KE5 Kemiallinen energia ja kiertotalous (2 op)
Moduulissa käsitellään kemiallista energiaa ja energian varastointi- ja hyödyntämistapoja. Siinä perehdytään luonnontieteellisen tutkimuksen suunnitteluun sekä tarkastellaan hapettumis- ja pelkistymisreaktioita ja niiden sovelluksia. Eettisyyden ja ympäristöosaamisen laaja-alaisten tavoitteiden lisäksi moduulissa korostuvat vuorovaikutusosaamisen tavoitteet.
Yleiset tavoitteet
Moduulin tavoitteena on, että opiskelija
- ymmärtää kemiallisen energian varastoinnin ja hyödyntämisen periaatteita ja osaa perustella mielipiteitään keskustelussa energiaratkaisuista
- ymmärtää energian häviämättömyyden ja energianmuutokset kemiallisissa reaktioissa
- tuntee merkittävien metallien ominaisuuksia sekä valmistus- ja jalostusprosesseja ympäristövaikutuksineen
- osaa tutkia sähkökemiaan liittyviä ilmiöitä kokeellisesti ja kuvata niitä malleja käyttäen
- tuntee yhteiskunnassa merkittävien metallien kierrätyksen ja kiertotalouden periaatteet sekä niihin liittyviä ratkaisuja.
Keskeiset sisällöt
Keskeiset sisällöt
- reaktiossa sitoutuva tai vapautuva energia muodostumisentalpioiden, sidosenergioiden ja Hessin lain avulla
- reaktiosarja- ja seoslaskujen periaatteet
- hapetusluvut ja hapettumis-pelkistymisreaktiot
- metallien ominaisuuksia ja käyttökohteita, valmistus- ja jalostusprosesseja sekä riittävyys ja kierrätettävyys
- sähkökemian keskeiset periaatteet: jännitesarja, normaalipotentiaali, kemiallinen pari, elektrolyysi ja kemiallisen energian varastointi
- luonnontieteelliseen tutkimukseen tutustuminen tai tutkimuksen tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu
Moduulin keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa yhteyksissä: reaktiosarjat teollisuusprosesseissa, kaivannaisteollisuuden merkitys yhteiskunnassa, energian tuotanto, varastoiminen ja käyttö uusiutuvassa energiataloudessa sekä hybridienergia.
Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeellisilla tutkimuksilla: liukenemis- tai reaktioentalpian määritys kalorimetrissä, hapetus-pelkistystitraus, sähkökemiallisen parin jännitteen mittaaminen, esineen pinnoittaminen elektrolyyttisesti, veden hajotus elektrolyysillä sekä polttokennon toiminnan tutkiminen.
Moduulissa käsitellään kemiallisen energian varastointia ja hyödyntämistä sekä energian tuotantoa. Pohtimalla esimerkiksi kemian merkitystä kestävämpien ratkaisujen tuottajana teollisuusprosesseissa, kierrätyksessä ja uusiutuvan energian tuotannossa, voidaan tukea eettisyyden ja ympäristöosaamisen vahvistumista. Opinnoissa voidaan tarkastella eri energiaratkaisujen eettisyyttä ja ympäristövaikutuksia. Tutustumalla Suomen kaivos- ja metalliteollisuuteen, metallien valmistus- ja jalostusprosesseihin, metallien riittävyyteen sekä kierrätykseen, voidaan vahvistaa ympäristöosaamista. Myös tutustuminen katalyyttien käyttöön kemiallisissa reaktioissa, esimerkiksi auton katalysaattorissa, liittyy ympäristöosaamiseen.
Pareittain tai pienissä ryhmissä toteutetut kokeelliset tutkimukset esimerkiksi sähkökemiallisista pareista, elektrolyysistä tai reaktioentalpian määrityksestä, vahvistavat vuorovaikutusosaamista. Tutkimussuunnitelman tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu pienryhmissä vahvistaa vuorovaikutusosaamisen lisäksi luovaa osaamista. Muun muassa kemiaan liittyviä energiaratkaisuja tai metallien käytön ympäristövaikutuksia on mahdollista pohtia väittelyin, paneeli- tai opetuskeskusteluin, jotka luontevasti kehittävät vuorovaikutusosaamista, monitieteellisyyttä ja luovaa osaamista. Kemian kielen käyttäminen raporteissa, opetuskeskustelussa ja ryhmätyötilanteissa liittyy sekä monitieteellisyyteen, että vuorovaikutusosaamiseen.
Eettistä ja ympäristöosaamista voidaan arvioida esimerkiksi kirjallisella tuotoksella. Kirjallisen tuotoksen aiheita voidaan valita esimerkiksi energian tuotannosta, energian tuotannon ongelmista tai metallien tuotannosta sekä sen ympäristövaikutuksista. Vuorovaikutusosaamista voidaan arvioida esimerkiksi osallistumisella pari-, ryhmä- ja opetuskeskusteluihin. Tässä voidaan hyödyntää myös itse- ja vertaisarviointia.
Tarkemmat moduulin aikana arvioitavat opinnäytteet ja arvioinnin toteuttamistavat kerrotaan opiskelijoille opintojakson alussa ja mahdollisuuksien mukaan pyritään antamaan opiskelijoille mahdollisuus vaikuttaa opinnäytteiden toteuttamis- tai arviointitapoihin ja aikatauluihin.
Paikalliset kirjaukset
Tavoitteena on, että viikottaiset laboratoriotyöt täydentävät ja jäsentävät teoriaa.Laaja-alaisen osaamisen osa-alueet
Moduulissa KE5 painotetaan laaja-alaisista osa-alueista eettistä ja ympäristöosaamista sekä vuorovaikutusosaamista.Moduulissa käsitellään kemiallisen energian varastointia ja hyödyntämistä sekä energian tuotantoa. Pohtimalla esimerkiksi kemian merkitystä kestävämpien ratkaisujen tuottajana teollisuusprosesseissa, kierrätyksessä ja uusiutuvan energian tuotannossa, voidaan tukea eettisyyden ja ympäristöosaamisen vahvistumista. Opinnoissa voidaan tarkastella eri energiaratkaisujen eettisyyttä ja ympäristövaikutuksia. Tutustumalla Suomen kaivos- ja metalliteollisuuteen, metallien valmistus- ja jalostusprosesseihin, metallien riittävyyteen sekä kierrätykseen, voidaan vahvistaa ympäristöosaamista. Myös tutustuminen katalyyttien käyttöön kemiallisissa reaktioissa, esimerkiksi auton katalysaattorissa, liittyy ympäristöosaamiseen.
Pareittain tai pienissä ryhmissä toteutetut kokeelliset tutkimukset esimerkiksi sähkökemiallisista pareista, elektrolyysistä tai reaktioentalpian määrityksestä, vahvistavat vuorovaikutusosaamista. Tutkimussuunnitelman tai ongelmanratkaisun ideointi ja suunnittelu pienryhmissä vahvistaa vuorovaikutusosaamisen lisäksi luovaa osaamista. Muun muassa kemiaan liittyviä energiaratkaisuja tai metallien käytön ympäristövaikutuksia on mahdollista pohtia väittelyin, paneeli- tai opetuskeskusteluin, jotka luontevasti kehittävät vuorovaikutusosaamista, monitieteellisyyttä ja luovaa osaamista. Kemian kielen käyttäminen raporteissa, opetuskeskustelussa ja ryhmätyötilanteissa liittyy sekä monitieteellisyyteen, että vuorovaikutusosaamiseen.
Arviointi
Moduulin KE5 arviointi on monipuoliseen näyttöön perustuvaa summatiivista arviointia (esim. kotikoe, loppukoe, testit) sekä opintojakson aikaista formatiivista arviointia, esimerkiksi suullista ja kirjallista opintoja edistävää palautetta, itse- ja vertaisarviointia. Arvioinnin kohteina ovat moduulin tavoitteiden mukaiset tiedot, taidot ja työskentely opintojakson aikana. Arvioinnissa kiinnitetään erityisesti huomiota kemian peruskäsitteiden osaamiseen, kokeellisten työskentelytaitojen hallintaan ja työmenetelmien valintaan, kemiallisen ajattelun ja ongelmanratkaisun taitoihin, päätelmien perustelemiseen ja analysoimiseen, tuntiaktiivisuuteen sekä ohjelmistojen valintaan ja käyttöön.Eettistä ja ympäristöosaamista voidaan arvioida esimerkiksi kirjallisella tuotoksella. Kirjallisen tuotoksen aiheita voidaan valita esimerkiksi energian tuotannosta, energian tuotannon ongelmista tai metallien tuotannosta sekä sen ympäristövaikutuksista. Vuorovaikutusosaamista voidaan arvioida esimerkiksi osallistumisella pari-, ryhmä- ja opetuskeskusteluihin. Tässä voidaan hyödyntää myös itse- ja vertaisarviointia.
Tarkemmat moduulin aikana arvioitavat opinnäytteet ja arvioinnin toteuttamistavat kerrotaan opiskelijoille opintojakson alussa ja mahdollisuuksien mukaan pyritään antamaan opiskelijoille mahdollisuus vaikuttaa opinnäytteiden toteuttamis- tai arviointitapoihin ja aikatauluihin.