Etäopetus osana kemian opetusta ja oppimisympäristön merkitys

Etäopetusta joudutaan (!) hyödyntämään tilanteissa, joissa oppija ei pääse vaikeiden koulumatkojen takia tai ollessaan liikuntakyvyttömänä (sairaana) kotona. Etäopetusta voidaan hyödyntää joko synkronisena (online-opetuksena opettaja-oppija-asetelmalla tai hybridiopetuksena) tai asynkronisena (itsenäinen työskentely kotona ohjeiden pohjalta). Ensimmäistä vaihtoehtoa rajaa usein resurssit ja mahdollisuudet samanaikaisopetukseen normaaliopetuksen rinnalla. Tätä on pohdittu erikseen hybridiopetuksen kontekstissa. Tähän jälkimmäiseen haetaan vastausta ja työkaluja tässä hankkeessa.

Oppimiskäsitykset ja näkemykset oppimisympäristöistä ovat kytköksissä toisiinsa. Tässä rakentuvan toimintamallin taustalta löytyy hieman erilainen asetelma kuin omassa opetuksessa toteutuu: 1) aktiivinen tiedon luominen, jossa tapahtuu tiedon rakentamista vuorovaikutuksessa ilmiön ja toisten oppijoiden kanssa; 2) erilaiset sosiaalisen vuorovaikutuksen tilanteet, joissa ensin yksin työstettyä artefaktia (esim. mallia) oppijat edelleen työstävät yhdessä muodostaakseen yhteistä käsitystä asiasta. Tilanteessa, jossa oppija on ”yksin” vain ohjeiden kanssa, oppimistilannetta täytyy miettiä eri näkökulmasta.

Kokeellisuus on tärkeä osa kemian opetusta

Ensimmäinen lähtökohta on se, että joka tapauksessa – toteutui opetus ja oppiminen ryhmässä ja lähiopetuksena tai yksin ja etänä –kokeellisuus tuo tärkeän elementin kemian ymmärtämiseen. Kemian

opetuksen yksi kantavista ajatuksista on Johstonen kolmioon (vieressä) perustuva käsitteiden ja teemojen käsittelytapa, jossa huomioidaan niiden makroskooppinen,  submikroskooppinen ja symbolinen taso. Vaikeiden ja abstraktisten käsitteiden oppiminen vaatii mm. ilmiöiden havainnointia ja niistä tehtävien johtopäätösten tekemistä ja sekä yhdistämistä käsitteisiin liittyvään teoriaan ja mahdollisiin malleihin. Kokeellisuutta voidaan toteuttaa ilman ryhmässä tapahtuvaa työskentelyä, jos vain sopivat välineet ovat käytettävissä. Tämä vaatii osaltaan ”itsenäiseen työskentelyyn” perustuvan opiskelun ohjeistuksessa ja tukemisessa erilaisia työkaluja kuin normiopetuksessa on käytettävissä.

 

Luonnontieteen ja kemian tavoite on selittää ja ja tietyissä tilanteissa ennustaa ilmiöitä. Näitä voidaan havaita luonnossa tai ne ilmenevät esimerkiksi kemiallisissa reaktioissa tai välillisesti erilaisten mittaustulosten kautta. Tässä pohditaan, mitä voimme toteuttaa kotioloissa (ei laboratorioympäristössä, mutta kemian työkaluilla ja kemikaaleilla).

Luonnontieteelliset tiedekäytännöt tukena

Kemian opetuksessa on hyvin tärkeää nähdä sen tieteellinen (luonnontieteellinen) luonne ja sovittaa siihen kemialle tyypillisiä työkaluja ja erilaisia käytäntöjä. Eräässä hankkeessa (PIRE) on pohdittu luonnontieteellisten tiedekäytäntöjen soveltamista opetukseen:

• kysymysten esittäminen tai ongelman määrittäminen
• mallin kehittäminen ja käyttäminen
• tutkimuksen suunnittelu ja toteuttaminen
• aineiston analysointi ja tulkinta
• matemaattisten ja laskennallisten menetelmien käyttö
• selitysten laatiminen
• todistusaineistoon nojautuva argumentointi
• informaation hankkiminen, arviointi ja jakaminen

 

Kokeelliseen työskentelyyn ei riitä ainoastaan ilmiöiden tuottaminen ja niiden havainnointi, vaan on oppimisen ja ymmärtämisen kannalta tärkeää liittää työskentelyyn, tapahtui se sitten oikeassa kemian laboratoriossa tai kemian työvälineillä hieman alkeellisimmissa puitteissa, esim. kotona.

 

Kokeelliseen työskentelyyn on liitettävä:

1. oman ongelman tai hypoteesin määrittäminen ja siihen liittyen kysymysten esittäminen (nämä voi myös opettaja antaa)
2. oman tutkimuksen (kokeellisen työn) suunnittelu ja toteutus (opettaja voi kemikaaliturvallisuuden varmistamiseksi laatia tueksi joitakin ohjeita)
3. aineiston (datan) keräämisen varmistaminen ja dokumentointi (myös kuvien ja videoin)
4. tarpeellisten laskujen tekemisen ja graafisten esitysten tuottamisen em. datasta ja aineistosta
5. aineistolähtöisten selitysten (analysointi) ja tulkintojen tekemisen sekä mahdollisten mallien rakentamisen, em. yhdistämisen ongelman ratkaisemiseksi tai hypoteesin vahvistamiseksi tai kumoamiseksi.

Kemian opetuksessa on pitkään pohdittu kokeellisen työskentelyn merkitystä ja laajuutta. Tiedekäytäntö-ajattelu laventaa asiaa, koska luonnontieteelliset käytännöt eivät ole vain kokeellista työskentelyä. Palaan tähän myöhemmin tarkemmin. Kokeellista työskentely on mm. oppikirjoissa usein esitetty ”reseptien mukaan toimimisena”: toteutetaan annetun ohjeen mukainen työ ja kirjataan näkyviin tulleet ilmiöt ja havainnot.

Oma kokemus osoittaa ja myös tutkimukset todistavat, että erilaisten ilmiöiden ja havaintojen selittäminen luonnontieteen käsitteitä ja prosesseja hyödyntäen on vaikeaa. Tässä tiedekäytäntölähtöisessä lähestymistavassa tähän paneudutaan ja tavoitteena on se, että muutaman prosessin jälkeen se olisi helpompaa ja luonnollista osana luonnontieteen oppimista. Opitaan argumentoimaan, rakentamaan selitysmalleja, hyödyntämään havaintoja em. tueksi. Hankkeen laadittu uudenkaltainen työselostusmalli on laadittu tukemaan juuri tämän kaltaista työskentelyä. Siinä oppijaa pyydetään kirjaamaan (ja dokumentoimaan, mm. kuvien, taulukoiden tai graafisten esitysten avulla) yksityiskohtaisesti väitteet, todistusaineisto ja päättelyketju (reasoning). Väite täytyy liittää siihen ilmiöön, jota ollaan tarkastelemassa (myös mahdollinen ohjaaja kysymys auttaa tässä). Todistusaineistoja ovat erilaiset tieteelliset aineistot, joka on kerätty omien tutkimuksien kautta, opettajan esittämistä demonstraatioista tai havainnollistamista tilanteista, kirjallisuudesta tai aikaisemmista aineistoista. Päättelyketjussa nämä edellä mainitut sovitetaan yhteen. Selitetään, miten ja miksi aineisto toimii todistusaineistona, käyttämällä tässä tieteenalaan liittyviä käsitteitä ja periaatteita.

Suomalaisessa kemian opetuksessa nämä tiedekäytännöt eivät ole vallanneet vielä alaa. Joiltakin osin niitä voidaan tunnistaa mm. tutkivan oppimisen (inquiry based learning) tai kokeellisen oppimisen lähestymistavoissa. Varsin usein nämä ovat edelleen valmiiden ohjeiden ja reseptien noudattamista, ja vain joidenkin ilmiöiden toteamista. Liian vähälle huomiolle ovat jääneet tutkimuksien suunnittelu ja tutkimuksissa kerätyn aineiston analysointi ja hyödyntäminen erilaisten tulkintojen luomisessa (osana itse tutkimusta). Selitysten laatiminen ja erilaisten mallien rakentamisen selityksien tueksi sekä näiden avulla tapahtuva ja todistusaineistoon nojautuva argumentointi on harvinaista. Nykyaikaisen monipuolisen arvioinnin tukena ovat kokeellisen työskentelyn ja työselostuksien arviointi.

Lukion opetussuunnitelmassa todetaan arvioinnista:

”Arviointi perustuu monipuoliseen näyttöön ja opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Kemiallisen tiedon ymmärtämistä ja soveltamista voidaan osoittaa eri tavoin. Erilaisten tuotosten lisäksi arvioidaan työskentelyn eri vaiheita, kuten kysymysten muodostamista ja tutkimisen taitoja. Arvioinnissa otetaan huomioon taito työskennellä kokeellisesti, hankkia tietoa ja soveltaa sitä.”(LOPS2021)

Mikrokemia mahdollisuutena

Kemian opetus ei voi perustua vain keittiökemikaaleihin ja astioihin. Kuten edellä jo totesin, kemian opetuksessa on hyvin tärkeää nähdä sen tieteellinen (luonnontieteellinen) luonne ja sovittaa siihen kemialle tyypillisiä työkaluja ja erilaisia käytäntöjä. Ilmiöitä tapahtuu sitten arjessa ja luonnossa, lähes kaikkialla.

Kemian opetuksessa halutaan korostaa myös kemikaaliturvallisuutta, joka ilmenee mm. suojavälineiden käyttämisenä, vaarallisten kemikaalien korvaamisella vähemmän vaarallisilla (pienemmillä konsentraatioilla, korvaavat kemikaalit) tai esimerkiksi mikrokemian (microscale chemistry) lähestymistavoilla, jossa minimoidaan kemikaalien määriä ja laitteiden kokoja. Tämän tueksi on tulossa oma suomenkielinen oppikirja ja materiaali opettajien tueksi.

Se, että kemian kokeellisia töitä voidaan tehdä kotona ilman merkittäviä satsauksia ilmastointiin tai työtiloihin, onnistuu hyödyntämällä mikrokemian lähestymistapoja ja ajattelun pohjalta laadittuja toimintaohjeita. Kemikaalien pienet määrät eivät pakota erityisiin ongelmajätteiden keräämisen organisointiin, myös käytettävien kemikaalien pitoisuuksien säätäminen helpottaa tätä. Oman pedagogisen ulottuvuuden tuo se, että ilmiöt eivät välttämättä ole niin näyttäviä, vaan niiden havaitsemiseen täytyy keskittyä, mikä on äärimmäisen hyvä asia.

Oma työkalupakki

Tämän ”työkalupakkihankkeen” yhtenä tavoitteena on rakentaa mahdollisimman kohtuuhintainen välinepakki, jossa on mukana kemian näkökulmasta tarpeellisia kemian kokeellisessa työskentelyssä käytettäviä välineitä ja tiettyjä tarpeellisia kemikaaleja. Kemiakonteksti halutaan säilyttää mahdollisimman pitkään.

Suunnittelutyö on tuonut mukanaan mielenkiintoisia haasteita ja asiayhteyksiä. Ensimmäinen asia on kemian perustyökalujen löytyminen työkalupakista. Oheisessa kuvassa on ensimmäisen versio työkaluja jo hahmoteltu: koeputket korkkeineen ja koeputkiteline, pipetit, suppilo ja spaatteli. Lisäksi kuvassa on sähkökemian töihin liittyen kupari- ja sinkkielektrodit sekä muutama grafiittisauva. Kuvasta puuttuu em. liittyen paristo.

Toinen asia on tiettyjen peruskemikaalien löytyminen pakista: pH-paperi, indikaattorit (BTS ja mahdollisesti fenoliftaleiini), magnesium-nauha. Kuvasta puuttuvat kuparisulfaatin ja sinkkisulfaatin suolaliuokset sekä mahdolliset laimeat emäs- (NaOH, 0,1M) ja happo-liuokset (HCl 1M).

Tällä kattauksella pääsee jo alkuun. Seuraavaksi kokoan orgaanisen kemian ja tiettyjen reaktioiden (hajoamisreaktiot, saostumisreaktiot) mukaiset kemikaalit pakettiin. Tavoitteena on kattaa kaikki yläkoulun ja lukion kemian kurssit 1-2 perustyöllä.

Kaiken rinnalla hahmottuu koko ajan työkalupakkiin liittyvä niin opettajan kuin oppijankin opas. Kuinka pitkälle pitää oppaassa mennä teorioihin, on vielä pohdittava. Mitä oppijan on osattava, hallittava ja ymmärrettävä (niin käsitetasolla että työtapojen osalta), jotta työkalupakin hyöty saadaan maksimoitua. Jos kaikki tapahtuu ilman opettajan tukea, täytyy integraatio oman oppikirjasarjan kanssa rakentaa – tietyt työt molemmissa.

Työ jatkuu. seuraavassa bloggauksessa enemmän käytännön esimerkkejä jo mietityistä kokeellisista töistä ja niiden pedagogisista ulottuvuuksista (Johnstonen kolmion ja tiedekäytäntölähtöisen opetukseen pohjautuen).

Kirjoittaja: Viikin normaalikoulun kemian lehtori Ari Myllyviita

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hybridikokeilut siirtyivät lukuvuodelle 2022-2023 kakkosvaiheeseen, jossa päämääränä on jatkaa hybridiopetuksen kehittämistä ja toisena kärkenä saada kahden lukion välille yhteiskursseja, jotka vedetään hybridisti.

Ensimmäisenä kartoitimme miten lukioiden tarjotinta voitaisiin lähteä laajentamaan ja mitä käytännönhaasteita tähän liittyy. Ensimmäinen haaste oli että toisessa lukiossamme ei ole tuntikiertokaaviota, vaan lukujärjestykset tehdään eri tavalla. Sovimme, että seuraavaksi lukuvuodeksi otetaan Normaalilyseon tuntikiertokaaviosta ”reunapaikka”, koska aamun ensimmäiset tunnit ja päivän viimeiset tunnit ovat helpoimpia lukita lukujärjestykseen.  Tämä pakon sanelema ehto vaikuttikin sitten tulevaisuudessa, koska tuntipaikan tunnit ovat maanantaina ensimmäinen tunti, tiistaina ensimmäinen ja torstaina viides tunti ja ymmärrettävistä syistä johtuen se ei ole lukiolaistemme mieluisin tuntipaikka.

Toinen vaihe oli löytää sellaisia kursseja, joita opiskelijat tarvitsisivat. Mietinnässä oli mukana rehtoreita, aineenopettajia ja opinto-ohjaajia. Päädyimme, että ensimmäisessä vaiheessa kokeilemme matematiikan kertauskursseilla, koska se on paljon kirjoitettu aine kummassakin lukiossa ja pienten lukioidemme takia kertauskurssi järjestetään vain kevään kirjoittajille, joten päätimme järjestää kertauskurssit lyhyen ja pitkän matematiikan syksyn kirjoittajille.

Tämän jälkeen kävimme läpi opetussuunnitelmat ja huomasimme, että Normaalilyseon OPS:ssa kertauskursseja on kaksi ja Viikissä vain yksi. Päätimme, että mennään Viikin OPS:n mukaisesti, koska se laajempana kattoi myös Normaalilyseon ensimmäisenkurssin sisällöt. Tämän jälkeen etsimme aineenopettajat, jotka suostuivat opettamaan hybridisti ja kävimme työnantajan kanssa läpi linjaukset korvauksesta. Korvausperustaksi tuli sama kuin ensimmäisen verkkokurssin pitäminen, eli kertoimena tavallisen kurssin korvaukselle käytettiin lukua 1,5. 

Kurssit saatiin lukiolaisten ennakkovalinta tarjottimelle ja molempien lukioiden valinnaisaine infoissa käytiin mainostamassa uutta mahdollisuutta, lukiolaisten Teamsiin tehtiiin esittelyvideot tulevista hybridikursseista ja opinto-ohjaajia pyydettiin ohjaamaan opiskeljoita valitsemaan näitä kursseja, jos aikeissa on kirjoittaa syksyllä. Harmillisesti lopullisen valinnan vaiheessa vain muutamia lukiolaisia saatiin valitsemaan kurssit. Opiskelijamääriä kasvatettiin tarjoamalla kurssia sellaisille, jotka olivat tulossa syksyllä kirjoittamaan uudestaan, mutta jotka olivat jo aiemmin käyneet kertauskurssin. Hieman mutuna voisi sanoa, että lukiolaisia hieman vierasti ajatus hybridistä, koska heillä oli niin vahvoja muistoja korona-ajan etäilyistä.

Lukuvuoden 2023-2024 aluksi saatiin kuitenkin hybridikurssit alkamaan. Viimeisinä asioina mitä piti hoitaa ennen kurssien alkua, oli tekniikan ja tilojen järjestäminen. Toisessa talossa lukiolaiset olivat itsekseen etänä ja toisessa talossa taas opettajan kanssa luokassa ja äänen ja kuvan piti kulkea sujuvasta molempiin suuntiin. Onneksi ensimmäisessä vaiheessa hiotut käytänteet osoittautuivat edelleen toimiviksi.