Kemi

Vidensmål i videnskabsfaget kemi

Videnskabsfaget kemis genstandsfelt kan kort beskrives som materiens bevægelser, forandringer og struktur på molekyleniveau. Det er en grundlæggende antagelse i kemi at alle kemiske forbindelser er opbygget af atomer (cirka 100 grundstoffer) og en grundlæggende antagelse at den makroskopiske materielle verden og alt levende udgøres af stof, som kan omdannes ved kemiske reaktioner. Kemis genstandsfelt dækker både mikroskopiske og makroskopiske fænomener knyttet molekylernes bevægelser, forandringer og struktur.

Vidensmålet i videnskabsfaget kemi er at forklare og beskrive stoffers makroskopiske og mikroskopiske generelle egenskaber og betingelserne for, at disse reagerer. Videnskabsfaget kemi har således forklarende og beskrivende vidensmål og ikke intentionelle og fortolkende vidensmål. Ligeledes er kemi nomotetisk og uden ideografiske aspekter, idet kemiske modeller og teorier kvantitativt og kvalitativt beskriver universelle træk ved naturen.

Kemis vidensmål rækker dog ud over et beskrivende aspekt. Faget forsøger ikke blot at forklare og beskrive den materielle verden på molekyleniveauet, men forsøger også at forandre verden ved at opbygge nye kemiske forbindelser. I modsætning til videnskabsfagene fysik og biologi er vidensmålet i kemi ikke kun at undersøge kemiske forbindelsers generelle egenskaber, men også at undersøge de mangfoldige funktionaliteter i kemiske forbindelsers egenskaber med henblik på at skabe helt nye strukturer. Dette sker eksempelvis i bioteknologi, lægemiddelproduktion, ”madteknologi” etc.. Forskningsfaget kemi har med sagt andre ord mange anvendelsesområder og vidensmålet er derfor ikke kun af beskrivende karakter men også af teknologisk karakter. Undersøgelser i videnskabsfaget kemi forsøger ikke kun at beskrive (og finde ”sandheden” i) dele af naturen, men forsøger i høj grad også at skabe ny teknologi, der har nytte frem for sandhed som vidensmål. I kraft af at faget både har et akademisk og et teknologisk vidensmål kan faget opfattes som polyparadigmatisk, men reelt synes der i praksis ikke at være grundlæggende forskellige fagopfattelser, hvorfor faget også opleves og karakteriseres som monoparadigmatisk.

Metoder i videnskabsfaget kemi.

Det eksperimentelle arbejde i videnskabsfaget kemi udgør det ene aspekt i fagets metoder og teoridannelse/-anvendelse og modeldannelse/-anvendelse udgør det andet aspekt. Kemisk viden og begrebsforståelse udvikles gennem vekselvirkning mellem på den ene side observationer og eksperimenter og på den anden side teoridannelse og modeldannelse. Fagets undersøgelser er både hypotesetestende og eksplorative. Mange undersøgelser tager udgangspunkt i hypoteser, der formuleres ud fra kemifaglige teoribygninger indenfor eksempelvis termodynamikken, mineralogi eller polymerkemi. Andre undersøgelser er eksplorative, idet de kortlægger molekylers struktur (eksempelvis som gjort med DNA) eller den kemiske sammensætning af en opløsning.

Undersøgelser i kemi beskrives ofte som værende både kvantitative og kvalitative. Inden for videnskabsfaget er der en hovedvægt af kvantitative undersøgelser (på baggrund af avanceret måleudstyr), men er formålet med undersøgelsen eksempelvis blot at undersøge en bundfældning finder sted eller ej, så der tale om en kvalitativ undersøgelse.

Metoder i gymnasiefaget kemi

En meget udbredt beskrivelse af undervisningsfaget kemi, som anvendes både for faget på gymnasieniveau og universitetsniveau, har den såkaldte kemiske trekant som omdrejningspunkt. Den kemiske trekant består af tre niveauer i faget som er indbyrdes relateret. Det makroskopiske niveau er beskriver de direkte observerbare fænomener (lugt, farver, smag, densitet etc.). Det mikroskopiske (molekylære) niveau forklarer det makroskopiske niveaus fænomener ved hjælp af kemiske forbindelsers struktur, bevægelse, vekselvirkninger og forandringer. Det sidste niveau er repræsentationsniveauet, der er formale repræsentationer af de to andre niveauer (læs: regler formuleret ved hjælp af eksempelvis reaktionsskemaer, formel- symbolsprog).

(Johnstone, A.H. (1999): The nature of chemistry; Education in Chemistry, 36, nr 2, s. 45–8.)

Den kemiske trekant afspejler ikke videnskabsfagets vekselvirkning mellem observationerne i det eksperimentelle arbejde på den ene side og arbejdet med teori og modeller på den anden side, idet teorier og modeller kan både være knyttet til det makroskopiske og mikroskopiske niveau og gør ikke altid brug af formelsprog (eksempelvis tredimensionelle molekylemodeller). Dog kan den kemiske trekants illustration af gymnasiefaget kemi også ses i læreplanen, hvori der blandt andet står, at eleverne skal kunne ”relatere observationer, model- og symbolfremstillinger til hinanden”, hvor modelfremstillinger ofte er mikroskopiske modeller i gymnasiefaget kemi, hvilket forklares i undervisningsvejledningen:

” Eleverne skal kunne relatere observationer, model- og symbolfremstillinger til hinanden. Dette indebærer, at eleverne lærer at bevæge sig fra mikroniveau til makroniveau – og omvendt – således at de er bevidste om, på hvilket niveau de arbejder. Eleverne skal derfor kunne omsætte makroskopiske iagttagelser som farveskift, gasudvikling osv. til en forestilling om, hvad der sker på det molekylære plan, samt fx skrive et tilhørende reaktionsskema, dvs. omsætte til symbolsprog. Det er derfor væsentligt, at kemisk formel- og symbolsprog indgår i den daglige undervisning, og at eleverne vænnes til udover stofformler også at anvende stofnavne.”

Denne forklaring af det faglige mål synes at udelade videnskabsfagets eksperimentelle metoder fra undervisningsfaget kemi. Men der er et stort sammenfald mellem videnskabsfaget og undervisningsfagets metoder. Det eksperimentelle arbejde fremhæves således også i læreplanens faglige mål, hvor der eksempelvis står, at eleverne skal kunne:

- tilrettelægge og udføre kemiske eksperimenter, samt omgås kemikalier og laboratorieudstyr på forsvarlig og reflekteret vis

- registrere og efterbehandle data og iagttagelser, analysere, vurdere og formidle forsøgsresultater såvel mundtligt som skriftligt samt i enkelte tilfælde præsentere en fortolkning af mere komplekse problemstillinger

Videnskabsfagets teknologiske aspekt berøres kun som et perspektiv på den faglige viden eleverne lærer i faget. Undervisningsfaget kemi har ingen faglige mål, som træner eleverne i at kunne opbygge kemiske forbindelser med nytte som sigte. Dog synes en del af den faglige kultur i gymnasiet at dyrke dette vidensmål.