Loistavan oppilastyön kehittäminen : Loisteaineet ja niitä käsittelevä oppilastyö lukion opetussuunnitelmalle 2019

Abstract

Lukioiden vuonna 2021 voimaan astuvat opetussuunnitelmat seuraavat vuonna 2019 suunniteltuja lukion opetussuunnitelman perusteita, ja niissä on havaittavissa suuria muutoksia aiempiin verrattuna. Eräs suuri muutos liittyy oppimisen jäsentelyyn: kurssien sijaan opetus esitetään moduuleissa, joista kootaan opintojaksot koulukohtaisesti. Opintojakso voi muodostua yhdestä tai useammasta moduulista, ja nämä moduulit voivat olla kaikki samasta tai useammasta eri oppiaineesta. Useamman oppiaineen opintokokonaisuudet luovat tarpeen oppiainerajoja ylittäville oppilastöille.

Kemian ja fysiikan opetuksen tavoitteet ovat suurilta osin päällekkäisiä, joten näiden kahden aineen yhdistäminen on luontaista. Kummankin aineen eräs tärkeä tavoite on ymmärtää näiden tieteiden sovelluksia yhteiskunnassa ja teknologiassa. Eräs tällainen sovellus on loisteaineiden ja luminesenssin käyttäminen erilaisissa käyttökohteissa, kuten LED-lamppujen värin korjaamisessa. Luminesenssia ja loisteaineita voidaan käsitellä kemian moduuliin KE5 Kemiallinen energia ja kiertotalous tai fysiikan moduuliin FY8 Aine, säteily ja kvantittuminen liittyen.

Luminesenssi-ilmiössä materiaali absorboi energiaa, joka purkautuu valon fotonina. Jos energia absorboidaan valosta, ilmiötä kutsutaan fotoluminesenssiksi. Fotoluminesenssissa absorboidun ja emittoidun valon aallonpituudet eroavat toisistaan. Materiaaleja, joissa esiintyy luminesenssia, kutsutaan loisteaineiksi. Ceriumilla seostettu yttriumalumiinigranaatti (Y3Al5O12:Ce3+) on loisteaine, jossa emittoidun fotonin aallonpituus on virittävää pidempi, ja sitä voidaan tämän takia käyttää sinisten ledien värin säätämiseen, sillä se hohtaa sinisen valon vaikutuksesta keltaisena.

Oppilastyö, jossa lukiolaiset valmistavat Y3Al5O12:Ce3+ ja päällystävät sillä ledin kehitettiin Stuckeyn et al. artikkelissa “Microwave Synthesis of a Prominent LED Phosphor for School Students: Chemistry’s Contribution to Sustainable Lighting” (J. Chem. Educ. vol. 96, no. 12) esitellyn demonstraation pohjalta. Kehittämisessä hyödynnettiin kehittämistutkimusta kaksisyklisenä prosessina, jossa kehitettiin ensin oppilastyön laboratorio-osuutta ja sitten vasta työohjeita.

Oppilastyö havaittiin relevantiksi varsinkin yksilöllisellä ja yhteiskunnallisella tasolla, mutta vähemmän relevantiksi ammatillisella tasolla, eli opiskelijat kokivat loisteaineet työn ansiosta mielenkiintoisiksi ja he ymmärsivät loisteaineiden merkitystä yhteiskunnassa, mutta loisteaineiden parissa työskentelystä ei kuitenkaan kiinnostuttu. Tosin ne opiskelijat, jotka ovat kaikkein ahkerimpia ja kiinnostuneimpia kemiasta, kokivat työn muita relevantimmaksi ammatillisella tasolla. Opiskelijat kokivat oppineensa uutta sekä loisteaineista että kemian tutkimuksesta ja työmenetelmistä. Opiskelijat oppivat uutta myös luminesenssin ja loisteaineiden teoriasta, mutta eniten heidän havaittiin oppineen loisteaineiden käyttökohteista, erityisesti arkisista käyttökohteista.