Happamuus-käsite tulee vastaan niin kemian opetuksessa kuin arkielämässä. Käsite on laaja ja sen ymmärtämiseksi oppilaan on osattava myös muita kemian termejä ja teorioita. Usein happamuuden opetuksen esimerkeissä perehdytään kemian teollisuuden näkökulmiin ja pH:n mittaamiseen erilaisilla välineillä, vaikka useiden tutkimusten mukaan kemia olisi tuotava lähemmäs oppilaiden arkipäivää.
Argumentaatio on olennainen osa luonnontieteitä, sillä ilman sitä uutta tietoa ei voi syntyä. Oppilaiden argumentointitaitoja ja argumentaation opetusta luonnontieteissä on tutkittu melko paljon ulkomailla ja on havaittu, että sekä opetuksessa että oppilailla on puutetta argumentaation käytössä.
Tässä tutkielmassa kehitettiin kehittämistutkimuksen kautta argumentaatiota tukeva happamuuteen ja erityisesti pHindikaattoreihin perehtyvä oppimateriaali, jossa sovelletaan molekyyligastronomiaa. Molekyyligastronomia ja ruoan kemia valittiin työn konteksteiksi, koska aikaisemman tutkimuskirjallisuuden mukaan oppilaiden arkipäivää lähellä olevat aiheet kannustavat heitä argumentoimaan paremmin. Kehittämistutkimus itsessään koostuu neljästä vaiheesta, jotka ovat tarveanalyysi, oppimateriaalin kehittäminen, tutkimuksen suoritus sekä tulosten tulkinta, arviointi ja jatkokehittely.
Tutkielma pyrkii vastaamaan kysymyksiin siitä, kuinka paljon ruoan kemiaan liittyviä esimerkkejä happamuuden opetuksessa käytetään, millainen on hyvä argumentaatiota tukeva happamuuteen liittyvä oppimateriaali ja mitä kyseisen materiaalin avulla opitaan. Oppimateriaalista laadittiin kolme erilaista versiota, joista ensimmäistä testattiin opettajilla, toista oppilailla ja joista kolmas on liitetty tähän tutkielmaan.
Tarveanalyysissa tutkittiin peruskoulun yläasteen kemian oppikirjojen happamuutta käsittelevissä kappaleissa olevien ruoan kemiaan liittyviä esimerkkejä. Kokeellisessa osassa oppilaiden argumentaatiotaitoja tutkittiin teoriapohjaisella sisällönanalyysin kautta. Argumentaatiotaitojen tutkimiseen liitettiin tiedon dimensioiden analyysi. Lisäksi oppilaiden oppimista testattiin kyselylomakkeella ennen ja jälkeen materiaalin opettamisen.
Oppilaiden argumentaatiotaitojen oppimista tutkittiin tapaustutkimuksen avulla eli tutkimukseen osallistui vain yksi peruskoulun yhdeksäs luokka. Tutkimuksessa havaittiin, että happamuus-aiheen opettamiseen liittyy monia haasteita. Esimerkiksi juuri indikaattori-käsite on oppilaille haastava ja emästen kemia on oppilaille vaikeampaa kuin happojen. Oppilaiden argumentaatiotaitojen analyysissa puolestaan kävi ilmi, että oppilaat osaavat argumentoida melko hyvin, mutta eivät välttämättä pääse alkuun itsenäisesti. Oppilaat osasivat käyttää argumentoinnissaan käsitetietoa, eli esimerkiksi käyttivät happamuuteen liittyviä käsitteitä oikein, ja menetelmätietoa mitatessaan eri aineiden happamuuksia. Opettajan toiminnalla on suuri vaikutus oppilaiden argumentaation käyttämiseen. Koska on tutkimus on tapaustutkimus, ei tuloksista voida tehdä yleistäviä, koko ikäluokkaa koskevia johtopäätöksiä. Sen sijaan tulosten pohjalta voidaan tehdä erilaisia olettamuksia.
Kehitetty oppimateriaali vastaa omalta osaltaan haasteeseen, jossa pyritään luomaan kemian luokkaan keskusteleva ja jopa tiedeyhteisön argumentointia muistuttavan ilmapiiri. Lisäksi se tuo yhden esimerkin siitä, miten molekyyligastronomiaa ja ruoan kemiaa voisi tuoda enemmän esiin kemian opetuksessa. Kun oppimateriaalia tämän tutkimuksen puitteissa testattiin, onnistuttiin luokassa saamaan aikaan keskustelua ja oppilaat muodostivat itsenäisesti tai opettajan pienellä avustuksella hyviä argumentteja.
