Uudet lukion kemian opetussuunnitelman perusteet – OPS:ia tekemään 1

Johdantoa

Yhden opintopisteen moduuli (huom. käsite moduuli, joista sitten rakennetaan opintojaksoja, kursseja ei enää ole – paitsi ehkä sitten puhekielessä) on uusi ilmiö uudessa opetussuunnitelmassa – joissakin aineissa on kurssi jaettu kahteen erilliseen moduuliin (kemiassa, matematiikassa jopa 3 opintopisteen moduuleja). Tavoitteena on ollut uudenlaisten opintojaksojen rakentaminen, joissa yhdistyisi eri oppiaineiden moduuleja. Miten nämä toteutuvat ja mitä ideoita tähän löytyy, jää nähtäväksi. Niihin en tässä bloggauksessa ota kantaa.

Kemia 1 moduuli – Kemia ja minä

Selkeitä uusia asioita verrattuna yläkoulun kemiaan on 1.moduulissa jaksollisen järjestelmän ja atomin rakennetta kuvaavan elektronikuorimallin käyttäminen selittämään atomin rakennetta. Aiemmin mainittiin vain atomin rakenne. Bohrin mallin arvon palauttaminen hieman arveluttaa, sitä vastaan kun on ”taisteltu” jo vuosi kymmeniä. Oma fysikaalisen kemian professorini Juhani Murtokin yritti aikoinaan laittaa tätä mallia hautaan omissa artikkeleissaan. Mallina Bohrin malli toimii joissakin tapauksissa, mutta käyttämällä sitä ioniyhdisteiden ja ionisidoksen kuvauksessa, edessä on myöhemmin kohtuullisen vaikea poisoppiminen. Toinen uusi teema 1.moduulissa, ehkä enemmän palauttaminen omalle paikallaan kemian pakollisiin opintoihin, on ainemäärän ja konsentraation käsitteet.

Moduuli on pääasiassa yläkoulun kemian kertausta, mikä (valitettavasti) on paikallaan tehdä. Tämän moduulin liittäminen johonkin kokonaisuuteen (jossa ei ole matematiikkaa) saattaa haitata kemian perussuureiden opiskelua, koska siihen liittyy kuitenkin selkeästi oma osa matematiikkaa. Muten on kohtuullisen kevyt moduuli.

Kemia 2 moduuli – Kemia ja kestävä tulevaisuus

Moduuli 2 tuo sitten uusina käsitteinä elektronegatiivisuuden, poolisuuden ja heikot sidokset. Kun 1.moduulissa on (valitettavasi) paneuduttu / palattu Bohrin malliin, nyt 2.moduulissa sitten paneudutaan atomimallien historiaan (atomi- tai sidosmallien historiallinen kehittyminen). Mielenkiintoinen ja mielestäni oiva lisäys 2.moduulissa on veden nostaminen esimerkkinä ja tutkittavana aineena. Toki tämä on tullut vastaan jo useasti ylioppilaskokeessa, mutta nyt se mainitaan hyvin opetussuunnitelmassa.

Moduulin otsikossa mainittu ”kestävä tulevaisuus” on (minusta) valitettava jäänne siitä ideologisesta vyörytyksestä, jonka kohteena juuri kemia ja kemianteollisuus ovat.

”Vihreän kemian” (siis ei Vihreän liikkeen) alkuperäinen idea pyrkii kehittämään mahdollisimman ympäristöystävällisiä kemiallisia yhdisteitä ja -prosesseja erilaisiin tarpeisiin. Vihreän kemian käsite on saanut alkunsa 1990-luvulla, Paul Anastas ja John Warner muotoilivat (1988) vihreän kemian periaatteita (lähde Wikipedia): Jätteen synnyn ehkäisy, atomiekonomia, vaarattomat kemialliset synteesit, turvallisten kemikaalien suunnittelu, turvallisten liuottimien käyttö ja apuyhdisteiden käytön välttäminen, energian käytön minimoiminen, uudistuvien lähtöaineiden käyttö, tarpeettoman johdosten muodostumisen välttäminen, katalyyttien suosiminen, tuotteiden hajoaminen elinkaaren lopussa, reaaliaikaiset analyysit, onnettomuuksien välttäminen esimerkiksi oikeilla kemikaalivalinnoilla. Nämä tavoitteet ovat olleet ja ovat edelleenkin kemian teollisuuden, kemian innovaatioiden ja kemian opetuksen kantavia teemoja.

Olisin niin halunnut ja toivonut, että tämän moduulin otsikko olisi ollut ”ajaton” ja konkreettinen: Kemia ja turvallisuus. Tällöin kaikki em. olisi ollut mukana ja siihen olisi tuotu kemian työturvallisuus ja kokeellisen työskentelyn mahdollistaminen opetussuunnitelman tärkeäksi tavoitteeksi (keskeiseksi sisällöksi).

Kemia 3 moduuli – Molekyylit ja mallit

Aiempi Kemia 2 -kurssi on saanut näköisensä nimen. Ainemäärn ja konsentraation opetus on siirretty takaisin sinne, minne ne kuuluivat (edellisen OPS:in mukaan) eli pakollisille kursseille. Liuoksen valmistui vielä jäi tälle kurssille, mutta se soveltuu uuten asiana nostettuun keskeiseen sisältöön: liuoksen valmistus ja laimentaminen sekä standardisuoran sovittaminen pitoisuuden määrittämiseksi. Ainemäärn ja konsentraation käsittedien soveltaminen on liitettävissä analyyttisen kemian UV-vis-spektroskopian sovellutukseen. Toivottavasti kemian opettajille hankitaan tähänsoveltuvaa teknologiaa (esim. Vernerin Vis-spektrometrit) ja perehdytetään niiden käyttöön – monelle sivuainekemistille spektroskopia voi muodostua hankalaksi teemaksi (ei ole liittynyt missään vaiheessa kunnolla opetukseen).

Perinteisesti isomeria on opetettu ”kokonaisuutena” luokitelleen isoemeria ensin rakenne- ja stereoisomeriaan sekä tämän jälkeen niiden konkreettisiin esimerkkeihin. Nyt OPS yhdistää ensin suhdekaavan ja molekyylikaavan selvittämisen rakenneisomeriaan. Sitten viittaa
kvanttimekaaniseen atomimalliin ja hybridisaatioon mainitsemalla samassa lauseessa stereoisomerian hiiliyhdisteissä. Kun tätä yrittää hahmottaa, syntyy ehkä tarpeettoman monimutkaisia matriiseja, jos ja kun yrittää lähestyä kokonaisuutta.

IsomeriaSisältö, merkitys, selitys Atomimalli, hybridisaatio
Rakenneisomeria – runkoisomeriaSama molekyylikaava, hiilirunko erilainen (empiirinen kaava ei oikein osu tähän)käytännössä sp3-hybridisaatioon liiiittyvä
Rakenneisomeria – funktioisomeriaSama molekyylikaava, funkitionaalinen ryhmä erilainen (empiirinen kaava ei oikein osu tähänkään) harvemmin yhdistetty mihinkään hybridisaation (karbonyyliryhmä?)
Rakenneisomeria – paikkaisomeriaSama molekyylikaava, funktionaalinen ryhmä eri kohdassa hiilirungossa (empiirinen kaava ei oikein osu tähänkään) harvemmin yhdistetty mihinkään hybridisaation
Stereoisomeria – cis-trans-isomeria (ja MarvinSketchin myötä E/Z-isomeria) – geometrinen isomeriaKaksoissidoksiin liittyvä isomeria muoto. Samaan kaksoisssidoksen hiileen ei liity kahta samanlaista rakenneosaa. (cis-trans-isomeria ei ole IUPACin mukainen jaottelu).
Sykloheksaani-rakenteisten (ja joidenkin kompleksiyhdisteiden) tapauksien kohdalla käytetty nimeäminen.
sp2-hybridisaatio liittyy kaksoissidoksien ymmärtämiseen

kompleksiyhdisteissä on kysymys mahdollisesti myös muista hybridisaatioista kuin sp, sp2, sp3 (kts. VSEPR-teoria)
Stereoisomeria – peilikuvaisomeria (R/S-isomeria) – optinen isomeriaHiiliatomien tetraedmäisen rakenteen vaikutus. Hiileen (asymmetrinen, kiraalinen) liittyy neljä erilaisten rakenneosaa (atomia, funktionaalista ryhmä, hiiliketjua)Hiilen sp3-hybridisaatio kaiken perustana
Stereoisomeria – konformaatioisomeriasp3-hydridisoituneet hiilet muodostavat keskenään yksinkertaisia sidoksia (sigma-sidos), joka voi kiertyä Hiilen sp3-hybridisaatio kaiken perustana

Kuten taulukossa jo mainitsin cis-trans-isomerian opettamisen rinnalle on välttämätöntä nyt ottaa E/Z-isomerian opettaminen. Nämä eivät ole sama asia, mm. sykloheksaani-rakenteiden cis-trans-isomeriaa E/Z-isomeria ei käsittele (ne tulkitaan R/S-isomeriaan kuuluviksi). Mielenkiintoista on, miten kustantajat ja oppikirjoilijat ratkaisevat tämän asia. Ohjaako ylioppilaskokeeseen valittu ohjelma (MarvinSketch) meitä muuttamaan isomerian opetuksen sisältöjä cis-trans-isomeriasta E/Z-isomeriaan, vai tuleeko yksi isomeriamuoto lisää.

Eräässä kirjasarjassa (SanomaPro) isomeria käsitteistöön tuodaan rakenneisomerian kohdalla lisäksi muun muassa tautomeria ja topologinen isomeria. Mielenkiintoisia ja vakavasti otettavia lisiä, kun joka tapauksessa mietitään isomeriaopetuksen uusia suuntia. Tässä en ole ottanut kantaa siihen, miten nimeäminen voidaan mielekkäällä tavalla ottaa isomerian opiskelun tueksi (tai syventämiseksi).

KE3-kurssin keskeisissä sisällöissä on ”aineen rakenteen analyysimenetelmistä – spektroskopia mainiten” -kommentti muutettu muotoon ”tutustuminen spektrien antamaan informaatioon aineen rakenteesta”. Aineen analyysimentelmät on varsin laaja käsite ja valitettavan usein jäänyt vähäiselle käsittelylle. Kirjoissa on menetelmistä erilaisia poimintoja, syksyn 2019 yo-kokeessa asia olikin konkreettisesti esillä.

IR-spektrien tulkintaa lienee harrastettu enemmän, NMR-spektrit ovat hyvin monelle opettajalle hyppy tuntemattomaan (ja opeteltavaan asiaan). Kuinka pitkälle spektrien tulkinnassa voi (pitää) mennä, että täytyy vaatimus ”tutustumisesta”. Tässä on MAOL:ille (Opetushallituksen kustantamana) kyllä laajan täydennyskoulutuksen paikka.

Kokonaisuudessaan uusi KE3-kurssin puoltaa nyt paikkaansa, tosin lukion kemian vaikeimpana (abstraktisimpana) kurssina; mikä on lukiolaisille syytä todeta, ettei heti kemia ala oppiaineena hirvittämään.

JATKUU

Matkaraportti ChemEd2019 -tapahtumasta 22.-25.7.2019

Wentz Science Center – North Central College

1.päivä

Ensimmäinen päivä olikin heti rankka – oma esitys aamupäivästä. Ennen omaa – samassa tilassa – oli esitys, jossa pohdittiin ”What exactly is Modeling Chemistry?

Jenkeissä on uuden opetussuunnitelman (NGSS) myötä puhjennut laaja liike mallintamisen puolesta – on joidenkin puheiden perusteella ”täysin uusi ja perinteisestä opetuksesta poikkeava” lähestymistapa kemian opetukseen. Kuulostaako tutulta fraasilta? Mallintamisen opetusta varten on perustettu omia keskuksiakin (tapasin yhden edustajan). Jenkeissä onkin käynnissä syvällisempi pohdiskelu siitä, mitä pitää opettaa (huomioiden opetussuunnitelman, viranomaisten ja testien vaatimukset sekä viime kädessä vanhempien asettamat vaatimukset) ja mitä halutaan opettaa (mallintaminen, tieteelliset käytänteet ym.).

Esityksessä mallintamista lähestyttiin meillekin tutun Johnstonen (1991) kemian opetuksen kolmion kautta: makroskooppinen – symbolinen – submikroskooppinen; perustellaan, miten eri tavoin selitetään ja kuvataan kemiallisia ilmiöitä.

Oma luentoni löytyy kotisivuiltani (www.myllyviita.fi). Yleisömenestystä ei ollut (10 kuulijaa), mutta heidän kanssa käydyt keskustelut kysymyksien pohjalta olivat hyviä. Erään kanssa keskustelimme PBL:stä (project based learning), jota PIRE-hanke markkinoi lähtökohtamaan kemian opetuksessa. Itse en sitä ole pitänyt sopivana terminä Suomen oloissa ja opetuksessa. Hän mainitsi jo pitempään ”markkinoilla olleen” POGIL (Process Oriented Guided Inquiry Learning) -hankkeen. Hankkeen sivut löytyvät osoitteesta: https://pogil.org/. Nimi tuntuu paremmin osuvan suomalaiseen pedagogiseen termistöön. Täytyy nyt tutustua tähän ja verrata sitä NGSS:n mukaiseen PIRE-hankkeen toimintamalliin.

School of Business and Entrepreneurship – osa luennoista pidettiin tässä rakennuksessa

Iltapäivällä oli vuorossa 1.tutustuminen tapahtuman näyttelyyn.
Suomalaista IS-VET:iä vastaava toimija.
Onko meidän tulevaisuuden kemian lukio-opetuksessa NMR:llä paikkaa? Ensin pitäisi saada laitteita, joiden kanssa pääsisi tekemään kokeiluja siitä, mitä laitteella yleensä on mahdollista tehdä. Sitten pääsee laatimaan aineistoja. Eipä ole kyllä IR-laitteitakaan vielä kouluissa (tosin niitä on testattu).

Oma majapaikka oli Hampton Inn Chicago / Naperville

2.päivä

Ensimmäinen esitys oli ”NGSS in ”Practice”: Aligned Labs and Activities to incorporate into your Acids and Bases Unit”. Toista vuotta kemian opettajana toimivat ovat satsanneet melkoisesti omien aineistojen luomiseen. Ovat löytäneet mielenkiintoisia ulottuvuuksia ja kivoja sovellutuksia happojen ja emäksien käsittelyyn. Niistä erikseen, kunhan saan muokattua niistä suomenkielisiä versioita. Tässä ChemReaX-sivuston virtuaalilabran työkalu:

Hyvää KE5-kurssin kamaa. Kuvassa Julia, toinen esittäjistä.

Toinen seuraamaani esitys paneutui otsikolla ”Teachers As Researchers: Implementing Action Research in the Chemistry Classroom” toimintatutkimuksen käyttöön oman työn kehittämisessä. Suomalaiseen opettajankoulutukseen nähden tämä edustaa pedagogisten opintojen seminaarityötä (tai opettaja tutkijana osuutta).

Kolmannessa päivän esityksessä jenkkiläinen kirjantekijä esittely mallintamista laajemmin otsikolla: ”Using Models to Teach High School Chemistry”. Esityksessä kuvattiin erilaisia teemoja ja niissä käytettäviä mallintamisen muotoja. Näistä vielä erikseen oma bloggaus – kunhan saan aineiston työstettyä.

Kemian opetuksen tärkeisiin käsitteisiin ym. voi tutustua ladattavasta aineistosta (linkki).

3.päivä

Aamukuljetuksella taas hotellilta puoli kahdeksan kohti yliopistoa.

Päivän ensimmäinen luento käsitteli formatiivista arviointia. Esittäjä kertoi erilaisista tavoista toteuttaa arviointia. Tässä yksi työkalua, jota hän esitteli: KLEW (Know – Learning – Evidence – Wondering)

Toinen esitys oli pidempi työpaja, jossa esiteltiin IR:n ja NMR:n opetusta lukiossa. Tärkeä osa kurssia on päivän vierailu läheisen yliopiston laboratoriossa ja käytännön töiden tekeminen itse oikeilla laitteilla. Tässä hieman enemmän omassa artikkelissa, koska haluan esitellä konkreettisia töitä ja itse lähestymistapaa suomalaisen (Viikissä kokeillun ) sovellutuksen kehittämiseksi.

Kotiin tuliaiseksi tyttären pojalle (3 vuotias) hankin oman kemian paketin:

Neljäntenä päivänä oli päättäjäiset. Seuraava ChemEd2021 -tapahtuma järjestetään Kanadassa Ontariossa.

Lähteitä:

Johnstone, A.H. (1991). Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem. Journal of Computer Assisted Learning (1991) 7, 75-83

Uusi LOPS – kommentteja kemian osuuteen ja hieman yleiseenkin 2

JATKUU

LOPS 2015 LOPS 2021
KE3 Reaktiot ja energiaKE3 Kemiallinen reaktio
KE4 Materiaalit ja teknologia KE4 Kemiallinen energia ja kiertotalous
KE5 Reaktiot ja tasapaino KE5 Kemiallinen tasapaino

KE3 – Kemiallinen reaktio

KE3-kurssissa näkyy nykyisen KE4-kurssin (Materiaalit ja teknologia) sisältöjä, ehkä selkeimmin vasta esimerkeissä. Tässä lienee haettu kemiallisten reaktioiden kokonaisuutta, jossa pohditaan myös erilaisten reaktiotuotteiden käyttöä ja merkitystä. Tämä tuntuu perustellulta. 

KE3-kurssin ”reaktiotyyppi”-lähestymistapa on vanhanaikainen näkemys kemiallisten reaktioiden ymmärtämisessä. Nykytekniikka ja mallintaminen mahdollistavat molekyylien tarkastelun – ja johon mm. orgaanisen kemian sisältöjä pitäisikin suunnata – ja sitä kautta reaktioon vaikuttavien rakenneosien ja reaktiivisuuden todentamisen ja elektronipilven rakenteen merkityksen ymmärtämisen reaktioissa. Reaktiomekanismi-lähestymistapa voisi olla syvällisempi ja jatko-opintojen kannalta merkityksellinen uudistus kemian opetuksessa. Seuraavassa taulukossa on listattu ”reaktiotyyppejä”, joita kaiken kaikkiaan on lähes 20 kpl. 

Epäorgaaninen
kemia
Orgaaninen
kemia
Sekä että
tai joku muu
saostumisreaktio
ioninvaihtoreaktio
additio (Markovnikov)
ja eliminaatio
polymeroituminen
hajoamisreaktiokrakkaus

kondensaatio ja
hydrolyysi
kompleksin (kelaatin)
muodostus
neutraloituminen
substituutio
protolyysi, po.
happo-emäsreaktio
palaminenhapettuminen ja
pelkistyminen
hapettumis-
pelkistymisreaktio
(org. KE2 ja epäorg. KE4)
nimireaktiot

Reaktiotyyppi-lähestymistavan pulmallisuus tuli todistetuksi kevään 2019 kemian yo-kokeessa (tehtävä 10). Jos samaa reaktiota voidaan kutsua pelkistysreaktioksi, additioreaktioksi tai hydraukseksi, mikä on tämän tavan merkitys. Ainakin sekoittaa lukiolaisia, jos ei jo opettajiakin.

Reaktiomekanismi-pohdiskelujen lisäksi KE3-kurssilla olisi paikallaan paneutua happo-emäs-käsitteisiin. Onko mahdollista tutustua Lewisin happo-emäskäsitteeseen KE3-kurssilla? Hapot ja emäksen käsitellään KE5-kurssilla, mutta selkeästi Brönstedtin happo-emäs-teorian
(tai vain Arrheniuksen, vrt. palamistuotteiden reaktiot vedessä) näkökulmasta. Tämä osittain tukisi myös muutosta reaktioiden käsittelyyn.

KE4 – Kemiallinen energia (korjattu otsikko?)

KE4-kurssi on kokenut suurimman muutoksen. KE3-kurssin kemiallisen energian asiat on siirretty KE4-kurssin sisälle. Vastaavasti mm. polymeerit on siirretty KE3-kurssiin. Tämä voi jäsentää opetusta paremmin. Miten tämä vaikuttaa opettajien painotuksiin, jää nähtäväksi.

Materiaalit ja teknologia -kurssin (nykyinen KE4) sisällöistä metalli- ja sähkökemia ovat säilyneet KE4-kurssin sisältöinä. Jos tämän kurssin kuvauksessa halutaan pitäytyä konkreettisemmassa, miksei esim. geologia ja erityisesti mineralogiaa ole kirjattu tekstiin. Viittaukset kaivannaisteollisuuteen tai kiertotalouteen tuntuvat hieman haetuilta.

KE5 – Kemiallinen tasapaino

Heterogeenisen tasapainon -käsite on kadonnut kokonaan. Voimassa olevassa opetussuunnitelman perusteissa todetaan vielä keskeisissä sisällöissä: ” homogeeninen ja heterogeeninen tasapaino sekä tasapainotilaan vaikuttaminen”. Tämä on kyllä heikennys – saostuminen, liukoisuus, kylläinen liuos, liukoisuustulo ja ionitulo – käsitteet jäävät opettajan (ja oppikirjojen) varaan. Ja nämä ovat jatko-opintojen kannalta kyllä tärkeitä.

Voisi hyvin kyseenalaistaa puskurilaskut. Uusi kirjaus, jossa todetaan keskeisenä sisältönä ”puskurisysteemejä kvalitatiivisella tasolla”, huomio kiinnittyy kokeellisen työskentelyn esimerkkinä todettuun ”puskuriliuoksen valmistaminen ja puskurointikyvyn tutkiminen”. Onko tässä rajattu puskurilaskut ulos?

Yleisiä huomioita

Kemian laskennallinen (stoikiometrinen) puoli näkyy jokaisessa kurssissa, mikä on hyvä asia.

Kemian jälkeen opetussuunnitelman perusteissa on vuorossa filosofia. Sieltä voisi poimia kemian osioon lauseet (tässä jo valmiiksi muotoiltuna): Kemiaan pohjautuvan tieteellisen maailmankuvan opiskeleminen harjaannuttaa punnitsemaan kriittisesti erilaisten käsitysten perusteluja. Kriittisen ja kokeellisen luonteensa ansioista kemia auttaa jäsentämään nykypäivän informaatiotulvaa sekä erottamaan tosiaväitteet mielipiteistä.

Uusi LOPS – kommentteja kemian osuuteen ja hieman yleiseenkin 1

Kurssien nimet ja KE1-kurssin jako kahtia

Kurssien sisältöjen jäsentämisessä on saatu tuloksia aikaiseksi. Otsikoiden valossa kurssien sisällöt ovat selkeämpiä. Otsikoiden nimissä on kuitenkin hieman langettu ”aikaan sidottuihin” ja hieman demagogisten käsitteiden lisäämiseen otsikoihin: kestävä tulevaisuus, kiertotalous.

LOPS 2015 LOPS 2021
KE1 Kemiaa kaikkialla KE1.1 Kemia ja minä
KE1.2 Kemia ja kestävä tulevaisuus
KE2 Ihmisen ja elinympäristön
kemiaa
KE2 Molekyylit ja mallit
KE3 Reaktiot ja energiaKE3 Kemiallinen reaktio
KE4 Materiaalit ja teknologia KE4 Kemiallinen energia ja kiertotalous
KE5 Reaktiot ja tasapaino KE5 Kemiallinen tasapaino

Aiempi otsikko on minusta toimiva, ja kun ensimmäiseen kurssiin saadaan takaisin kemian tärkeä suure eli ainemäärä, on jotain todella kaikkialla olevaa mukana. Vuonna 2004 tehdyn opetussuunnitelman musta helmi ”ihmisen ja elinympäristön kemia” -käsite on saatu viimeinkin pois. Voisimme näissä kurssien otsikoissa vähitellen irrottautua ”vihreän kemian” ikeestä ja keskittyä takaisin tieteen käsitteen ja tieteen tekemisen ympärille.

Kurssien rakenteen puolesta KE1 poikkeaa muista. Se on jaettu kahteen yhden opintopisteen kurssiin. Pikaisesti tulkittuna – puhtaan kemian näkökulmasta – KE1.1 tuo atomin elektroniverhon rakenteen, ainemäärän sekä konsentraation ja KE 1.2 tuo vahvat ja heikot sidokset. Se, mihin tarvitaan jakoa kahteen eri kurssiin, jää ilmaan.

Lisää konkretiaa? Miksi?

Aiempaan opetussuunnitelmatekstin ”tavoitteet ja keskeiset sisällöt” -määrityksiin on nyt lisäksi moduulin (ei kurssin) kuvaus sekä tavoitteiden ja keskeisten sisältöjen jälkeen asiayhteydet ja maininnat mahdollisista kokeellisista töistä. Millainen vaikutus tällä on esim. ylioppilaskokeiden ns. kokeellisiin tehtäviin, jää nähtäväksi.

Se, että mainitaan erikseen liekkikokeet, orgaanisten yhdisteiden funktionaalisten ryhmien osoitusreaktiot, biomateriaalin valmistus, esineen pinnoittaminen elektrolyyttisesti, veden hajotus elektrolyysillä, … Mitä näillä esimerkeillä halutaan saavuttaa?

KE2 – Molekyylit ja mallit

KE1-kurssin – ennen 2015 muutosta – ainemäärän ja konsentraation käsittelyyn liitettiin kokeellisena työnä liuoksen valmistus (ja laimentaminen). Nyt tämä on edelleen tavallaan em. käsitteiden kertauksena KE2-kurssilla. Lisäksi siihen on tuotu konkreettisena lisänä käytännössä UV-spektroskopian sovellutus pitoisuuden määrittämiseksi standardisuoran avulla.

KE2 noudattaa sisällöntään melko hyvin aiempia opetussuunnitelmia, joskin nyt on selkeästi todettu käsitteet kvanttimekaaninen atomimalli ja hybridisaatio. Nämä ovat toki olleet opetuksessa jo nyt (osin siksi, että nämä löytyvät myös oppikirjoista). Tämän lähestymistavan rinnalla on usein esitelty VSEPR-teoria (Valence Shell Electron Pair Repulsion). Mainitsematta jäävät käsitteet, kuten kvanttiluvut, orbitaalit, sigma- ja piisidokset, joskin nämä liittyvät läheisesti em. atomimalliin ja erikseen opetussuunnitelmassa mainittuihin isomeriamuotoihin (ja niiden olemassa oloon). Mitä käsitteitä oikeasti on syytä poimia opetussuunnitelmaan?

Spektroskopia tuli jäädäkseen. Se on hyvä asia analyyttisen kemian kannalta. Luonnoksessa asia esitetään aiempaa konkreettisemmin: ”tutustuminen spektrien antamaan informaatioon aineen rakenteesta”. Tämä ohjaa meitä selkeämmin spektritulkintaan, mikä on mielestäni hyvä asia. OPS-luonnos ei määritä, mitä spektroskopian lajeja tässä tarkoitetaan, mutta esim. MAOL-taulukko esittelee niin IR:n että HNMR:n spektriviivojen paikkoja. MarvinSketch-ohjelma osaa piirtää vain HNMR- ja CNMR-spektrejä. Massaspektrometriaa hyödynnetään molekyylikaavan (moolimassa) määrittämisessä, MarvinSketch piirtää ainoastaan molekyylipiikit (riippuen alkuaineista ja niiden isotoopeista). Varsinaisesti kyse tällöin ei ole massaspektreistä.

JATKUU

Spektroskopiaa KE2-kurssilla

Uuden opetussuunnitelman myötä OPS:issa mainittuihin teemoihin nousi ansaitusti spektroskopia. Analyyttisen kemian – niin epäorgaanisen kuin orgaanisen analyyttisen kemian – merkitys on suuri kemian teollisuudessa ja kemian tutkimuksessa. Analyyttinen kemia on rakennekemiaa, rikoskemiaa, dopingkemiaa jne. Ympäristökemia haastaa jatkuvasti analyyttisen kemian menetelmiä, haetaan tarkempaa, helpompaa, monipuolisempaa tapaa tunnistaa aineita ja niiden pitoisuuksia.

Spektrometria vai spektroskopia

Noin puolet kemiallisen analyysin mittaustekniikoista perustuvat sähkömagneettisen säteilyn ja aineen väliseen vuorovaikutukseen. Sähkömagneettinen säteily voi absorboitua, emittoitua ja sirota aineesta. Eri aallonpituiset säteilyt vaikuttavat atomeihin, ioneihin ja molekyyleihin eri tavoin: Lyhytaaltoinen suurenerginen gammasäteily virittää atomin sisimpiä elektroneja korkeammille energiatasoille. Gammasäteily voi myös ionisoida hiukkasia ja katkaista atomien välisiä sidoksia. Ultravioletti säteily virittää valenssielektroneja. Näkyvä valon aallonpituuden ja infrapunasäteily aiheuttavat molekyylien värähtelyä sekä sidosten venymistä ja taipumista. Mikroaaltosäteily muuttaa molekyylien rotaatiota eli kiertymistä ja elektronin pyörimistä oman akselinsa ympäri eli spinniä. Radioaalloilla häiritään ytimen spinniä.

Varhaisimmat menetelmät perustuivat valon käyttäytymisen havainnointiin, mistä juontuu tutkimusalan vanhempi nimi spektroskopia (kreik. skopeion, katsoa). Uudempia tekniikoita nimitetään yleisemmin spektrometrisiksi menetelmiksi (kreik. metron, mitata). Niissä havaintojen tekeminen perustuu säteilyn voimakkuuden tai sen muiden ominaisuuksien mittaamiseen mittalaitteella. Toisinaan spektroskopialla tarkoitetaan yleisesti joukkoa tutkimusmenetelmiä, joissa hyödynnetään sähkömagneettista säteilyä aineiden tutkimisessa, ja spektrometreiksi laitteita, joilla tätä tutkimusta tehdään.

Mitä voisimme koulussa spektroskopiasta?

Spektrometrit (laitteet, joita käytetään mittaamiseen ja myös spektrien tuottamiseen) ovat yleisesti varsin kalliita laitteita, joten koulumaailmassa ei juurikaan törmää spektrometreihin. UV-Vis (käytännössä Vis) -spektrometrit ovat sillä rajalla, että niitä voi kouluihin hankkia. Esim. Vernier-laitteisiin lukeutuva spektrometri on noin 400-500 euron hintainen. Laitteen hyödyntäminen sopii erinomaisesti pitoisuuksien määrittämiseen.

UV-Vis-spektroskopia

UV-VIS-menetelmä sovelletaan metalli-ioneja sisältävien näytteiden, kaksoissidoksia sisältävien orgaanisten yhdisteiden ja biologisten makronolekyylien analysointiin. Molekyylin virittymisen edellytyksenä on, että yhdisteessä on pariton elektroni tai pii-sidoselektroneja. Riittävän pitkä konjugoitujen kaksoissidosten ketju aiheuttaa absorption näkyvän valon aallonpituusalueella. Porkkanalle tunnusomainen punertava väri johtuu siitä, että beetakaroteenimolekyylin ketjussa on konjugoituneita kaksoissidoksia, jotka aiheuttavat säteilyn absorption näkyvän valon aallonpituudella. Sopiva funktionaalinen ryhmä voi saada myös suoraketjuisen hiilivetymolekyylin absorboimaan säteilyä UV-alueella (Lähde: Orbitaali 2 -e-kirja).

Dimensio-lehdessä (3/2017) oli UV-spektroskopian osalta hieman laajemmin asiaa ja esimerkki kokeellisesta työstä.

Massaspektrometria

Itse massaspektrometrejä tuskin koulun käyttöön saadaan koskaan, sen verran kalliista laitteesta on kyse. Mutta massaspektrien tulkinta on kuitenkin tärkeä asia. Massaspektri, yleensä, antaa meille yhdisteen (molekyylin) moolimassa. Spektrejä löytyy runsaas mm. SDBS-tietokannasta (https://sdbs.db.aist.go.jp/), mutta myös molekyylimallinnusohjelmamme MarvinSketch antaa massaspektrejä. Massaspektrien tulkinnassa (ja opetuksessa) täytyy olla tarkka, koska tulkinta ei ole aivan yksiselitteinen.

MarvinSketchin antamissa spektreissä (jotka eivät kyllä oikeasti ole kummoisia massaspektrejä) näkyvät ns. M+1 ja jopa M+2 viivat. Nämä ovat hiilen C-13 -isotoopin aiheuttamia piikkejä spektrissä. Molekyylin moolimassa on osattava lukea suurimman piikin antamassa pisteestä.

Mitä isompi molekyyli, sitä enemmän on mahdollista, että hiilen raskaampi isotooppi löytyy molekyylistä
Tässä em. SDBS-tietokannata poimíttu massaspektri. Siinä näkyy myös tämä M+1 -piikki.

Tässä poiminta Kemian opettajien vertaisryhmän Facebook-keskustelusta:

(jatkuu)

EASE-ASET-konferenssissa 29.11.-1.12.2018 – Chemistry Education – Individual Learning Paths and The Flipped Classroom Pedagogy

Saimme kollegan kanssa esityksen abstraktin läpi – se on se prosessi, jolla ulkomaisiin konferensseihin pääsee varmuudella mukaan. Tällä kertaa tavoitteenamme oli välittää kokemuksia kemian opetuksessa tehdyistä kokeiluista ns. flipped learning -otsikon alla. Tea oli kokeillut yksilöllisten oppimispolkujen käyttöä KE1-kurssilla ja minä flipped classroom -toimintamallia KE5-kurssilla. Molemmat haastavia asioita ja mielenkiintoisia tutkimuskohteina. Ja tällä hetkellä suomalaisessa pedagogisessa keskusteluissa aika lailla keskiössä olevia asioita.

Itse konferenssista sen verran, että todellisuudessa osallistuimme samaan aikaan järjestettyyn ASET-konferenssiin (osa kokonaisuutta). Näiden kahden konferenssin ero on se, että EASE on koko itä-Aasian tiedeopetuksen organisaatio ja ASET on Taiwanin tiedeopetuksen organisaatio ja näiden konferenssit oli yhdistetty. ASET-konferenssissa oli myös kiinan kielisiä sessioita.

Matkalta

Onneksi tauluissa oli myös englanniksi tiedot

Hotelli

Matka Hualieniin ei ollut mikään itsestään selvyys. Lennot Taipeihin Hong Kongin kautta oli allekirjoittaneelle tuttu kuvio (kolmasti olen käynyt Taipeissa Computex-tapahtumassa, viimeksi kesäkuussa tänä vuonna). Siitä eteenpäin olikin sitten uutta. Taipein juna-asemalta lipun osto oli oma haaste, koska paikallisten englannin kielen taito oli arvoitus. Mutta ongelmitta pääsimme Hualieniin ja myös hotellille – hotellin vastaanotto taas ei ymmärtänyt englantia lainkaan, ja se oli aiheuttaa hotelliin kirjautumisessa pulmia. Sekin saatiin onneksi ratkaistua – onneksi, koska 24 tunnin matkustaminen oli pohjalla.

Torstai 29.11.

Konferenssin julisteen edessä

Konferenssin avauspäivänä oli ilmoittautuminen ja workshopit.  Emme kollegan kanssa olleet ilmoittautuneet työpajoihin, mutta kävimme tutustumassa pieneen näyttelyyn. Tapasimme kuitenkin muita osallistujia paikan päällä, jotka eivät myöskään vielä osallistuneet varsinaiseen ohjelmaan. Ruotsalainen kielten opettaja, joka tutki kielen merkitystä luonnontieteen opetuksessa, oli mielenkiintoinen tuttavuus. Paluumatkalla hotellille (lähes tunnin matka paikallisliikenteellä eli bussilla) oli tilaisuus keskustella IOSTE:n (International Organisation of Science and Technology Education) puheenjohtajan kanssa. IOSTE:n tämän vuoden konferenssi pidettiin Malmössä. IOSTE on tärkeä foorumi jatkossa.

Hualien

Hualien on samannimisen piirikunnan hallintokeskus Taiwanissa, itäosan suurin kaupunki. Hualienin kaupungissa asuu noin 100000 asukasta. Kaupungin talous perustuu pitkälti matkailuun. Muutaman kilometrin päässä Hualienista sijaitseva Taroko Gorgen kansallispuisto on Taiwanin saaren vierailluimpia kohteita. Hualienissä vallitsee trooppinen ilmasto. Ruokakulttuurista oli vaikea saada kuvaa, paikallinen streetfood ei oikein tuntunut houkuttelevalta vaihtoehdolta. Värikäs ympäristö, temppelit, erilaiset rakennukset antoivat mielikuvan pitkästä historiasta.

Perjantai 30.11.

Konferenssin (http://ease2018.ndhu.edu.tw/) avauspuheenvuorot ja perjantain keynote-luennot käsittelivät STEM-opetuksen laajuutta ja merkitystä alueen opetuksessa.

Keynote-puheenvuorot

Perjantain puheenvuorojen ja esityksien jälkeen oli yhteinen päivällinen, jossa mm. palkittiin pitkän opetustyön tehneitä professoreita.

Lauantai 1.12

Lauantaina oli vuorossa oma esitys. Se oli toiseksi viimeinen sessio koko konferenssissa, joten yleisömäärä ei ollut suuri. Kuvassa Tea Kantola vetää omaa osuuttaan. Samassa sessiossa oli toinen esitys, joka käsitteli Algodoo-nimisen ohjelman käyttöä fysiikan opetuksessa. Esityksien jälkeen keskustelin hänen kanssa mahdollisesta yhteistyöstä jatkossa, mm. ko. ohjelman hyödyntämisestä kemian opetuksessa.

Seuraava EASE-seminaari järjestetään Etelä-Koreassa Daegussa.

Sunnuntai 2.12

Aikataulujen vuoksi päädyimme siirtymään Hualienista Taipeihin ja aamupäivän junalla. Kävimme mm. katsomassa Torni101:tä eli World Trade Centerin ympäristöä. Illasta oli sitten lento Hon Kongiin.

Maanantai 3.12. HongKongissa

Aamupäivästä lähdimme kohti keskustaan. Pari tunnin jonotuksen jälkeen pääsimme Gondolimatkalle kohti Ngong Pingiä. Matkalla oli mahdollisuus kuunnalle ladattu esittely matkan kohteesta ja maisemista. Vuoristokylässä sijaitsee suuri pronssinen patsas nimeltä Big Buddha. Sen ympärillä on kuusi pienempää pronssipatsasta kuvaamassa kuutta täydelliseen valaistumiseen vaadittavaa asiaa, jotka täytyy toteutua valaistumisen saavuttamiseksi: anteliaisuus, moraali, kärsivällisyys, intohimo, meditaatio, viisaus, valaistuminen.

Voiko opettaja olla buddhalainen? Polku itsekurista vaatii mm. 1) oikeaa puhetta – sen täytyy olla rehellinen, hyväntahtoinen ja rauhaa edistävä; pidättäydytään valehtelusta, eripuraisesta ja vihaisesta puheesta sekä joutavien puhumisesta; 2) oikea toiminta – väkivallattomuus, pidättyminen ottamasta, mitä ei ole annettu ja kohtuullisuus aistinautinnoissa; 3) oikea elinkeino – se ei tuota vahinkoa tietoisille olennoille eikä vaadi edellä mainittujen periaatteiden rikkomista. Kukin päätelköön itse. (Lähde: Wikipedia)

Illasta alkoi matka kohti Helsinkiä. Tästä alkoi tosi pitkä odotus. Lennon piti lähteä klo 00.45 yöllä. Koneessa todettiin joku hydrauliikan ongelma, mitä venytti lähtöä 7 tuntia. Eli portilla odotettiin pitkään.

Ensimmäinen sähköinen kemian yo-koe

Pitkään odotettu, niin hyvässä kuin pahassa, ensimmäinen sähköinen kemian yo-koe on nyt nähty. Yleisarviona voisi todeta, että hieman varovaisesti on hyödynnetty kemian opetuksessa käytettyjä tietotekniikan apuvälineitä. Odotuksissa oli isompien data-aineistojen käyttö esim. erilaisten käyrien tai graafisten esitysten tekemisessä (titrauskäyrät, sähkönjohtokykytitraus, kemiallisten nopeuksien määrittäminen ym.). Myöskään MarvinSketchin käyttöä ei ole aivan optimaalisesti hyödynnetty. Tässä nyt hieman ajatuksia teknologian antamista mahdollisuuksista.

3. Tulehduskipulääkkeet

”Voit käyttää vastauksissasi sanallisia selityksiä rakenteista tai kuvakaappauksia eri ohjelmilla tuotetuista tai muokatuista rakenteista.” -ohjeella mahdollistettiin se, ettei ole välttämätöntä käyttää erikseen harjoiteltuja tietokoneohjelmia.

MarvinSketch isomerian esittäjänä

Kohdassa 3.2.  todetaan, että prostaglandiini E2:lla ja naprokseenilla esiintyy stereoisomeriaa. Tehtävässä kysytään mistä stereoisomerian lajista tai lajeista on kyse? Ja pyydettiin perustelemaan vastauksen. Perinteisesti tässä olisi odotettu piirrosta, johon merkitään kiraaliset (asymmetriset) hiilen asteriksilla, ja cis-trans-isomerian kohdat vaikka nuolella. Nyt kuitenkin MarvinSketch-ohjelma antaa suoraan kyseiset stereoisomerian kohdat molekyylistä. Sillä varauksella, että cis-trans-isomeriaa lähestytään E/Z-isomerian kautta (hieman eri asia kuin cis-trans-isomeria).

MarvinSketch ei tunnista syklopentaanin rakenteen aiheuttamia cis-trans-isomeerejä. Tässä MarvinSketchin valikon valinnat:


MarvinSketchin lisenssiversiolla saa sitten ohjelman myös piirtämään kaikki em. isomeerimolekyylit. Tätä sopii käyttää sitten opetuksen tukena.

5. Kemiallisen reaktion nopeus

(Edes) Tämän tehtävän yhteydessä olisin odottanut jonkinlaisen graafisen esityksen teettämistä annetun data-aineiston pohjalta. Kysymyksen asettelu oli taas hieman vapaampi, asian pystyi selittämään myös ilman piirroksia: ”Selitä, miten voit kokeellisesti määrittää kyseisen reaktion hetkellistä nopeutta eli reaktion nopeutta tietyllä hetkellä. Mitä mittauksia sinun tulee suorittaa? Miten
määrität mittaustuloksista hetkellisen nopeuden? (9 p.)”

Tässä tehtävässä kuitenkin saattoi olla eduksi, että rakensi itse esimerkkikäyrän annetusta reaktiosta ja esitteli sitten tangentin piirtämisen ja totesi, että sen kulmakertoimesta saamme tarvittavaa informaatiota.

10. Tuliset chilipaprikat

Kohdassa 10.2. pyydetään esittämään tehtävän reaktiosarjassa 5 muodostuvan yhdisteen F rakennekaava tai nimeä yhdiste. Rakennekaava (viivakaava) on helppo työstää valmiista MarvinSketch -tiedostosta poistamalla esterin alkoholirunko ja ”hydraamalla” kaksoissidos yksinkertaiseksi sidokseksi. Molekyylin nimeämisen apuna voi käyttää MarvinSketchiä. Tehtävässä pyydetään jompikumpi (ja se riittää pisteiden saamiseen).
Yhdisteen nimeämisessä saattaa numerointi tuottaa pulmaa, joten se ratkeaa em. tavalla. Väärästä numeroinnista pistemenetystä tuskin tulee, jos ja kun on esittänyt oikeanlaisen molekyylien viivakaavana.

Kohdassa 10.3. kysytään ”Miksi vesi lievittää vain vähän chilin aiheuttamaa poltetta suussa, mutta sen sijaan rasvaisen jugurtin tai maidon nauttiminen vähentää poltetta?”. Tässä lähtökohtana on molekyylien poolisuuden tarkastelu. Annettujen molekyylien osalta voi hyvinkin antaa MarcinSketch-ohjelman puhua puolesta; piirretään molekyyleistä 3D -mallit niin, että näkyviin tulee elektronitiheyskuvat – niistä voidaan todeta / päätellä em. molekyylien poolittomuus. Ja poolittomuus tarkoittaa sitä, ettei ko. aineet liukene pooliseen veteen, vaan maidossa ja rasvaisessa jogurtissa olevaan rasvaan.

Mitä toivoo tulevaisuudessa?

Se, että kyse oli ensimmäisestä sähköisestä kokeesta kemiassa, oli yksi asia. Toki toinen asia on se, ettei kaikki kemian osa-alueet mahdu yhteen kokeeseen. Itse jäin odottamaan uuden opetussuunnitelman mukaista spektroskopia-tehtävää eli jonkinlaista spektritulkintaa, jonka tukena olisi ollut MAOL:in taulukon tiedot. Myös perinteinen titraustehtävä olisi nyt voinut toteutua ison data-aineiston käytön kanssa (millimetripaperista Geogebran tai LoggerPron käyttöön). Laskutehtävissä on selvästi jäänyt pois ionitulot eli heterogeenisen tasapainon laskut – toivottavasti asia korjataan lisäämällä käsite uuteen lukion opetussuunnitelmaan.

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.