Visualisoinnin ja animaatioiden merkitys kemian opetuksessa.



Samankaltaiset tiedostot
Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

TUKIMATERIAALI: Arvosanan kahdeksan alle jäävä osaaminen

TUKIMATERIAALI: Arvosanan kahdeksan alle jäävä osaaminen

Ionisidos ja ionihila:

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

FyKe 7 9 Kemia ja OPS 2016

1-12 R1-R3. 21, 22 T4 Tutkielman palautus kurssin lopussa (Työ 2 ja Työ 3), (R4-R6) Sopii myös itsenäiseen opiskeluun Työ 4 R7 - R8

Ajattelu ja oppimaan oppiminen (L1)

Vesimolekyylien kiehtova maailma

Tieto- ja viestintätekniikka kemian opetuksessa FL Johannes Pernaa Kemian opettajankoulutusyksikkö Kemian laitos

Kemian työtavat. Ari Myllyviita. Kemian ja matematiikan lehtori Hankekoordinaattori

TVT-Menetelmiä esteettömään oppimisympäristöön. Antti Peltoniemi Pedagoginen asiantuntija Oppimis - ja ohjauskeskus Valteri

MATEMATIIKKA. Elina Mantere Helsingin normaalilyseo Elina Mantere

Rauman normaalikoulun opetussuunnitelma 2016 Kemia vuosiluokat 7-9

TERVEISET OPETUSHALLITUKSESTA

AINEKOHTAINEN OPETUSSUUNNITELMA / KEMIA

Reaktiot ja tasapaino

RAPORTTI. Kemian mallit ja visualisointi. Raportti. Elina Rautapää. Piia Tikkanen

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2014

Monilukutaitoa kehittävän ilmiöopetuksen laatiminen. POM2SSU Kainulainen

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Hiilivetyjen visualisointi Spartan-molekyylimallinnusohjelmalla

KEMIA 7.LUOKKA. Laajaalainen. liittyvät sisältöalueet. osaaminen. Merkitys, arvot ja asenteet

MAOL ry on pedagoginen ainejärjestö, joka työskentelee matemaattisluonnontieteellisen. osaamisen puolesta suomalaisessa yhteiskunnassa.

HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

OPISKELIJOIDEN AIKAISEMPIEN TIETOJEN MERKITYS OPPIMISELLE AVOIMEN PEDAKAHVILA TELLE HAILIKARI

TUTKIMUSLÄHTÖINEN FYSIIKAN OPISKELU. MAOL:n syyskoulutuspäivät

Liukeneminen

Näkökulmia tietoyhteiskuntavalmiuksiin

Fysiikan ja kemian opetussuunnitelmat uudistuvat Tiina Tähkä, Opetushallitus

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

Tehostettu kisällioppiminen tietojenkäsittelytieteen ja matematiikan opetuksessa yliopistossa Thomas Vikberg

E-oppimateriaalit. Opinaika vs. CD-verkko-ohjelmat

JULKAISULUETTELO A VERTAISARVIOIDUT TIETEELLISET ARTIKKELIT A1 ALKUPERÄISARTIKKELI

Opetuksen suunnittelun lähtökohdat. Keväällä 2018 Johanna Kainulainen

Asetyylisalisyylihapon energiaprofiili. - Konformaatioisomeria

MITÄ KUULUU OPETTAJALLE - Opettajat Suomessa 2014

Verkko-opetus - Sulautuva opetus opettajan työssä PRO-GRADU KAUNO RIIHONEN

Hyvä sivistystoimenjohtaja/rehtori

Vesi ja veden olomuodot lumitutkimuksien avulla

Fysiikan ja kemian opetussuunnitelmat uudistuvat Tiina Tähkä, Opetushallitus

Tieto- ja viestintätekniikka kemian opetuksessa

arvioinnin kohde

YMPÄRISTÖOPPI. Marita Kontoniemi Jyväskylän normaalikoulu

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

JATKUVA JA MONIPUOLINEN ARVIOINTI LUKIOSSA

Kemian työtavat. Esitetty Ari Myllyviita. Kemian ja matematiikan lehtori

Tutkimustietoa oppimisen arvioinnista

Opettajan pedagoginen ajattelu

Research in Chemistry Education

Animaatioiden käyttö molekyyliyhdisteiden rakenteiden opettamisessa lukiolaisille

Liukoisuus

782630S Pintakemia I, 3 op

Oppimista tukeva, yhteisöllinen arviointi

Reaktiot ja tasapaino

TUTKIMUKSELLISUUS. LUKION KEMIASSA PÄIVI TOMPERI KEMIAN OPETUKSEN KESKUS KEMMA HELSINGIN YLIOPISTO

TVT:n käyttö kemian opetuksessa

hyvä osaaminen

Sähköiset oppimateriaalit osana opetusta

5.10 Kemia. Opetuksen tavoitteet

Aktivoivat opetusmenetelmät opiskelijoiden kokemana

Opiskelijoiden ja opettajien erilaiset käsitykset opettamisesta koulutuksen suunnittelun taustalla

Oppivat koulut Oppimisen tulevaisuus barometrien ja OPS-hautomoiden jäljillä kohti kehittyvää koulua

hyvä osaaminen. osaamisensa tunnistamista kuvaamaan omaa osaamistaan

Digitaalinen tarinankerronta HTKS152

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

VESI JA VESILIUOKSET

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

sivu 1/7 OPETTAJALLE Työn motivaatio

Vaativa erityinen tuki ja sen kehittämistarpeet - TUTKIMUS. Elina Kontu Dosentti Helsingin yliopisto

Oppimisprosessissa opiskelijoiden tukena analytiikan opiskelua yhdessä tehden

OPETUKSEN SUUNNITTELU JA TVT Mistä työvälineet ja oikea lähestymistapa tarkoituksenmukaiseen tekemiseen? Done. Differently.

Tieto- ja viestintäteknologinen osaaminen. Ryhmä 5

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

VESO yläkoulun opettajat. OPS 2016 ARVIOINTI Jokivarren koululla

5.10 KEMIA OPETUKSEN TAVOITTEET

Perusopetuksen fysiikan ja kemian opetussuunnitelmien perusteiden uudistaminen

arvioinnin kohde

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

Ilmiöpohjainen oppiminen ja BYOD

Yleissivistävä koulutus uudistuu

OPS-KYSELY. Syksy Vetelin lukio

Vertaispalaute. Vertaispalaute, /9

Sisällys. Mitä opetussuunnitelman perusteissa sanotaan?... 22

MAOL ry on pedagoginen ainejärjestö, joka työskentelee matemaattisluonnontieteellisen. osaamisen puolesta suomalaisessa yhteiskunnassa.

Seoksen pitoisuuslaskuja

Vain vahvat selviytyvät?

Suomi-koulujen opettajien koulutuspäivät, Jorma Kauppinen. Osaamisen ja sivistyksen parhaaksi

SCIENTIX - LUMA-opettajien. uusia ideoita opetukseen. M ij P ll i. Maija Pollari LUMA-keskus Suomi MAOL-kevätkoulutuspäivä 18.4.

Vanhan kertausta?(oklp410): Shulmanin(esim. 1987) mukaan opettajan opetuksessaan tarvitsema tieto jakaantuu seitsemään kategoriaan:

Kemiallinen reaktio

Arvioinnin monipuolistaminen lukion opetussuunnitelman perusteiden (2015) mukaan

Tutkimuksellisia töitä biologian opetukseen

Kemia. Kemia Tutkii luontoa, sen rakenteita. Tutkii ainetta, sen koostumusta. sekä reaktioita. Eli kuinka aine muuttuu toiseksi aineeksi.

Cyber Learning Tulevaisuuden oppimisympäristöt. Jarmo Viteli Tampereen yliopisto, SIS/TRIM

Lukion kemian OPS 2016

Paikkatiedon opetus ja sähköiset ylioppilaskirjoitukset

Esimerkkejä formatiivisesta arvioinnista yläkoulun matematiikan opiskelussa

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Lahden englanninkielisten luokkien (0 9) toimintaperiaatteet Tiirismaan koulussa lukuvuonna

Transkriptio:

Liite 7 - Animaatioryhmä: Suolan liukeneminen Tausta Koulun oppikirjoissa käsitellään suolat ionien yhteydessä. Otavan Avain kurssikirjassa kappaleen 3 nimi on 'ionisidos' ja siinä mainitaan suoloja. Kuvassa käytetään tietynlainen atomikristallinmalli. Liukenisprosessi sellaisenaan ei käsitellä. Lukion oppilaat löytyy MAOL taulukkokirjassa liukoisuustuloja ja kvalitatiivinen taulukko suolojen liukenemista. Voiko siis animaatiot ja visualisoinnit auttaa ymmärtämään suolojen liukenemista vedestä? Visualisoinnin ja animaatioiden merkitys kemian opetuksessa. Kemian keskeinen asia on makroskopinen maailmaa tai oikea maailma ja molekyylarinen tai nanoskopinen maailmaa keskeinen suhde (Vermaat et. al. 2003). Oppilaille siirtyminen mikro-, makro- ja symbolisen tason välillä on vaikeaa. (Gabel, 1999) Visualisoinnilla voidaan tukea näitä siirtymiä. Mikrotason ilmiöiden esittämisen animaatioiden avulla on havaittu parantava oppilaiden koesuoritusta merkittävästi.(ardac & Akaygun, 2004). Visualisaatioiden ja animaatioiden käyttö on suunniteltava tukemaan opetusta. On vahvaa näyttöä siitä, että animaatioiden tekeminen tehostaa oppimista niiden katsomista enemmän (Vermaat, Kramers-Pals & Schank, 2003). Tietokone animaatiot käyttöä koulussa voi olla käytännössä aika hankala, koska monessa kunnassa opettajat ja oppilaat eivät saa asentaa itse ohjelmat tietokoneella. Selainpohjaisia animaatiot, missä käyttäjät voi säättää muutamia parametria voivat olla yksi ratkaisu. Vuorovaikutteiset visualisoinnit, simulaatiot, mahdollistavat oppilaille omien hypoteesien testaamisen. Mahdollisuus animaation kontrollointiin, esimerkiksi palaaminen aiempaan osioon tekee oppimisesta mielekkäämpää. (Rapp, 2005) Animaatio on simuloitu kuvasarja joka on tuotettu piirtämällä tai simuloimalla kappaleita. Animaatioihin kuuluu seuraavat kolme osaa, animaatio koostuu kuvista, siinä näkyy näennäistä liikettä ja kuvat on tehty piirtämällä tai simuloimalla (R.E. & R., March 2002). Voidaanko lyijykynällä piirtää molekyylimallien animaatiot? Periaattisesti voidaan yhtä hyvin piirtää ionit ja vesimolekyylejä myös paperilla. Oikeastaan nuoret oppilaat (iältään 13 ja 14 vuotiaat) tykkävät sellaisesta harjoituksista ja yhtä hyvin kun tietokoneanimaatiot piirtäminen voi edistää oppimisprosessia. Piirtäminen (sketches) on käytetty myös kuin kysyttiin oppilaille millä tavalla NaCl liukunee veteen (Vermaat et. al. 2003). Monien erilaisten visualisoinnin tapojen käyttö tukee oppilaiden oppimista enemmän kuin vain yhden käyttäminen. Toisen visualisointitavan käyttäminen paransi merkittävästi oppimistuloksia. Visualisointien järjestyksellä ei ollut merkittävää vaikutusta oppimistuloksiin. (Velazquez-Marcano, Williamson, Ashkenazi, Tasker, & Williamson, 2004). Opetuksessa animaatioita voi käyttää demonstraatioiden tukena selventämässä mikrotason tapahtumia. Animaation tukena voidaan käyttää animoitavasta ilmiöstä riippuen myös mittausautomatiikkaa ja kytkeä yhteen erilaisia kemian mallinnuskeinoja. (Russell & Kozma, 2005) Animaatioita käytettäessä opettajan tulisi käyttää opetuskeskustelua tai pienryhmissä käytäviä keskusteluja, jotka korostava animaatiossa esitettäviä asioita. Oppilaat voivat tällöin jakaa animaatiosta tekemiään huomiota. Opetuskeskustelujen käyttäminen on perusteltua sillä oppilaiden

kyky piirtää kuvia makrotason ilmiöistä ei paljasta heidän käsitystään asiasta. (Kelly & Jones, 2007) Oppilaiden käsityksiä suolan liukumisesta. Yleisimmät virhekäsitykset joita yläasteen oppilailla on, liittyvät massan säilymiseen, liukoisuuteen sekä liukenemisen mikrotason selityksiin. Oppilaista 40 % uskoo ettei suolan määrällä ole mitään merkitystä liuoksen painoon. Oppilaiden varsin konkreettinen käsitys siitä mitä liukenemisessa tapahtuu, muuttuu yläasteen aikana. Yhdeksännellä luokalla pelkkiin havaintoihin perustuvat selitykset ovat tehneet tilaa makro- ja mikrotason selityksille, joskin puolet mikrotason selityksistä on virheellisiä. Oppilaiden vastaukset yhdeksännellä luokalla jakautuvat melko tasan mikro-, makro- ja havainnollisen tason välille. (Ahtee, 1994.) Liukoisuuden kohdalla oppilaat oppivat yläasteen aikana ottamaan huomioon lämpötilan merkityksen liukenemiselle, mutta virheellisten ja vastaamatta jättäneiden määrät pysyvät noin 20% paikkeilla. (Ahtee, 1994.). Lukiossa käsitellään kyllä suolojen liukoisuustuloja, mutta kun oppilaat pyydettiin teknisessä yliopistossa (Metropoliassa) soveltamaan liukoisuustuloja ani harva oppilas pystyy laskemaan esim. lyijykloridin liukoisuustuloja oikealla tavalla. Liukeneminen oppikirjoissa ja ops:ssa OPS Yläkoulun OPS:n kemian opetuksen tavoitteina on mm. aineen rakennetta ja kemiallisia sidoksia kuvaavien käsitteiden ja mallien oppiminen. Keskeisinä sisältöinä on mainittu mm. vesi ja veden ominaisuudet sekä alkuaineiden ja yhdisteiden ominaisuuksien ja rakenteiden selittäminen atomimallin tai jaksollisen järjestelmän avulla. Lisäksi päättöarvioinnin kriteereissä arvosanalle 8 odotetaan oppilaan mm. osaavan kuvata atomia, kemiallisia sidoksia ja yhdisteitä asianmukaisia malleja käyttäen. Oppikirjat Aine ja energia: Liukenemisesta mainitaan samanlaisen liuottavan samanlaista. Esimerkkinä liukenemisesta toimii juuri suolan liukeneminen veteen: Vesi paina enemmän suolalisäyksen jälkeen. Selityksenä tähän todetaan, että veden rakenneosat tunkeutuvat suolan rakenneosasten väliin ja hajottavat sen kiderakenteen (tarkoitettu 7-luokkalaisen luettavaksi). Veden liuotinominaisuuksista atomitason selityksenä mainitaan vesimolekyylin pienen koon vaikuttavan sen liuotinominaisuuksiin. Ioniyhdisteen muodostumisen yhteydessä annetaan kuva natriumkloridin kiderakenteen mallista. Samalla mainitaan, että ioniyhdisteiden liuetessa veteen, ne palautuvat takaisin yksittäisiksi ioneiksi (kuva s. 113). Liukenemista kuvaavia visualisointeja ei siis oppikirjassa juuri esiinny ja myös mikrotason selitykset jäävät yksittäisten lauseiden varaan. Liukenemista kuvaavien kemiallisten mallien opettaminen jäänee siten kirjasarjaa käyttävän opettajan oman harkinnan varaan. Avainkirjasarjassa mikrotason selityksiä liukenemiselle ei anneta. Animaatioiden rakentaminen Chemsense ohjelman avulla voidaan rakentaa yksinkertaisia animaatioita, mutta se ei pidättiin

järkevä, koska monessa koulussa on vaikeuksia asentaa uudet ohjelmat koulun tietokoneella. Hyvä animaation rakentaminen vaatii aika ja sen lisäksi sen pitää olla yhtä hyvin tai parempi kuin jo olemassa oleva animaatiot. Kuin youtube-palvelu tarjoa jo toimivat animaatiot, se ei kuulostaa järkevältä rakentaa oma animaatio kuin on niin vähän aikaa käytettävissä. Lista Internetista löydettävistä videoista on mainittu ohessa powerpoint esityksestä (Särkkä, Vermeulen, Mankinen ja Anttila) Se ei sulje pois harjoituksia joita oppilaat voivat tehdä käyttämällä esim. chemsense ohjelman avulla. Myös pallo-tikku atomimallit, jotka ovat jokaisessa koulussa löydettävissä, web kamera ja Premiere ohjelman avulla voitaisi rakentaa toimivat animaatiot. Kirjallisuus Ahtee, M. (1994.). Yläasteen oppilaiden käsityksiä liukenemisesta ja palamisesta /. Helsingin yliopisto,: Helsinki :. Aksela, Maija; Karjalainen Veikko. Kemain opetus tänään: nykytila ja haasteet Suomessa (Chemistry Education Today in Finland). Kemian opetuksen keskus, kemain laitos, Helsingin yliopisto. Ardac, D., & Akaygun, S. (2004). Effectiveness of multimedia-based instruction that emphasizes molecular representations on students' understanding of chemical change. Journal of Research in Science Teaching, 41(4), 317-337. Gabel, D. (1999). Improving teaching and learning through chemistry education research: A look to the future. Journal of Chemical Education, 76(4), 548-54. Kelly, R. M., & Jones, L. L. (2007). Exploring how different features of animations of sodium chloride dissolution affect students' explanations. Journal of Science Education and Technology, 16(5), 413-429. R.E., M., & R., M. (March 2002). Animation as an aid to multimedia learning. Educational Psychology Review, 14, 87-99(13). Rapp, D. (2005). Mental models: Theoretical issues for visualizations in science education Russell, J., & Kozma, R. (2005). Assessing learning from the use of multimedia chemical visualiztion software Velazquez-Marcano, A., Williamson, V. M., Ashkenazi, G., Tasker, R., & Williamson, K. C. (2004). The use of video demonstrations and particulate animation in general chemistry. Journal of Science Education and Technology, 13(3), 315-323.

Vermaat, J.H., Kramers-Pals, H. & Schank, P. (2003). The use of animations in chemical education. Proceedings of the International Convention of the Association for Educational Communications and Technology. 2, 430-441. Bloomington: AECT. Hannu Särkkä, Stephan Vermeulen, Sini-Tuulia Mankinen, Johannes Anttila. Animaatiot suolan liukoimisesta. Powerpoint esitys, 13.04.2009

Animaatiot suolan liukenemisesta Opetustehtävä kokeellisuus kemian opetuksessa

Visualisointi kemian opetuksessa Oppilailla on vaikeuksia visualisoida suolan liukenemista Makrotaso, symbolitaso, mikrotaso Visualisointi ja animaatiot tukevat tiedon siirtymistä Helpottavat siirtymistä kemian ajattelun tasojen välillä Animaatioiden tekeminen tehostaa oppimista, myös virhekäsitykset tulevat esille paremmin Nyt keskityttiin suolan liukenemista käsitteleviin animaatioihin

Animaatioiden haitat Erikoisohjelmien asentaminen on usein vaikeaa kouluissa Aina ei ole mahdollista valmistaa itse animaatioita Animaatioiden tekeminen on työlästä Animaatiotkin voivat vahvistaa virhekäsityksiä ioneista ja atomista (mikrotaso, kuva ei vastaa todellisuutta)

Oppilaiden virhekäsityksiä Ionisidos on kuin tikku tai lanka, johon voi koskea. Ionit liukenevat veteen kuin tanssiparit Ionisidos kuin kovalenttinen sidos (kts. yläp.) Ionien varaus on vaikea ymmärtää Suola häviää, kun se liukenee (massa) Suolan %-pitoisuuden laskeminen vaikea Yleisesti: oppilaat oppivat yläkoulun aikana antamaan ilmiöihin mikrotason selityksiä, näistä tosin puolet virheellisinä.

Liukeneminen oppikirjoissa mikrotason selityksiä annetaan hyvin vähän Atomeja kuvataan vähän Yritetään selittää verbaalisesti, tämä sopii vain osalle oppilaista. "Veden rakenneosat tunkeutuvat suolan rakenneosasten väliin ja hajottavat sen kiderakenteen" (Aine ja Energia, tarkoitettu 7-luokkalaisten luettavaksi)

Esimerkkejä animaatioista Kuva suolan liukenemista kuvaavasta tietokonesimulaatiosta. This image was created by Dr Limin Liu and Dr Angelos Michaelides, both of the London Centre for Nanotechnology.

Dissolving of a crystal on molecular level http://www.youtube.com/watch?v=gn9euz9jzwc crystal on molecular level

Hauska video orbitaalien tärisemisestä:

youtube Video's on youtube: Image of a simulation of dissolving salt http://www.ucl.ac.uk/news/ucl-views/0803/salt Dissolving of a crystal on molecular level http://www.youtube.com/watch?v=gn9euz9jzwc Portugese video op molecular level Dissolução do cloreto de sódio (41 sec) http://www.youtube.com/watch?v=ilfcngyooem Dynamics of salt dissolving http://www.youtube.com/watch?v=nedmsu3pwfu&feature=related Long video on solubility of salt with laboratory demonstration Solubility of Sodium Chloride http://www.youtube.com/watch?v=cjn8dzynnwg&feature=related' Very good video on dissolving salt on a molecular level http://www.chem.iastate.edu/group/greenbowe/sections/projectfolder/flashfiles/thermochem/solutionsalt.html Flash video on dissolving salt (macro and micro scale) http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/molvie1.swf

chemsense Ilmaisohjelma helppoa tehdä yksinkertaisia animaatioita http://www.chemsense.org/ oppilaat voivat tehdä animaatiot kahdessa oppitunnissa. esimerkki:

Chemsense esimerkki http://cmap.helsinki.fi/servlet/sbreadresourceservlet? rid=1237320082561_253656064_1551

Kirjallisuus Ahtee, M. (1994.). Yläasteen oppilaiden käsityksiä liukenemisesta ja palamisesta /. Helsingin yliopisto,: Helsinki :. Ardac, D., & Akaygun, S. (2004). Effectiveness of multimedia-based instruction that emphasizes molecular representations on students' understanding of chemical change. Journal of Research in Science Teaching, 41(4), 317-337. Gabel, D. (1999). Improving teaching and learning through chemistry education research: A look to the future. Journal of Chemical Education, 76(4), 548-54. Kelly, R. M., & Jones, L. L. (2007). Exploring how different features of animations of sodium chloride dissolution affect students' explanations. Journal of Science Education and Technology, 16(5), 413-429. R.E., M., & R., M. (March 2002). Animation as an aid to multimedia learning. Educational Psychology Review, 14, 87-99(13). Rapp, D. (2005). Mental models: Theoretical issues for visualizations in science education Russell, J., & Kozma, R. (2005). Assessing learning from the use of multimedia chemical visualiztion software Velazquez-Marcano, A., Williamson, V. M., Ashkenazi, G., Tasker, R., & Williamson, K. C. (2004). The use of video demonstrations and particulate animation in general chemistry. Journal of Science Education and Technology, 13(3), 315-323. Vermaat, J.H., Kramers-Pals, H. & Schank, P. (2003). The use of animations in chemical education. Proceedings of the International Convention of the Association for Educational Communications and Technology. 2, 430-441. Bloomington: AECT.