Lukion kemia uudessa opetussuunnitelman perusteet -asiakirjassa

Nyt kurssien sisältöjen jäsentämisessä on saatu tuloksia aikaiseksi, niistä tarkemmin kurssikohtaisessa analyysissä. Otsikoiden valossa kurssien sisällöt ovat selkeämpiä, joskin otsikoiden nimissä on kuitenkin hieman langettu ”aikaan sidottuihin” ja hieman demagogisten käsitteiden lisäämiseen otsikoihin: kestävä tulevaisuus, kiertotalous. Tärkeää olisi saada kurssien otsikot ajattomiksi ja selkeästi tieteen näkökulmaa tulkitsevaksi.

Oppiaineen tehtävä ja tavoitteet

”Kemian opetus tukee opiskelijan luonnontieteellisen ajattelun ja nykyaikaisen maailmankuvan kehittymistä osana monipuolista yleissivistystä.” Tämän lauseen lisäksi ja tueksi voisi olla paikallaan, että kemiankin (on jo filosofiassa) osuudessa todettaisiin, että kemia auttaa jäsentämään nykypäivän informaatiotulvaa sekä erottamaan tosiväitteet mielipiteistä. Mediassa kun käydään paljon sellaista keskustelua, jossa puutteellinen kemian tuntemus näkyy.

Kemian kielen ja luonteen merkitystä voisi korostaa, ei vain aineen rakenteen ja kemiallisten reaktioiden mallintamisessa, vaan kokonaisuudessaan kemian ymmärtämisessä ja soveltamisessa. Kemian laskennallinen (stoikiometrinen) puoli näkyy jokaisessa kurssissa, mikä on hyvä asia. Matemaattisen ja ohjelmallisen (computational thinking) ajattelun merkitys kasvaa, ongelmanratkaisukyky ja erilaisten tietokantojen hyödyntämisen taito ovat tulevaisuuden kemian taitoja.

Kokeellisuus on ollut pitkään kemian opetuksen yksi tärkeimmistä työmuodoista. Jos uuden opetussuunnitelman myötä, johon on erikseen kirjattu kokeellisia töitä esimerkkeinä, resurssit kokeellisuuden työskentelyyn saadaan lisääntyminen, muutos on paikallaan. Erilaisten töiden kuvaaminen ja listaaminen eivät kuitenkaan tilannetta muuta, jos ryhmäkoot säilyvät suurina ja työvälineiden määriä ei merkittävästi kouluissa lisätä. Hyvä kirjaus kokeellisuuteen liittyen on se, että ”kokeellisessa työskentelyssä toimitaan kemikaali-, jäte- ja työturvallisuuslainsäädännön mukaisesti”. Tämä on kyllä edellytys jo ihan työturvallisuus- ja kemikaalilainsäännön pohjalta ja siitä vastaa työnantaja, mutta jos tämä taas edesauttaa kemian opettajien vaatimuksia toimintaympäristön, kemianluokan ja laboratorioiden kunnostamisesta vastaamaan lakien ja asetuksien vaatimuksia, niin hyvä. Samoin, jos tämä auttaa varmistamaan kemikaalivarastojen hoitajien työskentelyn korvaamisen ja siihen liittyvän koulutuksen saamisen.

Kemian opetuksen yleiset tavoitteet ovat haastavat, joskin myös selkeät. Eriarvoiseen asemaan lukiolaisia kyllä asetetaan, jos ja kun tavoitteiksi asetetaan saa ”mahdollisuuksia perehtyä kemian sovelluksiin vierailujen, korkeakoulu- tai työelämäyhteistyön kautta paikallisella tai kansainvälisellä tasolla”. Tavoite on tärkeä, mutta miten varmistetaan. että kaikilla kemian opettajilla on mahdollisuus ja resurssit tarjota tätä.

KE1 -kurssi – Kemiaa kaikkialla (nimi takaisin!)

Aiempi otsikko on selkeä ja toimivampi. Kun ensimmäiseen kurssiin saadaan takaisin kemian tärkeä suure eli ainemäärä, on jotain todella kaikkialla olevaa mukana. Kurssien otsikoissa vähitellen on syytä irrottautua ideologisesta virityksestä ja keskittyä takaisin tieteen käsitteen ja tieteen tekemisen ympärille.

Kurssien rakenteen puolesta KE1 poikkeaa muista käsiteltävässä luonnoksessa. Se on jaettu kahteen yhden opintopisteen kurssiin. Pikaisesti tulkittuna – puhtaan kemian näkökulmasta – KE1.1 tuo atomin elektroniverhon rakenteen, ainemäärän sekä konsentraation ja KE 1.2 tuo vahvat ja heikot sidokset. Se, mihin tarvitaan jakoa kahteen eri kurssiin, jää ilmaan. Sitä on vaikea perustella ”tiimiopetuksella” tai ”ainerajat ylittävillä kursseilla”, jos todella halutaan, että kemian opettaa kemian opettaja, kuten lienee tavoitteena. Miksi mm. lukujärjestyksiä täytyy tällä kuviolla sekoittaa.

Aiempaan opetussuunnitelmatekstin ”tavoitteet ja keskeiset sisällöt” -määrityksiin on nyt lisätty moduulin (ei kurssin) kuvaus sekä tavoitteiden ja keskeisten sisältöjen jälkeen asiayhteydet ja maininnat mahdollisista kokeellisista töistä. Millainen vaikutus tällä on esim. ylioppilaskokeiden ns. kokeellisiin tehtäviin, jää nähtäväksi. Toivottavasti näillä ei ole ohjaava vaikutus. Näiden esimerkkien listauksessa voisi tehdä hieman taustatyötä – selityksenä ei ehkä riitä se, että koulujen on sitten hankittava ko. työhön liittyvät työkalut ja materiaalit.

KE2-kurssi – Molekyylit ja mallit

KE1-kurssin – ennen 2015 muutosta – ainemäärän ja konsentraation käsittelyyn liitettiin kokeellisena työnä liuoksen valmistus (ja laimentaminen). Nyt tämä on edelleen tavallaan em. käsitteiden kertauksena KE2-kurssilla. Tämän voisi myös palauttaa KE1-kurssiin. Lisäksi siihen on tuotu konkreettisena lisänä käytännössä UV-spektroskopian sovellutus pitoisuuden määrittämiseksi standardisuoran avulla. Onko tämä toivottu painotus?

Kurssin otsikkoa voisi miettiä hieman uudelleen. Eikö kemian mallit ole jokaisessa kurssissa tärkeässä roolissa. KE1-kurssilla niitä mietitään jo sidosteorioiden kohdalla. Toki KE2-kurssilla asioita syvennetään.

KE2 noudattaa sisällöltään melko hyvin aiempia opetussuunnitelmia, joskin nyt on selkeästi todettu käsitteet kvanttimekaaninen atomimalli ja hybridisaatio. Nämä ovat toki olleet opetuksessa jo nyt (osin siksi, että nämä löytyvät myös oppikirjoista). Tämän lähestymistavan rinnalla on usein esitelty VSEPR-teoria (Valence Shell Electron Pair Repulsion). Mainitsematta jäävät käsitteet, kuten kvanttiluvut, orbitaalit, sigma- ja piisidokset, joskin nämä liittyvät läheisesti em. atomimalliin ja erikseen opetussuunnitelmassa mainittuihin isomeriamuotoihin (ja niiden olemassa oloon). Mitä käsitteitä oikeasti on syytä poimia opetussuunnitelmaan?

Spektroskopia tuli jäädäkseen. Se on hyvä asia analyyttisen kemian kannalta. Luonnoksessa asia esitetään aiempaa konkreettisemmin: ”tutustuminen spektrien antamaan informaatioon aineen rakenteesta”. Tämä ohjaa meitä selkeämmin spektritulkintaan, mikä on mielestäni hyvä asia. OPS-luonnos ei määritä, mitä spektroskopian lajeja tässä tarkoitetaan, mutta esim. MAOL-taulukko esittelee niin IR:n että HNMR:n spektriviivojen paikkoja. MarvinSketch-ohjelma osaa piirtää vain HNMR- ja CNMR-spektrejä. Massaspektrometriaa hyödynnetään molekyylikaavan (moolimassa) määrittämisessä, MarvinSketch piirtää ainoastaan molekyylipiikit (riippuen alkuaineista ja niiden isotoopeista). Varsinaisesti kyse tällöin ei ole massaspektreistä.

KE3-kurssi

KE3-kurssissa näkyy nykyisen KE4-kurssin (Materiaalit ja teknologia) sisältöjä. Tässä lienee haettu kemiallisten reaktioiden kokonaisuutta, jossa pohditaan myös erilaisten reaktiotuotteiden käyttöä ja merkitystä. Tämä tuntuu perustellulta.

KE3-kurssin ”reaktiotyyppi”-lähestymistapa (ja tässä näkyy reaktiotyyppien listaamisena) on vanhanaikainen näkemys kemiallisten reaktioiden ymmärtämisessä. Lähes 20 eri reaktiotyypin opiskelu ei liene tätä aikaa. Nykytekniikka ja mallintaminen mahdollistavat molekyylien tarkastelun – ja johon mm. orgaanisen kemian sisältöjä pitäisikin suunnata – ja sitä kautta reaktioon vaikuttavien rakenneosien ja reaktiivisuuden todentamisen ja elektronipilven rakenteen merkityksen ymmärtämisen reaktioissa. Reaktiomekanismi-lähestymistapa voisi olla syvällisempi ja jatko-opintojen kannalta merkityksellinen uudistus kemian opetuksessa.

Epäorgaaninen kemia	Orgaaninen kemia	Sekä että tai joku muu
Saostumisreaktio Ioninvaihtoreaktio	Additio (Markovnikovin sääntö) ja eliminaatio	Polymeroituminen
Hajoamisreaktio	Krakkaus
Protolyysi, po. happo-emäsreaktio	Kondensaatio ja hydrolyysi	Kompleksin (kelaatin) muodostus
Neutraloituminen
	Substituutio
Hapettumis-pelkistymisreaktio	Hapettuminen ja pelkistyminen	Palaminen
	Nimireaktiot

Reaktiotyyppi-lähestymistavan pulmallisuus tuli todistetuksi kevään 2019 kemian yo-kokeessa (tehtävä 10). Jos samaa reaktiota voidaan kutsua pelkistysreaktioksi, additioreaktioksi tai hydraukseksi, mikä on tämän lähestymistavan merkitys kemian kannalta. Ainakin sekoittaa lukiolaisia, jos ei jo opettajiakin.

Reaktiomekanismi-pohdiskelujen lisäksi KE3-kurssilla olisi paikallaan paneutua happo-emäs-käsitteisiin. Onko mahdollista tutustua Lewisin happo-emäs-käsitteeseen KE3-kurssilla? Hapot ja emäkset käsitellään KE5-kurssilla, mutta selkeästi Brönstedtin happo-emäs-teorian näkökulmasta. Vai onko todellisuudessa kyse vain Arrheniuksen teorian mukaisesta pohdinnasta (vrt. palamistuotteiden reaktiot vedessä). Eri teorioiden mukaan aineet myös ryhmitellään eri tavalla.

KE4-kurssi

KE4-kurssi on kokenut suurimman muutoksen. KE3-kurssin kemiallisen energian asiat on siirretty KE4-kurssin sisälle. Vastaavasti mm. polymeerit on siirretty KE3-kurssiin. Tämä voi jäsentää opetusta paremmin. Miten tämä vaikuttaa opettajien painotuksiin, jää nähtäväksi.

Materiaalit ja teknologia -kurssin (nykyinen KE4) sisällöistä metalli- ja sähkökemia ovat säilyneet KE4-kurssin sisältöinä. Jos tämän kurssin kuvauksessa halutaan pitäytyä konkreettisemmin kemiassa, miksei esim. geologiaa ja erityisesti mineralogiaa ole kirjattu tekstiin. Viittaukset kaivannaisteollisuuteen tai kiertotalouteen tuntuvat hieman haetuilta.

KE5-kurssi

Heterogeenisen tasapainon -käsite on kadonnut kokonaan. Voimassa olevassa opetussuunnitelman perusteissa todetaan vielä keskeisissä sisällöissä: ”homogeeninen ja heterogeeninen tasapaino sekä tasapainotilaan vaikuttaminen”. Tämä on kyllä heikennys – saostuminen, liukoisuus, kylläinen liuos, liukoisuustulo ja ionitulo – käsitteet jäävät opettajan (ja oppikirjojen) varaan. Ja nämä ovat jatko-opintojen kannalta kyllä tärkeitä.

Voisi hyvin kyseenalaistaa puskurilaskut. Uusi kirjaus, jossa todetaan keskeisenä sisältönä ”puskurisysteemejä kvalitatiivisella tasolla”, huomio kiinnittyy kokeellisen työskentelyn esimerkkinä todettuun ”puskuriliuoksen valmistaminen ja puskurointikyvyn tutkiminen”. Onko tässä rajattu puskurilaskut ulos?

Lopuksi

Kaksi edellistä lukion kemian opetussuunnitelmaa menivät aikoinaan hieman väärille urille. Vuoden 2003 uudistuksessa siirrettiin orgaanisen kemian osioita (ihminen ja ympäristö) kemian 1.kurssiin. Vuoden 2015 uudistuksessa tilannetta sotkettiin edelleen siirtämällä kemian perussuure (ainemäärä) pois ainoasta lukion pakollisesta kemian kurssista ja siirrettiin orgaanista kemiaa em. lisäksi KE2-kurssin sisälle. Kemian pakollisesta kurssista tehtiin lähinnä peruskoulun kertaus ja alkeellisen molekyylikemian kurssi. Nyt tämä on korjattu.

Oppikirjoihin uudistus vaikuttaa melkoisesti, käytännössä jokaisen kurssin kirja pitää uudistaa, vähintään em. kokeellisten töiden vuoksi. Olisihan se tärkeää, että ne olisi kirjoissa mainittu ja ohjeet annettu. Toki verkkomateriaalien merkitys kasvaa entisestään, koska erilaisten ohjeiden jakaminen verkon kautta on helpompaa.

Aloituskuva: Hans Reniers / Unsplash