2010
Lembi Tamm, Tartu Ülikool
Ants Tuulmets, Tartu Ülikool
Õppetegevuse korraldamine peab olema suunatud nii gümnaasiumi keemia ainekavas esitatud nõutavate õpitulemuste saavutamisele kui ka õppekavas välja toodud üldpädevuste ning loodusainete valdkonna üldiste pädevuste kujundamisele, arvestades vastavaid õppe- ja kasvatuseesmärke.
Gümnaasiumi keemia ainekavas on välja toodud 8 üldist õpitulemust, mille saavutamisele kolme kohustusliku keemiakursuse lõpuks tuleb õppeprotsessis tähelepanu pöörata kõigi teemade käsitlemisel ja teemadega seotud konkreetsemate õpitulemusteni jõudmisel.
Õppetegevust kavandades ja korraldades:
1) lähtutakse õppekava alusväärtustest, üldpädevustest, õppeaine eesmärkidest, õppesisust ja eeldatavatest õpitulemustest ning toetatakse lõimingut teiste õppeainete ja läbivate teemadega;
2) taotletakse, et õpilase õpikoormus (sh kodutööde maht) on mõõdukas, jaotub õppeaasta ulatuses ühtlaselt ning jätab piisavalt aega nii huvitegevuseks kui ka puhkuseks;
3) võimaldatakse nii individuaal- kui ka ühisõpet (iseseisvad, paaris- ja rühmatööd, õppekäigud, praktilised tööd, töö arvutipõhiste õpikeskkondadega ning veebimaterjalide ja teiste teabeallikatega), mis toetavad õpilaste kujunemist aktiivseteks ning iseseisvateks õppijateks;
4) kasutatakse diferentseeritud õpiülesandeid, mille sisu ja raskusaste toetavad individualiseeritud käsitlust ning suurendavad õpimotivatsiooni;
5) rakendatakse IKT-l põhinevaid õpikeskkondi, õppematerjale ja -vahendeid;
6) laiendatakse õpikeskkonda: arvutiklass, kooliümbrus, looduskeskkond, laborid, muuseumid, näitused, ettevõtted jne;
7) rakendatakse aktiivõpet, kasutades mitmesuguseid õppemetoodilisi võimalusi: rollimängud, arutelud, väitlused, projektõpe, õpimapi ja uurimistöö koostamine, praktilised ja uurimuslikud tööd (nt igapäevaelu, tootmise, keskkonnaprobleemide vms seotud keemiliste protsesside uurimine ning analüüs, protsesse ja objekte mõjutavate tegurite mõju selgitamine, komplekssete probleemide lahendamine) jne.
Ainekavas on märgitud, et õpitulemused kajastavad õpilase rahuldavat saavutust. Seega saab võimekamatele õpilastele esitada täiendavaid nõudmisi ja pakkuda neile lahendamiseks ka mõnevõrra keerukamaid probleeme, mis nõuavad oskust rakendada õpitut uudses olukorras, mõista sügavamalt käsitletavaid seoseid ning teha nende põhjal kompetentseid järeldusi. Vähemvõimekatelt õpilastelt võib rohkem nõuda madalamatasemeliste mõtlemisoskuste (reprodutseerimine, näidete toomine, võrdlemine jne) rakendamist ja probleemide lahendamist vaid suhteliselt lihtsates, tüüpilistes olukordades. Seega saab rakendada diferentseeritud õpet, lähtudes õpilaste võimetest ja huvidest. Kui anda õpilastele lahendamiseks jõukohasemaid ja igapäevaeluga rohkem seostuvaid probleeme, on võimalik muuta õpitav õpilastele ühtlasi ka huvipakkuvamaks. Huvitavamaks ja arusaadavamaks muutmisele aitab palju kaasa õpitava tihedam lõimimine teistes loodusainetes õpitavaga, et õpilastel kujuneks terviklikum loodusteaduslik maailmapilt.
Õppetegevust kavandades tuleb peale õppesisu (mis on enamasti sõnastatud suhteliselt lühidalt ja kokkuvõtlikult) lähtuda kindlasti ka õpitulemustest, milles on täpsemalt avatud teemade käsitlemise peamised eesmärgid ja rõhuasetused. Ainekava (nii õppesisu kui ka nõutavad õpitulemused) ei määra siiski väga täpselt, kuivõrd põhjalikult mingit teemat tuleb käsitleda. Teemade käsitluse mahtu ja sügavust ning seega ka igale teemale pühendatud tundide arvu võib õpetaja planeerida vastavalt kooli suundumusele, kooli ainekava koostamisel püstitatud eesmärkidele ning klassi tasemele. Teemade käsitlemise ajalist jaotust mõjutavad ka võimalused rakendada õuesõpet, korraldada õppekäike keemiaga tegelevatesse ettevõtetesse jne.
Lisaks ainekavas väljatoodud kohustuslikele praktilistele töödele ja IKT rakendustele võib õpetaja vastavalt võimalustele planeerida ka täiendavaid töid (varieerides nende sisulist ja ajalist mahtu vastavalt vajadusele). Kooli ainekavale vastavas ajakavas võib näidata ka teisi planeeritavaid õppevorme (nt õuesõpe jmt). Kontrolltööde arvu ning nende vormi ja mahu saab õpetaja valida vastavalt klassi tasemele ja õpimotivatsioonile, kasutades hindamiseks soovitatavalt ka teisi hindamise vorme. Õppeaasta kohta peaks ajakavas olema kindlasti planeeritud ka mingi arv reservtunde (vähemalt 1 iga õppeveerandi kohta).
Probleemid seoses gümnaasiumi keemiakursustega
- Orgaanilise keemia kursustele ei eelne üldise keemia kursust, seega pole piisaval tasemel õpitud ei aatomi ehitust, keemilist sidet ega reaktsioonide soojusefekte, kiirust ega tasakaalu. Seetõttu tuleb käsitlust oluliselt lihtsustada ja osale tingimata vajalikest mõistetest anda selgitus orgaanilise keemia kursuste käigus.
- Valikkursusi pole otstarbekas õpetada kolme kohustusliku kursuse järel, mis tooks kaasa asjatu dubleerimise, vaid omavahel põimitult. Seega olnuks vaja ette näha lisaks „lühikesele” gümnaasiumi keemia ainekavale ka „pikk” (õigemini süvendatud) ainekava (nagu on matemaatikas).
Õppeprotsessi ja sellega seotud probleemide lahtikirjutus kursuste ja teemade kaupa
KEEMIA I kursus. Orgaanilised ühendid ja nende omadused
Kokkuvõte peamistest muudatustest teemade käsitlemisel
Käsitlus on võrreldes seni kehtinud ainekavaga lihtsustunud, valdavalt kirjeldav; nomenklatuuri põhimõtteid käsitletakse minimaalselt, peamiselt süsivesinike näitel.
Ainekavast on välja jäetud reaktsioonitsentrite käsitlus (radikaalid, nukleofiilid, elektrofiilid ja vastavad reaktsioonimehhanismid). Aatomi ehituse osas saab toetuda vaid põhikoolis õpitule, selgitada on vaja keemilise sideme polaarsuse mõistet. Suur tähelepanu on hapete ja aluste mõistetel ning hüdrofoobsuse ja hüdrofiilsuse mõistetel, millele toetudes saab selgitada lahustuvust ja materjalide omadusi.
ALKAANID
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus:
See on orgaanilist keemiat käsitlevate gümnaasiumikursuste sissejuhatav teema, mille põhieesmärk on tutvustada alkaanide näitel süsinikuühendite struktuuri ja nomenklatuuri üldisi põhimõtteid, rõhutades ainete struktuuri ja omaduste vahelist seost, mis on läbivaks põhimõtteks kõigis orgaanilist keemiat käsitlevates teemades. Teema seostub tihedalt ka igapäevaeluga, selgitades alkaanide rakendusvõimalusi praktikas.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Alkaanide teema õppimisel saab toetuda põhikooli keemias õpitule, eelkõige teema „Süsinik ja süsinikuühendid” raames omandatud arusaamadele. Toetuda saab ka geograafias looduslike süsivesinike ja nende leiukohtade kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: süsivesinik, struktuurivalem, polümeer.
Lõiming: füüsika (materjalide omadused); geograafia (looduslikud süsivesinikud ja nende leiukohad); terviseõpetus (tuleohutuse tagamine).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Teatud määral on see teema põhikoolis õpitu kordamine ja süvendamine. Alkaanide mõiste on põhikoolis käsitletud, seepärast ei ole vajalik alkaanidel pikemalt peatuda (alkaanide keemilistest omadustest tuleks vaid rõhutada nende suhtelist inertsust – nt ei reageeri nad hapete ega aluste ning paljude oksüdeerijatega – ja väga iseloomuliku omadusena nende põlevust). Pealegi on uue ainekava seisukohalt alkaanidel pigem metodoloogiline kui praktiline tähtsus. Küll aga tuleks kasutada võimalust selle peatüki raames käsitleda mitut olulist sissejuhatavat teemat.
Siinkohal on tähtis paika panna selge arusaam mõistetest keemiline ühend, aine ja materjal eesti keele kasutuse seisukohast. Arusaam nomenklatuuri üldistest põhimõtetest on tarvilik, kuid üksikasjadesse laskumine on siin ja edasiste teemade juures liigne.
Fundamentaalselt tähtis on arusaam struktuuri ja omaduste seosest. Selle käsitelu peab algama isomeeria mõiste sissetoomisega, kuid isomeeridega põhjalikum tegelemine (nendega mängimine) on liiast. Pigem esitab õpetaja põnevaid näiteid struktuuridest, mida meelde ei jäeta, kuid millega kaasnevatele erilistele omadustele juhitakse tähelepanu. Tuleb silmas pidada, et struktuuri ja omaduste seos on selle ainekava läbiv teema, mis võetakse üles pea kõigi aineklasside käsitlemisel.
Materjalide vastastikmõju veega on samuti selle ainekava üks läbivaid teemasid. Hüdrofoobsuse ja hüdrofiilsuse selgitamise juures on hea kasutada vesiniksideme mõistet. Seepärast võiks selle alateema tuua järgmisest peatükist (alkoholide juurest) sissejuhatavasse osasse.
Kuna vastavalt ainekava lõppvariandi koostamisel ette antud suunistele ei eelne gümnaasiumi keemia uues ainekavas orgaanilise keemia kursustele üldise keemia kursust, siis on võimalik orgaanilise keemia õpetamisel toetuda vaid põhikoolis keemiliste sidemete kohta õpitule. Seega tuleb orgaanilise keemia õpetamisel arvestada, et õpilastel puudub arusaam elektronegatiivsusest, keemilise sideme polaarsusest ning vesiniksidemest. Vesiniksideme olemuse selgitamiseks ei olegi tarvis elektronegatiivsuse, sideme polaarsuse jt selles ainekavas puuduvaid mõisteid. Piisab fenomenoloogilisest konstateerimisest, et hapniku või lämmastiku aatomiga seotud vesiniku aatom võib moodustada nõrga (täiendava) sideme sarnaste aatomitega samas või teises molekulis. Edasi saab vesiniksideme mõistet edukalt kasutada molekulide vastastikmõju selgitamiseks puhastes ainetes ja vesilahustes. Kuna ka alkoholi mõiste on põhikoolist tuttav, võib üks sissejuhatav teema käsitleda alkoholide (ja teiste ainete) lahustumist vees, kuid see võib ka jääda alkoholide teema alla nagu ainekavas kirjas.
Alkaanide omadustest on igapäevaselt olulised vaid põlemine ning hüdrofoobsus. Alkaanide vastastikmõju veega on lihtsaim näide hüdrofoobsuse-hüdrofiilsuse mõistete tutvustamiseks. Õli eraldub tilgana või kihina vee pinnal seepärast, et vee molekulid hoiavad üksteisest väga tugevasti kinni. Materjalide märguvuse uurimine (nt klaasi hüdrofiilsus jms) on tunnetuslikult vajalik.
Põlemist on küll käsitletud juba põhikoolis, kuid selle süvendatud arutelu on soovitatav. Võiks lasta õpilastel jälgida põlemist olmes: gaasileek, tuli kaminas, ahjus jne. Tingimata tuleb arutada tuleohutuse küsimusi.
Õppevahendid: molekulide mudelid ja/või vastavad arvutiprogrammid; uuritavad materjalid, reaktiivid ja katsevahendid märguvuse uurimiseks ja võrdlemiseks.
ASENDATUD JA KÜLLASTUMATA SÜSIVESINIKUD
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus:
Selle teema (ja ka järgmiste orgaanilise keemia teemade) käsitlemisel keskendutakse juba põhjalikumalt seosele ainete struktuuri ja omaduste vahel, millega puututakse kokku eelkõige erinevate materjalide omaduste kaudu. Selle teemaga õpivad õpilased aru saama mitmetest keemia põhimõistetest nagu hüdrofiilsus ja hüdrofoobsus, küllastumata ühendid, happelisus või aluselisus kui prootoni loovutamine või sidumine jne ning tegema ainete omaduste põhjal praktilisi järeldusi seoses igapäevaeluga.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Asendatud ja küllastumata süsivesinike teema õppimisel saab toetuda põhikooli keemias õpitule, eelkõige teemade „Süsinik ja süsinikuühendid” ja „Aatomi ehitus, ainete ehitus” raames omandatud arusaamadele. Toetuda saab ka bioloogias looduslike süsinikuühendite, sh karboksüülhapete ja sahhariidide kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: halogeen, alkohol, karboksüülhape, sahhariid (süsivesik).
Lõiming: bioloogia (sahhariidid, fenoolide jt süsinikuühenditega seotud keskkonnaprobleemid); terviseõpetus (alkohol ja narkootikumid, toksilised ained olmes ja keskkonnas); geograafia (keskkonnaprobleemid, freoonidega seotud atmosfäärimuutused); ühiskonnaõpetus (alkoholismi ja narkomaania probleemid).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Halogeeniühendeid kui aineklassi ainult mainitakse, kuid tutvustatakse nende rakendusi (ainete valemeid enamasti nõudmata): lahustid, freoonid, pestitsiidid, dioksiinid ja nendega kaasnevad tervishoiu- ning keskkonnaprobleemid. Pestitsiidide kasutamisel ja nendele esitatavatel nõuetel on tarvis pikemalt peatuda. Üsna hariv oleks ka vaadelda DDT kasutamise ajalugu: Teise maailmasõja ajal sadu tuhandeid inimelusid päästnud ainest kuni enamikus arenenud maades keelatud mürkaineni tänapäeval.
Alkohole on käsitletud põhikoolis, kuid nende abil tutvustatakse nüüd vesiniksidet ning vesilahuste olemust. Alkoholide kaasamine selgitustes aitab vältida primitiivset arusaama, et vesinikside esineb vaid vee molekulide vahel. Alkoholide ja teiste orgaaniliste ainete vees lahustumise protsess vajab analüüsimist, kaasates hüdrofoobsuse ning hüdrofiilsuse mõisted. Soovi korral võib alkoholide juures põgusalt vaadelda ahela- ja asendiisomeeriat.
Alkoholide keemilistest muundumistest vajab nimetamist vaid nende oksüdeerumine põlemisel või organismide ainevahetuses. Klassikalised näited alkoholide reageerimisest leelismetallidega, millega on õpilasi piinatud enam kui sajandi vältel, ei oma tavainimese jaoks mingit tähendust.
Amiinide aluselisust vaadeldakse fenomenoloogiliselt ja laiendatakse siis hapete ja aluste üldiseks käsitluseks. Amiini võime vesiniksidet moodustada vajab käsitlemist. Alkaloide vaadeldakse kui lämmastikaluseid, otsides struktuurist aluselisustsentreid (lihtsaimad objektid võiksid olla koniin ja nikotiin). Narkootiliste ainete laiem käsitlemine on õpilastele kindlasti huvitav.
Küllastamata ühendeid käsitletakse alkeenide näitel. Ainsad käsitletavad reaktsioonid on siin hüdrogeenimine ja oksüdeerumine, sest neid vajatakse rasvade käsitlemise juures. Ka cis-trans-isomeeria leiab käsitlemist rasvade juures. Areene ja fenoole tutvustatakse peamiselt nimetamise tasandil, kuid nendega seotud tervise- ja keskkonnaprobleemid vajavad analüüsimist.
Karbonüülühendid kui aineklass väärib vaid mainimist, küll aga peaks nimetama nende huvipakkuvaid omadusi, nt lõhnad, millel võib peatuda pikemalt, oksüdeeruvus jt. Samuti peaks alateemana uuesti üles võtma põhikoolist tuntud lihtsuhkrud kui karbonüülühendid.
Karboksüülhapped on tõsine teema. Õpetaja äranägemisel võiks õppida teatud hulga triviaalnimetusi. Keskseks küsimuseks on hapete, ja mitte ainult karboksüülhapete tugevuse võrdlemine. Õpilane peab jõudma arusaamiseni sellest, et happe tugevuse määrab reageerimise ulatus vee kui alusega: tugeva happe reaktsioon veega läheb lõpuni, nõrga happe reaktsioon aga mitte. Niiviisi antakse teaduslik sisu terminitele „dissotsiatsioon” ja „dissotsiatsioonimäär”. Need arutlused panevad üksiti aluse keemilise tasakaalu detailsemale selgitamisele ainekava järgmises osas.
Õppevahendid: molekulide mudelid ja/või vastavad arvutiprogrammid; uuritavad ained, vajalikud reaktiivid ja katsevahendid ainete lahustuvuse, redoksomaduste ja happelisuse uurimiseks ja võrdlemiseks.
KEEMIA II kursus. Orgaaniline keemia meie ümber
Kokkuvõte peamistest muudatustest teemade käsitlemisel
Orgaaniliste ainete keemilisi reaktsioone käsitletakse estrite ja amiidide näitel, selgitades seejuures vajalikul määral üldise keemia põhimõtteid: reaktsiooni kiirus, katalüüs, pöörduvus ja tasakaal.
Tähelepanu on praktilistel rakendustel (polümeerid, kütused jt) ning keemiatööstuse ja energeetika seostel ühiskonnaprobleemidega.
ESTRID, AMIIDID JA POLÜMEERID
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
Teema olulisus ei seostu niivõrd estrite ja amiidide põhjalikuma tundmaõppimisega, kuivõrd tuleneb suurel määral sellest, et uues gümnaasiumi keemia ainekavas ei eelne orgaanilise keemia kursustele keemia üldisemaid seaduspärasusi tutvustavat üldise keemia kursust. Seetõttu tuleb mitmeid üldise keemia põhimõisteid, mida tundmata pole võimalik keemiliste protsesside seaduspärasusi mõista (nt reaktsiooni kiirus ja keemiline tasakaal), selgitada orgaanilise keemia kursustes. Estrite ja amiidide keemilised reaktsioonid on kõige sobivamateks orgaanilisteks mudelreaktsioonideks, mille alusel on otstarbekas tutvustada õpilastele reaktsiooni kiirust ja seda mõjutavaid tegureid ning käsitleda keemilist tasakaalu ja selle dünaamilisust, võimaldades selgitada ka tasakaalu nihkumist tingimuste muutmisel.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Estrite, amiidide ja polümeeride teema õppimisel saab toetuda põhikooli keemias õpitule, eelkõige teemade „Süsinik ja süsinikuühendid” ja „Süsinikuühendite roll looduses, süsinikuühendid materjalidena” raames omandatud arusaamadele. Toetuda saab ka füüsikas ja tehnoloogiaõpetuses süsinikuühenditel põhinevate materjalide füüsikaliste omaduste kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: polümeer, plast(materjal), kiudaine.
Lõiming: füüsika (kiirus, materjalide füüsikalised omadused); terviseõpetus (tehismaterjalide ja inimese suhted); ajalugu (tehismaterjalide loomine tehnoloogia arenguloo taustal).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Estrite kohta saab tuua arvukalt näiteid, ka mineraalhapete estrite olemasolu vajaks nimetamist.
Keskseks teemaks on kindlasti estri ja amiidi hüdrolüüsi ning moodustumise reaktsioonid, pea ainsad keemilised reaktsioonid, mis uues ainekavas orgaanilisest keemiast alles on jäänud. Need reaktsioonid pakuvad suurepärase võimaluse lihtsalt ja praktikaga seoses tutvustada selliseid tähtsaid üldise keemia põhimõisteid nagu reaktsiooni kiirus ja tasakaal, pöörduv reaktsioon, katalüüs. Siin on sobiv koht, kus lahendada ka reaktsioonivõrranditel põhinevaid arvutusülesandeid: saagis, ebapuhas lähteaine, reagendi liig, majanduslikud aspektid jne.
Keemiline tasakaal on fundamentaalne mõiste keemia õppimisel, paraku valmistab see õpilastele sageli raskusi. Soovitatav on alustada reaktsiooni kiiruse mõistest. Füüsikalise liikumiskiiruse või voolamiskiiruse analoogia on pideva (nt tehnoloogilise) protsessi kiirus, mida saab mõõta massiühikutes või moolides ajaühiku kohta. Keerulisem on aru saada kiiruse (kontsentratsiooni) muutumisest reageerimisel suletud süsteemis (lahuse kindlas ruumalas). Siin on abiks poolestusaja mõiste, mida saab edukalt laiendada mitmesugustele praktikas toimuvatele nähtustele kiiruskonstandi mõistet kasutamata.
Arusaam reaktsiooni kiirusest aitab selgitada keemilise tasakaalu dünaamilist olemust, mis on võtmelise tähendusega keemiliste ja bioloogiliste protsesside mõistmiseks.
Keemilise reaktsiooni kiiruse ja keemilise tasakaalu probleemide paremale mõistmisele aitab tugevasti kaasa vastavateemaliste probleem- ja arvutusülesannete lahendamine koos arvutustulemuste üle arutlemisega (nt ülesanded, mis on seotud reaktsiooni saagise arvutustega, ühe reagendi ülehulgaga jms).
Polümeerid ja plastmaterjalid on laia haardega ning mitut olulist kompetentsi kujundav teema. Liitumispolümerisatsiooni käsitletakse formaalselt, ilma mehhanismideta. Polükondensatsioon tugineb äsja õpitud estrite ja amiidide reaktsioonidele. Polümeeride struktuuri analüüsiva uurimise (elementaarlüli eristamine, monomeeri(de) määramine) eesmärgiks on arendada julgust ning oskust tundmatute ja suhteliselt keeruliste struktuuride teadlikuks vaatlemiseks ning lahtimõtestamiseks. Rõhku tuleb panna polümeeride struktuuri seostamisele nende omadustega ning selleks on ette nähtud ka hulk praktilisi töid.
Polümeeride teema pakub häid võimalusi tutvustada keemia teoreetiliste aluste rakendamist uute materjalide loomisel, nt erakordsete või väga spetsiifiliste omadustega polümeerid, millest paljusid võime kohata ka olmes.
Õppevahendid: molekulide mudelid ja/või vastavad arvutiprogrammid; vajalikud reaktiivid ja katsevahendid estrite saamiseks ja nende keemiliste reaktsioonide uurimiseks; uuritavad materjalid (polüalkeenid, polüamiidid, polüestrid, plastid) ning nende mehaaniliste, termiliste ja keemiliste omaduste uurimiseks ja võrdlemiseks vajalikud reaktiivid ja katsevahendid.
BIOLOOGILISELT OLULISED AINED
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
Teema õpetamise eesmärk on käsitleda tähtsamaid bioloogiliselt olulisi aineid ja nende rolli elusorganismides keemilisest aspektist. Selle teema õpetamisel on eriti tähtsal kohal lõiming bioloogiaõpetusega, mis eeldab keemia- ja bioloogiaõpetaja tihedat koostööd. Teema olulisus tuleneb vajadusest omandada arusaam peamiste inimorganismis kulgevate keemiliste protsesside olemusest ja nende protsesside seostest inimese tervisega. Seega seostub selle teema õpetamine eriti tihedalt läbiva tervise ja ohutuse teemaga.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Bioloogiliselt oluliste ainete teema õppimisel saab peamiselt toetuda põhikooli keemias õpitule, eelkõige teemade „Süsinik ja süsinikuühendid” ja „Süsinikuühendite roll looduses” õppimisel omandatud arusaamadele. Toetuda saab ka õpitule loodusõpetuses ja bioloogias looduslike süsinikuühendite ja nende tähtsuse kohta elusorganismides.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: rasv, valk, tselluloos.
Lõiming: bioloogia (organismides esinevad biomolekulid); terviseõpetus (tervislik toitumine, riietusesemete hügieenilisus); geograafia (sünteetiliste pesemisvahenditega seotud keskkonnaprobleemid).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Biopolümeeride kui materjalide käsitlemisel seostatakse nende omadused struktuuriga. Reaktsioonimehhanisme käsitlemata omandatakse praktiliselt tähtsa faktiteadmisena, millised neist hüdrolüüsuvad happe ja/või leelise toimel. Õppetegevus peaks olema suunatud sellele, et õpilane oskab tuua asendamatute aminohapete ja rasvade kohta konkreetseid näiteid ning suutma selgitada nende ainete olulisust elusorganismides kulgevates protsessides. Täiendava materjalina lisaks õpikus esitatule peaks õpetaja soovitatavalt tooma sobivaid atraktiivseid näiteid bioloogiast ja biokeemiast, selgitamaks selle teema tähtsust inimese enda tervise seisukohalt.
Kuna otseselt keemiat õpetatakse seejuures minimaalselt, peavad ulatuslikud arutelud kujundama õpilastes seisukohad toiduainete tervislikkusest ning tekstiilitoodete hügieenilisusest. Väga tähtis on kujundada õpilastes teaduslikult põhjendatud arusaamad sellistes (ka kõmu tekitavates) küsimustes nagu toidu toiteväärtus, tasakaalustatud toitumine, taimetoitlus ja dieedid, toidu lisaained, E-ained jms.
Õppevahendid: molekulide mudelid ja/või vastavad arvutiprogrammid; uuritavad ained (sahhariidid, valgud, pesemisvahendid) ning vajalikud reaktiivid ja katsevahendid nende käitumise uurimiseks.
ORGAANILINE KEEMIATÖÖSTUS JA ENERGEETIKA
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
See teema on üks kõige enam teiste õppeainetega, sh sotsiaalainetega lõimuvaid teemasid gümnaasiumi keemia ainekavas. Teema olulisus tuleneb vajadusest omandada arusaam keemiatööstuse ja energeetika rollist inimühiskonnas nii ajaloolises plaanis kui ka tänapäeva ja tuleviku seisukohalt. Selle teema õppimisega arendatakse õpilastel ühtlasi mitmeid üldpädevusi (eelkõige väärtuspädevus ja sotsiaalne pädevus, aga ka mitmed teised) ja sellega seostuvad otseselt mitmed õppekava läbivad teemad (nt keskkond ja ühiskonna jätkusuutlik areng, tehnoloogia ja innovatsioon jt), mis teiste keemiateemadega mõnevõrra vähem haakuvad.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Orgaanilise keemiatööstuse ja energeetika teema õppimisel saab toetuda põhikooli keemias õpitule, eelkõige teemade „Süsinik ja süsinikuühendid” ja „Süsinikuühendite roll looduses, süsinikuühendid materjalidena” õppimisel omandatud arusaamadele. Toetuda saab ka füüsikas ja geograafias energeetika ning ajaloos energeetikaga seotud poliitiliste probleemide kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: kütus, nafta, alternatiivkütus.
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Nende teemadega seotud õpitegevus toimub peamiselt seminari tüüpi aruteludena. Õpilaste aktiivsus näitlike faktide kogumisel, referaatide koostamisel ja esitamisel ning aruteludes osalemisel on määrava tähtsusega. Teema käsitlemisel ei saa kindlasti piirduda ainult õpiku materjaliga, vaid tuleb kasutada teemaga seotud aktuaalsete probleemide kajastusi meedias jm teabeallikates. Kindlasti on ka selle teema korral soovitatav esitada õpilastele sobivaid huvitavaid näiteid nii ajaloost kui ka nüüdisajast.
Selle teemaga seostuvad tihedalt arvutusülesanded, mis puudutavad tootmissaadust, kõrvalsaadust, tootmisjääki, majanduslikkust jm aspekte. Seega on teema käsitlemisel väga sobival kohal arvutusülesanded, mis on seotud saagise või kadude arvutustega, seejuures saadud arvutustulemuste üle kindlasti arutledes. Arvutusülesannete lahendamise eesmärk pole niivõrd õigete lahendusvõtete mehaaniline omandamine ja vastuse leidmine, kuivõrd probleemidest arusaamine ja saadud vastuse põhjal vastava protsessi efektiivsuse kohta järelduste tegemine ning võimalike lahenduste pakkumine efektiivsuse tõstmiseks.
See peatükk kui viimane ja suures osas näiliselt vaid jutustav võib mõne õpetaja jaoks saada puhverteemaks, mille saaks ajapuudusel lihtsalt ära jätta. Paraku oleks see suur viga, sest nendel teemadel on vähemalt sama suur või suuremgi hariv tähendus kui üksikute aineklasside teemadel (vt ka vihjeid lõimingu rubriigis).
Nafta töötlemise üksikasjadesse laskumine ei ole vajalik, kuid arusaam keemiatööstuse (s.o tegeliku keemia) rollist tänapäeva inimühiskonnas ja sellega seotud nähtustest on tavakodaniku jaoks kindlasti tähtsam kui üksikute aineklasside esindajate meelespidamine.
Õppevahendid: aktuaalsed materjalid meediast.
KEEMIA III kursus. Anorgaaniliste ainete omadused ja rakendused
Kokkuvõte peamistest muudatustest teemade käsitlemisel
Tähelepanu on üldistel trendidel keemiliste elementide ja nende ühendite omadustel vastavalt elemendi asukohale perioodilisustabelis. Põhjalikum on metallide keemiliste omaduste (lähtudes metalli asukohast pingereas) ja rakenduste käsitlus.
Ülevaade elektrolüütide lahuste omadustest ja ioonidevahelistest reaktsioonidest lahustes; rohkem tähelepanu vee rollile lahustes kulgevates protsessides.
PERIOODILISED TRENDID AINETE OMADUSTES
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
Teema õpetamise eesmärk on omandada arusaam keemiliste elementide ja nende tüüpiliste ühendite (peamiselt oksiidide näitel) omaduste seaduspärasest muutusest perioodilisustabelis vastavalt elementide aatomi ehituse muutusele. Seega omandatakse selle teema käsitlemisel oskus kasutada perioodilisustabelit infoallikana nii keemiliste elementide omaduste, põhiliste oksüdatsiooniastmete kui ka nende iseloomulike ühendite omaduste kohta otsuste tegemisel. Teine tähtis eesmärk selle teema õpetamisel on omandada oskus teha järeldusi metallide keemiliste omaduste kohta lähtuvalt metalli asukohast metallide pingereas. Need oskused annavad tugeva aluse orienteerumiseks keemiliste elementide ja nende ühendite maailmas, nii et pole vajadust nende kohta hulgaliselt konkreetseid üksikfakte ära õppida. Tähelepanu pööratakse ka ainete omaduste põhjal järelduste tegemisele vastavate ainete rakendusvõimaluste kohta praktikas.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Ainete omaduste perioodiliste trendide õppimisel toetutakse eelkõige põhikooli keemias nii aatomi ehituse ja perioodilisussüsteemi kui ka ainete põhiklasside ja metallide kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: aatomi väliskihi elektronide arv, elektronkihtide arv, perioodilisustabel, metalliline ja mittemetalliline element, metallilised ja mittemetallilised omadused.
Lõiming: füüsika (aatomi ehitus, ainete füüsikalised omadused), bioloogia (tähtsad keemilised elemendid eluslooduses), geograafia (levinumad keemilised elemendid looduses).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Selle teemaga süvendatakse õpilaste ettekujutust perioodilistest trendidest keemiliste elementide ning nende lihtainete ja ühendite põhiomaduste seostest elemendi asukohaga perioodilisustabelis. Käsitlus põhineb elementide aatomite tuumalaengu ja aatomiraadiuse seaduspärasel muutumisel perioodilisustabeli rühmades ja perioodides. Vastavalt uuele ainekavale toetutakse seejuures vaid lihtsale, juba põhikoolis õpitud aatomi ehituse mudelile, mitte aatomi ehituse tänapäevasele, kvantteooriast tulenevale mudelile, st ilma orbitaalide, elektronpaaride jm sellega seotud mõistete sissetoomiseta.
Nende suuruste muutuse alusel tuuakse sisse keemilise elemendi üldisi omadusi iseloomustav mõiste – elektronegatiivsus. Elektronegatiivsuse muutumist perioodilisustabeli rühmades ja perioodides käsitletakse kvalitatiivselt (ilma arvväärtusteta) ja sellega seostatakse keemiliste elementide metallilisuse või mittemetallilisuse ning nende ühendite aluselisuse või happelisuse muutumist perioodilisustabelis (oksiidide näitel).
Suurt tähelepanu pööratakse A-rühmade elementide minimaalse ja maksimaalse oksüdatsiooniastme ning elemendi rühmanumbri vahelisele seosele ja elemendi tüüpühendite (oksiidide, hüdroksiidide, hapnikhapete) valemite koostamisele. Lähtudes elemendi asukohast perioodilisustabelis, tuletatakse tema aatomi ehitust kajastav elektronskeem, määratakse väliskihi elektronide arv aatomis ja selle põhjal tehakse järeldused elemendi maksimaalse ning minimaalse oksüdatsiooniastme kohta (metallilistel elementidel loetakse minimaalseks oksüdatsiooniastmeks 0, mis vastab olekule lihtainena). Kuna d-elementide aatomi ehituse kohta elektronskeemid piisavalt infot ei anna, siis nende korral piisab vaid teadmisest, et lisaks väliskihi elektronidele saavad nad enamasti loovutada ka mingi arvu elektrone eelviimasest kihist.
Võrreldes põhikooli keemiaga, kus metallide pingerida vaid põgusalt tutvustati, võetakse see nüüd põhjalikuma vaatluse alla, käsitledes metallide reageerimisvõimet nii veega kui ka hapete ja soolade lahustega.
Tuntumatest igapäevaelus esinevatest metallidest ja mittemetallidest antakse vaid lühiülevaade (nendega on tutvutud küllaltki palju ka põhikoolis). Selle teemaga seotud õpitegevus toimub peamiselt aruteludena, tuginedes varasemates keemiakursustes ja teistes loodusainetes omandatule, kinnistades varem õpitut ning avardades õpilaste silmaringi. Seejuures on väga tähtis õpilaste aktiivsus aruteludes osalemisel.
Õppevahendid: metallid, reaktiivid ja katsevahendid metallide füüsikaliste ja keemiliste omaduste uurimiseks ja võrdlemiseks, keemiliste elementide perioodilisustabel, metallide pingerida.
KEEMILISED PROTSESSID PRAKTIKAS
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
Nagu orgaanilise keemiatööstuse ja energeetika teema lõimub ka see teema tugevasti teiste õppeainetega, sh sotsiaalainetega, kuna on tihedalt seotud keemiatööstuse ja energeetika probleemidega. Lisaks vaadeldavate protsesside põhimõtete käsitlemisele (st keemilistele aspektidele) pööratakse tähelepanu ka nende rollile inimühiskonnas, käsitledes nii majanduslikke kui ka keskkonnakaitselisi jm aspekte. Selle teema õppimisega arendatakse samuti mitmeid üldpädevusi (eelkõige väärtuspädevus ja sotsiaalne pädevus jt) ning sellega seostuvad tihedalt mitmed õppekava läbivad teemad (keskkond ja ühiskonna jätkusuutlik areng, tehnoloogia ja innovatsioon jt).
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Selle teema õppimisel toetutakse eelkõige nii põhikooli keemias kui ka gümnaasiumi keemias ainete omaduste perioodilisi trende käsitleva teema raames metallide kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: metalli aktiivsus, metallimaak, metalli korrosioon, oksüdeerumine, redutseerumine, oksüdeerija, redutseerija.
Lõiming: füüsika (elekter, elektrolüüs, elektrienergia, keemiline energia); geograafia (tuntumad metallimaagid); bioloogia (metallide tootmisega seotud keskkonnaprobleemid).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Selle teema õppimisel pööratakse tähelepanu metallide saamise üldisele põhimõttele (nende redutseerimisvõimalustele aktiivsema redutseerija abil), arvestades, et metallide (v.a väärismetallid) saamisel nende ühenditest viiakse vastav keemiline element ebapüsivamasse, energiarikkamasse olekusse ning seetõttu tuleb kulutada lisaenergiat. Seevastu metallide korrosiooni puhul toimub üleminek püsivamasse olekusse ning see protsess kulgeb isevooluliselt. Õpilased omandavad selle teema õppimisel arusaama, et aine on seda püsivam, mida vähem sisaldab ta energiat ja vastupidi, seda ebapüsivam, mida energiarikkam ta on. Ainete üleminekul väiksema energiaga olekusse energia vabaneb (on tegemist eksotermilise protsessiga), ainete viimiseks kõrgema energiaga olekusse aga tuleb kulutada lisaenergiat (protsess on endotermiline).
Elektrolüüsi ja vooluallikate teemad lõimuvad küll füüsikaga (seadmetes kulgeb elektrivool), kuid seostuvad otseselt keemiliste (redoks)reaktsioonide kulgemisega. Nende teemade käsitlemisel tulebki pöörata põhitähelepanu protsesside keemilisest iseloomust arusaamisele.
Elektrolüüsi kui ühte võimalust metallide ja mittemetallide saamiseks (selle korral kulutatakse lisaenergiana elektrienergiat, ilma selleta vastav protsess ei toimuks) käsitletakse üldise põhimõttena, ilma põhjalikuma süüvimiseta elektroodidel kulgevate protsesside konkreetsetesse detailidesse. Õpilastele tuleb rõhutada, et elektrolüüs on sisuliselt redoksreaktsioon, milles oksüdeerumine ja redutseerumine toimuvad küll üheaegselt (nagu kõigis redoksreaktsioonides), kuid on ruumiliselt teineteisest lahutatud. Redutseerumine toimub negatiivse laenguga katoodil, sellelt saadakse redutseerumiseks vajalikud elektronid. Oksüdeerumine toimub aga positiivse laenguga anoodil, mis võtab aineosakestelt elektrone, põhjustades oksüdeerumist. Oluline arusaam, mille õpilased peaksid samuti omandama, on see, et erinevalt elektrivoolu kulgemisest metallides kannavad lahuses (või sulatatud soolas) voolu edasi ioonid, mitte elektronid.
Keemiliste vooluallikate korral käsitletakse samuti üldist tööpõhimõtet, nõudmata konkreetseid reaktsioonivõrrandeid ja pöörates tähelepanu igapäevaelus enamkasutatavate keemiliste vooluallikate tutvustamisele. Vooluallikate käsitlemisel tuleb rõhutada nendes kulgevate protsesside põhimõttelist erinevust elektrolüüsiprotsessist. Mõlemal juhul on küll tegemist elektroodidel kulgevate redoksreaktsioonidega, kuid vooluallikate korral kulgeb see reaktsioon ise (isevooluliselt). Laengud elektroodidel tekivad vastavate redoksreaktsioonide toimumise tulemusena ning reaktsioonil vabaneb energia (elektrienergia kujul). Elektrolüüsi korral aga sunnitakse elektrienergia (väljastpoolt elektroodidele antavate laengute) arvel kulgema selliseid protsesse, mis ise samades tingimustes kindlasti ei toimuks. Seetõttu on ka anoodi ja katoodi laengud vooluallikate ning elektrolüüsi korral vastupidiste märkidega (seejuures mõlemal juhul toimub katoodil redutseerumine ja anoodil oksüdeerumine).
Selle teemaga seonduvad tihedalt reaktsioonivõrranditel põhinevad arvutusülesanded, milles arvestatakse reaktsiooni saagist, lähteaines (nt metallimaagis) esinevaid lisandeid ja ka majanduslikke aspekte.
Õppevahendid: metallide korrosiooni mõjutavate tegurite ning korrosiooni vältimise võimaluste uurimiseks vajalikud metallid, reaktiivid ja katsevahendid, metallide pingerida.
KEEMILISED REAKTSIOONID LAHUSTES
Õpetamise eesmärgid ja teema olulisus
Viimane gümnaasiumi kohustuslike keemiakursuste teema annab üldise ettekujutuse vesilahustes kulgevatest keemilistest protsessidest, käsitledes neid tasakaaluliste protsessidena ning tuginedes arusaamale happelisusest või aluselisusest kui prootoni loovutamisest või sidumisest vastavas protsessis. Sellega omandatakse arusaam reaktsioonidest, mis kulgevad ioone sisaldavates lahustes, millele saab tugineda ka konkreetsete keemiliste reaktsioonide käsitlemisel nt elementide keemia jt valikkursustes. Teema seostub väga tihedalt ka igapäevaeluga, kuivõrd valdav osa praktikas kasutatavatest ja ka elusorganismides kulgevatest protsessidest kulgeb lahustes.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Lahustes kulgevate keemiliste reaktsioonide teema õppimisel toetutakse eelkõige põhikooli keemias nii ainete põhiklasside kui ka lahustumisprotsessi ja lahustuvuse kohta õpitule. Toetuda saab ka füüsikas elektrijuhtivuse kohta õpitule.
Õpilased peaksid oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: happelisus, aluselisus, lahustuvus, elektrijuhtivus.
Lõiming: füüsika (elektrijuhtivus); bioloogia (ioonide tähtsus elusorganismides, loodusliku vee koostis ja pH); geograafia (muldade happelisus või aluselisus).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Lahustes kulgevate keemiliste reaktsioonide teema korral pööratakse põhitähelepanu ioone sisaldavate lahuste tekkimisele ja ioonidevahelistele reaktsioonidele lahustes. Selle teemaga omandatakse anorgaaniliste ainete põhiklasside (happed, alused, soolad) vahel vesilahustes kulgevate reaktsioonide üldised põhimõtted, millele toetudes on võimalik teha järeldusi konkreetsete reaktsioonide toimumise kohta.
Ioonide tekkimist hapete lahustes seostatakse happe ja vee molekulide vahelise keemilise reaktsiooniga, mille käigus happe molekul loovutab vesinikiooni (prootoni) vee molekulile, seega happe dissotsiatsioon ioonideks on keemilise reaktsiooni tulemus, happe molekul iseenesest ei lagune. Käsitledes erinevat tüüpi hapete dissotsiatsiooni vesilahustes, kinnistatakse ning arendatakse edasi arusaama happelisusest ja aluselisusest, mis omandati esimeses orgaanilise keemia kursuses. Selline käsitlus võimaldab paremini mõista tasakaalu ioone sisaldavates lahustes ning vältida mitmete väärarusaamade teket, muuhulgas ka sageli esinevat väärarusaama, et mõisted alus ja hüdroksiid on sünonüümid (aluse mõiste tuleneb aine aluselistest omadustest, hüdroksiidi mõiste aga aine koostisest ja struktuurist, seejuures ei ole kõik hüdroksiidid omaduste poolest alused, samas pole suur osa aluseid hüdroksiidid).
Nõrkade hapete kohta näidete toomisega tavaliselt raskusi ei teki, kuid raskem on leida head näidet nõrkade aluste kohta. Raskestilahustuvad hüdroksiidid (nt tsinkhüdroksiid jms) ei ole kõige paremaks näiteks just seetõttu, et nende korral on tegemist üheaegselt kahe pöörduva protsessiga (nii lahustumine kui ka dissotsiatsioon alusena), mistõttu olukord muutub liiga keeruliseks. Sobivaim nõrga aluse näide on ammoniaakhüdraat, mis on vees hästi lahustuv nõrk alus ning on küllaltki analoogiline orgaanilise keemia kursuses käsitletud aluste amiinidega.
Selle teema korral pööratakse suurt tähelepanu ioonvõrrandite koostamise põhimõtetele, arvestades, et ioonvõrrandis kirjutatakse ioonsel kujul (ioonidena) ainult tugevad, vees hästi lahustuvad elektrolüüdid (soolad, tugevad happed ja leelised). Vesilahustes kulgevate ioonireaktsioonide korral räägitakse sageli nende lõpuni kulgemise tingimustest, mis pole aga päris korrektne. Nii sademe ja nõrga elektrolüüdi (nt vee) teke kui ka gaasi eraldumine on üldjuhul pöörduvad protsessid ega kulge täielikult lõpuni. Selliste reaktsioonide korral tuleb rõhutada, et tegemist on pöörduvate reaktsioonidega (pöörduvate reaktsioonide ja tasakaalu mõiste on õpilastele tuttav juba orgaanilise keemia kursustest), milles tasakaal on tugevasti nihutatud suunas, kus tekib kas sade või nõrk elektrolüüt või eraldub gaas (st väheneb ioonide kontsentratsioon lahuses).
Selle teema puhul on tähtsal kohal eksperimentaalsed uurimuslikud tööd, mida saab lõimida ka teiste loodusainetega.
Õppevahendid: uuritavad lahused, vajalikud reaktiivid ja katsevahendid ioonidevaheliste reaktsioonide toimumise tingimuste ja lahuste keskkonna (pH) uurimiseks, universaalindikaatori värvuste pH-skaala, lahustuvustabel.
Keemia valikkursus „Elementide keemia”
Keemia valikkursus „Elementide keemia” tugineb gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmistele, oskustele ja hoiakutele ning lõimub teistes loodusainetes õpitavaga, toetades samas teiste õppeainete õppimist ja õpetamist.
Valikkursus võimaldab sügavamalt mõista keemiliste protsesside üldisi seaduspärasusi ning avardada silmaringi meie ümber ja meis endis esinevate ainete ja nendega toimuvate keemiliste protsesside kohta. Valikkursuses on olulisel kohal praktilised uurimuslikud tööd, võimaldades edasi arendada eksperimentaalse töö oskusi ja vilumusi. Õpilased saavad süsteemse ülevaate tähtsamate keemiliste elementide ja nende ühendite omadustest, keemia tulevikusuundumustest ning keemiaga seotud elukutsetest, mis abistab neid ka elukutsevalikus. Seejuures arendatakse igapäevaeluga seotud probleemide lahendamise ning kompetentsete ja eetiliste otsuste tegemise oskust, mis suurendab õpilaste toimetulekut looduslikus ja sotsiaalses keskkonnas.
Õppe-eesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
1) tunneb huvi keemia ja teiste loodusteaduste vastu, mõistab keemia tähtsust ühiskonna arengus, tänapäeva tehnoloogias ja igapäevaelus ning on motiveeritud elukestvaks õppeks;
2) lahendab keemiaprobleeme teadusmeetodil, rakendades süsteemset loogilist mõtlemist, analüüsi- ja järelduste tegemise oskust ning loovust;
3) on omandanud sügavama arusaama keemia põhimõistetest ja keemiliste protsesside üldistest seaduspärasustest;
4) mõistab looduse, tehnoloogia ja ühiskonna vastastikuseid seoseid ning saab aru nende mõjust elukeskkonnale ja ühiskonna jätkusuutlikule arengule;
5) suhtub vastutustundlikult elukeskkonda ning väärtustab tervislikku ja säästvat eluviisi;
6) langetab kompetentseid otsuseid, tuginedes teaduslikele, majanduslikele, juriidilistele ja eetilis-moraalsetele seisukohtadele, ning hindab oma tegevuse võimalikke tagajärgi;
7) on omandanud ülevaate keemiaga seotud elukutsetest ning rakendab keemias omandatud teadmisi ja oskusi karjääri planeerides.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Keemia valikkursus „Elementide keemia” tugineb gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmistele, oskustele ja hoiakutele ning ka teistes loodusainetes, eriti bioloogias ja geograafias õpitule.
Õpilane peaks oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: keemiline side, sideme polaarsus, redoksreaktsioon, mineraal, molaarne kontsentratsioon.
Lõiming: füüsika (ainete füüsikalised omadused, osakestevahelised füüsikalised jõud); bioloogia (metallid, mittemetallid ja nende ühendid looduses, sh elusorganismides, keskkonna saastumisega seotud probleemid); geograafia (elementide ringkäik looduses, tuntumate mineraalide leiukohad).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Õpitav materjal esitatakse võimalikult probleemipõhiselt, õpilasekeskselt ja igapäevaeluga seostatult. Kasutatakse aktiivõppevorme: probleem- ja uurimuslikku õpet, projektõpet, arutelu jne. Suurt tähelepanu pööratakse õpilaste iseseisva töö oskuste arendamisele, oskusele kasutada erinevaid teabeallikaid, eristada olulist ebaolulisest ning rakendada oma teadmisi probleeme lahendades.
Õppetegevus valmistab õpilast ette elukestvaks õppeks, suunates õpilast lahti mõtestama senitundmata reaktsioone anorgaanilise keemia valdkonnas.
Õppevahendid: molekulmudelid, vajalikud reaktiivid ja katsevahendid metallide, mittemetallide ja nende ühendite omaduste uurimiseks ning võrdlemiseks, perioodilisustabel, kristallivõre mudelite ja mineraalide näidised.
Keemia valikkursus „Keemiliste protsesside kulgemise seaduspärasused”
Keemia valikkursusel „Keemiliste protsesside kulgemise seaduspärasused” on oluline koht õpilaste loodusteadusliku ja tehnoloogiaalase kirjaoskuse kujunemises.
Valikkursus seostub gümnaasiumi füüsikas, bioloogias, matemaatikas ja teistes õppeainetes õpitavaga ning süvendab gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmisi, oskusi ja vilumusi, võimaldades sügavamalt mõista keemiliste protsesside kulgemise erinevaid mehhanisme ning andes tänapäevasema ettekujutuse keemilistes protsessides avalduvatest seaduspärasustest. Taotletakse õpilaste keemiaalase ja üldise loodusteadusliku maailmapildi avardumist ning luuakse tugev alus edasiseks haridustee jätkamiseks loodusteadustega seotud erialadel. Ühtlasi saavad õpilased süsteemse ülevaate keemia tänapäevastest probleemidest, tulevikusuundumustest ning keemiaga seotud elukutsetest, mis abistab neid ka elukutsevalikus. Seejuures arendatakse igapäevaeluga seotud probleemide lahendamise ning kompetentsete ja eetiliste otsuste tegemise oskust, mis suurendab õpilaste toimetulekut looduslikus ja sotsiaalses keskkonnas.
Õppe-eesmärgid
Valikkursusega taotletakse, et õpilane:
1) tunneb huvi keemia ja teiste loodusteaduste vastu, mõistab keemia tähtsust ühiskonna arengus, tänapäeva tehnoloogias ja igapäevaelus ning on motiveeritud elukestvaks õppeks;
2) lahendab keemiaprobleeme teadusmeetodil, rakendades süsteemset loogilist mõtlemist, analüüsi- ja järelduste tegemise oskust ning loovust;
3) on omandanud sügavama arusaama keemia põhimõistetest ja keemiliste protsesside üldistest seaduspärasustest;
4) mõistab looduse, tehnoloogia ja ühiskonna vastastikuseid seoseid ning saab aru nende mõjust elukeskkonnale ja ühiskonna jätkusuutlikule arengule;
5) suhtub vastutustundlikult elukeskkonda ning väärtustab tervislikku ja säästvat eluviisi;
6) langetab kompetentseid otsuseid, tuginedes teaduslikele, majanduslikele, juriidilistele ja eetilis-moraalsetele seisukohtadele, ning hindab oma tegevuse võimalikke tagajärgi;
7) on omandanud ülevaate keemiaga seotud elukutsetest ning rakendab keemias omandatud teadmisi ja oskusi karjääri planeerides.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Keemia valikkursus tugineb eelkõige gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmistele, oskustele ja hoiakutele ning ka teistes loodusainetes, eelkõige füüsikas õpitule.
Õpilane peaks oskama selgitada ja kasutada järgmisi mõisteid: orbitaal, sideme polaarsus, keemilise sideme liigid, energia üleminekud, kiirus, keemilise reaktsiooni kiirus, pöörduv reaktsioon, tasakaal, katalüüs.
Lõiming: füüsika (kiirus, energia, energia üleminekud); bioloogia (tasakaal keskkonnas, sh eluslooduses, ensüümkatalüüs, puhverlahuste roll elusorganismides); geograafia (geoloogiliste jt looduslike protsesside kiirus, seda mõjutavad tegurid).
Õppetegevus ja metoodilised soovitused
Õpitav materjal esitatakse võimalikult probleemipõhiselt, õpilasekeskselt ja igapäevaeluga seostatult. Kasutatakse aktiivõppevorme, õppetegevus toimub peamiselt arutelude ning probleemülesannete lahendamise teel. Suurt tähelepanu pööratakse keemiliste protsesside üldiste aluste mõistmisele (rektsiooni kiirust mõjutavad tegurid, keemilise tasakaalu nihkumine, keemiliste reaktsioonide energeetilised efektid) ja õpitu rakendamisele konkreetsete reaktsioonide korral.
Orgaaniliste ainete reaktsioonide käsitlemisel kasutatakse näidetena (arutelu objektidena) õpitud aineklasse, kuid nüüd antakse neile keemiline sisu reaktsioonide ning reaktsioonimehhanismide näol: radikaaliline asendus (alkaanid), nukleofiilne asendus (halogeeniühendid), estrid ja amiidid, elektrofiilne liitumine (küllastumata ühendid), nukleofiilne liitumine (karbonüülühendid), elektrofiilne asendus (areenid).
Õppetegevus valmistab õpilast ette elukestvaks õppeks, suunates õpilast lahti mõtestama senitundmata struktuure ning reaktsioone orgaanilise keemia valdkonnas. Suurt tähelepanu pööratakse õpilaste iseseisva töö oskuste arendamisele, oskusele kasutada erinevaid teabeallikaid, eristada olulist ebaolulisest ning rakendada oma teadmisi probleeme lahendades.
Õppevahendid: vajalikud reaktiivid ja katsevahendid keemilise reaktsiooni kiirust mõjutavate tegurite toime ning reaktsiooni tasakaalu nihkumise uurimiseks, samuti lahuste happelisuse või aluselisuse uurimiseks.
Keemia valikkursus „Elu keemia”
Keemia valikkursus „Elu keemia” tugineb gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmistele, oskustele ja hoiakutele ning lõimub tihedalt gümnaasiumi bioloogias õpitavaga, käsitledes eluslooduses toimuvate bioloogiliste protsesside keemilisi aluseid ning võimaldades bioloogias õpitut sügavamalt mõista.
Valikkursus võimaldab õpilastel eluslooduses kulgevate keemiliste protsesside seaduspärasusi sügavamalt mõista, selgitada ja prognoosida. Taotletakse õpilaste keemiaalase ja üldise loodusteadusliku maailmapildi avardumist ning luuakse tugev alus edasiseks haridustee jätkamiseks loodusteadustega seotud erialadel. Seejuures arendatakse igapäevaelu probleemide lahendamise ning kompetentsete ja eetiliste otsuste tegemise oskust, mis suurendab õpilaste toimetulekut looduslikus ja sotsiaalses keskkonnas ning abistab õpilasi ka elukutsevalikus.
Õppe-eesmärgid
Täiendavalt on koolil võimalus õpilastele pakkuda ka keemia valikkursust „Elu keemia”.
Valikkursus võimaldab õpilastel eluslooduses kulgevate keemiliste protsesside seaduspärasusi sügavamalt mõista, selgitada ja prognoosida. Taotletakse õpilaste keemiaalase ja üldise loodusteadusliku maailmapildi avardumist.
Eelnevalt õpitu, millele õppeprotsessis toetutakse
Keemia valikkursus „Elu keemia” tugineb gümnaasiumi kohustuslikes keemiakursustes omandatud teadmistele, oskustele ja hoiakutele ning lõimub tihedalt gümnaasiumi bioloogias õpitavaga, käsitledes eluslooduses toimuvate bioloogiliste protsesside keemilisi aluseid ning võimaldades bioloogias õpitut sügavamalt mõista.
Lõiming
Üldpädevuste arendamine
Väärtuspädevus. Keemia õppimisega kujundatakse positiivne hoiak loodusteaduste suhtes ning väärtustav suhtumine tervislikesse eluviisidesse ja elukeskkonda. Väärtustatakse teadmiste ja oskuste omandamist aktiivse osalemise kaudu õppeprotsessis ning probleemide lahendamisel. Väärtuspädevust arendab tegutsemis- ja avastamisrõõm, saades oma püüdlustes tuge õpetajalt ja tundes rõõmu oma tegevuse tulemustest.
Sotsiaalne pädevus. Keemias õpitakse tundma mitmesuguseid keemiaga seostuvaid sotsiaalseid probleeme, nii seoses alkoholi ja narkootikumide, keemiatööstusest põhjustatud saastumise kui ka energeetikaprobleemidega. Sotsiaalne pädevus areneb mitmesugustes rühmas tehtavates praktilistes töödes, kus on vajadus aidata kaasõpilasi ja arvestada kaasõpilastega ning nende arvamusega. Sotsiaalse pädevuse arenemist soodustab ka laboris töötamise reeglitest kinnipidamine.
Enesemääratluspädevus areneb jõukohaste ja arendavate õpiülesannete lahendamise kaudu. Loodusteaduste õppimisel suunatakse õpilasi analüüsima oma nõrku ja tugevaid külgi. Tähtis on näidata õpilastele nende positiivset arengut, stimuleerida nende usku oma võimetesse ja suurendada enesekindlust loodusteaduste õppimisel. Enesemääratluspädevust arendab tervisliku toitumise jt tervislike eluviiside põhimõtete sügavam mõistmine, tuginedes keemiakursustes õpitule.
Õpipädevus. Gümnaasiumi keemiakursustes viiakse rõhuasetus iseseisva õppimise ja probleemilahendamise oskuste arendamisele ning uurimusliku õppe ulatuslikumale rakendamisele. Seejuures arendatakse õpilaste oskusi oma tegevuse planeerimiseks ja korraldamiseks ning järelduste tegemiseks. Õpipädevust arendab õpitu rakendamine igapäevaelu probleemide lahendamisel ja otsuste tegemisel.
Keelepädevus areneb keemiaalaste tekstide analüüsimisel ja lihtsamate keemiaalaste tekstide koostamisel. Tekstides kasutatakse teadusmõisteid, objekte kirjeldatakse füüsikaliste suuruste ja nende mõõtühikute abil. Tähtis on vastaval tasemel füüsika- ja keemiakeele märkide, nende semantika ja keele reeglite omandamine. Aruteludes ja diskussioonides osalemisega ning kokkuvõtete või esseede koostamisega arendatakse korrektset keelekasutust ja oma mõtete väljendamisoskust.
Matemaatikapädevus areneb keemia õppimisel seoses jooniste, diagrammide, tabelite jms andmete lugemise ja tõlgendamisega, samuti andmete põhjal jooniste, graafikute, tabelite jms koostamisel ja esitamisel ning keemiaprobleemidega seotud arvutusülesannete lahendamisel. Samuti on tähtsal kohal matemaatilise info võrdlemine, analüüs ja selle põhjal järelduste tegemine.
Ettevõtlikkuspädevuse arendamist toetavad uurimuslikud tööd, aga samuti ühised projektid teiste loodusainete ja tehnoloogiavaldkonnaga. Ettevõtlikkuspädevust kujundatakse probleemide lahendamiseks sobivaid strateegiaid välja töötades ja probleemide lahendamise protsessis.
Valdkonnapädevused
Keemial on oluline koht õpilaste loodusteadusliku pädevuse kujundamisel. Selleks arendatakse loodusteaduste- ja tehnoloogiaalast kirjaoskust keemiaalases kontekstis:
õpitakse uurima erinevate ainete füüsikalisi ja keemilisi omadusi ning seostama neid ainete koostise ja struktuuriga, õpitakse tundma ainetevaheliste keemiliste reaktsioonide seaduspärasusi ning tegema nende põhjal järeldusi konkreetsete reaktsioonide kohta;
õpitakse mõistma ja analüüsima inimtegevuse, sh keemiatööstuse ja energeetika mõju ümbritsevale looduskeskkonnale ning sotsiaalsele keskkonnale;
õpitakse määratlema keskkonnas esinevaid ning inimtegevusega seostuvaid probleeme, neid korrektselt sõnastama ja kavandama võimalikke meetmeid olukorra parandamiseks;
õpitakse probleemide lahendamisel kasutama loodusteaduslikku meetodit ning uurimuslikku lähenemist;
õpitakse hindama oma tegevuse võimalikke tagajärgi ja nendega seostuvaid ohte;
väärtustatakse säästvat suhtumist elukeskkonda ja tervislikke eluviise.
Läbivad teemad
Elukestev õpe ja karjääri planeerimine. Gümnaasiumi keemia ainekavas on suurt tähelepanu pööratud enesejuhitud õppimisoskuste arendamisele. Seda toetavad uurimuslikud tööd ja info otsimine mitmesugustest teabeallikatest, samuti arutelud ja diskussioonid, mis kujundavad elukestvaks õppimiseks ja karjääri planeerimiseks vajalikke oskusi.
Keskkond ja ühiskonna jätkusuutlik areng. Keemial on oluline roll keskkonnaprobleemide sügavamal mõistmisel, võimalike saasteallikate kindlakstegemisel ja saastumise vähendamisel või kõrvaldamisel, samuti ühiskonna jätkusuutliku arengu võimaluste otsimisel ning strateegiate väljatöötamisel.
Nähtusi seostatakse energeetiliste aspektidega ning arutletakse energia säästmise vajaduse ja võimaluste üle.
Kodanikualgatus ja ettevõtlikkus. Kodanikualgatuse ja ettevõtlikkuse arendamine toimub koos ettevõtlikkuspädevuse arendamisega erinevate probleemide määratlemisel ja lahendamisel. Aktiivne ja praktilistele ning uurimuslikele tegevustele toetuv õpikeskkond soodustab eesmärkide püstitamist ja ergutab süstemaatiliselt tegutsema. Integratsioon tehnoloogiavaldkonnaga aitab seostada loodusõpetuses saadud teadmisi ja oskusi tootearendusega.
Kultuuriline identiteet. Keemia õppimisel pööratakse tähelepanu mitmesuguste tehnoloogiate rakendamisele erinevates ühiskondades erinevatel ajalooetappidel. Kultuuriline identiteet seostub ka väljapaistvate keemiateadlaste saavutuste tutvustamisega Eesti kontekstis ning Eestiga seotud maavarade kasutusvõimaluste hindamisega.
Teabekeskkond. Teabekeskkonnaga seostuvad tihedalt probleemide lahendamine ja uurimuslike tööde tegemine, mille käigus otsitakse infot erinevatest teabeallikatest, tõlgendatakse seda ja hinnatakse kriitiliselt selle tõepärasust. Teabeallikatest kogutud info võrdlemine läbiviidud uurimuslike tööde tulemustega annab võimalusi sügavamate järelduste tegemiseks.
Tehnoloogia ja innovatsioon. Gümnaasiumi keemiaõpetus arendab tehnoloogiate mõistmist: õpitakse seostama ainete olulisemaid füüsikalisi ja keemilisi omadusi nende koostise ja struktuuriga. Õpitakse lähemalt tundma ja mõistma keemiliste protsesside üldisemaid seaduspärasusi ning rakendama neid konkreetsete reaktsioonide kohta järelduste tegemisel. Tutvutakse uute tänapäevaste materjalide saamise ja kasutamise võimalustega ning keskkonda säästvate tehnoloogiate põhimõtetega. Hoiakuid innovatsioonilisele tegevusele kujundavad uurimuslikud tööd ja ühised projektid teiste loodusvaldkonna ainetega.
Tervis ja ohutus. Gümnaasiumi keemiaõpetus võimaldab põhjalikumalt arutleda toitainete toiteväärtuse ja tervisliku toitumise põhimõtete üle, eelkõige seoses eluks oluliste süsinikuühendite (sahhariidid, valgud, rasvad) käsitlemisega. Suurt tähelepanu pööratakse alkoholi füsioloogilisele toimele ja sellega seotud sotsiaalsetele probleemidele.
Laboris töötades ja ka igapäevaelus on tähtis mõista ohutusreeglite vajalikkust ja neist ka kinni pidada. Põhjalikult arutletakse kemikaalidest, sh olmekemikaalidest tulenevate ohtude ja nende vältimise võimaluste üle.
Väärtused ja kõlblus. Antud pädevus on esindatud väärtuselistes õpitulemustes. Õppeprotsessi kavandamises, tulemuste hindamises arvestatakse õpilaste eripäradega, andes neile jõukohaseid ja arendavaid ülesandeid. Aruteludes tuuakse välja loodusainete õppimise vajalikkus, elukeskkonna ja tervislike eluviiside väärtustamine ning vastutustundlik suhtumine oma tegevuse võimalikesse tagajärgedesse.
Artikkel avaldatud esmakordselt õppekava veebis gümnaasiumi loodusainete valdkonnaraamatus 2010, ISBN: 978-9949-487-53-0