Kemian opetuksen työkalupakki – opiskelijan työkalupakki ja kokeelliset työt

Hybridiopetusta – kokeiluista käytäntöön

Kesäkuussa 2022 kirjoitin blogia otsikolla ”Kemian opetusta hybridinä”([1] . Silloin totesin, että ”jos ja kun tavoitteena on tuottaa pedagoginen viitekehys ja kokeellisen työskentelyn toimintamalli kemian opetuksen toteuttamiseksi opetussuunnitelman kirjaimen mukaisesti myös etä- ja hybridiopetuksella, täytyy vielä paneutua siihen, miten mahdollistetaan kotona (tai yleensä etänä) tapahtuva kokeellinen työskentely. Tätä varten tarvitaan esim. kemian opetuksen etä- ja hybridiopetuksen työkalupakki, joka sisältää sopivan määrän välineitä, kemikaaleja ja ohjeita lukiossa toteuttavien kokeellisten töiden tekemiseen. Työkalupakkia voi pilotoida lukion eri kursseilla niiden sisältöjen ja lukion kemian tarpeiden kokonaisuuden hahmottamiseksi. Tämän tueksi voidaan työskentelyä ohjeistaa ja havainnollistaa virtuaalilaboratorio-tyyppisten palvelujen avulla.”

 

Tässä hankkeessa (Lukion hybridiopetus) on rakentumassa (ja toteutetaan tuettuna) uuden tyyppinen toimintamalli, jossa verrattaan F2F-tilannetta etänä tapahtuvaan opiskeluun:

 

Taulukko 1: Toimintamallien vertailu F2F-oppiminen ja hybridioppiminen

F2F-OPPIMINEN	MITÄ TAPAHTUU	ETÄ(HYBRIDI)OPPIMINEN
tietoa rakennetaan vuorovaikutuksessa ilmiön ja toisten oppijoiden kanssa	aktiivinen tiedon luominen	tieto rakennetaan vuorovaikutuksessa ilmiön kanssa
ensin yksin työstettyä artefaktia (esim. mallia) oppijat edelleen työstävät yhdessä muodostaakseen yhteistä käsitystä asiasta	erilaiset sosiaalisen vuorovaikutuksen tilanteet	artefaktia (esim. malli tai koetilanne) toteutetaan seuraamalla ohjeita/videoita
koululaboratorion välineet, kemikaalit ja kemian työskentelylle ominainen toimintaympäristö (mm. kemikaaliturvallisuus huomioiden)	hyödynnetään kemian kontekstia (välineet, kemikaalit)	kemian työkalupakki, jossa kotiin saatu kontekstia tukevia välineitä ja kemikaaleja

 

Kuten hankkeen blogissa julkaistussa ensimmäisessä kirjoituksessani ([2] totean, hankkeessa korostetaan edelleen, että kemia on kokeellinen tiede (ja oppiaine) ja ilmiöitä havainnoidaan ja niitä syntyy mm. kemiallisissa reaktioissa, ja nyt ”pohditaan, mitä voimme toteuttaa kotioloissa (ei laboratorioympäristössä, mutta kemian työkaluilla ja kemikaaleilla)”.

Tiedekäytännöt toteutuvat kokeellisuudessa

Luonnontieteellisten tiedekäytäntöjen soveltamista opetukseen täytyy lähestyä nyt itsenäisen työskentelyn tukemisen näkökulmasta: ohjeet ja työtä tukevat videoita täytyy motivoida lopputuloksen (työraportti) ja kokeelliseen työskentelyyn soveltuvien työkalujen avulla. Edelleen työraportin täytyy sisältää osoita, joissa selviää

• kysymysten esittäminen tai ongelman määrittäminen
• selitysten laatiminen
• ilmiöihin ja havaintoihin nojautuva argumentointi

Tutkimuksen suunnittelu jää valitettavasti suurelta osin jo valmiiksi kuvatun koejärjestelyn (koska työkalut on etukäteen valittu työkalupakissa) ja toteutusmallin taakse. Tämä osin jo siksi, että mahdolliset kemikaaliturvallisuuden liittyvät seikat on huomioitu oloissa, joissa opettaja ei ole läsnä (CLP:n mukaisia vaarallisia aineita ei käytetä, kts. kemikaaleja esittelevä kappale).

Edellisessä artikkelissa on tarkemmin pohdittu kokeelliseen työskentelyyn liittyviä asioita. Kokeellista työskentely on mm. oppikirjoissa usein esitetty ”reseptien mukaan toimimisena” ja siihen täytyy hakea toimintamalleja, jotka onnistuvat ja toteutuvat myös kotona tehtävän ”itsenäisen työskentelyn” pohjalta. Tämän tartutaan mm. uudenlaisen työraportti-käytännön ja sisällön kautta.

Kemian työkalupakki mahdollisuutena – 1.versio olemassa

Kuten aiemmin jo on todettu, kemian kokeellisia töitä voidaan tehdä kotona ilman, että kemikaalien käyttöön liittyvä turvallisuus vaarantuu.  Kemiakonteksti halutaan säilyttää mahdollisimman pitkään.

Jo yläkoulun kemian opetuksessa kemian perusvälineet (astiat) esitellään ja niiden käyttötarkoitukset selvitetään. Kuvassa (kuva 1) on perusvälineet:

• dekantterilasi (muovinen)
• mittalasi (muovinen)
• erlenmeyer (muovinen)
• suppilo ja pipetti (muovinen)
• ruisku (muovinen)
• pieni tippapullo (kemikaalia varten, muovinen)

Aiemmin on jo kuvattu koeputkiteline ja koeputket (korkkikorkkeineen) sekä kemialle tyypilliset välineet eli spaatteli, petrimalja. Em. astiatyökaluja käytetään mm. perustöiden toteuttamiseen ja erilaisten liuoksien valmistamiseen.

Perusvälineisiin liitetään sähkökemian elektrolyysiin ja galvaanisen kennon (paristo) mahdollistavat välineet: (kupari-/alumiini- tai sinkkielektrodit) sekä muutama grafiittisauva. Petrimaljassa (muovinen) toteutetaan elektrolyysi (kts. kuva 2).

 

 

 

Galvaanisen kennon toteutus onnistuu esim. mandariinien avulla (kuva 3). Eri metallien elektrodit asetettuna sarjaan saavat ledin (punainen, jonka vaatima jännite riittävän pieni) palamaan. Tavallinen hehkulamppu tms. vaatii enemmän virtaa kuin systeemissä liikkuu (systeemin sisäinen resistanssi vaikuttaa virran määrään).

 

Peruskemikaalien löytyminen pakista on pohdittava erikseen. Yläkoulun kohdalla rajaus menee selkeästi vaarallisten kemikaalien (CLP-määrittelyt) kohdalla. Indikaattorin valinta (BTS, fenoliftaleiini, punakaali), tietyt suolaliuokset (kupari- ja sinkkisulfaatti, kaliumjodidi), metallit (em. sähkökemian metallielektrodit, magnesium, rautajauhe tai teräsvilla), laimeat happo ja emäsliuokset (NaOH 0,1M, HCl 1M).

 

Diffuusio ilmiöiden lähtökohtana

 

Monet reaktiot ja ilmiöiden taustalla olevat seikat ovat silmille liian pieniä havaittavaksi. Joten rakenneosien havaitseminen vaatii järjestelyjä, joissa luonnossa tapahtuva diffuusio mahdollistaa ilmiön tai reaktion tapahtumisen ja sitä kautta molekyylien ja ionien liikkeen havaitsemisen.

Ilmiötasolla voidaan havainnoida silmämääräisesti, miten aine liukenee ja sekoittuu nesteeseen. Submikroskooppisella tasolla aineen liuetessa yhdisteen rakenne muuttuu (ioniyhdiste hajoaa ioneiksi, molekyylihila hajoaa) ja rakenneosat sekoittuvat liuokseen (neste) tai kaasuun. Symbolisella tasolla veteen liuennutta ainetta kuvataan (aq) -merkinnällä ja konsentraatiolla tarkoitetaan liuosta, jossa liuennutta ainetta on yhtä paljon kaikkialla liuoksessa.

Mitä jatkossa

Työ jatkuu. Seuraavassa bloggauksessa tarkemmin itse työkaluilla toteuttavista töistä ja niihin liittyvistä teemoista. Lisäksi jatkuu pedagogiset pohdiskelut tehtyjen käytännön pilottien myötä.

 

Ari Myllyviita

kemian lehtori

Helsingin yliopiston Viikin normaalikoulu

 

 

 

 

 

 

 

 

[1] https://myllyviita.fi/kemia/?p=637

[2] https://blogs.helsinki.fi/lukionhybridimalli/2023/10/26/kemian-opetuksen-tyokalupakki-voisiko-kokeellisia-toita-tehda-kotona-etana-tai-ollessa-sairaana/