LUMAT-B: International Journal on Math, Science and Technology Education

Teaching wet corrosion of metals and alloys

Quentin Berthod, Patrice Berthod — Wed, 22 Mar 2023 00:00:00 +0200

To consolidate the knowledge in corrosion acquired by students during courses and theoretic exercises, practical works are highly important. This is already true when the corrosion behavior of pure metals is explored in a broad variety of simple solutions. This can be strengthened further by applying characterizing methods and sense of observation to more complex problems to make a bridge with professional cases that young graduated may be faced with. In the present work, we considered one of the numerous professional situations in which theoretic and practical corrosion teaching may be involved: to anticipate possible long term corrosion for arch wires made of austenitic stainless steel, to be much more aware of the importance of the contents in key elements as chromium, and also to define pertinent protocols for performing tests representative enough. By elaborating a series of model steels with various Cr contents using the specific means of a laboratory of research in materials sciences, and by preparing – in the practical works room – experimental devices and electrolytes to be closest possible to the real conditions of use of arch wires (buccal environment characteristics: human body temperature, complex saliva composition), a supplementary experiment conducted in parallel to the usual series of practical works may also contribute to justify/legitimate further the training in the anticipation of corrosion problems and the possible ways for their limitations.

Palamisreaktion reaktiotuotteiden visualisointi Arduino-ohjelmistoympäristön avulla

Suvi Korhonen — Tue, 02 May 2023 00:00:00 +0300

Kemialliseen reaktioon, kuten palamisreaktioon, liittyy paljon väärinkäsityksiä oppilaiden keskuudessa. Väärinkäsityksien ehkäisemiseksi tai niiden poistamiseksi tulisi opettajan kehittää opetukseen keinoja, joilla ilmiön ymmärtäminen helpottuisi. Yksi keinoista olisi tieto- ja viestintäteknologian hyödyntäminen. Arduino on avoimen lähdekoodin elektroniikka-alusta, joka voi vastaanottaa tietoa fyysisestä ympäristöstä ja sen muutoksista sekä muuttaa tiedon digitaaliseen muotoon. Sen on matalakynnyksinen ja edullinen ohjelmistoympäristö, joka ei edellytä käyttäjältä aikaisempaa osaamista tietokoneohjelmoinnista. Esimerkiksi näiden asioiden vuoksi se soveltuisi myös osaksi kouluopetusta. Artikkelin tavoitteena on esittää kehitetty CO₂ja TVOC-mittausväline, joka hyödyntää Arduino- ja ThingSpeak-ohjelmistoja sekä yhdistää se osaksi kemian opetusta. Mittausväline kehitettiin osana Helsingin yliopiston Tutkiva ja eheyttävä kemian opetus -kurssia ja sen avulla pyrittiin visualisoimaan palamisreaktion yhteydessä syntyviä reaktiotuotteita. Mittausvälineellä suoritettiin testimittaus sytyttämällä tuikkukynttilä ja asettamalla mittauslaite tuikkukynttilän yläpuolelle mittaamaan parafiinivahan palamisreaktiota. Suoritetun testin tuloksista huomattiin, kuinka se toimi suunnitelman mukaisesti eli mittausväline ilmoitti fyysisessä ympäristössä tapahtuvia muutoksia, kun palamisreaktio käynnistyi. Hiilidioksidipitoisuuden sekä TVOC-pitoisuuden kasvaminen havaittiin Arduinossa digitaalisesti ja ThingSpeakissä graafisesti nousevana käyränä. Mittausvälineellä on potentiaalia käyttää kouluopetuksessa osana projektipohjaista oppimista. Arduinon käytön on tutkittu muun muassa edistävän kriittistä lukutaitoja ja kehittävän tutkimisen taitoja, jonka vuoksi se soveltuisi hyvin tiedonhankintaan kirjallisten lähteiden lukemisen tueksi.

Pienhiukkasten mittaamista Arduino-kehitysalustalla

Eetu Vahvanen — Wed, 03 May 2023 00:00:00 +0300

Tässä tekstissä esittelen projektin Arduino-ohjelmointiympäristöön liitettävän DSM501a -pölymittarin käytöstä kemian opetuksessa. Projektin tavoitteena on lähinnä tutkia laitteiston mahdollisuuksia ja haasteita opetuksessa, mutta myös esitellä prototyyppi ja sen testaamisen tuloksia. Keskeisimpinä johtopäätöksinä on, että tässä muodossaan pölymittarin yhdistäminen kemian opetukseen on haastavaa. Lisäksi käyttämäni laitteiston luotettavuus on vähintäänkin vaihtelevaa ja tulokset summittaisia. Mahdollisuuksia laitteelle myös opetuskäytössä kuitenkin on olemassa.

HAMK Design Factoryn design-based education -malli

Juulia Lahdenperä, Jari Jussila — Mon, 15 May 2023 00:00:00 +0300

Korkeakoulutuksen yhtenä haasteena on kouluttaa asiantuntijoita, jotka pystyvät vastaamaan yhteiskunnan viheliäisiin haasteisiin. Viime vuosien aikana onkin kehitetty eri opetusmenetelmiä, joiden yhtenä tavoitteena on kehittää niitä taitoja, joita näihin haasteisiin vastaamisessa tarvitaan. HAMK Design Factory on lähestynyt tätä haastetta monialaisten opiskelijatiimien, autenttisten haasteiden ja työelämäyhteistyön näkökulmasta. Tässä artikkelissa esittelemme HAMK Design Factoryssa sovelletun design-based education -mallimme (DBE), jossa ongelmalähtöinen oppiminen, projektioppiminen ja osaamisperustainen opetus integroituvat Design Factoryn opetuksessa.

Opinnäytetyön ja pro gradun pikaopas

Johannes Pernaa — Wed, 11 Jan 2023 00:00:00 +0200

Jorma Kanasen Opinnäytetyön ja pro gradun pikaopas vuodelta 2019 on ennen kaikkea tiivistelmä kirjailijan aikaisemmista tietokirjoista, jotka on pyritty jäsentämään opinnäytetyön tekijää auttavaan muotoon. Tässä opas onnistuu kohtuullisen hyvin, mutta suurelta osin opas on hyödyllisempi opinnäytetyön ohjaajalle kuin sen tekijälle. Ohjaajalle opas tarjoaa muistilistoja ja kokeneen ohjaajan hiljaista tietoa, jotka auttavat kehittämään omaa ohjaamista ja tukee oppimateriaalien tuottamisessa. Opiskelijalle opas tarjoaa vinkkejä rakenteesta ja sisällöistä ja tukee alustavaa perehtymistä menetelmiin ja niiden luotettavuuskriteereihin. Oppaasta puuttuvat tiivistelmän kirjoittamisen osio, tutkimuseettiset näkökulmat ja tulosten raportointiohjeet, minkä vuoksi opas tarvitsee tuekseen muutakin kirjallisuutta. Tämä kritiikki tukee oppaan käyttämistä tekemällä ehdotuksia soveltuvaan lisälukemistoon.

Akateemisen kirjoittamisen ja lukemisen opas

Johannes Pernaa — Wed, 08 Mar 2023 00:00:00 +0200

Akateemisen kirjoittamisen ja lukemisen opas on erinomainen tietokirja jokaiselle korkeakouluopiskelijalle ja -opettajalle. Kaikilla akateemisilla aloilla työskennellään tekstien parissa – niitä luetaan ja tuotetaan. Prosessi on keskeinen oppimisen ja viestinnän työkalu, joka jalostaa ideat laaja-alaiseksi osaamiseksi.

Laadullinen tutkimus ja sisällönanalyysi

Johannes Pernaa — Wed, 22 Mar 2023 00:00:00 +0200

Jouni Tuomen ja Anneli Sarajärven (2018) Laadullinen tutkimus ja sisällönanalyysi on kotimaisen menetelmätietokirjallisuuden klassikko. Teokseen on elinkaarensa aikana viitattu Google Scholarin mukaan jo yli 35 000 kertaa. Sitä on siis käytetty erittäin ahkerasti suomeksi laadittujen opinnäytetöiden ja tutkimusartikkeleiden menetelmäviitteenä, mutta myös englanniksi laadituissa tieteellisissä julkaisuissa. Tässä arviossa keskitytään uusimman 2018 julkaistun laitoksen tarkasteluun, joka järjestyksessään toinen uudistettu laitos.

The role of gaze in momentary teacher-student scaffolding interaction

Eeva Haataja — Thu, 02 Feb 2023 00:00:00 +0200

Teacher-student relationship is constructed on momentary classroom interactions. Recent eye-tracking research has charted some patterns of teacher's visual attention, but the dynamics of the relation between teacher’s gaze and pedagogical intentions and teacher-student eye contact have remained unexplored. The aim of my dissertation was to explore how teachers’ momentary scaffolding intentions and interpersonal behaviors were manifested in their visual attention and in momentary teacher-student eye-contact communication. In this lectio praecursoria, I reflect on the importance of investigating eye contact for the purposes of post-pandemic educational research and practices.

Yliopistomatematiikan oppimisen laadun tukeminen

Juulia Lahdenperä — Wed, 08 Feb 2023 00:00:00 +0200

Viime vuosikymmenten yliopistopedagoginen tutkimus on korostanut opiskelijakeskeisten oppimisympäristöjen eli opiskelijan oman aktiivisuuden ja vastuun ottamisen tukemisen etuja. Silti opettajajohtoinen opetus on säilynyt käytetyimpänä opetusmenetelmänä mm. yliopistomatematiikan kontekstissa. Vaikka tutkimuskirjallisuus tunnustaakin välittömän tarpeen kehittää opiskelijakeskeisiä yliopistomatematiikan oppimisympäristöjä, näihin keskittyvä tutkimus on pysynyt vähäisenä. Vastatessaan tähän tutkimusaukkoon väitöskirja tuottaa uutta tietoa siitä, miten erilaiset opiskelijakeskeiset oppimisympäristöt voivat tukea matematiikan oppimisen laatua yliopistossa.

Väitöskirjassa oppimisen laatua tarkastellaan kolmen teoreettisen käsitteen kautta. Nämä käsitteet ovat oppimisen lähestymistavat, minäpystyvyys ja oppimisen säätely. Oppimisen lähestymistapa ymmärretään opiskelijan oppimiselle asettamien tavoitteiden ja niiden saavuttamiseen käytettyjen prosessien yhdistelmänä. Tutkimuskirjallisuudessa tarkastellaan tyypillisesti kahta oppimisen lähestymistapaa, tiedon ymmärtämistä painottavaa syväsuuntautunutta lähestymistapaa sekä tiedon toistamista painottavaa pintasuuntautunutta lähestymistapaa. Korkeakoulutuksen tulisi tukea syväsuuntautuneen lähestymistavan kehittymistä. Minäpystyvyyden käsitteellä viitataan henkilön omaan suoriutumiskykyyn liittyviin kontekstisidonnaisiin uskomuksiin. Minäpystyys on keskeisin yksittäinen korkeakouluopinnoissa menestymisen indikaattori, minkä lisäksi se tukee erityisesti naisopiskelijoiden pysyvyyttä luonnontieteellisillä aloilla. Oppimisen säätelyllä tarkoitetaan oppimiseen tähtäävää kognition, käyttäytymisen, motivaation ja emootioiden säätelyyn liittyvää toimintaa. Väitöskirjassa oppimisen säätelyä tarkastellaan sekä yksilöllisenä että yhteisöllisenä toimintona, ja oppimisen yhteissäätely nähdään siirtymävaiheen prosessina kohti itsesäätelytaitojen kehittymistä.

Oppimisympäristön käsite viittaa oppimiseen ja siihen liittyviin asenteisiin vaikuttavaan sosiaaliseen, psykologiseen ja pedagogiseen kontekstiin. Väitöskirjassa tarkastellaan opiskelijoita, jotka osallistuvat yhtä aikaa kahdelle rinnakkaiselle yliopistomatematiikan kurssille. Kurssit valikoituivat mukaan tutkimukseen opiskelijakeskeisten oppimisympäristöjen takia; Kurssilla A noudatettiin matematiikan opetukselle tyypillistä mutta opiskelijakeskeisiä elementtejä sisältävää luento-laskuharjoitukset-pienryhmät-rakennetta, ja Kurssi XA toteutettiin tutkivaan matematiikan oppimiseen ja käänteiseen oppimiseen pohjautuvalla Kisällioppimisen menetelmällä.

Väitöskirjan tulokset pohjautuvat sekä määrälliseen että laadulliseen aineistoon. Määrällinen aineisto koostuu opiskelijoista, jotka vastasivat tutkimuskyselyyn molemmilla kursseilla (N=91). Kysely koostui oppimisen lähestymistapoja, minäpystyvyyttä, oppimisen itsesäätelyä ja oppimisympäristökokemuksia mittaavista väittämistä. Tämän lisäksi kurssien aikana kerääntynyt aineisto (tehtyjen tehtävien lukumäärä, opetukseen osallistuminen, kurssikokeen tulokset) liitettiin osaksi tutkimusaineistoa. Kaikki määrälliseen aineistonkeruuseen osallistuneet opiskelijat kutsuttiin vapaaehtoiseen haastatteluun. Laadullinen aineisto koostuu 16 puolistrukturoidusta haastattelusta, joissa opiskelijat reflektoivat kokemuksiaan molemmissa oppimisympäristöissä.

Väitöskirjassa vedetään yhteen neljä osatutkimusta, joissa artikuloidaan opiskelijoiden matematiikan oppimisen laatua eri näkökulmista. Määrällisessä Osatutkimuksessa I vertaillaan kurssien A ja XA oppimisympäristöjä opiskelijoiden oppimisen lähestymistapojen, minäpystyvyyden ja oppimisympäristökäsitysten näkökulmasta. Lisäksi osatutkimuksessa tunnistetaan kolme opiskelijaryhmää: 1) opiskelijat, jotka soveltavat syväsuuntautunutta oppimisen lähestymistapaa, 2) opiskelijat, jotka soveltavat pintasuuntautunutta oppimisen lähestymistapaa, sekä 3) opiskelijat, jotka soveltavat kontekstisensitiivistä oppimisen lähestymistapaa. Laadullisessa Osatutkimuksessa II tarkastellaan kurssien A ja XA oppimisympäristöjä näiden kolmen opiskelijaryhmän oppimistavoitteiden ja oppimisprosessien kautta. Osatutkimuksessa III tarkastellaan minäpystyvyyteen liittyviä määrällisiä sukupuolierityisiä eroja, ja Osatutkimuksessa IV tarkastellaan sekä määrällisesti että laadullisesti opiskelijoiden itse- ja yhteissäätelyä molemmissa oppimisympäristöissä.

Väitöstutkimuksen tulokset osoittavat, että opiskelijan oppisen laatu voi merkittävästi vaihdella eri opiskelijakeskeisten oppimisympäristöjen välillä. Lisäksi väitöstutkimuksessa tunnistettiin neljä keskeistä oppimisympäristön elementtiä, jotka ovat yhteydessä opiskelijoiden matematiikan oppimisen laatuun. Nämä elementit ovat kurssitehtävät, luennot, ohjaus ja vertaistuki. Erityisesti opiskelijoiden yhdessä työskentely tuki siirtymistä pintasuuntautuneesta oppimisen lähestymistavasta ja ei-säädellystä oppimisesta kohti laadukkaampaa oppimista. Lisäksi tulokset osoittavat, että tyypillisen kurssirakenteen rikkominen käänteisellä oppimisella on oppimisen laadun kannalta hyödyllistä. Väitöstutkimuksen tulokset korostavatkin pedagogisen kehittämisen ja oppimisympäristöjen kokonaisvaltaisen suunnittelun keskeistä roolia yliopistomatematiikan oppimisen tukemisessa. Kokonaisuudessaan väitöstutkimus havainnollistaa, miten tutkimusperustaisten opiskelijakeskeisten oppimisympäristöjen kehittämistä voidaan edistää tieteenalaan pohjautuvan yliopistopedagogisen tutkimuksen kautta.