Fysikaalisen kemian oppimisen matemaattiset haasteet ja opetuksen kehittäminen

Abstract

Tämän tutkielman kirjallisessa osassa tarkastellaan fysikaalisen kemian oppimista ja kurssien kehittämistä yliopiston aineopintotason kursseilla. Työssä tarkastellaan korkeatasoisen oppimisen prosessia konstruktivistisesta näkökulmasta sekä perehdytään oppimiseen kemian ja erityisesti fysikaalisen kemian konteksteissa. Fysikaalisen kemian oppimista on tarkasteltu etenkin sisältöjen matemaattisuuden näkökulmasta.

Fysikaalisen kemian oppimista haastaviksi tekijöiksi on tunnistettu muun muassa aihealueiden laajuus, abstraktius ja matemaattisuus sekä opiskelijoiden negatiiviset ennakkoasenteet ja heikko motivaatio fysikaalisen kemian opintoja kohtaan. Opiskelijoiden heikko matemaattisten käsitteiden ymmärrys haastaa fysikaalisen kemian ilmiöiden matemaattista tarkastelua ja tulosten yhdistämistä teoriaan. Aktiivisen oppimisen keinojen hyödyntäminen vaikuttaisi tukevan fysikaalisen kemian ilmiöiden ymmärtämistä ja parantavan opiskelijoiden motivaatiota.

Työn kokeellisessa osassa tutkittiin Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen kurssia KEMA224 Fysikaalinen kemia 1. Fysikaalisen kemian kursseilla opettaneiden henkilöiden näkemyksiä kartoitettiin haastattelututkimuksen avulla. Kurssin KEMA224 aloittavien opiskelijoiden matemaattisia valmiuksia kartoitettiin esitietokokeella. Laajemmin opiskelijoiden kokemuksia kurssista KEMA224 selvitettiin kyselytutkimuksella.

Tulosten perusteella opiskelijoiden matemaattisissa esitiedoissa oli huomattavan paljon hajontaa. Opiskelijat kokivat matemaattiset taitonsa yleisesti melko hyviksi, mutta menestyivät heikosti matemaattisessa esitietokokeessa. Matemaattiset taidot olivat puutteellisia erityisesti derivaatta- ja integraalifunktioiden osalta. Näitä teemoja ei käsitellä fysikaalisen kemian näkökulmasta riittävän laajasti kurssin KEMA224 matemaattisilla esitietokursseilla. Opiskelijat kokivat fysikaalisen kemian ilmiöiden jäävän kurssilla KEMA224 jossain määrin piiloon matemaattisuuden alle. Kurssilla KEMA224 erityisesti heikosti menestyneet opiskelijat kokivat matemaattisuuden esteeksi kurssilla etenemiselle. Kuitenkin myös kurssilla hyvin menestyneet opiskelijat olisivat kaivanneet tukea kurssin KEMA224 matemaattisiin tehtäviin. Kurssin ohjausten ja harjoitustehtävien koettiin auttaneen ilmiöiden ymmärtämisessä ja tukeneen oppimista hyvin.