Author: Johannes I S Pernaa

Posted on

Optisen isomerian opetus ja kolmiulotteinen tulostus

Kolmiulotteinen tulostus (3D-tulostus) tulostus on tekniikka, jolla voidaan luoda fyysinen kappale tietokoneella tehdystä virtuaalisesta mallista. Yleisin menetelmä perustuu termoplastisen muovin sulattamiseen ja uudelleenjähmettämiseen haluttuun muotoon.

Valitsin pro gradu –tutkielmani työkoneeksi kuitenkin stereolitografiaa hyödyntävän tulostimen, joka polymeroi nesteen tarkasti kohdennetun UV-valon avulla. Tulostin siis erilaisia molekyylimallien osasia, joista oppilaat voivat rakentaa erilaisia kiraalisia yhdisteitä. Tätä varten kehitin myös oppimateriaalin, jotta fyysisten molekyylimallien parhaat puolet tulisivat hyödynnettyä. Kirjallisuusanalyysin perusteella oppilailla on tyypillisesti haasteita molekyylien kolmiulotteisen rakenteen hahmottamisessa, jota tukemaan pyrin keksimään aihetta mahdollisimman hyvin tukevia tehtäviä.

Kehittämäni menetelmän avulla virtuaalisista molekyylimalleista pystytään rakentamaan visuaalisia ja tarkkoja fyysisiä malleja – erityisesti molekyyligeometrialtaan paremmin laskennallisia mittasuhteita vastaavia molekyylejä kuin perinteisillä koottavilla molekyyliseteillä. Alla olevassa kuvassa on tulostamanani molekyylimallisetti, jossa on omat liitospalikat eri atomien välisille sidoksille ja atomit on väritetty kynsilakoilla vastaavin värein kuin esimerkiksi molekyylimallinnusohjelmistoissa.

 

Kuvan molekyylimallisetillä voidaan rakentaa kiraaliseen yhdisteeseen funktionaalisia ryhmiä, halogeeniryhmiä ja poolittomia hiilivetyketjuja. Tutkimuksessani kolmiulotteista hahmottamiskykyä haastettiin mm. allaolevalla tehtävällä. Tämänkaltaisissa tehtävissä tutkittavan ryhmän opiskelijat hyödynsivät aktiivisesti ja monipuolisesti kehittämääni molekyylimallisettiä.

Mikä enantiomeeri on kuvassa? Piirtäkää yhdisteen peilikuvaisomeeri (vety poispäin).

Tutkimukseni perusteella 3D-tulostuksen avulla voidaan tuottaa tarkkoja ja toimivia molekyylimalleja, mutta itse tulostusprosessiin liittyy haasteita; tulostamisen hitaus, molekyylimallien tuottamisen työläys ja tietyt tulostusprosessiin liittyvät turvallisuusriskit. Kolmiulotteisella tulostuksella on kuitenkin kemian opetuksen lisäksi paljon potentiaalia muussakin opetuskäytössä, jota varten tarvitaan lisää toimivia ja tarkoituksenmukaisia oppimateriaaleja.

Tutustu koko tutkimukseen tästä.

 Teksti ja kuvat: Tapio Rajala
Posted on

Oppimispelit kemian opetuksen tukena

Oppimispelit ovat oiva lisä kemian opetukseen. Välillä kemian opiskelu saattaa tuntua opiskelijoista haastavalta, johtuen kemian olemuksesta ja luonteesta. Oppimispelit auttavat opiskelijoita soveltamaan aikaisempaa tietoa sekä voivat osaltaan motivoida kemian opiskelun pariin. Suoritettu tutkimus osoitti miten Elämä/Kemia-oppimispeli todella motivoi ja innosti opiskelijoita kemian opiskelun pariin. Pelin sosiaaliset elementit, kuten kilpailullisuus ja yhteisöllisyys tekevät pelin pelaamisesta rennon ja virkistävän lisän opetukseen.

Kuva 1. Elämä/Kemia-oppimispelin pelilauta.

Elämä/Kemia-oppimispeli (kuva 1) on suunniteltu peruskoulun 9-luokkalaisten
kemian kertausvälineeksi. Opiskelijat pelasivat peliä kulkemalla aloitusruudusta myötäpäivään. Johonkin tietoruutuun osuessaan joutuivat he vastaamaan kysymykseen, johon oikein vastaamalla kerryttivät he tiedepääomaansa. Pelissä tätä tiedepääomaa vastaavat tutkimuspisteet joita jokaisella pelaajalla on alussa 20. Pelin voittaa se, kenellä on ensiksi 40 tutkimuspistettä tai se kenellä on viimeiseksi pisteitä jäljellä. Tutkimuspisteillä pelaaja voi myös “ostaa” kysymyksiin vihjeitä. Pelaajan joutuessa vastapuolen ruutuun saa ruudun omistaja pisteitä jos kysymykseen vastaaja vastaa väärin. Kaikkien tietoruutujen kysymykset on luotu uuden perusopetuksen opetussuunnitelman (POPS) mukaan, kysymysten laadinnassa on hyödynnetty kemian perusopetuksen uusimpia kirjasarjoja. Näin ollen peli itsessään voi toimia opetusvälineenä.

Tutkimukseen osallistuneista opiskelijoista suurin osa oli sitä mieltä, että peli sopisi hyvin kemian opetukseen, joko sellaisenaan normaalin päiväopetuksen tukena tai kertausvälineenä. Lähes kaikki vastaajat kokivat ryhmässä pelaamisen positiiviseksi kokemukseksi. Kaikki tutkimukseen osallistuneet opiskelijat haluaisivat pelata oppimispelejä myös jatkossa. Oppimispeleillä voi olla oma paikkansa kemian opetuksen tukena tulevaisuudessa. Ajan puute on tietysti haastava ongelmakohta, milloin meillä olisi aikaa pelata peliä?
Tämä tutkimus on osoittanut, että oppimispelejä rohkeasti omaan opetussuunnitelmaansa sisällyttämällä voidaan saavuttaa jotain mitä normaalilla luokkahuoneopetuksella ei välttämättä voida saavuttaa. Oppimispeleillä on valtava potentiaali opiskelijoiden motivoinnilla ja kiinnostuksen herättämisellä kemian opintojen pariin.

Tutustu koko tutkimukseen tästä.

 Teksti ja kuva: Toni Silvennoinen
Posted on

Formatiivinen arviointi kemian oppimisen tukena

Muistatko, miten sinua on arvioitu koulussa? Koitko arvioinnin auttavan sinua oppimisessasi? Tutkimuksen mukaan oikeanlainen arviointi ohjaa opiskelua ja oppimista enemmän kuin mikään muu tekijä oppimistilanteessa. Erityisesti opettajan antamalla arviointipalautteella on suuri vaikutus siihen, minkälaisena oppijat näkevät itsensä oppijoina.  Toisaalta tutkimukset ovat osoittaneet, että kemia koetaan vaikeaksi oppiaineeksi.  Näiden syiden vuoksi onkin tärkeää etsiä eri menetelmiä opetuksen ja oppimisen tueksi kemiassa. Oikealla tavalla toteutettu formatiivinen arviointi tutkitusti vaikuttaa myönteisesti oppijan opiskeluun ja oppimiseen. Joulukuussa 2018 valmistuneessa pro gradu -tutkielmassa selvitettiin, minkälaisia formatiivisia arviointimenetelmiä kemian oppimisen tukena voisi käyttää.

Helsingin yliopiston tiedekasvatuskeskus järjesti luonnontieteen opettajille täydennyskoulutusta (2016) aiheesta formatiivinen arviointi, jonka aikana opettajille opetettiin muun muassa Fakta ensin -arviointimenetelmä. Opettajat käyttivät tätä arviointimenetelmää osana opetustaan erään kemian oppitunnin aikana. Tämän jälkeen oppijat vastasivat kyselylomakkeeseen, jossa kysyttiin käytetystä Fakta ensin -arviointimenetelmästä sekä yleisistä formatiivisen arviointitavoista. Kyselytutkimuksen vastauksia analysoitiin monimenetelmäisellä tutkimusmetodilla.

 

Tutkielman tulosten perusteella oppilaat ja opiskelijat pitivät kysytyistä formatiivisen arvioinnin tavoista eniten siitä, että he saavat henkilökohtaista palautetta opettajalta. Sen lisäksi he kokivat Fakta ensin -menetelmän positiivisena tapana toteuttaa arviointia sekä kokivat sen auttaneen tunnistamaan omaa oppimistaan.  Arvionitikulttuurin muutoksen aikana on tärkeä huomioida myös oppijoiden kokemuksia arviointimenetelmästä, jotta saavutettaisiin kemian opetuksesta kehittävä ja mielekäs kokonaisuus.

Jotta osattaisiin tukea oppijoita kemiassa, on tärkeää tunnistaa haasteet kemian opetuksessa. Miten sinä hyödynnät formatiivista arviointia kemian opetuksessa? Pro gradu -tutkielmassa esitetyn formatiivisen Fakta ensin -arviointimenetelmän lisäksi Helsingin yliopiston Koulutuksen arviointikeskus on koonnut hyödyllisen koosteen formatiivisista arviointitehtävistä ja -välineistä arvioinnin tueksi.

Linkki: https://blogs.helsinki.fi/opinarvio/files/2015/08/Välineitä-formatiiviseen-arviointiin.pdf

Tutustu koko tutkimukseen tästä.

 Teksti ja kuva: Iines Kuosmanen