Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia

Transkriptio

1 Aineenopettajankoulutuksen vaihtoehdot ja tutkimus Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Tuula Asunta, Kemian didaktiikan lehtori, Jyväskylän yliopisto, Opettajankoulutuslaitos, PL 35, Jyväskylän yliopisto Jarkko Joki Kemian laitos, Jyväskylän yliopisto Tutkimus kuvaa yläasteen ja lukion oppilaiden atomirakenteen oppimiseen liittyviä vaikeuksia. Tutkimuksella haluttiin selvittää oppilaiden atomirakenteen ymmärtämiseen liittyviä virhekäsityksiä. Näiden virhekäsitysten selvittäminen ja ymmärtäminen on erittäin tärkeää jotta tiedettäisiin, miten atomirakennetta pitäisi eri luokkatasoilla opettaa. Erityisen tärkeää kemian oppimisen kannalta on selvittää ne väärinkäsitykset, jotka haittaavat kemian ymmärtämistä. Tutkimus suoritettiin kyselytutkimuksena käyttämällä sekä avoimia että monivalintakysymyksiä. Yhteensä 201 oppilasta vastasi avoimiin kysymyksiin, joista 175 oppilasta osallistui myös monivalintakyselyyn. Monivalintakyselyyn osallistui 37 lukiolaista ja 138 peruskoululaista. Avoimiin kysymyksiin vastasi 63 lukiolaista ja 138 peruskoululaista. Vastaukset analysoitiin luokittelemalla. Tulosten perusteella näyttää siltä, että oppilaiden virhekäsitykset liittyvät Bohrin atomimallin virheelliseen ymmärtämiseen ja oktettisäännön väärin tulkitsemiseen. Se että oppilaat tarjoavat oktettisääntöä selittävänä syynä kemiallisiin reaktioihin osoittaa, että he eivät ole ymmärtäneet 1

2 Tuula Asunta, Jarkko Joki elektronirakenteen todellista luonnetta. Kahdeksannen - ja yhdeksännen luokan oppilaista 80 % käsittää elektronikuoret ympyräratoina. Tämän mallin ja kuvan voimakkuuden seurauksena näyttää vielä lukiossakin olevan oppilailla epäselvä ja sekava käsitys, mistä elektronikuorissa on oikein kyse. Johtuuko tämä oppilaiden vaikeudesta käsittää energiataso-käsite, joka vaatii formaalia ajattelua, vai johtuuko väärinkäsitys opetuksesta? Yläasteen oppilaat näyttävät suosivan konkreettista ja mekanistista, planetaarista ympyräratamallia. Avainsanat: atomirakenne, elektronikuori, oppimisvaikeudet, oktettisääntö 1 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Atomi ja molekyyli ovat kemian keskeisiä peruskäsitteitä. Niiden varaan rakentuu koko kemian paradigma. Kemiallisia reaktiota selitetään atomitason ilmiöinä, elektroniprosesseina, joissa atomien elektronit vuorovaikuttavat toisten atomien ytimien kanssa. Näin ollen vähänkään syvällisemmän kemian ymmärtämisen kannalta on välttämätöntä tietää, mitä tarkoitetaan, kun puhutaan atomeista ja molekyyleistä. Atomiteorian kehittäjinä ovat olleet mm. Dalton, Thompson, Rutherford ja Bohr. Jokaisella heistä on ollut jokin kokeellinen havainto, joka on tarkentanut ja jopa muuttanut käsitystämme atomista. Justi ja Gilbert ovat tarkastelleet oppikirjojen tapaa käsitellä atomiteoriaa (Justi ja Gilbert 2000). Monet oppikirjat Brasiliassa ja Britanniassa esittävät ns. hybridimalleja atomiteorioista. Näissä hybriditeorioissa on yhdistelty eri historiallisia malleja ja sivuutettu kokonaan se tosiseikka, että atomimalli ei ole ollut mikään valmiina syntynyt teoria, vaan se on kehittynyt hitaasti, useamman vaiheen ja monien kokeellisten tutkimusten kautta. Justin ja Gilbertin mukaan luonnontieteen historian ja epistemologisten seikkojen sivuuttamien oppikirjoissa ja opetuksessa lisäävät oppilaiden alttiutta väärinymmärryksille ja luonnontieteellisen tiedon luonne, epistemologia ja teorioiden ja tutkimuksen kehittyminen jäävät oivaltamatta. Esimerkkinä hybridimalleista he mainitsevat muun muassa, että joissakin oppikirjoissa lii- 2

3 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia tetään orbitaalit alatasoina pääenergiatasoihin, jotka taasen rinnastetaan Bohrin atomimalliin ja ympyräratoihin. Tällöin sekoitetaan kaksi erillistä atomimallia, Bohrin vanhentunut atomimalli ja kvanttimekaaninen atomimalli. Harrison ja Treagust havaitsivat tutkiessaan yläasteen asteen ( secondary school ) oppilaiden mielikuvia ja käsityksiä atomeista ja molekyyleistä, että ne ovat usein hyvin irrallisia ja konkreettisia. Atomien kuvitellaan koostuvan erillisistä, irrallisista osista ja olevan ympyrän tai pallon muotoisia. Elektronipilvi - käsite jonka tarkoituksena on kuvata kvanttimekaanista atomimallia ja sen todennäköisyystulkintaa - ajatellaan erillisenä pilvenä (sadepilvenä), jossa elektronit liikkuvat (sadepisaroina). Tämä osoittaa, että asiaa havainnollistamaan tarkoitetut kuvat ja kuvaukset saattavat olla hyvinkin harhaanjohtavia, jos oppikirja tai opettaja ei esitä oikeaa selitystä (Harrison & Treagust 1996). Asiaa havainnollistavan kuvauksen tai kuvan väärinymmärtäminen saattaa johtua myös siitä, että oppilaalla ei ole edellytyksiä käsitellä asiaa vaadittavalla ajattelun tasolla. Kvanttimekaniikan syvälliselle ymmärtämiselle nähdään edellytyksenä post-formaalin ajattelun taso, joka on jälkeenpäin luotu käsite ja laajennus Piagetin teoriaan. Tämä post-formaaliajattelu kehittyy aikuisiällä vielä formaalin ajattelun jälkeen ja sitä karakterisoi kolme pääpiirrettä: 1) tiedolla on suhteellinen, ei-absoluuttinen luonne 2) ristiriidat hyväksytään osaksi todellisuutta 3) kokonaisuuksien hahmottaminen ajattelussa on keskeisellä osalla post-formaalilla tasolla (Castro 1987). Ratkaisevaa atomiteorian opettamisen kannalta peruskoulussa ja lukiossa on, onko oppilas vielä konkreettisten operaatioiden asteella, vai kykeneekö hän formaaleihin operaatioihin. Herron on muun muassa pohtinut Piagetin älyllisen kehityksen teoriaa kemian opetuksen kannalta. Konkreettisia käsitteitä kemiassa ovat esimerkiksi kiinteä ja neste (Herron 1978). Formaaleja operaatioita vaativat sen sijaan sellaiset käsitteet, joita ei voi joko lainkaan havainnollistaa konkreettisilla esimerkeillä, tai joihin liittyy konkreettisesta esimerkistä huolimatta suoranaisen havaintomaailman ulottumattomissa oleva ominaisuus, joiden perusteella käsite määräytyy. Tällaisia käsitteitä ovat esimerkiksi atomi, molekyyli, alkuaine ja yhdiste (Tsaparlis 1997). Pitäisikö atomit ja molekyylit jättää kokonaan opettamatta sellaisille luokille, joissa suurin osa oppilaista kykenee vain konkreettisiin 3

4 Tuula Asunta, Jarkko Joki operaatioihin? Tämä ei Herronin mielestä ole kannattavaa. Formaaleihin operaatioihinkin voidaan harjaantua ja on hyväkin, että opetus sisältää elementtejä, joissa on mahdollisuus ja tarve formaaliin ajatteluun. Piagetin teoria pitää vain ottaa siten huomioon, että tällaisille oppilaille, jotka vielä ovat konkreettisten operaatioiden vaiheessa, on syytä tarjota mahdollisimman paljon tukea konkreettisten esimerkkien avulla, vaikka pyrkimys olisikin edetä tätä tietä formaaliin ajatteluun. Oppilaille tulisi antaa paljon mahdollisuuksia harjaantua formaaliin ajatteluun. (Herron 1978). Mielenkiintoisessa tutkimuksessaan Mashhadi ja Woolnough ovat todenneet oppilaiden olevan sitä mieltä, että elektronit ovat olemassa havainnoistamme riippumatta ja ne löydettiin, eikä keksitty. Elektronit ja fotonit ovat olemassaolonsa kannalta oppilaiden mielestä samanlaisia objekteja kuin tuolit ja pöydät. Oppilaiden epistemologinen ja ontologinen käsitys elektroneista edustaa siis tieteellistä realismia (Mashhadi ym. 1998). Pohtimisen arvoista on myös, että Ben- Zvin tutkimuksen mukaan 46,2 % 15-vuotiaista Israelilaisista koululaisista ei tehnyt eroa aineen ominaisuuksien ja yksittäisen atomin ominaisuuksien välille. Oppilaiden mielikuvat atomista ovat siis hyvin konkreettisia (Ben-Zvi ym.1986). Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää oppilaiden virhekäsityksiä atomirakenteesta suomalaisissa peruskouluissa ja lukioissa. Aikaisempien tutkimusten perusteella voidaan havaita, että oppilailla on ilmeisiä vaikeuksia käsittää abstraktia ja perimmäiseltä olemukseltaan matemaattista ja arkikokemukselle vierasta asiaa. Tämän vuoksi aiheen konkretisoiminen ja havainnollistaminen kielikuvin tuottaa usein vain väärinymmärryksiä väärinymmärrysten tilalle. Mielenkiintomme kohteena tässä tutkimuksessa olivat erityisesti oppilaiden käsitykset elektronirakenteesta ja sen opettamiseen liittyvät opettajien käyttämät yksinkertaistukset. Tutkimuksen pääongelmaksi muodostui kysymys: Millaisia käsityksiä oppilailla on elektronirakenteesta? Tähän liittyen asetettiin kaksi alaongelmaa: 1) Minkälaisia yksinkertaistuksia opettajat käyttävät opettaessaan elektronirakennetta? 2) Millaisia väärinymmärryksiä nämä yksinkertaistukset ovat aiheuttaneet oppilaille, jos ovat aiheuttaneet? Elektronirakenteen ymmärtäminen on yksi tärkeimmistä kognitiivisista avaimista kemiallisten reaktioiden ymmärtämiseen 4

5 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia ja yleensä kemian ymmärtämiseen. Kuitenkaan aikaisemmassa tutkimuksessa ei ole kiinnitetty juurikaan huomiota atomin elektronirakenteeseen liittyviin virhekäsityksiin ja siihen, mistä nämä virhekäsitykset ovat peräisin? Samoin huomiotta on jäänyt mitä asioita opetuksessa on painotettu ja mitä pitäisi painottaa? 2 Menetelmät Tutkimusmenetelmänä käytettiin lomaketutkimusta, joka koostui kahdesta osiosta: neljästä avoimesta kysymyksestä ja yhdeksästä monivalintakysymyksestä. Monivalintakyselyssä kyseltiin oppilaiden tietoa atomirakenteesta antamalla oppilaille kolme vaihtoehtoa, joista yksi oli oikea. Kyselyn avulla pyrittiin selvittämään oppilaiden tietoa elektroneista, protoneista, elektronikuorista, kemiallisesta reaktiosta ja atomien osallisuudesta siihen. Tutkimukseen osallistui kaikkiaan 214 peruskoulujen ja lukioiden oppilasta, joista 175 osallistui sekä avoimeen- että monivalintakyselyyn, joilla tutkittiin oppilaiden käsityksiä atomirakenteesta. Erityisesti pyrittiin kartoittamaan oppilaiden virhekäsityksiä ja pohtimaan, mitkä opetuksesta johtuvat seikat saattaisivat altistaa tällaisille virhekäsityksille. Avoimet kysymykset testattiin esitutkimuksella, johon osallistui 13 peruskoulun 8. luokan oppilasta. Yhteensä 138 yläasteen ja 63 lukion oppilasta vastasi avoimiin kysymyksiin. Monivalintakysymyksiin vastasi 138 yläasteen ja 37 lukion oppilasta. Avoin kysely koostui seuraavista kysymyksistä: 1. Kerro millaisia atomit ovat? 2. Kerro elektroneista ja atomien elektronirakenteesta. 3. Mikä seikka atomirakenteessa on mielenkiintoisin kemian kannalta? 4. Kerro aiheesta atomi ja alkuaine. 5

6 3 Tutkimustulokset ja niiden tarkastelu 3.1 Avoimet kysymykset Avoimiin kysymyksiin saadut vastaukset olivat suurelta osin hyvin epämääräisiä ja useimmissa tapauksissa sisäisesti ristiriitaisia. Näin ollen pyrimme tietoisesti välttämään vastausten ylitulkintaa suuntaan taikka toiseen, joten lopputuloksena oli, että vastauksista ei voinut selvästi osoittaa oppilaiden virheellistä käsitystä asiasta, mutta niitä ei myöskään voinut tulkita oikeiksi. Oppilaat olivat yrittäneet kirjoittaa ilmeisen vaikeasta aiheesta mahdollisimman ympäripyöreästi. Esimerkiksi kysyttäessä, mikä seikka on mielenkiintoisin atomirakenteessa kemian kannalta, vain muutama (ya 11,6 % ; lukio 34,9%) osasi ilmaista selkeästi, että kemialliset reaktiot ovat elektroniprosesseja, eli atomin elektronirakenne on kemian ymmärtämisen kannalta mitä olennaisin seikka atomirakenteessa. Samoin kysymykseen kerro aiheesta atomi ja alkuaine yleisin vastaus oli niukkasanaisesti alkuaine koostuu atomeista. Kysymykseen antoi täsmällisen määritelmän vain 16 % lukiolaisista ja 8% yläasteen oppilaista, joten ilmeisesti asia ei ole lukiolaisillekaan täysin selvä. 3.2 Monivalintakysely Tuula Asunta, Jarkko Joki Kaikille yläasteen oppilaille ei näyttänyt olevan ollenkaan selvää sijaitsevatko elektronit atomin ympärillä, atomin ytimessä vai ytimen ympärillä. Suurin osa kuitenkin selvisi hyvin tästä kompakysymyksestä. Havaittavissa on selvä luokka-asteiden välinen positiivinen korrelaatio. (Kuva 1). Lukiotasolla enää vain 14 prosenttia kompastui vaihtoehtoon Elektronit sijaitsevat atomin ympärillä. Protonien ja elektronien massojen suhdetta ja protonien, elektronien ja neutronien varauksia koskeva kysymys oli laadittu niin, että jos tiesi protonin varauksen, saattoi päätellä oikean vastauksen. Yllättävää on, että peruskoulun oppilaille ei ole ollenkaan selvää, minkälaisen varauksen protoni omaa. Yläasteella oikean vastauksen valinneiden osuus oli alle puolet (7. lk. 28 % 8. lk.43 % ja 9. lk. 40 % ). Lukiossa oikein vastanneiden osuus oli 76 % (Kuva 2). 6

7 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Kuva 1 Kuva1. Oppilaiden vastaukset kysymykseen, missä elektronit sijaitsevat. Kuva 2 Kuva 2. Millaisia protonit ovat? Tutkimus osoitti että, elektronikuoret käsitetään peruskoulussa ympyräratoina, joita elektronit kiertävät (kuva 3). Oppimisessa on vallalla voimakkaasti planetaarinen Bohrin atomimalli. Kahdeksannen- ja yhdeksännen luokan oppilaista 80 % käsittää elektronikuoret ympyräratoina. Tämän mallin ja kuvan voimakkuuden seurauksena näyttää vielä lukiolaisillakin olevan epäselvä ja sekava käsitys, mistä elektronikuorissa on oikein kyse. Osa oppilaista (43 % lukiolaisista). on kyennyt omaksumaan abstraktimman kuvan ts. sen 7

8 Tuula Asunta, Jarkko Joki Kuva 3. Mitä elektronikuoret kuvaavat? että elektronikuoret ovatkin itse asiassa energiatasoja. Lähes yhtä suuri osa oppilaista (41 % ) kuitenkin pitäytyy vielä lukiossakin mekaanisessa, planetaarisessa Bohrin atomimallissa, jossa elektronit kiertävät ydintä aivan kuin planeetat kiertävät aurinkoa sisäkkäisillä radoilla. Tämä väärinymmärrys ei itse asiassa liity edes kvanttimekaanisen atomimallin ja Bohrin atomimallin välisiin eroihin, sillä kuuluhan oikeaan Bohrin atomimalliinkin energiataso-periaate olennaisena osana. Johtuuko tämä oppilaiden vaikeudesta käsittää energiataso-käsite, mikä vaatii formaalia ajattelua, vai johtuuko väärinkäsitys opetuksesta, jää kysymykseksi, ja jatkotutkimuksen aiheeksi. Selvästi perusopetuksessa oppilaat kuitenkin suosivat konkreettista ja mekanistista, planetaarista ympyräratamallia. Kysyttäessä atomin ytimen ja elektronien välillä vallitsevia voimia, vastauksista näkyy, että edettäessä kouluasteelta toiselle asian oppiminen edistyy (Kuva 4). Mielenkiintoisen poikkeuksen muodostavat 8. luokan oppilaiden vastaukset. Muilla luokka-asteilla oikean vastauksen on tiennyt yli puolet kun taas kahdeksasluokkalaisista yli puolet (54%) on sitä mieltä, että elektronien ja ytimen välillä ei vaikuta mitään voimia, koska atomi on neutraali. Poikkeama saattaa johtua siitä, että kemian opetuksessa kahdeksannella luokalla painotetaan yleensä hyvin voimakkaasti, että atomi on kokonaisvaraukseltaan neutraali. Tämä painotus johtaa hel- 8

9 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Kuva 4. Atomin ytimen ja elektronien välillä vallitsevista voimista. posti kuitenkin väärinkäsitykseen, jos ei muisteta mainita, että vaikka atomi on ulospäin sähköisesti neutraali vaikuttaa sen sisällä silti ytimen ja elektronien välillä sähköinen vetovoima. Tämä sähköisen vet voiman unohtuminen saattaa liittyä myös jo edellä puhuttuun oppilaiden mekanistiseen ja planetaariseen ympyräratamalliin. Kysymykseen, mitä kemiallisessa reaktiossa tapahtuu, oli 7. luokan oppilaiden yleisin (60 %) vastaus: Kemiallisessa reaktiossa atomin ytimet yhtyvät. Lukiolaisista 87 % vastasi oikein tähän kysymykseen. Tutkimustuloksissa hämmästyttää, miten huonosti oppilaat tietävät, miten eri alkuaineet eroavat toisistaan. Yli puolet 7. luokkalaisista uskoi, että eri alkuaineiden atomeissa on erilaisia hiukkasia ja vain 68 % lukiolaisista tiesi, että eri alkuaineiden atomeissa on eri määrä protoneja. Myös kysymys jos atomi XX on muodostanut positiivisen ionin, niin missä suhteessa siinä on silloin eri hiukkasia? tuntui olevan epäselvä peruskoululaisille. Oikean vaihtoehdon valitsi 43 % 8. luokan ja 46% 9. luokan oppilaista. Lukiolaisista oikean vastauksen tiesi 76 %. Mekaanisen atomimallin - jossa unohdetaan ytimen ja elektronien välinen attraktio, minimienergiaperiaate ja rakenneperiaate - sisäistäminen tulee ilmi kysyttäessä kumpi luovuttaa helpommin elektronin a) litium, b) natrium vai c) molemmat irtoavat yhtä helposti. Suurin osa oppilaista valitsi oikean vaihtoehdon (Kuva 5), mutta vaikka kysymyksen yhteydessä oli näkyvissä elektronirakenteet, oli heille 9

10 Tuula Asunta, Jarkko Joki Kuva 5. Kumpi luovuttaa helpommin elektronin litium vai natrium? vaikeaa perustella valintaansa. Perustelut jaoteltiin neljään luokkaan: ei perustelua, maagisen oktetin virhekäsitys, muu väärä perustelu, oikea perustelu. Näistä neljästä huomion arvoinen on erityisesti maagisen oktetin virhekäsitys, jolla tarkoitetaan sitä, että oppilas tarjoaa oktettisääntöä selittävänä syynä kemiallisiin reaktioihin. Lukua kahdeksan pidetään yleispätevänä ja kaiken selittävänä sääntönä atomimaailmassa. Kärjistäen voitaisiin sanoa, että oppilaiden vastausten perusteella voisi jopa olettaa atomeilla olevan tahtoelämää : Atomit pyrkivät kaikki oktettiin ja kun ne siihen pääsevät, ne ovat tyytyväisiä., kuten eräs oppilas asian ilmaisi. Näin oktettisäännöstä on kehittynyt kemiallisia reaktioita selittävä kausaalilaki, vaikka se alunperin on tarkoitettu yksinkertaistavaksi muistisäännöksi, joka ei edes itse asiassa täsmällisesti päde kuin 2. jakson alkuaineille. Samalla jää ymmärtämättä minimienergiaperiaate ja ytimen ja elektronien välinen attraktio ja toisaalta elektroni-elektroni repulsio. Kuvaavaa on että seitsemännellä luokalla tätä maagista oktettia ei esiinny vielä lainkaan ja muutama oppilas osasi perustella vastauksensa oikein, mutta kahdeksannella luokalla enää yksikään oppilas ei perustellut asiaa oikein, vaan maagista oktettia tarjosi selitykseksi 51 prosenttia ja lukiossa 38 % oppilaista. Mielenkiintoista tutkimuksen kannalta on että tällä maagisella 10

11 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Kuva 6. Oktettisäännön esiintyminen oppilaiden vastauksissa perusteluna elektronin luovutusherkkyydelle. oktetilla onnistuttiin perustelemaan sekä b) että c) vaihtoehtoja. Ne jotka eivät olleet ymmärtäneet oktettia niin ehdottomana kahdeksanlukuna, vaan muistivat, että ensimmäiselle kuorelle mahtuu vain kaksi elektronia ja pitivät tätä poikkeustapauksena, valitsivat c) kohdan, eli molemmat luovuttavat yhtä helposti. 3.3 Johtopäätöksiä Tutkimuksessa havaittiin, että oppilaat suosivat mekaanista ympyräratamallia ja elektronikuorten enenrgiatasomerkitys jää huomiotta. Oppilaat selittävät kemiallisia reaktioita oktettisäännöllä. Vaadittaessa monivalintakysymykseen 9. sanallista perustelua havaittiin, että 51 % peruskoulun 8. luokan oppilaista tarjosi selitykseksi oktettisääntöä ja lukiolaisista oktettiin vetosi 38 prosenttia. Lisäksi havaittiin, että 8. luokan oppilaista suurin osa (54 %) uskoi, ettei atomin ytimen ja elektronien välillä vaikuta mitään voimia, koska atomi on ulkoisesti neutraali. Tämä viittaa siihen, että ytimen ja elektronien välistä sähköistä vuorovaikutusta ei tarpeeksi painoteta kemian perusopetuksessa. On tärkeää muistaa, että atomit ovat neutraaleja ja niissä on sama 11

12 määrä elektroneja ja protoneja. Yhtä tärkeää on muistaa, että protonien ja elektronien välillä vaikuttaa sähköinen vuorovaikutus, jonka perusteella voi myös ymmärtää elektronien energiatasot rakenne- ja minimienergiaperiaatteen mukaisesti. Unohdetaanko kemian opetuksessa liiaksi tämä ytimen ja elektronien välinen sähköinen vuorovaikutus? Tämä tutkimus vahvistaa aiempien tutkimusten johtopäätöstä, että opetuksessa tulisi väärinymmärrysten välttämiseksi välttää erilaisten kielikuvien käyttöä ilman kontekstia (Harrison & Treagust 1996), kuten esimerkiksi elektronipilvi käsitettä ilman kvanttimekaanisen atomimallin todennäköisyys tulkintaa. Tosin monivalintakysymyksen 3. Perusteella melko pieni osa oppilaista suosi tämän kielikuvan väärää tulkintaa (lukiolaisista vaihtoehdon elektronit sijaitsevat pilvessä oli valinnut 16%) Pohdintaa Tuula Asunta, Jarkko Joki Jatkotutkimuksella voitaisiin selvittää auttaisiko elektronien ja ytimen välisten sähköisten vuorovaikutusten painottaminen opetuksessa ja toisaalta voisiko minienergia- ja rakenneperiaatteeseen pohjautuva atomin elektronirakenteen opetus ehkäistä maagisen oktetin ja planetaarisen ja mekaanisen ympyräratamallin kaltaisia virhekäsityksiä? Samoin olisi mielenkiintoista tutkia liittyvätkö nämä em. väärinymmärrykset toisiinsa? Minimienergia- ja rakenneperiaatteen opetuksessa ei tarvitsisi välttämättä esittää peruskoulussa sen kvanttimekaanisen atomimalliin perustuvaa pohjaa sen syvällisemmin, vaan opetuksessa voitaisiin hyödyntää jaksollista järjestelmää ja näiden edellä mainittujen yhteyttä siihen. Selvää on että kemian opetuksessa tulisi enemmän kiinnittää huomiota elektronien ja ytimien välisen sähköisen vuorovaikutuksen olemassaoloon ja sen merkitykseen kemian kannalta. Samoin luonnontieteiden historian selkeämpi esilletuominen opetuksessa tuntuisi perutellulta. 12

13 Atomirakenteen oppiminen ja siihen liittyviä vaikeuksia Lähteet Ben-Zvi, R. Eylon, B.-S. & Silberstein, J Is an Atom of Copper Malleable? Journal of Chemical Education 63, Castro, E.A. & Fernandez, F. M Intellectual Development Beyond Formal Operations. International Journal of Science Education 9, Harrison, A. G. & Treagust, D. F. 1996, Secondary Students mental models of atoms and molecules: Implications for teaching chemistry. Science Education 80, Herron, J. D Piaget in the Classroom, Journal of Chemical Education 5 5, Justi, R. & Gilbert J History and Philosophy of Science Through models: some challenges in the case of the atom. International Journal of Science Education 22, Mashhadi, A & Woolnough, B Brian: Students conceptions of the reality status of electrons. Singapore Educational Research Association Conference. ED Oglivie, J. F The Nature of the Chemical Bond There Are No Such Things as Orbital!. Journal of Chemical Education 67, Tsaparlis, G Atomic and Molecular Sturcture in Chemical Education. Journal of Chemical Education 74,