Browsing by Title

Tutkielma käsittelee funktionaalisille kielille tyypillisten piirteiden, ensimmäisen luokan funktioarvojen ja häntäkutsujen toteutusta oliokielille suunnatuilla JVM- ja .NET-virtuaalikonealustoilla. Oliokielille suunnattujen virtuaalikonealustojen tarjoamien tavukoodirajapintojen rajoitteet verrattuna matalamman tason assembly-kieliin ovat pitkään aiheuttaneet valtavirran oliokielistä poikkeavien kielten toteuttajille päänvaivaa. Tarkasteltavista alustoista .NET-alustan tavoitteena on alusta asti ollut monenlaisten kielten tukeminen. JVM-alustalla erilaisten kielten toteuttajien tarpeisiin on havahduttu vasta viimeisten vuosien aikana. Tutkielma tarkastelee, millaisia mahdollisuuksia alustat nykyisellään tarjoavat ensimmäisen luokan funktioarvojen ja häntäkutsujen toteuttajille ja miten alustoilla käytettävät toteutustekniikat poikkeavat perinteisistä konekieltä tuottavista kääntäjistä. Lisäksi esitetään arvio alustojen tarjoaman tuen soveltuvuudesta funktionaalisten kielten toteuttajien käyttöön ja verrataan alustojen tarjoamia tukitoimintoja. Arvioinnin tueksi esitellään oma prototyyppitoteutus Scheme-kielen osajoukolle, Cottontail Scheme, sekä selvitetään, millaisia toteutustekniikoita olemassa olevat funktionaaliset kielet tai funktionaalisia piirteitä tukevat moniparadigmakielet tällä hetkellä käyttävät virtuaalikonealustoilla. Tutkielmassa tehdyn vertailun perusteella havaittiin, että molemmilla alustoilla on omat vahvuutensa: JVM-alustan sulkeumien tuki on parantunut huomattavasti erityisesti JVM-alustan Java SE 8 -version myötä, mutta .NET-alusta on edelleen ainoa alusta, joka tarjoaa sisäänrakennettua tukea häntäkutsuille. Olemassa olevien kielten vertailussa huomattiin, että harva kielistä hyödyntää ominaisuuksien toteutuksessa alustan tukea, mikä saattaa esimerkiksi JVM-alustan sulkeumatuen tapauksessa johtua yksinomaan toiminnallisuuden tuoreudesta. Kummankaan alustoista ei havaittu tällä hetkellä tarjoavan selvästi toista parempaa tukea esimerkiksi Schemen kaltaisten funktionaalisten kielten toteuttajille.

Funktion approksimointimenetelmiä käytetään karkeasti jaoteltuna kahdessa eri tilanteessa. Ensimmäinen näistä on jonkin tunnetun funktion korvaaminen toisella helpommin käsiteltävällä funktiolla siten, että se jossakin ympäristössä kuvastaa riittävän hyvin alkuperäisen funktion käyttäytymistä. Polynomifunktiot sopivat tähän tarkoitukseen erinomaisesti, sillä ne ovat jatkuvia, derivoituvia ja verrattaen helposti käsiteltäviä. Tärkeä lähtökohta polynomeilla approksimoinnille on Weierstrassin approksimaatiolause, joka todistetaan kahdella eri tavalla luvuissa 2 ja 4. Lisäksi esitetään Weierstrassin esimerkki kaikkialla jatkuvasta, ei missään derivoituvasta funktiosta. Luvuissa 3 ja 4 esitellään kaksi polynomia, Taylorin ja Bernsteinin polynomit, joilla voidaan approksimoida tunnettua funktiota. Approksimoinnin toinen asetelma on, että approksimoitavasta funktiosta tunnetaan vain arvoja yksittäisissä pisteissä ja tavoitteena on muodostaa funktio, jolla saadaan informaatiota näiden pisteiden väliltä. Tällä tavalla voidaan esimerkiksi analysoida kokeellisia mittaustuloksia tai muodostaa malleja ja ennusteita. Luvussa 5 esitellään interpolaatiota ja Lagrangen interpolaatiokaava annettujen pisteiden kautta kulkevan polynomin muodostamiseksi. Approksimaation virheen minimoinnista kerrotaan luvussa 6 ja esitellään Chebyshevin polynomi, jolla saadaan tasaisia approksimaatioita minimoiden maksimivirhe. Lopuksi annetaan Remezin algoritmin muodossa esimerkki menetelmästä, jolla voidaan etsiä funktiolle tällaista pienimmän maksimivirheen polynomiapproksimaatiota.

Pro gradu –työn tarkoituksena on tutkia triterpeenien syövänvastaisia vaikutuksia sekä rakenteen vaikutuksta sytotoksisuuteen. Triterpeenit ovat runsaasti eri kasvikunnan lajeissa esiintyviä pentasyklisiä yhdisteitä, joilla on todettu olevan paljon erilaisia biologisia vaikutuskohteita. Yksi mielenkiintoisimmista vaikutuksista on ollut niiden sytotoksisuus useita eri syöpäsolulinjoja vastaan. Triterpeenin kemiallisella rakenteella on suuri merkitys sytotoksisuuteen. Tärkeitä tekijöitä sytotoksisuuden kannalta näyttäisivät olevan yhdisteen vetysitoutumiskyky ja yhdisteen happamuus. Tärkeää yhdisteen tehon kannalta on myös yhdisteen käyttäytyminen fysiologisissa olosuhteissa. Yhdisteiden rakenne-aktiivisuussuhde vaihtelee kuitenkin huomattavasti eri syöpäsolutyypien välillä ja jokin aktiivisuutta lisäävä rakenne saattaa lisätä sytotoksisuutta myös normaaleja soluja kohtaan. Triterpeenien liukoisuusongelmien takia on yhä enemmän oltu kiinnostuineita heterosyklisten triterpeenien syntetisoinnista. Työn kokeellisessa osassa syntetisoitiin uusia fuusioituja heterosyklisiä triterpeenijohdannaisia betuliinista. Kokeellisen osuuden aikana saatiin valmistettua neljä eri lopputuotetta. Lopputuotteiden aktiivisuus testattiin eturauhassyöpäsolulinjaa vastaan. Tämän työn valmistumiseen mennessä saatiin yhden lopputuotteen aktiivisuuskokeiden tulokset ja yhdiste oli aktiivinen. Toistaiseksi ei ole vielä valmistettu yhtään erittäin aktiivista heterosyklistä betuliinijohdannaista, joten tutkimuksia tämän osalta tarvitaan tulevaisuudessa lisää. Heterosykliset triterpeenijohdannaiset vaikuttavat kuitenkin lupaavilta hyvien rakenteellisten ominaisuuksiensa takia.

Laadukkaaseen argumentointiprosessiin sitoutuminen antaa opiskelijalle mahdollisuuden oppia sekä itse argumentoinnista että keskustelun kohteena olevan aihealueen sisällöstä (Chinn & Clark, 2013). Mikäli tällaisia kollaboratiiviseen argumentointiin perustuvia keskusteluja halutaan hyödyntää osana opetusta, tarvitaan työkaluja niiden analysointia ja kehittämistä varten. Tässä tutkielmassa selvitettiin, miten alun perin yhteiskunnallisten keskustelujen analysointiin kehitetty Rainbow-analyysikehys (Baker, Andriessen, Lund, van Amelsvoort & Quignard, 2007) soveltuu fysiikan opettajaopiskelijoiden käymän fysiikan sisältötietoon liittyvän keskustelun analysointiin ja esitettiin, millaisia piirteitä opiskelijoiden välisistä keskusteluista voidaan sen avulla tunnistaa. Lisäksi esitettiin määrällisiä tunnuslukuja tehdystä analyysistä. Rainbow-analyysin suorittamisen lisäksi tutkittiin analysoitujen keskustelujen oppositionaalisuusastetta ja eksplisiittisesti perusteltujen kommenttien määrää. Sekä oppositionaaliset että perustellut väitteet ovat kummatkin laadukkaan argumentoinnin tunnusmerkkejä (Rapanta, Garcia-Mila & Gilabert, 2013). Tutkielmassa analysoitiin yhteensä 12 kahden tunnin mittaista Moodle-verkkokeskustelua, joissa fysiikan aineenopettajaopiskelijat pohtivat yhdessä, kuinka tiettyihin kvanttifysiikan aiheisiin liittyvät sisältötiedot tulisi järjestää uudelleen aiheiden opettamista varten. Aineisto analysoitiin teorialähtöisen sisällönanalyysin (Elo & Kyngäs, 2008) keinoin. Analyysin alussa havaittiin, että Rainbow-analyysikehys ei sellaisenaan soveltunut tutkielman aineiston analysointiin, mutta siitä muokatun version avulla saatiin aineiston analyysiyksiköt jaettua seitsemään pääkategoriaan, jotka kuvaavat analyysiyksiköiden tehtäviä keskustelussa. Tämän jälkeen analysoitiin aineistolähtöisen sisällönanalyysin avulla, mikä oli kunkin analyysiyksikön tarkempi tehtävä keskustelussa. Lopulta muodostettiin tehtäviä vastaavat, seitsemälle pääkategorialle alisteiset 66 alakategoriaa ja kaikista kategorioista koostuva hierarkkinen kategoriarakenne. Määrällisessä analyysissa laskettiin kuhunkin kategoriaan sijoitettujen analyysiyksiköiden määrä. Havaittiin esimerkiksi, että sanamäärällä mitattuna peräti 88,4 % aineiston kaikesta vuorovaikutuksesta kuuluu neljään keskustelun tavoitteiden kannalta tärkeimpään, argumentointiin liittyvän vuorovaikutuksen kategoriaan. Aineiston neljän ylimmän kategorian analyysiyksiköistä 18,9 % on oppositionaalisia toista keskustelijaa kohtaan ja 31,8 % eksplisiittisesti perusteltuja. Tällaisten kommenttien osuutta keskusteluissa saattaisi olla mahdollista kasvattaa. Tutkielmassa on esitelty keinoja, joista voisi olla apua. Tutkielmassa tuotettiin Rainbow-analyysikehyksestä muokattu versio, joka sopii löyhästi strukturoidun, fysiikan sisältötietoon liittyvän keskustelun analysointiin. Tämä toteutettiin laatimalla analyysin aikana sitä ohjaavat säännöt, raportoimalla ne huolellisesti sekä määrittelemällä aineistosta syntyneiden kategorioiden avulla kukin Rainbow-pääkategoria uudelleen. Syntynyttä analyysikehystä tulee edelleen kehittää analysoimalla sen avulla lisää keskusteluja. Analyysikehyksessä on useita kategorioita, jotka saattaisivat toimia indikaattoreina oppimisen kannalta laadukkaasta keskustelusta. Lisätutkimuksia tarvittaisiin selvittämään, mitkä kategorioista voisivat olla erityisen hyödyllisiä tässä suhteessa.

Tässä työssä on tavoitteena esittää yksi opetuksellinen malli sille, miten fysiikkaa voidaan opettaa huvipuistokontekstissa lukiotasolla. Työssä selvitettiin, millaisia fysiikan ilmiöitä huvipuistossa voidaan havaita, miten huvipuistolaitteita voidaan hyödyntää lukion fysiikan kokeiden tekemisessä ja miten huvipuistovierailua voidaan hyödyntää lukion fysiikan opetuksessa. Työn teoriaosuudessa tarkastellaan kiinnostuksen kehittymistä, johon opettaja voi vaikuttaa valitsemillaan sisällöillä, konteksteilla ja opetustavoilla. Koulun ulkopuolella tapahtuvalla oppimisella voi olla vaikutusta kiinnostukseen ja oppimiseen, ja huvipuisto voi tarjota tällaisen kiinnostusta lisäävän kontekstin. Lisäksi tarkastellaan huvipuistolaitteisiin liittyviä fysiikan ilmiöitä: dynamiikkaa, energiamuutoksia ja sähkömagnetismia. Työssä esitellään erilaisia mittausvälineitä ja älypuhelinsovelluksia, joita huvipuistossa tehtävissä mittauksissa voidaan käyttää, ja niihin liittyviä suureita. Lisäksi esitellään Linnanmäen huvipuistossa mahdollisia mittauksia. Työssä toteutettiin empiirinen tutkimus Linnanmäen huvipuistossa opiskelijaryhmän kanssa. Kolmiosainen vierailu toteutettiin yhteistyössä pääkaupunkiseudulla sijaitsevan lukion kanssa ja siihen sisältyi harjoittelu- ja analysointiosuudet koululla sekä mittausosuus Linnanmäellä. Mittauksissa käytettiin Vernierin LabQuest 2 -laitteistoa. Seuraavissa tutkimuksissa voitaisiin selvittää, missä määrin huvipuistokonteksti lisää kiinnostusta fysiikkaan ja onko huvipuistovierailulla vaikutusta fysiikan oppimiseen.

Tapaustutkimuksessa toteutettiin kyselytutkimus, johon vastasi seitsemän opettajaa. Opettajilta kyseltiin heidän kokemuksiansa ja asenteita fysiikan oppilastöitä kohtaan sekä käyttivätkö he avoimia vai suljettuja oppilastöitä. Kysymyksillä pyrittiin selvittämään myös, miten opettajat kokivat oppilastöiden vaikuttaneen heidän oppilaidensa oppimistuloksiin. Vastauksissaan opettajat pääasiassa ilmaisivat kokevansa oppilastyöt olennaiseksi osaksi fysiikan opetusta ja tärkeiksi työkaluiksi parannettaessa oppilaiden ymmärrystä fysiikan käsitteistä. Opettajat hyödynsivät suurimmaksi osaksi oppilastöissään suljettua mallia, vaikka kuitenkin osoittivat pitävänsä avointa oppilastyömallia hyvänä opetuskeinona. Vastaajat eivät kokeneet seuraavansa suoraan OPSin ohjeistusta.

Tässä työssä tutkitaan fysiikan opettajaopiskelijoiden käsityksiä elektronin ja fotonin ontologioista. Erityisesti tutkitaan näissä käsityksissä tapahtuvia muutoksia kvanttifysiikan perusteita opettavan kurssin aikana. Tutkimuksessa on analysoitu 38 Helsingin yliopiston fysiikan opettajaopiskelijan vastauksia fenomenografiseen Kvanttifysiikan käsitetestiin, jolla tutkitaan käsityksiä kvanttiolioiden dualistisesta luonteesta sekä erityisesti pienen intensiteetin kaksoisrakokokeesssa havaittavien ilmiöiden kuten lokalisoitumisen ja interferenssin merkityksistä. Vastaukset on kerätty kahdelta sisällöiltään oleellisesti yhteneväiseltä opettajaopiskelijoille suunnatulta kurssilta peräkkäisiltä lukukausilta, ja käsitetestiin on vastattu kurssin alussa ja kurssiopetuksen päätyttyä. Vastausten analysoinnissa on sovellettu pääasiassa yhden muuttujan tilastollisia testejä kuten Marginaalisen homogeenisuuden testiä, McNemarin ja Wilcoxonin testejä, Spearmanin ja Kendallin korrelaatiokertoimia sekä Kruskal-Wallis- ja Mann-Whitney -testejä asianmukaisine merkitsevyyskorjauksineen mutta lisäksi monimuuttujaista varianssianalyysiä ryhmien mahdollisten erojen löytämiseksi. Kurssin aikana opiskelijat ovat oppineet mieltämään fotonien paikallistumisen valokuvauslevylle viittaavan fotonien hiukkasmaiseen luonteeseen. Lisäksi kvanttimekaniikan todennäköisyystulkintaa mukailevat käsitykset ovat vahvistuneet samoin kuin elektronien ja varsinkin fotonien ei-jatkuvaan olemassaoloon liittyvät käsitykset. Klassisenkaltaiseen hiukkaskuvaan viittaavissa kysymyksissä havaittiin tuon käsitysmallin kannatuksen vähenevän erityisesti toisella tutkituista kursseista.

Argumentoinnista luonnontieteen opetuksen kontekstissa on julkaistu paljon tutkimuksia viimeisen parinkymmenen vuoden aikana. Argumentointitaitojen nähdään luonnontieteen opetuksessa lisäävän oppilaiden ymmärrystä luonnontieteen käytännöistä sekä auttavan mallien, teorioiden ja selitysten rakentamisessa. Myös oppilaiden tieteellisen kielen käytön, kriittisen ajattelun ja päättelykyvyn on koettu parantuvan.Tutkimukset ovat kuitenkin keskittyneet lähes kokonaan oppilaiden argumentointiin. Opettajan roolin on nähty olevan lähinnä oppilaiden kannustaminen omien argumenttien tekemiseen ja argumentoinnin opettaminen sopivia pedagogisia strategioita käyttäen. Opettaja toimii kuitenkin jatkuvasti esimerkkinä asiantuntijan argumentoinnista omalla argumentoinnillaan. Siksi on tärkeää kiinnittää huomiota myös opettajien argumentointiin. Tässä tutkimuksessa on analysoitu kahden fysiikan opettajan lukion oppitunneilla käyttämiä argumentteja. Aineistona on käytetty videoituja sähköstatiikan oppitunteja. Argumentit on ensin luokiteltu rakenteellisesti Toulminin argumentaatioteorian avulla, jonka jälkeen on tarkasteltu niiden fysikaalista pätevyyttä Nousiaisen neliportaista mallia käyttäen, sekä argumenteissa käytettyjä moodeja. Vaikka oppitunnit olivat luentomallisia, niissä esiintyi useita eri moodeja. Esimerkiksi matemaattisia moodeja esiintyi tasaisesti kaikissa argumentin osissa, ja jopa niin, että usein koko argumentti oli täysin matemaattinen. Opettajien argumenteista melkein neljäsosa (9/38) jäi kokonaan ilman perustelua, ja perustelun sisältäneistä argumenteistakaan kaikki eivät olleet fysikaalisesti päteviä. Esimerkiksi toisen opettajan argumenteista vain alle puolet (8/21) täyttivät fysikaaliselle pätevyydelle asetetut ehdot. Analysointivaiheessa tuli selväksi, että argumentteja pitää käsitellä multimodaalisina, jotta ei menetettäisi oleellista tietoa opettajien argumentoinnista. Tuloksista nähdään myös, että rakenteellisesti hyvä argumentti saattaa olla sisällöllisesti riittämätön. Tästä syystä argumenttien rakenteen lisäksi tulisi aina tarkastella erikseen myös argumenttien sisältöä. Vaikka molemmat opettajat olivat kokeneita fysiikan opettajia, oli argumentoinnissa paljon parannettavaa. Tutkielman pohdintaosiossa esitetään muutama ehdotus fysiikan opettajien argumentointitaitojen parantamiseksi.

Tässä pro gradu- tutkielmassa selvitetään, löytyykö fysiikan ylioppilaskokeeseen osallistuneiden kokelaiden tuloksissa eroja, kun kokelaat on luokiteltu opinnoissa käytetyn oppikirjasarjan perusteella. Tutkimusaineistona on käytetty fysiikan ylioppilaskokeiden tuloksia aikavälillä kevät 2008 — kevät 2013, ja samalta ajalta palautettuja ylioppilakokeen tarkastuslomakkeen liitesivuja. Tarkastuslomakkeen liitesivuissa kokeen esitarkastajan tulee ilmoittaa opinnoissa käytetyt oppikirjat. Oppikirjatieto ja ylioppilaskokeen tulokset on yhdistetty lukion numeron perusteella. Kokelaat on luokiteltu sen perusteella, mikä oppikirja heillä on ollut käytössä opinnoissaan. Mahdollisessa kertauskurssissa käytettyä kirjaa ei ole huomioitu. Jos kokelaan lukiossa fysiikan kursseissa on käytetty eri kirjasarjoihin kuuluvia kirjoja, on kokelas luokiteltu kuuluvaksi ryhmään Useita kirjasarjoja käyttäneet. Poikkeus tähän on tehty kevään 2013 osalta, jolloin usealla koululla oli käytössä Empiria kirjasarja, joka ei ollut ehtinyt täysin valmistua. Analyysi on tehty niiltä osin, kun kirjasarja on ollut valmis. Tutkimusaineistosta on rajattu pois kokelaat, joiden kokeen esitarkastaja ei ollut ilmoittanut opinnoissa käytetyksi oppikirjaa. Hyväksymiskriteerinä on ollut myös kokelaslajiin 1 kuuluminen, eli kokelaisiin, jotka ovat suorittamassa fysiikan ylioppilaskoetta ensimmäistä kertaa ja ovat tekemässä tutkintoa lukio-opintojensa perusteella. Käytetyn oppikirjan mukaisten ryhmien välisiä tuloksia on analysoitu tekemällä yksisuuntainen varianssianalyysi. Varianssianalyysin selitettävänä muuttujana on käytetty tehtäväkohtaisia tuloksia sekä saatuja kokonaispisteitä, ja selittävänä muuttujana oppikirjaluokittelusta saatua ryhmää. Ylioppilaskokeen tehtävät on luokiteltu sen mukaan, minkä kurssin aihealueeseen ne lukion opetussuunnitelman perusteiden kurssikuvauksen perusteella kuuluvat. Varianssianalyysissä havaitut erot on laskettu kumulatiivisesti yhteen sen mukaan, mitä aihealuetta analysoitu tehtävä on käsitellyt. Tällä tavalla lasketulla erojen summalla on kuvattu erojen toistuvuutta. Tämän erojen määrän kumulatiivisen summan perusteella eri kirjoja käyttäneiden ryhmien välillä on pieniä eroja aihealueittain. Merkittävin ero tuloksissa oli kevään 2013 tutkinnossa Empiria-kirjasarjaa käyttäneiden ja muiden kokelaiden välillä. Kyseisten lukioiden tulosten vertailu koko tarkastelujaksolla paljasti kuitenkin sen, että vastaava ero oli saavutettu kaksi kertaa aikaisemminkin keväinä 2008 ja 2010. Kirja ei siis tässä tapauksessa voi olla selittävä tekijä. Tämä herättää kysymyksen, voiko kirja ylipäätään selittää ylioppilaskokeen menestystä? Mikä siis voisi selittää sen miksi tietyssä aihealueessa menestyvät lukiot päätyvät käyttämään eri kirjoja, kuin toisessa aihealueessa menestyvät?

Luonnontieteellisillä aloilla on kansainvälisesti työvoimapulaa pätevistä työntekijöistä, ja on myös ennustettu, että tämä puute on kasvamassa tulevaisuudessa. Myös kiinnostus luonnontieteiden opiskeluun on laskussa, samoin luonnontieteellisten aineiden opintotulokset. Jotta luonnontieteellisillä aloilla olisi jatkossa tarpeeksi osaajia, tulisi luonnontieteellisten alojen opiskelijoiden määrää lisätä, ja tätä kautta lisätä luonnontieteellisiltä aloilta valmistuneiden määrää. Jotta fysiikan opiskelijoiden määrää voidaan lisätä, tulisi fysiikan aineenvalinnan relevanssitekijöitä kartoittaa, jotta niitä voidaan hyödyntää opetuksessa. Fysiikan aineenvalinnan relevanssitekijöitä luokiteltiin tässä tutkielmassa Stuckeyn ja kumppanien luoman relevanssimallin avulla. Tätä relevanssimallia on hyödynnetty aiemminkin opetuksen relevanssitutkimuksessa, sekä opetuskokonaisuuksien kehityksessä. Tämän relevanssimallin mukaan relevanssin määritelmä on monimuotoinen, ja sitä voidaan tarkastella useasta eri näkökulmasta, henkilökohtaisesta, yhteiskunnallisesta, sekä ammatillisesta. Tähän relevanssimalliin lisättiin tässä tutkielmassa vielä episteeminen näkökulma. Tutkielmaa varten kerättiin aineistoa Helsingin yliopiston fysiikan opiskelijoiden, sekä fysiikan aineenopettaja opiskelijoiden keskuudesta syksyllä 2022 (N = 40). Tutkimusmenetelmänä oli kyselylomaketutkimus, ja korrelaation analyysimenetelmänä T-testi. kyselylomake oli laadittu Likert-asteikko muotoon. Tutkielman päätutkimuskysymyksinä olivat: mitkä relevanssitekijät vaikuttivat eniten opiskelijoiden aineenvalintaan, sekä millaista korrelaatiota eri relevanssin ulottuvuuksien välillä on havaittavissa. Tulokset osoittivat, että fysiikan aineen valinneet opiskelijat arvostivat sitä, että fysiikka on heille henkilökohtaisesti kiinnostavaa, sekä tulevan ammatin mielekkyyttä. Aineenvalintaan vaikuttaneita tekijöitä ilmeni kaikkien relevanssin ulottuvuuksien välillä, mutta erityisesti henkilökohtainen ja episteeminen ulottuvuus korostuivat tuloksissa.