Lukiolaisten kiinnostus kemiaa kohtaan OECD-maissa on tutkitusti vähäisempää perusopetukseen verrattuna. Kemian opetuksen tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät kehittämään ongelman ratkaisemiseksi kiinnostusta herättäviä ja kiinnostusta tukevia opetusmateriaaleja. Kemian kiinnostus ja sen tukeminen on keskeisessä roolissa tämän päivän tieteellisessä keskustelussa, ja se on myös lukion kemian opetussuunnitelman perusteiden keskeisiä tavoitteita.
Tutkimusten mukaan tietokoneella työskentely kiinnostaa nuoria, sen lisäksi on olemassa lukuisia muita kiinnostusta tukevia työtapoja. Millään tietyllä työtavalla ei voida kuitenkaan varmistaa kiinnostuksen heräämistä tai pitää sitä yllä. Tätä varten tulee selvittää kiinnostusta tukevat työtavat, jotta voidaan kehittää ongelman ratkaisemiseksi monipuolisia virtuaalisia opetusmateriaaleja erityisesti toisen asteen opiskelijoille.
Tässä tutkimuksessa kehitettiin virtuaalinen kemian oppimisympäristö, jossa hyödynnettiin tietokoneavusteista molekyylimallinnusta. Tutkimusten opiskelijat ovat kiinnostuneita molekyylimallinnuksesta työtapana. Oppimateriaali on keskeisten sisältöjensä puolesta integroitavissa lukion ensimmäisen kurssin opintoihin. Tutkimusten mukaan erityisesti lääketiede koetaan kiinnostavana luonnontieteiden kontekstina. Tästä syystä kehitetyn oppimisympäristön kiinnostusta tukevaksi kontekstiksi valittiin yleisesti käytetty tulehduskipulääke ibuprofeeni. Opetusmateriaalin ja tutkimuksen tavoitteina oli sisällyttää oppimisympäristöön sujuvaa kemian kolmen tason välistä liikkumista opiskelijan korkeamman tason ajattelun aktivoimiseksi.
Kehittämistutkimus on jaettu kolmeen osaan, joita ovat teoreettinen ongelma-analyysi, kehittämisprosessi ja kehittämistuotos. Teoreettisen ongelma-analyysin pohjalta saatiin tietoa, miten kiinnostus herää ja miten sen kehittymistä voidaan tukea. Ongelma-analyysin avulla saatiin selvitettyä kehittämistutkimuksen tavoitteet. Kehittämisprosessissa kuvattiin siinä tehdyt kehittämispäätökset ja ja käytiin tarkasti läpi sen eri vaiheet. Lisäksi kerrottiin millaisia vaiheita sekä resursseja virtuaalisen oppimisympäristön kehittäminen vaatii. Kehittämistuotoksessa esiteltiin kehittämisprosessin pohjalta suunniteltu virtuaalinen oppimisympäristö. Oppimisympäristön laatua arvioitiin tapaustutkimuksella ja se julkaistiin osoitteessa http://www.edumol.fi/mallinnus/ibuprofeeni.html.
Tapaustutkimuksen avulla saatiin tietoa, että opiskelijoita kiinnosti erityisesti ibuprofeenin vaikutukset elimistössä ja sen valmistusmenetelmät. Mallinnuksessa opiskelijoita kiinnosti ibuprofeenin rakentaminen molekyylin 3D-rakenteen hahmottamisen vuoksi, sekä mallinnuksen helppous piirtämiseen verrattuna. Visualisoinneissa opiskelijoita kiinnosti erityisesti elektronipilven värien merkitys aineiden kemiallisten ominaisuuksien kannalta. Värien koettiin helpottavan erityisesti aineiden poolittomuuden ymmärtämistä.
Kehittämistutkimuksen avulla saatiin kehitettyä käyttökelpoinen kiinnostusta tukeva virtuaalinen oppimisympäristö, joka on integroitavissa lukion kemian ensimmäisen ja ainoan pakollisen kurssin opetussuunnitelman perusteiden keskeisiin sisältöihin. Tutkimuksella on merkitystä erityisesti muille virtuaalista opetusmateriaalia kehittäville henkilöille. Sen avulla saatiin tietoa, mistä lähtökohdista virtuaalista oppimateriaalia voidaan lähteä kehittämään. Tutkimus antaa eväitä kehittää lisää uusia kemian oppimisympäristöjä ja siinä olevia kehitysvaiheita voidaan soveltaa myös muiden ainesisältöjen kehittämiseen.
