Augmented Reality (lisätty todellisuus) kemian opetuksessa – antaako AR jotain lisäarvoa

EL-STEM -hankkeessa (Enlivened Laboratories within STEM Education) pohdimme lisätyn todellisuuden käyttämistä mm. kemian opetuksessa. Tuoko AR jotain lisäarvoa kemian mallintamiseen, animaatioiden ja 3D-molekyylimallinnusohjelmien lisäksi? Ennakkotutustuminen AR:n mahdollisuuksiin ja olemassa oleviin toteutuksiin ei aivan kaikiltaan ollut rohkaiseva. Seuraava kuva kertoo yhden pulman – tekijä ei ymmärrä kemiaa, jos vesimolekyyli olisi lineaarinen, olisimme kaikki kaasupalloja.

Myöskään molekyylien syntyminen ei tapahtune niin kuin AR-elementtien yhteen vieminen antaisi ymmärtää.

Ensimmäinen päivä menossa, itse AR-elementtien luominen ei ole tuonut mitään sellaista, mitä ei voisi toteuttaa jo nykyisillä sovellutuksilla ja mitä voisi hyödyntää oman pedagogisen ajattelun pohjalta.

Augmented eli lisätty todellisuus

Wikipedian mukaan : lisätty todellisuus (engl. augmented reality, lyh. AR) viittaa näkymään, johon on lisätty tietokonegrafiikalla tuotettuja elementtejä ja jota käyttäjä tarkastelee läpikatseltavien (see-through) näyttöjen kautta. Se on siis järjestelmä, jossa keinotekoista, tietokoneella tuotettua tietoa (kuva, ääni, video, teksti, GPS-informaatio) on lisätty näkymään todellisesta ympäristöstä.

Käytännössä kemian ”maailma” on paljon muutakin kuin vain silmin nähtävä todellisuus. Mikromaailman ymmärtäminen on liitetty kemian opetuksessa mallintamiseen sekä mallien ja animaatioiden hyödyntämiseen ilmiöiden ja tapahtumien kuvaamisessa. Löytyisikö lisätyn todellisuuden avulla jotain pedagogisesti ja aineen käsitteiden hallinnan osalta merkityksellistä, sitä nyt haetaan.

AR-elementtien luominen

AR-elementtien luominen aloitettiin yksinkertaisten elementtien luomiselle: peruskuva (tigger) ja siihen lisätään esim. video. AR-elementtien katsomiseen riittää älypuhelin (johon asennettu HP Reveal -ohjelma). Tehokkaampi AR-elementtien luominen onnistuu läppärillä. Tietokoneeseen asennetaan HP Reveal Studio -ohjelma (ilmainen, vaatii rekisteröitymisen). Ohjelman aiempi nimi oli Aurasma.

HP Reveal ohjelmalla voidaan luoda jonkinlaisia AR-elementtejä, joita tigger-kuvan katsominen esim. älypuhelimella (jossa on HP Reveal -ohjelma) mahdollistaa kuvaan liitettyjen videoiden, kuvien tms. katsomisen (lisättyä todellisuutta).

Voit esim. kokeilla seuraavien kuvien (skannattu työsivulta, jossa listattuna Studio-ohjelmalla laaditut AR-elementit) katsomista ko. ohjelmalla:

Tässä on Marvinille tehdyt 2D-molekyylit ja videot ovat MarvinSpace autorotation -komennolla pyöriviä 3d-molekyylejä (videokaappaus Screencast-O-Matic-ohjelmalla). QR-koodeilla voisi saada samanlaisen vaikutelman aikaiseksi – hieman eri näkökulmasta ja tekniikalla. Toisaalta, miksi tehdä näitä, kun tarkoituksena on opettaa lukiolaiset tekemään niin 2D- että 3D-versiot ko. molekyyleistä.

Tämän toiminallisuuden hyödyntäminen vaatii vielä pohdiskelua. Olisiko lukijoilla ideoita?

Sitten Unityn pariin

Unity on ehkä yksi kovimmista peliteko-ohjelmista. Unity-ohjelmasta löydät enemmän ohjelman omalta sivulta: https://unity3d.com/ . Hankkeessa lähdettiin ajatuksesta, että jokainen opettaja pystyisi lyhyen koulutuksen jälkeen tuottamaan itse AR-elementtejä ja pieniä pelejä Unity-ohjelmaan hyödyntäen. Epäilyksen siemen kyllä on olemassa.

Perustekniikat ohjelmasta oppii parissa kolmessa tunnissa hyvällä ohjauksella. Tärkeää ohjelman käytössä on kuitenkin se, että on alun perin selkeä kuva siitä, mitä haluaa tuottaa. Tähän palaan seuraavassa bloggauksessa.

Alla kuva, jossa tämän hetken vaihe atomin rakennetta esittelevästä AR/VR-aihiosta. Onko huomenna tämän näköinen, … tuskin. Kuvassa jo (punainen) atomin ydin ja yksi elektroni (sininen), jota lähdetään kopioimaan. Elektronilla on jo ”rata” (ei kuitenkaan ympyränmuotoinen, eikä edes ellipsi), seuraavaksi niitä sitten kopioidaan. Vaalea pallo kuvaa itse atomin ”ulkoreunaa”, jota seuraavaksi työstetään läpinäkyväksi. Huomenna jatkuu …

 

Computex-tapahtuma Taipeissa 6.-8.6.2018

Computex-tapahtuma on yksi maailman suurimmista tietotekniikan tapahtumista, http://computextaipei.com.tw . Tapahtuma sijaitsee Taipein kolmessa suuressa messuhallissa, kahdessa lähellä World Trade Centeriä (ja 101 tornia) ja yhdessä hallissa Nangangissa.

TWTC Halli1

TWTC Hall1 – itse suuren näytön edessä sisääntuloaulassa

Nangangin messuhalli

Matkan erityisiä tavoitteena oli tutustua uusiin tulossa oleviin teknologioihin ja uusi ratkaisuihin:

  • kosketusnäytöt (70-80 tuumaiset)
  • langattomat yhteydet
  • AR/VR-teknologiat
  • uudet kannettavat tietokoneet

Isot näytöt

Luokkien teknologiset ratkaisut dokumenttikameroiden ja datatykkien sijaan näyttävät olevan erilaiset kosketustauluratkaisut.

Erilaiset näyttöjä seinälle

HABOOK-ylityksen iso kosketusnäyttö opetuskäyttöön

Esityksen myötä konkretiaan

Mitä erilaisia sovellutuksia löytyy. Taulu on windowstietokoen. Hinta ohjelmineen liikkui 4.000-5.000 hiutteissa

Isoja näyttöjä oli useita erilaisia malleja – tämä viimeksi esitelty tuntui edistyksellisimmältä – vaikka itse kosketuspinta ei ollut paras mahdollinen. Malliin saa lisäosina äänestysmoduulit, joskin sen toiminnallisuuden voi korvata älypuhelimilla (appsin avulla). Tässä linkki esitteeseen: http://www.habook.com.tw/english/download/dm/Haboard_Touchscreens_EN.pdf . Habook on panostanut opetuksen kehittämiseen, lisää tietoa saa yrityksen kotisivuilta: www.habook.com.tw . Tämä on vahva kandidaatti jatkotyöstöön.

Langattomat yhteydet

Luokkatilassa langattomien verkkojen merkitys tulee vastaan monessa kohtaa

  • wifi-yhteys internetiin – eli ns. perinteinen langaton verkko, wlan, jokaiselle tietokoneelle ja älypuhelimelle
  • langaton yhteys tietokoneen ja dataprojektorin välillä, nykyään toteutuu miracastin (Microsoft-yhteensopiva), chromecastin (Google-yhteensopiva) tai esim. AppleTV:n avulla
  • langaton yhteys tietokoneen ja jonkinlaisen kauko-ohjaimen välillä esim. diasarjojen esittämiseen (bluetooth-yhteys käytännössä)

Missä vaiheessa luodaan yhteinen standardi tai laite, joka mahdollistaa kaikkien laitteiden langattoman yhteyden esim. TV:hen tai dataprojektoriin?

Computex-tapahtumassa oli esillä joitakin teknologioita, mm. wlan-verkon jakamiseen ja langattoman yhteyden rakentamiseen.

Langattoman verkon jakamiseen

Hieman järeämpi versio langattoman verkon jakamiseen.

Erilainen versioita langattomaan yhteyteen. Anycast vaikutti mielenkiintoiselta.

3D-tulostusteknologiat

3D-tulostimia ja tulosteita

Jatkuvasti kehittyvä teknologia on 3D-tulostus. Vasemmalla laite, joka myös mahdollisti puun työstämisen ja polttamisen. 3D-tulostusteknologian hyödyntäminen opetuksessa lienee yksi eri oppiaineita yhdistävä asia. Laitteet halpenevat kovaa vauhtia ja niiden erilaiset mahdollisuudet lisääntyvät.

Langaton lataus

Langaton lataamine on tulevaisuutta

Mielenkiintoinen yksityiskohta tapahtumassa oli erittäin tehokas langaton laturi (110 W –> 100 W, hyötysuhde siis 90%). Eli sillä sektorilla edetään. ”Kännykkäparkki” olisikin latauslevy eikä takavarikko.

Normipaperilta muistiinpanot tietokoneelle

AceCAD, https://www.acecad.com.tw/index.php/en-us/

Tulevaisuudessa pohdiskelua käydään erilaisten tekstintuottamisen ja muuntotyökalujen kesken: kynä ja paperi (integroituna tietokoneeseen, vrt. kuvan tuote), kosketusnäytöllinen tietokone kynällä varustettuna (vrt. OneNote-ohjelman käyttö), puheentunnistusohjelmat (edelleen vaiheessa). Kuvan teknologia ehkä alakouluun sopiva. Samankaltaista on jo olemassa Suomessakin: LiveScribe-kynät, https://www.livescribe.com/en-us/.

Isot osastot – Microsoft

Microsoft-standi, Nangangin messuhalli.

Nangangin hallissa suuret laitetoimittajat pitivät omia osastojaan. Kuvassa Microsoft. Microsoft esitteli omia tulevaisuuden suunnitelmiaan, mm. tietoturvallisuuden ja pilviteknologioiden osalta. Microsoftin osastolla oli myös eri laitetoimittajien Win10-laitteita esittelyssä.

 

Matka Computex 2018 -tapahtumaan Taiwaniin – Digiloikkaan visioita ja käytännön ideoita kaksi vuotta edellä aikaansa

Kuva 1: Computex-tapahtuman näyttelyhallit

Computex-tapahtuma 5.-9.6.2018 on yksi maailman suurimmista, ellei suurin, tietotekniikan tapahtuma. Tapahtumassa ovat esillä kaikki mahdolliset tietotekniikan innovaatiot, kokonaisuuden otsikkona on ”Building Global Technology Ecosystems”. Tapahtuman pääteemat ovat: tekoäly, 5G, lohkoketju (Blockchain), esineiden internet (IoT), innovaatiot &  startupit, pelit & virtuaalinen todellisuus (VR).

Opetuksen saralla pohditaan jo nyt tekoälyn vaikutusta, esineiden internet on vahvasti STEM-opetuksen osana (teknologia, elektroniikka, ohjelmointi ja matematiikka kohtaavat tiedeopetuksessa). Viikin normaalikoulussa on meneillään kaksi eurooppalaista hanketta UMI-Sci-Ed (ubiikki- ja mobiilioppiminen sekä esineiden internet tiedeopetuksessa) ja EL-STEM (lisätty todellisuus tiedeopetuksessa). Lähitulevaisuudessa agendalle nousevat tekoäly ja virtuaalinen todellisuus realistisina mahdollisuuksina teknologian halpenemisen ja pedagogisen soveltamisen sekä kehitystyön myötä. Teknologian kehitystyössä mukana pysyminen on pedagogisen soveltamisen osalta ensiarvoisen tärkeää.

Tapahtuma sijoittuu neljään suureen näyttelyhalliin (kuva 1). Mukana ovat kaikki merkittävät laite- ja teknologiatoimijat sekä lukuisat alihankkijat ja pienet yritykset.

Vuosina 2013 ja 2014 osallistuin kyseiseen tapahtumaan, jolloin esillä oli useita innovaatioita ja teknologisia ratkaisuja, jotka tulivat parin vuoden päästä Euroopan markkinoille, mm. isot muistikortit

Kuva 2: Erittäin suuret muistikortit

(kuva 2), teräväkärkiset tablettikynät (kuva 3), langattomat tv-vastaanottimet (kuva 4), miniprojektorit (kuva 5), USB-lisälaitteet (kuva 6), erilaisia tabletteja ml. Windows-tabletteja ja pieniä kannettavia (kuvat 7 ja 8), käsialantunnistusohjelmat ja -laitteet (kuva 9).

Tämän vuoden tapahtumassa pääteemana on ”Building Global Technology Ecosystems”. Keynote-puheenvuoron pitää Gregory Bryant Intellistä.

Kuva 3: Teräväkärkiset tablettikynät

Kuva 4: Langattomat TV-vastaanottimet

Kuva 5: Miniprojektorit

Kuva 6: USB-lisälaitteet, tässä digitaaliset mikroskoopit

Kuva 7: Erilaisia tabletteja

Kuva 8: Opiskelijalaitteita

Kuva 9: Käsialantunnistusohjelma ja -laite

Tämän vuoden tapahtumassa pääteemana on ”Building Global Technology Ecosystems”.

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 6: MarvinSketch ja isomerian opetus

Muuttuuko isomerian opetus MarvinSketch -ohjelman myötä

Abitti-järjestelmän MarvinSketch- ohjelma asettaa isomerian opiskelulle ja ainakin sen osaamisen sähköiselle arvioinnille haasteita. Ohjelma kun ”osaa” isomerian ja antaa valmiiksi mm. asymmetria-keskuksen (jos 2D-ympäristö, se näkyy kysymysmerkkinä, 3D-ympäristössä se antaa R/S-merkinnän sen mukaan kumpi se on) ja tulkitsee onko yleensäkään cis-trans-isomeriaa (tai oikeammin E/Z-isomeriaa) molekyylissä.

Peilikuvaisomerian opetus

Asymmetrisen, kiraalisen, hiilen tunnistaminen MarvinSketch-ohjelman myötä asettuu uuteen tilanteeseen. Opetuksessa lienee tähän asti asiaa lähestytty esimerkkimolekyylien kautta ja selittämällä, että kiraaliseen hiileen on kiinnittyneenä neljä erilaista ryhmää tai alkuaineatomia.

Vasemmanpuoleinen kuva (viivakaava) on ehkä se tavanomaisin esimerkki (2-butanoli) peilikuvaisomeriasta. Ohjelmalla voi nopeasti saada näkyviin kaikki atomit ja kaikki sidokset (hiilet näkyviin Edit | Preferences | Structure | Carbon labels ja kaikki vedyt sidoksilla Stucture | Add | Explicit Hydrogens).

Oikeanpuolisessa kuvassa (täydellinen rakennekaava) voidaan jo selkeästi nähdä kaikki neljä erilaista ryhmää tai atomia kiinnittyneenä kiraaliseen hiileen (tässä merkitty siis kysymysmerkillä ohjelman puolesta). Tehtäviä tehtäessä tuon kysymysmerkin saa toki pois, mutta jos ja kun oppilaille on MarvinSketch -ohjelman asennettuna, he saavat sen myös nopeasti näkyville.

Tässä näkyy valinnat joilla saa kiraalisen hiilen näkyville (All / All Possible) tai pois (None). 

Ohjelman avulla on helppo tutkia erilaisia molekyyleja ja niiden kiraalisuutta. Atomien vaihtaminen on helppoa ja ohjelma tunnistaa kiraalisuuden ”reaaliajassa”.

Pohdittava asia on, pitäisikö tehtävissä vaatia kirjaamaan se, onko kyse R- vai S-isomeerista, kun kerran ohjelma sen helposti antaa. Lukion oppimäärään tuskin kuuluu eikä liene paikallaan edes lisätä se, miten ko. kirjain määräytyy isomeerien osalta. R- ja S-isomerian merkitsemiseen liittyisi lähinnä ohjelman käytön hallinnan varmistaminen ja/tai toisaalta juuri tämän molekyylin kolmiulotteisuuden ja tetraedrimäisen rakenteen (sp3-hybridisaation!) korostaminen.

Aiemmin piirretyt kaksi kuvaa todistaa hyvin sen, että myös täydellisen rakennekaavan piirtäminen on aina silloin tällöin paikallaan asioiden ymmärtämisen varmistamiseksi.

Cis-trans-isomerian opetus

MarvinSketch-ohjelma on käytä cis-trans-isomerian käsitteitä, vaan E/Z-kirjaimia (entgegen – zusammen) käytännössä saman isomerialajin luokittelussa. Ohjelma taipuu myös siihen, että se antaa mahdollisuuden liikuttaa rakenneosaa niin, että kirjaimen vaihtuminen näkyy – tässä kuvassa, kun tilanne on vaiheessa, tulee kysymysmerkki.

Tämä reaaliaikainen tulkinta antaa hyvän mahdollisuuden opettaa erot näiden kahden isomeerin välillä. Miten syvällisesti on tarpeen selittää E/Z-isomeerien ero, kun tilanne ei ole selkeästi nykyisen cis-trans-isomerian opetusaikakauden esimerkeistä.

 

Kemian viimeinen ”paperinen” yo-koe – mitä opittiin ja mitä jatkossa?

Heti alkuun täytyy todeta, että kevään 2018 kemian yo-koe oli yksi onnistuneimmista kokeista mun historian. Toki puutteita löytyy – mm. liukoisuustulon lasku – mutta kokonaisuus määrittää kuvion. Tässä lyhyt analyysi itse tehtävistä.

Tehtävä 1

Harvinaisen selkeä kuvio. Mielenkiintoisen pohdinnan aiheutti NaOH, saippuana. Itse en noista ainetta saippuana käyttäisi, mutta joku puhui NaOH-saippuasta? Mistä ja kuka tällaista puhuu? Saippua-termi lienee kuitenkin yleistiedon mukaan aine, jolla pestään käsiä ja käsin jotain – eli se ei voi olla natriumhydroksidia. Ja piste. Suomalainen journalismi on saavuttanut (?) tason, jossa ei voi olla mistään varma – asiantuntemus tieteestä ja lähes kaikesta muustakin on todella ala-arvoista.

Tehtävä 2

Tehtävä 2 oli peruslaskutehtävä. Hienosta kompana oli tehtävään ujutettu ilma-käsite, joka sekoitti lukuisan määrän kirjoittajia. Eikä ollut ensimmäinen kerta. Ilmassa on kuitenkin yli 70% typpeä ja happea vain alle 21%. Aina on tärkeää lukea tehtävänanto tarkasti ja ymmärtää se.

Tehtävä 3

Kemia on oppiaine, jolla on oma kieli – kemian kieli. Erilaiset käsitteet täytyy ymmärtää ja niitä pitää opiskella (joitakin jopa opetella ulkoa – todella). Itse omassa opetuksessa suosin käsitekarttojen tekemistä ja korostan juuri käsitteiden ymmärtämisen merkitystä. Ilman niitä ei ole kemian osaamista. Tässä oiva tehtävä tähän liittyen. Olisivat toki voineet olla vaikeampiakin, mutta kyse oli 3.tehtvästä.

Tehtävä 4

Edelleen kemian osaamisen – laaja-alaisen osaamisen – tehtävä. Ei yksinkertainen, mutta sidosteorian ja liukoisuuden hallitseville helppo. Yleensä pitkä selitys tarkoitti sitä, ettei oikeasti tiennyt, mistä on kysymys.

Tehtävä 5

Hyvä orgaanisen kemian tehtävä – varmasti / toivottavasti viimeinen tämän kaltainen. Funktionaalisten ryhmien tunnistaminen on tärkeä taito ja – kuten tässä on tehty – yhdisteryhmien määrittäminen funktionaalisen ryhmien perusteella on tarvittava osaaminen. Tehtävänantoon liittyi uutta tietoa, miten on hyvä asia – nykytiedettä annetaan opetuksen tueksi – mutta tulevaisuudessa tähän tehtävätyyppiin vastaukset antaa MarvinSketch-ohjelma (teen tästä oman bloggauksen pian). Tässä d-kohdan kysymys on hyvä, koska se ei ollut ns. reaktiotyyppikysymys, vaan selkeästi funktionaalisen ryhmän ominaisuuksiin liittyvä kysymys. Jos ei ymmärrä happo-emäs-reaktiota ja/tai aminoryhmän emäksisyyttä, tähän ei löydä oikeaa vastausta.

Tehtävä 6

Erinomainen reaktioon liittyen energioiden ymmärtämiseen liittyvä tehtävä. Tässä haetaan mielestäni sitä oikeaa kemian reaktioiden ymmärtämistä, mitä meidän pitää myös opettaa. Upea tehtävä.

Tehtävä 7

Tehtävä 7 sisältikin sitten monia kompastuskohtia. Jos tätä työtä ei ole tehty kursseilla, pelataan mielikuvilla. Titraus menetelmänä lienee tuttu, takaisintitrauskin lienee kokeiltu, mutta muu saattaa tuntua vieraalta. Virheiden ja epätarkkuuksien määrittely ei ole yksinkertaista. Ei varsinkaan tehtävä 6:n jälkeen, jossa kokeellinen arvo pitäisi todeta oikeammaksi.

Tehtävä 8

”Pakollinen” sähkökemian tehtävä on normitehtävä. Tulevaisuutta ajatellen kuvailutehtävät ovat hyviä, koska silloin on kuvankäsittelyohjelmat käytössä.  Kasitehtäväksi tämä oli riittävän haastava – joskin z:n määrittäminen oli liian helppo.

Tehtävä 9

Orgaanisen kemian avaruusgeometriatehtävä. Jälleen kerran erinomainen. Nyt ei kysytty enää nimiä – jatkossa MarvinSketch antaa ne. Mutta nyt paneudutaan oikeaa orgaaniseen kemiaan. Vielä kun tulevaisuudessa opiskellaan enemmän orgaanisten reaktioiden mekanismeja, ei reaktiotyyppejä, löydämme helpommin vastauksia myös b-kohdan mukaisiin tehtäviin. B-kohdan tehtävä on juuri niitä, missä erottuu E- ja L-arvosanan abiturientit (onko koko valtakunnassa oikeaa vastausta?). Minusta kuitenkin erinomainen 9-tason tehtävä ja tätä jatkossa, jotta lähdemme opettamaan myös reaktiomekanismeja, eikä vain paria kymmentä reaktiotyyppiä ulkoaopetteluna.

Tehtävä 10

Erinomainen laskutehtävä – Hendelsson-Hasselbalchin -kaavan käyttö ei vain ole oikein, eikä siitä pitäisi pisteitä antaa – ei ole puskuriliuos – sen määritelmän mukaan. Tässä työstä maksetaan pisteillä.

Tehtävä 11

Haastava lasku- ja kemian analytiikan tehtävä. Lääkekemiaa voidaan lähestyä monella tapaa – taisi olla kemian preliminäärissä ylikorostettu – ja tässä yksi. Oikeastaan kromatografian tuominen tällä tapaa toimi, muu oli hieman liikaa kemian ulkopuolella (tästä voi olla erimieltäkin, mutta itse en tällaiseen paneutuisi).

Tehtävä 12

Jälkeen erinomainen tehtävä. Hieman erilaisia medioita esillä – tulevaisuudessa tämän monipuolistuu entisestää. Kemiallisten prosessien selittämien kaavioista ja malleista on tärkeä taito. Tässä siitä annettiin hyvä esimerkki. Itse rakastan Le Châtelier’n periaatteen selittämistä ja ymmärtämistä. Tässä on erinomainen case tätä varten. Ja kuvat tukivat erinomaisesti asian ymmärtämistä ja selittämistä.

Lopuksi

On tietenkin hyvä, että paperiset kokeet päättyvät ehkä onnistuneimpaan kokeeseen 2010-luvulla. Kysymyksien pitää kuitenkin muuttua monelta osin sähköisen version myötä, joten onnistuneesta edellisestä kokeesta ei ole paljoa iloa. Toivottavasti opettajat saavat hyvissä ajoin käsityksen, mihin suuntaan ollaan menossa uudessa tilanteessa. MarvinSketch-ohjelman käyttö ja mahdollisuudet antavat paljon ajattelemisen aihetta, ja toivottavasti ne antavat suuntaan kemian opetuksen kehittämiseen. Itse olen avoin pohdintoihin ja myös kehittämisideoiden testaamiseen.

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 5: MarvinSketch ja vapaat elektroniparit

Vapaat elektronit parit (lone pair)

Wikipedia määrittelee vapaan elektroni parin: Vapaa elektronipari eli sitomaton elektronipari on yhdisteissä yhdelle atomille valenssikuorelle lokalisoituneita kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistumattomia elektronipareja. Lewis-rakenteissa vapaat elektroniparit piirretään kahtena pisteenä sille atomille, jolle ne kuuluvat. Teksti on hieman harhaanjohtava tai ainakin johtaa helposti väärään tulkintaan. Tämän määritelmän voisi kirjoittaa toisinkin: Vapaa elektronipari on yksittäisen atomin ulkoelektroneja (valenssielektroneja), jotka eivät ole yhdisteessä muodostamassa sidosta. Ne voivat muodostaa kovalenttisia koordinaatiosidoksia (toimia Lewis-emäksenä) luovuttaen elektroniparin toisen atomin kanssa muodostettavaan koordinaatiosidokseen (engl. a lone pair refers to a pair of valence electrons that are not shared with another atom). Esimerkkeinä tästä ovat esimerkiksi: ammoniumioni, jossa typpi muodostaa neljännen sidoksen luovuttamalla vapaa elektroniparin vety-ionin kanssa muodostuvaan sidokseen. Tai hiilimonoksidissa, jossa hiilen hapen välissä olevasta kolmoissidoksesta kaksi muodostuu kovalenttisesta sidoksesta ja yhdessä koordinaatiosidoksesta, jossa happi-atomi on luovuttanut yhden vapaan elektroniparinsa yhteiseen sidokseen.

MarvinSketch piirtää vapaat elektroniparit

MarvinSktech-ohjelman saa näyttämään vapaat elektroniparit niin pisteinä kuin viivoina. Valinta viivan ja pisteen välillä tehdään Edit | Preferences -valikossa kohdassa General settings (kts. yllä). Tämä ei vielä anna näkyviin vapaita elektronipareja.

Kun piirretään molekyylejä, täytyy miettiä piirretäänkö myös atomien välisiä sidoksia näkyviin, jolloin vapaan elektroniparin merkitsemisellä on jotain mielekästä merkitystä.

Vapaat elektroniparin saadaan näkyviin valitsemalla View –valikosta Advanced | Lone Pairs (kts. vasemmalla).

Alempana on kuva, jossa vapaat elektroniparit näkyvät pisteinä.

 

Samat molekyylit, jossa elektroniparit merkitty viivalla.  

Miten opetetaan vapaat elektroniparit

Eli MarvinSketch piirtää vapaat elektroniparit – miten tämä asia nyt opetettaisiin. Olisiko nyt mahdollisuus miettiä Lewis-rakenteiden opettamista hieman syvällisemmin. Ohjelmassa yksi valinta (tai sen muuttaminen) osoittaa, mitä viivalla tarkoitetaan. Tarvitseeko tätä enää kysyä esim. yo-kirjoituksissa. Vai voisiko tässä jo kysellä Lewis-emästen perään?

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 4: MarvinSketch ja orgaanisten yhdisteiden nimeäminen

Miksi lukiossa opiskellaan orgaanisten yhdisteiden nimeämistä?

Ei vanhassa ja eikä uudessa lukion opetussuunnitelmassa mainitaan mitään orgaanisten yhdisteiden nimeämisestä. Nykyisen käytännön on siis pitkältä (taas) määrittänyt oppikirjat ja oppikirjailijat. Ja tähän päälle myös YTL on maustanut soppaa tuomalla ylioppilaskokeissa oman tehtävätyypin ”nimeä yhdisteet”:

Nimeäminen on tietenkin oma osa-alueensa kemiassa – pulmalliseksi sen tekee se, että hyvin nopeasti yhdiste saa triviaalinimen, josta on lähes mahdoton päätellä molekyylin rakennekaavaa, ei edes mukana olevia alkuaineita (esim. parasetamoli, bromitymolisininen, mönjä). Onko lukion oppimäärässä mielekästä tähän käyttää aikaa? Funktionaalisten ryhmien tunnistaminen ja yhdisteryhmiin luokittelu on toki aivan eri asia – nimistä huolimatta.

MarvinSketch ja nimeäminen

MarvinSketchin tulon myötä voimme keskustella uudelleen nimeämiseen liittyvän kuvion. Mielestäni orgaanisten molekyylien kohdalla on tärkeää, että lukiolainen tunnistaa funktionaalisen ryhmän ja ymmärtää rakenteen (osaa luokitella molekyylit eri yhdisteryhmiin), nimen tuottaminen ei niinkään kuulu syvällisempää osaamiseen. Runomitat ovat kivoja (metaani, etaani, propaani, butaani, pentaani, heksaani, heptaani, oktaani), mutta eivät lisää kemiaa asiaan.

MarvinSketch generoi rakenteesta nimen (Structure | Generate Name …) ja myös nimestä rakenteen (Structure | Name to Structure)

ja

Toki oman pienen pulman teettää englannin kielisyys, mutta miksi se olisi ongelma. Ohjelma tunnistaa joka kaksi eri nimeämiskäytäntöä 2-butanol ja butan-2-ol.

Kemian yo-koe ja nimeäminen

On siis mielekästä asettaa kysymysmerkki tämän tehtävätyypin perään. Ja tuskin on mielekästä testata sitä, osaavatko abit tuottaa ohjelmalla näitä nimiä tai nimistä rakenteita. Voimme näiden sijaan miettiä syvällisempiä pohdintoja vaativia tehtävätyyppejä, molekyylien luokitteluun tai rakenneanalyysiin liittyviä tehtäviä.

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 3: MarvinSketch ja reaktioyhtälöt (KE3-kurssi)

Mitä uusi LOPS sanoo?

Uuden opetussuunnitelman myötä reaktioita käsitellään laajasti KE3 – Reaktiot ja energia -kurssilla. ”Kurssin tavoitteena on, että opiskelija (1) osaa käyttää ja soveltaa reaktioihin liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä, (2) osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen reaktioihin liittyviä ilmiöitä ja (3) ymmärtää aineen ja energian häviämättömyyden merkityksen kemiassa.” (LOPS15).

Kurssin keskeisiksi sisällöiksi on listattu:

  • kemian merkitys energiaratkaisujen ja ympäristön kannalta
  • kemiallisen reaktion symbolinen ilmaisu ja tasapainottaminen
  • epäorgaanisten ja orgaanisten yhdisteiden reaktioita sekä niiden sovelluksia
  • aineen häviämättömyys kemiallisessa reaktiossa ja sen yksinkertainen laskennallinen käsittely
  • energian häviämättömyys kemiallisessa reaktiossa, sidosenergia ja Hessin laki
  • kaasujen ominaisuudet ja yleinen tilanyhtälö
  • reaktioiden tutkiminen kokeellisesti, titraus analyysimenetelmänä, tutkimustulosten käsitteleminen, tulkitseminen ja esittäminen

Reaktioyhtälöiden kirjoittaminen – erityisesti orgaanisen kemian molekyylien – on tuottanut oman tuskan. Kuten aiemmassa kappaleessa mainitsin, MarvinSketch mahdollistaa oikeiden rakennekaavojen (lue viivakaavojen) tuottamisen ja useamman yhdelle näytölle. Myös reaktioyhtälön tekeminen on optimoitu: piirtämällä reaktionuolen saat automaattisesti kahden edellä mainitun molekyylin (lähtöaineet) väliin plus-merkin.

Reaktioyhtälöiden kirjoittaminen (piirtäminen) MarvinSketchillä

Tietokoneavusteisesti reaktioyhtälöiden kirjoittaminen tulee mielekkääksi, kun rakenteet ovat isompia ja kopioimalla aiemmin tehtyjä molekyylejä saa täsmälleen oikeat rakenteet jatkossa käsittelyyn. Perusrungon rakentamisen jälkeen on helppoa lisätä elementtejä, esim. katalyyttejä, reaktiomekanismiin liittyviä nuolia jne. Seuraavassa pari esimerkkiä.

Esimerkki 1: Esteröitymisreaktion reaktioyhtälön kirjoittaminen (piirtäminen)

Eteneminen vaiheittain:

1.vaiheessa rakennetaan rakennekaavat (viivakaavat). Jos aiemmin oli jäänyt päälle hiiliketjun päähän merkittävät hiilet, ne kannattaa poistaa viivakaavasta. 2.vaiheessa, kun molemmat lähtöaineet on piirretty, tuottamalla reaktionuoli, saadaan reaktioyhtälöön plus-merkki. 3.vaiheessa piirrettiin reaktiotuote (näitä rakenteita kannattaa käydä korjaamassa: valikosta Structure / Clean 2D tai pikanäppäimillä ctrl+2). 4.vaiheessa valitaan teksti-työkalu, vasempaan alareunaan tulee tekstieditorin toiminnat (ainakin versiossa 17.5.). Sieltä voi valita mm. alaindeksin ja yläindeksin merkinnät. Tällä työkalulla voi tuottaa niin reaktionuolen päälle esim. katalyytit ja kuten tässä esimerkissä veden molekyylikaavan. 5.vaiheessa kuvaan on piirretty ”auttavat” osittaisvaraukset tekstityökalulla ja kaarinuoli nuolityökalulla kuvaamaan reaktiomekanismia.

Reaktiotuotteen nimen voi pyytää ohjelman tekemään – valitaan valintatyökalulla reaktiotuote ja valikosta Structure / Generate Name. Voi vielä valita joko IUPAC- tai triviaalinimen (jos sellainen on olemassa).

Esimerkki 2: Polymeroitumisreaktion kirjoittaminen (piirtäminen)

Polymeerin rakentaminen MarvinSketch -ohjelmalla on esitelty lyhyesti videolla osoitteessa: http://bit.ly/2E18kZP . Tämä on syntynyt osana MAOL:n TVT-koulutuksia.

Abitin kaava-editori

Sähköisen ylioppilaskirjoituksen työkaluihin on tullut kaavaeditori, jonka käyttöä on syytä harkita reaktioyhtälöiden (epäorgaaninen) kirjoittamisessa. Orgaanisen kemian osalta tilanne on toinen, kuten edellä ilmeni. Ko. kaavaeditori luo LateX-koodia, mikä on (omasta mielestäni) ollut vahvoilla tyylistä ja työkalusta, millä voisi lukiossa tuottaa tieteellisiä tekstejä. Tässä esimerkki sokerin palamisesta:

 

Association of Science Education ASE -konferenssin antia 2.-7.1.2018

Tiistai – saapuminen Liverpooliin

Liverpooliin tultiin Manchesterin kautta, lentokoneella Manchesteriin ja junalla Liverpooliin.

Ja majoittuminen paikalliseen hotelliin (1-2 tähden hotelli).

Keskiviikko, 1.päivä – International Day

ASE-konferenssi on Euroopan laajin tiedeopetuksen konferenssi. Paikalla oli osallistujia Aasiaa ja Etelä-Amerikkaa myöden. Suomesta tänään osallistuivat Hgin yliopiston Viikin normaalikoulusta allekirjoittaneen lisäksi kollegat Tea Kantola ja Taina Makkonen. Kaiken kaikkiaan odotetaan yli 2.000 tiedeopetuksen opettajaa paikalle.

Tahtotila konferenssiin osallistumiselle tuli siitä, että niin itse kuin kollega olimme kiinnostuneita eurooppalaisen tiedeopetuksen sisällöistä ja tekijöistä. Halusimme antaa myös oman panoksemme eurooppalaiseen tiedeopetuksen kehittämiseen tuomalla omia kokemuksia suomalaisten ja amerikkalaisten PIRE-hankkeesta (kts. 2.päivä) ja kokeellisuuden nostamisesta uudelle tasolle Viikin normaalikoulun kokeiluihin vedoten.

Cognitive Load Theory – Kognitiivisen kuormituksen teoria

Päivän mielenkiintoisimman luennon (johon itse osallistuin) piti Bob Pritchard (opettajakouluttaja, konsultti). Otsikkona oli Kognitiivinen kuormitus tiedeopetuksessa. Hänen lyhyt esittelynsä oli:

What is Cognitive Load Theory (CLT), why is it so important, and how can it be applied to the Science Classroom? In January Professor Dylan Wiliam tweeted that “…Cognitive Load Theory is the single most important thing for teachers to know”. This session explains the principles of CLT and shows how an understanding of how CLT can be used to improve teaching and learning in Science.

Bob johdatteli CLT:n perusteisiin lyhyesti – lähdeluettelossa hyviä linkkejä (palaan näihin myöhemmin). Mielenkiintoisia kohtia olivat ne, joissa viitattiin tehtävänantoihin ja niiden rakentamiseen liittyviin huomioihin CLT:n valossa. Palaan näihin, kun olen itse tutustunut lähdekirjallisuuteen – erittäin tärkeitä näkökulmia myös suomalaiseen pedagogiseen keskusteluun (didaktisia huomioita).

Good Practical Science – Kokeellisen työskentelyn raportti

Päivin Keynote-puheenvuoron piti tai alusti professori Sir John Holman. Hän on vetänyt säätiön rahoittamaa tutkimushanketta, jossa on analysoitu eri maiden kokeellisen työskentelyn malleja ja siihen liittyjä taustatekijöitä (mm. opettajakoulutus, välineistö). Suomesta asiantuntijaryhmässä on ollut mukana professori Jari Lavonen Helsingin yliopistosta ja Taina Makkonen Helsingin yliopiston Viikin normaalikoulusta.

Raportin ja sen liitteet voi ladata seuraavan linkin takaa: http://www.gatsby.org.uk/education/programmes/support-for-practical-science-in-schools

Suomalaisena tiedeopetuksen konferenssissa

Kuten monesti aiemminkin maininta kotimaasta johtaa keskusteluun Suomen opetuksen hyvyydestä jne. Tänään parissa kohtaa joutui miettimään asiaa hieman tarkemmin:

  • tiedeopetuksen kannalta pidettiin esimerkillisenä ja hyvänä sitä, että koululla on käytettävissä assistentteja (kemikaali- ja laitevarastojen omia hoitajia); kysymykseni on, miksi muualla niitä tarvitaan? Toki Suomen tilanne ei ole (ainakaan vielä) edes kohtuullinen, koska opettajilla ei ole ollut tilaisuutta tai mahdollisuutta saada kemikaali- ja/tai välinevaraston hoitajan koulutusta (kemia ja fysiikka). Mutta toisaalta opettajien aineosaaminen on sellainen, että he hyvinkin kykenisivät homma hoitamaan ja siitä maksetaan erikseen.
  • jossakin maassa kokeellisuuteen käytetään 60% oppitunneista, Suomessa vain 30%. Kysymys on kuitenkin, miksi ja mitä ko. ajalla tehdään. Ja tähän liittyen kollegani kanssa pidämme omaa esitystä PIRE-hankkeen tuomista kokemuksista.

Kansainvälinen päivä päättyi illanviettoon. Paikka oli komea, ohjelma ei sitten sen mukainen.

Torstai, 2.päivä – Oman ja kollegan yhteisen esityksen päivä

Ennakkotiedot kertoivat, että esityksemme ajaksi paikalle olisi tuloissa 18 kuulijaa. Paikka oli meluisa (ATK-luokka, jossa talon serverit hyrräsivät kohtuullisen kovaa), mutta kyllähän opettajien äänet kantavat. Esitys kesti 45 min ja päälle tuli kysymyksiä. Palaute oli positiivinen. Esityksen diasarja löytyy linkin takaa. Tämän jälkeen alkaa artikkelin työstäminen tästä esityksestä ja teemasta ASE:n omaan julkaisuun. Esitys ja tulevaisuudessa artikkeli puhukoon puolestaan.

DNA fingerprinting using PCR and Gel Electrophoresis -työpaja

Oman luennon jälkeen oli mahdollisuus osallistua työpajaan, jossa esiteltiin koulun budjettiin sopivaa tapaa esitellä ja toteuttaa ”DNA-tutkimusta” (aineistoa koulumme ensi lukuvuoden CSI-kemiaa -kurssille). Tutustuttiin Timstar-nimisen yrityksen luomaan konseptiin toteuttaa DNA-analyysiä ja elektroforeesia koulun puitteissa. Perusvälineillä ja yksikertaisilla aineilla rakennettiin systeemi, jossa syntyi geeli (jos erottelu tapahtuu) ja voidaan toteuttaa DNA:n polymerointi tutkimusta varten sekä itse tehdä elektroforeesiajo. Laitteiston hinnoista oli vaikea saada käsitystä – selviää yrityksen sivuilta. Itse työ ei onnistu 75 minuutin oppitunnin puitteissa, joten asia vaatii suunnittelua ja sovittelua.

Selvästi KE6-kurssin tai labrakurssin materiaalia.

Cards for A2/Y13 Organic Chemistry -työpaja

Kortti-ideaa – Suomessa tehty jo vuosi tämän idean pohjalta. Vieläpä jäsennellymmin ja pedagogisesti jo edistyneemmällä tavalla. Ulkoaopiskelun tukeminen pelin elementeillä ei ole ehkä sitä nykyaikaisinta pedagogiikkaa, vaikka itse pelillisyys onkin lähestymistapana ihan hyödyllinen lisä monessakin tilanteessa.

Using Technology in Science

Luennon piti ”science technician” eli opettajan apuhenkilö. Suomessa ja muutamassa muussakin Euroopan maassa tällaisia ei ole. Yliopistoissa kylläkin on. Miksi tällaisia tarvitaan kouluissa, heräsi kysymyksenä – Suomessa kemian opettajat (pääaine) kelpaavat myös teollisuuteen tutkijoina (jos ja kun syventävissä on opiskellut muutakin kuin opettajakursseja), joten osaavat itse asioita, mm. kemikaalien valmistus. Eipä tullut uutta (yhtään mitään). Ehkä muutama linkki – kaveri oli koonnut AR-appsien linkkejä – joita olin jo itsekin selaillut. Britanniassa tämän esityksen mukaan uutta oli mm. Kahoot! (tulossa osaksi Microsoft Teams -ympäristöä), iPadien käyttö opetuksessa (onneksi tästä ollaan Suomessa pääsemässä eroon). Augmented reality (AR) on yksi tulevaisuus työkaluista. Tähän liittyen Viikki on mukana eurooppalaisessa EL-STEM-hankkeessa, jossa rakennetaan työkaluja, joilla opettajat itse voivat rakentaa AR-elementtejä opetuksen tueksi. Tästä luvassa omia postauksia.

Perjantai, 3.päivä – Tutustuminen erilaisiin kokemuksiin ja kokeiluihin jatkuu

Aamupäivä meni hotellilla pikaisen toimeksiannon hoitamiseen – PIRE-hankkeemme seuraava vaihe alkaa kollegalla ja esitestin sisältö täytyy päättää ja saattaa lopulliseen muotoon (varmaankin viikonlopun aikana säätö jatkuu).

Free Web-based Learning Resources for Post-16 Chemistry

3D-mallinnus ei ole uutta Suomessa, täällä se taitaa olla vasta tulossa? Luennolla esiteltiin aineistoja, joissa on hyödynnetty 3D-mallinnusohjelmaa (WebMO). Lukuisa määrä PDF-matskuja löytyy osoitteesta: http://www.ncl.ac.uk/nes/outreach/chemistry/resources/ccdc/#d.en.606483

Sivustolla myös videoita, joissa esitellään ohjelman toiminnallisuuksia. Mielenkiintoisia, mutta meillä MarvinSketch ottaa paikan ja siihen liittyvät ohjeita löytyy peda.net -sivustolta: https://peda.net/p/myllyviita/marvinsketch .

Lauantai, 4.päivä – Tutustuminen Liverpooliin

Tämä oli ensi käynti Liverpoolissa, joten hieman aikaa piti käyttää myös itse kaupunkiin tutustumiseen. ja tietenkin yhdet Fish and Shipsit täytyi syödä. Pieni kuvakollaasi: Clayton square, keskustaa – Crown hotelli ja pubi, aseman lähellä – katukuvaa – opiskelija-aukio kampukselta – paikallinen kirkko – Wetherspoon

 

MarvinSketch – lukion kemian opetuksen onni vai onnettomuus – OSA 2: MarvinSketchin pedagoginen merkitys ja KE2-kurssi

Yleisesti molekyylimallinnuksesta ja mallien käytöstä

Tähän asti molekyylimallinnusohjelmien käyttö on ollut riippuvaista siitä, miten laajasti ja miten monella oppilaalla on oppitunnilla käytettävissä tietokone. Nykyään, kun lukioissa on käytännössä läppäripakko (tai koulu tarjoaa), molekyylimallinnusohjelmien asentaminen on selviä – rutiinia? Pitkään käytettiin ChemSketch-ohjelmaa, tai Avogadroa (kuten itse käytin). Myös Molview.org -palvelua (selainpohjainen molekyylimallinnusohjelma) on käytetty laajasti. Näistä on esittelyä aiemmissa blogipostauksissani.

Uuden ohjelman, MarvinSketch, myötä ohjelmien hyödyntämiseen tulee selkeästi uusia ulottuvuuksia ja mahdollisuuksia, jotka vaikuttavat merkittävästi kemian opetuksen sisältöihin ja painotuksiin. Itse kuitenkin lasken näiden merkityksen ja vaikutuksen tulevan eteen vasta KE2-kurssin myötä, jolloin niistä otetaan irti oikeat tehot.

Kemia 1 -kurssi

Opetussuunnitelman mukaan Kemiaa kaikkialla (KE1) kurssin tavoitteena on mm., että opiskelija osaa tutkia … erilaisia malleja käyttäen erilaisia kemian ilmiöitä … osaa käyttää aineen ominaisuuksien päättelyssä aineen rakenteen malleja, jaksollista järjestelmää ja tietolähteitä. Kurssin keskeisenä sisältöä on mm. aineiden ominaisuuksien selittäminen aineen rakenteen, kemiallisten sidosten ja poolisuuden avulla.

Lukion kemian 1.kurssin on kaikille pakollinen, joten kursseilla on mukana myös lukiolaisia, joille tämä kurssi on ainut kemian kurssi lukioaikana. Kurssin tavoitteena voi olla toisaalta motivointi kemian jatko-opintoihin lukiossa ja/tai varmistaa kemian perusasioiden hallinta ja mikrotason ilmiöiden mallintamisen taidot (muun muassa).

Molekyylimallinnusohjelmista itse olen käyttänyt ”vain” Molview.org -ohjelmaa 1.kurssilla, koska se tukee mainiosti – ja helpommin opittavana – poolisuuden opettamista. Kurssilla ei varsinaisesti käsitellä orgaanisen kemian reaktioita eikä yleensäkään orgaanisia molekyylejä, kuten sitten tapahtuu KE2-kurssilla. Tällä kurssilla on tukeuduttava yläkoulussa opittuun, mikä osaltaan oli varmasti monelle sekä yllätys että harmitus. Tosin onhan KE1-kurssi muutenkin yläkoulun kemian kertausta. PS. Jos tämä oli tarkoitus, monelle kemiaa pitemmälle opiskelevalle tässä syntyy joutavaa tyhjäkäyntiä.

Kemia 2 -kurssi

KE2-kurssi on uuden opetussuunnitelmassa selkeämmin painottunut orgaanisen kemian asioihin. Kunhan ainemäärä- ja konsentraatioasiat on opetettu KE1-kurssilla (mitä siis suosittelen), KE2-kurssilla on oikeasti mahdollisuus paneutua opetussuunnitelman mukaisiin teemoihin ja myös uutena tulleeseen spektroskopiaan, mikä on sitä nykyaikaisempaa (analyyttistä) kemiaa, kuin perinteiset sakkareaktiot ja hopeapeilit (vaikka niitäkään ei kannata unohtaa – tosin missä laboratoriossa vielä aldehydi todennetaan hopeapeilikokeella?).

Viivakaava vai täydellinen rakennekaava vai mikä?

Orgaanisessa kemiassa on vakiintunut käytäntö piirtää molekyylejä viivakaavoilla ja myös YTL on tulkinnut ne (oikein?) rakennekaavoiksi. Juurikaan ei vaadita ”täydellisiä rakennekaavoja”, joihin on piirretty kemiallisten merkkien lisäksi atomien väliset sidokset. Tämä käytäntö on johtanut hieman haparoivaan nimityskäytäntöön, joka on eritysesti (muiden mainitsemana) huomattu Mooli-kirjasarjassa, jossa on käytetty täydellisen rakennekaava -termin sijaan jotain muuta termiä (en mainitse, ettei leviä). Niin ylioppilaskokeita kuin lukiolaisten maailmaa ei pitäisi sekoittaa uusilla (ja lukuisilla eri versioilla) kaavamuodoilla ja -käsiteillä. Lukio-opetuksen kannalta on mielekästä, että tässä olisi yhtenäinen ja selkeä linjaus niin kirjantekijöillä kuin opettajillakin.

MarvinSketch -ohjelma tuo asiaan vielä lisää mutkia matkaan. Sen mahdollistaa monenlaisia viiva-, hybridi-, rakennekaavoja. Näiden osalta täytyy selkeästi sopia jotain, ettei tulkinnat mene ihan mahdottomiksi. Tässä vieressä yksi linjaus – kova sellainen, mutta selkeä. MarvinSketch-sivustolta löytyy tarkempi kuvaus, mitä asetuksia tämä edellyttää itse ohjelmassa (katso linkki: viivakaava vai täydellinen rakennekaava).

Näissä rakennekaavojen kuvauksissa on ollut jo nyt horjuvuutta yo-tehtävissäkin. Jotta opetamme samaa asiaa ja myös yo-koetehtävät sisältävät selkeästi vain yhdessä sovittua (ja myös kaikissa kirjoissa käytössä olevaa) formaattia, näistä on sovittava pikaisesti.

Mitä mieltä itse olet?

Orgaanisten yhdisteiden nimeäminen

MarvinSketchin ”ilman lisenssi” -versiokin antaa ohjelman käyttäjän määritellä molekyylin nimen. Tähänkin saakka on ollut opettajakohtaista se, miten syvällisesti orgaanisten yhdisteiden nimeämistä opetetaan. Yo-kokeissa on välillä ollut niin nimestä rakennekaavaksi kuin viivakaavasta nimeksi tehtäviä. Onko tämä ”ulko-opettelu” ollut mielekästä tai edes välttämätöntä, olkoon oma keskustelunsa – sitä pohdintaa ei enää tarvitse tehdä, koska MarvinSketch antaa rakenteelle nimet ja myös (jos tietää englannin kielisen nimen) nimelle rakenteen (eri versioissa hieman eri paikoissa valikoissa).

Kun ohjelma suoltaa nimet pienellä vaivalla, on paikallaan miettiä nimeämiseen liittyen uudenlaista pedagogista asetelmaa – ei vain sitä, että opetellaan, miten ohjelma tuottaa nimen tai toisinpäin. Olisiko mahdotonta miettiä sitä, että voisimme todellakin syventää ymmärtämystä nimeämisen osalta esimerkiksi hiilirunkojen erilaisilla variaatioilla (runkoisomeriaa!!). Eli emme opiskele ”nimeämistä”, vaan tuotamme erilaisia runkoisomeerejä (kun puhumme isomeriasta, johon numerointi osaa mainiosti) jne. Tätä täytyy itsekin pohtia oman oppikirjan seuraaviin versioihin (joissa MarvinSketch näyttelee omaa tärkeää rooliansa).

Isomeriaa – onko tulevaisuudessa cis-trans-isomeria opetettava E/Z-isomeriana?

MarvinSketch tunnistaa (ei-lisenssiversiossa!) isomeriaa. Nyt kysymykseksi tulee, onko kirjoissa ja oppitunneilla puhuttava cis-tran-isomeriasta vai E/Z-isomeriasta (käytännössä sama asia, kemistille ei ehkä aivan niin, mutta lukion kemiassa kyllä). MarvinSketch tuntee vain E/Z-isomerian ja R/S-isomerian, kun puhumme stereoisomeriasta. Tämä ehkä tuntuu vain tulkinta-asialta, mutta MarvinSketch antaa ja näyttää nämä. Esim. kysymys siitä, mikä hiili-atomia on asymmetrinen (kiraalinen) on triviaali, koska ohjelma näyttää kaikki (ei toki anna  *-merkkiä ko. kohtaan, vaan kysymysmerkin – jos ei ole pyydetty ohjelmalta tarkennusta – kts. kuva).

Eli, miten tulevaisuudessa opetamme stereoisomerian ja huomioimme MarvinSketch-ohjelman valmiiksi antamat tiedot? Otamme ja opetamme cis-trans-isomerian ja E/Z-isomerian yhdessä – rakkaalla lapsella on monta nimeä -kuviolla.

Peilikuvaisomerian suhteen täytyy miettiä joko syventävää ulottuvuutta tai jotain muuta.