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.
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)
aino yleisesti, sitten heterogeeninen tasapaino, liukoisuus, liukoisuustulo ja ionitulo sekä sen jälkeen homogeeninen tasapaino homogeenisissa seoksissa, happo-emäs-reaktioissa, puskuriliuoksissa jne. – hieman saattoi vaikuttaa videoiden hyödyntämiseen (ne oli tietenkin laadittu perinteisen etenemisjärjestyksen mukaisesti).