Tietokonesimulaatioita kaasujen ymmärtämisen tukemiseen kemian lukio-opetuksessa

Modernit tieto- ja viestintätekniset sovellukset, kuten tietokonesimulaatiot, tarjoavat uusia mahdollisuuksia opiskelijoiden kaasujen käyttäytymisen ymmärtämisen tukemiseen. Aihe on opiskelijoille monien aikaisempien tutkimusten mukaan usein hyvin vaikea. Kaasujen käyttäytymisen perusteiden ymmärtäminen on edellytys monien muiden kemian ilmiöiden ymmärtämiselle. Opetussuunnitelman perusteissa tulisi painottaa enemmän kaasuja, niiden ominaisuuksia ja niihin liittyviä ilmiöitä jokaisella kemiallisen tiedon kolmesta tasosta. Kolmivaiheisessa kehittämistutkimuksessa kehitettiin tutkimuslähtöisesti tietokonesimulaatioita kaasujen ominaisuuksien ja käyttäytymisen ymmärtämisen tukemiseen kemian lukio-opetuksessa. Tutkimuksessa oli kolme tutkimusongelmaa. Ensimmäiseen tutkimusongelmaan, miten kaasuihin liittyviä asioita käsitellään kemian lukio-opetuksessa Suomessa, etsittiin vastausta tarpeiden kartoituksella. Tarveanalyysissä tutkittiin, miten kaasujen ominaisuuksia ja käyttäytymistä käsitellään lukion kemian ja fysiikan oppikirjoissa. Toiseen tutkimusongelmaan, minkälaiset tietokonesimulaatiot tukevat kaasujen submikroskooppisen tason ominaisuuksien ja käyttäytymisen ymmärtämistä kemian opiskelussa lukiossa, etsittiin vastausta kehitettäessä opetusaineisto. Tutkimuksessa kehitettiin kokoelma kaasujen ominaisuuksia ja käyttäytymistä submikroskooppisella tasolla käsitteleviä simulaatioharjoituksia, jotka voi tehdä Odyssey-ohjelmistolla. Kolmanteen tutkimusongelmaan, miten tutkimuksessa kehitetyt tietokonesimulaatiot tukivat lukio-opiskelijoiden ymmärrystä kaasujen submikroskooppisen tason ominaisuuksista ja käyttäytymisestä, etsittiin vastausta kokeilemalla ja arvioimalla kehitettyä opetusaineistoa. Tutkimusjoukkona oli 17 kemiasta innostunutta lukio-opiskelijaa. He kokeilivat kehitettyjä simulaatioharjoituksia Minustako kemisti? -tutkimuskurssilla kesällä 2006. Arvioinnissa käytettiin kyselytutkimusta ennen kokeilua ja sen jälkeen. Tutkimus osoitti, että tietokonesimulaatiot tukevat kaasujen ymmärtämistä kemian lukio-opetuksessa. Kehitetyt simulaatioharjoitukset muuttivat lukiolaisten virheellisiä käsityksiä tieteen käsitysten mukaisiksi. Odyssey todettiin hyväksi simulointiohjelmistoksi lukion kemian opetukseen. Toistaiseksi tietokonesimulaatioita käytetään kemian opetuksessa hyvin vähän. Tietokonesimulaatioiden käyttöä lukion kemian opetuksessa olisi pyrittävä lisäämään. Päämäärän saavuttamiseksi olisi kehitettävä nykyisiä ja suunniteltava lisää hyviä simulointiohjelmistoja, ja koulutettava opettajia niiden käytössä. Jatkossa tulisi tutkia, miten Odysseyllä voidaan tukea muiden kemian asioiden ymmärtämistä. Olisi hyödyllistä tutkia, tukeeko Odyssey kemian ymmärtämistä myös yliopistotason kemian opiskelussa. Tärkeää olisi myös tutkia erilaisten opetuksen työtapojen merkitystä tietokonesimulaatioilla opiskeltaessa.