Browsing by Title

Tutkielmassa perehdyttiin ylioppilaskirjoitusten fysiikan ainereaalikokeen oppiainerajat ylittäviin kysymyksiin. Kymmenen tutkintokerran kysymyksiä analysoitiin, ja ne luokiteltiin oppiainerajat ylittäviin ja pelkästään fysiikkaan liittyviin kysymyksiin. Tämän jälkeen oppiainerajat ylittäville kysymyksille tehtiin tarkempi luokitus niissä esiintyvän toisen oppiaineen, fysiikan oppisisällön ja taksonomiataulukon perusteella. Tutkimuksessa havaittiin, että oppiainerajat ylittäviä tehtäviä on esiintynyt fysiikan ainereaalissa melko vähän. Tosin, jos kaikki matematiikan taitoja edellyttävät tehtävät olisi laskettu oppiainerajat ylittäviksi tehtäviksi, olisi ainerajat ylittäviä tehtäviä ollut selkeästi enemmän. Tutkimuksessa päädyttiin kuitenkin luokittelemaan suurin osa tehtävien matematiikasta fysiikan menetelmätiedoksi. Löydetyissä oppiainerajat ylittävissä tehtävissä esiintyi eniten fysiikan lisäksi maantieteeseen ja biologiaan liittyviä tehtäviä. Muita yhdistettyjä oppiaineita olivat kemia, matematiikka ja yhteiskuntaoppi. Fysiikan kursseista tehtävissä tarvittiin eniten kurssien Fysiikka luonnontieteenä, Lämpö ja Aallot tietoja. Taksonomiataulukossa analysoidut tehtävät sijoittuivat taulukon keskiosaan. Tehtävät edustivat käsite- ja menetelmätietoa sekä ajattelun taitojen tasoja ymmärtää, soveltaa ja analysoida. Lopuksi tutkielmassa esitettiin ehdotuksia uusiksi oppiainerajat ylittäviksi kysymyksiksi. Uusissa kysymyksissä tuotiin mukaan uusia oppiaineita fysiikkaan yhdistettynä, ja niissä hyödynnettiinkin muun muassa kuvataidetta ja filosofiaa. Taksonomiataulukon osalta uusissa tehtävissä painotettiin ajattelutaitojen korkeampia tasoja. Lisäksi tehtävien laadinnassa pyrittiin huomioimaan tuleva sähköinen ylioppilaskoe sekä ylioppilaskokeen kypsyyttä mittaava tehtävä.

Yksi kemian opetuksen suurimmista haasteista on se, etteivät oppilaat koe opetusta mielenkiintoiseksi. Tämä on suuri ongelma, sillä yhteiskunta kaipaa yhä enenevässä määrin kemian asiantuntijoita ratkaisemaan niin lähestyviä ympäristöuhkia kuin kehittämään taloudellisesti hyödyttäviä kemiallisia sovelluksia. Opetuksen kehittäminen mielenkiintoisemmaksi ja motivoivammaksi vaatii kuitenkin hyväksi todettuja opetuksen työtapoja ja menetelmiä. Tämä tutkimus keskittyy tarkastelemaan yhtä tällaista työtapaa, käsitepiirrosta. Käsitepiirrosta on tutkittu opetustapana useissa ulkomaisissa tutkimuksissa ja nämä ovatkin antaneet hyviä tuloksia työtavan vaikutuksesta oppilaiden kiinnostukseen, argumentointitaitoihin, tuntiaktiivisuuteen sekä opiskelumenestykseen. Nyt tehtävä fenomenologinen tapaustutkimus pyrkii vastaamaan kahteen käsitepiirrosten käyttöön liittyvään tutkimuskysymykseen eli millaisiksi suomalaisen peruskoulun oppilaat kokevat käsitepiirrosten käytön kemiantunnillaan ja kuinka ne vaikuttavat oppilaiden opiskelumotivaatioon. Tutkimus on ensimmäinen suomalainen käsitepiirroksia käsitellyt tutkimus. Tutkimuksessa tutkittiin kahta peruskouluryhmää, yhtä seitsemättä ja yhtä kahdeksatta luokkaa. Se toteutettiin siten, että oppilasryhmien oma opettaja piti aluksi molemmille ryhmille käsitepiirrosoppitunnit tutkimuksen tekijän kanssa yhdessä laadituilla käsitepiirroksilla. Oppituntien pitämisen jälkeen osalle ryhmien oppilaista järjestettiin semistrukturoidut haastattelut, joiden avulla pyrittiin selvittämään näiden käsitepiirroskokemuksia sekä mahdollisia motivaation kasvuun vaikuttavia tekijöitä. Seitsemäsluokkalainen oppilasryhmä sisälsi yhteensä 16 ja kahdeksasluokkalainen ryhmä 17 oppilasta. Seitsemäsluokkalaisista haastatteluun osallistui viisi oppilasta ja kahdeksasluokkalaisista seitsemän. Oppilashaastattelujen lisäksi tietoa kerättiin myös kyselemällä tunteja pitäneen opettajan huomioita oppilaiden tuntityöskentelystä. Haastattelujen pitämisen jälkeen haastattelutiedostot litteroitiin ja laadituista litterointitiedostoista luotiin taulukot ilmaisemaan haastattelukysymysten vastausten sisältämiä yhteisiä vastausteemoja. Tutkimuksen datan keräys- ja analysointimenetelmät lainattiin aikaisemmista käsitepiirrostutkimuksista tulosten luotettavuuden maksimoimiseksi. Haastattelukysymysten vastausten perusteella huomattiin, että oppilaat kokivat käsitepiirrokset positiivisessa valossa: niitä pidettiin muun muassa visuaalisesti kiinnostavina ja opetusta selkeyttävinä. Nämä käsitepiirroskokemukset myös viittasivat tutkimuksessa käytettyjen motivaatioteorioiden valossa oppilaiden opiskelumotivaatioon vaikuttavien tekijöiden positiiviseen kehitykseen ja näin ollen opiskelumotivaation kasvuun. Merkille pantavaa oli, että havaitut käsitepiirroskokemukset olivat pääasiassa hyvin samanlaisia aikaisempien käsitepiirrostutkimuksien kanssa vaikka tutkimukset suoritettiin eri aineissa ja eri maiden oppilailla. Tämä osoittaa sen, etteivät käsitepiirrosten positiiviset vaikutukset motivaation taustatekijöihin ole sidottuja oppilaiden kansalaisuuteen tai opetettavaan aineeseen. Vaikka tutkimuksen tuloksia ei voidakaan tapaustutkimuksen luonteen johdosta sellaisenaan täysin yleistää, antavat ne vahvan viitteen siitä, että käsitepiirrokset soveltuvat todella hyvin osaksi niitä kemianopetuksen työtapoja, joilla pyritään heijastamaan oppilaille kemian kiinnostavuutta ja mielekkyyttä. Mahdollisten jatkotutkimusten aiheita voisivat olla esimerkiksi samankaltaisen tutkimuksen tekeminen suuremmassa mittakaavassa suuremmalla otoskoolla tai tutkimalla peruskoululaisten sijaan lukiolaisia. Lisäksi voitaisiin tutkia käsitepiirrosten käytön vaikutuksia kemianoppilaiden opiskelumenestykseen.

Tässä tutkimuksessa kehitetään aikuisten maahanmuuttajien perusopetuksen alkuvaiheen kurssille oppimateriaali. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että oppimateriaalilla on keskeinen rooli suomalaisessa yhteiskunnassa. Tutkimukset osoittavat, että oppimateriaali on tarkoituksenmukainen, kun se on suunniteltu kohderyhmälle ja se tukee opiskelijoita oppimisessa ja opettajia opettamisessa. Oppimateriaalin kehittämiseen käytettiin haastattelututkimusta, jossa haastateltiin sähköpostin välityksellä yhtä kentällä toimivaa koulunkäyntiavustajaa. Lisäksi oppimateriaali perustui aikuisten perusopetuksen opetussuunnitelman perusteisiin, joka määräsi oppimateriaalille sisältöalueet. Oppimateriaalin toimivuus puolestaan arvioitiin kyselytutkimuksella, johon osallistui 31 aikuista maahanmuuttajataustaista peruskoulun opiskelijaa, jotka olivat käyttäneet oppimateriaalin ensimmäistä kehitettyä versiota oppikirjana. Tutkimuksessa vastattiin kahteen kysymykseen. 1. Minkälainen materiaali tukee opiskelijoita? ja 2. Kokevatko opiskelijat oppivan oppimateriaalin avulla uusia asioita? Ensimmäiseen kysymykseen vastasivat Kappaleet 3.4 ja 4.2. Kappaleessa 3.4 kartoitettiin oppimateriaalin merkitys ja selvitettiin, millainen oppimateriaali tukee opiskelijoita ja opettajia. Vastaavasti Kappaleessa 4.2 kartoitettiin aikuisten maahanmuuttajien tarpeita oppimateriaalin suhteen. Toiseen tutkimuskysymykseen vastasi Kappale 5.3, jossa esitettiin kyselytutkimus ja sen tulokset. Kyselytutkimuksen tulosten perusteella voidaan todeta, että opiskelijat kokivat oppivan uusia asioita käyttäessään kehitettyä oppimateriaalia. Lisäksi tutkimuksessa perehdyttiin maahanmuuttajiin kohderyhmänä. Tähän kehittämistutkimukseen on kerätty maahanmuuttajiin liittyvää tutkimustietoa ja tilastoja. Aiemmat tutkimukset ja tilastot osoittavat, että maahanmuuttajien määrä Suomessa lisääntyy jatkuvasti ja jotta maahanmuuttajista ei tulisi pelkästään isoa huollettavien joukkoa, asialle on tehtävä jotain. Tutkimukset osoittavat, että tärkeintä on integroida maahanmuuttajat suomalaiseen yhteiskuntaan. Maahanmuuttajien integroiminen yhteiskuntaan tapahtuu tutkimusten mukaan parantamalla heidän koulutusta sekä lisäämällä koulutusta koskien maahanmuuttajia, mikä vaikuttaa pitkällä tähtäimellä suomalaisten asenteisiin. Tutkimus keskittyi aikuisten perusopetuksen alkuvaiheeseen, jotta opetuksen kehittäminen alkaisi peruskoulun alusta ja jatkuisi siitä päättövaiheen loppuun. Opetuksen kehittämisen on luonteva alkaa opintojen alusta ja matematiikan opiskelijoille tarvitaan hyvä pohja, jonka päälle voidaan rakentaa päättövaiheen kurssit. Materiaali toimii ensimmäisenä ponnahduslautana opetuksen ja materiaalien kehittämisessä.

Tavoitteet.Tutkimuksen tavoitteena on tutkia ja tarkastella matemaattisten oppimispelien vaikutuksia motivaatioon opetuksessa. Tutkimuksen aikana käyn läpi teoriaa opetusmenetelmistä, joiden perusteella arvioidaan oppimispelien korrelaatiota osana positiivista oppimiskäsitystä. Oppimispeli pelattiin osana kertaustuntia, jossa oppilaat saivat palauttaa aiemmin vuoden aikana opittuja murto- ja desimaalilukujen laskutoimituksia. Tutkimuksessa käydään läpi tiivistäen esiin nousseet oppimispelien hyvät puolet sekä mahdolliset ongelmakohdat. Oppimispelit valittiin tutkimukseen aihealueen sopivuuden mukaan ja tarkoituksena oli, että oppimispelissä olisi ollut hyötyä jo osatun aiheen kertaamisessa. Menetelmät. Tutkimuksessa vastauksia kerättiin 7. luokkalaisilta oppilaita. Vastauksia kerättiin 10 kappaletta. Kysely toteutettiin kyselylomakkeella koulussa, missä oppilaat saivat vastata annettuihin kysymyksiin oppimispelin pelaamisen jälkeen. Tulokset ja johtopäätökset. Tuloksista kävi ilmi, että oppimispelit koettiin pääosin hyvänä tapana harjoitella ja muistutella mieleen osaamista kertaamisen muodossa. Oppilaat kuvailivat omia tuntemuksiaan oppimispelaamisen jälkeen kyselylomakkeeseen. Johtopäätöksenä voidaan pitää tutkimuksen kannalta sitä, että tarvitaan oikeanlaisia oppimispelejä, ja oppilaat innokkaasti haluavat hyödyntää oppimispelejä erityisesti kertaamisen aikana. Oppimispeleissä on haasteena erityisesti sopivan haastavien pelien löytäminen.

Tutkielmassa käsiteltiin opportunistista skedulointia mobiilissa langattomassa radioverkossa. Opportunistinen skedulointi pyrkii valitsemaan aina käyttäjän, jolla on parhaat tiedonsiirtokanavaolosuhteet kullakin valinnan hetkellä, jolloin saavutetaan parempi järjestelmän tiedonsiirtokapasiteetti verrattuna kiinteästi ennalta määriteltyyn skedulointijärjestykseen. Opportunistisen skeduloinnin haasteita ovat käyttäjien välisen reiluuden saavuttaminen sekä käyttäjä- ja palvelukohtaisten laatuvaatimusten huomioiminen. Skedulointi voidaan tehdä keskitetysti ja hajautetusti. Hajautetuissa skeduloinnin algoritmeissa voidaan luontevasti hyödyntää peliteorian tarjoamia formaaleja malleja. Myös kognitiiviset radiot ja LTE:n pienten solujen järjestelmät voivat hyödyntää vaihtelevia radiokanavaolosuhteita käyttämällä opportunistista skedulointia ja hajauttamalla skeduloinnin päätöksentekoa peliteoreettisia malleja hyödyntäen. Tutkielma sisältää kirjallisuuskatsauksen opportunistisesta skeduloinnista sekä kahden opportunistisen ja yhden ei-opportunistisen skedulointialgoritmin simulointitestit Matlab-ohjelmalla. Kirjallisuuskatsauksesta nähdään, että ilman opportunistista skedulointia ilmara-japinnan tiedonsiirtokapasiteetin hyödyntäminen jää huomattavan vajavaiseksi. Peliteorian soveltaminen tuo uusia mahdollisuuksia hajautettujen skedulointien ratkaisujen toteutuksille. Simulointitestit osoittivat kahden opportunistisen skedulointialgoritmin erot suorituskyvyssä ja reiluudessa sekä opportunistisen skeduloinnin paremman suorituskyvyn vaihtelevissa kanavaolosuhteissa verrattuna ei-opportunistiseen skedulointiin.

The neutral B_s meson consisting of \mathrm{\bar{b}} and s quarks can decay through the channel B_s → J/ψ Φ The B_s can on-flight mix with its antiparticle \mathrm{\bar{B}}_\mathrm{s} that can also decay to the J / ψΦ final state. The identification of the b quark flavour of the B_s meson at the production time is crucial for measurement of the phase Φ_s, a parameter describing the CP violation between the B_s meson eigenstates. Different types of flavour tagging methods have been developed to extract the initial flavour of decayed neutral B mesons. Since the b quarks at the LHC are produced as b\mathrm{\bar{b}} pairs, one method to identify the B_s flavour is to use muons that originate from decays of hadronised b quarks on the opposite side of the signal meson. In this work, the flavour tagging performance of muons from the opposite-side B hadron decays were studied. The flavour tagging was done for the B_s → J / ψΦ channel and the reference channel B^{+} → J / ψK^{+} with simulated B_s and B^{+} events as well as B^{+} data. This study verifies the flavour tagging performance obtained from simulated B_s events with real B^{+} data since flavour tagging cannot be directly done for B_s events reconstructed from the collision data. The tagging performances obtained from all the three samples are in agreement. The wrong tag fraction of the B^{+} data is (29 ± 0.8) %, the tagging efficiency is (4.03 ± 0.07) % and the tagging power is (0.65 ± 0.04) %. The tagging performance obtained from the B^+ data is compatible with the flavour tagging results obtained by the LHCb experiment.

This thesis examines the optical response of tuneable chiral plasmonic nanostructures in linear cross-polarization. Plasmonic gold-silver nanostructures composed of silver-coated gold nanorods, and dynamic DNA origami are investigated because of their optical properties of interest in the visible light wavelength region, and because of their controllable rotational asymmetry, which results in tuneable chirality in dimer structures. These plasmonic nanostructures present optical properties such as circular dichroism and optical rotatory dispersion. In this thesis we establish the relationship between perceived color, spectrometry, circular dichroism and optical rotatory dispersion of the samples, depending on the chiral geometry of the nanostructures within. The motivation is to predict perceived color from the chiral geometry of the nanostructures, which will enable visual detection for biosensing applications. Circular dichroism and optical rotatory dispersion give us detailed knowledge about the polarization state of a sample, but visible light detection and spectrometer measurements are more accessible and portable methods for characterizing the polarization state of a sample. We achieve color modulation from green to blue with the switching of chiral geometry, under cross-polarized white light. This has potential for biosensing applications, based on the perceived color change depending on the chiral geometry of the sample. The DNA origami structures react to the presence of an analyte by changing their chiral geometry. Possible applications in biosensing of analytes can be made more practical if the orientation of the DNA origami template can be determined from the perceived color or the transmission spectra, rather than from the less accessible circular dichroism or optical rotatory dispersion measurements.

The scholarship allotment problem describes the goal of strategically offering scholarships to prospective students of a university in a way that optimises the expected return for that investment. The goal of this thesis is to formulate the scholarship allotment problem in multiple variations of increasing complexity while also introducing algorithms to solve those variations optimally as efficiently as possible. The thesis also offers some insight into the way more complex variations and generalisations heighten the difficulty of finding an optimal solution in a reasonable amount of time. The main focus and the main tool used to tackle these problems is the classic knapsack algorithm and different variations of it, like multiple-choice knapsack and multidimensional knapsack. In addition to the theoretical side, the thesis contains an empirical study into the performance and feasibility of the algorithms introduced. Concrete implementations of the algorithms discussed are all available on a public GitHub repository online: https://github.com/SirVeggie/scholarship-allotment.

In this thesis we study the notion of non-negative Ricci curvature for compact metric measure spaces introduced by Lott and Villani in their article (2009): Ricci curvature for metric measure spaces via optimal transport. We also define and prove the required prerequisites concerning length spaces, convex analysis, measure theory, and optimal transportation.

The aim of this work is to develop and optimise an atmospheric inverse modelling system to estimate local methane (CH4) emissions in peatlands. Peatlands are a major source of CH4 regionally in boreal areas and they have significance on a global scale as a soil carbon storage. Data assimilation in the inverse modelling system is based on an ensemble Kalman filter (EnKF) which is widely used in global and regional atmospheric inverse models. The EnKF in this study is an implementation of the EnKF used in the global atmospheric inversion model CarbonTracker Europe-CH4 (CTE-CH4) applied to local setting in the peatland. Consistency of the methodology with regional and global models means that it is possible to expand the system in scale. Siikaneva fen in Southern Finland is used as a testbed for the optimisation of the system. Prior natural CH4 fluxes in Siikaneva are acquired from the HelsinkI Model of MEthane buiLd-up and emIssion for peatland (HIMMELI) which simulates exchange of gases in peatlands. In addition to the peatland fluxes, anthropogenic fluxes at the site are estimated as well in the inversion. For the assimilation of atmospheric CH4 concentration observations, the CH4 fluxes are transformed into atmospheric concentration with a simple one-dimensional box model. The optimisation of the system was done by changing parameters in the model which affect the data assimilation. In model optimisation tests it was discovered that the performance of the modelling system is unstable. There was large variability in the produced estimates between consecutive model runs. Model evaluation statistics did not indicate improvement of the estimates after the inversion. No exact reason for the unstability was able to be determined. Posterior estimates of CH4 fluxes for years 2012–2015 did not differ much from prior estimates and they had large uncertainty. However, evaluation against flux measurements showed reasonable agreement and posterior concentration estimates were within the uncertainty range of the observed concentration.