Kemian opetuksen työkalupakit –kokeellisia myös kotona
Poimintoja pedagogisesta ja didaktisesta näkökulmasta
Aiemmissa bloggauksissa otsikolla ”Kemian opetusta hybridinä” ([1] ja hankkeen blogissa julkaistussa ensimmäisessä kirjoituksessani ([2] totean, 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)”.
Toisessa hankkeen blogiartikkelissani ([3] analysoin F2F-oppiminen ja hybridioppimisen mahdollisuuksia ja perusteita hankkeen luoman toimintamallin osalta. Taulukossa on poimittu vertailu.
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 |
Luonnontieteellisten tiedekäytäntöjen soveltamista opetukseen (moderni kemian opetuksen didaktinen lähestymistapa) on kuvattu em. blogiartikkeleissa. Niissä tuodaan esille tarve uudistaa kokeellisten töiden raportointia ja dokumentointia. Tätä asiaa on pohdittu syvällisemmin hankkeen 1.blogikirjoituksessa. Kokeelliseen työskentelyyn ei riitä ainoastaan ilmiöiden tuottaminen ja niiden havainnointi, vaan on oppimisen ja ymmärtämisen kannalta tärkeää liittää syvällisempi raportointi (työselostuksen sijaan tutkimusraportti). Oppija dokumentoi työtään, mm. kuvien, taulukoiden tai graafisten esitysten avulla) ja selittää yksityiskohtaisesti väitteet, todistusaineiston ja päättelyketjun. Näin opitaan argumentoimaan, rakentamaan selitysmalleja, hyödyntämään havaintoja teorioiden ja mallien tueksi.
Oppijan kemian työkalupakki
Hankkeen kokeilujen myötä on todettu, kemian kokeellisia töitä voidaan tehdä kotona ilman, että kemikaaliturvallisuus vaarantuu. Oppijan työkalupakkiin pystytään kokoamaan edullisesti seuraavat välineet:
Kuvassa 1 on perussetin koeputket, koeputkiteline, muutama astia (myös kuvassa 2) ja elektrolyysin välineet (paristo, petrimalja, johtimet paristoon ja ”leuat” sekä ohuet grafiittielektrodit)
Kuvassa 2 on esitelty kemian kokeellisen työskentelyn astiat: dekantterilasi; mittalasi, erlenmeyer, suppilo ja pipetti, ruisku ja pieni tippapullo.
Näillä työvälineillä voidaan erinomaisesti kontekstualisoida kotona tehtäviä kokeellisia töitä. Hankkeessa on erikseen tuotettu ”työkuvauksia” opettajia varten.
Kuvassa 3 on esimerkki elektrolyysityön toteuttamisesta (kaliumjodidin elektrolyysi, indikaattorina fenoliftaleiini).
Perusvälineisiin voidaan liittää myös sähkökemian galvaanisen kennon mahdollistavat välineet (kupari-/alumiini- tai sinkkielektrodit). Galvaanisen kennon toteutus onnistuu esim. mandariinien avulla. Eri metallien elektrodit asetettuna sarjaan saavat punaisen ledin palamaan (punaisen vaatima jännite riittävän pieni).
Peruskemikaalien löytyminen pakista on pohdittava erikseen. Yläkoulun kohdalla rajaus menee selkeästi vaarallisten kemikaalien (CLP-määrittelyt) kohdalla. Kyseeseen tulee (opettajan määrittelemien töiden mukaan):
- Indikaattori: BTS tai fenoliftaleiini – yksi kokeellinen työ liittyä punakaali-indikaattorin tekemiseen,
- Suolat, joista valmistetaan tarpeelliset liuokset (kupari- ja sinkkisulfaatti, kaliumjodidi),
- Metallit (em. sähkökemian metallielektrodit, magnesium, rautajauhe tai teräsvilla)
Erilliseen harkintaan menevät laimeat epäorgaaniset hapot ja emäsliuokset (esim. HCl 1,0 M, NaOH 0,1M, joita ei luokitella vaarallisiksi aineiksi niiden pienen konsentraation vuoksi). Näitä kaikkia varten työkalupakissa on pieniä tippapulloa, joiden kanssa työskentely on helppoa.
Kokeelliset työt – mm. diffuusio ilmiöiden lähtökohtana
Hankkeen kanssa samanaikaisesti valmistuu mikrokemiaa käsittelevä oppimateriaali opettajille ja sen osana kuvauksia kokeellisista töistä.
Kuvissa 4 ja 5 on esimerkit kahdesta kotona tehtävän työn perusteista ja toteuttamisesta. Ensimmäisessä kuvauksessa ilmenee ne osiot, joihin materiaalissa halutaan opettajan kiinnittävän huomiota: paikka opetussuunnitelmassa, oppimisen tavoitteet, mahdollinen pedagoginen lähestymistapa, työohje, tarpeelliset lähtötiedot ja -taidot sekä käytettävät välineet.
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. Kuvassa 5 (Magnesiumin reaktiot) on nämä eri tasot tuotu dokumenttiin mukaan.
Opettajien työkalupakki
Edellä mainittujen lisäksi opettajan omaan työkalupakkiin on kokeellisten töiden kehittämiseksi ja kokeilemiseksi lisättävä mm. taskukokoinen vaaka (kuva 6), kalometriastia ja lämpömittari (hinnat noin 10€ kpl). Muovisten asioiden korvaaminen lasisilla onnistuu myös kohtuuhinnoilla, mikä mahdollistaa parempien videoiden ja kuvien tuottamiseen oppijoille jaettaviin työohjeisiin tai tukimateriaaleihin.
Lopuksi
Materiaalien tuottaminen ja työkalupakkien kehittäminen jatkuu.
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/
[3] https://blogs.helsinki.fi/lukionhybridimalli/2023/12/05/ari-myllyviita-kemian-didaktiikan-kehitystyota-2/