Molekyylimallinnusta, kokeellisuutta ja spektroskopiaa yhdistävät ryhmälähtöistä oppimismenetelmää soveltavat oppimiskokonaisuudet lukion kemian opetuksessa: Tapaustutkimus

Abstract

Tässä työssä pyritään tuomaan ratkaisuehdotuksia lukion kemian opetuksessa esiintyviin opiskelijoiden oppimisen haasteisiin sekä vastaamaan syksyllä 2021 voimaan astuneen lukion opetussuunnitelman kemian opetuksen tavoitteisiin. Työssä tutkitaan ryhmälähtöistä oppimismenetelmää sekä sen mahdollisuuksia osana kemian opetusta. Aiemmat tutkimukset menetelmästä muilla aloilla ovat osoittaneet sen käytöllä olevan positiivisia tuloksia esimerkiksi jäsennellyn oppimisen, ryhmätyöskentelyn ja vertaisoppimisen kautta. Menetelmän, sen soveltuvuuden ja hyödyllisyyden tutkimukseksi työssä on rakennettu molekyylimallinnusta, kokeellisuutta sekä spektroskopiaa sisällään pitäviä ja menetelmää soveltavia osittain keskenään vaihtoehtoisia oppimiskokonaisuuksia. Molekyylimallinnus ja spektroskopia on sisällytetty osaksi kokonaisuuksia lukion valtakunnallisten valinnaisten moduulien KE3 Molekyylit ja mallit sekä KE4 Kemiallinen reaktio aihesisältöjen perusteella, jolloin työssä esitellyt kokonaisuudet on tarkoitettu toteutettaviksi erityisesti lukion toisen vuosikurssin kemian opiskelijoille.

Työssä rakennettuja ryhmälähtöiseen oppimismenetelmään perustuvia oppimiskokonaisuuksia toteutettiin käytännössä edellä mainitulla kohderyhmällä kolmessa (3) toisen asteen lukiokoulutuksen oppilaitoksessa Etelä- ja Varsinais-Suomen alueella. Toteutusten perusteella saaduista satunnaisten 56:n opiskelijan vastauksista ja oppimisen tuloksista sekä kolmen (3) kemian aineenopettajan haastatteluista pystyttiin tapaustutkimukselle tekemään ennen kaikkea esiselvitystä sille, kuinka hyvin menetelmä soveltuu lukio-opetukseen ja millaisia hyötyjä ja lisäarvoja sillä mahdollisesti saavutetaan. Työssä toteutettu tapaustutkimus on tutkimusstrategialtaan monimenetelmällinen, mutta strategian pääpaino oli kvalitatiivisessa tutkimuksessa.

Kaiken kaikkiaan tässä työssä esitetty ja toteutettu tapaustutkimus onnistui hyvin ja sen perusteella saatiin kattavia tuloksia. Työssä esitettyihin tutkimuksen pää- ja alakysymyksiin pystyttiin aineiston perusteella vastamaan. Ryhmälähtöisen oppimismenetelmän voidaan tutkimuksen perusteella sanoa soveltuvan toiseen asteen opetukseen ja merkittävimpinä sen käytön hyötyinä esille nousivat jäsennelty, useamman oppitunnin pituinen kokonaisuus, joka tuki isompien aihepiirien ymmärrystä ja erilaisten taitojen kehittymistä sekä ryhmätyöskentely, jossa opiskelijoiden keskinäinen vertaisoppiminen korostui. Johtuen lukioiden tietoturvakäytänteistä ja tutkimuksen käytännön toteutuksesta, ei tutkimuksen aineiston perusteella pystytty kuitenkaan tekemään syvällistä kvantitatiivista analyysiä yksittäisten opiskelijoiden oppimisen ja ymmärryksen kehittymisestä menetelmän aikana. Täten tutkimus ei vastaa kysymyksiin millaisia virhekäsityksiä yksittäisillä opiskelijoilla oli ja toimiko menetelmä merkittävä hyötynä niiden vähentämisessä.

The aim of this work is to bring solutions to the challenges of students’ learning in high school chemistry teaching and to meet the goals of chemistry teaching in the high school curriculum, which entered into force in the autumn of 2021. The work study the team-based learning method and its possibilities as a part of chemistry teaching. Previous studies of the method in other fields have shown positive results in its use, for example through structured learning, group work and peer learning. In order to study the method, its applicability and usefulness, partially alternative learning entities have been built based on the method and all of those include parts of molecular modeling, laboratory work and spectroscopy. Molecular modeling and spectroscopy are included because of the national high school optional modules’ KE3 Molecules and Models and KE4 Chemical Reaction topic contents, and the entities presented in the work are thus intended to be implemented especially for high school second-year chemistry students.

The learning entities based on the group-based learning method built in the work were implemented in practice with the above-mentioned target group in three (3) secondary secondary education institutions in the region of Southern and Southwest Finland. Based on the responses and learning outcomes of 56 randomized students and interviews with three (3) chemistry teachers, the case study was able to make a preliminary study of how well the method is suitable for upper secondary education and what benefits and added value it may achieve. The case study is multi-methodological in its research strategy, but the main focus of the strategy was on qualitative study.

Overall, the case study presented and done in this work was successful and yielded comprehensive results. Based on the data, the main and sub-questions of the research presented in the work could be answered. Based on the study, the group-based learning method can be said to be suitable for secondary education, and the most significant benefits of its use were a structured, multi-lesson support for understanding larger topics and developing different skills, as well as group work. However, due to the security practices of high schools and the practical implementation of the research, it was not possible to make an in-depth quantitative analysis of the development of individual students’ learning and understanding during the method. Thus, the study does not answer the questions about what kind of misconceptions individual students had and whether the method served a significant benefit in reducing them.