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.

Flipped classroom vs perinteinen kolmivaiheinen opetus (3) – Ensimmäisiä kommentteja lukiolaisilta

Lukiolaisten (FC-luokalle osallistuneet) kommentteja itse toimintamalliin kysymyksessä ”Mitä kurssilla olisi voinut tehdä toisin?” (11/15 vastausta) ryhmiteltynä sen mukaan, miten FC-tyyli sopi lukiolaisen omasta mielestä itselleen:

Täysin tai osittain eri mieltä (L11, L5, L8, L10):

  • L5: Ehkä kerrata teoriaa enemmän videoiden lisäksi.
  • L8: Ehkä ohjattu opetus olisikin ollut hyödyllisempää.
  • L10: Ehkä oltaisiin voitu katsoa enemmän esimerkkitehtäviä yhdessä. Videot eivät mielestäni antaneet riittävästi tietoa monienkaan tehtävien tekemiseen, joten ainakin itselläni meni moniin tehtäviin aika paljon aikaa.
  • L11: Tunnilla olisi voinut olla enemmän opetusta ja yhdessä esimerkkilaskujen läpikäymistä.

Osittain tai täysin samaa mieltä:

  • L1: Teoriaa olisi voinut olla tunnin aikana enemmän, koska oli raskasta tehdä koko ajan tehtäviä ja olisi ollut mielenkiintoisempaa kuulla myös suullisesti teoriasta, eikä vain kirjasta itse lukemalla.
  • L2: Videot olisivat voineet olla parempia, koska ne olivat hyvin tylsiä.
  • L3: Myös kotiin olisi voinut antaa jotain tehtäviä, jotka tarkistettaisiin yhteisesti seuraavan tunnin alussa ja tunneille olisi voinut asettaa tiettyjä tavoitteita, että tietyt tehtävät pitää tehdä tunnin aikana. Nyt kun mentiin omaan tahtiin, pysähtyi tahti
  • L4: Olisi voitu käydä hieman teoriaa tunnilla, mutta videoillakin pärjäsi hyvin.
  • L6: Mielestäni kaikki oli mieluisaa.
  • L7: Pienempi ryhmäkoko oli todella hyvä juttu, sitä olisi toivonut jo aiempiin kursseihin.
  • L9: Videot oltaisiin voitu julkaista aikaisemmin (siis seuraavaan tuntiin liittyvät videot)

Yleisesti voi todeta sen, kokeilun loppukommentit eivät olleet tyrmääviä. Ehkä-lauseet ja konditionaalit eivät ainakaan pakota toteamaan, että työskentely malli olisi täysin epäonnistunut. Kun lukiolaisilta kysyttiin, ”Tämä toimintatapa olisi toiminut myös aiemmilla kemian kursseilla”, vain 3/11 oli samaa mieltä (ja olivat täysin samaa mieltä). Ja näistä kaksi oli juuri ne, jotka totesivat, että FC-toimintamalli sopii heille (täysin samaa mieltä). Tästä ei voi vetää selkeitä johtopäätöksiä, mutta epävarmuutta ilmenee. Itsekin opettajakokemukseni perusteella en suosittelisi toimintamallia ainakaan lukion 1.vuoden kursseille. ’Ei sen vuoksi, että menetelmä olisi sinällään huono, vaan siksi, että toimintamalliin liittyy merkittäviä itsenäisen opiskelun vaateita (motivaatio!). Nämä selkiytyvät, kun on tiedossa, aikooko esim. kirjoitFC_vs_laskettuja
taa kemian ylioppilaskirjoituksissa.

Se, mitä on kiinnostavaa ilmenee seuraavassa taulukossa. Miten laskutehtävien tekeminen (määrä!) muuttuisi FC-toimintamallin myötä, on mielenkiintoinen kysymys. Taulukosta käy ilmi, että FC-toimintamallista pitäneet kokivat, että tällä tapaa tulee tehdyksi enemmän aiemmin kotiin annettavia laskutehtäviä. Tietenkin tämähän toimintamalli perustuu siihen, että ns. kotiläksyjä tehdään itse oppitunnilla. Osittain tähän voidaan myös, katsomalla, miten paljon luiolainen (omasta mielestään) panostanut FC-toimintamallin mukaiseen työskentelyyn. Onko teoriaa käsitteleviä videoita ja esimerkkejä katsottu kotona?

FC_vs_omapanostus

Videoiden katsomisella tai katsomatta jättämisellä ei ole yhteyttä itse käsitykseen FC-toimintamallin sopivuudesta itselle. Videoiden katsomisella oli kuitenkin selkeä vaikutus siihen, miten koettiin laskutehtävien määrän toteutuminen oppituntien aikana. Mitä sekin on FC-toimintamallin idea.Omapanostus_vs_laskettuja

 

 

 

 

 

Koska ryhmän koko oli pieni, mitään merkittäviä johtopäätöksiä ei voi tehdä, eikä ollut tavoitteenakaan. Tässä vaiheessa tulee ainakin yksi kysymys eteen, johon haluaisi vastausta: pitäisi lukiolaisille tarjota mahdollisuus osallistua joko FC-toimintamallin mukaiselle tai ”perinteisemmälle” kurssille? Miten tätä toimintamallia pääsee kokeilemaan, jos olisi itselle sopiva. (ja analyysi jatkuu).

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.

Flipped classroom vs perinteinen kolmivaiheinen opetus (2)

Tutkimusta ja kokeilua on jatkunut nyt viisi viikkoa. Täytyy heti alkuun todeta muutama havainto:

  • olen saanut pidetty kutakuinkin linjan siinä, että FC-ryhmälle en teoriaa opeta – tunnilla tehdään tehtäviä ja kokeellisia töitä
  • luokkatilassa oleva pöytäryhmäasetelma tuo nyt selkeämmin vuorovaikutteisen elementin työskentelyyn – lukiolaiset keskustelevat ja pohtivat asioita yhdessä, opettajan panosta vaaditaan harvemmin (laitan kuvan seuraavaan postaukseen)
  • oppimista edistävää arviointia on tuettu ”pakollisilla kotitehtävillä”, joiden tarkoitus on tukea formatiivista arviointi ja luoda motivointielementtejä opiskeluun – oman osaamisen mittaamista
  • videoissa – opetus.tv :stä poimitut – on tietenkin tekijän painotukset ja lähestymistavat, samalla tavalla kuin omassa uuden asian esittely sessioissa toisen ryhmän oppitunneilla – ja painotuseroja löytyy (näitä täytyy vertailla kurssin päätyttyä)

Perinteisesti käsittelyjärjestyksestä poikkeaminen – eli ensin käsiteltiin tasapWP_20151030_005aino 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).

Vieressä kuva kokeellisen työn yhdestä hetkestä – oppilaan innolla dokumentoimassa tapahtumaa – työselostukseen halutaan autenttisia kuvio työn vaiheista.

Lähestymistapojen eroja ja vaikutuksia selvitetään lukiolaisten omien kommenttien pohjalta ja itse ylioppilaskirjoituksissa saatavan palautteen perusteella (moniko vastasi kurssin kysymyksiin, miten tehtävävastaukset mahdollisesti poikkesivat jne. – analyysiä niin paljon kuin on luvallista tehdä yo-vastauksista).

Positiivisen elementin toi opetusharjoittelijoiden osallistuminen työskentelyyn. Yksi harjoittelijoista halusi myös valmistella ja toteuttaa yhden FC-ryhmän oppitunnin. Hänen pohdintansa ovat arvokasta materiaalia.

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)

Flipped classroom vs. perinteinen kolmivaiheinen opetus

Aloitin oman FC-minitutkimuksen a) selvittääkseni itselleni flipped classroom -pedagogiikan käytännön toteuttamiseen liittyviä asioita b) hakeakseni tutkimuksellista asetelmaa kahden erilaisen (itse toteuttamani) lähestymistavan vertailemiseksi ja c) hahmottaakseni kahden erilaisen toimintamallin toimivuutta nyt saatavien tuloksien perusteella. Tässä ja jatkossa käytän lyhennettä FC-luokka kuvaamaan Flipped-opetuksen ryhmää ja F2F-luokka kuvaamaan ryhmää, jossa uuden asian opetus tapahtuu oppitunnilla.

Käytännön asioita mielestäni alussa olivat mm.

  1. oppilaiden suostumuksen saaminen kokeiluun (tutkimuseettinen näkökulma) – reliabiteettiin liittyen tämä tietenkin aiheuttaa lisäelementin ”ulkoisen motivaation” kohdalla, muuttuko tutkimuskohde, kun se tietää, mitä tutkitaan
  2. miten mitataan (varmistetaan?), että FC-luokka on katsonut pyydetyt videot ennen oppituntia – tämä varmistamiseksi toteutan tunnin alussa (3-5 min) kahden kysymyksen testin, jossa pitäisi ilmetä, onko teorian hallintaan liittyvät videot katsottu etukäteen
  3. miten varmistan, etten itse omassa opetuksessa F2F-luokan kanssa keskity em. testin kysymyksiin vastaamiseen – vai olenko jo etukäteen määritellyt tehtävät niin, että minun uuden asian esittelyosuudessa niihin tulee ”oikea” vastaus
  4. kun oppilaita on poissa, miten heidän osalta toimitaan, pitäisi olla eri seuranta (molemmissa ryhmissä ”Italian matkalaisia”).
flipped_classroom_tyoskentelya

Huomioita heti alkuun:

  1. Oppilaiden valmius lähteä mukaan kokeiluun oli yllättävän hyvä, kahden tunnin ajan työskentely on onnistunut FC-luokassa erinomaisesti (toki niin on F2F-luokassakin)
  2. Videoissa – opetus.tv – erään pulman muodostaa se, että niiden lähtökohtana on alun perin ollut eri etenemisjärjestys, ja omassa opetuksessa tämä kuitenkin ei näy (heterogeenisen tasapainon ja liukoisuustulon käsittely ennen homogeenisen tasapainon syventämistä).
  3. Opetuksen painotukset eivät muutu, koska videon kanssa työskentely ei mahdollista kysymyksiä tai tarkennuksia, toisin kuin F2F-opetuksessa.

Ainakin aluksi tutkimus on narratiivinen ja perustuu tutkijan omiin valintoihin sisältöjen osalta ja omiin tulkintoihin luokkatilanteista. Oppimistuloksia mitataan tehtävien ja kertyvien tuotoksien perusteella. Toki myös keväällä 2016 ylioppilaskirjoitukset kertovat jotain.

 

Tvt kemian opetuksessa -katsaus on päivitetty

Olen tehnyt laajan koosteen lukion kemian opetuksesta ja opiskelusta painottaen tieto- ja viestintätekniikan käyttötarkoituksia niissä. Käytännön esimerkkien lisäksi olen pyrkinyt kirjaamaan myös pedagogisia perusteluja käytölle. Artikkeli löytyy kotisivuilta linkistä: http://www.myllyviita.fi/aineistot/artikkelit/Tvt_kemian_opetuksessa_Dimensio.pdf . Kaikki kommentit ovat tervetulleita, myös ajatukset uusista kokeiluista.

 

Luento MAOL:in kevätpäivillä 18.4.2015

Minulla oli tilaisuus pitää luento MAOL:n kevät päiville TVT:n käytöstä kemian opetuksessa. Luento pohjautui vahvasti jo muutama viikko sitten Kemian päivillä pitämääni luentoon. Teemasta on ilmestymässä myös artikkeli ja päivitän tämän blogin Viikin opetuksen osiota.

Luennosta jäi koko joukko asioita mainitsematta – kuten luennolla totesin asiat ja niiden konkreettinen kokeilu vaatisi viikon mittaisin kurssin – näin alkuun. Kevään aikana käynnistyy LOPStuki2016 -hanke Opetushallituksen tuella, sen tueksi voisimme toteuttaa myös ainekohtaisia syventäviä koulutuspäiviä – ainakin kemian osalta, koska lukion kemian opetussuunnitelmassa on odotettavissa isompi muutoksia KE1 ja KE2 -kurssien sisällöissä.

Luentoni kalvot löytyvät kotisivuiltani: http://www.myllyviita.fi/aineistot/luennot/Tvt_kemian_opetuksessa_MAOL_paivat_180415.pdf .

Kevään 2015 kemian yo-koe

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

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.