Reaktiokinetiikan oppiminen rikkakasvien torjunta-aineiden kestävän kemian avulla: tapaustutkimus tulevien kemian opettajien käsityksistä

Att lära sig grunderna i kemisk kinetik på universitetsnivå är utmanande, vilket bland annat beror på begreppens abstrakta natur och den begränsade kopplingen till vardagliga tillämpningar. Denna studie bestod av två faser. I det första steget, en inlärningsmiljö för inlärningskinetik baserad på hållbar kemi. Sammanhanget var den samhällsvetenskapliga modulen för miljökemi, som tittade på de kinetiska processerna för herbicider i vulkaniskbaserade jordar och deras potential att förorena grundvatten. Syftet med inlärningsmiljön var att bidra till utvecklingen av hållbara utvecklingsfärdigheter, att främja inlärning av kemisk kunskap i sammanhang och att utveckla vetenskapliga färdigheter. Materialet utformades för två kurser i analytisk kemi och en kurs i fysikalisk kemi i ett lärarutbildningsprogram. Effektiviteten av materialet studerades med hjälp av elevernas uppfattningar. Urvalet omfattade 22 studenter, som delades in i tre målgrupper. Materialet analyserades och klassificerades med hjälp av kvalitativ innehållsanalys med hjälp av TPASK-ramverket (Technology Pedagogical Science Knowledge). Baserat på resultaten förvärvade studenter kontextualiserad kunskap om kemi och utvecklade färdigheter och kunskaper relaterade till användning av digitala resurser och kalkylblad i ett vetenskapligt sammanhang. Denna fallstudie visar att den problembaserade inlärningsmetoden erbjuder stor potential att stödja ovanstående färdigheter.Kemiallisen kinetiikan perusteiden opettaminen korkeakoulutasolla on haastavaa, mikä johtuu mm. käsitteiden abstraktista luonteesta ja rajallisesta yhteydestä arkipäivän sovelluksiin. Tämä tutkimus koostui kahdesta vaiheesta. Ensimmäisessä vaiheessa kestävään kemiaan pohjautuva reaktiokinetiikan oppimisympäristö. Kontekstina toimi sosio-tieteellinen ympäristökemian moduuli, jossa perehdyttiin rikkakasvien torjunta-aineiden kineettisiin prosesseihin tulivuoren tuhkapohjaisessa maaperässä ja niiden mahdollisuuteen saastuttaa pohjavesiä. Oppimisympäristön tavoitteena oli myötävaikuttaa kestävän kehityksen taitojen kehittämiseen, edistää asiayhteyteen kemiatietojen oppimista ja kehittää tieteellisiä taitoja. Materiaali suunniteltiin kahdelle analyyttisen kemian kurssille ja opettajankoulutusohjelman fysikaalisen kemian kurssille. Materiaalin vaikuttavuutta tutkittiin opiskelijoiden käsitysten avulla. Otos sisälsi 22 opiskelijaa, jotka jaettiin kolmeen kohderyhmään. Aineisto analysoitiin ja luokiteltiin laadullisen sisältöanalyysin avulla käyttäen TPASK (Technology Pedagogical Science Knowledge) -kehystä. Tulosten perusteella opiskelijat hankkivat kontekstualisoitua kemian osaamista ja kehittivät taitoja ja tietoja, jotka liittyvät digitaalisten resurssien ja laskentataulukoiden käyttöön tieteellisessä yhteydessä. Tämä tapaustutkimus osoittaa, että ongelmapohjaisen oppimisen lähestymistapa tarjoaa suuren potentiaalin edellä mainittujen taitojen tukemiseen.Teaching the fundamentals of chemical kinetics on the college level is challenging to teachers and students alike due to its abstract nature of concepts and limited connection with real context applications. This study consisted of two phases starting with designing a chemistry education for the sustainable development-based learning environment of reaction kinetics, followed by a case study in which students' perceptions toward learning chemistry by solving a real environmental problem using digital resources, spreadsheets, and an active learning environment, were explored. First, we designed a Socio-Scientific Environmental Chemistry module centered on the sorption kinetic processes of herbicides in volcanic ash derived soils (VADS) and their potential to pollute groundwater. The objective of the learning module was to contribute to the development of sustainability skills, to promote learning of contextualized chemistry knowledge, and to develop scientific skills. This module employs spreadsheets as computational tools in chemistry to model real sorption kinetic data of herbicides in VADS. The learning module was designed for one section of two Analytical Chemistry courses and one Physical Chemistry course of an undergraduate chemistry teacher-training program. After the design phase, the learning module was implemented in each course, and students' perceptions were gathered using the focus group technique. The sample was of 22 students distributed into three focus groups. The data collected were analyzed and categorized through qualitative content analysis using the Technological Pedagogical Science Knowledge (TPASK) framework. On the basis of our findings, the students acquired contextualized chemistry knowledge and develop skills and knowledge related to using digital resources and spreadsheets in a scientific context. Besides, the preservice chemistry teachers' knowledge of pedagogy allowed them to develop some elements of their pedagogical science knowledge and TPASK. This case study shows that the problem-based learning approach offers great potential in supporting a learning environment suitable to working with spreadsheets to solve real-environment problems in chemistry education.Peer reviewe