Kokeellisella työllä on pitkään ollut tärkeä rooli kemian opetuksessa. Toisaalta monia luonnontieteiden ilmiöitä on mahdollista havainnollistaa vain malleilla. Tieto- ja viestintekniikan käytön lisääntyessä opetuksessa sitä on yhdistetty kokeellisuuteen, mikä mahdollistaa esimerkiksi molekyylimallinnus- ohjelmien käytön kokeellisuuden yhteydessä.
Tässä kehittämistutkimuksessa kehitettiin lukiotasoisesta 'Mitä piilee talousvedessä?' -työohjeesta uusi tutkimuksellinen versio ja sen oheen tutkimuksellinen tietokoneavusteinen molekyylimallinnus. Työ jakautuu 1) teoreettiseen ongelma-analyysiin 2) empiiriseen ongelma-analyysiin eli analyysiin lukion oppikirjoista 3) työohjeiden kehittämiseen 4) työohjeiden arviointiin ja 5) työohjeiden jatkokehittämiseen.
Empiirisen ongelma-analyysin tavoitteena oli kartoittaa, miten vettä käsitellään lukion kemian oppikirjoissa. Teoreettisen ja empiirisen ongelma-analyysin pohjalta kehitettiin työohjeista ensimmäiset versiot, joita testasivat kemianluokka Gadolinissa vierailulla olleet lukiolaiset. Testauksessa tehtyjen havaintojen ja lukiolaisten täyttämien kyselylomakkeiden pohjalta kokeellisen työn ohjeesta kehitettiin uusi versio ja mallinnuksen ohjetta parannettiin.
Empiirisessä ongelma-analyysissä analysoitiin neljän lukion oppikirjasarjan 1. ja 2. kurssien oppikirjoja. Vesi liittyy moniin lukion 1. ja 2. kurssien sisältöihin, mutta kuinka paljon veteen keskitytään riippuu kirjasarjasta. Vettä käsitellään lähinnä kemiallisena yhdisteenä ja maininnat talousvedestä tai vedestä luonnonvarana ovat lyhyitä tai lisätietoa. Kehitetyissä työohjeissa vettä käsitellään sekä talousvetenä että kemiallisena aineena.
Kokeellisessa työssä opiskelijat mittaavat vesinäytteistä anionipitoisuuksia ionikromatografilla ja tutkivat veden aistinvaraisesti havaittavia ominaisuuksia. Mallinnuksessa mallinnetaan veden vetysidoksia sekä ionien ja vesimolekyylien vuorovaikutusta. Molempiin työohjeisiin luotiin lyhyt tutkimuksellinen oppimissykli. Talousveteen keskittyvä kokeellinen työ tuo esiin aihealueita, jotka jäävät kemian oppikirjoissa syrjään, kun taas mallinnuksen sisällöt liittyvät lukion opetussuunnitelman keskeisiin sisältöihin.
Kokeellisesta työstä kerättiin palautetta 31 opiskelijalta ja mallinnuksesta 15 opiskelijalta. Opiskelijoiden vastausten perusteella töistä opittiin, että talousvedessä on muitakin aineita kuin vettä, sekä erotusmenetelmistä, ioneista ja sidoksista. Toisaalta lähes puolet opiskelijoista koki, ettei kerrannut tai syventänyt merkittävästi aikaisempia kemian sisältöjä. Enemmistö opiskelijoista piti opiskelutavasta, mutta tutkimuksen perusteella ei voi sanoa tarkemmin, mistä siinä pidettiin.
Työohjeiden jatkokehittämisessä kokeellisesta työstä tehtiin testauksessa käytettyyn työpistetyöskentelyyn suunnattu versio. Uusi versio on myös avoimempi tarkoituksena saada opiskelijat tutustumaan taustatietoihin ja opiskelijoiden johtopäätösten teko, jossa käsitellään myös syntyneet virhekäsitykset, tapahtuu aikaisemmin, jotta se ehditään käsitellä kokonaan vaikka ajan vähyys olisi ongelma. Mallinnus toimi havaintojen perusteella hyvin ja opiskelijat kokivat ohjelman käytön pääosin helpoksi, joten ohjeen toiseen versioon tehtiin vain tarkennuksia ohjelman käyttöön liittyen.
