Martin Andersson Kurs 3 Professionen Lärarutbildningen vid Malmö högskola Vt 2005 Projekt - planering av lektionssekvens som rör organisk kemi Jag ska undervisa inom området organisk kemi i KeB för KomVuxelever. Enligt kursplanen för ämnet kemi skall skolan i sin kemiundervisning bl.a. sträva mot att eleven: utvecklar förståelse av sambandet mellan struktur, egenskaper och funktion hos kemiska ämnen samt varför kemiska reaktioner sker. tillägnar sig kunskap om kemins idéhistoria och hur kemins landvinningar har påverkat människans världsbild och samhällets utveckling. utvecklar sin förmåga att hantera kemisk laboratorieutrustning, att välja, planera och utföra experiment samt göra iakttagelser, beskriva, tolka och förklara kemiska förlopp med naturvetenskapliga modeller. I den nationella kursplanens mål för kursen Kemi B kan man läsa följande om just organisk kemi: (eleven skall efter avslutad kurs) ha breddat sina kunskaper om olika organiska ämnesklasser, deras egenskaper, struktur och reaktivitet samt kunna diskutera principerna för några enkla organiska reaktionsmekanismer. Skolans lokala kursplan säger följande om organisk kemi: rganiska ämnesklasser samt deras egenskaper, struktur och reaktivitet. Några enkla reaktionsmekanismer. Vidare nämns följande om laborationer: Självständighet, laborationsvana, kritisk granskning och analytisk behandling av kemiska förlopp och egna mätresultat. Dessa formuleringar är ju mycket allmänna och ger mig som lärare stora friheter. Tyvärr så har min handledare redan gjort klart för mig vad eleverna ska ha gått igenom efter mina lektionstillfällen. Eleverna ska nämligen ha prov alldeles efter att jag har undervisat och då måste jag gå igenom det som skall komma på provet. Läromedlet är även det fastställt. Nackdelen med KomVux är att tiden är ganska knapp och att eleverna inte ges någon ordentlig tid att smälta stoffet. Den organiska kemin i gymnasieskolan är av tradition en ganska faktaspäckad del av kemiundervisningen. Jag beställde alldeles nyligen skivor från en pensionerad kemi- och matematiklärare. Han skrev följande: Kom ihåg att viktigare än tyska prepositioner är metanseriens kolväten, åtminstone de åtta första! Visst finns ett visst mått av ironi i det hela, men det pekar ändå på vad mycket av den
organiska kemin har handlat om. Det är väldigt många nya begrepp som introduceras och som jag tror kan göra många elever trötta. Jag kan inte heller säga att man inte behöver dessa begrepp, eftersom den organiska gymnasiekemin till stor del syftar till att möjliggöra förståelse av den levande cellens kemiska processer i biokemin. Jag ska dock försöka att göra dessa begrepp till något mer än bara begrepp. För att knyta an till Ekstigs (2002) tankar om hierarkiska strukturer så tror jag det är en mycket användbar strategi för att få ordning på de många begreppen i den organiska kemin. Indelning i hierarkier tillsammans med begreppskartor kan vara till stor nytta för eleverna, när de ska få klarhet i de många begreppen. Det är ju bevisligen så att många elever har svårt för de begrepp som används i naturvetenskapssammanhang (Wellington & sborne, 2001). I denna begreppstyngda del av gymnasiekemin är det extra viktigt att inte försvåra för eleverna, utan att verkligen visa på de olika begreppens innebörd. Inledningen Jag tänkte börja med att visa en karta över Tyskland tillsammans med en bild på den tyske kemisten Friedrich Wöhler (1800-1882), som 1828 var den förste att framställa en organisk substans på konstgjord väg. Man visste på den tiden att ämnen från växt- och djurriket innehöll kol, väte och syre. Innan denna upptäckt gjordes var den allmänna uppfattningen att det fanns en vital kraft i levande organismer som gjorde att de kunde producera dessa substanser. Ämnena döptes därför till organiska ämnen av den store svenske kemisten Jöns Jacob Berzelius. Denna uppfattning om en vital kraft benämns vitalismen och delades av många stora kemister bl.a. Berzelius och Friedrich Wöhler Lavoisier. Wöhler, som 1823 var student hos Berzlius i Stockholm, intresserande sig för bl.a. cyanater. Vid upphettning av ammoniumcyanat bildades urinämne, något som i vanliga fall bildas i levern och som utsöndras via njurarna. Wöhler hade nu framställt en organisk substans från en oorganisk. Vitalismen var död! Den organiska kemin i Tyskland hade fått sin start och under 1800-talet växte den tyska kemiska industrin enormt. Innan eurons tillkomst kunde vi se flertalet vetenskapsmän på de tyska sedlarna, något som vittnar om hur betydelsefull vetenskapen var för Tyskland. Jag tror att detta kan inspirera eleverna när de får se lite grann av en person bakom kemin. Enligt Ekstig (2002) skapar detta en mer mänsklig bild av vetenskapen, vilket är viktigt för den fortsatta nyfikenheten hos eleverna. Att ta stöd i historien kan vara ett sätt att förklara ett naturvetenskapligt fenomen och komma bort från felaktiga vardagsuppfattningar (Strömdahl, 2002). Att tala till olika sinnen är ju också en del av suggestopedins tankar (Ekborg & Ekborg, 2000). Kopplingen till Berzelius ger också en vink om att den svenska vetenskapshistorien inte är att förkasta. I Lpf 94 poängteras att att undervisningen ska ge ett historiskt perspektiv, för att bl.a. utveckla elevens förståelse för kunskapens relativitet. Ett av kunskapsmålen i Lpf 94 är vidare att eleverna ska ha god insikt i centrala delar av det svenska, nordiska och västerländska kulturarvet. Just vetenskapshistorien är en ganska betydande del av både det svenska och västerländska kulturarvet eftersom vetenskapen i många avseenden har bidragit till utformandet av vårt moderna samhälle.
Innehåll Jag har blivit ombedd att ha följande innehåll och jag kan inte gå ifrån det. Repetition av den organiska kemin från Kemi A: Det kommer mest att handla om att repetera egenskaper hos de olika kolvätena och vad som ligger till grund för detta, dvs att det handlar om svaga van der Waalskrafter som verka mellan molekylerna. Ju större molekyl, desto högre smält- och kokpunkter. Strukturisomeri: Visa på att det går att sätta samman kolatomer på många olika sätt. Av detta kommer nödvändigheten att ha ett generellt namngivningssystem, vilket leder oss in på nomenklaturen. Jag tänkte dock presentera nomenklaturen i den takt som problem dyker upp. Alkener; Stereoisomeri Alkoholer: Visa på deras struktur och hur detta återspeglas i egenskaperna, dvs både polär och opolär och varför hydroxigruppen står för detta. Reaktioner med alkoholer. xidering av primära och sekundära alkoholer och produkterna, aldehyder och ketoner. Visa på vardagsanvändandet av olika produkter inom dessa områden. Karboxylsyror: Slutprodukt vid oxidation av primär alkohol. Namngivning, även trivialnamnen som i högsta grad används. Protolys av karboxylsyra och varför den är sur jämfört med motsvarande alkohol. Resonansbegreppet införs. Fettsyror behandlas. Hydroxisyror och aminosyror; här kommer begreppet stereoisomeri in i bilden. Aromatiska hydroxiföreningar: Visa på fenols sura egenskaper; kopplad till resonans i bensenringen. Estrar: Produkten från jämviktsreaktionen mellan alkohol och karboxylsyra. Reaktionsmekanismen vid esterbildning (Katalysatorns inverkan, nukleofil attack) Namngivning. Exempel på estrar från växtriket; fetter. Exempel med förtvålning. Nämna att man kan göra estrar av oorganiska syror också (tas upp mer i biokemiavsnittet). Kiralitet: Spegelbildsisomerer av exempelvis aminosyror, vinsyra. Här kommer den gode Louis Pasteur in i bilden, för att få ytterligare känsla av att det är verkliga personer som under historiens gång har kommit fram till dessa saker (Ekstig, 2002). Reaktionsmekanismer: Substitutionsreaktioner; S N 1 och S N 2, nukleofil attack. Additionsreaktioner; bl.a. enligt Markovnikov. Nu blev detta en ganska detaljerad plan, och som man märker så är det väldigt mycket som ska hinna komma med. m jag hade fått planera själv, så hade jag ägnat mer tid ät färre saker, t.ex. reaktionsmekanismer. Jag känner att diskutera reaktionsmekanismer kopplade till enskilda atomers egenskaper är av större kemiskt intresse än att stå och undervisa om en mängd detaljer kring exempelvis karboxylsyror. Detaljer glömmer man och de finns ju tack och lov att slå upp i böckerna. Att just plocka ut färre saker som eleverna får utveckla förståelse för och förtrogenhet med är något som många forskare menar är viktigt (Dimenäs & Sträng Haraldsson, 1996). Dessutom tror jag att eleverna känner sig lugnare. De slipper harva igenom en mängd information och kan dessutom lära sig mycket kemiskt tänkande. Att fokusera på förståelse av det reaktionsmekanismer belyser att det viktiga att det är kemiska reaktioner det rör sig om. En vanlig företeelse bland grundskoleelever är att de inte är förtrogna med begreppet kemisk reaktion (Andersson, 2001). m vi som gymnasielärare inte är tydliga med att påpeka att det är kemiska reaktioner som sker, så kommer de felaktiga föreställningarna att bli kvar.
Arbetsmetoder Då den organiska kemin är ganska faktaspäckad och tung, blir min roll till största del att strukturera upp materialet för att bringa klarhet bland begreppen. Jag har tänkt att eleverna ska få öva sitt problemlösande på vissa delar genom olika övningsproblem. Eftersom jag kommer att vara ganska tidspressad, och eleverna måste ha gått igenom vissa teoribitar, så kommer det tyvärr inte att bli så mycket eget arbete för eleverna under lektionerna. Jag funderar dock på att låta eleverna snabbskriva kanske tre eller fem minuter vid lektionens slut, för att de verkligen ska få tillfälle att själva plocka ut det viktigaste de har lärt sig under lektionen. Skrivandet aktiverar det egna tänkandet (Sandström Madsén, 1996) vilket blir ett redskap i på vägen mot att lära sig. Jag tror att detta kan vara särskilt viktigt i naturvetenskap då det finns många begrepp som elever missförstår (Wellington & sborne, 2001). Att få igång en skriftlig kommunikation innebär också för mig som lärare att jag får pejl på om eleverna missuppfattar det jag vill förmedla. Skrivandet kan bli en chans för både elever och lärare att förbättras. Det egna arbetet för eleverna är den redan inplanerade laborationen med syntes av estern etylacetat. Till den laborationen kommer en laborationsrapport av klassiskt snitt. I denna laboration är frihetsgraden ungefär lika med noll. För att öka på frihetsgraden med ett steg så Jag skulle hellre se att jag demonstrerade hur destillationsapparaten ser ut och fungerar, medan eleverna fick arbeta med att på egen hand "torrlabba" med estrar. En av svårigheterna med esterbegreppet är helt enkelt namngivningen. Man skulle mycket väl kunna kombinera namngivningsövning med exempel från enkla estrar som finns i frukter. Eleverna får öva på att kombinera olika karboxylsyror och alkoholer för att få fram vissa fruktdofter. De skulle även kunna göra detta i mikroskalaförsök, så att de verkligen får känna de här dofterna. Detta blir närmare elevernas vardag och vardagsföreställningar om vad estrar är. Det är nog fler elever idag som har ätit banangodis än som har fått salubrin på getingsticken. m man körde denna laboration så skulle jag tillsammans med eleverna diskutera reaktionsmekanismen för esterbildningen, eftersom denna utökar förståelse varför en reaktion faktiskt sker, inte bara att den sker. Övningar, experiment, aktiviteter. De övningar jag har tänkt mig är fortlöpande övningar på namngivning av organiska molekyler. På detta sätt blir det naturliga avbrott i lärarens aktivitet och elevernas passivitet. Eleverna ska i grupper om två eller tre få träna på att rita olika isomerer av alkanerna för att på så sätt bli varse hur stor variationen blir när kolkedjan förlängs. Vidare tänker jag låta eleverna använda molekylbyggsatser för att de ska få en bild av att molekylerna verkligen är tredimensionella och inte platta som de ser ut på papperet. Även jag kommer att använda molekylmodeller, eftersom det är mycket lättare för eleverna att se en 3D-modell än att se den projicerad tvådimensionellt på tavlan. Många av de olika organiska föreningarna är lättflyktiga och hälsovådliga. Av säkerhetsmässiga skäl tycker jag därför att det är olämpligt att visa olika experiment under vanliga lektioner. Experimenterandet, som tyvärr är för litet i omfång, kommer att innebära att eleverna bygger upp en destillationsapparat och syntetiserar etylacetat. Laborationen innehåller destillering, separation, torkning och utbytesberäkningar, allt enligt laborationshandledningen. Något jag märkte vid videoinspelningen av våra demonstrationer och instruktioner var att vi är ganska dåliga på att ställa bra frågor. ftast ställer vi slutna frågor med ett givet svar. I vissa fall kan detta vara bra när man vill fokusera på ett specifikt område eller fenomen
(Carin & Sund, 1995). Med för stor andel slutna frågor hämmar vi dock elevens eget tänkande. Genom att öppna upp frågorna stimulerar vi elevernas kreativa och kritiska tänkande. Vidare kan man med öppna frågor förbättra elevens observationsförmåga och förmåga att dra slutsatser (Carin & Sund, 1995). En klassrumsdialog i form av basketmodellen är önskvärt att få igång, där jag som lärare fungerar mer som diskussionsledare än som den som sitter inne med det rätta svaret. Jag ska försöka tänka på detta när jag står i min klass, fastän jag tror att det kan bli svårt med basketmodellen i detta fall. Jag tror ändå att man kan få igång en del tänkande med öppna frågor när det gäller diskussion kring egenskaper hos de olika organiska föreningarna. Läromedel Eleverna använder boken, Gymnasiekemi B (Andersson, Sonesson m.fl. 2000). Denna bok är bra, men kräver att man sållar, eftersom den innehåller väldigt mycket fakta. Jag tror att det är lätt för eleverna att drunkna i all fakta. Själv använder jag material från Principles of rganic Chemistry (McMurry, 1998), Kemi kurs B (Henriksson, 2002), A short history of chemistry (Partington, 1957), samt någon anekdot ur Dåd och bragd 5 - Louis Pasteur (Lindwall, 1939). Svårigheter Eleverna kommer att uppleva svårigheter med oxidation/reduktion, främst av alkoholer, eftersom de under Kemi A har fått lära sig att oxidation/reduktion är elektronövergångar. I detta fall ser vi inga tydliga elektronövergångar, men man kan ta vara på elevernas kunskap om syreatomens stora elektronegativitet. Då kommer en repetition av elektronegativitet som är väldigt viktigt, samt att det möjliggör en titt i det periodiska systemet (vilket inte är det vanligaste att göra i organiska sammanhang). När syre förenar sig med exempelvis etanol och bildar acetaldehyd och vatten så kan vi se att de två väteatomerna som bildar vatten tar med sig var sin elektron från etanolmolekylen och ger till syre atomen för att på så sätt bilda vatten: H 3 C CH 2 H C H 3 C H När vi sen oxiderar acetaldehyden vidare för att få ättiksyra kan det bli ytterligare problem: + H 2 C H 3 C H C H 3 C H Här är det faktiskt inga elektroner som lämnar molekylen. Vi kan dock se det som om den elektronegativa syreatomen drar till sig elektroner men stannar på plats i form av en polär kovalent bindning, på liknande sätt som vi skriver när magnesium brinner i luft, Mg. I detta fall är det dock fråga om en regelrätt elektronövergång och bildande av en jonbinding. En svårighet som är svår att tackla är att vi förklarar vissa reaktionsmekanismer medan andra lämnas därhän. xidationer är t.ex. mycket komplicerade processer som man inte alltid vet mekanismen för. Det är här viktigt att förklara för eleverna att reaktionmekanismer är en tänkt väg som reaktionen kan gå längs. Det är alltså en modell som förklarar vad som händer, men som nödvändigtvis inte behöver vara korrekt.
Jag ser svårigheterna i att läsa en massa organisk kemi på gymnasienivån, eftersom många av ämnena och reaktionerna bara förblir strukturer och formler på papperet. Helst skulle man vilja att eleverna fick komma i kontakt med dessa ämnen, men oftast är ämnena giftiga och/eller brandfarliga. Frågan kan ju ställas om man behöver läsa organisk kemi på detta sätt, men det är inte min uppgift att bedöma det. I Skolverkets ämnesplan för ämnet kemi kan man läsa följande: I gymnasieskolans kemiundervisning övas ett naturvetenskapligt arbetssätt. Det innebär att formulera en frågeställning, ställa upp en hypotes, pröva den genom experiment, bearbeta och kritiskt granska resultat och redovisa dessa muntligt och skriftligt med korrekt språk och terminologi. Jag tror att det är svårt att nå fram till detta om den organiska kemin läggs som en enskild del i kemiundervisningen. m man integrerade det hela med mer biologiska och miljöinriktade frågeställningar, så skulle det gå att göra den organiska kemin mycket mer levande och probleminriktad. Bedömning I och med att eleverna avslutar perioden med ett prov, så kommer det att vara en klassisk summativ bedömning, där eleverna tyvärr till största delen bedöms på hur bra de har lärt in läroboken och hur bra de mekaniskt kan räkna på jämvikter o.dyl. Dessutom kan man läsa i skolans lokala kursplanen att betygsunderlaget utgöres av aktivitet på lektioner och laborationer, provresultat, labbrapporter och eget arbete. Eftersom timantalet är begränsat är god närvaro nödvändig. Jag förstår inte hur detta kan vara möjligt, när man på samma skola kan betala 500 kr för att få skriva ett prov, och därefter få högsta betyg i kemi, förutsatt att man är godkänd på motsvarande laborativa delar. Personligen tycker jag inte att bedömningen som provet medför ger eleverna chans att visa att de når upp till kursmålen. Helst skulle jag vilja se att eleverna själva fick reflektera över vad de lärt sig för att på så sätt bilda sig en uppfattning om vad de har åstadkommit. Detta kommer dock att bli svårt att uppnå under den korta perioden jag är ute på praktik. Jag får se om jag hinner med det! Litteratur: Andersson, Björn. (2001) Elevers tänkande och skolans naturvetenskap. Skolverket, Stockholm. Andersson, Stig, Sonesson, Artur, Stålhandske, Birgitta, Tullberg Aina & Rydén, Lars. (2000) Gymnasiekemi B. Liber AB, Stockholm. Carin, Arthur, A. & Sund, Robert, B. (1985). How Can You Improve Your Questioning Skills? I Teaching Science Through Discovery. Kap. 6 pp 115-132. hio: Charles F. Merrill Publishing company. Dimenäs, Jörgen & Sträng Haraldsson, Monica. (1996) Undervisning i naturvetenskap. Studentlitteratur, Lund.
Ekborg, Margareta & Ekborg, Per. (2000) Suggestopedi eller mer kreativa arbetsformer i naturvetenskap och teknik. Lärarutbildningen vid Malmö högskola, Malmö. Ekstig, Börje. (2002) Naturen, naturvetenskapen och lärandet. Studentlitteratur, Lund. Henriksson, Anders. (2002) Kemi kurs B. Gleerups Utbildning AB, Malmö. Kursplan för Kemi B (2000) SKLFS: 2000:65 Skolverket,Stockholm. Lindwall, Gustaf. (1937) Dåd och bragd 5. Louis Pasteur. Hugo Gebers Förlag, Stockholm Läroplan för de frivilliga skolformerna (Lpf 94) Skolverket, Stockholm. McMurry, John. (1998) Fundamentals of rganic Chemistry, 4th ed. Brooks/Cole Publishing Company, Pacific Grove Partington, J.R. (1957) A short history of chemstry. Dover Publications, Inc. New York Sandström Madsén, Ingegärd. (1996) Skriva för att lära, 5 uppl. 2002 Högskolan Kristianstad, Kristianstad. Strömdahl, Helge. (2002) Kommunicera naturvetenskap i skolan Studentlitteratur, Lund. Wellington, Jerry & sborne Jonathan. (2001) Looking at the language of science. I Language and literacy in science education. Kap. 2 pp 9-23. Buckingham - Philadelphia: pen University Press. Ämnesplan för gymnasiets kemi (2005-02-24), Skolverket, Stockholm. (http://www3.skolverket.se/ki03/front.aspx?sprak=sv&ar=0405&infotyp=8&skolform= 21&id=KE&extraId=)