LOPS 2021 -koulutus

1. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
MODERNIA TEKNOLOGIAA
KEMIAN OPETUKSESSA
-
AJATUKSIA VUODELTA 2020
FT JOHANNES PERNAA
Yliopistolehtori
Kemian opettajankoulutusyksikkö
Kemian osasto
Helsingin yliopisto
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 1

2. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
SISÄLLYS
TEOREETTISIA TYÖKALUJA
ALEX JOHNSTONEN AJATUKSIA
OPPIMISESTA – MUISTIINPANOJA
YO-KOKEEN VAATIMUKSIA
VIRTUAALILABORATORIOITA
AJANKOHTAISIA TUTKIMUSKOHTEITA
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 2

3. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
MALLEJA JA VIITEKEHYKSIÄ
• Sulautuvan oppimisen teoria (engl. Blended learning)
• Mediarikkaat oppimisympäristöt
• Uusia vuorovaikutuskanavia
‒Lähikehityksen vyöhykkeen syntyminen
• Aika, jakelu ja saavutettavuus
‒Ks. saavutettavuusdirektiivi
• Tiedon prosessointityökalut
• TPACK-viitekehys
• Ertmerin esteet
• Laitteet  Asenteet  Osaaminen
• Diffuusioteoriat
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 3
Ertmer ym., 2012; Helppolainen & Aksela, 2015; Koehler et al.,
2013; Pernaa & Aksela, 2013; Rogers, 2003, Savec Ferk, 2017

4. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
KEMIAN OPETUKSEN TUTKIMUS
• Kemia on vaikea oppiaine
• Vieras kieli
• Haastava tietorakenne
‒Kolme tasoa
• Paljon uutta tietoa
‒Gabel, 1999
‒Johnstone, 1993; 1999
‒Cardellini, 2012
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 4

5. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta 4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 5
Pernaa, 2016

6. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
TIEDON PROSESSOINTI
• Alex Johnstonen (1930–2017) toinen suuri ajatus.
4.2.2020 6
Reid, 2019
- Kirja
- Puhe
- Kokeellinen työ
- Simulaatio
- Animaatio
- Molekyylimalli
- Luentokalvo
- Video

7. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta 4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 7
TK
CKPK
SYNTEESI
TPK
- Informaation
prosessointi
- Yhteistyö
 lähikeh.
vyöhyke
Symbolinen
- Piirtäminen
- Teksti
Makrotaso
- Silmät
- Valokuva
- Video
- Teksti
Submikroskooppinen
- Teksti
- Animaatio
- Simulaatio
- Molekyylimalli
- Piirros
- 3D-tuloste
PCK
- 1 taso kerrallaan
- Kognitiivinen ylikuormitus
- Muistiprosessin tukeminen

8. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
OPI OPPIMAAN
8obeStock

9. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
DATASTA
• Procedural
knowledge
• Unlinked concept
• HCl increase?
• Or just an error.
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 9

10. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
OPI OPPIMAAN = PANOSTA
MUISTIINPANOIHIN
• Korkeamman tason ajattelutaitojen aktivointi ?
• Metason oppimisen kehittyminen
4.2.2020 10LOPS2021 – aineryhmäkoulutus
Krathwohl, 2002
Kirjassa
Kalvoissa
Oppitunnilla
…

11. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
JÄSENTYNEEKSI TIEDOKSI
11

12. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
LAAJEMPI NÄKÖKULMA
8.10.2019Kyllä kemisti löytää | Tiedekulma 12
Lehdet
Uutiset
Kirjat
Elokuvat Tapahtumat
Opinnot
Harrastukset
Läheiset

13. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
MILLAISTA TVT OSAAMISTA
YO-KIRJOITUKSISSA?
• Tehtävät
• 10.3 Mitkä osat mikonatsolimolekyylistä ovat tasomaisia? Perustele
vastauksesi mikonatsolin rakenteen avulla. Voit myös hyödyntää aineistoa
10.B. (5 p.)
• 10.4 Mikonatsoli esiintyy kahtena enantiomeerina (optisena isomeerina).
Missä mikonatsolin valmistuksen reaktiovaiheessa syntyy ensimmäisen
kerran tuote, joka voidaan erottaa kahdeksi enantiomeeriksi? Perustele
vastauksesi. (4 p.)
• Aineistot
• Kemian osaamista:
• stereokeskus, enantiomeeri, tasomaisuus, kuvaajan ymmärtäminen
• Teknistä osaamista:
• MarvinSketch Stereo, MarvinSpace
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 13

14. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
TVT:N MAHDOLLISUUDET
• Marvinilla korkeamman tason ajattelutaitojen tukeminen
4.2.2020 14LOPS2021 – aineryhmäkoulutus
Krathwohl, 2002

15. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
• ”Virtuaalilaboratorio on vuorovaikutteinen ympäristö, jossa on
mahdollista suorittaa erilaisia todellisia tilanteita matkivia
tutkimuksia.” (Telenius, 2014)
• Todellisten koeasetelmien virtuaaliversioita
• Mediatyypiltä simulaatio
• Hyvien resurssien haaliminen on haastavaa
• http://chemcollective.org/home
• https://phet.colorado.edu/fi/simulations/category/chemistry
• Hakukone: Virtual lab ”topic”
• Hakekaa, kootkaa ja jakakaa
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 15
Telenius, 2014 -
Virtuaalilaboratoriot kemian
opetuksessa - LUMAT

16. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE1
• Seoksen koostumuksen tai pitoisuuden selvittäminen
erotusmenetelmiä käyttäen
• Suolan liukeneminen
• Konsentraatio
• Sokeri- ja suolaliuokset
• Separation of Mixtures Using Different techniques
• Hopeanitraatin pitoisuuden määritys
• Liekkikokeet
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 16

17. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE2
• Aineiden ominaisuuksien tutkiminen ja selittäminen sidosten avulla
• Molekyylin polaarisuus
• Ilmapallot ja hankaussähkö
• States of Matter (basics)
• Rutherfordin koe
• Tiheys
• sekä veden ominaisuuksien tutkiminen
• Veden ominaisuudet –verkkosivusto
• States of matter
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 17

18. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE3
• Hiilen yhdisteiden ominaisuuksien tutkiminen, hiilen yhdisteiden
tunnistaminen funktionaalisten ryhmien osoitusreaktioilla, liuoksen
valmistus
• Organic Chemistry Virtual Lab
• ja laimentaminen sekä liuoksen pitoisuuden määrittäminen
standardisuoran ja lineaarisen mallin avulla.
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 18

19. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE4
• Reaktion saannon määrittäminen
• Lähtöaineet, tuotteet ja ylijäämä
• Reaktioyhtälöiden tasapainottaminen
• Kaasua muodostavan reaktion havainnointi
• Kemiallinen ja fysikaalinen muutos (vähä köppäänen)
• Reaktioiden havainnointi
• osoitusreaktiot,
• Esterisynteesi ja -hydrolyysi
• biomateriaalin valmistaminen (ominaisuuksien tutkiminen)
• Muovien ominaisuuksien tutkiminen
• QUEST Lab: Properties of Plastic (video)
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 19

20. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE5
• Liukenemis- tai reaktioentalpian määritys kalorimetrissä
• Thermochemistry
• Hapetuspelkistystitraus
• Redox Titrations
• Sähkökemiallisen parin jännitteen mittaaminen, esineen
pinnoittaminen
• Sähkökemiaa
• Elektrolyyttisesti, veden hajotus elektrolyysillä
• Electrolysis
• polttokennon toiminnan tutkiminen
• Virtual fuell cell (video)
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 20

21. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
VIRTUAALILABORATORIOT
KE6
• Reaktionopeuden määrittäminen massan muutosta seuraamalla,
• Vahvan ja heikon protolyytin titrauskäyrien laatiminen
• pH-asteikko (perusteet)
• pH-asteikko
• Happo-emäsliuokset (tasapaino)
• Acid/Base Titrations
• Tasapainotilaan, kuten kompleksinmuodostukseen vaikuttaminen
• Puskuriliuoksen valmistaminen ja puskurointikyvyn tutkiminen
• Buffer Solutions
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 21

22. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
AJANKOHTAISIA TVT-
TUTKIMUSKOHTEITA
• 3D-tulostus ja pedagogiset mallit
• Pernaa, J. & Wiedmer, S. (2019). A systematic review of 3D printing in chemistry
education – analysis of earlier research and educational use through technological
pedagogical content knowledge framework. Chemistry Teacher International, Ahead
of Print. https://doi.org/10.1515/cti-2019-0005
• Jatkuvaa
• Molekyylimallinnus kemian opetuksessa
•  Kehittymässä kohti keminformatiikkaa
• Käynnistymässä
• VR ja AR kemian opetuksessa
• Avoin data kemian opetuksessa
• Keminformatiikka kemian opetuksessa
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 22
Science and Chemistry
Education Collaboration
SECO
www.helsinki.fi/seco

23. Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
LÄHTEET
Cardellini, L. (2012). Chemistry: Why the Subject is Difficult? Áreas Emergentes de La Educación Química [Naturaleza de La Química: Historia y Filosofía
de La Química], 23, 305–310. https://doi.org/10.1016/S0187-893X(17)30158-1
Ertmer, P. A., Ottenbreit-Leftwich, A. T., Sadik, O., Sendurur, E., & Sendurur, P. (2012). Teacher beliefs and technology integration practices: A critical
relationship. Computers & Education, 59(2), 423–435. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2012.02.001
Gabel, D. (1999). Improving Teaching and Learning through Chemistry Education Research: A Look to the Future. Journal of Chemical Education, 76(4),
448–554. https://doi.org/10.1021/ed076p548
Helppolainen, S., & Aksela, M. (2015). Science teachers’ ICT use from a viewpoint of Technological Pedagogical Content Knowledge (TPCK). LUMAT
(2013–2015 Issues), 3(6), 783–799.
Johnstone, A. H. (1997). Chemistry Teaching - Science or Alchemy? 1996 Brasted Lecture. Journal of Chemical Education, 74(3), 262.
https://doi.org/10.1021/ed074p262
Johnstone, A. H. (1993). The development of chemistry teaching: A changing response to changing demand. Journal of Chemical Education, 70(9), 701.
https://doi.org/10.1021/ed070p701
Koehler, M. J., Mishra, P., & Cain, W. (2013). What is Technological Pedagogical Content Knowledge (TPACK)? Journal of Education, 193(3), 13–19.
https://doi.org/10.1177/002205741319300303
Pernaa, J. (2016). Information and Communications Technology in Chemistry Education. LUMAT-B: International Journal on Math, Science and
Technology Education, 1(3). https://www.lumat.fi/index.php/lumat-b/article/view/20
Pernaa, J., & Aksela, M. (2013). Sähköisten kemian oppimisympäristöjen historia, nykytila ja tulevaisuus. Lumat, 1(4), 435–456.
Pernaa, J., & Aksela, M. (2010). Future chemistry teachers use of knowledge dimensions and high-order cognitive skills in pre-laboratory concept maps.
Concept Maps: Making Learning Meaningful: Proceedings of the Fourth International Conference on Concept Mapping. Presented at the International
Conference on Concept Mapping. Retrieved from https://researchportal.helsinki.fi/en/publications/future-chemistry-teachers-use-of-knowledge-dimensions-
and-high-or
Pernaa, J., & Aksela, M. (2009). Chemistry teachers’ and students’ perceptions of practical work through different ICT learning environments. Problems of
Education in the 21st Century, 16, 80–88.
Krathwohl, D. R. (2002). A Revision of Bloom’s Taxonomy: An Overview. Theory Into Practice, 41(4), 212–218.
https://doi.org/10.1207/s15430421tip4104_2
Reid, N. (2019). A tribute to Professor Alex H Johnstone (1930–2017). Chemistry Teacher International, 1(1). https://doi.org/10.1515/cti-2018-0016
Savec Ferk, V. (2017). The opportunities and challenges for ICT in science education. LUMAT: International Journal on Math, Science and Technology
Education, 5(1), 12–22. https://doi.org/10.31129/LUMAT.5.1.256
Telenius, M. (2014). Virtual Laboratory Environments in Chemistry Education. LUMAT (2013–2015 Issues), 2(2), 125–130.
4.2.2020LOPS2021 – aineryhmäkoulutus 23