"Happo on emäksen vastakohta." – fenomenografinen tutkimus tekniikan ylioppilaiden lukion jälkeisistä happo-emäskäsityksistä
Paananen, Ilona Inkeri (2014)
Paananen, Ilona Inkeri
2014
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-05-07
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405221196
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201405221196
Tiivistelmä
Happo-emäskemia on yksi kemian perusalueista, jota opetetaan niin peruskoulussa, lukiossa kuin yliopistossakin. Sen teoria on kehittynyt aikojen saatossa antiikkisesta mallista Arrheniuksen malliin ja edelleen Brønsted–Lowry-mallin kautta Lewis-malliin. Lukiossa happo-emäskemiaa opetetaan ensin Arrheniuksen mallin mukaisesti kemian pakollisella kurssilla ja myöhemmin valtakunnallisella syventävällä kurssilla uudemman Brønsted–Lowry-mallin mukaisesti. Tämä historiallinen lähestymistapa voi tuottaa hyvän yleiskuvan tieteellisen tiedon luonteesta, mutta se voi myös aiheuttaa virheellisiä käsityksiä. Virheelliset käsitykset jäävät herkästi osaksi käsiteverkostoja ja näin haittaavat konstruktivistisen oppimiskäsityksen mukaan uuden oppimista. Jotta virhekäsityksiä voidaan korjata, on ne ensin havaittava.
Tässä diplomityössä lukion jälkeisiä happo-emäskäsityksiä tutkittiin fenomenografian keinoin. Fenomenografisen tutkimuksen tavoitteena on muodostaa käsiteavaruus kaikista niistä käsitteistä, joita tietystä ilmiöstä voi olla. Mikäli tiedetään, minkälaisia käsityksiä opiskelijoilla on happo-emäskemiasta, voidaan opetusta kohdentaa korjaamaan virheellisiä käsityksiä. Tutkimus toteutettiin kyselylomaketutkimuksena Tampereen teknillisellä yliopistolla syksyllä 2013 kemian ensimmäisen kurssin aloitusluennolla. Tutkittavilla ei vielä ollut yliopiston kemian opintoja takana. Vastauksia saatiin yhteensä 60 kappaletta. Käsitteiden kartoituksen lisäksi tutkimus pyrki vastaamaan kysymykseen Arrheniuksen mallin vaikutuksesta happo-emäskemian ymmärtämiseen. Tätä päätutkimuskysymystä tutkittiin alatutkimuskysymysten avulla, jotka käsittelivät mikrotason, happo-emäsmallien eroavaisuuksien sekä neutraloitumisreaktion ymmärrystä.
Tutkimuksessa havaittiin kaksi yleisesti esiintyvää virhekäsitystä: toisessa heikon ja vahvan hapon ero ymmärretään konsentraatioerona ja toisessa neutraloitumisreaktion ajatellaan aina päätyvän neutraaliin lopputuotteeseen. Näiden lisäksi havaittiin, että Arrheniuksen happo-emäsmalli vaikuttaa ymmärrykseen happo-emäskemiasta myös niillä opiskelijoilla, jotka ovat opiskelleet Brønsted–Lowry-mallin mukaisesti. Tämä osoittaa, että eroavaisuuksia mallien välillä ei ole tehty opetuksessa selväksi, jolloin opiskelijat pitävät kiinni ensiksi oppimastaan yksinkertaisemmasta mallista. Tämän tutkimuksen perusteella onkin perusteltua ehdottaa, että Suomessa seurattaisiin Ranskan esimerkkiä ja Arrheniuksen malli jätettäisiin pois toisen asteen opetussuunnitelmasta. Acid-base chemistry is a part of basic chemistry that is taught in elementary schools, upper secondary schools, and universities. During the years, its theory has developed from the ancient model to the Arrhenius model and further through the Brønsted–Lowry model to the Lewis model. In Finnish upper secondary schools, acid-base chemistry is taught first following the Arrhenius model in the introductory chemistry course and later in the advanced chemistry course, following the newer Brønsted–Lowry model. This historical approach can provide the student with a good overview of the nature of scientific knowledge, but it can also cause misconceptions. These misconceptions can easily link to the network of concepts and therefore, according to the theory of constructivism, hinder learning. To fix misconceptions they need to be first identified.
In this Master of Science thesis, the conceptions of acid-base chemistry after upper secondary school were studied by using a phenomenographic approach. The goal of a phenomenographic study is to form a concept space of all the concepts there is of a certain phenomenon. If students' concepts of acid-base chemistry are known, it's possible to target the teaching to fix the misconceptions. The research method used in this study was a survey study that was carried out at the Tampere University of Technology in the autumn of 2013 on the first lecture of the first chemistry course. The students had not yet studied chemistry at university level. The study gathered 60 answers. In addition to mapping out the conceptions, the study aimed to answer the question of how the Arrhenius model affects the understanding of acid-base chemistry. This main research question was examined by proposing sub-questions concerning the understanding of the micro level, the differences between acid-base models and the neutralising reaction.
Two widespread misconceptions were observed in this study: in the first misconception, the difference between weak and strong acid is misunderstood as a difference in concentration, and in the second, the product of a neutralising reaction is thought to always be neutral. In addition, it was observed that the Arrhenius model affects the understanding of acid-base chemistry even among the students who had studied the Brønsted–Lowry model. This shows that the differences between the models haven't been emphasised to the students, so the students hold on to the simpler model learned first. According to this study it is justified to suggest that Finland would follow the example set by France and cut the Arrhenius model from the programme of the secondary schools.
Tässä diplomityössä lukion jälkeisiä happo-emäskäsityksiä tutkittiin fenomenografian keinoin. Fenomenografisen tutkimuksen tavoitteena on muodostaa käsiteavaruus kaikista niistä käsitteistä, joita tietystä ilmiöstä voi olla. Mikäli tiedetään, minkälaisia käsityksiä opiskelijoilla on happo-emäskemiasta, voidaan opetusta kohdentaa korjaamaan virheellisiä käsityksiä. Tutkimus toteutettiin kyselylomaketutkimuksena Tampereen teknillisellä yliopistolla syksyllä 2013 kemian ensimmäisen kurssin aloitusluennolla. Tutkittavilla ei vielä ollut yliopiston kemian opintoja takana. Vastauksia saatiin yhteensä 60 kappaletta. Käsitteiden kartoituksen lisäksi tutkimus pyrki vastaamaan kysymykseen Arrheniuksen mallin vaikutuksesta happo-emäskemian ymmärtämiseen. Tätä päätutkimuskysymystä tutkittiin alatutkimuskysymysten avulla, jotka käsittelivät mikrotason, happo-emäsmallien eroavaisuuksien sekä neutraloitumisreaktion ymmärrystä.
Tutkimuksessa havaittiin kaksi yleisesti esiintyvää virhekäsitystä: toisessa heikon ja vahvan hapon ero ymmärretään konsentraatioerona ja toisessa neutraloitumisreaktion ajatellaan aina päätyvän neutraaliin lopputuotteeseen. Näiden lisäksi havaittiin, että Arrheniuksen happo-emäsmalli vaikuttaa ymmärrykseen happo-emäskemiasta myös niillä opiskelijoilla, jotka ovat opiskelleet Brønsted–Lowry-mallin mukaisesti. Tämä osoittaa, että eroavaisuuksia mallien välillä ei ole tehty opetuksessa selväksi, jolloin opiskelijat pitävät kiinni ensiksi oppimastaan yksinkertaisemmasta mallista. Tämän tutkimuksen perusteella onkin perusteltua ehdottaa, että Suomessa seurattaisiin Ranskan esimerkkiä ja Arrheniuksen malli jätettäisiin pois toisen asteen opetussuunnitelmasta.
In this Master of Science thesis, the conceptions of acid-base chemistry after upper secondary school were studied by using a phenomenographic approach. The goal of a phenomenographic study is to form a concept space of all the concepts there is of a certain phenomenon. If students' concepts of acid-base chemistry are known, it's possible to target the teaching to fix the misconceptions. The research method used in this study was a survey study that was carried out at the Tampere University of Technology in the autumn of 2013 on the first lecture of the first chemistry course. The students had not yet studied chemistry at university level. The study gathered 60 answers. In addition to mapping out the conceptions, the study aimed to answer the question of how the Arrhenius model affects the understanding of acid-base chemistry. This main research question was examined by proposing sub-questions concerning the understanding of the micro level, the differences between acid-base models and the neutralising reaction.
Two widespread misconceptions were observed in this study: in the first misconception, the difference between weak and strong acid is misunderstood as a difference in concentration, and in the second, the product of a neutralising reaction is thought to always be neutral. In addition, it was observed that the Arrhenius model affects the understanding of acid-base chemistry even among the students who had studied the Brønsted–Lowry model. This shows that the differences between the models haven't been emphasised to the students, so the students hold on to the simpler model learned first. According to this study it is justified to suggest that Finland would follow the example set by France and cut the Arrhenius model from the programme of the secondary schools.