Oppimateriaalin  kehittäminen

yritykseen   arvata   rakenne.   Rakenteen   piirtäminen   tehtävämonisteelle   helpottaa   sen   siirtämistä   lopulta   ChemSketchiin,   jolloin   ei   tarvitse   tietokoneella   vaihdella   eri   ikkunoiden   välillä.   Tehtävän   2c)   aiheuttaneen   hämmennyksen   ja   ChemSketchin   rajoitteiden   vuoksi   se   muutettiin   tarkastelemaan   molekyylin   kokoa   elektronien   sijoittumisen   sijaan.   Tehtävän   5   vastauksissa   esiintyi   paljon   variaatiota.   Mahdollinen   selitys  tälle  on  epäselvä  tehtävänanto,  joka  mahdollisesti  johtuu  toimintaa  ohjaavasta   sanasta   ”tunnista”.   Tämä   antaa   valinnan   olla   kirjoittamatta   aaltolukujen   arvoja   vastauskenttään,  jolloin  funktionaaliset  ryhmät  tunnistetaan  vain  mielessä.  Huomattiin   myös,  että  tehtävälomakkeessa  olevasta  taulukosta  puuttui  C-­‐O  venytyksen  aaltoluku.    

Menestyminen   tehtävässä   7   osoittautui   haasteelliseksi,   koska   ei   tunnettu   ohjelman   toimintoja.   Tämä   esti   myös   menestymisen   tehtävässä   8.   Tehtävään   10   saatiin   1   vastaus:   ”ei   liukene”,   joka   on   oikein,   mutta   ei   anna   mahdollisuutta   arvioida,   miten   vastaukseen   on   päädytty.   Kysymyksen   asettelun   muuttamisella,   kuten   esimerkiksi  

”miksi  C-­‐vitamiini  ei  liukene…”  tai  ”selitä  perustellen,  mitä  tapahtuu,  kun…”,  saadaan   perustellumpia  vastauksia  sekä  päästään  käsiksi  oppilaiden  ajattelutapaan.    

Chemsense   animator   –ohjelmassa   todettiin   seuraavanlaisia   haasteita:   C-­‐vitamiinin   rakentaminen  aikaa  vievää  sekä  sen  rakenteen  optimoiminen  on  rajattu  pois  ohjelman   toiminnoista  ja  valmiiden  rakenteiden  tai  piirrosten  tuominen  ohjelmaan  ei  onnistunut   ohjelman  rajallisten  tiedostomuotojen  tukemisen  vuoksi.    

9.2  Oppimateriaalin  kehittäminen    

Tutkimustulosten   analyysin   pohjalta   tutkimuksessa   käytetystä   tehtävälomakkeesta   (liite   1)   jalostettiin   lopullinen   tehtävälomake   (liite   2)   ja   opettajan   opas   (liite   3).  

Opettajan   opas   sisältää   tehtäväkohtaiset   oikeat   ratkaisut   ja   huomioita   niihin   liittyen   sekä  vinkkejä  tehtävien  toteuttamiseen.    

Lopullisen   tehtävämonisteen   näkyvimmät   muutokset   ovat   tehtävien   jako   eri   tehtäväosuuksiin   sekä   tehtäväkohtaisten   käyttöohjeistuksien   lisääminen.   Tehtävät   jaettiin   kolmeen   kokonaisuuteen   käsiteltävän   aihealueen   perusteella:   A.   C-­‐vitamiinin   rakenne,   B.   C-­‐vitamiinin   liukenemisen   kemiaa   ja   C.   Animaatiot.   Jokaisella   kokonaisuudella  on  omat  oppimistavoitteet  ja  niitä  voidaan  käyttää  yksittäin  tai  yhtenä   kokonaisuutena.   Jokaiseen   tehtävään,   jossa   tarvitaan   ohjelmien   toimintoja,   lisättiin   seikkaperäiset   käyttöohjeistukset   toimintojen   käyttämiseksi.   Tämä   selkeyttää   ohjelmien   käyttöä,   vaatii   opettajalta   vähemmän   ohjausta,   säästää   aikaa   tehtävien   tekemiseen  ja  madaltaa  oppilaan  kynnystä  päästä  käsiksi  ohjelmista  saataviin  tuloksiin.  

Osaa   tehtävälomakkeen   tehtävistä   jalostettiin   myös   tarkoituksenmukaisemmiksi   ja   selkeämmiksi.  Näistä  enemmän  seuraavissa  kappaleissa.  

A.   C-­‐vitamiinin   rakenne.   Tehtävä   1   muutettiin   ohjaamaan   oppilasta   hakemaan   C-­‐

vitamiinin   rakenne   sopivasta   lähteestä,   jolloin   sitä   ei   lähdetä   arvaamaan   automaattisesti.   Tehtävään   lisättiin   myös   laatikko,   johon   on   tarkoitus   piirtää   C-­‐

vitamiinimolekyylin   rakennekaava.   Tehtävää   2   muutettiin   siten,   että   c)   –kohdassa   kysytään,   mikä   molekyylimalli   sopisi   mallintamaan   molekyylin   kokoa.   Tämä   muutos   ottaa  huomioon  ohjelman  rajoitteet,  eikä  johda  väärinymmärryksiin.  Muuten  tehtävät   pysyivät  ennallaan.    

B.   C-­‐vitamiinin   liukenemisen   kemiaa.   Tässä   tehtäväkokonaisuudessa   huomattavin   muutos  on  valmiiden  molekyylimallien  käyttäminen.  Ajan  säästämiseksi  opettaja  tekee   valmiiksi  tarvittavat  rakenteet  tehtäviin  2  ja  4  sekä  tallentaa  ne  tiedostoina  jokaiselle   käytettävälle   tietokoneelle   tai   lähettää   ne   tiedostoina   oppilaille   verkossa   ennen   tehtävien   tekoa.   Näin   päästään   käyttämään   ohjelman   laskuominaisuuksia   vaivattomammin   ja   voidaan   keskittyä   enemmän   tulosten   analysoimiseen   ja  

soveltamiseen.   Tämä   johtaa   myös   siihen,   että   opettaja   voi   ohjata   oppilaita   saamaan   parempia   tuloksia   laskuista,   kun   molekyylit   ovat   ennalta   määrätyissä   asennoissa   toisiinsa   nähden.   Tehtävänumerot   muutettiin   siten,   että   tutkimuksessa   käytetyn   lomakkeen   tehtävät   3-­‐10   vastaavat   kehitetyn   tehtävälomakkeen   tehtäviä   1-­‐8.  

Tehtävien  järjestystä  ei  muutettu.    

Tehtävät   1   ja   2   eivät   muuttuneet   alkuperäisestä.   Tehtävä   3   jaettiin   kahteen   osaan,   jolloin   erotellaan   funktionaalisia   ryhmiä   vastaavien   aaltolukujen   tunnistaminen   ja   kirjaaminen   sekä   piikkien   paikkojen   kirjallisuuteen   vertaaminen.   Tämä   muutos   selkeyttää   oppilaiden   toimintaa   ja   vastaamista   sekä   opettajan   arviointia,   kun   yhtä   tehtävänantoa  vastaa  yksi  vastausalue.  A)  -­‐kohdan  neljä  vastausriviä  ohjaavat  etsimään   neljän  eri  funktionaalisen  ryhmän  aaltolukuja.  Tehtävän  teon  tueksi  vaihdettiin  myös   kattavampi   taulukko   spektripiikkien   kirjallisuusarvoista,   jolloin   puuttuvaa   C-­‐O   – venytyksen   aaltolukua   ei   tarvitse   alkaa   etsiä   eri   lähteistä.   Tehtävässä   4   a)   –kohdan   kysymyksen   asettelua   muutettiin   hieman   ja   b)   –kohdan   kuviin   vaihdettiin   happiatomien   värit   vastaamaan   yleisesti   käytettyä   punaista   väriä.   Tehtävää   5   ei   muutettu   muuten   kuin   lisäämällä   siihen   lisäinformaatio   systeemin   muodostumis-­‐

entalpiasta   sekä   selitykset   Equilibrium   geometry:stä   ja   Singlepoint   energy:stä,   joiden   perusteella   oppilas   selvittää   laskentamenetelmän   vuorovaikutusten   suuruudelle.  

Tehtävässä  oletetaan  jo,  että  ohjelman  laskutoimintoja  osataan  käyttää.  Tehtävät  6  ja   7   pysyivät   ennallaan.   Tehtävän   8   kysymyksen   asettelua   muutettiin   hieman,   jolloin   voidaan   helpommin   arvioida,   miten   oppilas   ajattelee   liukenemisen   uudessa   tilanteessa.  Tehtävään  lisättiin  myös  piirto-­‐osuus,  jolloin  heksaanin  rakennetta  voidaan   helpommin  käyttää  vastauksen  tukena.      

C.   Animaatiot.   Vaikka   animaatioita   ei   käytetty   tutkimuksessa   mukana,   niin   tehtäväkokonaisuuteen   liitettiin   osuus   animaatioiden   käytöstä   samassa   kontekstissa.  

Animaatiot   liitettiin   mukaan   täydentämään   oppimisprosessin   kokonaisuutta   tuomalla   uusi   representaatio   C-­‐vitamiinin   liukenemistapahtumalle.   Tehtävässä   1   on   tarkoituksena   piirtää   yksinkertaisia   malleja   hyväksi   käyttäen   liukenemistapahtuma.  

Tehtävässä   2   täydennetään   tehtävän   1   animaatiot   sanallisilla   kuvauksilla,   jolloin   voidaan  arvioida,  mitä  tietoja  oppilas  on  käyttänyt  luodakseen  animaation.  Tehtävässä   3   tehdään   animaatio   powerpointin   avulla,   jolloin   voidaan   tarkastella   molekyylin   rakenteen,  elektronitiheyden  ja  molekyylien  välisten  vuorovaikutusten  välisiä  yhteyksiä   liukenemisen   kannalta.   Powerpoint   valittiin   ohjelmaksi   sen   käytännöllisyyden   vuoksi.  

Siihen   voidaan   tuoda   valmiita   molekyylimalleja,   joita   voidaan   aktiivisesti   monistaa,   käännellä   ja   liikutella.   Esimerkiksi   ilmaisessa   Chemsense   animator   –ohjelmassa   ei   valmiiden  kuvien  tuominen  onnistu.  Tehtävä  vaatii  opettajalta  hieman  esivalmisteluja.  

Opettaja  tekee  valmiit  mallit  C-­‐vitamiini-­‐  ja  vesimolekyyleille  ja  lähettää  ne  oppilaille   tiedostoina.   Mallit   sisältävät   tietoa   molekyylin   rakenteesta   sekä   niistä   aiheutuvista   potentiaalipinnoista.    

10  Johtopäätökset    

Tämän   kehittämistutkimuksen   tarkoituksena   oli   kehittää   valmista   oppimateriaalia   C-­‐

vitamiinin  liukenemisen  opettamiseen  tieto-­‐  ja  viestintätekniikan  avulla.  Tutkimuksessa   kehitetty   oppimateriaali   käyttää   hyväksi   kahta   eri   tietokoneella   käytettävää   molekyylimallinnusohjelmaa  sekä  powerpointia.  Tutkimuksen  aikana  selvitettiin  miten   1.   kehittämistuotos   eli   tutkimuslomake   soveltui   opetusmateriaaliksi.   Tutkimuksen   jälkeen  tutkimuslomakkeesta  kehitettiin  valmis  opetusmateriaali  (Liite  2)  sekä  tehtäviin   liittyvä  opettajan  opas  (Liite  3)  ensisijaisesti  lukio-­‐opetuksen  tarpeisiin  käyttäen  hyväksi   tutkimusdataa   sekä   aikaisempia   tutkimuksia   ja   julkaisuja.   Tutkimuksen   tarkoituksena   oli  myös  saada  vastaukset  kappaleessa  8.1  esitettyihin  tutkimuskysymyksiin.    

1.   tutkimuskysymyksen   avulla   haluttiin   selvittää   molekyylimallinnusohjelmien   käyttämiseen   tarvittavien   opastuksien   tarpeet.   Tutkimushypoteesina   oli   oletus   siitä,   että   ohjelmien   käyttö   oli   helppoa   ja   sujuvaa   sekä   opiskelijat   osaavat   itse   etsiä   ja   käyttää  ohjelmien  tarvittavia  työkaluja  ja  löytää  tuloksia  niiden  avulla  tehtävänannon