Browsing by discipline "Kemian opettajan koulutus"

Puskuriliuos on yksi lukion kemian keskeisistä sisällöistä. Puskuriliuoskäsitteen ymmärtämistä on tutkittu kansainvälisesti vähän. Tutkimustiedon perusteella opiskelijoilla on heikot käsitteelliset taidot puskuriliuoksen kemiasta ja opiskelijoilla ilmenee runsaasti vaihtoehtoisia käsityksiä happo-emäskemiasta. Kokeellisuus on tärkeä osa kemian opetusta. On kuitenkin huomattu, että kokeelliset oppimateriaalit eivät aina tue kemian oppimista. Tarvitaan uusia lähestymistapoja ja oppimateriaalia puskuriliuoskäsitteen kokeellisen oppimisen tueksi. Tämän Pro gradu -tutkielman tavoitteena oli tuottaa tutkimuspohjaisesti kokeellinen oppimateriaali tukemaan puskuriliuoskäsitteen oppimista. Kontekstiksi valittiin veri. Ihmisen terveyden kannalta veren puskuriominaisuus on elintärkeä, sillä ilman sitä solujen pH muuttuisi helposti ja elintoiminnot hidastuisivat nopeasti. Tutkimusmenetelmänä tässä tutkielmassa käytettiin kaksisyklistä kehittämistutkimusta. Ensimmäinen sykli jakautui tarveanalyysiin, teoreettiseen ongelma-analyysiin, kehittämisprosessiin ja ensimmäiseen kehittämistuotokseen. Kehittämisprosessi toteutettiin Kemianluokka Gadolinissa. Tarveanalyysissä tutkittiin, mikä on nykytilanne puskuriliuoksen opetuksessa. Tutkimuskysymys oli, miten puskuriliuoskäsitettä opetetaan ihmisen kemian kontekstissa lukion oppikirjoissa ja millaiselle oppimateriaalille on tarvetta. Tarveanalyysin tuloksena saatiin, että veren puskuriominaisuutta käsitellään yleisimmissä lukion viidennen kurssin oppikirjoissa opetettaessa puskuriliuoskäsitettä. Veren puskuriominaisuuksiin liittyviä tehtäviä oli kuitenkin vähän, eikä kokeellisia tehtäviä ole lainkaan. Teoreettisessa ongelma-analyysissä käsiteltiin kokeellisen oppimateriaalin kehittämisen ja sen arvioinnin kannalta keskeisiä aihe-alueita: puskuriliuoksen oppiminen, kontekstuaalinen oppiminen, käsitteen oppimisen ja kokeellisuuden tukeminen. Ongelma-analyysien pohjalta kehittämisprosessissa rakennettiin ensimmäinen versio kokeellisesta oppimateriaalista. Ensimmäinen kehittämistuotos sisälsi neljä osuutta, joissa tutkittiin puskuriliuoksen toimintaa mittausautomaation avulla. Jokaisen osuuden jälkeen seurasi pohdintakysymyksiä liittyen tarkasteltavaan ilmiöön ja sitä vastaavaan käsitteen sisältöön. Kehittämistutkimuksen toinen sykli koostui oppimateriaalin arvioinnista, jatkokehittämisestä ja toisesta kehittämistuotoksesta. Arvioinnin perusteella kehitetty kokeellinen oppimateriaali tukee puskuriliuoskäsitettä sen toiminnan ja merkityksen osalta sekä lisää pH-käsitteen ymmärrystä. Tukeakseen entistä enemmän puskuriliuoskäsitteen oppimista oppimateriaali muokattiin oppimissyklimuotoon. Kehitettyä oppimateriaalia voidaan käyttää Kemianluokka Gadolinissa sekä kouluissa, joissa on käytössä mittausautomaatiovälineet.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli kehittää tutkimisen taitoja edistävä oppimiskokonaisuus spektrofotometriasta lukion kemian opetukseen. Tutkimisen taidot nousevat lukion opetussuunnitelman perusteissa (2015) vahvasti esille kemian opetukselle suunnatuissa tavoitteissa ja myös erikseen jokaisen kurssin kohdalla. Tutkimisen taitojen harjoittelemisella pyritään edistämään opiskelijoiden kykyä tutkia ja niiden harjoitteleminen on osa 2000-luvun taitojen oppimista. Spektrometria on nostettu esille keskeisenä sisältönä lukion toisella kurssilla esimerkkinä aineen rakenteen analyysimenetelmistä. Se on myös keskeinen analyysimenetelmä kemiassa ja sillä on lukuisia opiskelijoiden elämään liittyviä sovelluksia. Tämän tutkimuksen tutkimuskysymyksinä olivat: 1. Miten spektrofotometriaa opetetaan lukion kemian opetuksessa? 2. Milla keinoilla tutkimisen taitojen kehittymistä voidaan edistää? 3. Miten kehitetty oppimiskokonaisuus vaikutti opiskelijoiden tutkimisen taitoihin? Tutkimusmenetelmänä käytettiin kehittämistutkimusta, jossa tuotosta kehitettiin kahdessa syklissä. Tutkimuksen ensimmäinen sykli sisälsi empiirisen ongelma-analyysin ja teoreettisen tarveanalyysin. Empiirinen ongelma-analyysi pyrki vastaamaan ensimmäiseen tutkimuskysymykseen lukion oppikirjojen sisällönanalyysin avulla, sekä hyödyntämällä aikaisemman mittausautomaatiotyön tuloksia. Teoreettisessa tarve-analyysissä vastattiin toiseen tutkimuskysymykseen tutkimalla tutkimisen taitojen ja tutkimuksellisuuden teorioita. Teoreettisen tarve-analyysin ja empiirisen ongelma-analyysin pohjalta kehitettiin ensimmäinen kehittämistuotos eli oppimiskokonaisuus spektrofotometriasta. Tutkimuksen toisessa syklissä kehitettyä oppimiskokonaisuutta testattiin yhdessä lukiossa Uudellamaalla. Oppimiskokonaisuutta pääsi kokeilemaan yksi opettaja ja hänen kaksi oppilasryhmäänsä lukion kemian 7. kurssilta. Sekä oppilailta että opettajalta kerättiin tutkimustietoa kolmatta tutkimuskysymystä varten. Opiskelijoiden ja opettajan vastauksien pohjalta tuntisuunnitelmaa sekä verkkosivujen materiaaleja paranneltiin vastaaman paremmin lukion kemian opetuksen tarpeita. Tässä tutkimuksessa saatiin tietoa tutkimisen taitoja kehittävän opetuksen piirteistä, tuotettiin konkreettinen kehittämistuotos ja saatiin tietoa tuotoksen vaikutuksesta opiskelijoiden tutkimisen taitoihin. Tutkimisen taitoja kehittävälle opetukselle tyypillistä on opiskelijoiden aktiivinen osallistuminen oman tutkimuksen suorittamiseen, sosiaalinen vuorovaikutus ja kysymysten esittäminen. Tällainen on myös tutkimuksessa kehitetty oppimiskokonaisuus, joka koostuu tutkimuksellisesta tuntisuunnitelmasta ja opiskelijoiden itsenäistä työskentelyä tukemaan kehitetystä verkkomateriaalista. Verkkomateriaali sisältää taustatietoja spektrofotometriasta ja oppilastöitä aiheesta. Se on saatavilla osoitteessa: https://spektrofotometriasta.wordpress.com. Materiaali tarjoaa myös opettajille työohjeita ja vaihtoehtoisia tuntisuunnitelmia spektrometrian käsittelemiseen oppitunneilla. Opiskelijoiden ja opettajan kokemuksien perusteella kehitetty oppimiskokonaisuus kehittää kattavasti opiskelijoiden tutkimisen taitoja ja tutustuttaa oppilaat hyvin spektrofotometrin toimintaperiaatteisiin. Tässä tutkimuksessa testattuja opetusmenetelmiä olivat oman tutkimuksen suorittaminen, tutkimusaiheen valitseminen, kysymysten esittämiseen rohkaiseminen ja ryhmätyöskenteleminen. Tutkimus antaa suuntaa tutkimisen taitojen ja spektroskopian opiskelemisesta lukiotasolla. Opiskelijat kokivat kokonaisuuden mielenkiintoisena ja tulevaisuuden kannalta hyödyllisenä.

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.

Kouluopetusta on kritisoitu siitä, että koulussa opitaan irrallisia faktoja, joita ei osata hyödyntää koulun ulkopuolella. Vastatakseen paremmin nyky-yhteiskunnan haasteisiin on kouluopetusta kehitettävä oppilaslähtöisemmäksi ja monipuolisia oppimisympäristöjä hyödyntäväksi. On myös lisättävä oppiaineiden välistä yhteistyötä. Tähän tarpeeseen on tässä Pro gradu –tutkielmassa tartuttu. Tämä tutkimus on kehittämistutkimus, jossa on kehitetty suklaa-aiheinen verkkomateriaali eheyttävään kemian opetukseen. Suklaa on kaikille tuttu makeinen. Sen lisäksi suklaa on teollisesti valmistettu elintarvike, jonka tuotekehittelyn takana on kulttuuririkas historia. Kemiallisesti se on hyvin monimutkainen aine ja sitä on tutkittu paljon ja tutkitaan edelleen. Suklaan monien näkökulmien avulla voidaan luoda toimiva konteksti eheyttävään kemian opetukseen. Tutkimusta ohjaavia kysymyksiä ovat 1) Millaiselle suklaan kemiaa käsittelevälle materiaalille on tarvetta eheyttävän kemian opetuksen näkökulmasta? 2) Millainen on eheyttävää kemian opetusta tukeva suklaa-aiheinen verkkomateriaali? 3) Miten suklaa-aiheinen verkkomateriaali soveltuu eheyttävän kemian opetuksen tukemiseen? Tutkimuksen toteutus on tapahtunut kahdessa kehityssyklissä. Ensimmäinen sykli sisältää teoreettisen ongelma-analyysin, oppikirja-analyysin sekä kehittämistuotoksen ensimmäisen version laadinnan. Toinen sykli sisältää tuotoksen arvioinnin opettajille suunnatulla kyselyllä, tuotoksen jatkokehityksen sekä tutkimuksen raportoinnin. Kehitetyn verkkomateriaalin osoite: http://suklaankemiaa.wordpress.com/

Lukiolaisten kiinnostus kemiaa kohtaan OECD-maissa on tutkitusti vähäisempää perusopetukseen verrattuna. Kemian opetuksen tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät kehittämään ongelman ratkaisemiseksi kiinnostusta herättäviä ja kiinnostusta tukevia opetusmateriaaleja. Kemian kiinnostus ja sen tukeminen on keskeisessä roolissa tämän päivän tieteellisessä keskustelussa, ja se on myös lukion kemian opetussuunnitelman perusteiden keskeisiä tavoitteita. Tutkimusten mukaan tietokoneella työskentely kiinnostaa nuoria, sen lisäksi on olemassa lukuisia muita kiinnostusta tukevia työtapoja. Millään tietyllä työtavalla ei voida kuitenkaan varmistaa kiinnostuksen heräämistä tai pitää sitä yllä. Tätä varten tulee selvittää kiinnostusta tukevat työtavat, jotta voidaan kehittää ongelman ratkaisemiseksi monipuolisia virtuaalisia opetusmateriaaleja erityisesti toisen asteen opiskelijoille. Tässä tutkimuksessa kehitettiin virtuaalinen kemian oppimisympäristö, jossa hyödynnettiin tietokoneavusteista molekyylimallinnusta. Tutkimusten opiskelijat ovat kiinnostuneita molekyylimallinnuksesta työtapana. Oppimateriaali on keskeisten sisältöjensä puolesta integroitavissa lukion ensimmäisen kurssin opintoihin. Tutkimusten mukaan erityisesti lääketiede koetaan kiinnostavana luonnontieteiden kontekstina. Tästä syystä kehitetyn oppimisympäristön kiinnostusta tukevaksi kontekstiksi valittiin yleisesti käytetty tulehduskipulääke ibuprofeeni. Opetusmateriaalin ja tutkimuksen tavoitteina oli sisällyttää oppimisympäristöön sujuvaa kemian kolmen tason välistä liikkumista opiskelijan korkeamman tason ajattelun aktivoimiseksi. Kehittämistutkimus on jaettu kolmeen osaan, joita ovat teoreettinen ongelma-analyysi, kehittämisprosessi ja kehittämistuotos. Teoreettisen ongelma-analyysin pohjalta saatiin tietoa, miten kiinnostus herää ja miten sen kehittymistä voidaan tukea. Ongelma-analyysin avulla saatiin selvitettyä kehittämistutkimuksen tavoitteet. Kehittämisprosessissa kuvattiin siinä tehdyt kehittämispäätökset ja ja käytiin tarkasti läpi sen eri vaiheet. Lisäksi kerrottiin millaisia vaiheita sekä resursseja virtuaalisen oppimisympäristön kehittäminen vaatii. Kehittämistuotoksessa esiteltiin kehittämisprosessin pohjalta suunniteltu virtuaalinen oppimisympäristö. Oppimisympäristön laatua arvioitiin tapaustutkimuksella ja se julkaistiin osoitteessa http://www.edumol.fi/mallinnus/ibuprofeeni.html. Tapaustutkimuksen avulla saatiin tietoa, että opiskelijoita kiinnosti erityisesti ibuprofeenin vaikutukset elimistössä ja sen valmistusmenetelmät. Mallinnuksessa opiskelijoita kiinnosti ibuprofeenin rakentaminen molekyylin 3D-rakenteen hahmottamisen vuoksi, sekä mallinnuksen helppous piirtämiseen verrattuna. Visualisoinneissa opiskelijoita kiinnosti erityisesti elektronipilven värien merkitys aineiden kemiallisten ominaisuuksien kannalta. Värien koettiin helpottavan erityisesti aineiden poolittomuuden ymmärtämistä. Kehittämistutkimuksen avulla saatiin kehitettyä käyttökelpoinen kiinnostusta tukeva virtuaalinen oppimisympäristö, joka on integroitavissa lukion kemian ensimmäisen ja ainoan pakollisen kurssin opetussuunnitelman perusteiden keskeisiin sisältöihin. Tutkimuksella on merkitystä erityisesti muille virtuaalista opetusmateriaalia kehittäville henkilöille. Sen avulla saatiin tietoa, mistä lähtökohdista virtuaalista oppimateriaalia voidaan lähteä kehittämään. Tutkimus antaa eväitä kehittää lisää uusia kemian oppimisympäristöjä ja siinä olevia kehitysvaiheita voidaan soveltaa myös muiden ainesisältöjen kehittämiseen.

Ylioppilaskirjoitusten sähköistämishanke toteutettiin vuosina 2016–2019. Kemian ylioppilaskokeen sähköinen suorittaminen herätti keskustelua hankkeen alusta asti, sillä vaikeuksia tuotti sopivan molekyylimallinnusohjelmiston saaminen osaksi Abittia ja koejärjestelmää. Keväällä 2017 Ylioppilastutkintolautakunta ilmoitti lisäävänsä MarvinSketch- mallinnusohjelmiston osaksi Abittia ja ylioppilaskoejärjestelmää. MarvinSketch-ohjelmistoa ei ollut juuri käytetty ennen tätä, joten suurin osa opettajista on joutunut ja joutuu edelleen omaksumaan ohjelmiston käytön alusta alkaen. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, millaisia huolenaiheita kemian opettajat kokevat MarvinSketch-ohjelmiston omaksumisen aikana. Tutkimusta ohjasi kolme tutkimuskysymystä: 1) Millaisia huolenaiheita eritasoiset MarvinSketch-ohjelmistoa käyttävät kemian opettajat kokevat ohjelmiston käytössä? 2) Millaisia huolenaiheita kemian opettajat kokevat MarvinSketch-ohjelmiston käytössä opetuskokemuksen mukaan eriteltynä? 3) Millaisia huolenaiheita kemian opettajat kokevat MarvinSketch-ohjelmiston käytössä tarkasteltaessa käyttötason ja opetuskokemuksen yhdistelmiä? Tulosten perusteella on tarkoitus kehittää opettajille suunnattuja MarvinSketch-koulutuksia. Tutkimus toteutettiin kyselylomaketutkimuksena, huolenaiheisiin perustuvan omaksumismallin pohjalta kehitetyn huolenaihekyselyn avulla. Kysely toteutettiin vuosien 2017–2018 aikana ja siihen vastasi 111 kemian opettajaa. Tulokset analysoitiin kvantitatiivisesti huolenaihekyselylle kehitetyn analysointimatriisin avulla. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että kemian opettajat kokevat suurta huolta MarvinSketch- ohjelmiston käytöstä ja ohjelmistoon liittyvistä henkilökohtaisista asioista. Ohjelmiston vaikutukset opiskelijoihin tuottavat pienintä huolta. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että opettajat haluavat tietoa ohjelmiston perusominaisuuksista ja käyttövaatimuksista sekä siitä, miten ohjelmistoa käytetään pedagogisesti mielekkäällä tavalla.

Kemian opetuksen tärkeys perusopetuksessa korostui entisestään, kun kemia eroteltiin vuoden 2004 opetussuunnitelmauudistuksessa erilliseksi opiskeltavaksi aineeksi fysiikan kanssa 5. ja 6. luokalla. Perusopetuksessa annetaan kemian opetuksen perusteet ja luodaan oppilaiden asenne kemiaa kohtaan, joten kehittämistoimenpiteiden vuoksi on tärkeä ymmärtää kemian opetuksen nykytila. Luokanopettaja on avainasemassa oppilaan innostamisessa kemiaan. Aikaisemmissa tutkimuksissa on havaittu, että opettajien resurssien puute voi vaikuttaa opettajien kykyyn ja kiinnostukseen opettaa luonnontieteitä sekä monipuolisten työtapojen käyttöön. Resurssien lisäksi haasteita aiheuttavat esimerkiksi opettajien aineenhallinnan ongelmat ja luokkakoot sekä tiettyjen aihepiirien opetus. Tämän survey-tutkimuksen kohteena olivat luokanopettajien käsitykset kemian opetuksen nykytilasta haasteineen ja kehitysehdotuksineen. Tutkittavat opettajat valittiin satunnaisotoksena Suomen peruskouluista, joissa oli luokat 1–6. Aineiston koko oli 149. Tutkimuksen tavoitteet määriteltiin tutkimuskysymyksittäin, joita oli neljä. Ensimmäisessä tutkimuskysymyksessä tavoitteena oli saada käsitys luokanopettajien opetuksen lähtökohdista opetuksen käytännön järjestämisen, resurssien ja opetuskäsitysten osalta. Toinen tutkimuskysymys koski opettajien käyttämiä työtapoja. Kolmannessa tutkimuskysymyksessä tavoitteena oli saada kuva luokanopettajien kemian opetuksen haasteista, kehittämisideoista ja tuen tarpeesta. Neljäs tutkimuskysymys liittyi luokanopettajien kemian kiinnostukseen, sekä kiinnostuksen ja opetuksen väliseen yhteyteen. Tutkimuskysymyksiin pyrittiin vastaamaan analysoimalla kyselylomakkeiden avointen ja suljettujen kysymysten vastauksia. Avoimet kysymykset analysoitiin sisällönanalyysillä ja suljetut laskemalla frekvenssit ja prosentit sekä erilaisia tunnuslukuja. Kiinnostuksen ja opettajien taustan vaikutusta tutkittiin määrittämällä korrelaatiot ja khiin neliön arvot. Tulosten merkittävyyttä tarkasteltiin esimerkiksi laskemalla prosenttiosuuksien luottamusvälit, jotka olivat kvantitatiivisille kysymyksille pääasiassa 4,8 %–8,0 %. Korrelaatiot ja khiin neliötestin arvot olivat merkitseviä tasoilla 0,05 ja 0,01. Kvalitatiivisten vastausten luotettavuudesta kertoo se, että niistä saadut tulokset olivat samassa linjassa kvantitatiivisten tulosten kanssa. Käyttämällä sekä kvantitatiivista että kvalitatiivista lähestymistapaa, pyrittiin lisäämään tutkimuksen luotettavuutta. Tutkimuksen tuloksina saatiin tietoa opetuksen resursseista, joissa havaittiin koulujen välinen eriarvoisuus. Opetussuunnitelmia koskeneissa näkemyksissä ja kehittämisideoissa korostui kokeellisuus, käytännönläheisyys, ajattelutaidot ja resurssit. Opettajien kemian peruskoulutus ja täydennyskoulutuksiin osallistuminen oli vähäistä, mutta kemian opetusta ja täydennyskoulutusta arvosti suurin osa vastaajista. Kemia oli tutkittujen mielestä käytännönläheistä, mielenkiintoista sekä tärkeä osa yhteiskuntaa. Tutkimuksessa saatiin tietoa työtapojen, erityisesti kokeellisuuden ja tieto- ja viestintätekniikan, käytöstä. Työtapojen käytössä havaittiin yksipuolisuutta ja täydennyskoulutuksen tarvetta. Tutkimuksen perusteella kemian ja sen opetuksen kiinnostus korreloi käytössä olevien resurssien, tiettyjen työtapojen, kuten kokeellisuuden harjoittamisen, koulun ulkopuolisen yhteistyön ja täydennyskoulutusten arvostamisen kanssa. Luokanopettajien tausta ja koulun koko korreloi niin ikään useiden tekijöiden kanssa. Esimerkiksi täydennyskoulutuksissa kemian opetukseen perehtyminen oli yhteydessä toiminnallisen kokeellisuuden käyttöön ja tietyiltä osin positiiviseen kemian kuvaan. Tutkimus antaa tietoa esimerkiksi tulevan valtakunnallisen opetussuunnitelman laatimiseen, luokanopettajien koulutukseen sekä täydennyskoulutukseen.

Tutkielman päätavoitteena oli kartoittaa muutoksia, joita kemian alan uusi lainsäädäntö aiheuttaa kemistien osaamiselle. Kemistien työtä muuttaa Euroopan unionin kemikaaliasetus REACH, joka astui voimaan 1.7.2007. Kemian alan sisältöosaaminen ei riitä vastavalmistuneelle kemistille: alalla tarvitaan osaamista ja ymmärrystä kemian yhteiskunnallisesta ulottuvuudesta ja yleisiä työelämätaitoja. Päätutkimuskysymyksiksi nousi tunnistaa: i) Mikä on muuttunut ja muuttuu REACHin myötä? ii) Millaista osaamista REACH edellyttää kemistiltä? iii) Mitä jokaisen vastavalmistuneen kemistin pitää osata REACHista? ja iv) Miten kemian opiskelija voi hankkia tämän tarvittavan osaamisen? Kehittämistutkimuksessa kartoitettiin Euroopan unionin yhteisen kemikaaliasetuksen kemisteille asettamia uusia osaamishaasteita analysoimalla asetustekstejä ja Suomessa kemistejä kouluttavien yliopistojen strategioita sekä kemian laitosten osaamistavoitteita. Analyysin tulosten perusteella laadittiin opiskelumateriaali, jonka avulla opiskelijan on mahdollista täydentää osaamistaan kemian alan lainsäädännöstä. Itseopiskelumateriaali on laadittu tukemaan maisterin yleisten työelämätaitojen, kuten ryhmätyö-, ajanhallinta- ja keskustelutaitojen, kehittymistä.

Tieto- ja viestintätekniikan (TVT) käyttöönoton valmistelu asteittain ylioppilaskirjoituksissa kuuluu Suomen hallitusohjelmaan. Ylioppilaskokeiden sähköistämishankkeesta vastaa ylioppilastutkintolautakunnan (YTL) Digabi-projekti. Kokeet siirretään sähköisiksi kevääseen 2019 mennessä. Kemian ylioppilaskoe muuttuu sähköiseksi syksyllä 2018. Tutkimus on osa kemian ylioppilaskokeen kehittämishanketta Kemian opettajankoulutusyksikössä. Hanketta toteutetaan yhteistyössä YTL:n kemian jaoston kanssa. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää sähköisen kemian ylioppilaskokeen mahdollisuuksia ja haasteita. Tutkimuksessa selvitettiin, millaisia ovat sekä opiskelijoiden että opettajien kokemukset kemian sähköisen ylioppilaskokeen esimerkkitehtävien käyttöönotosta. Tutkimus on tapaustutkimus. Työssä on tutkittu sähköisen kemian ylioppilaskokeen esimerkkitehtäviä ja tehtävistä kootun kokeen käyttöönottoa kolmessa pääkaupunkiseudun lukiossa. Esimerkkitehtävät sisälsivät video- ja artikkeliaineistoa, ja tehtävissä hyödynnettiin molekyylimallinnusohjelmistoja. Aineisto koostuu 37 opiskelijan antamista kyselyvastauksista ja kolmen opettajan teemahaastattelusta. Lisäksi tietoa kerättiin suoralla havainnoinnilla. Opiskelijoiden vastaukset kyselyn avoimiin kysymyksiin ja haastatteluaineisto analysoitiin aineistolähtöisellä sisällönanalyysillä. Sekä opiskelijat että opettajat pitivät sähköisen kemian ylioppilaskokeen uudenlaisia tehtäviä käytetyn sähköisen kokeen vahvuutena. Opettajat pitivät erityisesti siitä, että videoaineiston avulla kokeellisuuteen liittyvät tehtävät voidaan toteuttaa mielekkäämmin. Opiskelijoiden mielestä tehtäviin vastaaminen tietokoneella oli sujuvampaa kuin käsin kirjoitettuna. Sekä opiskelijat että opettajat pitivät opiskelijoiden mallinnusohjelmistojen käyttötaitojen vaihtelevuutta sähköisen ylioppilaskokeen haasteena. He ilmaisivat huolensa siitä, asettuvatko kokelaat sähköisessä kokeessa eriarvoiseen asemaan tietokoneen käyttötaitojen perusteella. Opettajat pitivät haasteena sekä koulun että opiskelijoiden valmiutta kemian sähköisen ylioppilaskokeen käyttöönottoon. Heidän mielestään pitäisi olla jo nyt tiedossa ne ohjelmistot, joita sähköisessä kemian kokeessa käytetään ja ympäristö, joissa taitoja voi harjoitella. Sähköiseen kemian ylioppilaskokeeseen valmistautumisessa on huomioitava, että opiskelijat ovat saaneet riittävästi harjoitella kokeessa tarvittavia TVT-taitoja. Opettajat tarvitsevat lisäkoulutusta käyttöönoton edistämiseen.

Chemistry plays an important role in making the future more sustainable and solving the global issues. The curricula, national and international educational strategies, research literature and Finnish chemical industry are all focusing on sustainable development. We need more environmentally literate chemists, chemistry teachers and students – future citizens, who solve the several environmental challenges that face the whole world. The main aim of this study was to design novel methods for teaching sustainable development in chemistry, using inquiry methods, to foster students' environmental literacy and positive attitudes towards chemistry. Sustainable development is linked to chemistry education through socio-scientific issues, e.g. life-cycle thinking and green chemistry. The theoretical problem-analysis of the design study investigated the approaches, which are of key importance for the study: sustainable development, green chemistry, the life-cycles of different products, environmental literacy, socio- scientific education, and inquiry-based learning. The empirical design phase answered the research questions: 1) What kind of inquiry-based life-cycle thinking promotes sustainable development in chemistry education? 2) How collaboratively developed design solution on life-cycle teaching affects students' environmental literacy and chemistry attitudes? The research was conducted in chemistry teachers' in-service training, where the topics were related to the study: sustainable development and chemistry, green chemistry, life-cycle analysis and thinking, environmental literacy, socio- scientific issues, and inquiry-based learning. There, novel methods for teaching inquiry-based life-cycle thinking in chemistry education were developed collaboratively. Chemistry knowledge was connected to the life-cycle of a product or material. The study focused on chemistry teachers' teaching concepts, the collaboratively developed design solution of those and the upper-secondary school students' perceptions. The collaborative design involved 21 chemistry teachers and two researchers, who analysed the research data during the years 2010–2012. The goals of the in-service training were planned according to the problem-analysis. The study involved 105 9th grade students. The design research methods included the content analysis of the texts, semi-structured interviews, and quantitative surveys. As the outcome of the empirical design phase, two types of knowledge was generated: 1) novel chemistry teaching concepts for sustainability education using life-cycle thinking and inquiry-based learning methods, and a collaboratively developed design solution, and 2) knowledge about the effects of combining life-cycle thinking and inquiry-based learning on students' environmental literacy and chemistry attitudes. The validity of the results was examined by researcher and method triangulation. To teach sustainable development, the teachers combined inquiry methods and life-cycle thinking in chemistry in several different ways. They developed 20 novel teaching concepts. The most used concept was an open project work in small groups. In this, the students independently chose a product the life-cycle of which they wanted to investigate. This approach was collaboratively developed into a design solution to teach life-cycle thinking in chemistry. Some of the teachers chose the research focus for their students. There, the investigation tasks included raw materials, consumer products, food or water. The teaching methods in the concepts included making questions, searching and analysing information, forming and presenting results, laboratory experiments, videos, study visits, debate, designing new products, drama, and learning diaries. The design solution, which combined life-cycle thinking and inquiry, increased the students' societal and environmental ideas. They emphasized the importance of environmental protection and recycling. Most students thought that these types of projects could positively affect the youths' environmental literacy. The project work positively affected the students' attitudes towards chemistry. They noticed that one could learn important things about chemistry that are related to the society and everyday life. The students valued the new learning setting, which was independent and social. The method to teach inquiry-based life-cycle thinking in chemistry in this study is a novel example of an inquiry-based approach, which supports versatile studying and citizenship skills, motivates the student to study chemistry and guides the student to take sustainable development into account. The inquiry-based life-cycle thinking is suitable for primary and secondary education, but it can also be applied to other educational levels. The remarks of the theoretical problem- analysis and the results of the empirical design phase can be used for planning chemistry education and chemistry teachers' education related to the issues of sustainable development.