käsitellään peruskoulussa sekä 2) minkälainen oppimateriaali tukee alkoholien kontekstilähtöistä opetusta peruskoulussa. Ensimmäiseen tutkimuskysymykseen pyrittiin vastaamaan tarveanalyysin perusteella analysoimalla neljää peruskoulun kemian oppikirjaa. Toiseen tutkimuskysymykseen liittyen kehitettiin oppimateriaali tarveanalyysin ja teoreettisen viitekehyksen pohjalta. Tarveanalyysin tulosten perusteella voidaan todeta, että kaikissa peruskoulun kemian oppikirjoissa käsitellään useita alkoholien käyttökohteita, mutta useiden käyttökohteiden osalta käyttökohde vain mainitaan eikä kyseessä olevan alkoholin käyttöä kyseisessä käyttökohteessa perustella tai tarkenneta mitenkään. Kehitetyn oppimateriaalin erääksi keskeiseksi tavoitteeksi asetettiin se, että kehitettävässä oppimateriaalissa esiteltäviä alkoholien käyttökohteita käsitellään perusteellisesti. Tutkimuksessa kehitetyssä oppimateriaalissa lähtökohtana ovat alkoholien käyttökohteet. Oppimateriaali sisältää tekstiä, alkoholien käyttökohteisiin liittyviä kokeellisia töitä sekä aiheeseen liittyviä tehtäviä. Lukemalla oppimista on tekstissä tuettu mm. käyttämällä ennakkojäsentäjää ja teksti ymmärtämistä tukevia kysymyksiä.
  • Töyrylä, Linnea (Helsingfors universitet, 2012)
    Happamuus-käsite tulee vastaan niin kemian opetuksessa kuin arkielämässä. Käsite on laaja ja sen ymmärtämiseksi oppilaan on osattava myös muita kemian termejä ja teorioita. Usein happamuuden opetuksen esimerkeissä perehdytään kemian teollisuuden näkökulmiin ja pH:n mittaamiseen erilaisilla välineillä, vaikka useiden tutkimusten mukaan kemia olisi tuotava lähemmäs oppilaiden arkipäivää. Argumentaatio on olennainen osa luonnontieteitä, sillä ilman sitä uutta tietoa ei voi syntyä. Oppilaiden argumentointitaitoja ja argumentaation opetusta luonnontieteissä on tutkittu melko paljon ulkomailla ja on havaittu, että sekä opetuksessa että oppilailla on puutetta argumentaation käytössä. Tässä tutkielmassa kehitettiin kehittämistutkimuksen kautta argumentaatiota tukeva happamuuteen ja erityisesti pHindikaattoreihin perehtyvä oppimateriaali, jossa sovelletaan molekyyligastronomiaa. Molekyyligastronomia ja ruoan kemia valittiin työn konteksteiksi, koska aikaisemman tutkimuskirjallisuuden mukaan oppilaiden arkipäivää lähellä olevat aiheet kannustavat heitä argumentoimaan paremmin. Kehittämistutkimus itsessään koostuu neljästä vaiheesta, jotka ovat tarveanalyysi, oppimateriaalin kehittäminen, tutkimuksen suoritus sekä tulosten tulkinta, arviointi ja jatkokehittely. Tutkielma pyrkii vastaamaan kysymyksiin siitä, kuinka paljon ruoan kemiaan liittyviä esimerkkejä happamuuden opetuksessa käytetään, millainen on hyvä argumentaatiota tukeva happamuuteen liittyvä oppimateriaali ja mitä kyseisen materiaalin avulla opitaan. Oppimateriaalista laadittiin kolme erilaista versiota, joista ensimmäistä testattiin opettajilla, toista oppilailla ja joista kolmas on liitetty tähän tutkielmaan. Tarveanalyysissa tutkittiin peruskoulun yläasteen kemian oppikirjojen happamuutta käsittelevissä kappaleissa olevien ruoan kemiaan liittyviä esimerkkejä. Kokeellisessa osassa oppilaiden argumentaatiotaitoja tutkittiin teoriapohjaisella sisällönanalyysin kautta. Argumentaatiotaitojen tutkimiseen liitettiin tiedon dimensioiden analyysi. Lisäksi oppilaiden oppimista testattiin kyselylomakkeella ennen ja jälkeen materiaalin opettamisen. Oppilaiden argumentaatiotaitojen oppimista tutkittiin tapaustutkimuksen avulla eli tutkimukseen osallistui vain yksi peruskoulun yhdeksäs luokka. Tutkimuksessa havaittiin, että happamuus-aiheen opettamiseen liittyy monia haasteita. Esimerkiksi juuri indikaattori-käsite on oppilaille haastava ja emästen kemia on oppilaille vaikeampaa kuin happojen. Oppilaiden argumentaatiotaitojen analyysissa puolestaan kävi ilmi, että oppilaat osaavat argumentoida melko hyvin, mutta eivät välttämättä pääse alkuun itsenäisesti. Oppilaat osasivat käyttää argumentoinnissaan käsitetietoa, eli esimerkiksi käyttivät happamuuteen liittyviä käsitteitä oikein, ja menetelmätietoa mitatessaan eri aineiden happamuuksia. Opettajan toiminnalla on suuri vaikutus oppilaiden argumentaation käyttämiseen. Koska on tutkimus on tapaustutkimus, ei tuloksista voida tehdä yleistäviä, koko ikäluokkaa koskevia johtopäätöksiä. Sen sijaan tulosten pohjalta voidaan tehdä erilaisia olettamuksia. Kehitetty oppimateriaali vastaa omalta osaltaan haasteeseen, jossa pyritään luomaan kemian luokkaan keskusteleva ja jopa tiedeyhteisön argumentointia muistuttavan ilmapiiri. Lisäksi se tuo yhden esimerkin siitä, miten molekyyligastronomiaa ja ruoan kemiaa voisi tuoda enemmän esiin kemian opetuksessa. Kun oppimateriaalia tämän tutkimuksen puitteissa testattiin, onnistuttiin luokassa saamaan aikaan keskustelua ja oppilaat muodostivat itsenäisesti tai opettajan pienellä avustuksella hyviä argumentteja.
  • Sjöblom, Anna (Helsingfors universitet, 2015)
    Intresse är en viktig förutsättning för inlärning och framtida yrkesval. I Finland är högstadieelevernas intresse för kemi skrämmande lågt. Man kan dela in intresse i situationsintresse och djupare personligt intresse. Innan man kan skapa ett personligt intresse måste ett situationsintresse först uppstå. Situationsintresset är också det som läraren kan påverka. Väl utförda demonstrationer kan påverka både elevernas intresse och inlärning positivt. Det samma gäller för undervisningsvideor. I det här arbetet har det producerats en demonstrationsvideo för att höja högstadieelevers intresse för kemi. Elevernas reaktioner på videon samt deras allmänna åsikter om videor i kemiundervisningen har undersökts kvantitativt med hjälp av en enkät. Baserat på elevernas svar kan demonstrationsvideor vara ett beaktansvärt sätt att höja högstadieelevers intresse för kemi. Det skulle dock vara bra om videorna kunde produceras med större budjet än videon i det här projektet.
  • Ghulam, Shenelle Pearl (Helsingfors universitet, 2016)
    Bonding is a central concept in chemistry education; thus a thorough understanding of it is crucial in order to understand various other concepts of chemistry. However, students often find it difficult to understand the concept of bonding and as a result develop alternative conceptions. Living in a macroscopic world, students may find it difficult to shift between macroscopic and molecular levels; this is one of the reasons why students find it difficult to understand chemical bonding. The wide range of complex and sophisticated scientific models that scientists have developed to explain bonding, can be confusing for students. Moreover, students develop alternative conceptions as a result of the way they are taught. Computer-based molecular modelling could be utilized to facilitate and enhance student understanding of bonding. This thesis describes a study on the supportive opportunities and challenges encountered when using computer-based molecular modelling to enhance student understanding of bonding, focusing particularly on three main inquiries. Investigating the challenges students face when utilizing computer-based molecular modelling to understand and explain chemical bonding. Exploring the features of computer-based molecular modelling that enhance student understanding of bonding. And analysing how to optimally support students understanding of bonding when using computer-based models. The study was conducted as a design-based research, centred particularly on student's opinions. An exercise was designed and implemented with 20 International Baccalaureate (11th grade students) during their chemistry lessons. The exercise sheet comprised of brief explanations on bonding, instructions to visualize models on Edumol (a web based molecular modelling and visualization environment) and questions to be answered after visualizing the models. The research results highlighted the importance of well planned activities to ensure the effective use of computer-based models. Prior to using computer-based models in class, teachers must consider possible solutions for technical difficulties that might arise. They must also plan activities based on student's prior experiences with models, to ensure that nothing hinders the students learning process. Additionally, teachers must individualize activities by taking into consideration students opinions and preferences, to ensure productive learning. Furthermore, teachers should optimize the use of the effective features of computer-based models. Features such as molecular electrostatic potentials, that are only possible to visualize via computer-based models. Finally, teachers should use the necessary supportive materials in conjunction with the computer-based models to enhance student understanding of bonding.
  • Jeskanen, Emmi (Helsingfors universitet, 2015)
    Eheyttävässä eli integroivassa opetuksessa aiheita käsitellään oppilaan kokemusmaailman näkökulmasta. Se voi olla vertikaalista tai horisontaalista. Sisältöalueet valitaan niin, että ne ovat oppilaan kannalta merkittäviä, ajankohtaisia ja yhteiskunnallisia. Kiertotalous on hyvä aihe eheyttävään opetukseen. Se on aiheena ajankohtainen ja sen avulla voidaan välittää oppilaille tietoa myös nykypäivän kemian tutkimuksesta ja sovelluksista. EU:ssa ja Suomessa on tehty kansallisia päätöksiä, joiden tarkoituksena on edistää kiertotalouden syntymistä ja biotalouden osaamisen kehittymistä. Aiheesta on tarpeellista saada tutkimuspohjaisesti kehitettyä opetusmateriaalia. Kestävä kehitys ja oppiaineiden välisen yhteistyön lisääminen on teemana uudessa valtakunnallisessa perusopetuksen opetussuunnitelmien perusteissa. Lisäksi oppilaiden laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tulee tukea jokaisessa oppiaineessa ja kehittää heidän elinikäisen oppimisen edellytyksiä. Yhtenä kemian opetuksen tavoitteena on, että oppilas oppii luomaan merkityksen kemian ilmiöiden ja sovellusten sekä ihmisen ja yhteiskunnan välille. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on tukea eheyttävän kontekstuaalisen opetuksen avulla oppilaiden kiinnostusta kemiaa kohtaan. Aikaisempien tutkimusten mukaan oppilaiden kiinnostus oppiainetta kohtaa parantaa heidän opiskelua ja syvällistä oppimista. Luonnontieteiden oppitunnilla käytetty kontekstipohjainen opetustapa myös motivoi oppilaita ja lisää useimmiten oppilaiden positiivista suhtautumista luonnontieteitä kohtaan. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jonka tavoitteena on tuottaa opetuskokonaisuus yläkoulun kemian oppitunneille. Opetuskokonaisuuden kontekstina on kiertotalous puukemian näkökulmasta. Kehittämistutkimusta ohjaavat tutkimuskysymykset ovat: 1) Mikä on nykytilanne kemian opetuksessa kiertotalouden opetuksessa, erityisesti puukemian näkökulmasta? 2) Miten kiertotalous kontekstina voidaan toteuttaa kouluopetuksessa mielekkäästi? Vastauksia ensimmäiseen kysymykseen on etsitty yläkoulun kemian oppikirjojen tarveanalyysillä. Tarveanalyysi osoitti, että oppikirjoissa puun kemia esitetään kapeasta näkökulmasta ja kirjojen sisällöistä puuttuu kokonaan kiertotalous. Kehittämistuotos on tuotettu kirjallisuudesta ja tarveanalyysista esiin tulleiden puutteiden ja tarpeiden perusteella. Kehittämistuotos on opetuskokonaisuus kiertotaloudesta, jossa hyödynnetään yhteisöllistä ja tutkivaa oppimista sekä kehitetään oppilaan tieto- ja viestintäteknillisiä taitoja. Opetuskokonaisuuden aikana oppilaat tekevät kiertotalouteen liittyvä tutkimuksen, jonka he julkaisevat valitulle internetalustalle. Kokonaisuuteen kuuluu myös ryhmän työn esittäminen, toisten töiden arvioiminen ja oman työskentelyn itsearviointi. Tässä tutkimuksessa tuotettua opetusmateriaalia voidaan käyttää opettajien työkaluna, sillä se vastaa uuden perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaisia sisältöjä ja se paikkaa oppimateriaaleissa ilmenneitä puutteita. Lisäksi oppimateriaalien kirjoittajat voivat hyödyntää tutkimustulosten ja tuotetun materiaalin ideoita uusien oppimateriaalien kirjoittamisessa.
  • Kuosmanen, Iines (Helsingin yliopisto, 2019)
    Kemian opetuksen yhtenä haasteena on oppijoiden vähentynyt motivaatio ja kiinnostus opiskella kemiaa. Yhtenä keinona lisätä motivaatiota on tukea oppijoita formatiivisilla arviointimenetelmillä. Arviointikulttuurin muutos näkyy mm. uusissa perusopetuksen (2014) ja lukiokoulutuksen (2015) opetussuunnitelmissa, joissa painotetaan monipuolista ja jatkuvaa arviointia. Tässä pro gradu -tutkielmassa tutustaan formatiiviseen arviointiin. Tavoitteena on selvittää, minkälaisia formatiivisia arviointimenetelmiä kemian oppimisen tukena voisi käyttää. Formatiivisen arvioinnin eli oppimisen arvioinnin (assessment for learning) tehtävänä on tukea ja ohjata oppijan oppimista. Formatiiviseen arviointiin kuuluu tärkeänä osana myös palautteenanto, jonka tarkoituksena on muokata opetusta vastaamaan oppijoiden tarpeita sekä auttaa oppijaa asettamaan uusia tavoitteita. Tutkimusten mukaan formatiivisen arvioinnin aikana saatu suora palaute lisää oppijan motivaatiota oppia. Helsingin yliopiston tiedekasvatuskeskus järjesti luonnontieteen opettajille täydennyskoulutusta (2016) aiheesta formatiivinen arviointi. Täydennyskoulutuksen jälkeen opettajat osallistuivat kehittämis- ja tutkimushankkeeseen (2017 ja 2018), jonka aikana he käyttivät omassa opetuksessaan täydennyskoulutuksessa opittua Fakta ensin -arviointimenetelmää. Tämän jälkeen opettajien oppilaat täyttivät kyselylomakkeen formatiivisesta arvioinnista. Tässä tutkielmassa oppijoiden vastauksia formatiivisesta arvioinnista on tutkittu monimenetelmällisellä tutkimuksella. Tutkimustulos osoitti, että oppijat pitivät siitä, että saavat henkilökohtaista palautetta. Tämän lisäksi oppijat kokivat Fakta ensin -menetelmän auttaneen tunnistamaan omaa oppimistaan. Tämän tutkielman tulosten ja viitekehyksessä esitettyjä tutkimustulosten perusteella on pohdittu, minkälaisia asioita on tärkeää huomioida formatiivisessa arvioinnissa, jotta se tukisi oppijoita kemiassa. Koska arvioinnilla on suuri vaikutus oppijaan, on tärkeää huomioida, mitkä arviointitavat oppijat kokevat mielekkäimmiksi tavoiksi toteuttaa formatiivista arviointia kemian opetuksen ja oppimisen tukena.
  • Zeng, Xingting (Helsingfors universitet, 2013)
    Happamuus on keskeinen ilmiö kemian opetuksessa. Se on tärkeä myös käsiteltäessä arkielämän ja ympäristön ilmiöitä. Happamuuden ymmärtämiseksi tulee ymmärtää useita muita käsitteitä. Kemian opetuksen kokeellsuuden tavoitteena on tukea oppilasta oppimaan kemiaa, kehittämään taitojaan sekä innostumaan kemian opiskelusta opetussuunnitelmien perusteiden mukaisesti. Tutkimuksen aihe on ajankohtainen, sillä jokaisen nuoren tulee ymmärtää kemian peruskäsitteitä ja happamuuden vaikutusta ympäristössä päätöksiensä teon pohjana. Tutkimuksessa käsitellään ympäristön happamuuden opettamista kokeellisen työskentelyn kautta 7.–9.-luokkalaisille. Tutkimuksessa peruskoulun oppilaat (N=103) opiskelevat aihetta Kemianluokka Gadolinin Vihreä tehdas - työn avulla, joka muokattiin sopivaksi aiheen opetukseen. Tutkimuksessa haettiin vastauksia seuraaviin kysymyksiin: Miten happamuus näkyy perusopetuksen 7.–9.-luokkien oppimateriaaleissa? Minkälaiset kokeelliset työt käsittelevät ympäristön happamoitumista? Ymmärtävätkö oppilaat kokeellisuuden kautta happamuuden vaikutusta ympäristöön? Tulokset analysoitiin käyttäen sisällöanalyysimenetelmiä. Tuloksissa vertailtiin opetuspaikkaa (koulu vai Kemianluokka Gadolin) sekä luokkien oikeita ja väärien vastausten määrää. Tutkimuksessa käytettiin esitestattua kyselylomaketta, joka teetettiin ennen ja jälkeen kokeellisen työn. Jokaisen kysymyksen kohdalla laskettiin merkitsevyysarvo. Päätuloksena saatiin, että happamuuden opettamista kokeellisuuden kautta auttoi 3/5 kysymyksen kohdalla merkittävästi oppilaita ymmärtämään kemiaa paremmin. Opetuspaikkassa Kemianluokka Gadolinissa oikeiden vastausten määrää nousi 19%. Seitsemäsluokkalaiset (N=30) paransi tuloksia 14%, kahdeksasluokkalaiset (N=32) 22% ja yhdeksäsluokkalaiset (N=41) 16%.
  • Moilanen, Minna (Helsingfors universitet, 2012)
    Historiallinen lähestymistapa tukee vaikeiden ja abstraktien käsitteiden oppimista. Tutkimusten mukaan osmoosi on opiskelijoille vaikea käsite, siihen liittyy paljon vaihtoehtoisia käsityksiä. Tällöin on luontevaa tutkia historiallista lähestymistapaa sen opetuksen tukena. Tutkielman päätavoitteena oli tutkia osmoosin opetuksen nykytilaa peruskouluissa ja lukioissa sekä kehittää tutkimuspohjaisesti sen opetukseen mielekäs oppimateriaali. Tutkimuksen teoreettisena viitekehyksenä ovat osmoosin tutkimuksen historia, historiallinen lähestysmistapa kemian opetuksessa, osmoosin opetus, käsitteen muodostus, mielekäs kemian oppiminen ja kokeellisuus. Tutkielman tutkimusmenetelmä on kehittämistutkimus, joka sisältää neljä vaihetta. Ensimmäisessä tarveanalyysi vaiheessa tehtiin teoreettinen ongelma-analyysi ja peruskoulun sekä lukion kemian, biologian, fysiikan ja terveystiedon oppikirjojen sisällönanalyysi. Toisessa vaiheessa kehitettiin mielekäs oppimateriaali, jonka mielekkyyttä ja opetuksellisuutta tutkittiin tapaustutkimuksessa, tutkimuksen kolmannessa vaiheessa. Neljännessä vaiheessa kehitettiin oppimateriaalia tutkimustulosten avulla. Tutkimuksia ohjasivat tutkimuskysymykset: Mikä on osmoosin opetuksen nykytila peruskouluissa ja lukioissa? Millainen on mielekäs oppimateriaali osmoosin käsitteen oppimiseen? Millaisia vaihtoehtoisia käsityksiä opiskelijoille opetustapahtumien jälkeen? Tutkimukseen osallistui lukion biologian toisen kurssin opiskelijaryhmä, jonka opetukseen kuului osmoosiin liittyviä opetustuokioita. Tutkielma antaa kokonaiskuvan osmoosin opetuksen nykytilasta Suomessa. Kehittämämistutkimuksen päätuloksena saatiin lukion opiskelijoille mielekäs oppimateriaali, jota voidaan käyttää kemian ja biologian opetuksessa. Oppimateriaalissa osmoosia lähestyy historiallisesta näkökulmasta johdantoluennossa, kirjallisessa oppimateriaalissa sekä osassa sen tehtävissä ja koontiosuudessa. Tämän lisäksi oppimateriaali sisältää animaation ja kokeellisen työn. Opiskelijan oppimateriaalin käytön tueksi kehitettiin myös opettajan materiaali. Tutkimustuloksista huomattiin uusia vaihtoehtoisia osmoosiin liittyviä vaihtoehtoisia käsityksia. Opiskelijoiden mielestä osmoosi on kemiallinen reaktio. Opiskelijoilla oli myös useita osmoosin tutkimuksen historiaan liittyviä vaihtoehtoisia käsityksiä. Tämä tutkielma osoittaa, että osmoosin opetukseen on tärkeää kiinnittää huomiota, koska aihe elämän kannalta elintärkeä ja opiskelijoille vaikea.
  • Oksanen, Markku (Helsingfors universitet, 2016)
    Peruskoulun oppilaiden käsityksiä palamisesta on tutkittu melko paljon. Kuitenkin palamisen käsittely peruskoulu opetuksessa on varsin suppeaa ja teoreettista. Palamisen edellytykset ovat happi ja palava aine. Jotta palaminen alkaisi tapahtua jatkuvana ketjureaktiona, tarvitaan riittävä määrä lämpöä. Yleensä sitä muodostuu palamisreaktiossa itsessään. Tuli on yksi vanhimmista ihmisen tuntemista kemiallisen reaktion ilmentymistä. Tulen avulla ihminen valloitti luolat niitä hallinneilta pedoilta. Tulen käyttö työvälineenä aloitti sivilisaation. Käytännön työhön liittyvien tietojen ja taitojen opiskelu ei suju yksin kirjoja lukemalla. Täytyy tarttua työhön. Oppimisen perusedellytykset kuitenkin ovat samat. Oppimisen ulottuvuuksia vain tulee lisää: Audio-visuaalinen ja psyko-motorinen ulottuvuus. Tämä tutkimus tehtiin Koulutuskeskus Salpauksen 1.vuoden kiinteistönhoitajaopiskelijoiden työtunneilla. Opiskelijat valmistivat putkiliitoksen kupariputkeen perinteisellä menetelmällä, eli kovajuottamalla. Kuumentamiseen käytettiin kaasuhitsauslaitteistoa. Olennainen osa työn onnistumisessa on paitsi tietenkin osata tehdä työvaiheet turvallisuusohjeita noudattaen, myös osata säätää liekki juuri sopivaksi sekä osata arvioida, miten kuumaksi ja kuinka pitkään kupariosia täytyy lämmittää, jotta juote leviäisi kovajuotoksen railoon ja muodostuisi kestävä liitos. Asetyleeniliekin tarkoituksenmukaiseen palamiseen tarvitaan juuri oikea määrä happea. Kun hapen ja asetyleenin stoikiometrinen suhde on oikea, palaminen tapahtuu tarkoituksenmukaisesti ja mahdollisimman puhtaasti. Peruskoulussa palamisen opettaminen keskittyy lähinnä kaavojen ulkoa oppimiseen. Vähemmän huomiota kiinnitetään muihin palamiseen liittyviin ilmiöihin tai tulen käyttöön työvälineenä. Tässä tutkimuksessa perehdyttiin opiskelijoiden tietämiseen palamisesta ennen tulityötä sekä tulityön jälkeen. Tutkimus keskittyy erityisesti siihen, miten oppiminen tapahtuu prosessin edetessä ja mitkä ovat oppimisen ilmenemismuodot koulutyössä. Tutkimuksen tulos oli, että työn jälkeen melkein kaikki oppilaat tietävät, minkälainen liekki ilmaisee palamisen tapahtuvan mahdollisimman puhtaasti ja tehokkaasti. Vielä testin jälkeenkään oppilaat eivät tienneet esim. kaasuhitsauksen ja valokaarihitsauksen eroavaisuuksista, mutteihän tämän tutkimuksen puitteissa valokaarta käsiteltykään. Tutkimuksen tulokset puoltavat käytetyn kaltaisten 'hands on' ja 'learning by doing' opetusmetodien käyttöä teoriaopetuksen rinnalla tai jopa teoriaopetusta korvaavasti.
  • Tunturi, Henri (Helsingin yliopisto, 2018)
    Eheyttävässä opetuksessa aihesisällöt pyritään liittämään toimivalla tavalla arkielämän konteksteihin. Vuoden 2014 perusopetuksen opetussuunnitelman perusteiden mukaan eheyttävässä opetuksessa tulee tarkastella todellisen maailman ilmiöitä ja teemoja siten, että opetuksen sisältö ja työtavat mahdollistavat näiden käsittelyn mielekkäinä kokonaisuuksina. Kemian opetuksen osalta korostetaan myös tutkimisen taitojen tärkeyttä osana opetukselle määritettyjä tavoitteita. Opetuksen tulee sen mukaan ohjata oppilasta toteuttamaan kokeellisia tutkimuksia yhteistyössä muiden kanssa sekä mahdollistamaan turvallinen ja johdonmukainen työskentely. Määritellyissä keskeisissä sisällöissä korostetaan turvallisen työskentelyn periaatteita ja perustyötaitoja, jotka antavat pohjan kokeelliselle työskentelylle. Samalla tutkimuksellisuus tukee käsitteiden rakentumista ja tutkimisen taitojen oppimista. Tämä opinnäytetyö on kehittämistutkimus, jossa kehitettiin eheyttäviä aquafaba -aiheisia kokeellisia töitä yläkoulun kemian opetukseen. Kehittämistutkimukseen kuului kaksi sykliä. Ensimmäisessä syklissä perehdyttiin tutkimuskirjallisuuteen ja opetussuunnitelmiin (teoreettinen ongelma-analyysi), tehtiin sisällönanalyysi tarkastelemalla neljää eri yläkoulun kemian oppikirjaa ja yhtä kolmiosaista yläkoulun kemian oppikirjasarjaa (empiirinen ongelma-analyysi I) ja luotiin ensimmäinen versio aquafaba -aiheisista kokeellisista töistä (kehittämistuotos I). Toisessa syklissä kehitettyjä töitä testattiin Helsingin yliopiston Kemianluokka Gadolinissa yhdellä vierailuryhmällä, minkä jälkeen oppilailta kerättiin palautetta e-lomakkeella ja vierailuryhmän opettajaa haastateltiin. Lisäksi ohjaajana tein omia havaintoja testauskerran aikana (empiirinen ongelma-analyysi II). Seuraavaksi tulokset raportoitiin ja tehtiin muutoksia työohjeisiin niiden perusteella (kehittämistuotos II). Tutkimuskysymykset olivat ”Millaisia asioita pitää ottaa huomioon aquafaba -aiheisia kemian oppimateriaaleja tai töitä kehitettäessä?”, ”Millaiset kokeelliset työt mahdollistavat aquafaban integroimisen yläkoulun kemian opetukseen?” ja ”Miten aquafaba soveltuu eheyttävän kemian opetuksen kontekstiksi?”. Kehitettyjen kokeellisten töiden todettiin soveltuvan hyvin käytettäväksi osana proteiinien opetusta yläkoulun kemiassa sekä luovan mahdollisuuden myös laajemmille oppiainerajat ylittäville opetuskokonaisuuksille, joissa yhdistyisi esimerkiksi kemian ja kotitalouden opetus. Kokeelliset työt on saatavilla Helsingin yliopiston Kemianluokka Gadolinin työohjepankissa.
  • Savolainen, Mino (Helsingfors universitet, 2017)
    Uusi perusopetuksen opetussuunnitelma velvoittaa eheyttävään opetukseen siten, että lukuvuoteen tulee sisällyttää vähintään yksi monialainen oppimiskokonaisuus. Eheyttävällä opetuksella tarkoitetaan asiasisältöjen opettamista mielekkäässä arkielämän kontekstissa. Eheyttämisen tarkoituksena on muodostaa opetettavista asiasisällöistä mielekäs kokonaisuus. Tämä opinnäytetyö on kehittämistutkimus eheyttävää kemian opetusta tukevasta verkkomateriaalista. Kehittämistutkimukseen kuului kaksi sykliä. Ensimmäisessä syklissä perehdyttiin kirjallisuuteen (teoreettinen ongelma-analyysi), tehtiin sisällönanalyysi kahteen yläkoulun oppikirjasarjaan (empiirinen ongelma-analyysi I) ja luotiin sipulin kemiaa käsittelevän verkkomateriaalin ensimmäinen versio (kehitystuotos I). Toisessa syklissä tehtiin kyselytutkimus kemian opettajille ja opettajiksi opiskeleville (empiirinen ongelma-analyysi II), verkkosivustoa kehitettiin kyselyn tulosten perusteella (kehitystuotos II) sekä raportoitiin tulokset. Tutkimuskysymykset olivat 'Millaiselle sipulin kemiaa käsittelevälle materiaalille on tarvetta eheyttävän kemian opetuksen näkökulmasta?', 'Millainen on eheyttävää kemian opetusta tukeva sipuli-aiheinen verkkomateriaali?' ja 'Miten sipuliaiheinen verkkomateriaali soveltuu eheyttävään kemian opetukseen?' Sivuston arvioitiin tukevan hyvin sekä eheyttävää että varsinaista kemian opetusta. Sivusto on saatavilla osoitteessa http://sipulinkemiaa.wordpress.com/.
  • Liukkonen, Mari (Helsingfors universitet, 2014)
    Nanotiede ja -teknologia ovat keskeisiä aloja nykyisessä kemian tutkimuksessa. Nanotiede tutkii aineita, joilla on ainakin yksi ulottuvuus 1 – 1000 nanometrin kokoluokassa. Se on poikkitieteellinen tieteenala, joka yhdistää nykyisin muun muassa kemian, fysiikan ja biologian. Nanoteknologia käyttää nanotieteessä kehitettyjä materiaaleja ja menetelmiä valmistaakseen nanometrin kokoisia toimivia rakenteita. Ajankohtaista aihetta ei ole vielä huomioitu kansallisissa opetussuunnitelman perusteissa. Nanotieteen opetusta olisi tärkeää integroida osaksi kemian opetusta. Aikaisempien tutkimusten mukaan nanotiede kiinnostaa nuoria. Se myös huolestuttaa, varsinkin sen ympäristöön ja terveyteen liittyvät aiheet. Nanotieteen ja -teknologian opettaminen voisi lisätä nuorten kiinnostusta kemian opiskelua kohtaan ja lisätä keskustelua ajankohtaisten aiheiden ympärillä, jotka yhdistävät tieteen, teknologian ja yhteiskunnan (STS). Aihetta on vaikea käsitellä nykyisessä lukion kemian opetuksessa, sillä opetukseen soveltuvaa suomenkielistä materiaalia on vähän saatavilla. Tutkimuksen päätavoitteena oli kehittää kehittämistutkimuksen kautta verkkopohjaista opetusmateriaalia, joka on integroitavissa kemian opetukseen. Opetusmateriaalin tavoitteen on tuoda esille hiilen nanomateriaaleihin liittyvää kemiallista tietoa, mutta myös kemian ja nanotieteen merkitystä jokapäiväisessä elämässä. Tarvitaan verkko-oppimateriaalia, jolla on selkeä rakenne ja opetuksellinen päämäärä. Kehittämistutkimukseen kuuluu kolme osaa: (i) teoreettiseen ongelma-analyysi (ii) kehittämisprosessi ja (iii) kehittämistuotos. Teoreettisessa ongelma-analyysissä määriteltiin kehittämistutkimuksen tavoitteet. Siinä tutustuttiin nanotieteen ja -teknologian tutkimukseen ja niiden opetuksen aikaisempaan tutkimukseen. Lisäksi siinä perehdyttiin kolmeen hiilen nanomateriaaliin: fullereeneihin, hiilinanoputkiin ja grafeeniin. Tutkimuksen kehittämisprosessissa kuvattiin prosessin eteneminen ja siinä tehdyt kehittämispäätökset. Kehittämistuotosvaiheessa esitettiin kehittämisprosessissa suunniteltu materiaali. Opetusmateriaali julkaistiin verkossa (www.nanohiiliblog.wordpress.com), ja se arvioitiin laadullisen tapaustutkimuksen avulla. Luonnontieteiden opettajia pyydettiin vastaamaan oppimateriaalia koskevaan kyselytutkimukseen. Siinä kerättiin tietoa opettajien käsityksistä aiheesta ja mielipiteitä materiaalin käyttökelpoisuudesta lukion kemian opetukseen. Luonnontieteiden opettajien mielestä kehitetty opetusmateriaali on hyödyllinen lukion kemian opetukseen. Siinä käsitellään useita nanotieteen opetuksen tärkeimpiä aiheita. Opettajien mielestä hiilen nanomateriaaleja voi integroida useisiin lukion kemiassa opetettaviin aiheisiin ja materiaalia voi hyödyntää monella tavalla. Kemian tiedon lisäksi opetusmateriaali sisältää tärkeitä arkielämän esimerkkejä sekä tietoa nanotieteen hyödyistä ja haitoista.
  • Rajala, Tapio (Helsingin yliopisto, 2019)
    Molekyylimallien kehittäminen kolmiulotteisen tulostuksen (3D-tulostus) avulla sisältää vaiheita, jotka vaativat tietotekniikan, tulostimen ja fyysisten kappaleiden viimeistelyn hallintaa. Lisäksi prosessi edellyttää ymmärrystä molekyylimallinnuksesta sekä molekyylien ominaisuuksista. Tässä tutkimuksessa perehdytään asioihin, joita tulee ottaa huomioon laadukkaiden fyysisten molekyylimallien kehittämisprosessissa. Kolmiulotteinen tulostus tekniikkana mahdollistaa uudenlaisten pedagogisten tuotteiden kehittämisen, mutta sisältää myös rajoitteita. Tässä tutkimuksessa selvitetään myös oppimateriaalin tuottamiseen liittyviä mahdollisuuksia ja haasteita. Pedagogisen tuotteen käytännön soveltamisen selvittämiseksi toteutettiin empiirinen testi, jossa arvioitiin kehitettyjen molekyylimallien hyödyntämistapoja ja laatua optisen isomerian tehtävissä. Optinen isomeria valittiin kontekstiksi, koska arvioitiin, että laadukkailla ja tarkoilla kolmiulotteisesti tulostetuilla molekyylimalleilla voisi olla käytännön hyötyä aiheen opiskelussa. Tätä kehittämistutkimusta ohjasivat seuraavat tutkimuskysymykset: • Millaisia asioita tulee ottaa huomioon tarkkojen ja laadukkaiden molekyylimallien 3D-tulostusprosessissa? • Millaisia mahdollisuuksia ja haasteita 3D-tulostettujen molekyylien opetuskäyttöön liittyy? o Mitkä ovat tulostamisen ajalliset ja taloudelliset kustannukset? o Millaiseksi oppilaat arvioivat molekyylimallien laadun? • Miten oppilaat hyödyntävät fyysisiä molekyylimalleja stereoisomerian tehtävissä? Tämä tutkimus toteutettiin kehittämistutkimuksena, koska tutkimusmenetelmä mahdollistaa käytännönläheisen lähestymisen optisen isomerian opetukseen siten, että sillä voidaan luoda käyttöönotettavia oppimateriaaleja todelliseen tarpeeseen. Tutkimuksessa selvisi, että 3D-tulostuksen avulla voidaan luoda kustannuksiltaan kohtuullisia, toimivia ja visuaalisia molekyylimalleja optisen isomerian opetukseen. Kehitettyjä molekyylimalleja hyödynnettiin optisen isomerian oppimistehtävissä monipuolisesti, kunhan tehtävänanto oli suunniteltu siten, että niiden käyttö oli tarpeellista. Tässä tutkimuksessa käytetty menetelmä fyysisten molekyylimallien tuottamiseksi osoittautui kuitenkin työlääksi ja aikaa vieväksi, joten jäi perusteltu epäily käytännön soveltuvuudesta opetustyöhön. Myös SLA-tulostustekniikalle, jota tutkimuksessa käytettiin, löytyy parempia vaihtoehtoja turvallisuusnäkökulmasta. Oppimateriaalin kehitysprosessista selvisi erityisesti se, että 3D-tulostettujen sovellusten kehittäminen voi olla aikaa vievä prosessi ja sisältää useita, pieniä kehittämissyklejä, joihin löydetään ratkaisu yritys-erehdys-menetelmällä kokeillen.
  • Tammi, Katariina (Helsingin yliopisto, 2019)
    Lukion opetussuunnitelma uudistettiin vuonna 2015, mikä johti tarpeeseen kehittää opetussuunnitelman toteutuksen tueksi uusia opetusmateriaaleja. Tässä kehittämistutkimuksessa kartoitetaan opettajien mielipiteitä ja tarpeita ja luodaan niiden pohjalta materiaalia tutkimuksellisen kokeellisuuden tekemiseen lukion kemian kursseilla. Kokeellisuus voidaan jakaa neljään tasoon sen mukaan, miten paljon vastuuta oppijalle annetaan tutkimuskysymyksen, työn toteutuksen ja tulosten tulkinnan osalta. Tasolla 0 opettaja määrittää nämä kaikki kolme, mukaanlukien kokeellisen työn oikean lopputuloksen. Tasolla 1 opettaja määrittää tutkimuskysymyksen ja työn toteutuksen, mutta jättää tulosten tulkinnan oppijalle. Tasolla 2 opettaja määrittää tutkimuskysymyksen, mutta työn toteutus ja tulosten tulkinta jää oppijalle. Tasolla 3 kaikkien osaalueiden vastuu on siirretty oppijalle. Tasot 1-3 lasketaan tutkimukselliseksi kokeellisuudeksi, sillä niissä annetaan oppijalle aktiivinen rooli tutkimuksen teossa. Tässä tutkielmassa käytettiin menetelmänä kehittämistutkimusta, jonka ongelma-analyysinä toteutettiin kysely lukion kemian opettajille. Yhteensä 63 opettajaa vastasi kyselyyn ja tulosten perusteella arvioitiin opettajien käsityksiä tutkimuksellisuudesta sekä toiveita uusien tutkimuksellisten töiden osalta. Kyselyyn pystyi vastaamaan suomeksi tai ruotsiksi. Opettajien toivomista aiheista tiivistettiin aineistolähtöisen analyysin keinoin lista toivotuimmista aiheista uusille tutkimuksellisille töille sekä selostukset tutkimuksellisuuden hyödyistä ja haasteista. Näihin tuloksiin pohjautuen valittiin kaksi aihetta, joihin kehitettiin tutkimukselliset kokeelliset työohjeet. Työohjeita testattiin Kemianluokka Gadolinissa vierailevien lukioryhmien kanssa ja paranneltiin opiskelijoiden palautteen sekä ohjaajan havaintojen pohjalta. Opettajien kaksi eniten toivomaa töiden aihetta olivat orgaaniset reaktiot sekä aineen ominaisuudet. Ensimmäiseen aiheeseen kehitettiin tutkimuksellinen työ etanolin hapettumisesta. Työssä hapetetaan etanolia hehkuvalla kuparilangalla ja verrataan saatua reaktiotuotetta opiskelijoiden valitsemiin vertailunäytteisiin. Lopullinen työohje on tasolla 1, sillä siinä annetaan aika tarkat ohjeet hapetusreaktioon sekä aineiden tutkimiseen Tollensin reagenssin avulla. Toiseksi työksi valikoitui kasvien väriaineiden uutto, jonka toteutus onnistuu täysin myrkyttömillä aineilla. Työn ohjeistus säädettiin tasolle 2, jolloin opettaja antoi tutkimuskysymyksen ja valikoiman välineitä ja reagensseja. Opiskelijat pääsivät soveltamaan osaamistaan erotusmenetelmistä ja tutkimaan poolisuuden merkitystä käytännössä. Kyselyn tuloksista ilmeni, että opettajat käyttivät kokeellisuutta pääosin tasoilla 0 ja 1. Opettajat tunnistivat tutkimuksellisen lähestymistavan hyödyt muun muassa opiskelijoiden motivointina, teorian havainnollistamisen keinona ja vaihteluna opetukseen. Suurimpia tutkimuksellisuuden haasteita olivat rajalliset resurssit, opiskelijoiden ominaisuudet sekä kokeellisen työn ominaisuudet. Näihin kuuluivat muissakin tutkimuksissa esiin nousseiden suurten ryhmäkokojen ja ajanpuutteen lisäksi huoli opiskelijoiden kykyjen ja motivaation riittävyydestä. Opiskelijoiden ominaisuuksiin vetoaminen tutkimuksellisen työskentelyn haasteena on uusi ilmiö, jota varmasti kannattaisi tutkia enemmän. Kehittämistutkimukselle tyypilliseen tapaan aineistoa kertyi paljon ja siitä jouduttiin rajaamaan osia pois järkevän kokonaisuuden luomiseksi. Jotta kehittämissykli kulkisi lähtötilanteeseen saakka, olisi tutkimusta pitänyt jatkaa vielä selvittämällä opettajien mielipiteet luoduista työohjeista. Tutkimus jää kuitenkin opiskelijoiden palautteen tasolle. Jatkotutkimuksen kannalta mielenkiintoisia esiin nousseita aiheita olivat esimerkiksi voidaanko opettajien käsitystä opiskelijoiden kyvystä tehdä tutkimuksellisia töitä muuttaa koulutuksen avulla tai miten paljon suomenkielisten ja ruotsinkielisten opettajien näkemykset ja käytännöt eroavat toisistaan tutkimuksellisuuden osalta.
  • Linnavuori, Ilona (Helsingfors universitet, 2016)
    Luonnontieteellinen yleissivistys on kemian opetuksen päätavoitteita. Luonnontieteellisesti lukutaitoinen aikuinen kykenee lukemaan kriittisesti ja ymmärtämään tavalliselle kansalle suunnattuja lehtiartikkeleita ja muita tekstejä, jotka sisältävät kemiaan liittyvää sisältöä. Koska arjessa moni kohtaa kemiaan liittyvää informaatiota lähinnä median kautta, voidaan luonnontieteelliseen yleissivistykseen kuuluvaa luonnontieteellistä lukutaitoa pitää jokaisen kansalaisen kannalta merkittävänä taitona. Se on myös kemian opetuksen tärkeä tavoite uudistuneessa Perusopetuksen opetussuunnitelman perusteissa. Tässä kehittämistutkimuksessa perehdyttiin yläkoulun kemian opetuksen nykytilaan luonnontieteellisen lukutaidon näkökulmasta. Pääpiirteissään se sisältää kaksi osaa: 1) empiirisen ongelma-analyysin (nk. tarveanalyysin) ja 2) tutkimuspohjaisen oppimateriaalin kehittämisen. Empiirisen ongelma-analyysin tavoitteena oli kartoittaa, miten yläkoulun kemian opettajat tällä hetkellä hyödyntävät valmiiden kemian opetusmateriaalien ulkopuolisia kirjallisia aineistoja opetuksessaan sekä miten tämänhetkinen yläkoulun kemian opetus tukee oppilaiden luonnontieteellisen lukutaidon kehittymistä. Tutkimuskirjallisuuden ja tutkimuksen empiirisen ongelma-analyysin pohjalta kehitettiin oppilaiden luonnontieteellisen lukutaidon kehittymistä tukeva, elintarvikkeiden lisäaineisiin liittyvä oppimateriaali yläkoulun kemian opetukseen. Empiirinen ongelma-analyysi toteutettiin yläkoulun kemian opettajille suunnattuna kyselylomaketutkimuksena, johon vastauksia saatiin 42 kappaletta. Vastausten perusteella näyttää siltä, että yläkoulun kemian opettajat käyttävät erilaisia valmiiden kemian opetusmateriaalien ulkopuolisia kirjallisia aineistoja (esim. sanoma- ja aikakauslehtiartikkelit, Wikipedia-artikkelit, yritysten julkaisut) opetuksessaan. Pääasiassa näiden käytön tavoitteet liittyvät kemian arkielämän yhteyksien havainnollistamiseen, lisätiedon tarjoamiseen, oppilaiden kiinnostuksen tukemiseen sekä ajankohtaisten aiheiden esilletuomiseen. Oppilaiden luonnontieteellisen lukutaidon kehittäminen saa kemian opetuksessa vähemmän huomiota. Tutkimuksessa kehitetyssä tutkimuspohjaisessa oppimateriaalissa pohditaan muun muassa sen sisältämien tekstien kirjoittajien tarkoituksia, arvioidaan teksteissä esitettyjen väitteiden luotettavuutta sekä niissä mahdollisesti esiintyviä puutteita. Vastaavanlaista oppilaiden luonnontieteellisen lukutaidon kehittämiseen suunnattua valmista oppimateriaalia ei opettajille suunnatun kyselyn perusteella ole juuri tarjolla. Kehitetty oppimateriaali, opettajille suunnattu aineisto ja tutkielman teoreettinen viitekehys antavat toisaalta pohjatietoa ja ideoita myös oppimateriaalin ulkopuolisten, kemiaan liittyvien mediatekstien kriittiseen tarkasteluun ja tätä kautta oppilaiden luonnontieteellisen lukutaidon kehittämiseen.
  • Rantaniitty, Toni (Helsingfors universitet, 2014)
    Mausteet ovat ihmiselle tärkeitä elintarvikkeita, koska ne sisältävät erilaisia kemiallisesti vaikuttavia ainesosia. Mausteiden kemiaa opettamalla voidaan yhdistää oppijan arkielämä ja kemia toisiinsa kontekstuaalisen oppimisen avulla. Oppijan kemiakuvan ja kiinnostuksen tukeminen ovat keskeisessä asemassa valtakunnallisessa Peruskoulun opetussuunnitelmien perusteissa (2004). Aikaisemman tutkimustiedon perusteella oppijat pitävät luonnontieteitä tärkeinä, mutta eivät ole kiinnostuneita kyseisistä oppiaineista. Kiinnostuksen puute on maailmanlaajuinen ongelma erityisesti jatko-opintoihin hakeutumisen osalta. Tässä kehittämistutkimuksessa laadittiin kontekstiin, konstruktivistiseen oppimiseen ja linjakkaaseen opetukseen perustuva verkko-oppimateriaali peruskoulun 7.-9.luokille. Tutkimus sisälsi seuraavat vaiheet: a)teoreettinen ongelma-analyysi, b)tarveanalyysi, c) oppimateriaalin laatiminen, d)oppimateriaalin arviointi ja e) oppimateriaalin kehittäminen arvioinnista saadun palautteen perusteella. Tutkimusta ohjasi kaksi pääkysymystä: 1) Miten mausteiden kemiaa opetetaan peruskoulussa? ja 2) Minkälainen on hyvä verkko-oppimateriaali? Ensimmäiseen tutkimuskysymykseen etsittiin vastausta suorittamalla peruskoulun kemianoppikirjoille tekstien osalta sisällönanalyysi. Oppimateriaali laadittiin peruskoulun oppilaiden käyttöön sisällönanalyysin tulosten sekä teoreettisen ongelma-analyysin ja linjakkaan opetuksen perusteella. Oppimateriaali sisältää mausteiden kemian teoriaa,erilaisia tehtäviä (esimerkiksi kokeellisuutta ja pohdintatehtäviä) sekä kuvia ja videoita. Toiseen tutkimuskysymykseen etsittiin vastausta arvioimalla oppimateriaali opettajille ja opettajaopiskelijoille lähetetyn kyselylomakkeen avulla. Verkko-oppimateriaalin arvioi yhteensä 32 opettajaa ja opettajaopiskelijaa. Linkit verkkomateriaaliin ja kyselylomakkeeseen lähetettiin sähköpostilla kemian opettajille tarkoitetun tiedotuskanavan kautta. Vastaajat arvioivat verkkomateriaalin ulkoasun hyväksi ja hankalaksi koettua navigointia on kehitettävä jatkossa.
  • Asikainen, Toni (Helsingfors universitet, 2016)
    Muovit ovat materiaaleina hyvin suosittuja niiden halpuuden ja monikäyttöisyyden takia. Suomessa on tullut vuoden 2016 alusta voimaan asetus, joka tiukentaa muovien keräyksen ja kierrätyksen toteutusta. Aihe onkin ajankohtainen ja se sisältyy kestävän tulevaisuuden rakentamisen kanssa lukion opetussuunnitelmien perusteiden sisällöllisiin tavoitteisiin. Ongelmalähtöinen oppiminen on oppilaslähtöinen opetusmenetelmä, jossa oppimisen pohjana käytetään käytännöstä nousevia ongelmia. Opetusmenetelmä sisältää aina käsiteltävän ongelman, itseopiskelun ja tiedonkokoamisen. Ongelmalähtöinen oppiminen, kuten myös lukion opetussuunnitelmien perusteiden oppimiskäsitys, on konstruktiivisen oppimiskäsityksen mukainen. Tutkimus toteutettiin kaksisyklisenä kehittämistutkimuksena, jonka tavoitteena oli kehittää ongelmalähtöistä oppimateriaalia muovien kierrätyksen opettamiseen lukion kemian opetuksessa. Tutkimus sisälsi tarveanalyysin, teoreettisen ongelma-analyysiin ja oppimateriaalin kehittämisen, arvioinnin ja jatkokehittämisen. Empiirisessä ongelma-analyysissä selvitettiin miten muovien kierrätystä opetetaan lukiossa. Tämä toteutettiin suorittamalla valituille lukion oppikirjoille sisällönanalyysi. Tulosten mukaan aihe käsitellään lukion neljännessä kemian kurssissa materiaalien ja polymeerien yhteydessä. Kierrätyksessä käytettäviä eri menetelmiä ei kirjoissa juurikaan nimellisesti esitelty, vaikka osaa kuvailtiinkin teksteissä. Aiheeseen liittyviä tehtäviä löytyi joka kirjasta, mutta ne eivät käsitelleet aihetta kokonaisuutena ja yhtään kokeellista tehtävää ei aiheesta löytynyt. Teoreettisessa ongelma-analyysissä tutkittiin muoveihin, niiden kierrätykseen, niiden opetukseen, ympäristöopetukseen ja ongelmalähtöiseen oppimiseen liittyvää tutkimuskirjallisuutta. Tämän ja empiirisen ongelma-analyysin pohjalta kehitettiin ongelmalähtöisen oppimisen mukaisia tehtäviä ja niiden tueksi verkko-oppimateriaalia muovien kierrätyksestä. Tehtävät käsittelevät muovien kierrätystä Suomessa, muoveja merissä ja muovien hajoamista luonnossa. Verkkomateriaali on suunniteltu niin, että se ei anna suoria vastauksia kehitettyihin tehtäviin, vaan se toimii pohjana tarkemmalle tiedonhaulle. Tutkimuksen toisessa syklissä kehitettyä oppimateriaalia arvioitiin opettajille suunnatulla verkkokyselyllä. Verkkokyselyllä kartoitettiin materiaalin kehityskohteita ja saadun palautteen avulla materiaalia jatkokehitettiin. Kyselyn perusteella vastaajat pitivät ongelmalähtöistä oppimista hyvänä lähestymistapana muovien kierrätyksen opettamiseen ja kehitettyjä tehtäviä ja materiaalia soveltuvana opetukseen ehdotettujen korjausten jälkeen. Opettajien oppaita ja apua tiedonhakuun-osiota pidettiin hyvin hyödyllisinä ja onnistuneina. Tärkeimpinä kehityskohteina pidettiin sisällön tarkastusta asiantuntijalla, ulkoasun parantamista, kuten kuvien lisäämistä, ja tekstin rakenteen selkeyttämistä. Materiaali olisi jatkossa hyvä testata oppilailla, jotta näkisi miten se toimisi oikeassa koulukontekstissa ja millaista oppimista sen avulla on mahdollista saada aikaan.
  • Meriläinen, Sonja (Helsingfors universitet, 2016)
    Uudet opetussuunnitelman perusteet asettavat tavoitteeksi itseohjautuvan, tekemiensä havaintojen pohjalta kriittiseen ajatteluun kykenevän oppilaan. Jotta tähän päästäisiin, on opetuksessa pyrittävä siirtymään entistä enemmän oppilaskeskeiseen opetukseen. Erilaiset oppimisympäristöt, vaihtelevat työtavat ja digitaalisten välineiden käyttö opetuksessa ovat myös oleellisia. Tämän Pro gradu-työ pohjautuu näihin tarpeisiin. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jossa kehitettiin mustikan ja puolukan kemiaa kontekstina käyttävä ja kokeellisiin kotitehtäviin nojaava verkkomateriaali. Mustikka ja puolukka ovat miltei jokaiselle suomalaiselle tuttuja, mutta niiden kemiaa käsitellään kouluissa suppeasti. Nämä marjat sisältävät runsaasti ravintoaineita sekä kemiallisia yhdisteitä, joiden terveysvaikutuksia on tutkittu runsaasti. Mustikka ja puolukka ovat raaka-aineina jokaisen saatavilla ja niiden käyttöä kokeellisissa kotitehtävissä tukee myös niiden vaarattomuus. Tämä kehittämistutkimus toteutettiin yhdessä kehittämissyklissä. Se sisältää teoreettisen ja empiirisen ongelma-analyysin, joiden pohjalta on kehitetty kehittämistuotos. Empiirinen ongelma-analyysi suoritettiin oppikirja-analyysillä ja opettajille suunnatulla lomaketutkimuksella. Toinen sykli kehittämistutkimuksessa olisi vaatinut kehittämistuotoksen testauksen oppilasryhmällä. Kehittämistuotos löytyy osoitteesta: https://marjojenkemia.wordpress.com/mustikan-ja-puolukan-kemiaa/
  • Vilen, Heli (Helsingfors universitet, 2015)
    Orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktiot ovat yksi keskeisimmistä reaktiotyypeistä orgaanisessa kemiassa. Nämä reaktiot ovat tärkeä orgaanisen kemian sisältö myös lukion opetussuunnitelman perusteissa. Kokeellisuus on kemialle luonteenomainen tiedonhankintamenetelmä, ja lukion opetussuunnitelman perusteiden mukaan sen tulee olla luonteenomaista myös kemian opetukselle. Laboratorio on hyvin uniikki oppimisympäristö, joka mahdollistaa abstraktien käsitteiden havainnollistamisen ja tätä kautta niiden oppimisen. Varsinaisten opetettavien sisältöjen lisäksi laboratoriosta voi parhaimmillaan oppia muun muassa ongelmanratkaisukykyä, luovuutta, kriittisyyttä ja ryhmätyöskentelyn taitoja. Kaikki nämä taidot ovat osa lukion opetussuunnitelman perusteiden arvopohjaa sekä kriittisen ja vastuullisen kansalaisen kasvatusta. Tässä kehittämistutkimuksessa tutkittiin sitä, millaista kokeellisuutta orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden opetuksessa käytetään. Ongelma-analyysi jaettiin kahteen osaan: teoreettiseen ja empiiriseen. Teoreettinen ongelma-analyysi suoritettiin perehtymällä orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioihin, kokeellisen kemian opetuksen sekä orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden oppimisen ja opettamisen tutkimuskirjallisuuteen. Empiirinen ongelma-analyysi toteutettiin tarveanalyysinä valituista lukion oppikirjoista. Oppikirja-analyysista huomattiin, että orgaanisten yhdisteiden hapetus-pelkistysreaktioiden kokeelliset työt keskittyivät täysin hapettumiseen, josta vielä suurelta osin alkoholien hapettumiseen. Suurimmassa osassa hapetustöitä reagenssina käytettiin karsinogeenisuutensa vuoksi kouluissa kiellettyä reagenssia. Oppikirjoissa ei ollut yhtään työtä, joka olisi liittynyt orgaanisten yhdisteiden pelkistymiseen. Lisäksi kaikki työt olivat luonteeltaan keittokirjamaisia. Teoreettisen ongelma-analyysin perusteella kokeellista työskentelyä voi harjoittaa neljän eri laboratoriopedagogian mukaan. Näistä selvästi suosituin on keittokirjamainen tyyli, jossa opiskelija suorittaa työn reseptinomaisesti. Tämä ei kuitenkaan mahdollista lainkaan opiskelijan omien ideoiden kehittelyä tai testausta eivätkä työt näin tue mielekästä oppimista. Ne eivätkä myöskään ole nykyisen konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaisia, jonka mukaan oppiminen vaatii aktiivista tiedonkäsittelyä ja tulkintaa. Tutkijat ovat ehdottaneet yhdeksi mahdolliseksi ratkaisuksi tutkimuksellista lähestymistapaa. Ongelma-analyysien tuottamien tulosten pohjalta syntyi kolme tutkimuksellista, kokeellista työtä ja niihin työohjeet. Yhdessä työssä tutkitaan avoimen tutkimuksellisuuden avulla hedelmien tummumista, toisessa suunnitellaan oma tutkimus alkoholien hapettumisesta annetun materiaalin pohjalta ja kolmannessa tehdään orgaaninen synteesi, jossa bentsaldehydi hapetetaan bentsoehapoksi uuden, turvallisemman hapettimen avulla. Teorian haastavuuden sekä tutkimuksellisuuden aste vaihtelee töiden välillä. Lukion uuden opetussuunnitelman perusteiden myötä opiskelijaa osallistavan ja mielekästä oppimista edistävän tutkimuksellisen kokeellisuuden rooli tulee yhä keskeisemmäksi, joten sen periaatteita noudattavien töiden kehittäminen on kemian opetuksen tulevaisuuden kannalta tärkeää.