aineenopettajankoulutuksen vaihtoehdot ja tutkimus ... palm.pdf1.mitä opiskelijat pitävät...

1

Ainetiedon ja pedagogisen tiedonyhdistäminen palamisilmiön

opettamisessa

Helena Palm ja Maija AhteeOpettajankoulutuslaitos, Jyväskylän yliopisto

[email protected]

Työssä on pyritty selvittämään, miten kemian opettajaopiskelijat osaa-vat yhdistää ainelaitokselta saamansa kemian ainetiedon ja opettajan-koulutuksessa annettavan pedagogisen tiedon. Tätä varten palamiseenliittyvät käsitteet jäsennettiin ensin miellekartaksi. Tutkimusta vartenopiskelijoilta kysyttiin heidän omaa käsitystään palamisesta ja he laati-vat tuntisuunnitelman aiheesta palamisilmiö. Vastauksista analysoitiinluokittelemalla opiskelijoiden keskeisinä pitämät opetettavat asiat jaavaindemonstraatiolle asettamat tavoitteet. Palamisilmiön tarkastelu jäimakrotasolle ja kaiken kaikkiaan vastauksista puuttui syvempi kemial-linen ajattelu.

Avainsanat: palamisilmiö, opettajankoulutus, pedagoginen sisältötieto,avaindemonstraatio, tuntisuunnitelma

Aineenopettajankoulutuksen vaihtoehdot ja tutkimus

2

Johdanto

Kun fysiikan tai kemian opettaja suunnittelee tietyn aiheen opettamis-ta, hänen tulee yhdistää opetettavan aineen sisältötietonsa ja pedagogi-nen tietonsa opettamisesta, oppimisesta, opetussuunnitelmasta, luokanhallinnasta ja oppilaista aiheeseen sopivaksi yhtenäiseksi pedagogiseksisisältötiedoksi (Shulman 1986, Magnusson et al. 1999, Barnett &Hodson 2001). Lisäksi opettajan pitää tuntea tähän liittyvä konteksti-tieto, joka sisältää luokan, koulun ja opettajayhteisön toimintakulttuurin,ja itse asiassa kaiken sen sosiokulttuurisen ympäristön taustoineen,missä tällä hetkellä elämme (Säljö 2001).

Kun opettajaksi opiskelevat valmistautuvat opettamaan tiettyä aihet-ta, he usein tyytyvät etsimään aiheeseen liittyvän tiedon koulukirjoista jamahdollisesti tarkistamaan kemiallisen tiedon yliopistotasoisista kirjoista.Tämän toiminnan takana on käsitys, että oppiminen on tiedon hankkimistaluotettavista lähteistä ja vastaavasti opettaminen on tämän tiedon siirtä-mistä selkeässä muodossa opettajalta oppilaille. Nykyisen ajattelun mu-kaan oppiminen tapahtuu kunkin oppilaan oman ymmärryksen rakentumi-sen kautta, jolloin opettaminen on opettajan ja oppilaiden keskinäistä vuo-rovaikutusta. Tätä varten opettajan tulee osata 1) jäsentää aiheen kemialli-nen tieto niin, että hän osaa sijoittaa aiheeseen liittyvät tiedot opetus-suunnitelman tavoitteiden mukaisesti, 2) tuntea sekä oppilaiden käsityksetaiheesta että aiheeseen liittyvät vaikeudet, 3) tuntea aiheen käsittelyyn jaoppilaiden käsitysten muuntamiseen sopivat opetusmenetelmät ja työtavat,4) tuntea arviointimenetelmät saadakseen tuntitilanteissa tietoa oppilaidenajattelun kehittymisestä ja korjatakseen toimintaansa sen mukaisesti, 5)tunnistaa sekä oppilaiden että omat uskomuksensa opettamisesta ja oppi-misesta ottaakseen huomioon erilaiset ajattelutavat.

Tässä tutkimuksessa lähtökohtana on konstruktivistinen näkemys(Hewson & Hewson 1987). Käsiteltäväksi opetusaiheeksi valittiinpalamisilmiö yläasteella, koska se on oppilaille tuttu heidän arki-kokemuksistaan, siitä on olemassa erilaisia käsityksiä (Andersson ochRenström 1981, BouJaoude 1991, Ahtee 1994) ja siitä löytyy helpostierilaisia demonstraatioita ja opetusmenetelmiä (esim. Shakhashiri 1983,Irwin 1997, Rahayu & Tytler 1999). Kuitenkin opettaessaan koulussaopetusharjoittelija joutuu aivan uuteen tilanteeseen. Yliopistossa ke-

Helena Palm, Maija Ahtee

3

miaa opiskellessaan hän on tutustunut hapetus-pelkistysreaktioihin jareaktiokinetiikkaan. Nyt hänen on löydettävä ”itsestään selville” asi-oille selitykset, jotka hänen pitää liittää oppilaiden kokemusmaailmaanja esittää oppilaiden tuntemilla käsitteillä.

Tämä tutkimus liittyy projektiin, jossa olemme tutkineet opetus-harjoittelijoiden ongelmia kemian aiheiden opettamisessa erityisestipedagogisen sisältötiedon näkökulmasta (de Jong et al. 1999, Ahtee etal. 2002). Tutkimusmenetelmänä on käytetty opiskelijoiden laatimia tunti-suunnitelmia (van der Valk & Broekman 1999, Sánchez & Valcárcel1999). Luonnontieteiden konstruktivistisessa opetuksessa yhtenä lähtö-kohtana on oppilaiden käsitykset. Tässä tutkimuksessa yritetäänkin sel-vittää, miten opetusharjoittelijat yhdistävät palamiseen liittävän kemiankeskeiset ideat oppilaiden käsityksiin siten, että oppilaat voisivat ym-märtää ne. Tätä varten tuntisuunnitelmaan pyydettiin liittämään avain-demonstraatio tavoitteena saada selville, mitä palamisilmiön ominaisuuk-sia opetusharjoittelijat pitävät keskeisinä ilmiön ymmärtämisessä.

Tutkimukseen osallistujat

Syksyllä 2001 Jyväskylän yliopiston opettajankoulutuslaitoksella teh-tyyn tutkimukseen osallistui 23 opiskelijaa (15 naista ja 8 miestä), jot-ka olivat aloittamassa pedagogisia aineopintojaan (20 ov). Opettaja-harjoittelun koulussa he aloittivat vasta tutkimuskyselyn jälkeen, jotenhe eivät olleet aikaisemmin tehneet tuntisuunnitelmia. Ainelaitoksellahe olivat opiskelleet kemiaa seuraavasti: neljällä oli suoritettuna perus-opinnot, 12 suoritti parhaillaan aineopintoja ja seitsemällä syventävätopinnot olivat kesken.

Tutkimusongelmat ja menetelmät

Tutkimusprojektin tavoitteena on saada selville, millaisia vaikeuksiaopiskelijoilla on yhdistää ainelaitokselta saamansa kemian sisältötietoja opettajan tarvitsema pedagoginen tieto toisiinsa. Erityisesti tässätyössä halutaan selvittää, miten opetusharjoittelija löytää kemian ym-

Ainetiedon ja pedagogisen tiedon yhdistäminen palamisilmiön opettamisessa

4

märtämisen kannalta keskeiset ideat ja osaa yhdistää ne yläasteen op-pilaiden aikaisempiin tietoihin ja käsityksiin. Jotta oppiminen olisiAusubelin mielessä mielekästä (Ausubel et al. 1978), oppilaalla täytyyolla hallussaan käsitteitä, jotka liittyvät uuteen opittavaan asiaan. Tä-män työn tutkimusongelmat ovat:

1. Mitä opiskelijat pitävät palamisessa keskeisinä opetettavina asioina?2. Millaisia tavoitteita opiskelijat asettavat avaindemonstraatiolle?

Tutkimusta varten opiskelijat laativat ilman apumateriaalia tuntisuunni-telman yläasteelle aiheesta palaminen. Jos opetusharjoittelijoilla olisi käy-tössään oppikirjat, he olisivat tukeutuneet niihin. Tutkimusten mukaanopettajat ovat opetuksen suunnittelussa varsin oppikirjasidonnaisia(Merzyn 1996, Sánchez & Valcárcel 1999). Ilman apumateriaaleja hejoutuvat turvautumaan omiin ja koulutuksesta saamiinsa ajatuksiin (vander Valk & Broekman 1999). Tuntisuunnitelman tuli sisältää ainakin yksidemonstraatio, joka johdattelee tai herättää oppilaiden mielenkiinnonpalamisilmiön keskeisiin asioihin. Sen lisäksi opiskelijoilta kysyttiin hei-dän omaa käsitystä palamisesta ja mitä aineelle tapahtuu, kun se palaa.

Koska halusimme erityisesti tarkastella opettajaopiskelijoiden ky-kyä muuttaa ja välittää oma palamiseen liittyvä ainetietonsa yläasteenoppilaiden ajatus- ja kokemusmaailmaan sopivaksi, jouduimme ensim-mäiseksi jäsentämään palamiseen liittyvät asiat. Nämä on koottu kuvan1 esittämään miellekarttaan.

Yläasteen kemian oppikirjoissa palamisesta korostetaan kolmea pa-lamisen ehtoja, joiden mukaan palamiseen tarvitaan palavaa ainetta, hap-pea ja riittävä lämpötila. Lisäksi kirjoissa todetaan, että palaminen onkemiallinen reaktio. Palava aine ja happi ovat lähtöaineita, jotka yhtyvätpalamisreaktiossa. Tapahtuu kemiallinen muutos, jossa palavan aineenrakenne muuttuu ja muodostuu uusia yhdisteitä eli oksideja. Palamis-tuotteet (oksidit) voivat olla olomuodoltaan kiinteitä aineita, nesteitä(vedeksi tiivistyvä vesihöyry) tai kaasuja. Olomuodonmuutos ei kuiten-kaan yksinään osoita, että on tapahtunut kemiallinen muutos, vaan tässäfysikaalisessa muutoksessa aineen rakenne säilyy. Oppilailla on vaike-uksia erottaa, milloin on kyse kemiallisesta muutoksesta kuten palami-sessa, milloin taas fysikaalisesta muutoksesta kuten liukenemisesta, su-lamisesta tai hehkumisesta (Ahtee & Varjola 1998, Johnson 2000).


5

Liekki on se näkyvä osa palamista, joka havaitaan valona ja lämpönä.Jotta aine syttyy palamaan on sen ensin höyrystyttävä kaasumaiseenolomuotoon. Palamisen ehtoihin kuuluva riittävä lämpötila tarvitaanjuuri aineen höyrystymiseen. Liekki on siis palavan aineen, hapen japalamistuotteiden muodostama kaasuseos ja näiden molekyylit ja ato-mit aiheuttavat liekin värin. Esimerkiksi puun palaessa liekissä näkyyuseita eri värisävyjä ja palamisen loppuvaiheessa, hiiltyneen puun vie-lä palaessa pienellä liekillä, hiilimonoksidin palamisreaktio aiheuttaaliekin sinertävän värin. Watson ja Dillon (1996) toteavat, että oppilaatpitävät liekkiä pikemmin itsenäisenä kokonaisuutena kuin osoituksenavuorovaikutustapahtumasta.

Palamisen ymmärtämiseen liittyy keskeisesti aineen käsite ja ai-neen häviämättömyyden laki. Johnsonin (2000) mukaan oppilaille ei oleitsestään selvänä aineen käsite sellaisessa muodossa, että he voisivatymmärtää, mitä kemiallisessa muutoksessa aineelle tapahtuu, miten ainepalaessaan muuttuu kemiallisesti toiseksi yhdisteeksi. Palavia aineita on

Kuva 1. Miellekartta palamisesta, jossa on jäsennetty palamiseen liittyviä asioita.


6

useita erilaisia kuten puhtaat aineet, seokset, epäorgaaniset ja orgaanisetyhdisteet. Lisäksi monia orgaanisia hiilivety-yhdisteitä kuten puuta taiöljyä käsitellään usein puhtaan aineen palamisena. Kyseessä on kuiten-kin erittäin monimutkaisista seoksista, joiden palamisessa syntyy useitaeri yhdisteitä hiilidioksidin ja vesihöyryn lisäksi.

Palamisen alkuvaiheessa palavan aineen rakenne hajoaa sidostenkatketessa. Tapahtuakseen tämä muutos vaatii energiaa (endoterminenreaktio). Tämän jälkeen palavan aineen hajonneet osat (radikaalit) yh-tyvät happeen. Muodostuu uusia sidoksia ja uusia yhdisteitä eli oksidejaja samalla vapautuu energiaa (eksoterminen reaktio). Kemiallisena re-aktiona palaminen on myös hapettumisreaktio. Tämä ei kuitenkaan pädekääntäen. Kaikki hapettumisreaktiot eivät ole palamisreaktioita, vaanhapettuminen on palamisen yläkäsite. Hapettuessaan aine luovuttaaelektroneja. Nimi hapettumisreaktion johtaa oppilaat tekemään tässävirheitä. Esimerkiksi hopean tummuminen on hopean ja rikin välinenhapettumisreaktio, joka ei ole palamisreaktio. Ruostuminen on kemi-allinen reaktio raudan ja hapen välillä, jossa syntyy lopputuotteenarautaoksidia. Siitä puuttuu palamisen yleinen tunnusmerkki, liekki.

Tulokset ja tulosten alustava analysointi

Olemme seuraavassa tarkastelleet kumpaakin tutkimusongelmaa erik-seen etsimällä opiskelijoiden kirjoituksista ja tuntisuunnitelmista yhtei-siä piirteitä. Opiskelijoiden kirjoituksia luettiin useaan kertaan ja vastuksiapyrittiin luokittelemaan eri tavoin. Samanaikaisesti koostettiin ja muo-kattiin kuvion 1 esittämää kokonaiskuvaa palamiseen liittyvistä asioista.Molemmat tutkijat tekivät oman luokittelunsa, joista yhteisen keskuste-lun jälkeen päädyttiin esitettyihin luokitteluihin. Kategorioihin jakami-sessa otettiin huomioon opiskelijoiden koko vastaus eikä vain vastaustayhteen kysymykseen. Aineistoa voidaan pitää aitona, koska sekä opiske-lijat että tutkijat ovat opiskelleet kemiaa yliopistotasolla. Tältä pohjaltavoidaan myös olettaa, että tulkitut merkitykset vastaavat opiskelijoidentarkoittamia asioita. Löytämämme luokittelun pohjana on ollut kuvion 1esittämä kokonaiskuva palamiseen liittyvistä asioista.


7

Ensimmäinen tutkimusongelma: Mitä opiskelijat pitävätpalamisessa keskeisinä opetettavina asioina?

Opiskelijoiden tuntisuunnitelmia ja vastauksia kysymyksiin Mitäpalaminen on? ja Mitä aineelle tapahtuu, kun se palaa? tarkasteltiin en-sin sen mukaan miten palamista oli niissä käsitelty. Ensimmäisessä vai-heessa opiskelijoiden vastaukset jaettiin kolmeen luokkaan:A. Palamisen ehdot, B. Palaminen on kemiallinen reaktio, ja C. Muutpalamisesta käsitellyt asiat. Näissä luokissa vastaukset jaoteltiin sittenvielä alakategorioihin sen mukaan, mitä tai miten asioita niissä oli käsi-telty.

A. Palamisen ehdot

Kaikkien 23 opiskelijan vastaukset voitiin jakaa kolmeen ryhmään. Sel-viä alakategorioita löytyi kaksi ja niille annettiin nimet: A1. Palaminenon aineen yhtymistä happeen ja A2. Palamisen ehdot ovat palava aine,happi ja lämpötila. Alakategoriaan A1 sijoitettiin 14 opiskelijan vastauk-set, joissa mainittiin aineen ja hapen reagoivan keskenään: “Palava aineyhtyy happeen”. Heistä kaksi totesi epämääräisesti, että happea kuluujohonkin: “ Palaminen on reaktio, jossa kuluu happea”.

Alakategoriaan A2 sijoitettiin kahdeksan opiskelijan vastaukset,joista kävi ilmi kaikki kolme palamisen edellytystä, aine, happi ja läm-pötila. Vastaukset sisälsivät tyypillisesti luettelon palamisen ehdoista:“Palamisen ehdot ovat riittävä lämpötila, palava aine ja happi” tai“Yleensä palamisella tarkoitetaan sitä kun aine yhtyy happeen eli hap-pi on välttämätön edellytys palamiselle. Lisäksi palaminen vaatii tie-tyn lämpötilan, riippuen poltettavasta aineesta”. Vastauksissa puhutaanvain tietystä tai riittävästä lämpötilasta. Niissä ei kerrota, miksi palami-nen vaatii tietyn lämpötilan.

Näiden alakategorioiden ulkopuolelle jäi vielä yksi opiskelija, jokakorosti vastauksessaan palamista hapettumisreaktiona. Hän käsittelipalamisen ehdoista ainoastaan ainetta ja avaindemonstraatioksi hän esittihapettumisreaktiota, joka ei ollut palamisreaktio.


8

B. Palaminen on kemiallinen reaktio

Tässä luokassa kaikkien 23 opiskelijan vastaukset luokiteltiin kolmeenalakategoriaan sen mukaan, mitä palamisreaktion vaihetta niissä käsi-teltiin. Alakategoriaan B1 Lähtöaineet sijoitettiin kuuden opiskelijanvastaukset, joissa puhuttiin aineen ja hapen välisestä ilmiöstä tai reak-tiosta: “Aine reagoi hapen kanssa”. Nämä opiskelijat eivät tarkemminpohtineet, mitä palavan aineen ja hapen välillä tapahtuu tai millaisiayhdisteitä reaktiossa muodostuu. Tähän alakategoriaan on sijoitettumyös opiskelija, joka totesi, että “Aine muuttuu toiseksi seokseksi”.

Kymmenen opiskelijan vastaukset sijoitettiin alakategoriaan B2Palamisessa muodostuu uusi aine. Näissä vastauksissa käsiteltiin ai-neen ja hapen välistä reaktiota ja uusien tuotteiden muodostumista vainmakrotasolla. “Palamisessa aine reagoi hapen kanssa, jolloin muodos-tuu uusia tuotteita” ja “Aine reagoi hapen kanssa. Aineen rakenne muut-tuu yhtyy happeen”. Opiskelijat eivät kerro, mitä palamisreaktiossamuodostuu lopputuotteena, tai pohdi, mitä sidostasolla tapahtuu. Neljäopiskelijaa eivät mainitse muodostuvia tuotteita, vaan käsittelevät ai-noastaan aineen ja hapen yhtymistä: “Palava aine yhtyy happeen”. Nämävastaukset kuitenkin luokiteltiin tähän alakategoriaan, koska vastaajatovat ymmärtäneet aineen ja hapen muodostavan reaktiotuotteen.

Alakategoriaan B3 Palamisessa muodostuu oksideja sijoitettiin seit-semän opiskelijaa, jotka käsittelivät palamisreaktiota lähtöaineista loppu-tuotteeseen saakka. “Palamisessa aine yhtyy happeen ja syntyy palavanaineen oksideja” ja “Aineen palaessa se reagoi hapen kanssa, jolloinmuodostuu oksideja”. Vastaukset olivat hyvin lyhyitä. Niissä ei tarkem-min pohdittu, mitä reaktiossa tapahtuu, vaan ainoastaan todettiin, ettäpalamisreaktiossa aine yhtyy happeen ja muodostuu oksideja. Mikrotasontietoa ei vastauksissa ollut. Nämäkin vastaukset edustivat lähinnä ulkoaopeteltua tietoa, josta puuttuu syvempi kemiallinen ajattelu.

C. Muut palamisesta käsitellyt asiat

Tässä kategoriassa opiskelijoiden vastaukset jaettiin viiteen ala-kategoriaan. Sama opiskelija on voinut käsitellä useampaakin asiaa esim.energiaa ja liekkiä tai massan kasvua ja hapettumista. Kolme opiskeli-jaa oli käsitellyt vain palamisen ehtoja ja kemiallista reaktiota.


9

Kymmenen opiskelijan vastaukset sijoitettiin alakategoriaan C1 Pala-misessa muodostuu lämpöä. Useimmissa näistä vastauksista puhuttiinvain lämmöstä “Puun palaminen tuottaa lämpöä”. Silloinkin kun vas-tauksissa mainittiin energia, se liittyi lähinnä vain lämmön muo-dostumiseen “Lämpö kertoo sen, että reaktiossa vapautuu energiaa”.Sen sijaan vastauksissa ei pohdittu energian sitoutumista, vapautumis-ta tai energian säilymistä palamisreaktiossa.

Alakategoriaan C2 Kaasumaiset palamistuotteet sijoitettujen yh-deksän opiskelijan vastauksissa keskityttiin orgaanisten aineiden pala-miseen. Tuotteissa mainittiin ainakin yksi seuraavista kaasuista: hiili-dioksidi, hiilimonoksidi ja vesihöyry. “Orgaanisen aineen palaessa syn-tyy usein hiilidioksidia ja vesihöyryä” ja “Orgaanisen aineen täydelli-sessä palamisessa syntyy tuotteina hiilidioksidia ja vettä, epätäydel-lisessä palamisessa häkää”. Epäorgaanisia palamiskaasuja ei mainittu,vaikka monet yleisistä ilmansaasteista ovat juuri epäorgaanisia yhdis-teitä, kuten rikin ja typen oksidit.

Alakategoriaan C3 Palaminen on hapettumisreaktio sijoitettiin seit-semän opiskelijaa, joiden vastauksissa todettiin aineen hapettuvanpalamisessa. “Palaminen on kemiallinen reaktio, jossa palava ainehapettuu”. Kahden opiskelijan vastauksista ilmeni, etteivät he ymmär-täneet palamisilmiötä hapettumisreaktion alakäsitteeksi. Yksi opiske-lija ehdotti avaindemonstraatioksi rikkivedyn aiheuttamaa hopeantummumista ja toinen opiskelija kaliumin ja veden välistä hydrolyysi-reaktiota.

Alakategoriaan C4 Aineen häviämättömyys sijoitettiin viisi opis-kelijaa, joiden vastauksissa puhuttiin palavan aineen massan kasvustateräsvillan polttamisdemonstraation yhteydessä. “Teräsvillan palaessapalanut teräsvilla painaa enemmän kuin alkuperäinen. Demosta pää-tellään siis, että palamisessa aine reagoi ilman hapen kanssa”. Muitaesimerkkejä massan kasvusta ei mainittu.

Alakategorian C5 Liekki aihetta käsiteltiin ainoastaan kahdenopiskelijan vastauksessa. Toinen heistä puhui liekin syntymisestä: “Ha-pen ja aineen reaktion vaikutuksesta muodostuu liekki, joka lämmittääeli vapautuu energiaa”. Lause on kuitenkin hyvin lyhyt eikä siitä voipäätellä, onko opiskelija ymmärtänyt, miksi aine syttyy palamaan taimitä liekki on. Toinen opiskelija kirjoitti liekin väristä: “Eri aineet pa-lavat eri tavalla erivärisellä liekillä”. Hän ei kuitenkaan pohdi, miksi


10

aineet palavat erivärisellä liekillä.

Toinen tutkimusongelma: Millaisia tavoitteita opiskelijatasettavat avaindemonstraatiolle?

Avaindemonstraatioilla etsittiin tietoa, mistä asioista opiskelija haluaalähteä liikkeelle ja mitä asioita hän haluaa palamisesta esittää de-monstraation avulla. Opiskelijoiden ehdottamat avaindemonstraatiotjaettiin kahteen pääkategoriaan sen mukaan lähtikö opiskelija tarkas-telemaan palamista kemian teoriasta käsin A. Todentava, teorialähtöinendemonstraatio, vai lähtikö hän havainnoista käsin B. Havaintoja ko-rostava demonstraatio.

A. Todentava, teorialähtöinen demonstraatio

Tähän kategoriaan sijoittui 14 opiskelijan (60 %) ehdottamat de-monstraatiot. Niissä pyrittiin todentamaan jotakin osaa yleisestä kemi-an tiedosta, että palamisessa aine yhtyy happeen ja muodostuu uusiayhdisteitä. Nämä demonstraatiot jaettiin alakategorioihin sen mukaan,mitä osaa yleisestä tiedosta erityisesti korostettiin.

Puolet kategoriaan A kuuluvista opiskelijoista oli valinnut avain-demonstraatiokseen palamistuotteen massan kasvun. Heidät sijoitet-tiin alakategoriaan A1. Aine yhtyy happeen, koska palamistuotteenmassa kasvaa. Kuusi opiskelijaa havainnollisti tätä teräsvillan poltta-misella herkässä vaa’assa. Myös muita aineita kuten puuta, magnesiumiaja bensiiniä esitettiin vaa’assa poltettavaksi. “Poltetaan puuta , rautaa,magnesiumia, bensiiniä ja muita aineita vaa’alla. Katsotaan kumpaansuuntaan kallistuu. Mietitään, mitä demossa tapahtui ja miksi vaakakallistui välillä toiselle puolelle”? Opiskelijoiden kirjoituksissa todet-tiin hyvin lyhyesti vain hapen ja palavan aineen yhtyvän. Niissä ei kä-sitelty reaktiossa muodostuvia uusia yhdisteitä tai puhuttu sidostenuudelleen järjestäytymisestä.

Alakategoriaan A2. Palaminen tarvitsee happea sijoitettiin viidenopiskelijan vastaukset. Tähän liittyvä demonstraatio oli kynttilänsammuminen lasikuvun alla. Nämä opiskelijat eivät kuitenkaan pohti-neet demonstraatiota syvällisemmin: mistä tiedetään, että kyseessä onjuuri happi, loppuuko happi kokonaan vai voisiko sitä mahdollisesti


11

olla vielä jäljellä, kun kynttilän liekki sammuu, tai miksi happi on vält-tämätön palamiselle. Muiksi hapen tarpeellisuutta osoittaviksi de-monstraatioiksi ehdotettiin magnesiumnauhan polttamista hiilidiok-sidissa ja puutikun polttamista hapessa ja ilman happea.

Alakategoriaan A3. Palamisessa muodostuu uutta ainetta sijoitet-tiin kahden opiskelijan demonstraatiot. Toinen heistä korosti vainmagnesiumille tapahtunutta ulkoista silmin havaittavaa muutosta.“Magnesiumin palamisdemossa huomataan aineen muuttuvan toiseksi,metallin vaaleaksi ja jauhemaiseksi”. Toinen opiskelija esitti demonstraa-tion epämääräisemmin ja tarkasteli vain yleisesti, mitä demonstraatiossatapahtuisi: “keskustelisimme oppilaiden kanssa, mitä magnesiumlankaapoltettaessa tapahtui ja minkä aineen kanssa magnesium reagoi”.

B. Havaintoja korostava demonstraatio.

Tähän kategoriaan sijoitettiin ne opiskelijoiden demonstraatiot, joissalähdettiin liikkeelle palamisilmiöstä käsin eli niissä ihmeteltiin, mitädemonstraatiossa tapahtuu ja miksi. Yksi opiskelija tarkasteli palami-sen edellytyksiä. “Riittävän lämpötilan tarve voidaan esittää polttamallapuuta ja sammuttamalla se vedellä, jolloin puun lämpötila laskee. Kunpoltetaan esim. bensiiniä, niin tuli sammuu kun kaikki bensiini onpalanut”. Hän vain toteaa, miten asia on. On vaikeata nähdä, miten häntästä pääsisi kiinni kysymyksiin, mikä riittävä lämpötila on, mihin sitätarvitaan tai miksi puu sammuu, kun sen päälle kaadetaan vettä. Toi-nen opiskelija tutki erilaisten aineiden palamista. Poltettaviksi kappa-leiksi tai aineiksi hän oli valinnut puun, etanolin, paperin ja tähtisäde-tikun. Demonstraation jälkeen hänen oli tarkoitus oppilaiden kanssapohtia, mitä yhteistä reaktioissa on.

Kolmen opiskelijan vastauksista avaindemonstraation tarkoitus eikunnolla ilmennyt ja kolmella demonstraatio sisälsi virheellistä tulkin-taa. Osassa vastauksia esitettiin lähinnä luettelon erilaisista palamis-reaktioista eikä ilmiötä pyritty mitenkään selittämään. ”Poltetaan puutatai paperia, ihmetellään kaasupoltinta ja sen liekkiä, poltetaan magnesium-nauhaa ja bensiiniä.” Eräissä vastauksia esiintyi epätäsmällisyyttä taisuoranaisia virheitä: “Aloita tunnin sytyttämällä puutikun palamaan. Teensaman myös esim. magnesiumnauhalle. Huomataan, että molemmatmuuttavat täysin olomuotoaan ja että muutos on pysyvä”.


12

Tulosten tarkastelua ja johtopäätöksiä

Osa opiskelijoita oli ymmärtänyt palamisreaktion kemiallisena vuoro-vaikutuksena. He käsittelivät palavaa ainetta, happea ja palamistuotteitahyvin makrotasolla, mutta heillä oli kuitenkin vaikeuksia selittää mitäpalamisreaktiossa tapahtuu sidostasolla tai millainen merkitys hapellaon. Samankaltaiseen tulokseen ovat päätyneet Watson ja Dillon (1996)tutkiessaan 14 - 15 ikäisten oppilaiden käsityksiä palamisesta.Käsitellessään palamiseen tarvittavaa tai siinä syntyvää energiaa opis-kelijat puhuivat vain havaittavasta lämmöstä tai riittävästä lämpötilasta.He eivät käsitelleet energian merkitystä palamiselle mikrotasolla.Kyyrönen (2000) toteaa lukion oppilaiden pitävän palamisessa riittä-vän lämpötilan vaatimusta ulkoisena tekijänä, joka voidaan myös tul-kita “makromaailmassa”. He eivät pohtineet mitenkään syttymiseenliittyvää ongelmatikkaa eli reaktion käynnistämiseen tarvittavaa akti-vaatioenergiaa. Vasta mikromaailman eli hiukkasten tarkastelun kauttavoi ymmärtää, että ainoastaan riittävän energian omaavat hiukkasetpystyvät rikkomaan sidoksia ja reagoimaan toisten hiukkasten kanssa,jolloin uusien sidosten muodostuessa taas vapautuu energiaa.

Kun opiskelijat ottivat lähtökohdaksi teorialähtöisen todentavandemonstraation, he myös keskittyivät lähes täysin vain toteamaan, ettäpalamistuotteen massa kasvaa tai että palaminen tarvitsee happea. Heeivät lähteneet itse tai ”yhdessä oppilaiden kanssa” pohtimaan, mitätämä merkitsee. Luonnontieteellisen ajattelun kannalta olisi tärkeätä,että oppilaat oppisivat etsimään selityksiä ja tarkastelemaan kriittisestierilaisten selitysten pätevyyttä.

Lähteet

Ahtee, M. 1994. Yläasteen oppilaiden käsityksiä liukenemisesta ja palamisesta.Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos, Tutkimuksia 136.

Ahtee, M., Asunta, T. & Palm, H. 2002. Student teachers’ problems in teaching”electrolysis” with a key demonstration. to be published in Chemical

Education Research and Practice in Europe.


13

Ahtee, M. ja Varjola, I. 1998. Students’ understanding of chemical reaction.International Journal of Science Education 20(3), 305-16.

Andersson, B. och Renström, L. 1981. Materia: Oxidation av stålull. Göteborgsuniversitet, EKNA-rapport nr 7.

Ausubel, D. P., Novak, J. D. and Hanesian, H. 1978. Educational Psychology:A Cognitive View. New York: Holt, Rinehart and Winston.

Barnett, J. & Hodson, D. 2001. Pedagogical context knowledge: Toward afuller understanding of what good science teachers know. ScienceEducation 85, 426-453.

BouJaoude, S. B. 1991. A study of the nature of students’ understanding aboutconcept of burning. Journal of Research in Science Teaching 28(8), 689-704.

De Jong, O., Ahtee, M., Goodwin, A., Hatzinikita, V, and Kouladis, V. 1999.An international study of prospective teachers’ pedagogical contentknowledge and concerns: The case of teaching “combustion”. EuropeanJournal of Teacher Education 22(1), 45-60.

Hewson, P.W. and Hewson, M.G. 1987. Science teachers’ conceptions ofteaching: Implications for teacher education. International Journal ofScience Education 9, 425-440.

Irwin, A. 1997. Theories of burning: a case study using a historical perspective.School Science Review 78(285), 31-38.

Johnson, P. 2000. Children’s understanding of substance, part 1: recognizingchemical change. International Journal of Science Education 22(7), 719-737.

Kyyrönen, L. 2000. The mismatch between life-world chemistry and schoolchemistry: Upper secondary school students’ difficulties in explainingthe burning of campfire. In L. Aho and J. Viiri (Eds.) Undervisning Inaturvetenskap ur kultur-, teknologi- och miljöperspektiv Rapport fråndet sjätte nordiska forskarsymposiet om undervisning i naturvetenskap iskolan. Joensuu 12-16 juni 19999. Joensuu: Joensuun yliopistopaino.

Magnusson, S., Krajcik, J. and Borko, H. (1999), Nature, sources, and


14

development of pedagogical content knowledge for science teaching.In J.Gess-Newsome and G. Lederman (Eds.) Pedagogical contentknowledge and science education. Dordrecht: Kluwer AcademicPublishers. 95-132.

Merzyn, G. 1996. A comparison of some linquistic variables in fifteen sciencetexts. Teoksessa: G. Welford, J. Osborne and P. Scott (Eds.) Research inscience education in Europe. London: Falmer Press.

Rahayu, S. and Tytler, R. 1999. Progression in primary school children’sconceptions of burning: Toward an understanding of the concept of

substance. Research in Science Education 29(3), 295-312.Sánchez, G. & Valcárcel, M. V. 1999. Science teachers’ views and practices in

planning for teaching. Journal of research in Science Teaching 36(4),493-513.

Shakhashiri, B. Z. 1983. Chemical Demonstrations: A Handbook for Teacherson Chemistry. University of Wisconsin: Madison, WI, Vol. 1, 40-48, 79-80, 113-116.

Shulman, L.S. (1986), Those who understand: Knowledge growth in teaching.Educational Researcher 15, 4-14.

Säljö, R. 2001. Oppimiskäytännöt. Sosiokulttuurinen näkökulma. Helsinki:WSOY.

Valk, T. van der & Broekman H. G. B. 1999. The lesson plan preparation method:a way of investigating pre-service teachers’ pedagogical contentknowledge. European Journal of Teacher Education 22 (1), 11-22.

Watson, R. and Dillon, J. 1996. Progression in pupils’ understanding ofcombustion. In G. Welford, J. Osborne and P. Scott (Eds.) Research inScience Education in Europe: Current Issues and Themes. London: TheFalmer Press.


aineenopettajankoulutuksen vaihtoehdot ja tutkimus ... palm.pdf1.mitä opiskelijat pitävät...

Documents