Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Browsing by Title

Sort by: Order: Results:

  • Paajanen, Santeri (2022)
    NMDA receptors are ionotropic glutamate receptors (iGluRs), tetrameric proteins, mediating synaptic transmission in the brain and the whole nervous system. Together with another type of iGluRs, AMPA receptors, they are considered essential for neuronal plasticity and memory. Understanding their dynamics and different kinetics is vital for studying various neurological diseases. The relatively slow dynamics, where the time scales of related processes range up to hundreds of milliseconds, make studying them with Molecular Dynamics (MD) simulations challenging. We developed the Functional Sampling Tool (FST), a novel method for enhancing the sampling of a function of interest. Compared to existing enhanced sampling schemes it strikes a balance between generality and simplicity, minimising the need of user input, while allowing for maximal customisability. Using FST, we studied two processes of the NMDA receptor. By keeping all four ligands bound we simulated a desensitisation pathway, and by removing all four we simulated an inactivation pathway. The tool sampled both, giving a good distribution between open and closed states. The tool also allowed us to change the function in the middle of sampling. With the new function we were able to produce more data, focusing on a certain value range.
  • Hirviniemi, Olli (2017)
    In this thesis we examine the properties of Wigner matrices. We will give proofs for two fundamental limit theorems of random Hermitian matrices. One of them is Wigner's semicircular law which states that the distribution of the eigenvalues approaches the Wigner's semicircular distribution when the size of the matrix increases. The other, Bai-Yin theorem, tells that the operator norm of such n × n matrix is almost surely (2+o(1))\sqrt{n}. In Chapter 1 we begin by introducing Wigner matrices and deduce the proper normalizing factor. We will also consider what does it mean for the distribution of the eigenvalues to converge by demanding that the empirical spectral distribution should converge almost surely in weak topology. In Chapter 2 we introduce the Stieltjes transform, a useful tool for finding the limit measure. We prove some basic properties and prove that the weak convergence of measures is equivalent to the convergence of their Stieltjes transforms. In Chapter 3 we prove the Wigner's semicircular law. The proof is based on using the Stieltjes transform, and contains several steps. First we find the pointwise expectation of the Stieltjes transform by deriving a polynomial equation for it. While deriving this equation we use several techniques and theorems from both probability theory and linear algebra, covered in the appropriate Appendix. After deducing that the expectation converges, we see quite straightforwardly that the pointwise limit is in fact almost sure. From this we deduce that the empirical spectral distribution of the Wigner matrix converges to the Wigner's semicircular distribution. We begin Chapter 4 by concluding the lower bound in Bai-Yin theorem directly by the semicircular law. For upper bound, we can split the matrix into three parts and use triangle inequality. The diagonal part is easily seen to grow slower than \sqrt{n}. The part with smaller elements is estimated using even moments and combinatorics to see that it has the wanted upper bound. Finally the part containing all large elements is almost surely sparse, and therefore its operator norm grows slower than \sqrt{n}.
  • Mustaniemi, Tuomas (2022)
    The thesis gives an overview of indoor air pollution sources, health effects, and the detection of the fungal markers in indoor environment. In the experimental part of the thesis, solid phase extraction-liquid chromatography-tandem mass spectrometry method was developed for the quantitative analysis of 23 fungal secondary metabolites. The method was used to analyze the condensate water in indoor air from two sick houses in the Southern part of Finland. Furthermore, the practice was used to find other possible fungal marker compounds. The concerns of the indoor air pollution have been steadily increasing for the past couple decades since the prevalence of the irritative symptoms, such as skin, eye and respiratory track problems, that have been increasing without any clear reasoning. These symptoms are therefore being referred as building related symptoms since no other functionality have been discovered to be responsible for those. The general sources that could be linked to the cause of these symptoms are comfort parameters, material and burning related sources, and microbial metabolism products. From the microbes, the fungal species exhibit biggest concerns related to the indoor air quality since the growth of the fungus in the suitable conditions can lead to sizeable emissions of the particles and secondary metabolites which might be toxic, irritating or otherwise unhealthy. The traditional way of detecting the fungal contamination has required highly trained professional who investigates the interiors of the suspected contaminated house with the help of a moisture detector. When the contaminated spot is detected, the expert would conduct a visual inspection, and take a sample of the fungal growth for the microscopic analysis. Since then, methods focusing on the detection of the fungal particles and compounds have been developed. These include the collection of the bioaerosols and the detection of the volatile organic compounds originating from the fungal metabolism. However, there are challenges and limitations on these methods such as dependencies on time, low concentrations, and other pollution sources having similar chemical profiles than the fungal sources. Therefore, diverse ways to analyze the chemical profile of the sick houses is needed. Consequently, in the experimental part of this thesis, the method was developed to analyze fungal secondary metabolites from the condensate of the indoor air. The investigation consisted of the two fungal contaminated sick houses and from the one reference laboratory air sample. The results revealed twelve compounds to be elevated in the indoor air compared to the outdoor air and seven of these compounds were not detected in the reference sample. From these seven compounds, the studied amino acids and caffeine were the most promising fungal marker compounds since these compounds had consistently larger concentrations indoors than outdoors. Furthermore, the precursor ion scan revealed nine more potential marker compounds.
  • Salminen, Jessica (2013)
    Aikaisempi kokemus matematiikkakuvatutkimuksesta ja funktio-oppimateriaalin luominen englanniksi yhdeksäsluokkalaisille johdatti tutkijan pohtimaan, miten oppilaat olivat lopulta käsittäneet funktion ja onko matematiikkakuvalla yhteyttä oppilaan funktiokäsitykseen tai ylipäätänsä menestymiseen matematiikassa. Inspiraation lähteenä tälle tutkimukselle toimi Vinnerin ja Dreyfusin (1989) tutkimus funktiokäsityksestä ja Pietilän (2002) matematiikkakuvatutkimus. Yläkoululaisten funktiokäsityksen vertailukohteena käytettiin Hannulan ja Tuomen (2012) samana keväänä keräämää lukiolaisaineistoa ja heidän tutkimuksensa tuloksia. Tutkimuksessa kartoitetaan Middle Years Programmen Espoossa läpikäyneiden yhdeksäsluokkalaisten funktiokäsitystä ja matematiikkakuvaa. Aineisto kerättiin paperisella kyselylomakkeella luokkahuonetilanteessa keväällä 2012 Espoolaisessa Middle Years Programme -koulussa kevään viimeisenä koulupäivänä. Tutkimukseen osallistui 49 koulun 63:sta yhdeksäsluokkalaisesta. Tutkimusaineiston analysoinnissa käytettiin sekä laadullisia että määrällisiä menetelmiä. Aineiston määrällisessä analysoinnissa käytettiin apuna SPSS-ohjelmaa ja tilastollisia merkitsevyystestejä. MYP-yläkoululaisten funktion eri representaatioiden hallinta ei eronnut tilastollisesti merkitsevästi lukiolaisten vastauksista. Parhaiten funktion eri representaatiot hallitsivat ne yläkoululaiset, jotka määrittelivät funktion vastaavuuden tai algebrallisen esityksen kautta. Ne oppilaat, jotka jättivät funktion kokonaan määrittelemättä, olivat aineiston heikoimmin matematiikkaa opiskelemaan motivoituneita, heidän asenteensa oli huonoin ja käsitykset matematiikasta negatiivisimmat. Sen sijaan ne oppilaat, jotka määrittelivät funktion vastaavuuden kautta, olivat hyvin motivoituneita opiskelemaan matematiikkaa, heidän asenteensa matematiikan opiskeluun oli aineiston positiivisin, heillä oli vähiten uskomuksia matematiikasta ja heidän käsityksensä matematiikan luonteesta olivat aineiston selvästi positiivisimmat.
  • Lantto, Anttijuhani (2015)
    Suuri osa nykyisistä sovelluksista on selaimella käytettäviä web-sovelluksia. Eräs web-sovellusten suurimmista haasteista on tapahtumien käsittely, joka sisältää suuren osan sovelluksen virheistä. Funktionaalinen reaktiivinen ohjelmointi pyrkii selkeyttämään tapahtumienkäsittelyä ja sovelluksen tilan automaattista päivitystä. Funktionaalinen reaktiivinen ohjelmointi tarjoaa tähän kaksi työkalua: signaalit ja tapahtumavirrat. Signaalit ovat automaattisesti päivittyviä arvoja, joiden avulla sovelluksen käyttöliittymä voidaan pitää automaattisesti päivitettynä. Tapahtumavirrat ovat ajan mukaan järjestettyjä kokoelmia tapahtumia. Tapahtuman tapahtuessa se lisätään tapahtumavirtaan ja käsitellään. Tapahtumavirroille voidaan tehdä funktionaalisen ohjelmoinnin kokoelmien käsittelyn tyylisiä operaatioita. Tutkielmassa esitellään funktionaalisen reaktiivisen ohjelmoinnin periaatteet ja käsitellään tarkemmin Javascriptillä tehdyistä funktionaalisen reaktiivisen ohjelmoinnin toteutuksista RxJS ja Bacon.js. Funktionaalinen reaktiivinen ohjelmointi on selvä edistysaskel yksinkertaisista pelkkiin takaisinkutsuihin perustuvista ratkaisuista. Se parantaa sovellusten ylläpidettävyyttä, laajennettavuutta ja selkeyttää ohjelmakoodia. Useimpien sovellusten kehittämisessä käytetään sovelluskehyksiä. Sovelluskehysten tavoitteet ovat usein yhteneväisiä funktionaalisen reaktiivisen ohjelmoinnin kanssa, eli ne pyrkivät selkeyttämään tapahtumien käsittelyä, yhtenäistämään rajapintoja ja selkeyttämään sovellusten rakennetta. Tutkielmassa esimerkkisovelluskehyksenä on AngularJS. AngularJS toteuttaa monia reaktiivisuuden piirteitä ja sitä voidaan käyttää yhdessä Bacon.js:n ja RxJS:n kanssa. Funktionaalista reaktiivista ohjelmointia voidaan käyttää yhdessä sovelluskehysten kanssa, mutta sovelluskehysten kanssa funktionaalisen reaktiivisen ohjelmoinnin hyöty jää pienemmäksi. Monimutkaisen tapahtuman käsittelyn yhteydessä funktionaalisen reaktiivisen ohjelmoinnin käyttö voi olla järkevää, vaikka sovelluksessa olisikin sovelluskehys käytössä.
  • Pitkänen, Kaarlo (2014)
    Tietokonepelit on jo pitkään luotu käyttäen lähes yksinomaan imperatiivisia ohjelmointikieliä, kuten C++- ja C#-kieltä. Toisaalta tiedetään, että funktionaalisessa ohjelmoinnissa esimerkiksi rinnakkaisuuden hallinta sekä ohjelmien testaus on usein helpompaa kuin imperatiivisessa ohjelmoinnissa. Tämä on yksi syy, miksi funktionaalisen ohjelmoinnin soveltaminen peliohjelmointiin on herättänyt mielenkiintoa. Tässä pro gradu -tutkielmassa tarkastellaan funktionaalisen ohjelmoinnin soveltamista peliohjelmointiin. Sen jälkeen, kun on selostettu tutkielmassa käytettäviä ohjelmointitekniikoita, esitellään kaksi funktionaalista ohjelmointia hyväksi käyttävää ohjelmointikieltä Yampa ja Casanova. Näillä ohjelmointikielillä toteutetaan esimerkkipelit, joita verrataan imperatiivisella ohjelmointikielellä toteutettuun esimerkkipeliin. Vertailusta voidaan huomata, että funktionaalisia ohjelmointitekniikoita hyväksi käyttävät esimerkkipelit ovat sekä pelaajan että ohjelmoijan näkökulmasta laadullisesti vertailukelpoisia perinteisellä imperatiivisella ohjelmointikielellä toteutetun peliratkaisun kanssa.
  • Borg, Ina (2017)
    Kultakomplekseja on katalyysikemiassa perinteisesti käytetty aktivoimaan alkyynien, alleenien ja alkeenien π-sidoksia nukleofiilistä additiota varten. Kultakomplekseja, joissa on halogeeniligandeja, kutsutaan yleensä esikatalyyteiksi. Näistä voidaan muodostaa aktiivinen katalyytti luomalla kultaioniin vapaa koordinointipaikka vaihtamalla vahvasti koordinoiva halogeeni-anioni ei-koordinoivaan anioniin. Ligandeissa mahdollisesti esiintyvän funktionaalisen osan tarkoituksena on korvata vastaionien käyttö koordinoitumalla heikosti kultaan. Hypoteesin mukaan funktionaalinen ryhmä kykenisi spontaanisti irtautumaan kultaytimestä ja näin ollen luomaan vapaan koord inointipaikan katalysoitavalle substraatille. Kirjallisuuskatsauksessa tarkastellaan alkuun organokultakompleksien toimintaa homogeenisessä katalyysissä sekä vastaionien merkitystä katalyyttiseen aktiivisuuteen. Tämän jälkeen tarkastellaan syvemmin funktionaalisten NHC-kultakompleksien ominaisuuksia, kuten niiden funktionaalisen osan kykyä koordinoitua kultaytimeen katalyyttien aktivoimiseksi. Samalla tarkastellaan myös missä reaktioissa ja minkälaisella menestyksellä funktionalisoituja NHC-kultakomplekseja on käytetty. Muutamassa tapauksessa kultakomplekseja onnistuttiin aktivoimaan NHC-ligandien funktionaalisuuden ansiosta. Kokeellisessa osuudessa syntetisoitiin ksyleeni- ja pyridiinipohjaisilla linkkereillä sekä suojatulla amiinifunktionaalisuudella varustettuja NHC-ligandeja. Vastaavien kulta(I)- ja kulta(III)- kompleksien katalyyttistä aktiivisuutta tutkittiin alkynyylifuraanin toisiintumisreaktiossa, terminaalisen alkynyylihapon ja propargyyliamidin syklisointireaktioissa sekä imiinisynteesissä. Valmistetut katalyytit osoittivat vaihtelevaa aktiivisuutta eri reaktioissa.
  • Leppänen, Laura (2017)
    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.
  • Tyvijärvi, Jaakko (2018)
    Työssä käsitellään neljää lukion pitkän matematiikan Derivaatta-kurssin oppikirjaa. Kirjoista kolme on suunnattu vuoden 2003 opetussuunnitelman perusteiden tueksi ja yksi vuoden 2015 opetussuunnitelman tueksi. Oppikirjoista käydään läpi funktion kulkuun edellytettävä opintopolku keskittyen tarkemmin loppuosaan eli funktion kulun tutkimiseen liittyvät osiot. Työssä tuodaan esiin oppikirjojen eroavaisuudet ja yhtäläisyydet, mutta mahdollisiin sähköisiin lisämateriaaleihin ei oteta kantaa. Oppikirjojen rakenteet vastaavat todella paljon toisiaan. Joitakin tarkempia määritelmiä löytyy etenkin kirjasta Matematiikan Taito 7. Työhön on koottu aiemmin saatua tutkimustietoa matematiikan oppimiseen liittyen, etenkin derivaatan ja funktion kulun ymmärtämiseen liiittyen. Erilaisten representaatioiden käyttöön ja niiden ymmärtämiseen pohjautuva oppiminen ja opetus on otettu huomioon työtä tehdessä. Erilaisten representaatioiden käyttö on havaittu auttavan opiskelijaa syventämään tietämystään, mutta toisaalta eri representaatioiden väliset yhteydet on vaikeampi oppia kuin yksittäiset representaatiot. Työn loppuosaan on koottu vuosien 2009-2016 pitkän matematiikan ylioppilaskokeiden tehtävistä funktion kulkuun liittyvien tehtävien määrä luokittain. Luokittelu on tehty muun muassa ääriarvojen tai funktion nollakohtien lukumäärää määrittämistä vaativiin tehtäviin. Tehtävien määrä on hiukan laskenut tuoreimmissa ylioppilaskokeissa, mutta samalla tehvävät ovat olleet soveltavampia kuin tutkitun välin alkuvaiheessa.
  • Turunen, Tomi (2019)
    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.
  • Keskiväli, Juha (2014)
    Tässä opinnäytetyössä käsitellään biopohjaisten 2-furaldehydin (furfuraali) ja 5-(hydroksimetyyli)-2-furaldehydin (HMF) sekä näiden johdannaisten katalyyttisiä kondensaatioreaktioita. Kondensaatioreaktioilla näistä lähtöainemolekyyleistä voidaan valmistaa hienokemikaaleja sekä mahdollisia biopolttoaineita. Kirjallisuuskatsauksessa käydään yksityiskohtaisesti läpi neljä eri kondensaatioreakiotyyppiä, aldolikondensaatio, esteröimisreaktio, eetteröimisreaktio sekä pelkistävä aminaatio. Lisäksi katsauksessa on esitetty muutamia muita kirjallisuudessa raportoituja kondensaatioreaktioita. Opinnäytetyöhön on listattu kirjallisuudesta löytyneitä esimerkkejä reaktioiden katalyyteistä sekä reaktiotuotteista. Kokeellisessa osuudessa on tutkittu furfuraalin ja HMF:n aldolikondensaatioreaktiota metyyli-isobutyyliketonin (MIBK) kanssa. Tutkimukset painottuivat enemmän furfuraalin ja MIBK:n reaktioon. Tämän reaktion reaktio-olosuhteet optimoitiin tutkimalla katalyytin aktiivisuutta, reaktioaikaa sekä reaktiolämpötilaa. HMF:n ja MIBK:n aldolikondensaatiossa tutkittiin lähtöaineen puhtauden vaikutusta reaktion saantoon. Myös levuliinihapon ja furfuraalin välistä aldolikondensaatioreaktiota kokeiltiin.
  • Tikka, Mari (2013)
    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.
  • Kivioja, Timo (2020)
    Kieli on keskeinen osa oppimista ja niitä ei voida erottaa. Tieteellä on oma kieli, joka eroaa merkittävästi opiskelijoiden tuntemasta arkikielestä monella tapaa. Tieteellinen kieli sisältää suuren määrän informaatiota lyhyessä tekstissä, sisältää opiskelijoille tuntemattomia termejä ja myös lauserakenne on erilainen. Opiskelijoiden tieteen oppimisessa tieteellisen kielen oppiminen onkin yksi suurimmista ongelmista. Tämän vuoksi tulevien fysiikan aineenopettajien kielellisten ilmaisujen tutkiminen on tärkeää. Opinnäytetyössä analysoidaan fysiikan aineenopettajaopiskelijoiden tuottamia tekstejä fysiikan aineenopettajakoulutuksen kurssilta. Aineisto koostuu 12 tekstistä kuudelta eri fysiikan aineenopettajaopiskelijalta. Tarkoituksena on vastata tutkimuskysymyksiin: 1. Miten voimme analysoida aineenopettajaopiskelijoiden sanaston käyttöä? ja 2. Miten fysiikan aineenopettajaopiskelijat käyttävät kaksoisrakokokeen sanastoa? ja kehittää luotettava ja toistettavissa oleva analyysiprotokolla, jolla voidaan analysoida suomenkielisiä tekstejä. Analyysinlopputulos on yksinkertaistettu muoto aineistosta, jota voidaan analysoida tulevaisuudessa mahdollisesti tietokoneella. Teoriaosassa käsitellään lisäksi käsitteitä, käsitteellistä muutosta sekä semanttisia ja sanastollisia verkkoja. Tuloksena itse analyysin tuloksien lisäksi on analyysiprotokolla, jolla pystytään analysoimaan suomenkielisiä tekstejä. Fysiikan aineenopettajaopiskelijoiden tekstien analyysistä saatiin selville, että aineenopettajaopiskelijoiden sanaston käyttö on varsin laajaa ja monipuolista. Analyysin perusteella saatiin myös selville teksteissä esiintyviä mm. tekstissä esiintyviä lauseenrakenteita ja että teksteissä fysiikan aineenopettajaopiskelijat vaihtoivat aihetta melkein joka toisessa virkkeessä. Analyysiprotokollaa pystytään kuitenkin vielä jatkossa tarkentamalla ja selventämällä sitä. Analyysiprotokollan luotettavuutta pitäisi myös tutkia siten, että toinen analyysin tekijä suorittaisi analyysin.
  • Kuusaari, Henri (2020)
    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.
  • Heino, Olga (2017)
    Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella päätettiin uudistaa Fysiikan aineopintojen laboratoriotyöt 1 ja 2 (AOL 1 ja AOL 2) -kurssit kokonaisvaltaisesti, koska näiden kurssien suoritusaika saattoi opiskelijoilla pitkittyä monella vuodella ja kurssit koettiin kokonaisuudessaan liian raskaiksi. Uudistusta olivat tekemässä fysiikan oppiaineen vastuuprofessori Hanna Vehkamäki, yliopistonlehtori Szabolcs Galambosi, fysiikan opetuksen kehittämiseen erikoistuneet FT Inkeri Kontro ja FL Ilkka Hendolin sekä allekirjoittanut. Projekti aloitettiin keväällä 2015 ja uudistetut kurssit toteutettiin ensimmäisen kerran keväällä 2016 lehtori Galambosin luennoimina. Tässä opinnäytetyössä käsittelen AOL 1 ja AOL 2 -kurssien uudistusta, joka pohjautuu fysiikan laboratoriotyökursseja koskeviin tuoreimpiin tutkimuksiin. Esittelen näiden tutkimusten ja kurssien uudistusryhmän pohdintojen perusteella määritetyt teoreettiset oppimistavoitteet uusille kursseille ja käyn läpi uusien kurssien sisällön. Kursseista tehtiin aiempaa modulaarisemmat ja tämä tekee kurssien sisältöjen muokkaamisesta helpompaa tulevaisuudessa. Molemmat kurssit koostuvat kolmesta yksittäistä laboratoriotyöstä sekä laboratoriotöitä tukevista laskuharjoituksista ja kurssit ovat kumpikin laajuudeltaan 5 op. Molemmat kurssit koettiin kurssipalautteen perusteella kiinnostaviksi sekä haastaviksi. Ensimmäisille uudistettujen kurssien suorittajille teetettiin keväällä 2016 E-CLASS-kysely, joka mittaa opiskelijoiden näkemyksiä fysiikan laboratoriotyökurssien ja oikean kokeellisen tutkimuksen yhteydestä. Opiskelijat (n=30) täyttivät kyselyn AOL 1 -kurssin alussa ja AOL 2 -kurssin lopussa. Kyselyn tulokset viittaavat siihen, etteivät opiskelijoiden näkemykset edellä mainitusta yhteydestä muuttuneet kurssin aikana. Kyselyn avulla voidaan kuitenkin mahdollisesti arvioida yksittäisten kurssitavoitteiden täyttymistä. Uudistuksen myötä syntyi lisää kehitysehdotuksia tuleville laboratoriotyökursseille, joita käsittelen tutkielman lopussa.
  • Peltonen, Else (2020)
    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.
  • Bulut, Nurullah (2023)
    Tämä pro gradu- tutkielma toteutettiin narratiivisena kirjallisuuskatsauksena ja tutkimusaineistona oli yhteensä 15 artikkelia. Tutkimusaineistoa hankittiin Scopus-tietokannasta sekä Google Scholarista. Tutkielman tavoitteena ja tarkoituksena on tutkia fysiikan laboratoriotöiden järjestämisen haasteitta etäopetuksessa koronapandemian aikana sekä miten kokeelliset työt toteutettiin. Lisäksi tutkimuksen tavoitteena on selventää opettajien tieto- ja viestintätekniikkataitoja etäopetuksessa. Tutkimuskysymykset ovat: Mitkä ovat fysiikan laboratorio-opetuksen järjestämisen haasteet etäopetuksessa koronapandemian aikana ja miten kokeelliset työt toteutettiin sekä millaiset ovat opettajien tieto- ja viestintätekniikkataidot. Keväällä 2020 Covid-19-virus aiheutti yllättäen globaalit poikkeusolot, jotka vaikuttivat ihmisten arkeen, työntekoon sekä oppilaitoksiin. Oppilaitokset suljettiin ja ne joutuivat siirtymään lyhyellä varoitusajalla lähiopetuksesta etäopetukseen ja opettajat sekä opiskelijat joutuivat mukautumaan uuteen tilanteeseen. Tämä toi haasteitta ja varsinkin laboratoriotöiden järjestäminen etäopetuksessa oli haastava. Etäopetuksessa opettajat joutuivat käyttämään niitä opetusteknologian käyttötaitoja, joita heillä oli. Vaikka etäopetusta on käytetty koulutusjärjestelmässä jo useiden vuosien ajan, sen toteutus pandemioiden aikana voi olla erilaista ja haastavaa. Tutkimustulosten mukaan osalla opettajista ei ollut aikaisempaa kokemusta tai oli vähän kokemusta etäopetukseen pitämiseen. Osa oppilaitoksista tarjosi opettajille koulutusta tukemaan heidän tieto- ja viestintätekniikan taitoja. Tutkimuksissa nousi esiin se, että laboratoriotyöskentelyn ja laskuharjoitusten läpikäynnin järjestäminen etäopetuksessa oli haastava. Osa tutkimuksista toi esille, että käytännön työtä käytettiin hyvin harvoin, myös sellaisissa aiheissa, jotka olisivat soveltuneet kokeelliseen työhön. Joissakin tutkimuksissa tuli esille, että osa kokeellisista töistä pystyttiin järjestämään sellaisenaan kotoa käsin.
  • Rintanen, Iisakki (2023)
    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.
  • Lommi, Henri (2018)
    Tämän pro gradu -tutkielman tavoitteena on ollut kehittää verkostoanalyysiin perustuva menetelmä, jolla voidaan tunnistaa fysiikan opettajaksi opiskelevien kollektiivisesta näkemyksestä fysiikan historian kokonaiskuva käsittäen keskeiset tekijät, sisällöt sekä kokonaisuudet. Fysiikan opettaja joutuu työssään arvottamaan runsaasti erilaisia opetettavia sisältöjä. Tässä tutkielmassa pyritäänkin muodostamaan menetelmä, jolla voidaan havainnoida ja arvioida keskeisistä sisällöistä sekä niiden keskinäisistä suhteista koostuva aineisto. Menetelmän mukaisia tuloksia voidaan käyttää tieteen historia pohjaisen opetuksen suunnitteluun ja kehittämiseen. Kymmeneltä Helsingin yliopiston Fysiikan historia -kurssille osallistuneelta opiskelijalta on kerätty kollektiivisesti aineisto, joka on saatettu verkostoanalyysin muotoon. Aineistona toimii opettajaopiskelijoiden koostama fysiikan historiaan liittyvien aiheiden toisiinsa kytkeytynyt kokonaisuus. Menetelmä kokonaiskuvan hahmottamiseksi perustuu aineiston jakamiseen osiin ajanjaksojen perusteella ja osista määrätyn kokoisten otosten arvioimiseen aste- ja Katz-keskeisyyksien perusteella sekä modulaarisuudella yhtenäisten kokonaisuuksien löytämiseksi. Kokonaiskuvan keskeisten sisältöjen arvioimiseen on käytetty Katz-keskeisyyttä sekä tämä luotettavuuden arviointiin aineistoa vastaavaa konfiguraatiomallia. Kokonaiskuvien havainnollistamiseksi on lisäksi käytetty sosiaalisen verkon esitystavoista kahta jousimalliin pohjaavaa asettelua. Verkostoanalyysin keinoin voidaan kehittää menetelmä, jolla voidaan arvioida fysiikan opettajaopiskelijoiden kokonaiskuvaa fysiikan historiasta. Kokonaiskuvan luotettavaa tarkastelua varten tulee valita riittävän laajoja ja pitkiä ajanjaksoja. Kokonaiskuvaa hahmottaessa käy ilmi, kuinka fysiikan historia osana tieteenhistoriaa erkaantuu yleisestä historiasta edetessä kohti nykypäivää. Kokonaiskuvaan muodostuu selkeitä teemallisia kokonaisuuksia kokoavien aihepiirien kuten tieteellisen, teollisen tai Ranskan suureen vallankumouksen sekä ensimmäisen maailman sodan ympärille. Sähkömagnetismi, kvanttimekaniikka sekä A.Einstein ja suhteellisuusteoriat nousevat esiin erityisesti fysiikan historiasta. Instituutioista ainoastaan Nobel-palkinto nousee keskeiseksi. Osalla historiallisista aiheista on jatkuvuutta takaava keskeinen rooli, kun taas toiset aiheista ovat vain hetkellisesti hyvin valovoimaisia.
  • Eerola, Jussi (2017)
    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.