Puskuriliuos on yksi lukion kemian keskeisistä sisällöistä. Puskuriliuoskäsitteen ymmärtämistä on tutkittu kansainvälisesti vähän. Tutkimustiedon perusteella opiskelijoilla on heikot käsitteelliset taidot puskuriliuoksen kemiasta ja opiskelijoilla ilmenee runsaasti vaihtoehtoisia käsityksiä happo-emäskemiasta. Kokeellisuus on tärkeä osa kemian opetusta. On kuitenkin huomattu, että kokeelliset oppimateriaalit eivät aina tue kemian oppimista. Tarvitaan uusia lähestymistapoja ja oppimateriaalia puskuriliuoskäsitteen kokeellisen oppimisen tueksi.
Tämän Pro gradu -tutkielman tavoitteena oli tuottaa tutkimuspohjaisesti kokeellinen oppimateriaali tukemaan puskuriliuoskäsitteen oppimista. Kontekstiksi valittiin veri. Ihmisen terveyden kannalta veren puskuriominaisuus on elintärkeä, sillä ilman sitä solujen pH muuttuisi helposti ja elintoiminnot hidastuisivat nopeasti.
Tutkimusmenetelmänä tässä tutkielmassa käytettiin kaksisyklistä kehittämistutkimusta. Ensimmäinen sykli jakautui tarveanalyysiin, teoreettiseen ongelma-analyysiin, kehittämisprosessiin ja ensimmäiseen kehittämistuotokseen. Kehittämisprosessi toteutettiin Kemianluokka Gadolinissa.
Tarveanalyysissä tutkittiin, mikä on nykytilanne puskuriliuoksen opetuksessa. Tutkimuskysymys oli, miten puskuriliuoskäsitettä opetetaan ihmisen kemian kontekstissa lukion oppikirjoissa ja millaiselle oppimateriaalille on tarvetta. Tarveanalyysin tuloksena saatiin, että veren puskuriominaisuutta käsitellään yleisimmissä lukion viidennen kurssin oppikirjoissa opetettaessa puskuriliuoskäsitettä. Veren puskuriominaisuuksiin liittyviä tehtäviä oli kuitenkin vähän, eikä kokeellisia tehtäviä ole lainkaan.
Teoreettisessa ongelma-analyysissä käsiteltiin kokeellisen oppimateriaalin kehittämisen ja sen arvioinnin kannalta keskeisiä aihe-alueita: puskuriliuoksen oppiminen, kontekstuaalinen oppiminen, käsitteen oppimisen ja kokeellisuuden tukeminen. Ongelma-analyysien pohjalta kehittämisprosessissa rakennettiin ensimmäinen versio kokeellisesta oppimateriaalista. Ensimmäinen kehittämistuotos sisälsi neljä osuutta, joissa tutkittiin puskuriliuoksen toimintaa mittausautomaation avulla. Jokaisen osuuden jälkeen seurasi pohdintakysymyksiä liittyen tarkasteltavaan ilmiöön ja sitä vastaavaan käsitteen sisältöön.
Kehittämistutkimuksen toinen sykli koostui oppimateriaalin arvioinnista, jatkokehittämisestä ja toisesta kehittämistuotoksesta. Arvioinnin perusteella kehitetty kokeellinen oppimateriaali tukee puskuriliuoskäsitettä sen toiminnan ja merkityksen osalta sekä lisää pH-käsitteen ymmärrystä. Tukeakseen entistä enemmän puskuriliuoskäsitteen oppimista oppimateriaali muokattiin oppimissyklimuotoon. Kehitettyä oppimateriaalia voidaan käyttää Kemianluokka Gadolinissa sekä kouluissa, joissa on käytössä mittausautomaatiovälineet.
