Lukemalla ja kirjoittamalla oppiminen

Selitän tässä kuinka toteutin lukion pakollisen fysiikan kurssin siten, että käytin vähän tavallista enemmän lukemalla ja kirjoittamisella oppimisen tekniikoita. Kirjoitan lyhyesti kaikkien oppituntien sisällön, vaikka se ei ihan tarkasti liittyisikään aiheeseen.

Fysiikan kurssi 1

Oppikirjana Fotoni 1

1. Tutustuminen: Täyttivät alkukyselykaavakkeen (LIITE 1), jossa kartoitettiin taustaa, asenteita ja suunnitelmia. Kommentteja: Ammatteja, joissa opiskelijat ilmoittivat tarvitsevansa fysiikkaa: lääkäri (24), fyysikko/ydinfyysikko (20), fysiikan opettaja (16), insinööri (5), dipl.ins. (3), sähkömies (4), tiedemies/tutkija (6), farmaseutti (3), astrologi (3). Yksi maininta seuraavilla: astrofyysikko, tehdastyöläinen, sillanrakentaja, pilotti, elektroniikkasuunnittelija, arkkitehti, laboratoriotyöntekijä, sairaanhoitaja, kosmetologi, kampaaja, matemaatikko. Mielenkiintoisinta peruskoulussa fysiikan tunneilla oli erilaisten kokeiden tekeminen ja tylsintä kaavoilla laskeminen. Mieltymys eri aihealueisiin vaihteli paljon.

Fysiikan kurssien lyhyt esittely.

Läksy: Lukevat oppikirjasta fysiikan historian osuutta. Asiaa alustettiin sähkön historian draaman pohjalta (LIITE 2).

2. ja 3. Kootaan lukemisesta irtisaatu asia tekemällä fysiikan historiaan liittyvä ristisanatehtävä (LIITE 3). Harjoitellaan suureita ja yksiköitä Suureiden metsästys -aiheisella monisteella (LIITE 4). Tutustuvat eri mittalaitteisiin.

Läksy: Lukevat Helsingin Sanomista tuoreen Nobel-uutisen (LIITE 5) ja tutustuvat sääkartassa esiintyviin yksiköihin, tutustuvat taulukkokirjaansa.

4. ja 5. Tiheystöitä. Graafisen esityksen harjoittelua. Mittausvirheet.

6. Metafora, tunnetila ja fysiikan historiaan liittyvä käsite. Jokainen kirjoitti lapulle omansa. Esimerkkejä:

Olen aamulla väsynyt kuin loppuun kulunut Voltan pari.

Tähän asti fysiikka on kiinnostanut minua yhtä paljon kuin Maxwelliä kentät.

Olen yhtä iloinen kuin virtaava sähkö.

Olen nero kuten Suomen fysiikan tutkimus.

Kepeää Keplerin mukaan.

Olen joskus yhtä kylmä kuin absoluuttinen nollapiste.

Näen ihmisen läpi kuin röntgensäde.

Tipahdan fysiikassa kärryiltä yhtä nopeasti kuin korkealta tippuva kivi (kiihtyvä nopeus)

Jne.

Yksikön muutoksia. Interpolointi ja ekstrapolointi.

7. ja 8. Heilurityö, graafinen esitys, fysiikan tutkimusmenetelmään tutustuminen.

9. ja 10. Atomin rakenne palautetaan mieleen ketjukirjoitelman avulla. Luokka jaettiin seitsemään neljän hengen ryhmään. Kukin oppilas kirjoitti ensimmäisen lauseen ja hänen oikealla puolella istuva ryhmän jäsen jatkoi.

Ryhmä oli jo suorittanut kemian ensimmäisen kurssin, joten tulokset olivat asiallisia ja vähän tasapaksujakin. Toisessa ryhmässä kemiaa ei vielä oltu opiskeltu. He lukivat asian ensin kirjasta ja sitten tekivät kirjoitelman. Tulos oli kirjavampi.

Esim. 1: Atomi koostuu ytimestä ja elektroniverhosta. Atomin ytimessä on protoneja ja neutroneja. Elektroneilla on negatiivinen ja protoneilla positiivinen varaus. Kaikki atomit yrittävät päästä oktettiin, joten ne voivat luovuttaa ja vastaanottaa elektroneja. Elektronin ja protonin sähkövaraus on samansuuruinen, mutta erimerkkinen eli atomi on varaukseton. Elektronit ovat elektronipilvessä kuorilla eli energiatasoilla. Atomilla on eri isotooppeja. Protonit ja neutronit muodostavat yhdessä massaluvun, protonien määrä on järjestysluku

Esim. 2: Atomin rakenne: Atomin muodostavat ydin + elektroni verhot. Ydin koostuu protoneista ja neutroneista. Protoneilla on positiivinen varaus, neutronit ovat varauksettomia. Elektronit ovat negatiivisesti varautuneita. Protoneita ja elektroneja on yhtä paljon atomissa. Jos elektroneja on 8 ulkokuorella, se on oktetti. Jos alkuaineen atomissa on eri määrä neutroneita, se on aineen isotooppi.

Esim. 3: Atomi koostuu protoneista ja neutroneista. Atomit ovat tosi pieniä ja kaikki on rakennettu atomeista ja se koostuu myös elektroneista ja ydin rakentuu… Protonien lukumäärä, joka on ytimen protoni- eli varausluku (Z), on tietyn alkuaineen kaikilla atomeilla sama. Nukleonien lukumäärä A=Z+N on ytimen massaluku. Jos atomi menettää elektroneja tai ottaa niitä ylimäärän se muuttuu positiiviseksi.

Esim. 4: Atomin rakenne: Atomi koostuu ytimestä ja elektronipilvestä. Kaksi atomia muodostaa molekyylin. Atomin muodostavat ydin ja sitä ympäröivä elektroniverho. Atomin ydin rakentuu nukleoneista, joita ovat protonit (p+) ja neutronit (n). Protonilla on positiivinen varaus, neutronit ovat varauksettomia. Jos atomi menettää elektronin tai ottaa yhden lisää, se ionisoituu, eli muuttuu ioniksi. Sähköisesti neutraalissa atomissa on yhtä monta protonia ja elektronia. Ytimen tunnus on AX , jossa A on massaluku, Z on protonien lukumäärä (järjestysluku) ja X on ytimen tunnus, eli kyseisen alkuaineen merkki. Nykyään tunnetaan yli 2000 erilaista ydintä.

Säteilyyn ja säteilylajeihin päästiin siten, että kukin opiskelija sanoi jonkin tuntemansa säteilyyn liittyvän käsitteen ja ne kirjattiin muistiin.

Tulos:

röntgen

alfa

beetta

gamma

laser

radioaktiivisuus

auringon säteet säteily on vaarallista

radioaallot

valo

infrapuna lämpösäteily

ydinvoima

taustasäteily

Rodos

mikroaallot

radon

paistinpannu

sähkömagneettinen säteily

sädehoito

ydinsäteily

ionisoiva säteily

häikäisy

aallonpituus

suojautuminen

hiukkassäteily (johdatellen)

Tämän jälkeen alettiin jäsennellä

11. Käsiteltiin radioaktiivisuutta opettajajohtoisesti.

12. ja 13. Opiskelijoille annettiin selvitettävät kysymykset, mitä ainakin pitää osata tämän kurssin jälkeen.

a) Mitä on a, b ja g- säteily?

b) Miksi luonnossa on kyseisiä säteilylajeja?

c) Mitä haittaa näistä säteilylajeista on ja miten niitä hyödynnetään?

d) Mitkä ovat tavallisimmat säteily-yksiköt?

e) Miten säteilyltä suojaudutaan?

f) Mistä suomalaiset saavat pääasiallisen säteilyannoksensa?

Kysymyksiä käsiteltiin ja tehtiin vihkomuistiinpanoja.

Kotitehtäväksi jäi säteilyn hyötykäytön selvittäminen säteilymultimedian avulla (lähtötestissä suuri osa ilmoitti, että kotona on nettiyhteys) ja läksy kyseltiin seuraavalla tunnilla.

14. ja 15. Opiskelijat laativat viisi radioaktiivisuuteen liittyvää kysymystä, joita ne esittivät pareittain toisilleen. Kysymykset olivat paljolti samanlaisia, mitä itse olin kysellyt. Ehkä tämä olisi pitänyt teettää pienemmin valmisteluin.

Tässä yksi kysymyssarja:

Mitä on radioaktiivisuus?

Mistä se johtuu?

Mitä hyötyä tästä on?

Entä mitä haittaa?

Onko radioaktiivisuus meille välttämätöntä?

16. Säteilystä siirryttiin liikkeeseen. Annoin ilman ennakkovalmisteluja (t,v) - kuvaajan (LIITE 6), joka oli joskus ollut Yliopiston pääsykokeissa kehyskertomuksena Matti käy Maijan luona. Jokainen kirjoitti tarinan kuvaajasta irtisaamistaan asioista. Useimmilla esine tai kappale liikkui, eivät uskaltaneet kuvata henkilöä puhumattakaan nimistä. Tässä muutamia esimerkkejä:

Esim. 1: Matti lähti Tiinan luokse treffeille lauantai-iltana. Hän nousee pyörän selkään ja lähtee ajamaan. Hän kiihdyttää vauhtia ja on ajanut 10 min jälkeen 3600 m. sen jälkeen hän vähän rauhoittaa tahtia ja ajaa 6 m/s nopeudella 20 min putkeen. Matin ajettua puoli tuntia hän joutui hidastamaan vauhtia jonkin takia ja lopulta roiman hidastuksen jälkeen vauhti oli 2 m/s, jonka jälkeen on taas mahdollisuus koventaa vauhtia, mutta vain vähän. Vauhdista 2 m/s Matin ajettua 10 min vauhti on noussut 4 m/s ja sitä nopeutta ajettuaan 5 min, hän saapuu Tiinalle. Juotuaan kahvinsa ja rupateltuaan 35 min, Matti lähtee kotiin päin. Hän kiihdyttää jälleen ja viiden minuutin kuluttua vauhti on 4 m/s. Hän ajaa tasaisella nopeudella 10 min ja sitten tulee alamäki, joka kestää 5 min ja alamäen jälkeen vauhti on jopa 12 m/s. Sitä nopeutta Matti saa nauttia 10 min, jonka jälkeen tulee ylämäki ja vauhti alkaa laskea. Ylämäen päällä sijaitsee Matin koti ja perillä ollaan. Matka kesti 2 h 20 min.

Esim. 2: Äijä lähtee polkupyörällä tapaamaan naisystäväänsä kylän baariin, mutta nainen ei ilmesty, vaikka äijä odottaa 35 min. Sen jälkeen hän polkee kiihdyksissään vikkelästi kotiin.

Esim. 3: Kuvaa ja kertoo esineen nopeudesta suhteessa aikaan. Tulosta epäselvyttää vaaka-akselin yksikkö. Mieleemme heräsi kysymys, miten esine (päättelimme, että kyseessä on liikkuva esine) voi pysyä 0 m/s ajan liikkuessa, kunnes lähtee jyrkkään laskuun miinuksen puolelle metreissä. Esineennopeus laskee ja nousee jyrkästi, mutta pysyy kuitenkin välissä tasaisena. Erityistä huomiota herätti 75 min. - 100 min. välinen pitkä aika, jonka ajan esine pysyi paikallaan. Miksi?

Esim. 4: Ilmaisee jonkin kappaleen vauhtia tietyssä ajassa. Ensin kappaleen vauhti kiihtyy lyhyessä ajassa. Vauhti pysyy samana, mutta aika kuluu. Vauhti hidastuu 20 minuutissa ja lähtee uudestaan nousuun. Äkkiä vauhti laskee nollaan samassa ajassa ja vauhtia ei ole 35 minuuttiin. Tämän jälkeen vauhti menee miinuksen puolelle, vaihtelee siellä ja nousee takaisin nollaan.

Esim. 5: Se määrittää vauhdin tietyssä ajassa. Lähdössä vauhti kiihtyy ja jatkaa kiihtymistään tasaisesti. 10 minuutin kuluttua vauhti on maximissaan eli 6 m/s. Se pysyy siinä 20 minuuttia. Vauhti alkaa tippua tasaisesti 2 metriin sek. Vauhdin laskuun menee 20 min. (jäi vähän kesken…)

Tämän jälkeen tarinat kerättiin ja asiaa käsiteltiin opettajajohtoisesti.

Läksy: Piti selvittää oliko mahdollista, että Matti palasi samaa tietä kuin meni eli matkan arvioiminen pinta-aloja vertaamalla.

17. ja 18 ja 19, 20. Opettaja Luma-risteilyllä ja Tallinnassa. Sijaisen johdolla käsitelty matka, aika, nopeus ja kiihtyvyys.

21. Perusvuorovaikutukset. Opettajan johdolla keskeiset asiat esimerkein ja demonstroiden.

Läksy: Opiskelijat lukevat kotona tiiviin tekstin perusvuorovaikutuksista kirjasta.

22. ja 23.Opettaja esittää testikysymyksiä, jotka paljastavat onko luettu ja ymmärretty. Käsitellään voimia: etävoimat - kosketusvoimat. Newtonin lait ilmatyynyradalla. Demonstraatioita.

24. ja 25. Säilymislait (liikemäärä, pyörimismäärä, energia, varaus). Liikemäärän säilymislaista myös yksinkertaisia laskennallisia esimerkkejä. Varaus- ja massaluvun säilymisestä esimerkkinä palautettiin mieliin radioaktiivisen hajoamisen reaktiot.

26. Kerrataan peruskoulussa opittuja työhön, tehoon ja energiaan liittyviä käsitteitä.

Kotitehtävä: Opiskelijat tekevät mittauksia, joiden avulla selvitetään paljonko suihkussa käynti maksaa, jos vesi lämmitetään sähköllä.

27. ja 28. Käsitellään energian säilymislakia. Opiskelijat tekevät raportin suihkussa käynnistään

(LIITE 7). Opiskelijat kokivat työn tekemisen mielekkääksi, mutta laskut osoittautuivat tosi vaikeiksi. Jaetaan koeharjoittelumonisteeksi vanha koe palauteohjeineen.

Loppu kuluukin koeharjoittelussa ja kokeessa, jossa oli myös itsearviointiosio (LIITE 8) sekä palautuksessa.

Irma Iho

Martinlaakson lukio

LIITTEET

LIITE 1 FY 1 ALKUKYSELY

1. Kuka olet?

_______________________________________

2. Mistä koulusta tulet?

_____________________________________________________

3. Mikä fysiikan opiskelussa peruskoulussa oli mielenkiintoisinta ja mikä tylsintä?

_________________________________________________________

4. Mitä ammatteja tiedät, joissa tarvitaan fysiikan tietoja tai joihin hakeuduttaessa tarvitaan fysiikan tietoja?

______________________________________________________________

5. Mitä odotat fysiikan ensimmäiseltä kurssilta?

_______________________________________________________________

________________________________________________________________

6. Millaisia työtapoja toivot käytettävän?

________________________________________________________________

_________________________________________________________________

7. Onko kotonasi mahdollisuus internetin käyttöön?

________________________________________________________________

8. Selitä lyhyesti joku asia, jonka opit peruskoulussa.

___________________________________________________________________

9. Mitä muuta haluat kertoa itsestäsi? Missä olet hyvä?

___________________________________________________________________

10. Arvosanaennusteesi tältä kurssilta? ________

11. Montako kurssia aiot opiskella fysiikkaa? ( 1 - 10 ) ______

LIITE2 RISTISANATEHTÄVÄ

LIITE 4 SUUREITA JA YKSIKÖITÄ

Erottele suureet ja yksiköt vaikkapa alleviivaamalla suureet

metri valovoima ampeeri bequerel aika tiheys pascal lämpötila newton lämpöenergia pituus kilogramma kelvin tunti sähkövirta sekunti massa kandela luxi pH ainemäärä dB solmu mooli megawatti sievert nopeus vauhti

Suureiden ja yksiköiden metsästys

Minkä suureiden mittaamiseen tarvittavat laitteet löydät luokasta? Merkitse näkyviin myös yksikkö, jos se on mahdollista.

Perussuureet ja perusyksiköt

Rengasta alleviivaamistasi suureista perussuureet ja hae niiden perusyksiköt. Jos et muista, käytä taulukkokirjaa.

Johdetut suureet ja yksiköt

Mistä perussuureista nopeus on johdettu?

Anna esimerkkejä muista johdetuista suureista.

Mitä paineen yksiköitä tunnet?

Mikä näistä yksiköistä on suoraan perusyksiköistä johdettu?

Lisäyksiköt

SI-järjestelmän yksiköt saadaan johtamalla perusyksiköistä ja niitä pienennetään ja suurennetaan etuliitteillä. Hae oppikirjan ja taulukkokirjan avulla tavallisimmat etuliitteet.

SI-järjestelmään kuulumattomia yksiköitä sanotaan lisäyksiköiksi. Hae oppikirjasta ja taulukkokirjasta lisäyksiköitä.

LIITE 5 NOBEL-UUTINEN

LIITE 6 (t,v)-KUVAAJA

LIITE 7 RAPORTISSA OPISKELIJAT VASTAAVAT SEURAAVIIN

KYSYMYKSIIN

(MFKA:n julkaisemasta demo-oppaasta Kylmää ja lämmintä)

LIITE 8 OPISKELIJAN ITSEARVIOINTILOMAKE Fysiikka 1

____________________________________________________________________________________________

Nimi ______________________________________________________________

A. Oman työskentelyn arviointi

Opiskelu tuntui kiinnostavalta Olin oppitunnilla aktiivinen Työskentelin huolellisesti

ei koskaan ___ ei koskaan ___ ei koskaan ___

harvoin ___ harvoin ___ harvoin ___

usein ___ usein ___ usein ___

aina ___ aina ___ aina ___

Tein kotitehtäväni tunnollisesti Ilmapiiri kannusti minua yrittämään parhaani

ei koskaan ___ ei koskaan ___

harvoin ___ harvoin ___

usein ___ usein ___

aina ___ aina ___

B. Kurssin sisällön ja työskentelyn arviointi

Käsiteltävät asiat olivat mielenkiintoisia Asiat tuntuivat vaikeilta Opetus eteni liian nopeasti

ei koskaan ___ ei koskaan ___ ei koskaan ___

harvoin ___ harvoin ___ harvoin ___

usein ___ usein ___ usein ___

aina ___ aina ___ aina ___

Sain tarvitessani apua opettajalta tai

opiskelutoverilta Kaipasin enemmän itsenäistä työskentelyä

ei koskaan ___ ei koskaan ___

harvoin ___ harvoin ___

usein ___ usein ___

aina ___ aina ___

Mikä oli helpointa kurssilla? ___________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

Mikä oli vaikeinta? ___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

C. Kurssin kokonaisarvio

Annan itselleni kurssista numeroarvosanan _______, koska ___________________________________________

___________________________________________________________________________________________

Muita mielipiteitä _____________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________________________

Päiväys ________________________ Allek. _________________________________________________