Month: maaliskuu 2015

Kevään 2015 kemian yo-koe

admin

Kevään 2015 ylioppilastutkinnon kemian koe on tasapainoinen, vaihteeksi. Ainerajat ylittävät tehtävät olivat selkeästi kemian tehtäviä ei esim. biologian tai MAOL:n taulukon tulkinta (=löydän oikeat) tehtäviä. Mielenkiintoista oli, että sähkökemia loisti poissaolollaan täysin.

Tehtävä 1. Hyvä perustehtävä, joskin ”lämmittäessä vapautuu hiilidioksidia” aiheutti aiheellisesti pohdintaa. Kohdissa a)-c)  olevat yhdisteet palaessaan muodostavat hiilidioksidia. Palaminen jos mikään on lämmittämistä. Tämän mahdollisuuden olisi voinut välttää hieman tarkemmalla taulukolla. Pisteytysohjeessa neuvottu pisteen vähentäminen on minusta kohtuutonta.

Tehtävä 2. Rajoittavan tekijän käsitteen edellyttäminen on toki perusteltua. Jos sitä ei ole mainittu, ja silti on kahden reaktion lähtöaineen ainemäärät laskettuna, ja päätyy käyttämään reaktiotuotteiden määrän laskemisessa kalsiumoksidia, pitäisi voidaa päätellä, että itse asia on ymmärretty. Kahden pisteen menetys ehkä hieman kova linja. Muuten toimiva peruslaskutehtävä.

Tehtävä 3. Kemiallisia perusteluja lääkkeisiin liittyen. Kivasti yhdistyy isomeria, liukoisuus, reaktiivisuus ja reaktioympäristön merkitys.

Tehtävä 4. Orgaanisen kemian perustehtävä. Hyvin yhdistetty perusreaktio (esterin muodostus) sidoskemian osaamiseen (vetysidoksen merkitys). Reaktio magnesiumin kanssa oli sopiva lisä – tässä tule mieleen se, että pitäisikö lukion kemian opetuksessa lähteä opettamaan reaktioita mekanismien kautta (redox, lewis, radikaali, diradikaali, fotokemia), eikä opettelemalla ulkoa koko joukko ”nimireaktioita” (additio, eliminaatio, substituutio, kohdensaatio, happo-emäs, redox, …). Tässäkin ”arkijärjellä” (eli ei sekaannu kun kyse on orgaanisesta haposta) syntyi oikea lopputulos: magnesium hapettuu hapon läsnäollessa ja silloin joku pelkistyy (eli vety).

Tehtävä 5. ja Tehtävä 6. Itse en tarkastanut juuri näitä tehtäviä. Tehtävä 5 vaikutti hyvältä peruslaskutehtävältä. Sopivasti vaiheita mukana. Tehtävä 6 taas annetun taulukon tulkintaa, ehkä 6.tehtävä helpohko.

Tehtävä 7. Hyvä, kun yo-kokeessa ei tarvitse vastata kaikkiin tehtäviin. Tässä on tehtävä, jossa on tämä orgaanisten yhdisteiden nimeämisen osaaminen (tai nimestä rakennekaavan rakentaminen). Tämä ei ehkä ole niitä kemian yleissivistyksen peruselementtejä (lukiossa), vaikka itsekin olen taustaltani orgaanikko. Toki tehtävässä tämän jälkeen testataan orgaanisten reaktioiden osaamista. Se aina ihmetyttää, että lähes aina on joku ”Markovnikovin säännön” mukaan pääasiassa toteutuva reaktio mukana ja sitten kuitenkin hyväksytään anti-Markovnikovilainen reaktiotuote vastaukseksi. Toki todellisuudessa reaktiotuote on usein seos molempia. Tehtävänannossa voisi ”vihjata”, että vastauksessa haetaan pääasiallista reaktiotuotetta, jolloin tuon Markovnikovin säännön osaaminen voisi olla se asia tehtävässä. Tässä pääsen taas siihen, että pitäisikö opettaa reaktiot reaktiomekanismeistä lähtien, jolloin näitä ei tarvitse osata ulkoa, vaan kaikki perustuu nukleofiilien ja elektrofiilien reaktioihin elektronirikkaissa ja elektroniköyhissä molekyylien osissa (Lewisin happo-emäs-käsitteen kautta lähestyminen).

Tehtävä 8. Liukoisuus- ja reaktioentalpiatehtävä. Hyvä yhdistelmä niin laskentaa, kokeellisuutta (b-kohta) että reaktioenergioiden perusosaamista.

Tehtävä 9. ja Tehtävä 10. Itse en tarkastanut juuri näitä tehtäviä. Tehtävän 9 titrauskäyrien tulkintatehtävä oli mielekäs, toisaalta kouluissa ei liene (voi olla että olen väärässä) työvälineita tuottaa itse titrauskäyriä (paitsi käsin), joten liian usein nämä tulevat opetelluiksi kirjoista. Ja kun joku merkittävä graafinen esitys on tulkittava ”vain kuvana”, siitä jää ulkopuolelle itse kokeellisen työn antama konkteksti. Tehtävä 10 oli kohtuullinen tasapaino-tehtävä täydennettynä kaasulain (yleinen kaasujen tilanyhtälö) soveltamisella. Le Châtelier’n periaatteen hallinta on kemian yksi perusasioista.

Tehtävä 11. Mielekäs ja haastava pohdiskelutehtävä. Ei ihan arkipäivän kemiaa, mutta lähtökohdiltaan todella yleissivistystä mittaava ja lopussa kemian tutkimuksen nykyvirtauksia koostava. Ainerajat ylittävä tehtävä. Se, että vedyn, hiilen, hapen ja typen lisäksi, mainitsee fosforin (ATP:ssä tärkeä alkuaine) ja rikin vaatii hieman paneutumista. Rikin tilalle olisi kelvanneet mm. tärkeät hivenaineet rauta, magnesium, kalsium, natrium ja kalium. Helium kelpasi myös – joskin viittaus fuusioreaktioon hieman oudoksutti. Toki fuusioreaktiota tapahtuu ”energialähteessä” auringossa – siis elämälle tärkeää on myös energia, säteily.

Tehtävä 12. Kemiallisen hapenkulutuksen mittaamiseen liittyvä tehtävä on monella tapaa ajankohtainen. Tehtävän reaktioyhtälön kertoimien määritys oli tehtävä hapetuslukumenetelmällä – eli vaikeimman kautta. Reaktioyhtälön varauksien tasapainottamisen ongelman olisi pitänyt kertoa jo tämän.  Tehtävässä mainittu menetelmä tyhjensi työturvallisuuteen liittyvän pakan tyädellisesti – vaati suojautumista, vetokaappia ja jätteidenkäsittelyä työskentelyn jälkeen. Virheanalyysin edellyttäminen viestitti, että edelleenkin täytyy muistaa kemian kurssien työselostuksissa vaatia paneutumaan myös virhelähteiden mnäärittämiseen. Tällä kertaa edellytettiin myös pohdiskelua, että näyte voisi olla kontaminoitunut (saastunut) näytteenotossa, säilytyksessä ja/tai käsittelyn aikana.

Luento Kemian opetuksen päivillä 19.3.2015 Messukeskuksessa – TVT:n käyttö kemian opetuksessa

admin

Minulla oli tilaisuus pitää luento ChemBio-messujen yhteydessä pidettävillä Kemian opetuksen päivillä. Aamupäivän teemana oli Tieto- ja viestintätekniikan käyttö kemian opetuksessa.

Ennen omaa luentoa esiteltiin Jyväskylän normaalikoulun kokemuksia ja yliopiston kemian opetuksen kehityshankkeita. Oli sen verran iPadeillä pilattu kuvio, etten kommentoi tässä – kommentoin itse tätä salissa niin, että olen saanut tietooni, ettei iPAdien käyttö olekaan niin hyvin toimivamalli (lukiossa) kuin julkisuudessa hehkutetaan. Ehkä sen verran vielä, että nykyaikainen pedagogiikka ja modernit sähköiset muokattavat oppikirjat ja oppimateriaalit sekä käyttökelpoiset animointi – ja 3D-molekyylimallinnusohjelmat eivät näissä leluissa toimi. Jos surffaaminen ja valokuvien ottaminen ovat kemian opetuksen ydintoiminnot, niin ehkä sitten. Jos kouluissa halutaan valmistautumaan sähköisen ylioppilastutkinnon myötä tuleviin vaatimukseen, nyt on aika unohtaa iPadit ja paneutua tieto- ja viestintätekniikan opiskeluun. Näistä myöhemmin.

KemianPaivat_LuentoOman luennon taustalla oli Hgin yliopiston Viikin normaalikoulun kemian opetuksen kehityskertomus kemian opetuksen nettisivuista muokattavien oppikirjojen ja virtuaalisten opiskeluympäristöjen kautta kokonaisvaltaisempaan ubiikkien (tvt aina läsnä) opiskeluympäristöjen kehittämiseen ja hyödyntämiseen.

Kuvassa lukion sähköiset oppikirjat – Orbitaalit. Kirjan nimestä tuli kommenttia, mutta nimen isänä täytyy sanoa, että kyllä nimi kertoo siitä merkityksestä, mikä sidoskemialla ja kvanttimekaanisen atomimallin ymmärtämisellä koko kemian osaamisessa on. Onneksi näiden opetuksen tukena on nykyään tieto- ja viestintätekniikan myötä mallintamisen työkalut. Tweetit ovat tulevaa arsenaalia.

Luennon kalvot pdf-tiedostona löytyvät kotisivuiltani ajankohtaista -kohdasta. Asiaan liittyvää aineistoa löytyy niin tässä blogista kuin myös Norssien LUTO-hankkeen blogista http://norssiluto.blogspot.com.

 

Eager-hanke Viikin normaalikoulussa – Science Practices (Tieteen käytännöt) työtapana kemiassa

admin

K12_ScienceViikin normaalikoulussa ollaan mukana ns. Eager-hankkeessa. Kyse on Michiganin yliopiston käynnistämä STEM-opetuksen kehittämishanke. Taustalla on Yhdysvaltojen oma OPS-uudistus, jonka tueksi on tuotettu laaja julkaisu Tiedeopetuksesta (lataa oma).

Mitä uutta tämä tuo tiedeopetukseen – minun tapauksessa kemian opetukseen?

Lähtökohtana on kemiallinen ilmiön selittäminen (tästä myöhemmin lisää) tai ongelman ratkaisun suunnittelu ja toteutus. Sitä tukee 3D-oppiminen: a) rakennettu tieteellisille perusajatuksille (teorioille, lainalaisuuksille, malleille), b) tieteellisten käytäntöjen hyödyntämiseen (teoria/väite – todisteet/löydökset – perustelut, jossa em. kaksi osaa yhdistetään), c) asioita yhdistävien käsitteiden käyttö. Tärkeää on rakentaa ja liittää uusia ajatuksia koko prosessin ajan.

Itse toimintamallin käytäntöä voidaan kuvata seuraavalla kalvolla:

eager_sabluuna

Työskentely ei etene numerojärjestyksessä, vaan risteilee tarpeen mukaan kohdasta toiseen. Tässä hahmottuu, miten käytännössä 3D-oppiminen toteutuu käytännössä.

Käytännössä työskentely voidaan aloittaa selkeän toimintamallin pohjalta, ajan mittaa työskentelyn eri vaiheet tuntuvat luonnollisilta. Itse kokeilin lähestymistapaa kolmen teeman ympäriltä:

  1. Atomin elektronien energiatasojen miehittyminen – teoria lähtee liikkeelle kvanttimekaanisen atomimallin ja kvanttilukujen  ymmärtämisestä. Data kerättiin jaksollisesta järjestelmästä, elektronijakaumakaavioista ja elektronikonfiguraatioista. Väitteiksi rakentuivat (myöhemmin näille nimille kirjattuina) minimienergiaperiaate, Hundin sääntö ja Paulin kieltosääntö.
  2. Vahvat ja heikot sidokset – peruskäsitteet eli erilaiset vahvat ja heikot sidokset otetaan tutkimuksen lähtökohdiksi. Tutkimuksen kohteena oli kokoelma erilaisia aineita, alkuaineita, ioniyhdisteitä ja kovalenttisia molekyylejä. Haettiin kokeellisia perusteluja niissä esiintyviin vahvoihin ja heikkoihin sidoksiin.
  3. Spektroskopia – spektroskopian periaatteiden ymmärtämisen kautta (aallonpituuksien absorptio ja emittoituminen). Tutkimuksessa konkreettisesti paneuduttiin orgaanisten molekyylien tunnistamiseen IR-spektrien avulla.

Lukiolaiset (lukion kemian 2.kurssi) tekivät tuloksien perusteella raportit. Se, mihin aiemmin en ole omassa opetuksessa tarpeeksi käyttänyt aikaa ja resursseja, on ollut 1) tuloksien kirjaaminen, myös ristiriitaisten, niiden avulla asioiden selittäminen ja erilaisten tulkintojen tekeminen (kohdat 3 ja 4) 2) keskusteluun ja ajatusten testaamiseen yllyttäminen ja lopuksi 3) todisteiden ja väitteiden kokoaminen perusteluiksi (raporteiksi).

Työtapa on työläs ja vaatii selkeästi enemmän aikaa, kuin tilanteessa jossa näitä teemoja lähestytään enempi vain teorioiden kautta (mikroskooppisten ilmiöiden mallintamisen kautta).