KE2 -kurssi uuden OPS:in mukaan? Pikakurssi kurssin sisältöön

Uusin OPS:in mukainen KE2-kurssi on perusteiltaan erilainen kuin vanhan OPS:in mukainen KE2-kurssi. Viikin tapauksessa mielenkiintoiseksi teki ja osittain helpotuksen toi se, että uuden OPS:in mukaan kemian lukio-opinnot aloittaneet olivat KE1-kurssilla opiskelleet ainemäärään ja konsentraatioon liittyvät asiat (kuten KE1:ssa vanhan opetussuunnitelman mukaan oli).

KE2-kurssini arvioinnin sovimme rakentuvan seuraavien töiden tuloksiin:

  1. Animaatio (malli) kemian ilmiöstä (ChemSense Animator -ohjelmalla)
  2. Työselostus kokeellisesta työstä
  3. Isomeriaa koskeva essee (jossa todennettiin 3D-ohjelman osaaminen)
  4. Käsitetesti

Kurssin punainen lanka löytyy orbitaaliteoriasta (mistä kirjan nimikin on saanut innostuksen) ja hybridisaatiosta. Alkuaineiden ominaisuudet, hiiliyhdisteiden rakenteet, allotropia ja isomeriakin selittyy näillä teorioilla. Puhumattakaan ns. ulkoelektronien määräytymiseen liittyvät perusteet. Myöhemmin tulee vastaan lisää kemian ilmiöitä ja rakenteita, joita selitetään niin orbitaaliteorialla kuin hybridisaatioilla.

Atomi, atomin rakenne ja atomimallit

KE1-kurssilla on pohdittu atomimallien historiaa ja nykyaikaisen kvanttimekaanisen mallin merkitystä. Nykytietämyksen mukaan kvanttimekaaninen malli elää uutta murrosta, CERN:in hiukkasfysiikan ja antimaterian tutkimukset ovat vieneet standarditeoriaa sen äärirajoille, jopa saattavat asettaa sen perusoletuksia kyseenalaisiksi. Kemian opetuksessa. vaikka atomin ytimen rakenne ja siellä tapahtuvat ilmiöt eivät liitykään itse kemiallisiin reaktioihin ja ilmiöihin, koko atomin rakenteeseen liittyvät tutkimukset ja teoretisoinnit ovat mielekkäitä ja asiallisia lisiä kemian opetuksessa. universe_heavy_ion

Aika, jolloin väitettiin, että neutroni on protonin ja elektronin yhdistelmä, on auttamattomasti historiaa. Myös se, että ydin muodostuu vain protoneista ja neutroneista, on historiaa. Kvarkki-gluoni-plasma -tutkimukset (katso kuva, lähde: http://www.phy.uct.ac.za/ctmp/research) saattavat antaa tulevaisuudessa melkoisesti uusia ajatuksia ja suuntia hiukkasfysiikan mallien rakentamisessa. Oman mielenkiinnon luo niin teoreettiset pohdiskelut kuin CERN:in tutkimukset Higgsin bosonin ja kentän osalta. Pohdiskelut elektronin olemuksesta (vrt. keskustelut aalto-hiukkasdualismista) ja massan synnyttävästä Higgsin kentästä antavat aiheen ja mahdollisuuden tulevaisuudessa miettiä selityksiä myös elektronien kahtalaisiin ominaisuuksiin. Kysymykset, voiko elektroni olla kahdessa eri paikassa samaan aikaan tai miten selitetään se, että voiko elektroni oikeasti esiintyä kuin massaton aalto ja toisaalta käyttäytyä selkeästi kuin massallinen hiukkanen, saavat vastauksia.

Atomin rakenne saa tässä kurssissa melkoisesti uusia ulottuvuuksia, kun elektroniverhon rakennetta jäsennetään orbitaaliteorian kautta. En osaa miettiä, miten muuten elektronitasoja ja hieman monimutkaisempia sidosteorioita ryhdyttäisiin selittämään.

Alkuaineiden luokittelua ja jaksollinen järjestelmä

Jako metalleihin ja epämetalleihin (sekä puolimetalleihin) on helppo selittää viittaamalla jaksolliseen järjestelmään. Mutta miksi ko. jako on olemassa ja miksi siitäkin on ollut erilaisia versioita (vrt. Aine ja energia -kirjan ja esim. Ilmiön jaksolliset järjestelmät). Mendelejevin rLähde: https://empoweryourknowledgeandhappytrivia.wordpress.com/2014/09/04/periodic-table-of-the-elements/comment-page-1/akentaman jaksollisen järjestelmän merkitys perustuu perusajatukseen, jossa ryhmät muodostuvat alkuaineista, joilla on samankaltaisia ominaisuuksia. Tämä pitää erityisen hyvin paikkansa 1) alkalimetallien, 2) maa-alkalimetallinen, 3) halogenidien ja 4) jalokaasujen kohdalla.

Muut ryhmät ovatkin sitten hieman pulmallisia, pääryhmistä 3-6 (Booriryhmästä happiryhmään) löytyy erilaisia alkuaineita, joilla on sekä metallien että epämetallien ominaisuuksia. Kuvassa on taas erilainen jako alkuaineisto ko. ryhmien osalta. Kurssin alkuun on hyvä tutustua (ellei jo tehty yläkoulussa tai KE1-kurssilla) www.ptable.com -sivustoon. Ko. sivusto sisältää käytännössä kaiken tarpeellisen alkuaineisiin liittyvän tiedon.

Orbitaaliteoria: atomiorbitaalit ja jaksollinen järjestelmä (hapetusluvut)

Orbitaaliteoria on hyvää rakentaa kvanttilukujen pohjalle. Miten atomimalli energiatasoineen rakentuu ja selittyy erilaisilla kvanttiluvuilla on tärkeää. Kun orbitaalien määräytyminen on selvinnyt, ryhdytään pohtimaan orbitaalien ja energiatasojen täyttymistä. Em. ptable-sivuston hyödyntäminen orbitaalien täyttymisen määräytymistä koskevien sääntöjen määrittämisessä on ensiarvoisen tärkeää. Minimienergiaperiaatteen, Hundin säännön ja Paulin (kielto)säännön todentaminen ei ole hankalaa, mutta mm. kahden ”poikkeuksen” löytäminen johtaa mielenkiintoisiin keskusteluihin (sekä syistä että siitä, miten voidaan osoittaa sellaisten olemassa olo). Kromin ja kuparin erikoistapaukset vaatinevat oman pohdinnan – eivät ole aivan yksinkertaisia tapauksia (vrt. Madelungin sääntö).

Em. ptable-sivusto opastaa myös elektronikonfiguraatioiden laatimiseen. Tässä on kuitenkin todettava, että ko. sivuston elektronikonfiguraatioiden kirjoittamistapa noudattaa ideaa, jossa viimeisenä on aina se orbitaali, joka on viimeksi täyttämässä (ei siis välttämättä pääkvanttiluvun mukainen taso).

Hybridisaatio ja VSEPR-teoria

Orgaanisten yhdisteiden rakenteiden ymmärtäminen edellyttää hybridisaation ymmärtämistä. Sitä voidaan tukea VSEPR-teorian avulla. Netissä löytyy tähän tarkoitukseen erinomaisia videoita. Oma suosikki on: https://www.youtube.com/watch?v=keHS-CASZfc&t=44s . Hybridisaatio ja esim. hiilen allotropiat ovat oiva keino selittää molempien olemassaolo. Teoriaa hybridisaatiosta tukee myöhemmin myös pohdiskelut kompleksiyhdisteiden rakenteista ja avaruusgeometriassa.

Hiiliyhdisteet ja funktionaaliset ryhmät

Vanhan OPS:in mukaan otsikon teema käsiteltiin KE-kurssilla. Toki asia tuli uudestaan KE2-kurssilla, kun käsittelyyn tuli orgaanisten yhdisteiden avaruusrakenteet (orbitaalit ja hybridisaatio) ja isomeria. KE1-kurssilla uuden OPS:in mukaan hiiliyhdisteet tulevat lähinnä kovalenttisen sidoksen ja heikkojen sidoksien käsittelyn yhteydessä. Silloin tarpeellisten funktionaalisten ryhmien ymmärtäminen perustuu pitkälti yläkoulun kemian tuntemukseen. Elektronegatiivisuuden ja funktionaalisten ryhmien merkitys avautuu  3D-ohjelmien käytön avulla. Poolisuus ja elektronien sijoittumien molekyylissä onnistuu hyvin 3D-ohjelmien avulla (erilaiset elektronitiheydet saadaan näkyviin). Funktionaalisten ryhmien merkitys kemiallisissa ominaisuuksista todentuu ns. funktionaalisten ryhmien tunnistusreaktioissa (vrt. epäorgaanisten yhdisteiden, erityisesti metallien tunnistusreaktiot).

Aineen kaavan ja rakenteen määrittäminen, polttoanalyysi ja spektroskopia

Orbitaaliteorian vieminen käytäntöön onnistuu aineen kaavan ja rakenteen määrittämisen miettimisellä. Empiirisen kaavan (suhdekaava), molekyylikaavan ja lopuksi rakennekaavankin määrittämisessä spektroskopialla on suuri merkitys. Matemaattinen osuus empiirisen kaavan kohdalla antaa hyvän tilaisuuden kerrata moolimassan ja ainemäärän laskemista. Empiirisen kaavan määrityksen jälkeen on mahdollisuus paneutua tunnistusreaktioihin kokeellisella puolella tai syventyä spektroskopian alkeisiin niin IR:n kuin NMR:nkin osalta. Itse käytin jopa perikin tuntia spektroskopian opiskeluun, lukiolaiset laativat omat vertailutaulut IR-spektrien tulkintaa varten ja lopuksi selvitettiin sitä, miten NMR-spektrit mahdollistavat orgaanisten molekyylien rakenteen määrittämisen.

Isomeria

3D-mallintaminen nousee tärkeää rooliin juuri isomerian opetuksessa. Itse isomerian ymmärtäminen ei ole vaikea asia, mutta asioiden hahmottaminen helpottuu huomattavasti 3D-mallinnusohjelmien käytön avulla (soveltaen myös pallotikkumallien käytöllä). Itse toteutin isomerian tuntityöskentelyn lisäksi myös vaatimalla lukiolaisia tekemään esseet 3D-mallinnuksien kanssa.

Elämän rakennusaineet

Hiilihydraatit, proteiinit eli valkuaisaineet ym. muodostavat yhden ison kokonaisuuden jonka toteuttaminen voi hoitua monella tapaa. Otsikko on hieman lavea, mutta mahdollistaa pari- tai ryhmätyöskentelyssä rakennettujen teemojen läpikäymisen. Voi toimia myös vertaisarvioinnin kautta arvioitujen postereiden kokoamisena.

Alkusyksyä 2016 – Uusi opetussuunnitelma ja uudet kujeet

Neljäs vuosi ilman kurssikokeita – eli siis jo vanha keksintö Viikin normaalikoulun kemian opetuksessa. Tämä on tietenkin asettanut toisenlaisia haasteita arviointiin, kun kurssinumeroiden perusteena ei ole koenumerot. Nykyaikaisille opettajille tässä ei ole mitään uutta, vaikka käytäntöä en pidä ainoana oikeana – kuvio ei missään tapauksessa vähennä töitä. Opiskelijoilla sitä vastoin tämä on aina ollut perusteltava erikseen. Liian moni on tottunut siihen, että kurssinumeron saa pinnistämällä kurssin lopussa muutaman päivän ja kun opettelee ulkoa kurssin oleelliset asiat ja muistaa se kurssikokeessa, homma on saletti. Valitettavasti tällä ei ole oikein mitään tekemistä oppimisen kanssa, varsinkin oppiaineessa, jossa edellisen kurssin asiat ovat lähtökohtaisesti sellaisia, joiden päälle uutta tietoa rakennetaan.

Peruskoulun uusi opetussuunnitelma ei tee asioita helpommaksi ja ilmiöoppimisille sekoitetaan opettajia lisää

Uusi peruskoulun opetussuunnitelma ei helpota lukion kemian opetusta lainkaan. Edelleenkin kemia pidetään ”luonnontieteenä”, ja vieläpä sitä yritetään ohjata yhä enemmän pinnallisen oppimisen suuntaan. Yläkoulun kemia ei käsittele kemian omia suureita, ainemäärää tai konsentraatiota, kemia on myös eksakti luonnontiede, ei kokoelma ilmiöitä. Pitoisuus toki mainitaan, koska sillä on kuitenkin merkitystä kemiallisten ominaisuuksien pohdiskelussa ja vertailussa. Mutta se, että yläkoulun kemiassa yritetään pitää matematiikka ja tarkkuus sivussa, ei saa minun myötätuntoa. Kun vielä orgaanisen kemian – mikä minusta luokittelukriteerinä edelleenkin on relevantti – oppisisällössä julistetaan epämääräisyyttä ja muka valinnanvapautta, olemme hukkatiellä. ”Perehdytään johonkin orgaaniseen yhdisteryhmään” on  huvittava lausahdus 550 sivun mittaisessa opuksessa. Voisi jopa epäillä, että kemian osuutta eivät ole olleet pohtimassa kemian opetuksesta jotain ymmärtävät (olen pahoillani tästä väitteestä) – itsekin taustatyössä mukana olleeni tiedän, että näin ei ollut.

Nyt lukion uudessa opetussuunnitelmassa orgaaninen kemia on sijoitettu KE2-kurssiin, mikä on syventävä, ei pakollinen, kemian kurssi. Nyt kauheimman skenaarion mukaan meillä voi olla lukion suorittanut ylioppilas, joka ei ole kuullutkaan karboksyylihapoista, siis muurahais- ja etikkahapoista tai aminohapoista, eli DNA:n rakenneosista. Kemian opetus on nyt täysin riippuvainen yläkoulun kemian opettajien panostuksesta ja motivaatiosta.

Pieni varoituksen sana. Kun yläkoulun kemian opetussuunnitelman sisältö on valitettavasti menossa nyt juuri väärään suuntaan, voi kysyä miksi näin. Onko taustalla pyrkimys siihen, että kemiaa voisi opettaa ”kuka vain jonkinlaisen opettajapätevyyden” saanut? Halutaanko suomalainen – PISA-saavutusten takuu – vahva aineenopettajaperusta murentaa jonkin pinnallisen ”ilmiöoppimisen” paradigmalla? Tekemällä opetussuunnitelmasta epäselvä ja ilman punaista lankaa sisältävä kyhäelmä ollaan menossa vaarallisesti edellä mainittuun suuntaan. Toivottavasti olen väärässä. Ilmiöoppiminen on kuitenkin klisee, jossa kemian ja tieteen todelliset ILMIÖT katoavat ”isojen otsikoiden” mahdollistamaan pedagogiseen sumuun.

Peruskoulun kemian opetuksen uudet suuntaviivat – miksi emme tartu uusiin lähestymistapoihin?

Markkinoille tulleet ”uuden opetussuunnitelman mukaiset” paperiset oppikirjat ovat tuoneet varsin vähän uutta itse opetuksen sisältöihin. Mielenkiintoista onkin se, että vaikka peruskoulun opetussuunnitelmaprosessi oli pitkä ja perusteellinen, se ei ainakaan kemian osalta päivittynyt oppimateriaaleihin. Mm. Ilmiö-kirja ja Aine ja energia -kirjasta päivittynyt versio ei käytännössä tuo mitään uutta (tekijät voisivat kyllä avautua tässä), e-Opin Yläkoulun kemiasta en osaa sanoa vielä mitään.

Itse omaan versiooni yläkoulun kemian kirjasta (muokattu e-Opin kirja) olen ottanut 7.luokalta lähtien punaiseksi langaksi jaksollisen järjestelmän. Seuraava etenemismalli on kirjattu myös Viikin normaalikoulun peruskoulun kemian opetussuunnitelmaan.

  1. Ensin opiskellaan atomi. Kvanttimekaaninen atomimalli, ei Bohrin mallia eikä oktettia! Elektronit energiatasoilla. Ympyrä on yhtä abstrakti kuin viiva, mutta energiatasoajattelu on jatkossa hyödyllisempi.
  2. Alkuaine.
  3. Hahmotetaan jaksollinen järjestelmä.
  4. Sitten vasta ”sekoitellaan”. Eli seokset ja erotusmenetelmät

Atomimallin kehittymisen lisäksi toinen kemian historian merkittävä kehitystarina kuuluu happo-emästeorioihin. Peruskoulussa paneudumme kemiallisissa ominaisuuksissa happamuuteen, ja niin kauan kun puhumme vain tästä ilmiöstä ja selitämme sitä pH:n kautta (ja vielä ajatuksella ”alle 7 eli hapan”, ”7 eli neutraali” ja ”yli 7 eli emäksinen”), tämä Arrheniuksen määritelmään perustuva malli toimii – toki ammoniakki- ja vetykloridikaasujen emäksisyys ja happamuus ei siihen määritelmään sovi. Mutta muistammeko yläkoulun kemian opetuksessa selkeästi opettaa eri happo-emäs-teoriat (edes em. Arrhenius ja sitten Bröndstedt), jotta lukiossa ne olisivat sitten hallussa.

Miten saisimme orgaanisen kemian osuuden muokattua mielekkäämmäksi kokonaisuudeksi. Funktionaalisten ryhmien läpikäynti ei vielä toimi, koska emme saa elektronegatiivisuuden ja niiden erojen tuomaan viritystä mukaan. Onko tähän kenelläkään toimivaa ideaa, ja nyt en hae mitään ilmiöoppimisen höpinää. Uusi opetussuunnitelmamme ei tässä meitä auta, päinvastoin – kuten aiemmin jo totesin.

Otan tässä aikalisän peruskoulun kemian opetuksen pohdiskeluun. Ensi lukuvuonna minulla on 8. ja 9.lk:n kurssit, jotka menevät vielä vanhan OPS:in mukaan. Mutta sitten on aikaa kehitystyölle.

Lukion kemiaa – Orbitaali 1 asettaa tavoitteet kuitenkin korkealle

Tuore e-Opin lukion kemian ensimmäinen oppikirja Orbitaali 1 – muuten oli aikoinaan maailman ensimmäinen sähköinen kemian oppikirja – on valmistumassa entistäkin ehompana. Vaikka lukion uuden opetussuunnitelman mukainen oppisisältö ei vastannut kemian opettajien näkemyksiä – sen verran kemian opettajia olen LOPS-prosessin aikana tavannut ja jututtanut, että näin voin sanoa – uudistettuun Orbitaali 1 -kirjaan on saatu rakennettua selkeä punainen lanka ja tukeva paketti kemian perusasioita. Sähköinen kirja on mahdollistanut erilaisten videoiden ja animaatioiden käytön, joten (kemian) ilmiöiden havainnollistaminen helpottuu. Jo nyt on valmistunut 100 diaa sisältävä opettajan diasarja. Sähköinen kirja on e-Opille tyypilliseen tapaan editoitava, samoin em. diat. Opettaja pääsee siis toteuttamaan omaa opetustaan haluamassaan laajuudessa ja järjestyksessä. Lukiolaisille myytävä kirja voi olla oman opettajan ”editoima” koulukohtainen versio (opettaja tietenkin huomioi, että se edelleen sisältää kaiken opetussuunnitelmassa vaaditun). Orbitaali 1 sisältää myös selkeästi KE1 – Kemiaa kaikkialla -kurssin opetussuunnitelmasta harmillisesti poistettuja osioita, mm. ainemäärän ja konsentraation käsittelyn. Ja näihin liittyy myös liuoksen valmistus. Opettajat voivat omalla esimerkillään osoittaa, että näiden – kemiassa tärkeiden suureiden – poisjättäminen pakollisen kurssin sisällöistä oli virhe.

Orbitaali 1 -kirjassa on selkeästi paneuduttu kemian peruskäsitteiden opiskeluun, nykyaikaisen atomimallin eli kvanttimekaanisen atomimallin mahdollistamaan sidosmaailman ymmärtämiseen. Kirjan nimeä seuraten kirjassa esitellään orbitaaliteoria. Orbitaaliteorian seuraavat ”vaiheet” käsitellään myöhemmin Orbitaali 2 -kirjassa (mm. hybridisaatio). Opettaja voi toki jättää nämä käsittelemättä – jopa poistaa omista opiskelijoille myytävästä versiosta – pitäytymällä muissa selitysmalleissa, esimerkiksi VSEPR-teoriassa.

Orbitaali 1 -kirjassa on kerrattu runsaasti yläkoulun kemiaa, mutta sen(kin) voi jättää vähemmälle, jos opiskelija-aines osoittaa ne hallitsevan. Mutta pelottavia kauhukuvia olen antanut edellä.

Viikin normaalikoulun kemian opetuksessa jo neljäs lukuvuosi ilman kurssikokeita – arvioinnin halutaan tukevan oppimista

Kemian osaamista voidaan mitata ja tulkita monella tapaa. Hyvä kysymys on aina, mikä on arvioinnin primääri tehtävä. Millaiset menetelmät tukevat oppimista ja millaiset toimintamallit eivät. Edelleen johtuen – ketään syyllistämättä – vallitsevasta summatiivisesta numerokeskeisestä arviointikulttuurista niin yläkoulussa kuin muissa oppiaineissa, opiskelijoiden suhtautuminen uuteen opiskelukäytäntöön ja uusiin työmuotoihin on konservatiivinen, jopa kielteinen. Eli haastetta riittää uudistajille ja uusien käytäntöjen kokeilijoille.

Mikä tekee kurssikokeettomasta lukiokurssista pulmallisen opiskelijan näkökulmasta? Koska arviointia tehdään, kurssinumeroiden perusteet haetaan jostakin. Jos kurssilla arvioidaan osaamista koko ajan, myös näyttöjä odotetaan koko kurssin ajan. Siihen ei riitä parin kolmen päivän ulkoa opiskelun osuus jakson loppusuoralla, juuri ennen kurssikoetta. Osa julkisuudessa vallitsevasta käsityksestä lukion opintojen ”ulkoaopiskelusta” perustuu tähän vääristyneeseen toiminta- ja opiskelukulttuuriin.

Kurssikokeeton lukiokurssi on myös vaikeasti uusittavissa. Runsaat poissaolot – ei siis vain fyysiset, vaan myös ”henkiset” – eivät helpota kurssin suorittamista. Kurssikokeella tavoitellaan tässä vain läpipääsyä, mikä ei pitäisi olla enää lukiossa kurssien suorittamisen tavoite. Jos tavoitteena on edes ”selviytyminen yo-kirjoituksissa”, se vaatii asioiden ymmärtämistä, mikä ei vain kurssikokeita läpikäymällä onnistu.

Kurssikokeet voivat toki tukea monipuolista ja opiskelua edistävää arviointia. Ne voivat toimia ”viestinä”, mitä asioita pitää vielä kerrata ja läpikäydä ennen seuraavalle kurssille osallistumista – aina monessa oppiaineessa uuden asian oppiminen perustuu aiemmin opiskellun hallintaan.

Uusi pedagogia lähestymistapoja kokeilemassa – projektioppimista ja flippaamista – kenelle suosittelen?

Päättyneen lukuvuoden aikana oli omalla kohdalla kaksi merkittävää pedagogista kokeilua: PIRE-hankkeen myötä projektioppimisen ja mallintamisen kokeilu KE2-kurssilla ja lukiopedagogiikan kehittämiseksi flipped classroom -kokeilu KE5-kurssilla. Näistä olenkin jo raportoinut tässä blogissa. Mutta kysymykseen kenelle suosittelen koetan nyt hakea vastausta.

Julkisuudessa yleensä esitellään vain onnistuneita kokeiluja ja heti perään vannotaan niiden nimeen. Tutkimusartikkelista ja -kirjallisuudesta ei yleensä ole vaikeaa löytää tukea omille ajatuksille – oman tutkimusartikkelin taustojen rakentaminenhan yleensä lähtee tästä, joten se puoli on yleisesti hoidettu oli tutkimusperinne kvantitatiivinen tai kvalitatiivinen. Jälkimmäisessä se lienee helpompaa. Tämän vuoksi lähdenkin väittämään, että oli pedagoginen kokeilu tai kehittämishanke mikä tahansa, jos opettaja on motivoitunut ja vakuuttunut omasta tekemisestään sekä saanut myös tarvittavan tuen työlleen (suunnitteluresurssia, uusia työvälineitä, verkostoja), se onnistuu ja tuottaa parempia oppimistuloksia. Tätä väitettä pohtiessa ja analysoidessa kannattaa tutustua mm. Hattien ja Kirschnerin metatutkimuksiin (tutkimuksiin tutkimuksista).

Opetusharjoittelu on aikaa, jolloin voi tutustua niin ohjaavien opettajien kuin vertaisten eli muiden opetusharjoittelijoiden. opetukseen, pedagogisiin ja didaktisiin valintoihin (jotka voivat olla hetkellisiä tai laajempia toimintamalleja). Tutkimusperusteisen opettajankoulutuksen pitäisi antaa meille valmiuksia analysoida erilaisia lähestymistapoja, haastaa meitä kokeilemaan ja reflektoimaan omaa työtä sekä tuottamaan dokumenttia tästä. Erilaisia tuotoksia, blogeja, tutkimusartikkeleita jopa kirjoja pitäisi syntyä opettajien oman työn kuvauksista ja kokeiluista. Oman opettajuuden kehittäminen on yksi perusajatus suomalaisessa opettajan täydennyskoulutuksessa.

Michiganin valtionyliopiston kanssa tehtävä tutkimus- ja kemian opetuksen kehittämisyhteistyö on ollut mielenkiintoista itsensä haastamista. Jenkkien lievä ylimielisyys osaamisensa kanssa häiritsee, mutta kun keskittyy oman työn kehittämiseen ja uusien toimintamallien hakemiseen – myös uuden opetussuunnitelman hakemien mallien kautta – hommassa on mieltä. Projektioppimisen ja mallintamisen malli, jota jenkkiasiantuntijat ovat markkinoineet, muistuttaa erinomaisesti 40 vuotta sitten Engeströmin lanseeraamaa opetuksen viitekehyksien rakentamista ja hyödyntämistä – mitä Suomessa on opetettu siis jo tuon ajan, joskin pienellä varauksella, koska malli edustaa marxilais-vygotskilaista suuntausta. Eli tässäkin olemme olleet jo 40 vuotta sitten kehityksen kärjessä. Hankkeen psykologit – pyskologit, kuten niitä aina kutsun – ovat taas ajatusmalleissaan kaukana nykyajasta, aineistojen keruun välineissä tietenkin ollaan ajan tasalla (mobiilikyselyt). Tieteen tekemisessä täytyy aina muistaa se, että tutkimusasetelma täytyy saada lähelle normitilannetta. Muuten itse tutkimus aiheuttaa omat faktorit tuloksiin. Suomalaisen kvalitatiivisen (erityisesti psykologian ja kasvatustieteen) tutkimuksen perinne on todella vielä alkutekijöissä – no eipä se muuallakaan edennyt ole.

 

Hattie, J. (2008). Visible learning: A synthesis of over 800 meta-analyses relating to achievement. Routledge.
Hattie, J. (2012). Visible learning for teachers: Maximizing impact on learning. Routledge.
Kirschner P. A., Sweller, J. & Clark, R. E. (2006). Why Minimal Guidance During Instruction Does Not Work: An Analysis of the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching. Educational Psychologis. Volume 41,  Issue 2, 2006

Kemian opetuksen tulevaisuus – ilmiöpohjaisuudella haetaan opettajien kelpoisuusehtojen väljentämistä eli SÄÄSTÖJÄ

Nykyhallitus on asettanut kuntien osalta miljardiluokan säästötavoitteet. Säästöjä haetaan ja on jo määriteltykin mm. vammais- ja vanhuspalveluihin (120 miljoonaa euroa), pelastustoimeen (40 miljoonaa). Merkittävänä säästöjä tuovana toimena on oletettu olevan sosiaali- ja terveystoimen kelpoisuusehtojen väljentäminen. Täsmälleen sama tavoite on kohdistunut ja kohdistuu opetustoimeen.

Kelpoisuusehtojen väljentäminen opetustoimessa ei ole läpihuutojuttu, koko opetustoimi niin opettajista ja opetustoimen viranomaisiin on iso laiva, jonka kääntäminen ei ole yksinkertainen asia. Tähän on kuitenkin löytynyt uusi lähestymistapa ja vahvasti ideologinen sellainen. Koko opetuksen paradigmaa ollaan muuttamassa yläkoulun ja lukioiden oppiainekeskeisestä opetuksesta ns. ilmiöpohjaiseen ja projektioppimista korostavaan opetukseen (välillä ei haluttu tai haluta puhuttavan edes opetuksesta).

Tätä paradigman muutosta halutaan perustella pedagogiikan muutoksella, projektioppimisen tuomalla (muka) nykyaikaisella lähestymistavalla. Oppiaineiden elementtejä yhdistetään, haetaan opettajatiimejä toteuttamaan ns. laaja-alaisia aihekokonaisuuksia. Näitä perusteluja voi kukin hakea eri lähteistä. Mutta mitä tässä todellisuudessa haetaan ja mitä tapahtuu? Pyritään selittämään, ettei ainelähtöistä opetusta tarvita, eikä niin ollen maisteritason aineenopettajia. Alentamalla pätevyysvaatimuksia käytännössä tähdätään palkkakulujen pienentämiseen, säästöihin. Kun opetuksessa ei ”vaadita” enää syvällistä osaamista, sitä ei tarvitse tehtävää täytettäessäkään vaatia. Projektioppimisen ja ilmiöpohjaisen lähestymistavan toivotaan antavan pohjan tälle vaatimukselle – opettajan ei tarvitse osata asioita, riittää kun osaa poimia ilmiöitä, joita oppilaat ja opiskelijat sitten itsenäisesti tai ryhmissä tutkivat. Eihän opettajan ”tarvitse tietää kaikkea”. Pelottava tulevaisuus.

Oppiainekeskeisyys takaa opetuksen tason

Opettajien maisteritason opinnot – opetettavien aineiden osalta vähintään sivuaineopinnot cum laude tasoisesti – takaa sen, että opetus perustuu vahvaan aineenhallintaan ja pedagogiseen soveltamiseen. Tätä voi tietenkin aina lisätä lisäopinnoilla, mutta kun tämä liittyy opettajakoulutuksessa vahvasti korostuvaan pedagogisen sisältötiedon (PCK, pedagogical content knowledge) tai saksalaisittain didaktiikan (opetustaito) hallintaan. Emme ainoastaan hallitse itse oppiaineen teoriaa ja omaa pedagogisia valmiuksia, vaan olemme saaneet koulutuksen näiden osaamisten viemistä käytäntöön itse opetuksessa. Jokaisessa oppiaineessa didaktiikka on omansa, ja sen hallinta vaatii tiettyä osaamista itse oppiaineessa että pedagogiikassa. Tätä ei hoideta millään ”ilmiöoppimisella”.

Uusi pedagogisia lähestymistapoja täytyy kokeilla, mutta toisista lähtökohdista

Yksilöllisen oppimisen (ns. Pekka Peuran malli) ja flipped classroom -pedagogiikkaan perustuvat uudet lähestymistavat ovat synnyttäneet oikean tyyppisiä pohdintoja opetuksen ja opiskelun kehittämiseksi. Arvioinnin kehittäminen, jopa radikaaleilta tuntuvilla ratkaisuilla, on tie, joka uudistaa niin opetusta kuin opiskelua. Oppimista edistävä arviointi on tulevaisuutta, ja se ei perustu jatkuvaan (ja ainoastaan nykyään käytössä olevaan) summatiiviseen arviointiin. LOPStuki2016 -hankkeessa olemme lähteneet avoimesti miettimään arviointia uudelleen, kyseenalaistaneet nykyisen käytännön ja asettaneet vaikeita kysymyksiä uudenlaisen toimintakulttuurin luomiseksi.

Lukion kemian uusi opetussuunnitelma – mitä kaikkea se mahdollistaa tai ei – osa3

KE3-kurssi – Reaktiot ja energia – on kohtuudella samankaltainen keskeisiltä sisällöiltään kuin aiemman opetussuunnitelman mukainen kurssi.

Heti alkuun kurssin sisällön rakenteesta. Kaasut – ideaalikaasu ja reaalikaasu – kannattaa ottaa alkuun. Se on joka tapauksessa jotenkin erillinen asia ja toimii erinomaisesti myös ainemäärien laskujen kertauksena.  Stoikiometrian nostaminen kurssin alkuun yhdessä kaasujen tilanyhtälön kanssa on mielekäs ratkaisu. Tämän jälkeen on reaktioiden pohdiskelu ja kirjoittaminen saa vakaamman pohjan.

Hapetuslukumenetelmän tuominen KE3-kurssille ei ole tarpeen (ellei halua), koska OPS mainitsee vain ”kemiallisen reaktion symbolinen ilmaisun ja tasapainottamisen” ja sen, että lähtökohtana on ”aineen häviämättömyys kemiallisessa reaktiossa ja sen yksinkertainen laskennallinen käsittely”. Hapetuslukumenetelmä tulee vasta KE4-kurssilla.

Tällä kurssilla käsitellään kaikki niin epäorgaanisen että orgaanisen kemian reaktiot ja niiden sovellutukset. Tämä tuo paremmin mahdollisuuden lähteä kemian reaktioita reaktiomekanismien kautta, yhdisteiden ja molekyylien käyttäytymisen (reaktiokyvyn) näkökulmasta. Molekyylien ja erilaisten elektronirakenteiden 3D-mallintaminen (elektroniköyhät ja -rikkaat alueen rakenneosissa, molekyyleissä tai ioneissa) on mahdollista mm. Edumol-sivuston tai 3D-mallinnusohjelmien avulla. Tästä enemmän omassa bloggauksessa, jossa sitten hahmottelen uuden LOPS:in mukaisen Orbitaali 3 -e-kirjan lähestymistapaa kemiallisiin reaktioihin.

Energia-asioiden yhteyteen tuodaan KE2-kurssilta sidosenergia. Tässä KE2-kurssin hybridisaatiot ja erilaiset kovalenttiset sidokset (sigma- ja pii-sidokset) saavat käytännöstä (empiiriset mittaukset) tukea.

Keskeisenä sisältönä ”kemian merkitys energiaratkaisujen ja ympäristön kannalta” -viittaus asettaa pohdittavaksi lukuisan määrän arkipäivän ajankohtaisia asioita. Energiaratkaisujen pohdinta olisi ollut mielekästä liittää KE4-kurssiin, jossa käsittelyssä on sähkökemia. Energiakysymyksiä löytyy niin solutasolta (ATP-kuviot, vrt. biologia ja biokemia) kuin makrotasolta.

Lukion kemian uusi opetussuunnitelma – mitä kaikkea se mahdollistaa tai ei – osa2

KE2 – Ihmisen ja elinympäristön kemiaa

Entinen kurssi KE2 – Kemian mikromaailma paneutui nimensäkin mukaan aineen rakenteeseen, erityisesti orgaaniste yhdisteiden, molekyylien näkökulmasta. Erityispiirteenä tässä opetussuunnitelmassa oli orbitaaliteorian mukaisten rakenteiden käsittely:  elektroniverhon rakenne ja atomiorbitaalit, molekyyliorbitaalit ja orgaanisten yhdisteiden sidos- ja avaruusrakenne. Tämä oli varmasti kemian sivuaineena opiskelleille opettajille rankka paikka. Oma käsitys oli (ja on), ettei lukiotason kemiaa voida opettaa ilman orbitaaliteoriaa. Se tuo oikean (jos sellaisesta saa kokeellisessa tieteessä puhua) ymmärryksen sidoksien syntyy. Se ainakin selittää koko joukon orgaanisten molekyylien rakenteista ja reaktioista. Toki tässä on mukana molekyyliorbitaalien muodostumiseen liittyen hybridisaatiot.

Erilaiset kovalenttiset sidokset (sigma- ja pii-sidokset) selittyvät nykyään oivallisesti, kun katsotaan niitä sidosenergioiden kautta. Jatkossa sidosenergiat eivät kuulu KE2-kurssin sisältöihin.

Orgaanisen kemian siirryttyä KE1-kurssilta KE2-kurssiin:

  • orgaanisten yhdisteiden, kuten hiilivetyjen, happi- ja typpiyhdisteiden, rakenteiden mallintaminen ja kuvaaminen erilaisilla malleilla
  • avaruusrakenne ja isomeria
  • orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksien selittäminen rakenteen avulla

Entuudestaan KE2-kurssin asioita olivat  avaruusrakenne ja isomeria. Tässä avaruusrakenne sisältää (tai ei sisällä) paljon asioita. Miten molekyylien rakenne selitetään a) ilman mitään teoriaa ja mallia b) ilman orbitaaliteoriaa. a) johtaa absurdiin ”näin se on” -väittämiin, ilman minkäänlaista ymmärrystä. b) voisi vielä toimia, jos esim. asiaa lähestyy VSEPR (Valence shell electron pair repulsion) -teorian avulla, joka ei välttämättä vaadi orbitaalien ja hybridisaation käsittelyä. Tämä teoria ei kuitenkaan auta selittämään kaksois- ja kolmoissidoksien syntymistä sitten sidosteorian osalta.

Vanhan LOPS:in mukaan KE2-kurssi:

  • alkuaineiden ominaisuudet ja jaksollinen järjestelmä
  • hapettuminen, pelkistyminen ja hapetuslukujen määräytyminen
  • yhdisteen kaavan määrittäminen
  • sidosenergia ja aineen ominaisuudet
  • elektroniverhon rakenne ja atomiorbitaalit
  • molekyyliorbitaalit ja orgaanisten yhdisteiden sidos- ja avaruusrakenne
  • isomeria
  • tutkimusmenetelmiä
Vanhan opetussuunnitelman pulmana mielestäni oli hieman ylimalkainen suhtautuminen tutkimusmenetelmiin ja se näkyi myös oppikirjoissa (joita ei tietenkään ollut pakko seurata). Mm. spektroskopian rooli oli aivan alimitoitettu. Osin tässä olisi ollut pulmana se, ettei kemian sivuaineopiskelijaopettajat välttämättä olisi hallinneet asiaa.
KE2-kurssin uudet tavoitteet
Nyt KE2-kurssin tavoitteena on, että opiskelija
  • osaa käyttää ja soveltaa orgaanisiin yhdisteisiin ja ainemäärään liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
  • osaa tutkia kokeellisesti ja erilaisia malleja käyttäen orgaanisiin yhdisteisiin, ainemäärään ja pitoisuuteen liittyviä ilmiöitä
  • ymmärtää, kuinka kemiallinen tieto rakentuu kokeellisen toiminnan ja siihen kytkeytyvän mallintamisen kautta
  • osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa mallintamisen välineenä.
Ainemäärän ja konsentraation käsitteiden tuominen KE2-kurssille KE1-kurssista oli virhe. Taisin mainita tämän jo KE1-bloggauksen yhteydessä. Fiksu kemian opettaja käsittelee nämä jo KE1-kurssilla ja sitten kertauksen omaisesti kuittaa ne KE2-kurssin yhteydessä. Opetussuunnitelmaa pitää noudattaa, niitä on käsiteltävä. Joka tapauksessa on paikallaan kaikilla kursseilla palata ainemäärän ja konsentraatioiden käsitteisiin ja laskemiseen. KE3-kurssilla ne tulevat heti kaasulaskujen yhteydessä – mikä kannattaa olla KE3-kurssin alussa.
KE2-kurssin keskeiset sisällöt
Mitä tarkoittaa ”kemian merkitys hyvinvoinnin ja terveyden kannalta”? Puhutaanko lääkekemiasta? Osuu orgaaniseen kemiaan ja orgaanisten molekyylien ominaisuuskeskusteluihin mainiosti. Ihmisen hyvinvoinnin kannalta moni asia on tärkeää: puhdas vesi, riittävä proteiinien saanti (pelkät kasvikset eivät riitä), hivenaineet. Vai astutaanko yhteiskuntaopin puolelle: energian saanti, saastuminen, ilmastomuutos tms. Nämä ovatkin herkkiä alueita puhua ideologisesti (neg.) asioista, jotka kuuluvat luonnon kiertokulkuun kuten hiilidioksidi tai muu kasvihuonekaasut, tai radioaktiivisista aineista, joita syntyy tiettyjen alkuaineiden hajotessa. En  tarkoita, etteikö saastumista pitäisi välttää, energiaa säästää tai rajoittaa hiilin käyttöä energian tuotannossa tai hiiliyhdisteiden käyttöä autoilussa. Kemisteinä ne haemme asioihin tieteellisiä ja teknologisia ratkaisuja. Kuka osaa sanoa lisää ajatuksia?
Sisältönä ”orgaanisten yhdisteiden, kuten hiilivetyjen, happi- ja typpiyhdisteiden, rakenteiden mallintaminen ja kuvaaminen erilaisilla malleilla” antaa hyvät perustelut molekyylimallinnusohjelmien käyttöönottoon ja opettamiseen. Itse vaadin tutkielmien tekemistä, jossa em. ohjelmien tuotoksia täytyy käyttää (osaaminen esittää). Emmehän tietenkään heitä omia askartelusarjoja menemään mutta 3D-mallinnus tuo lisää dokumenttia peliin. Tämän jatkoksi ”avaruusrakenne ja isomeria” ovat johdonmukainen lisä. Nyt vain täytyy muistaa aiemmin todettu, lähestytäänkö ”näin se on” -ajatuksen vai teorioiden näkökulmasta. Esim. cis-trans-isomerian selittämiseen, jäykkään rakenteeseen, olisi mielekästä tuoda joku teoria tai malli.
Mielenkiintoisen pohdinnan tuo minulle ”orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksien selittäminen rakenteen avulla”, koska nyt avautuu paikka pohtia erilaisten funktionaalisten ryhmien käyttäytymiselle selityksien hakeminen, ei niiden ”reaktiolistojen” laatiminen. Kuinka monella on valmius selittää reaktiomekanismeja perustaen ne molekyylien elektroniverhon rakenteeseen?
Ainemäärä ja pitoisuus -käsitteisiin en enää palaa. Käsitelkää ne KE1-kurssille, kuten liuoksien valmistus. Liuoksien valmistusta kannattaa harrastaa aina sopivien tilaisuuksien tullen – on erinomaisen hyvä kertausaihe. Oikeastaan saisi olla joka kurssien keskeinen sisältö. Silloin ”työvälineiden ja reagenssien käyttö” olisi triviaali asia.
KE2-kurssin kovin ja paras uudistus on viimeisenä, mutta ei vähiten merkityksellisenä: ”aineen rakenteen analyysimenetelmät, kuten spektroskopia”.  Spektroskopian mainita on viimeinkin opetussuunnitelmassa. Sitä on aina siellä täällä tavaillaan oppikirjoissa, ehkä Editan Neon-sarjassa tähän mennessä selkeimmin ja konkreettisimmin. Nyt se on – mikä oli tiukka oma vaatimus – opetussuunnitelmassa. Analyyttinen kemia (vaikka joku väittää ettei näitä jakoja saisi tuoda esille) on ollut aivan liian pienessä roolissa kemian opintojen alkutaipaleella. Oppikirjojen kirjoittajille tulee tässä mielenkiintoihin haaste. Onneksi itse olen itse tässä ollut kaukaa viisas. Jo omassa gradussani nostin spektroskopian käsittelyä – ja sain kokeilla myös kokeilutunteina – osana lukion syventäviä kursseja. Tässä varmaankin myöhemmin oma bloggaus. Olen luvannut jakaa spektroskopian materiaaliani. Jatkossa ne löytyvät uuden LOPS:in mukaisessa Orbitaali 2 -kirjassa.

Lukion kemian uusi opetussuunnitelma – mitä kaikkea se mahdollistaa tai ei – osa1

Mitä peruskoulussa opimme?

Peruskoulun kemian opetussuunnitelma vaikuttaa melkoisesti myös lukion kemian opetukseen. Mitä voimme olettaa, että uudet lukiolaiset osaavat peruskoulun kemian opetuksen (opetussuunnitelman) perusteella. Rehellisesti täytyy sanoa, että pulmia on tiedossa. Uuden  opetussuunnitelman mukaan yläkoulun kemian suorittaneita on odotettavissa lukioihin aikaisintaan vasta syksyllä 2018?

Miten muutamme peruskoulun kemian opetusta, jotta se vastaa myös lukion kemian opetuksen tarpeita? Ainakin Viikissä olemme löytämässä uusia linjauksia yhteistuumin kemian opettajien kesken. Siitä myöhemmin lisää.

Lukion kemian opetuksen muutostarpeet ja uusi kemian opetussuunnitelma

Se, että lukion opetussuunnitelman uudistaminen jäi vain päivitykseksi, ei estänyt Opetushallitusta tekemästä joitakin melko merkittäviäkin uusia linjauksia. Se, miten ne vaikuttavat, jää nähtäväksi. Osa on kuitenkin todella pulmallisia ja asettavat mm. kirjan tekijät hankalaan tilanteeseen. Yliopistoihin pyrkiville saattaa myös muodostua tilanteita, joissa uuden lukion kemian oppimäärät eivät välttämättä ole riittävät. Ja asettuuko ylioppilastutkintolautakunnan kemian jaosto ruotuun uuden opetussuunnitelman asettamien ajatusten kanssa. Näitä seuraavassa analyysissä on useita.

KE1 – Kemiaa kaikkialla

Kurssin tavoitteiden määrittelyssä positiivisena ajatuksena on kiinnostuksen herättäminen kemiaan. Kuitenkin unohtuu käsitys kemiasta kokeellisena tieteenä, kemiallisista reaktioista puhutaan vasta 3.kurssilla. Toki kokeellisuus (mikä sellaisenaan ei ole tiedettä) mainitaan, mutta vain ilmiöiden tutkimisena. Miten lukiolainen voi osallistua yhteiskunnalliseen keskustelaan kemian näkökulmasta, jos hänellä on mielikuvat kemiallisista reaktioista vain yläkoulun tietopohjalla.

Keskeisiin sisältöihin kirjatut ”merkitykset nykyaikana ja merkitys jatko-opinnoissa ja työelämässä” tekevät ainoasta pakollisesta kurssista osin opinto-ohjauksen ja yhteiskuntaopin kurssia. Opinto-ohjauksen kurssimäärä tuplattiin, olisi voinut kuvitella, että se merkitsee jotain. Jos tämä aika on tarkoitettu opiskelutaitojen kehittämiseen tai henkilökohtaisten opiskelusuunnitelmien laatimiseen, hyvä niin. Tässä voi tosin kysyä, onko alakoulun kaikki kuusi vuotta menneet johonkin ilmiöpohjaiseen ja projektiluontoiseen mukaopiskeluun, ennemmin kuin valmistautumiseen itsenäisempään opiskeluun ja vastuunkantoon omasta oppimispolusta.

elektronien_energiatasot

Atomin rakenne on nostettu – ja syystä – KE1-kurssin sisältöihin. Orgaanisen kemian ”mölinä” on siirretty KE2-kurssiin ja toivon mukaan jäntevöittäen orgaanisen kemian sisältöjä. Onko meillä rohkeutta unohtaa ”helppo tie” eli Bohrin mallin mukainen lähestymistapa? Niille, jotka jatkavat kemian opintoja 1.kurssin jälkeen, tarjottaisiin heti alkuun nykyaikainen kuva tieteen käsityksestä atomista ja sen elektronipilven rakenteesta. Atomin ytimeen liittyvistä mielenkiintoisista asioista – kvarkit, vahva vuorovaikutus – kertonee fysiikan opettaja. Yläkoulussa puhuisimme jo heti alkuun elektronien energiatasoista ja KE1-kurssilla ryhtyisimme kutsumaan niitä orbitaaleiksi – ehkä emme tuo kvanttilukuja käsittelyyn. Paulin kieltosäännön ”suomennamme” kuuluvaksi, että yhdelle orbitaalille mahtuu vain kaksi elektroni, jotka kuvataan vastakkaiseen suuntaan osoittaville nuolilla (spinkvanttiluku eri merkkinen).

Edellä mainitun kuvauksen pohjalta – orbitaalien käyttöönoton myötä – voimme jakaa jaksollinen järjestelmän eri lohkoihin (=lisäarvo yläkoulussa opittuun?), voimme puhua s-lohkosta alkali- ja maa-alkalimetallien osalta, d-lohkosta siirtymäalkuaineiden osalta, p-lohkosta IIIA-VIIIA-ryhmien osalta. Lantanoidit ja aktinoidit muodostavat sitten f- ja g-lohkot. Näin osaltamme voimme selittää jaksollisen järjestelmän muodon ja myös elektronien energiatasojen täyttymisen osittain limittäin menevien energiatasojen osalta.

Mitä muuta atomin rakenne ja jaksollinen ”pääpiirteittäin” voisi tarkoittaa? Opetammeko ymmärtämään atomin säteen ja ionisäteen säännönmukaisuuksia, ionisaatioenergioiden porrastumisen niin pääkvanttiluvun mukaan  kuin sivukvanttilukujen (orbitaalityyppien) mukaan määräytyvien energiatasojen osalta? Jaksollisessa järjestelmässä yleensä näemme järjestysluvun lisäksi suhteellisen atomimassan, mikä osaltaan sitten pakottaa selittämään erilaisten isotooppien olemassaolon (mikä lienee sekin tärkeä asia atomin rakenteen osalta).

Alkuaineiden ominaisuudet ovat jaksollisen järjestelmän perusasia, ryhmittelyn lähtökohta. Onko alkuaine metalli, puolimetalli tai epämetalli – ja mitä nämä tarkoittavat on varmaankin tärkeä asia selittää? Mikä selittää alkalimetallien ja halogeenien reaktiivisuuden tai toisaalta jalokaasujen inerttiyden?

Aineiden – joihin luokittelisin puhtaat aineet eli alkuaineet ja yhdisteet sekä homogeeniset ja heterogeeniset seokset – ominaisuuksien selittäminen onkin monenkirjava tehtävä. Yläkoulussa tutustumme jo happamuuteen (ja emäksisyyteen), liukoisuuteen, olomuotoihin, reaktiokykyyn toisten aineiden kanssa. Mitä uusia asioita lukio tuo tullessaan? Lukion KE1-kurssilla näitä ilmiöitä pitää selittää aineen rakenteen, kemiallisten sidosten ja poolisuuden avulla. Toivottavasti tämä tarkoittaa niin kaikkien vahvojen sidosten (metallisidos, kovalenttinen sidos, koordinaatiosidos/kovalenttisen sidoksen erikoistapaus, ionisidos) kuin heikkojen sidosten (dispersiovoimat/Londonin voimat, dipolisidos ja vetysidos erikoistapauksena, ioni-dipolisidos) opettamista. Tässä vaiheessa yhdisteiden (oletettavasti juuri orgaanisten molekyylien) avaruudellista rakennetta ei tarvitse selittää (opettaa). Poolisuus edellyttää elektronegatiivisuus -käsitteen opettamista.

Kurssin tavoitteissa todetaan, että lukiolaisen pitää osata ”käyttää ja soveltaa tietoa aineiden ominaisuuksista jokapäiväisen elämän ja ympäristön ilmiöissä”. Lähestymme mm. pesukemian ja keittiökemian perusasioita.

Tutkimuksellista lähestymistapaa tukee vaatimus osata käyttää malleja, jaksollista järjestelmää ja tietolähteitä mm. aineiden ominaisuuksien päättelemiseen. Mm. ”Scientific Practicies” -toimintamalli, josta olen kirjoittanut aiemmin, on oiva toimintamalli tämän kaltaisen vaatimuksen toteuttamiseksi.

Kysymykset tiedonhankinnan lähtökohtana? Mitä tällä halutaan sanoa?

Kokeellisuus mainitaan vain ilmiöiden tutkimisina ja on ymmärrettävä vähintään aineen erotusmenetelmien opiskeluna. Liuosten valmistus – selkeä opinnollinen kokeellinen työ – on opetussuunitelmassa siirretty KE2-kurssin sisältöihin. Mikä on harmittava asia. Toisaalta se on ymmärrettävää, kun myös ainemäärän ja konsentraation käsitteet ja opiskelu on siirretty KE2-kurssille. Nämä on ehkä vakavimmat erehdykset KE1-kurssin osalta. Orgaanisen kemian funktionaalisten ryhmien ja aineryhmien siirtäminen KE2-kurssille kevensi KE1-kurssia aivan riittävästi. Tämä asia voidaan korjata koulukohtaisissa opetussuunnitelmissa.

(seuraavassa osassa KE2 ja KE3-kurssien sisältöjen pohdintaa)