Kemianopetus — tutkimus, oppiminen ja opettajankoulutus

Kemianopetus: tutkimus, oppiminen ja opettajankoulutus — uusia opetuksen menetelmiä, laboratorio- ja luokkahuonekäytäntöjä sekä ratkaisuja opettajapulaan ja parempiin oppimistuloksiin.

Kemian opetus on kemian opetuksen ja oppimisen tutkimusta. Sen tavoitteena on ymmärtää, miten oppilaat ja opiskelijat rakentavat kemian käsitteitä, mitä oppimisvaikeuksia heillä on ja miten opetus voidaan järjestää siten, että ymmärtäminen, kiinnostus ja osaaminen kasvavat. Kemianopetuksen tutkijat kehittävät ja arvioivat opetusmenetelmiä, oppimateriaaleja ja arviointikäytäntöjä sekä kouluttavat opettajia ja laativat suosituksia opetussuunnitelmiksi. Tutkimuksessa käytetään esimerkiksi kokeellisia tutkimusasetelmia, luokkahuonetutkimuksia, kyselyjä, haastatteluja ja oppimisanalytiikkaa, ja siinä selvitetään sekä yksilöllisiä että yhteisöllisiä oppimisen prosesseja.

Tutkimusaiheet ja keskeiset kysymykset

• Oppimisvaikeudet ja käsitykset: tutkitaan yleisimpiä väärinkäsityksiä (esim. aineen rakenne, reaktiot ja moolikäsitteet) ja miten niitä voidaan korjata.
• Käsitemallit ja representaatioiden käyttö: miten mallinnus, kaavat, kaaviot ja visualisoinnit tukevat ymmärrystä.
• Oppimisen arviointi: millaiset testit ja formatiiviset menetelmät mittaavat parhaiten käsitteellistä ymmärrystä ja taitoja.
• Laboratoriotyö ja turvallisuus: miten käytännön työ tukee oppimista ja miten varmistetaan turvallinen työskentely.
• Teknologian ja digitaalisten työkalujen rooli: simulaatiot, virtuaalilaboratoriot ja oppimisalustat.
• Opettajien ammatillinen kehitys: miten täydennyskoulutus, mentorointi ja yhteisöllinen oppiminen vaikuttavat opetuksen laatuun.

Opetusmenetelmät ja käytännöt

Tutkitaan monia pedagogisia lähestymistapoja ja niiden yhdistelmiä. Perinteisten luentojen rinnalla korostuvat aktivoivat menetelmät, jotka edistävät käsitteellistä ymmärrystä ja tieteellistä ajattelua.

• Luokkahuoneluento yhdistettynä keskusteluun ja kysymyspohjaiseen oppimiseen.
• Demonstraatioita ja havainnollistavia kokeita, jotka herättävät kysymyksiä ja ohjaavat päättelyä.
• Laboratoriotyöt, joilla kehitetään kokeellisia taitoja, havaintojen tekemistä ja tulkintaa.
• Kysely- ja projektipohjainen oppiminen (inquiry- ja problem-based learning).
• Simulaatiot, virtuaalilaboratoriot ja muut digitaaliset työkalut, jotka täydentävät käytännön työtä.
• Vertaisoppiminen, klikkerit ja formatiiviset arviointimenetelmät oppimisen tukena.

Opettajankoulutus ja työvoimapula

Kemian ja muiden luonnontieteiden opettajista on monessa maassa pulaa. Yksi syy on se, että luonnontieteellistä koulutusta saaneet henkilöt työllistyvät usein korkeampipalkkaisiin tehtäviin koulutuksen ulkopuolella, mikä tekee opettajuudesta vähemmän kilpailukykyisen vaihtoehdon. Myös opetustyön kuormittavuus, riittämätön tuki ja urakehityksen puute vaikuttavat rekrytointiin ja pidempään pysymiseen alalla.

Esimerkiksi Yhdysvalloissa yli 45 000 matematiikan ja luonnontieteiden opettajaa jätti opetustyönsä heti lukuvuoden 1999–2000 jälkeen, mikä kuvaa alan vaihtuvuuden haasteita. Työvoimapulan ratkaisemiseksi tarvitaan sekä lyhyen että pitkän aikavälin toimenpiteitä:

• Tehokkaat rekrytointiohjelmat ja stipendit, jotka houkuttelevat STEM-taustaisia opiskelijoita opettajiksi.
• Laadukas opettajankoulutus, jossa korostuvat sekä sisältöosaaminen että pedagoginen osaaminen ja jossa harjoittelujaksot ovat konkreettisia ja tuettuja.
• Vahva alkuvaiheen tuki: mentorointi, induction-ohjelmat ja pienempi työkuorma ensimmäisinä vuosina.
• Jatkuva täydennyskoulutus ja ammatilliset oppimisverkostot, jotka pitävät opettajat ajan tasalla tutkimuksesta ja opetuskäytännöistä.
• Käytännön yhteistyö yliopistojen, teollisuuden ja koulujen välillä: vierailuluennot, opettajavaihto ja resurssien jakaminen.
• Palkka- ja urakehitysmallit sekä työolosuhteiden parantaminen opettajan työn houkuttelevuuden lisäämiseksi.

Haasteet ja keinoja parantaa oppimistuloksia

• Tunnista ja korjaa oppilaiden eniten toistuvat käsitykset varhaisessa vaiheessa käyttämällä diagnostiikkaa ja keskustelua.
• Sisällytä opetukseen useita representaatioita (symbolinen, kuvallinen, kielellinen ja kehollinen) jotta oppijat voivat jäsentää käsitteitä eri tavoilla.
• Tue laboratoriotyötä selkeillä tavoitteilla, raportointirakenteilla ja turvallisuusohjeilla; käytä myös pienryhmätyöskentelyä oppimisen syventämiseksi.
• Kehitä arviointia siten, että se mittaa ymmärrystä eikä pelkästään laskutaitoja — hyödynnä formatiivista palautetta oppimisen ohjaamisessa.
• Panosta opettajien ammatilliseen kehitykseen, yhteisölliseen jakamiseen ja tutkimusperustaisten menetelmien levittämiseen.

Yhteenvetona: kemianopetus yhdistää kemian sisällön, pedagogisen tutkimuksen ja opettajankoulutuksen tavoitteena parantaa sekä ymmärrystä että opetuksen laatua. Haasteet kuten opettajapula ja oppimisvaikeudet vaativat monialaisia ratkaisuja — laadukasta koulutusta, jatkuvaa tukea opettajille, toimivia opetuskäytäntöjä ja poliittista tahtoa investoida luonnontieteiden opetukseen.

Yleiskatsaus

Kemian opetuksesta voidaan ajatella monella eri tavalla. Yksi niistä on ammattilaisen näkökulma. Kemianopettajat määrittelevät kemianopetuksen toimintansa kautta.

Toisen määritelmän on antanut kemianopettajien ryhmä (tiedekunnan jäsenet ja opettajat, jotka keskittyvät opettamiseen eivätkä niinkään kemialliseen tutkimukseen). Tohtori Robert L. Lichter, Camille ja Henry Dreyfus -säätiön silloinen toimitusjohtaja, esitti 16. kahden vuoden välein järjestettävän kemianopetuksen konferenssin (viimeisimmät BCCE-kokoukset: [1],[2]) täysistunnossa kysymyksen: "Miksi korkea-asteen koulutuksessa on edes olemassa sellaisia termejä kuin 'kemianopettaja', kun tälle toiminnalle on olemassa täysin kunnioitettava termi, nimittäin 'kemian professori'". Yksi kritiikki tätä näkemystä kohtaan on se, että harvat professorit tuovat työhönsä mitään muodollista koulutustaitoa tai taustaa koulutuksesta. Useimmilla kemian professoreilla ei ole ammatillista näkökulmaa opetus- ja oppimistoimintaan. He eivät välttämättä tiedä tehokkaista opetusmenetelmistä ja siitä, miten opiskelijat oppivat.

Kolmas näkökulma on kemiallisen koulutuksen tutkimus (CER). Fysiikan koulutustutkimuksen (PER) esimerkin mukaisesti CER:ssä pyritään ottamaan käyttöön korkeakoulua edeltävässä luonnontieteiden opetuksen tutkimuksessa kehitetyt teoriat ja menetelmät ja soveltamaan niitä vastaavien ongelmien ymmärtämiseen keskiasteen jälkeisessä ympäristössä. (CER pyrkii myös parantamaan kemian opetusta ennen korkeakouluopintoja). Kuten luonnontieteiden opetuksen tutkijat, myös CER:n harjoittajat pyrkivät tutkimaan muiden opetuskäytäntöjä sen sijaan, että he keskittyisivät omiin luokkahuonekäytäntöihinsä. Kemianopetuksen tutkimus tehdään tyypillisesti paikan päällä käyttäen koehenkilöitä keskiasteen ja keskiasteen jälkeisistä kouluista. Kemianopetuksen tutkimuksessa kerätään sekä määrällisiä että laadullisia tietoja. Kvantitatiivisissa menetelmissä kerätään tyypillisesti tietoja, joita voidaan sitten analysoida erilaisilla tilastollisilla menetelmillä. Kvalitatiivisiin menetelmiin kuuluvat haastattelut, havainnointi, päiväkirjamerkinnät ja muut yhteiskuntatieteellisessä tutkimuksessa yleisesti käytetyt menetelmät.

Opetuslaboratorio Singaporessa


Vanha fysikaalisen kemian laboratorio, Cambridge Englanti

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on kemian opetus?

K: Mitä aiheita kemian opetuksessa on?

K: Mikä on kemian opetuksen tutkijoiden tavoite?

K: Mitä opetusmenetelmiä kemian opetuksen tutkijat tutkivat?

K: Miksi kemian opettajista on pulaa?

K: Mitä seurauksia tästä luonnontieteiden opettajapulasta on?

K: Miten kemian opetuksen tutkijat voivat auttaa puuttumaan luonnontieteiden opettajapulaan?

Hae kirjaimella