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.
