Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta: Recent submissions

Now showing items 1-20 of 2298
  • Rajan, Nandita (Helsingin yliopisto, 2019)
    Nitrous oxide (N2O), a major greenhouse gas and long-lived trace gas has been increasing in concentration in the atmosphere since the 1900s. Natural sources including soils account for approximately 62% of the total N2O emitted annually into the atmosphere. Biological processes lead to the production and consumption of nitrous gases in soils. Denitrification, the anaerobic reduction of nitrate to dinitrogen (N2), produces N2O as one of the intermediate volatiles. This process is driven by soil environmental factors such as temperature, moisture and nutrient availability as well as various underlying factors. Anthropogenic activities greatly affect these processes. Boreal peat soils are an important source of nitrous gases due to high content of soil nutrients (carbon and nitrogen) and drained peat soils can become potential ‘hotspots’ for N2O emissions. The environmental factors regulating the emissions are complex and remain unclear. The aim of this study is to investigate the importance of these factors on the emissions of N2O and N2, from drained peatland soil under changing temperature and moisture using measured data and process modelling. Soil samples from drained peatland sites in Southern Finland were collected, the N2 and N2O direct fluxes were measured using the helium-gas-flow soil-core method. To further examine the importance of different factors on the nitrous gas emissions in drained organic soil, a dynamic process-based model, CoupModel was used to simulate similar conditions as those in the laboratory experiment setup for measurement of the fluxes. The model includes a number of parameters which aim to quantify the detailed nitrification-denitrification process. A simple parameterization method was used to define parameter values and estimate the emissions based on the experimental conditions and known soil properties. Parameters were carefully selected and tested for their impact on the N-emissions. Key parameters and factors determining the soil N2O and N2 emissions were thus identified. The results show that nutrient-rich Lettosuo peat produced relatively high N2O (6 x 10-4 g N m-2 day-1) and N2 emission (2.6 x 10-3 g N m-2 day-1) on average as compared to nutrient poor Kalevansuo peat, which showed uptake of N2O (-1.5 x 10-5 g N m-2 day-1) and low N2 emission (0.7 x 10-3 g N m-2 day-1) on average. A significant response to changes in soil environmental conditions, temperature and moisture, was observed in both sites. The model output was consistent with the measurements of abiotic (soil temperature and soil moisture) and biotic responses (soil respiration). The model explained 53% of the variability in measured N2O emissions of the nutrient-rich soil. The dynamics of N2O and N2 emissions were simulated successfully by the model but included overestimation (up to 88%) in the case of N2O. The optimum soil water content for N2O production was between 80-85% vol. Most of the N2O and N2 emissions occurred under anaerobic conditions and hence originated from denitrification. In conclusion, denitrification is the main source of N2O in drained peat soils and soil temperature and water content regulating soil oxygen along with nutrient availability are the major factors influencing this process. Management practices as well as climate change can potentially influence these factors thus leading to changes in the greenhouse gas emissions origination from soils.
  • Santala, Marianne (Helsingin yliopisto, 2019)
    Tämä työ on tapaustutkimus, joka tarjoaa yhdenlaisen toimintamallin siihen, miten sosiaalista mediaa voi käyttää ilmastotieteen ja –viestinnän edistämiseen. Ilmastonmuutos on lähes päivittäin esillä populaarissa mediassa, mutta kansalaisten luottamus tieteeseen perustuvaan ilmastotietoon on silti puutteellista ja tutkijoiden ääni uupuu julkisesta keskustelusta. Tämä tutkielma tuottaa viestinnän, kansalaistieteen ja ilmastokasvatuksen aiempaan tutkimukseen perustuen tietoa siitä, miksi vuorovaikutteinen ilmastoviestintä ja kansalaistiede voivat olla hyviä keinoja edistää ilmastotiedettä ja kasvattaa suuren yleisön luottamusta sitä kohtaan. Työ havainnollistaa toimintamallin käyttöesimerkkien avulla luonnontieteelliseen aineistoon sekä viestinnän ja kasvatuksen teorioihin perustuen, miten toimintamalli voi lisätä ilmastotieteen ja sen tutkimusmenetelmien sekä ilmastojärjestelmän ja ilmastonmuutoksen ymmärrystä. Tutkimuksen kohteena on kansalaisia ja tutkijoita osallistava vuorovaikutteisen ilmastoviestinnän ja kansalaistieteen palvelukokonaisuus, joka mahdollistaa suoran ja vastavuoroisen kommunikaation tutkijoiden ja kansalaisten välillä. Toimintamallin ydin on verkossa toimiva sosiaalisen median sovellus, joka mahdollistaa kaksisuuntaisen viestinnän. Sen lisäksi kokonaisuuteen kuuluu työpajatoimintaa, jossa toteutetaan kansalaistiedettä osallistamalla kansalaisia tutkimusprojektien ideointiin ja suunnitteluun. Vuorovaikutus tukee kansalaisten ilmastokasvatusta ilmiöpohjaisesti tarjoten poikkitieteellistä, yleistajuista ja arkeen helposti sovellettavaa ilmastotietoa. Vuoropuhelu mahdollistaa kansalaisten tarpeiden ja motiivien huomioimisen, mikä kasvattaa viestinnän vaikuttavuutta. Erityisesti henkilökohtainen kasvokkain tapahtuva vuorovaikutus tehostaa osallistujien sitoutumista, yhteenkuuluvuuden tunnetta ja tulosten pysyvyyttä. Toimintamalli tarjoaa tutkijoille helpon ja vaivattoman kanavan esitellä tutkimusta ja tuoda äänensä julkiseen keskusteluun. Verkostoyhteiskunnassa läsnäolo sosiaalisessa mediassa ja julkisissa keskusteluissa on ensisijaisen tärkeää mielipidevaikuttamisen kannalta. Kuuntelemalla kansalaisia voivat tutkijat tuottaa tietoa, joka on helpommin sovellettavissa yhteiskunnan hyödyksi. Ilmastontutkimus, ilmastonmuutoksen hillintä ja muutokseen sopeutuminen vaativat moniammatillista ja sektoreiden välistä yhteistyötä, jota tämä toimintamalli tukee. Toimintamalli on skaalattavissa kansainväliselle tasolle, joten sillä on potentiaalia edistää myös kansainvälistä yhteistyötä.
  • Salokivi, Jouni (Helsingin yliopisto, 2019)
    The aim of this Master’s thesis is to study the local and remote effects of the Arctic sea ice decline on atmospheric circulation in the Northern Hemisphere in the Eurasian continent. The climate in the Arctic area has been getting warmer due to global warming and the Arctic Amplification enhancing its effect. This has caused a decline in the Arctic sea ice extent and thickness, and a lengthening of the melting season. Local effects of the sea ice decline have been the rise in surface air temperature, increase in sensible and latent heat fluxes from the ocean, increase of moisture in the troposphere and therewith increase in cloudiness and precipitation. This has also caused more turbulence and smaller stratification in the lower troposphere, and an increased boundary layer thickness. A warmer Arctic area and a consequent sea ice decline has decreased the meridional pressure field height gradient and thereby the westerly geostrophic wind in the upper troposphere. The jet stream trajectory has become more meridional and meandering, which resembles the negative phase of the NAO/AO index. This has advected in winter warm air to the Pole and cold air to the Eurasian continent. Blocking highs over the Atlantic and Siberia have further advected cold air to the continent with cold and snow-rich winters as a result. In China the effect has been a more stable lower troposphere with less cyclone activity in winter whereas in spring the sea ice decline has brought lower temperatures and a weakening of the East Asian Jet. In summer Europe has experienced higher precipitation and eastern Asia a strengthening of the Eastern Asia Summer Monsoon. Different studies have suggested different mechanisms for this. Effects in autumn have been mainly the same as in winter, with weather patterns similar to the negative phase of the NAO/AO index. As a conclusion, it was found in the study that the decline in Arctic sea ice has had quite expected, better understood local effects. The results on remote effects are still partly controversial and not as well comprehended. A decrease in the meridional pressure gradient seems to have effects in several seasons and geographical regions through changes in tropospheric cold/warm advection and in jet stream strength and trajectories. Longer and more accurate data series and more studies with enhanced models are needed in the future in order to get a better understanding of the mechanisms and to separate them from other sources of atmospheric variability.
  • Elliott, Todd (Helsingin yliopisto, 2019)
    An investigation into switchable polarity ionic liquids was carried out to find greener alternative substituents and still obtain a switchable polarity ionic liquid. First for fluorinated compounds (fluorinated alcohol and amine) with a non-fluorinated hydroxylamine to form a mixed carbamate, then replacing the superbase with a basic tertiary (or secondary) amine. The trigger molecule for switching polarity was CO2. It was found that O-hexylhydroxylamine was a suitable replacement for fluorinated ethanol and fluorinated ethylamine to work with DBU (superbase) to form a switchable polarity ionic liquid. The three amines of triethylamine (TEA), diisopropylethylamine (Hünigs base) and diisopropylamine (DIPA) were inconclusive or unsuccessful. Both TEA and DIPA require further alternative analysis for a conclusive result while Hünigs base was proven to be unsuccessful. These reaction products were characterised with 1H and 13C NMR and ReactIR spectral data. Synthesis of hydroxylamine was also approached for a greener improvement. A new synthesis method is demonstrated that is successful using water and methylamine in ethanol working on reaction equilibria. The new method proposed had a yield of 29.1%, while the patent literature method that used hydrazine monohydrate (which is highly toxic and unstable unless in solution) gave a yield of 54.3% of hydroxylamine. A secondary investigation was also undertaken in to basicity effects of caesium carbonate on the CO2 addition to aniline, with and without a superbase present. The superbase used was tertramethylguanidine (TMG). Aniline, p-nitroaniline and p-methoxyaniline were tested for CO2 addition by formation of an amide peak in ReactIR. There was formation of the amide peak with caesium carbonate, though not as much as with the already known TMG. A concentration series of caesium carbonate and TMG in aniline was also devised to observe the effect the added caesium carbonate had on the aniline-TMG system in absorbing CO2. This was also analysed using ReactIR spectra. It was seen generally that by increasing the concentration of both/either TMG/Cs2CO3 there is an increase in carbamate. However further concentration series data is required before a generalised rule can be defined.
  • Otaki, Miho (Helsingin yliopisto, 2019)
    In terms of nuclear waste management, the behavior of radionuclides with long half-lives, such as I-129, is of special concern especially for the final depository of nuclear waste. In addition, generally speaking, iodine is highly mobile and easily transferable to the natural environment. Furthermore, because iodine is an essential element for the synthesis of thyroid hormones, it accumulates in the human thyroid. Thus, radioactive iodine can also be the greatest potential danger of dose uptake for humans. Among many kinds of iodine species, it is rather challenging to separate iodate selectively from other anions and thus it is necessary to investigate new materials which can adsorb iodate efficiently for the removal of radioactive iodine. In this study, the iodate adsorption ability of hydrous zirconia has been investigated. Hydrous zirconia has been reported as an anion-exchanger, and because of its stability, this material is a promising candidate for selective iodate removal from radioactive waste solutions. White solid of hydrous zirconia was successfully synthesized with an amorphous structure. Its surface showed a character in between amphoteric and basic. The isotherm indicated that the material has a preference to adsorb iodate and the saturation value of adsorption was estimated to 1.8 mmol/g. The material showed lower uptakes as pH got higher. Among several competing anions tested, divalent sulphate ions suppressed the iodate adsorption to some extent due to higher affinity to the material surface. In a basic environment, boric acid also suppressed strongly the adsorption probably because of the formation of tetrahydroxyborate with hydroxide sites on the material surface. These suppressions of iodate adsorption became stronger as the concentration got higher. Post-heating at 400 °C resulted in the transformation of the material structure to tetragonal and a slight improvement of iodate adsorption rate. As the temperature of post-heating got higher, the structure became more monoclinic and showed the lower uptakes, which may be due to the loss of hydroxide sites. A column setup of the material with simulant of wastewater from Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant has been operating and approximately 11,000 bed-volume of the solution has been gone through, but still, the column is yet to reach a 100% breakthrough. Based on the results presented in this study, it can be concluded that synthesized hydrous zirconia showed clear iodate preference and a possible high performance for the waste treatment from nuclear power plants.
  • Bandini, Elena (Helsingin yliopisto, 2019)
    The aim of this work is to synthetize a series of thermoresponsive microgels that have never been reported before, based on strong polycations, and study their properties such as the change in volume in response to a temperature stimulus. Polymer microgels are interesting materials for practical applications as drug delivery systems, in separation techniques and catalysis. The interest on these materials arises from their physical properties of colloids combined with gel properties. The microgels presented in this work can undergo phase transitions not only in water but also in DMF/water mixtures. A crosslinked polymer that displays cloud point behaviour when heated forms a temperature-sensitive gel network. Cloud point is the temperature above which an aqueous solution of a water-soluble polymer becomes turbid in the case of polymer with LCST (Lower Critical Solution Temperature) behaviour. Upon heating such a gel, the gel shrinkage is observed by expelling water over a temperature range. The transition is largely driven by the entropy gain associated with the release of water from the network, and the concomitant collapse of the polymer chains. In addition, the size of the microgels is tuneable by adding NaCl at different concentration. The synthesis is carried out as a normal radical polymerization always in the same conditions except for the solvent mixture. The homopolymer, synthetized for comparison, is polymerized with RAFT (Reversible Addition-Fragmentation chain-Transfer) method. Nuclear Magnetic Resonance (NMR) confirmed the structure of the microgels validating the synthetic method. The hydrodynamic radius of the microgels after the addition of salty solutions at different concentration is determined by Dynamic Light Scattering (DLS). The thermo-responsive properties are investigated in terms of polarity using fluorescence and turbidity measurements and in terms of changes in volume calculated from the hydrodynamic radius with DLS at different temperature. The microgels show a thermo-responsive behaviour in the temperature range between 10 °C and 90 °C. In fact, the raise in temperature causes an increase in volume and hydrophobicity. Finally, it is reported a trend that follows the NaCl concentration of salt solutions added to the microgels. These microgels can be used for a wide range of applications, amongst them, they are useful support for metal nanoparticles for catalytic purposes. Here, AuNPs are formed directly on the microgel and the formation is ascertained by DLS and TGA (Thermogravimetric Analysis). Then, they are tested to effectively work during a catalysis experiment.
  • Chou, Hao-Wei (Helsingin yliopisto, 2019)
    Diblock copolymers, poly(lactide)-block-poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PiPOx-b-PLA) and n-octadecyl poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PiPOx-C18), were characterized using the steady-state fluorescence with two fluorescence probes, pyrene and (1,6-diphenyl-l,3,4-hexatriene) (DPH), to investigate the core structure of the particles formed by the polymers. The two enantiomers of PiPOx-b-PLA, which are PiPOx-PLLA and PiPOx-PDLLA, reflected very different features in terms of polarity of the micellar core and the partitioning equilibrium constants of pyrene (Kv). This suggests that the core of the particles formed by PiPOx-PDLLA has higher polarity due to high water content in the range of the polymer concentrations from 0.03 g/L to 3 g/L, and more pyrene molecules are bound to the particles. Furthermore, the core of the particles formed by PiPOx-PDLLA reveals rigidity lower than that of PiPOx-PLLA, which is supported by the low anisotropy value (r) of DPH. r did not change upon heating from 15 ⁰C to 65 ⁰C for the PiPOx-PLLA particles. A slight decrease of r occurred above 50 ⁰C for the PiPOx-PDLLA particle. The PiPOx-C18 micelles exhibit higher critical micellar concentration (CMC), smaller Kv, and softer core in comparison to the PiPOx-b-PLA micelles. These differences owe to the nature of the alkyl chain end. Loading and release of a hydrophobic drug, curcumin, to/from the PiPOx-PLLA and PiPOx-PDLLA micelles were investigated by means of the steady-state fluorescence. The release test was conducted using the dialysis bag method. The PiPOx-PDLLA particles encapsulated more curcumin with encapsulation efficiency (EE) value being 98% while the curcumin-to-polymer ratio was 1:20. Curcumin intake of the PiPOx-PLLA particles was lower under the same condition (EE = 56%). The PiPOx-PDLLA particles show excellent ability of trapping curcumin. PiPOx-PDLLA bear 70% of curcumin inside the dialysis bag after 50 h, whereas 40% of curcumin was discharged from dispersions of PiPOx-PLLA. Precipitation of curcumin was observed in presence of PiPOx-PLLA in 4 days. No curcumin precipitating from the PiPOx-PDLLA dispersion occurred and a decrease in the intensity of curcumin owed to the degradation of curcumin. Finally, all the phenomena observed are well illustrated by the hypothesis of the morphology of the particles formed by PiPOx-PLLA and PiPOx-PDLLA. The particle formed by PiPOx-PDLLA consists of a loose hydrophobic core with hydrated tails extending to the aqueous phase, whereas the core of PiPOx-PLLA particle is dense.
  • Battistuzzi, Cristina (Helsingin yliopisto, 2019)
    The large variety of shapes, functions, and conformations of proteins explains the challenges in protein identification and separation in solution. Gel electrophoresis, and more specifically SDS-PAGE, is an established technique applied to large proteins. Capillary gel electrophoresis offers the advantage of miniaturization coupled with higher speed of analysis and sample throughput. Protein analysis in silica capillaries is affected by the presence of charges on the silica surface, causing absorption, reliability and repeatability issues. Electroosmotic flow may also contribute, requiring buffer additives such as sodium dodecyl sulphate and dynamic or permanent coatings on the capillary wall. Coatings employed in capillary zone electrophoresis can be neutral or charged. They include copolymers such as poly((1-vinylpyrrolidone)-co-(2-dimethylaminoethyl methacrylate)), polyacrylamide, diazoresin as a coupling agent to form covalently bound coatings with polyvinyl alcohol, carboxyl fullerene and graphene oxide, and proprietary coatings. Capillary gel electrophoresis offers the advantages of a sieving matrix to enhance the separation of large proteins with similar charge-to-mass ratio. Dilute and semi-dilute polymer solutions with or without self-coating properties can be employed, such as polyacrylamide, polydimethyl acrylamide, and hydrophilic cellulose derivatives such as hydroxypropyl cellulose and hydroxyethyl cellulose. UV detection is enhanced by stacking techniques such as field-amplified sample stacking and the addition of sodium chloride to the sample. The focus of experimental laboratory works for this thesis was the identification of BSA, the lipoproteins HDL and LDL, and an apolipoprotein ApoB-100 using capillary gel electrophoresis. The polymer solution employed was cross-linked polyacrylamide. Instrumental factors such as run voltage, injection type, presence of sieving matrix and SDS in the BGE, sample concentration and presence of NaCl in the sample were examined. Repeatability was an issue throughout the study caused by current instability, although SDS in the BGE and addition of NaCl to the sample prior to injection had a positive effect. Stability of the BGE and the sieving matrix, together with addition of NaCl to the sample could be explored further.
  • Filipek, Adriana (Helsingin yliopisto, 2019)
    The conventional drugs administration causes severe side effects caused by the interactions with heathy cells or body components The development of drug delivery systems (DDS) aims to overcome side effects and improve target-ability to the site of actions. Lignin is a renewably-resourced natural biopolymer obtained as a by-product in wood processing. Recently, lignin has been extensively investigated due to its wide availability, cost-effective preparation, nanoscale size, biocompatibility, and biodegradability, suggesting the suitability in DDS applications. Melanoma is an aggressive cancer originated from the pigmented cells called melanocytes, which produce pigments: eumelanin and pheomelanin. High content of pheomelanin and increased pheomelanin to eumelanin ratio is correlated with higher possibility of melanoma development. About 75% of patients with melanoma arising from a genetic mutation have a mutation in codon 600 of exon 15 of the B-RAF gene (V600E), which enhances the activity of MAPK/ERK signaling pathway responsible for the cell proliferation. Vemurafenib is a B-RAF inhibitor disrupts this pathway and leads to the programmed cell death. In this study, vemurafenib-loaded lignin nanoparticles (v-LNPs) were developed and characterized. In vivo behavior was investigated in both immune and melanoma cell lines. The aim of this work was also to investigate possibility of simultaneous label-free detection of v-LNPs and pheomelanin by using Raman spectroscopy, time-gated Raman spectroscopy
  • Vasara, Leena (Helsingin yliopisto, 2019)
    Suuri määrä ydinvoimaloita on tulossa lähivuosina ja -vuosikymmeninä käytöstäpoisto vaiheeseen. Valtavasta käytöstäpoisto- ja purkamistöistä syntyy tuhansia tonneja jätettä. Osa tästä jätteestä on metallijätettä, joka voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen dekontaminoinnin jälkeen. Kirjallisuusosassa tarkastellaan erilaisia dekontaminaatiomenetelmiä sekä dekontaminoimisessa syntyvän happaman sekundäärisen liuosjätteen käsittelyä ioninvaihtimilla. Pääpaino on primääripiirien kemialliseen dekontaminaatioon soveltuvissa menetelmissä. Näistä CORD (Chemical Oxidation Reduction Decontamination) on yksi käytetyimmistä maailmalla. Tutkimuksen tavoitteena oli löytää ioninvaihtomateriaaleja, jotka pystyisivät tehokkaasti ottamaan Co-60:a ja Ni-63:a CORD tyyppisistä dekontaminaatioliuoksista. Co-60 ja Ni-63 esiintyvät yleisesti primääripiirien korroosiokerroksissa. Co-60 usein määrittää käytössä olevan ydinvoimalan säteilytason ja Ni-63:stä tulee merkittävin säteilyn aiheuttaja 20 vuotta reaktorin sulkemisen jälkeen. Kokeellisessa osassa tutkittiin seitsemän epäorgaanisen ioninvaihtomateriaalin kykyä ottaa Co-60:a ja Ni-63:a CORD -tyyppisistä dekontaminaatioliuoksista. Tutkimuksissa selvitettiin materiaalien kemiallista kestävyyttä ravistelemalla ioninvaihtimia oksaali- ja permanganaattihapoissa kahden viikon ajan. Liuoksista mitattiin metallipitoisuus MP-AES:lla tai ICP-MS:llä. Lisäksi selvitettiin materiaalien ioninvaihtokyky nuklidien suhteen eri pH -arvoissa. Ioninvaihtokyvyn mittana käytettiin jakaantumiskerrointa. Näiden alkumittausten jälkeen jatkoon valittiin kolme materiaalia, joiden ioninvaihtokykyä testattiin happamissa oloissa oksaalihapossa ja kaliumpermanganaatissa. Lisäksi selvitettiin ioninvaihtimien tehoa, kun läsnä on myös kilpailevia ioneja (Fe, Cr, Ni /Co). Kd -arvot määritettiin mittaamalla Co-60 liuokset Wizardin gammalaskurilla ja Ni-63 liuokset Perkin Elmerin nestetuikelaitteella. Osa ioninvaihtimista ei toiminut juuri lainkaan happamissa oloissa eikä niiden tutkimista kannattanut jatkaa alkutestien jälkeen. Tutkimuksissa löytyi kolme hyvin tai kohtuullisesti happamissa oloissa toimivaa ioninvaihdinta: Sb2O5, CoTreat ja MnO2. Kd -arvot olivat pääasiassa parempia Co-60 kuin Ni-63 suhteen kaikissa testeissä. Sb2O5:lla saavutettiin pH:ssa 2 jopa Kd arvo 25 000 (Co-60) mutta arvo puolittui, kun mukana oli oksaalihappoa. Ni-63 suhteen Kd oli enää 100 – 1000 välillä oksaalihapossa. Mitatut tulokset vaihtelivat paljon eri kokeissa.
  • Lehtonen, Markus; Lehtonen, Markus (Helsingin yliopisto, 2019)
    We humans utilise many kinds of chemicals, some of them are safe to use and some of them are dangerous to use. There are chemicals that fall into grey area in the terms of safety. Surfactants are one of them. They are used abundantly and they find their ways to the environment. It is an established fact that surfactants can more or less hinder normal functions of cells, and in the worst cases can cause cell deaths. Despite of this, it is not completely understood what harm surfactants can do to the living organisms in the environment. We live and work in houses that are cleaned with washing chemicals and surfactants. Recently, surfactants were supposed to exist in indoor air, and new studies prove this hypothesis. Literature explains that there might be the possibility that surfactants can adsorb into aerosols. However, analysis methods capable to be used directly for determination of surfactants in aerosol condensate samples are not available. In this M.Sc. thesis a new surfactant determination method was developed with capillary electrophoresis using UV detection and tetraborate complex formation. First surfactant determination methods, found from the literature for environmental samples were reviewed and described in this M.Sc. thesis. Then their suitability for experimental studies was evaluated. Among many options, capillary electrophoresis coupled with ultraviolet detection was selected. The method was developed for determination of didecyldimethylammonium chloride (DDAC) and polyethylene glycol monoalkyl ether (Genapol X-80), which are representatives of cationic and nonionic surfactans, respectively, and represent the surfactants in cleaning chemicals. In the experimental work method development was focused on composition of the electolyte solutions, since they played an important roles in separation and sensitivity of the analytes. First Tricine was selected for electrolyte, because it provided the best responses in the preliminary tests. However, in the later studies it, unfortunately, proved to be unsuitable for the determination of cationic and nonionic surfactants. Therefore, in accordance with published literature tetraborate electrolyte was chosen. As application studies, we demonstrated that the studied surfactants are present in water vapour by analysing seperately DDAC and Genapol X-80 in collected water condensates by laboratory scale piloting tests.The developed method was also applied to authentic samples of indoor water condensates and washing solutions that were collected from two elementary schools with air quality issues. Surfactants were detected in these samples too.
  • Iso-Markku, Taneli (Helsingin yliopisto, 2019)
    As more nuclear power plants around the world face shut down and decommissioning in coming years, a need for methods to separate and analyse difficult-to-measure radionuclides is increasing. This work presents a brief overview of difficult-to-measure radionuclides and waste types of interest to Finnish nuclear power plant operators, with various methods developed to analyse them. Also included is information about research and analysis methods used by various Finnish organizations. Aside from literature overview, the results from laboratory work that was conducted are also included. An analytical method to simultaneously determine 55Fe and 63Ni in pressure vessel steel from BWR and VVER type reactors was tested. The method consisted of separation of iron and nickel from other metals and each other by hydroxide precipitation and anionic ion exchange chromatography, followed by purification of nickel with dimethylglyoxime complexation. Poor recoveries and low decontamination factor of 60Co led to abandonment of the method and adoption of different separation procedure based on anion exchange in HCl-acetone medium. In the second method Fe and Ni were separated from cobalt and each other by loading them to anion exchange column that had been preconditioned with a 9:1 mixture of acetone and HCl. Iron forms a complex with acetone that is not absorbed on anion exchange resin, while nickel and cobalt are both absorbed. Nickel was eluted with a 7:2 mixture of acetone and HCl, separating it from cobalt. Radioactivity of 55Fe and 63Ni was determined with liquid scintillation counting, while chemical yield was determined with atomic emission spectroscopy.
  • Salenius, Milja (Helsingin yliopisto, 2019)
    Kemialla ja sen opetuksella on tärkeä rooli kestävämmän tulevaisuuden rakentamisessa. Kestävän kehityksen kemian opetuksessa tulisi hyödyntää monipuolisia opetusmenetelmiä ja opetuksen tulisi olla monitieteellistä sekä kokonaisvaltaista. Kestävän kehityksen oppiminen tulisi integroida opiskelijoiden arkielämään, mutta nykyinen kemian ympäristöopetus jää usein yleiselle tasolle ja kaukaiseksi oppilaan arjesta, vaikka juuri arkiympäristöihin liittyvät aiheet motivoivat oppilaita kemian opiskeluun. Myöskään kokonaisvaltainen, kestävän kehityksen kaikki kolme ulottuvuutta huomioiva lähestymistapa ei aina toteudu opetuksessa, sillä kemianopettajat ovat selvästi keskittyneitä kestävän kehityksen ekologiseen puoleen. Opettajilla ja heidän ohjaajillaan ei myöskään aina ole riittävää tietotaitoa opettaa kestävää kehitystä. Kemian opetuksen uudistaminen on hyvä aloittaa opettajankoulutuksen innovaatioista, sillä opettajat ovat tärkeimpiä vaikuttajia opetuskäytäntöjen muutoksessa kohti kestävää kehitystä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa tietoa siitä, miten Helsingin yliopiston kemian osaston kemian opettajankoulutusyksikön kevään 2015 kurssien suorittaminen vaikutti opiskelijoiden kiinnostukseen oppia kestävän kehityksen opettamisesta oppilaille ja siihen, mitä kestävän kehityksen aiheita he aikovat käsitellä omassa tulevassa opetuksessaan. Samalla tutkimuksessa haettiin myös vastausta siihen, minkä osa-alueiden opetusta olisi parannettava. Tutkimuksen kohteena oli 34 kemian opettajankoulutusyksikön opiskelijaa. Tutkimus oli kvantitatiivinen ja kvalitatiivinen tapaustutkimus, jonka aineisto kerättiin kyselylomakkeilla. Tutkimuksen kvantitatiivinen aineisto analysoitiin kuvailevan tilastoanalyysin avulla ja kvalitatiivinen aineisto laadullisen sisällönanalyysin menetelmin aineistolähtöisesti ja teoriaohjaavasti. Aineistolähtöisesti muodostettujen luokkien analysointia jatkettiin vielä kvantifioimalla aineisto. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kurssien suorittaminen on lisännyt opiskelijoiden kiinnostusta oppia kestävän kehityksen opettamisesta oppilaille, mutta vähiten kiinnostuneiden opiskelijoiden kiinnostusta ei ole onnistuttu tukemaan. Kurssien suorittaminen on tuonut lisää huomiota kestävän kehityksen sosiaaliseen puoleen sekä arkielämään liittyviin, ajankohtaisiin aiheisiin. Opiskelijat aikovat kurssien jälkeen käsitellä kestävän kehityksen eri ulottuvuuksia opetuksessaan hieman monipuolisemmin, vaikkakin taloudellisesti kestävä kehitys jäi edelleen muita aiheita vähemmälle huomiolle. Opiskelijat mainitsivat vastauksissaan suurimman osan olennaisiksi listatuista kestävän kehityksen aiheista, joten näiden aiheiden opetusta voidaan pitää tältä osin onnistuneena, vaikkakin ekologiseen kestävyyteen liittyvät aiheet olivat painottuneet tässäkin eniten. Tutkimus antaa tietoa kemian opettajankoulutusyksikön kurssien vaikutuksista, ja tutkimustulosten perusteella kursseja voidaan kehittää entistä paremmin kestävän kehityksen huomioivaan ja opiskelijoiden kiinnostusta tukevaan suuntaan.
  • Hartus, Verneri (Helsingin yliopisto, 2019)
    Tutkielmassa kuvataan kaksisyklinen kehittämistutkimus. Kehittämistuotoksena muodostuu tarkoituksenmukaista hypermediaa hyödyntävä verkkomateriaali, joka käsittelee Venuksen pilviä ja Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksien tutkimusta. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää, miten Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksien tutkimuskonteksti sopii kemian ehettävään opetukseen perusopetuksessa. Kehittämistuotosta on tavoitteena voida käyttää sellaisenaan kemian eheyttävässä opetuksessa fysiikan ja biologian kanssa perusopetuksen yhdeksännellä luokalla. Tutkimuskysymykset ovat: 1. Millä keinoilla kehittämistarpeet löydetään ja huomioidaan parhaalla mahdollisella tavalla kehittämisprosessin aikana? 2. Millä tavalla Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksien tutkimuskontekstin ja verkkomateriaalin opetukselliset mahdollisuudet ovat yhteydessä toisiinsa sekä eheyttävän opetuksen teoriaan ja perusopetuksen opetussuunnitelmaan? 3. Kuinka tarpeelliseksi kemian opettajat ja opettajaopiskelijat kokevat astrokemiaa ja Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksia käsittelevän verkkomateriaalin kemian eheyttävässä opetuksessa? 4. Millaisia jatkokehittämistarpeita kemian opettaja kokee Venuksen pilviä ja Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksia käsittelevällä verkkomateriaalilla olevan? 5. Millaiset hypermediasisällöt soveltuvat Venuksen pilviä ja Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksia käsittelevään verkkomateriaaliin, jota voidaan käyttää sen oppisisällölle määritettyjen oppimistavoitteiden mukaisesti kemian eheyttämiseen fysiikan ja biologian kanssa perusopetuksen yhdeksännellä luokalla? Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksien tutkimus on nopeasti kehittyvä tieteenala, jolle on vakiintunut nimeksi astrobiologia. Se soveltaa muiden perinteisten luonnontieteiden ohella kemiaa, jota tarvitaan esimerkiksi elämän aineellisten edellytysten tarkasteluun sekä Maan ulkopuoliseen elämään viittaavien merkkien tunnistamiseen ja tulkitsemiseen. Eheyttävä opetus on kontekstilähtöinen opetustapa, jossa samaa todellisen maailman ilmiötä tarkastellaan kokonaisvaltaisesti usean oppiaineen näkökulmista. Maan ulkopuolisen elämän esiintymismahdollisuuksien tutkimuskontekstia on tutkittu hyvin vähän opetuksen kontekstina, mutta saadut tulokset ovat olleet positiivisia oppilaiden kiinnostuksen ja oppimisen osalta. Verkkomateriaalin tuomia mahdollisuuksia opetukseen ovat esimerkiksi animaatiot, välittömän palautteen tehtävät ja hyperteksti. Verkkomateriaalin tarve selvitettiin kemian opettajilta ja opettajaopiskelijoilta kvantitatiivisella verkkokyselyllä, johon saatiin 21 vastausta. Vastaajat kokivat, että kemian eheyttävään opetukseen tarvitaan enemmän materiaaleja, joita voi käyttää sellaisenaan opetuksessa. Tulosten perusteella sekä astrokemia että astrobiologia sopivat kemian opetuksen konteksteiksi. Astrokemiaan ja astrobiologiaan liittyvää materiaalia ei ollut vastaajien mielestä saatavilla paljoa. Kehitetyn verkkomateriaalin jatkokehittämistarpeita selvitettiin yhdeltä kemian opettajalta kvalitatiivisesti haastattelulla, jonka analyysi tapahtui aineistolähtöisellä sisällön kuvaksella. Saatujen tulosten perusteella verkkomateriaalia voidaan pitää onnistuneena. Erityisen hyvin se sopii haastattelun perusteella luonnontieteen kielen opiskeluun. Verkkomateriaalin tärkein jatkokehittämistarve on kokeellisuuteen liittyvän materiaalin lisääminen. Haastateltu kemian opettaja piti verkkomateriaalin hypermediamuotoista oppisisältöä laadukkaana mutta näki siinäkin pieniä jatkokehittämistarpeita. Kehitetyn verkkomateriaalin www-osoite:
  • Halima, Hanaa E A (Helsingin yliopisto, 2019)
    Tässä tutkielmassa vertaillaan matematiikan opetusta Egyptissä ja Suomessa. Egyptissä on matematiikan opetuksessa pitkä historia. Suomi puolestaan on menestynyt hyvin kansainvälisissä matematikan oppimista tutkivissa vertailuissa. Egyptin ja Suomen kulttuurit eroavat merkittävästi toisistaan. Tutkielmassa perehdytään erityisesti matematiikan opetukseen egyptiläisessä koulujärjestelmässä ja pohditaan, onko egyptiläisestä matematiikan opetuksesta mahdollisesti jotain opittavaa Suomessa. Egyptin kulttuuri on yhteisöllinen, mutta hierarkkinen, jossa sosiaaliset suhteet ja keskinäinen arvojärjestys näkyvät kaikissa elämän vaiheissa ja jokaisen ihmisen arkipäivässä. Toisaalta koulutus on kuitenkin tasa-arvoista ja kaikki oppilaat joutuvat tekemään paljon työtä hyvien tulosten saavuttamiseksi. Egyptissä koulutuksen merkitystä pidetään erittäin tärkeänä ja jopa 81 prosenttia yläkoululaisista jatkaa lukioon ja sen jälkeen yliopistoon. Tutkielmassa vertaillaan egyptiläistä ja suomalaista koulujärjestelmää arjen tasolla perehtyen mm. oppituntien rakenteeseen, työrauhaan oppitunneilla, luokkakokoihin, opetusmateriaaliin, matematiikan oppikirjoihin ja matematiikan opetussuunnitelmaan. Tutkielmassa tarkastellaan opettajan työtä, palkkausta ja opettajan pätevyyteen liittyviä seikkoja. Egyptiläisellä opettajalla ei ole yhtä suuria vapauksia toteuttaa opetussuunnitelmaa kuin suomalaisella opettajalla. Egyptiläisessä opetussuunnitelmassa annetaan erittäin tarkat ja yksityiskohtaiset ohjeet siitä miten matematiikan opetusta tulee toteuttaa. Tämän tutkielman tarkoituksena on siis selvittää mitkä ja millaiset asiat vaikuttavat Egyptin matematiikan opettamiseen ja toisaalta oppilaiden matematiikan oppimiseen. Lisäksi on tarkoitus valottaa sitä miten matematiikan opettaminen Egyptissä eroaa matematiikan opettamisesta Suomessa ja voisiko Suomen matematiikan opetus hyödyntää jotain matematiikan opettamisesta Egyptissä. Osa tutkielmasta toteutettiin Egyptissä kotikaupungissani Mansurassa sijaitsevassa Shoubrawish yläkoulussa kesällä 2018. Tutkimusmenetelmänä käytettiin teemahaastattelua ja omaa havainnointia työkokemuksesta matematiikan opettajan Egyptissä. Haastatteluun osallistui koulun matematiikan opettajia sekä matematiikan koulutusohjaaja opetusvirastossa. Egyptin ja Suomen matematiikan opetussuunnitelman välillä on iso ero. Suomen matematiikan opetussuunnitelma on yksi osa valtakunnallista opetussuunnitelmaa. Mutta Egyptissä jokaiselle aineelle on oma opetussuunnitelma, eikä se kuulu valtakunnalliseen opetussuunnitelmaan. Egyptissä matematiikan opetussuunnitelma on selkeämpi ja sisältää hyvin yksityiskohtaisia ohjeita siitä, mitä kustakin aihealueesta tulisi tuoda esille. Myös oppikirjat noudattavat opetussuunnitelman ohjeita.
  • Myllyaho, Lalli (Helsingin yliopisto, 2019)
    Tämä tutkimus käsittelee matematiikan aineenopettajaopiskelijoiden uskomuksia. Uskomuksilla on aiemmissa tutkimuksissa havaittu olevan yhteys opettajan luokkahuonekäytökseen ja käsityksiin opettamisesta (mm. Thompson, 1992; Schoenfeld, 1998). Tämän vuoksi tulevien opettajien uskomusten tutkiminen on hyödyllistä opettajankoulutuksen kannalta. Tutkimus keskittyy nimenomaan suomalaisten aineenopettajaopiskelijoiden matematiikka- ja pystyvyysuskomuksiin. Matematiikkauskomukset jaetaan yleisiin matematiikkauskomuksiin ja näiden ilmenemiseen opetuksessa. Pystyvyysuskomuksia puolestaan kartoitetaan erikseen matemaattisina ja pedagogisina pystyvyysuskomuksina. Dionnen (1984), Ernestin (1991) sekä Grigutschin ja Törnerin (1998b) tutkimukset ja ajatukset matematiikkauskomusten määrittelyssä muodostavat tutkimuksen käsitteelisen ytimen.Pystyvyysuskomuksissa nojataan puolestaan Banduran (1986) määrittelyyn. Aineisto kerättiin syksyllä 2018 käyttäen likert-asteikollisista väittämistä koostuvaa kyselylomaketta. Vastausten pohjalta koostettiin pääasiassa kvantitatiivisin menetelmin tuloksia uskomusten esiintymisestä yleensä, eri uskomusulottuvuuksien välisistä korrelaatioista sekä miten opiskelijoilta kartoitetut opintoihin liittyvät erilaiset taustatekijät mahdollisesti selittäisivät tuloksia. Lisäksi vastaajien uskomuksia vertailtiin sen mukaan, mitä heille kyselyssä kuvailluista opetustavoista he pitivät tehokkaimpana ja mieluisimpana. Vastaajat näyttävät suhtautuvan matematiikkaan ja sen opetuksen eri tavalla. Eroista huolimatta matematiikkaa yleisesti kuvaavat väitteet kuitenkin korreloivat niitä vastaavien väitteiden kanssa opetuksessa. Yleisillä uskomuksilla matematiikasta vaikuttaa siis olevan yhteys uskomuksiin matematiikan opetuksesta. Lisäksi pystyvyysuskomukset korreloivat tiettyjen opetukseen liittyvien väitteiden kanssa ja näyttävät olevan yhteydessä siihen, minkä matematiikan osa-alueiden vastaaja uskoo olevan tärkeitä opettaa. Uskomukset poikkesivat jonkin verran sen mukaan, millaista opetusta vastaaja piti tehokkaimpana. Samoin eroja oli sen mukaan, millaista opetusta vastaaja piti itselleen mieluisimpana. Tämä näyttäisi antavan lisävahvistusta sille, että uskomukset ja vähintäänkin mielipiteet opettamisesta ovat yhteydessä toisiinsa. Lisäksi aineistossa on viitteitä siitä, että eri opetustapaa tehokkaimpana ja mieluisimpana pitäneillä on heikompi usko omiin pedagogisiin kykyihinsä kuin muilla. Opiskeluun liittyvistä taustatekijöistä oli vaikea löytää uskomuksia selittäviä tekijöitä. Vain aineenopettajakoulutukseen kuuluvien pedagogisten opintojen suorittaminen näyttäisi muokkaavan vastaajien uskomuksia. Tämän mekanismin tunnistaminen myöhemmässä tutkimuksessa voisi tarjota lisää vaikutusvälineitä aineenopettajakouluttajille.
  • Hirvi, Emilia (Helsingin yliopisto, 2019)
    Tämän tutkielman aiheena on affiini geometria, jota esitellään ensimmäisessä luvussa. Aihetta lähestytään lineaarialgebran näkökulmasta. Luodakseen hyvän pohjan affiinin geometrian tarkastelulle toinen luku keskittyy lineaarialgebran perusmääritelmiin. Kolmannessa luvussa tutustutaan affiinin avaruuden käsitteeseen, jossa määritellään pisteiden ja vektoreiden välinen toiminta. Affiinissa avaruudessa suorien ja vektoreiden yhdensuuntaisuus on keskeinen asia. Toisaalta vektorin lähtöpisteellä ei ole merkitystä. Neljännessä luvussa esitellään lineaarikombinaation tapainen käsite: affiini kombinaatio eli painopiste. Affiini kombinaatio määritellään painoilla varustetulle pisteperheelle. Lisäksi painojen eli skalaarien summan on oltava yksi. Seuraavassa luvussa käsitellään affiineja aliavaruuksia. Kuten vektoriavaruuden aliavaruus sisältää kaikki virittäjävektorinsa lineaarikombinaatiot, affiini aliavaruus sisältää kaikki painoilla varustettujen pisteperheidensä affiinit kombinaatiot. Affiini aliavaruus on origosta pois siirretty aliavaruus. Kuudes luku keskittyy affiiniin riippumattomuuteen ja affiiniin kehykseen. Affiini riippumattomuus määritellään lineaarisen riippumattomuuden avulla ja affiini kehys vektoriavaruuden kannan avulla. Seitsemännessä luvussa määritellään affiini kuvaus, joka on lineaarikuvauksen ja siirtovektorin yhdistelmä. Affiinissa kuvauksessa ensin lineaarikuvaus kiertää tai venyttää pistejoukkoa ja sen jälkeen siirtovektori siirtää pistejoukon paikkaa. Affiinissa kuvauksessa yhdensuuntaiset suorat kuitenkin kuvautuvat yhdensuuntaisiksi suoriksi. Lopuksi tarkastellaan joitakin affiinin geometrian esimerkkejä.
  • Turunen, Tomi (Helsingin yliopisto, 2019)
    Funktion approksimointimenetelmiä käytetään karkeasti jaoteltuna kahdessa eri tilanteessa. Ensimmäinen näistä on jonkin tunnetun funktion korvaaminen toisella helpommin käsiteltävällä funktiolla siten, että se jossakin ympäristössä kuvastaa riittävän hyvin alkuperäisen funktion käyttäytymistä. Polynomifunktiot sopivat tähän tarkoitukseen erinomaisesti, sillä ne ovat jatkuvia, derivoituvia ja verrattaen helposti käsiteltäviä. Tärkeä lähtökohta polynomeilla approksimoinnille on Weierstrassin approksimaatiolause, joka todistetaan kahdella eri tavalla luvuissa 2 ja 4. Lisäksi esitetään Weierstrassin esimerkki kaikkialla jatkuvasta, ei missään derivoituvasta funktiosta. Luvuissa 3 ja 4 esitellään kaksi polynomia, Taylorin ja Bernsteinin polynomit, joilla voidaan approksimoida tunnettua funktiota. Approksimoinnin toinen asetelma on, että approksimoitavasta funktiosta tunnetaan vain arvoja yksittäisissä pisteissä ja tavoitteena on muodostaa funktio, jolla saadaan informaatiota näiden pisteiden väliltä. Tällä tavalla voidaan esimerkiksi analysoida kokeellisia mittaustuloksia tai muodostaa malleja ja ennusteita. Luvussa 5 esitellään interpolaatiota ja Lagrangen interpolaatiokaava annettujen pisteiden kautta kulkevan polynomin muodostamiseksi. Approksimaation virheen minimoinnista kerrotaan luvussa 6 ja esitellään Chebyshevin polynomi, jolla saadaan tasaisia approksimaatioita minimoiden maksimivirhe. Lopuksi annetaan Remezin algoritmin muodossa esimerkki menetelmästä, jolla voidaan etsiä funktiolle tällaista pienimmän maksimivirheen polynomiapproksimaatiota.
  • 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.
  • Clément, Erik (Helsingin yliopisto, 2019)
    Työssä tarkastellaan Pohjois-Haagan Yhteiskoulussa järjestettävää lyhyen matematiikan opiskelijoille suunnattua Matematiikan tekniset apuvälineet -kurssia. Tutkielman toisessa luvussa tutustetaan lukija kyseisen koulukohtaisen kurssin sisältöihin ja tavoitteisiin. Sisällöt liittyvät matematiikan opiskelussa käytössä oleviin ohjelmistoihin, joista tärkeimpinä nousevat Abitti-kaavaeditori sekä GeoGebra. Kurssin järjestämiseen on keskeisesti liittynyt uudistunut sähköinen ylioppilaskoe, joten myös sen rakenne esitetään. Kolmas luku käsittelee teoriaa teknologian käyttämisestä matematiikan opetuksessa ja opiskelussa. Keskeisenä osana teoriaa on Ranskassa alkunsa saanut instrumentaalinen lähestymistapa. Se käsittelee todella lyhyesti ja pelkistettynä opiskelijan ohjelmiston käyttöönottamista. Luvussa tarkastellaan myös aikaisemmissa tutkimuksissa havaittuja teknologian vaikutuksia tunteisiin ja eri sukupuoliin, joihin instrumentaalinen lähestymistapa ei vastaa. Myös hyödyllisyyden määritelmä oppimisen ja opettamisen näkökulmasta esitetään. Tutkimus- ja kehittämiskysymykset esitetään omassa luvussaan selkeästi. Tutkielman tarkoituksena on muun muassa tutkia kurssin hyödyllisyyttä opiskelijoiden näkökulmasta sekä heidän muuttuneiden asenteiden perusteella. Instrumentaaliseen lähestymistapaan liittyen tarkoituksena on havaita instrumentin syntyminen ja erilaisia instrumentaalisen orkestraation tyyppejä. Lisäksi tutkimuksessa tarkastellaan sukupuolten välisiä mahdollisia eroja edellä mainittujen tavotteiden ja kurssin kehittämisen lisäksi. Viidennessä luvussa kuvaillaan kurssin valmistelua ja toteutusta. Kurssin suunnittelua ja kurssimateriaalin laadintaa kuvaillaan sekä eri opetusryhmien välisiä eroja avataan tässä luvussa. Kurssimateriaaliin liittyvät keskeisesti viikottaiset tehtävät, jotka löytyvät myös tutkielman liittenä. Lisäksi esitetään tutkimusmenetelmät, joiden avulla pyritään vastaamaan tutkimus- ja kehityskysymyksiin. Aineistona käytetään opiskelijoiden vastauksia kyselyihin, heidän palauttamiaan tehtäviään sekä havaintoja oppituntien aikana. Kyselyjen vastauksia tarkastellaan pääasiassa tilastollisin keinoin, esimerkiksi toistettujen mittausten t-testin avulla sekä sen epäparametrisella vastineella eli Wilcoxonin testillä. Tulokset-luvussa esitetään tutkimuksessa saatuja tuloksia, jotka perustuvat pitkälti opiskelijoiden vastauksiin eri kyselyihin. Kyselyjen vastaukset on esitetty kunkin tehtäväpaketin osalta erikseen, mutta myös vertauksia on tehty, mikäli toistuvia muuttujia on mitattu. Tutkimus antaa esimerkiksi viitteitä teknologian käytön itsevarmuuden merkitsevästi muuttuneen kurssin suorittamisen aikana, mikä antaa samalla viitteitä kurssin hyödyllisyydestä. Myös sukupuolten välisistä eroista saatiin viitteitä, esimerkiksi naisten miehiä positiivisemmasta asenteesta matematiikan aineen opiskelua kohtaan. Viimeisessä luvussa pohditaan tutkimuksen tuloksien luotettavuutta sekä mahdollisia jatkotutkimuksia. Tuloksia tarkasteltaessa on syytä pitää mielessä tutkimukseen osallistuneiden opiskelijoiden pieni määrä, erityisesti miesten osalta.