TUNTISUUNNITELMA Alkuaine ja atomimalli [Kirjoita asiakirjan tiivistelmä tähän. Tiivistelmä on yleensä lyhyt yhteenveto asiakirjan sisällöstä. Kirjoita asiakirjan tiivistelmä tähän. Tiivistelmä on yleensä lyhyt yhteenveto asiakirjan sisällöstä.] Roosa Pylväläinen 7.3.2016
Sisällysluettelo Kansilehti... 0 Sisällysluettelo... 1 Johdanto... 2 Tunnin aikataulu ja runko... 3 Kotitehtävät tunnille... 4 Muistiinpanot... 5 Erilaiset mallit... 7 Lautasmalli... 8 Roosan 3d-atomimalli... 9 Muistin tueksi... 10 Vertaus... 10 Alkuaine tarina... 11 Alkuaine pelikortit... 12 Kotitehtävät tunnista... 14 Lisämateriaalia... 14 1
TUNTISUUNNITELMA Alkuaine ja atomimalli JOHDANTO Aiheena: Atomi, atomin rakenne ja alkuaine Keskeisiä käsitteitä: alkuaine, kemiallinenmerkki, atomi, ydin, elektronipilvi, elektroni, protoni, neutroni, varaus ja atomimalli. Halusin tehdä erilaisille oppilaille suunnitellun tuntisuunnitelman juuri tästä aiheesta, sillä koin sen olevan monille oppilailla vaikea. Atomin käsitteen ymmärtäminen on vaikeaa, sillä oppilaat eivät voi nähdä tai koskea atomia ja sen yhdistäminen arkielämään on vaikeaa. Lisäksi oppimista hankaloittaa, ettei aihetta voi helposti havainnoida millään yksinkertaisella kokeellisella työllä (Kansainvälinen kemian vuosi: Kemia osaksi hyvää elämää, s.32, Aksela, Pernaa & Happonen) 2
TUNNIN AIKATAULU JA RUNKO Tunnin jaksot (min) MITÄ OPITAAN? (Opetuksen sisältö, käsitteet) MITEN OPITAAN? (Opetusmuodot ja työtavat) MITÄ VÄLINEITÄ KÄYTETÄÄN? MITÄ OPETTAJA TEKEE? MITÄ OPPILAS TEKEE? 2 Tunnin aloitus Yhteinen tervehtiminen ja rauhoittuminen tuntiin. Ei välineitä. Opettaja seisoo edessä. Oppilaat etsivät oman paikkansa ja seisovat pulpetin vierellä. 5 Kotitehtävien tarkistaminen Vertaillaan ensin pareittain omia malleja ja pohditaan oliko tehtävä hankala. Tämän jälkeen tehtävä avataan yhteisesti. Dokumenttikamera on hyvä yhteiseen läpikäyntiin. Opettaja kiertää pari keskustelun aikana tarkistamassa, että kotitehtävä on tehty. Oppilaat vertailevat ja keskustelevat kotitehtävästä. Tämän jälkeen vapaaehtoiset voivat esittää mallinsa koko luokalle. 25 Uusi teoria ja muistiinpanot Opettajajohtoinen esitys Dokumenttikamera, hiiltynyt tulitikku, Roosan palloatomimalli, läpinäkyvä laatikko ja oppilailla muistiinpanovälineet. Opettaja opettaa aiheen ja johtaa muistiinpanojen kirjaamista, mutta keskustelee ja kyselee oppilailta. Oppilaat seuraavat tuntia, saavat kysellä viittaamalla sekä pohtivat opettajan esittämiä kysymyksiä. Lisäksi he kirjaavat vihkomuistiinpanoja. Huom. Jos jonkun yksittäisen oppilaan on vaikea kirjoittaa tai piirtää muistiinpanoja, niin hänelle voisi antaa valmiin muistiinpanopohjan, joten hänen aikansa ei menisi kirjoittamiseen vaan uuden asian seuraamiseen ja pohtimiseen. 8 Atomimalli-lautasen esittely sekä kirjaimet-atomi vertaus. Atomimalli-lautanen ja irtokirjaimet. Opettaja esittää atomimalli-lautasen. Oppilaiden tehtävä on pohtia, sanasta, lauseesta, kirjaimista ja tavuista mikä voisi olla alkuaine, mikä atomi. Näkyykö ydintä entä elektroneita tässä vertauksessa? 5 Tarina ja rentoutuminen Tarinan kerronta,, valoja voidaan himmentää. Tarina, mikä on liitteenä. Opettaja lukee tarinan. Oppilaat voivat halutessaan sulkea silmänsä ja rentoutua. 20 +5 (tarkistus) Alkuaine-peli. Jos jokin pari todella nopea voi pelata älypää-peliä. Parin kanssa pelaaminen ja näytteiden tutkiminen Dokumenttikamera,al kuainenäytteet( jos koululta löytyy), pelikortit,oppikirja ja/tai mobiililaite. Opettaja kiertelee luokassa ja auttaa oppilaita. Oppilaat pelaavat ja tutkivat näytteitä. Oikeat vastaukset voidaan tehdä dokumenttikameralla, niin että vapaaehtoinen pari täydentää aina yhden kokonaisuuden. 5 Kertaus tunnin aiheista, kotitehtävät ja tunnin lopetus Kyselemällä tai vaihtoehtoisesti kahoot-kysely. Liitutaulu Opettaja kyselee oppilailta muutamia tunnin pääkohtia. Oppilaat palauttavat tunnilla opittuja asioita mieleensä vastaamalla opettajan kysymyksiin tai vastaavat kahoot-kyselyyn. Tunnin lopuksi opettaja antaa kotitehtävät (kirjaa ne myös taululle). Kotiin ainakin tunninaiheista ajatuskartta. 3
KOTITEHTÄVÄT TUNNILLE Esimerkki oppilaiden kotitehtävistä tunnille alkuaine ja atomirakenne. 1. Mieti millä ihmiset mallintavat maastoa? Entä millä kuvaat tekstiviesteissä tunteita, kuten että juttu oli hauska tai että olet surullinen? Mitä muita malleja tiedät ihmisten käyttävän? 2. Tee kotona koe. Laita lusikallinen pippureita ja lusikallinen riisiä jollekin lautaselle. Sekoita nämä hyvin keskenään. Miten mallintaisit näitä? Piirrä kuva. Laita myös lusikallinen kahvinpuruja ja lusikallinen sokeria samalle lautaselle. Sekoita aineet keskenään. Miten mallintaisit tätä sekoitusta? Piirrä kuva. Esimerkit mahdollisista oppilaan töistä: Riisin ja pippurin mallinnus Kahvin ja sokerin mallinnus 4
Kotitehtävän on tarkoitus virittää oppilaita aiheeseen ja etenkin siihen, että mikään malli ei ole täydellinen. Lisäksi oppilaat todennäköisesti piirtävät erilaisia, mistä voi keskustella tehtävää läpi käydessä, että monesti samaa asiaa yrittää jäljitellä useampi toisistaan poikkeava malli. MUISTIINPANOT Esimerkki muistiinpanot 5
Muistiinpanot on tarkoitus käydä tarinamaisesti. Tällä tarkoitan, että olisi hyvä, että opettajalla olisi konkreettisesti palanut tulitikku tunnilla. Ennen muistiinpanojen kirjoittamista pohdittaisiin yhdessä oppilaiden kanssa, mitä musta osa tulitikusta on. Tämän jälkeen, kun oppilaille paljastuu, että se on hiiltä, niin opettaja voisi kysellä, tietävätkö oppilaat, mistä tulitikun hiiltynyt osa eli hiili koostuu? Todennäköisesti he eivät tiedä, mutta heitä voi motivoida, että tunnin lopuksi he tietävät. Tämän jälkeen tähän asti tiedetyt asiat piirretään vihkoon. Ennen kuin vihkoon paljastetaan kohta hiiliatomeista, niin tässä kohtaa on taas hyvä pysähtyä hetkeksi pohtimaan. Opettajalla voisi olla vaikka jokin läpinäkyvä laatikko, mikä on täytetty mustilla palloilla. Oppilaat saisivat täten myös konkreettisen kuvan atomeista. Tämän jälkeen opettaja jatkaisi taas muistiinpanojen piirtämistä. Sama pysähdys tapahtuisi viimeisessä vaiheessa, kun siirrytään hiiliatomista hiilen atomimalliin ja siihen mistä atomi koostuu. Tässä kohtaa voisi opettajalla olla jokin pallo (tai tulevaisuudessa 3d-atomimalli ), jotta oppilaat saavat atomista kolmiulotteisen kuvan. Esimerkki 3d-atomimallista myöhemmin. Tässä on myös hyvä kohta palata oppilaiden kotitehtävään ja siihen, että atomimalleja on useita ja Bohrin atomimalli piirustus on vain yksi esimerkki. Muistiinpano ehdotus on tämänlainen, koska konkreettiset esineet ja kuvat auttavat muistamaan ja hahmottamaan abstraktia asiaa. Lähtökohtana on hiiltynyt tulitikku, mikä on jokaiselle oppilaalle tuttu arjesta (OPS2016). Muistiinpanoissa on tähdätty progressiiviseen lähestymistapaan, sillä tutkimuksien mukaan se on paras tapa lähestyä atomin käsitettä (Nelson, 2002). Progressiivisessa lähestymistavassa on tarkoitus vaiheittain siirtyä makrotasolta mikrotasolle kiinnittäen huomiota siirtymävaiheisiin eri tasojen välillä. (Kansainvälinen kemian vuosi: kemia osaksi hyvää elämää, Aksela, Pernaa & Happonen) Muistiinpanoihin on merkitty violetilla kohtia, joissa on hyvä myös pysähtyä pohtimaan. Erityisesti olisi hyvä pohtia siirtymiä ja suurennoksien suuruuksia, sillä monilla oppilailla esiintyy virhekäsityksiä atomien, molekyylien ja hiukkasten ko oista sekä siitä voiko atomin nähdä suurennuslasilla. Muistiinpanojen idea on muovailtu SanomaPron kirjasta FyKe Kemia. Joillekin oppilaille kirjoittaminen on syystä tai toisesta työlästä, joten erityisesti heitä ajatellen voi käyttää valmista muistiinpanopohjaa, mikä löytyy liitteistä (ERIatomimuistiinpanopohja.docx). 6
Valmis muistiinpanopohja. ERILAISET MALLIT Peruskoulun oppikirjoissa atomia käsitellään Bohrin mallin mukaisesti ja myös sidokset pyritään selittämään tämän mallin avulla. Monessa oppikirjassa kuvat jäävät kuitenkin vaillinaisiksi, niistä puuttuu selitys tai selitys on puutteellinen. Vaikka oppilas näkee kuvan kirjassaan, hän ei välttämättä hahmota atomin eri kuoria ja miten elektronit ovat kuorille sijoittuneet. Kansainvälinen kemian vuosi: Kemia osaksi hyvä elämää, VI valtakunnalliset kemian opetuksen päivät -symposiumkirja, Maija Aksela, Johannes Pernaa & Marja Happonen (toim.) Atomikuoria auttaa hahmottamaan lautasmalli, missä elektronit liikkuvat kuorilla. Ensimmäisillä tunneilla ei painoteta sitä, että elektronit sijaitsevat Bohrin atomimallissa kuorilla, montako elektronia mahtuu millekin kuorelle ja miten esimerkiksi ulkoelektornit vaikuttavat aineen ioniluonteeseen. Ensimmäiselle tunnille tämä lautasmallikin toimii, sillä 7
se antaa samanlaisen mallin kuin kirjankin kaksiulotteinen kuva ja on lisäksi seuraavilla tunneilla erittäin kätevä ja havainnollinen työkalu. Roosan tekemä lautasmalli. Lautasmalli Lautasmallin avulla voidaan havainnollistaa: -atomin ja ionin koko eroa -atomin ja ionin sähkövarausta -ioniyhdisteen muodostumista -kovalenttistasidosta Mallin hyvät puolet: -oppilaat voivat tehdä oman atomimallin (eheyttävänä opetuksena teknisentyön tunnilla) -kokeilemalla omaa atomimalliaan, oppilaat ymmärtävät elektronien osuuden ioni ja kovalenttisidoksen muodostumiseen -malli antaa lisätukea kirjan kuville ja omille piirroksille Mallin huonot puolet: -malli on kaksiulotteinen eikä siksi tue kolmiulotteista käsitystä atomista Lautasmallin sekä kirjan kuvien huonona puolena on niiden kaksiulotteisuus. Ne antavat atomista vääränlaisen kuvan. Tätä virhekäsityksen syntymistä voi kuitenkin estää, jos lautasmallin rinnalla on esimerkiksi Roosan 3d-atomimalli tai TVT-sovellukset, joissa voi helposti havainnollistaa atomin kolmiulotteisuutta. 8
Roosan tekemä 3d-atomimalli. Roosan 3d-atomimallin avulla voidaan havainnollistaa: -atomin kolmiulotteista rakennetta -atomin ja hiukkasten kokoeroja -hiukkasten sähkövarauksia (väreillä, mutta ei magneeteilla) Mallin hyvät puolet: -malli antaa lisätukea kirjan kuville ja omille piirroksille sekä vahvistaa kolmiulotteisen atomimallin hahmottumista. Mallin huonot puolet: -mallissa on hankala muuttaa elektronien määrää ja hahmotella myöhemmin sidoksien muodostumista. MUISTIN TUEKSI Joillekin oppilaille vertauskuvat helpottavat oppimista, sillä ne toimivat eräänlaisina muistisääntöinä. Tässä esimerkki, miten atomia voisi verrata sanoihin ja lauseisiin. Näistä kannattaa mielestäni valita näytettäväksi vain 9
toinen, etteivät vertaukset mene keskenään sekaisin. Vertauksia muistin tueksi 10
Samoin kuin vertauskuvat, monille jää mieleen jännät tai historialliset tarinat tai jotkin hauskat sanat tarinassa. Tarinan tarkoitus on tuoda tuntiin myös rauhoittumishetki, missä jokainen voi hetkeksi halutessaan sulkea silmänsä ja rentoutua. Alkuaine tarina Vaikka osa alkuaineista on löydetty jo antiikin aikaan, myös 2000-luvulla on löydetty monia alkuaineita. Kemia, kuten muutkin luonnontieteet, on jatkuvasti muuttuva ja kehittyvä tieteenala. Uudet teknologiakeksinnöt mullistavat kokeellisia tutkimuksia. Kuka tietää: Jopa sinä voisit löytää seuraavan alkuaineen ja olla toinen suomalainen, joka on niin tehnyt. Tuo suomalaisalkuaine on yttrium, eli Y. Se on maametalleihin kuuluva metallin tyyppinen alkuaine. Sen löysi Turun yliopiston kemian professori Johan Gadolin 1794 ja hän nimesi aineensa ruotsalaisen, Tukholman lähellä sijaitsevan Ytterbyn kylän mukaan. Yksinkertaisesti siitä syystä, että aine löytyi sieltä. Amatöörigeologi, tykistökapteeni C. A. Arrhenius otti vuonna 1787 talteen mustan kiven. Kivi päätyi Turkuun Gadolinin tutkittavaksi ja hän äkkäsi sen sisältävän runsaasti uutta oksidia. Se muistutti ominaisuuksiltaan alumiini- ja kalsiumoksidia, ieli.mutta poikkesi kuitenkin selvästi sekä niistä, että muista tunnetuista alkuaineista. Pian aine paljastui kokonaan uudeksi alkuaineeksi. Hän julkaisi löytönsä 1794 ja muut eurooppalaiset kemistit varmistivat pian tiedon. Ytterbyn mustan mineraalin nimeksi vakiintui gadoliniitti ja uuden alkuaineen nimeksi yttrium. Gadolinin löydös oli merkittävä myös siksi, että siitä seurasi kokonaisen alkuaineryhmän, harvinaisten maametallien eli lantanidien tutkimus, joka jatkui 1800-luvun loppuun asti. 50 vuotta myöhemmin paljastui, että gadoliniitissa oli yhden alkuaineen sijaan kaikkiaan yhdeksän hyvin samankaltaista, toisistaan vaikeasti erotettavaa, harvinaista maametallia. Ruotsalainen kemisti Carl Gustaf Mosander löysi näytteistä terbiumin ja erbiumin. Myöhemmin todettiin, että myöskään Mosanderin löytämät aineet eivät olleet puhtaita, vaan niistä löytyi vielä seitsemää muuta eri alkuainetta. Metallinen yttrium on väriltään hopeanvalkoista, ja sen pinta on kirkas, kuten muillakin metalleilla. Se johtaa hyvin sähköä. Yttrium on kovaa, kestää kulutusta eikä ruostu. Ominaisuuksiensa vuoksi sitä käytetään mm. tiivisteissä, laakereissa ja muissa kovaa käyttöä kestämään tarkoitetuissa osissa. Yttriumin ja fosforin yhdisteillä tuotetaan väritelevision sekä tietokonenäyttöjen punainen väri. Yttriumin kemiallinen merkki on Y. Kemialliset merkit ovat kuin nuotit musiikissa: kuka tahansa, missä päin maailmaa tahansa, voi ymmärtää, mistä alkuaineesta on kyse. Kemialliset merkit ovat kemian kansainvälinen kieli. Tunnilla on myös kiva, että oppilaat pääsevät itse puuhastelemaan ja työskentelemään pienryhmissä. Tähän kohtaan sopii alkuainepeli 11
(suunnittelija Oona Kiviluoto). Alkuainepelin tavoitteena on saada kemialliset merkit tutuksi. Tarkoitus ei ole oppia latinaa eikä ulkoa merkkejä. Yhdistely-peli on tahallaan tehty haastavaksi ja sen ratkomisessa saa käyttää kirjaa, jutella kavereiden kanssa ja kysyä neuvoa opettajalta. Ideana on esitellä, että monet tutut sanat ovat alkuaineita ja, että niitä voi käyttää monenlaisiin sovelluksiin. Alkuaineita on moneen lähtöön ja maailma koostuu niistä. Alkuainenäytteet ovat tukena tehtävien ratkonnassa ja on mukana nähdä, että alkuaineet ovat myös konkreettisia olemassa olevia aineita eivätkä kaikki myrkyllisiä kaasuja ja varoituskylttipulloja. Olennaista on ymmärtää pelin avulla: Alkuaineen kemiallinen merkki tulee latinan kielestä eikä ole hatusta vedetty lyhenne Alkuaineita on kaikkialla ja niistä voi muodostua erilaisia yhdisteitä. Samaa ainetta voi olla vaarattomana hammastahnassa ja myrkyllisenä kaasuna. Kemiaa on ympärillämme vähän joka paikassa. Alkuaine pelikortit vety H natrium Na hydrogenium natrium maailmankaikkeuden yleisin alkuaine, kevyt ja helposti palava kaasu tätä alkuainetta on ruokasuolassa ja ruokasoodassa hiili C carbonium tätä alkuainetta on kaasussa, joka saa limun kuplimaan ja nesteessä, joka saa auton kulkemaan kupari Cu cuprum punaruskea metalli rikki S sulfur tätä epämetallia löytyy tulivuorista happi O oxygenium kasvien tuottama ja ihmisten hengittämä kaasu helium He helium ilmapalloja täytetään tällä kaasulla fluori F fluor tätä ainetta löydät paistinpannujen pinnoitteesta ja hammastahnasta kloori Cl chlorum tämän alkuaineen tuoksu tuo monelle mieleen uimahallin ja onkin yleinen puhdistusaine 12
kulta hopea rauta Au Ag Fe kalsium Ca alumiini Al aurum argentum ferrum calcium aluminium arvokas korumetalli, jota voi löytää huuhtomalla hiekasta metalli jota käytetään peilin valmistuksessa tämän metallin pinta voi ruostua terveelliseen ruokavalioon kuuluva alkuaine, jota on myös kalkissa tämä metalli on kevyttä ja siitä tehdään foliota. tina pii typpi Sn Si N stannum silicium nitrogenium Oona Kiviluodon suunnittelemat alkuainepelikortit. uutenavuotena tästä voi valaa ennustuksia tulevalle vuodelle tästä voidaan valmistaa silikonia ja juomalaseja laitesukelluksessa tämän kaasun liian suuri määrä veressä voi aiheuttaa sukeltajantaudin Jos tunti on kestänyt aikataulussa, niin samalla tunnilla voi ottaa jo leikkimielisen kisan, mikä toimii samalla kertauksena. Tässä kertaus tehdään kahoot.it sivustolla. Sivusto on ilmainen, mutta oppilaat tarvitsevat mobiililaitteet. Tässä kahooti-visassa on helppoja kysymyksiä, mutta sinne on helppoa (ja ilmaista) luoda myös itse uusia haastavampia ja omaperäisempiä kyselyitä. Lisäksi kahootin hyvänä puolena on se, että oppilaat useimmiten tykkäävät TVT:stä opetuksessa. Kertaukseen kahootlinkki: https://play.kahoot.it/#/k/388c1c28-9515-476b-9b51-955704e92456 KOTITEHTÄVÄT TUNNISTA Kotitehtäväksi voisi antaa ajatuskartan tunnilla olleista käsitteistä. Tämän voi tehdä tavallisesti vihkoon tai sitten esim. ilmaisessa popplet.com sovelluksessa. Ajatuskarttaan on helppo jatkaa seuraavatkin kappaleiden käsitteet. Ajatuskartan tehtävänä on auttaa kokonaiskuvan muodostumista. 13
Esimerkki miellekartasta. LISÄMATERIAALIA Toiset oppilaat ovat toisia huomattavasti nopeampia ja tarvitsevat siten lisämateriaalia. Tässä on muutamia vaihtoehtoja heille. Alkuaineet ja jaksollinen järjestelmä: Bingo, älypää:http://alypaa.com/yhteisot/pelit/kemialliset+merkit ja laivanupotus) Atomin rakenne: youtube video: https://www.youtube.com/watch?v=r1rmv5qhwye&app=desktop. Video on havainnollinen, mutta sen huonona puolena on, että se on englanniksi. Tämä video soveltuukin erityisesti henkilöille joiden englanti on parempaa kuin suomenkieli. 14