Viikin 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:
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:
- 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.
- 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.
- 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).