Browsing by Subject "fysiikan opetus"
Now showing items 1-6 of 6
-
(2020)Tässä työssä on tavoitteena esittää yksi opetuksellinen malli sille, miten fysiikkaa voidaan opettaa huvipuistokontekstissa lukiotasolla. Työssä selvitettiin, millaisia fysiikan ilmiöitä huvipuistossa voidaan havaita, miten huvipuistolaitteita voidaan hyödyntää lukion fysiikan kokeiden tekemisessä ja miten huvipuistovierailua voidaan hyödyntää lukion fysiikan opetuksessa. Työn teoriaosuudessa tarkastellaan kiinnostuksen kehittymistä, johon opettaja voi vaikuttaa valitsemillaan sisällöillä, konteksteilla ja opetustavoilla. Koulun ulkopuolella tapahtuvalla oppimisella voi olla vaikutusta kiinnostukseen ja oppimiseen, ja huvipuisto voi tarjota tällaisen kiinnostusta lisäävän kontekstin. Lisäksi tarkastellaan huvipuistolaitteisiin liittyviä fysiikan ilmiöitä: dynamiikkaa, energiamuutoksia ja sähkömagnetismia. Työssä esitellään erilaisia mittausvälineitä ja älypuhelinsovelluksia, joita huvipuistossa tehtävissä mittauksissa voidaan käyttää, ja niihin liittyviä suureita. Lisäksi esitellään Linnanmäen huvipuistossa mahdollisia mittauksia. Työssä toteutettiin empiirinen tutkimus Linnanmäen huvipuistossa opiskelijaryhmän kanssa. Kolmiosainen vierailu toteutettiin yhteistyössä pääkaupunkiseudulla sijaitsevan lukion kanssa ja siihen sisältyi harjoittelu- ja analysointiosuudet koululla sekä mittausosuus Linnanmäellä. Mittauksissa käytettiin Vernierin LabQuest 2 -laitteistoa. Seuraavissa tutkimuksissa voitaisiin selvittää, missä määrin huvipuistokonteksti lisää kiinnostusta fysiikkaan ja onko huvipuistovierailulla vaikutusta fysiikan oppimiseen.
-
(2012)Työssä tarkastellaan F2k-laboratorioon hankittun mustan kappaleen säteilyn tutkimiseen tarkoitetun oppilastyölaitteiston käyttömahdollisuuksia modernin fysiikan opetuksessa ja opiskelussa. Teoriakehyksenä käytettiin Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella käytössä olevaa hahmottavaa lähestymistapaa. Tältä pohjalta kehitettiin opetusmalli, jonka tarkoituksena tutustua mustan kappaleen säteilyyn ja sen avulla kvantittumiseen. Opetusmallia varten tarkasteltiin myös mustan kappaleen säteilyn tutkimusta fysiikan historiassa. Alkuperäinen mustan kappaleen määritelmä oli teoreettinen tai korkeintaan ajatuskokeisiin pohjautuva. Tätä teoreettista kehitelmää ryhdyttiin tutkimaan kokeellisesti useilla erilaisilla laitteistoilla. Vanhimpiin kvantitatiivisiin tuloksiin lukeutuu Stefanin ja Boltzmannin laki. Tämän jälkeen havaittiin myös Wienin siirtymälaki. Planck onnistui sovittamaan näihin tuloksiin käyrän mustan kappaleen säteilyn spektriselle energiatiheydelle. Toisin kuin usein väitetään, Rayleigh'n ja Jeansin laki ei edeltänyt Planckin säteilylakia. Se ennemminkin johdettiin etsittäessä perustelua Planckin laille. Oikea perustelukin lopulta löytyi, vaikka vahvalle pohjalle sen saattoi vasta Einsteinin valosähköisen ilmiön selitys. Koska historiallinen kehitys sopi suurelta osin hahmottavan lähestymistavan mukaiseen opetukseen, päätettiin sitä seurata opetusmallissa. Opetusmallissa mustan kappaleen ja mustan kappaleen säteilyn perushahmotukseen käytettiin ajatuskoetta. Tämän jälkeen mustan kappaleen säteilyn käsitettä alettiin muokata tarkastelemalla kvalitatiivisesti mustana kappaleena käytetyn hehkulampun säteilyä. Seuraavaksi siirryttiin kvantifioimaan havaittuja riippuvuuksia piirtämällä spektrisen energiatiheyden kuvaajia eri lämpötiloissa. Näitä kuvaajia analysoimalla voitiin kvantifioida Stefanin ja Boltzmannin laki sekä Wienin siirtymälaki. Lopuksi strukturoinnin ja teoreettisten käyrien vertailun avulla havaittiin kvantittumisen selittävän spektrin muodon. F2k-laboratorion muut kokeet tarjoavat tärkeän tuen mustan kappaleen säteilyn spektrin selittävän kvantittumisen ymmärtämiselle. Laitteistoa tutkittaessa havaittiin sen olevan erittäin virheherkkä. Mittauspohjaan esitettiin useita korjausehdotuksia. Samoin ehdotettiin kulmamittauksen muuttamista ja spektrin skannauksen automatisointia. Erittäin huolellisesti tehdyillä mittauksilla saadaan kuitenkin myös kvantifiointiin kelpaavia tuloksia.
-
(2020)Tässä tutkielmassa tarkastellaan modernin fysiikan opetukseen liittyviä tutkimuksia tavoitteena löytää mahdollisuuksia soveltaa niistä löytyviä ajatuksia, ideoita ja tuloksia uuden 2019 julkaistun lukion opetussuunnitelman mukaiseen modernin fysiikan opetukseen. Tutkielmassa esitellään kirjallisuussynteesin kautta modernin fysiikan opetukseen liittyvää tutkimusta, ja pohditaan tarkemmin, miten yhdistää tutkimustietoa uuden lukion opetussuunnitelman mukaiseen modernin fysiikan opetukseen. Luvussa 2 perehdytään perustelemaan työn tarkoitusta ja esittelemään metodit, joita työhön on käytetty. Luvussa 3 esitellään modernin fysiikan opetusta koskevaa tutkimusta. Luvussa 4 käydään läpi yleisiä linjauksia uudessa lukion opetussuunnitelmassa ja esitellään lukion opetussuunnitelman perusteet 2019 modernin fysiikan osalta. Luvuissa 5 ja 6 tutkitaan, millaisia opetusratkaisuja Aine, säteily ja kvantittuminen -opetusmoduulissa voitaisiin tehdä opetuksen tutkimuksen valossa. Luvussa 7 arvioidaan tehtyä työtä sekä pohditaan parannusehdotuksia ja työn jatkokehittelyä. Tutkimuskirjallisuuden perusteella työssä todetaan, että modernin fysiikan käsitteellinen hallinta on haastavaa vielä yliopistotasollakin. Käsitteiden syvällinen hallinta on vaikeaa, vaikka opiskelijat olisivatkin opiskelleet fysiikkaa yliopistotasolle asti. Pääsääntöisesti opiskelijoiden vaikeudet liittyvät klassisen fysiikan ja kvanttifysiikan mallien sekoittumiseen, tietomallien väärinymmärtämiseen tai siihen, että tietoa omaksutaan vain pinnallisesti. Opetuskokeilujen ja opetuksen liittyvien tutkimusten kautta on saatu tuloksia, että erilaiset opetusmenetelmät voivat parantaa opiskelijoiden opiskeltavan sisällön hallintaa käsitteellisellä tasolla. Esimerkiksi tarinallisuus ja pienryhmäkeskustelut ovat tutkimuksissa tuoneet lupaavia tuloksia siitä, että opiskelijoiden käsitteiden hallinta saa tukea monipuolisista opetusmuodoista. Uusi opetussuunnitelma mahdollistaa oppiainerajat ylittävän opetuksen, eikä modernin fysiikan moduulia ole pakko opettaa itsenäisenä kokonaisuutena, vaan opinnot voidaan kytkeä myös muiden oppiaineiden opetukseen. Esimerkiksi yhteisiä opintojaksoja voidaan suunnitella filosofian, historian ja kemian opetuksen kanssa. Lisäksi modernin fysiikan opetukseen on mahdollista yhdistää kattavasti elementtejä lukio-opetuksen laaja-alaisista tavoitteista liittyen mm. vuorovaikutus- ja ympäristöosaamiseen. Jatkotutkimuksen osalta olisi myös kiinnostavaa yhdistää opinto-ohjausta ja urasuunnittelua modernin fysiikan opetukseen lukiotasolla.
-
(2022)Opinnäytteessä pohditaan, voisiko lukion sähkömagnetismin opetuksen yhteyteen kytkeä pienoissähkömoottorin kokeellista tutkimista. Ajatuksena on, että tällainen didaktinen rekonstruktio auttaisi sähkömagnetismin aihepiirin tavoitteiden saavuttamisessa. Pienoissähkömoottori poikkeaa fysiikan opiskeluun käytetyistä koe-, havainnollistamis- ja muista apuvälineistä siten, että se on reaalimaailmassa yleinen olemassa oleva sähkömagnetismiin perustuva tekninen sovellus. Sen kokeellinen tutkiminen tuo toisenlaisen, eräässä mielessä autenttisen näkökulman sähkömagneettisten ilmiöiden ilmenemiseen ympäristössämme. Tämä näkökulma voisi toimia opiskelijalle vahvistavana elementtinä aihepiirin käsitteiden omaksumisessa. On eri asia tehdä empiiristä tutkimista varta vasten siihen suunnitelluilla koevälineillä, kuin aidolla reaalimaailman teknisellä sovelluksella. Pienoissähkömoottorista saa käsityksen siitä, miten sähkömagnetismia sovelletaan käytännössä. Lukion opetussuunnitelman perusteet 2019 määrittelevät lukion kurssimoduulin 7, Sähkömagnetismi ja valo, keskeiset sisällöt. Sähkömagnetismin osalta keskeiset sisällöt ovat kaikki enemmän tai vähemmän läsnä pienoissähkömoottorin toiminnan periaatteissa. Tämä tarjoaa hyvän lähtökohdan opinnäytteen pohdinnalle. Sähkömagnetismin aihepiiri käydään vaiheittain läpi ja moottorin tutkiminen kytketään jokaiseen vaiheeseen siihen soveltuvalla tavalla. Induktioilmiön suhteen hyödynnetään pienoissähkömoottorin sitä ominaisuutta, että se toimii akselistaan pyörittämällä myös generaattorina. Sähkömagneettinen säteily ja valo aihepiirinä ei sisälly opinnäytteeseen. Oppimisteoreettisena viitekehyksenä opinnäytteessä on hahmottava lähestymistapa. Sähkömagnetismin kurssin sisällöllisen etenemisen runkona käytetään Galilei 7 –oppikirjaa vuodelta 1996. Kirja sopii tehtäväänsä hyvin erityisesti sen vuoksi, että se on konstruoitu hahmottavan lähestymistavan periaatteiden mukaisesti. Kirjan sisältö on pieniä yksityiskohtia lukuunottamatta relevantti iästään huolimatta. Opinnäytteen johtopäätöksissä todetaan, että pienoissähkömoottorin tutkimisen kytkeminen kurssin yhteyteen on realistinen ajatus. Tutkiminen on käytännössä toteutettavissa tavanomaisessa luokkahuoneympäristössä, eikä siihen pääosin tarvita erityisvälineitä. Moottorit ovat edullisia, joten kustannukset eivät ole esteenä. On perusteltua ajatella, että tutkimisen myötä opiskelijat saavat sähkömagnetismin ilmiöihin ja käsitteisiin toisen näkökulman, jolla on oppimista vahvistava rooli. Ongelmiksi tunnistetaan moottorin eräiden ominaisuuksien havainnollistamisen tekninen järjestäminen, sekä mahdollisesti opettajien valmius didaktisen rekonstruktion toteuttamiseen käytännössä.
-
(2021)Suomalaisessa opetuksessa oppikirjalla on ollut perinteisesti keskeinen asema, ja niitä enenemissä määrin tukevat tai korvaavat sähköiset oppimateriaalit. Fysiikan oppikirjoissa esiintyy luontevana osana erilaisia representaatioita, koska fysiikassa representaatioilla voidaan välittää tietoa tehokkaasti ja tukea päättelyä. Erilaiset representaatiot korostavat eri osia niiden kohteesta, jonka vuoksi useammasta representaatiosta koostuvaa kokonaisuutta, monirepresentaatiota, voidaan hyödyntää oppimisen tehostamiseksi. Monirepresentaatioissa olennaista on representaatioiden välinen suhde eli pedagoginen funktio ja niiden hyödyntäminen edellyttää opiskelijalta aikaa ja ponnistelua. Oppimateriaalien keskeisen aseman sekä representaatioiden ja monirepresentaatioiden oppimista tukevan vaikutuksen vuoksi tässä tutkielmassa selvitettiin, minkälaisia representaatioita käytössä olevissa lukion fysiikan sähköisissä oppimateriaaleissa on, muodostavatko representaatiot monirepresentaatioita ja mitkä ovat kyseisten monirepresentaatioiden pedagogiset funktiot. Tutkitut representaatiot liittyivät sähkömagnetismiin. Tutkimusmenetelmänä oli laadullinen sisällönanalyysi, jossa tarkastelun kohteena olivat erikseen yksittäisten representaatioiden rakenteet ja monirepresentaatioiden pedagogiset funktiot. Tavoitteena oli tulosten ja johtopäätösten valossa selvittää, olisiko oppimateriaaleissa kehittämisen varaa representaatioiden suhteen ja kuinka opettajan on kiinnitettävä oppimateriaalien representaatioihin huomiota suunnitellessaan opetustaan ja siinä käytettäviä muita materiaaleja. Tutkielman yksi keskeinen havainto oli se, että oppimateriaaleissa esiintyy erilaisia pedagogisia funktioita toteuttavia monirepresentaatioita. Kuitenkaan oppimateriaalit eivät selkeästi ohjaa lukijaa tulkitsemaan representaatioita monirepresentaatioina, eikä varsinkaan sitä, millä tavalla näiden representaatioiden välistä suhdetta tulisi tulkita. Yksi esimerkki tavasta korjata edellä mainittua puutetta on oppimateriaalien sähköisyyden suurempi hyödyntäminen esimerkiksi representaatioiden välistä yhteyttä korostavilla simulaatioilla. Oppimateriaalien tuottamisessa tulisi harkita, minkälaisia representaatioita esitetään ja mihin suuntaan niiden tulkitsemista ohjataan. Opettaja voi omassa opetuksessaan kiinnittää huomiota oppimateriaalien representaatioihin ja täydentää niitä omilla materiaaleilla tai selventää niiden merkitystä opiskelijoille oppimisen tukemiseksi.
-
(2023)Tässä tutkielmassa tarkastellaan yleisen suhteellisuusteorian opetusta lukiofysiikan aiheena. Tutkielmassa esitetään integratiivisen kirjallisuuskatsauksen avulla yleiseen suhteellisuusteorian opetukseen lukiotasolla liittyvää tutkimusta. Opetuksen mahdollisuuksia tarkastellaan koordinaatioluokkateorian ja didaktisen rekonstruktion mallin teoreettisessa viitekehyksessä ja tutkimuskirjallisuutta peilataan vuoden 2019 lukion opetussuunnitelmaan. Luvussa 2 esitetään tutkimuksen toteutus ja metodit sekä pohjustetaan työn tarkoitusta. Luvussa 3 esitetään tutkielman teoreettisena viitekehyksenä toimiva koordinaatioluokkateoria ja didaktisen rekonstruktion malli. Luvussa 4 annetaan näkymiä tutkimuskirjallisuuden havaitsemiin yleisen suhteellisuusteorian oppimissisältöihin, oppimistavoitteisiin sekä opetuksen haasteisiin lukiotasolla ja esitetään kokoelma erilaisia opetusmalleja yleisen suhteellisuusteorian opetukseen lukiotasolla. Opetusmalleja tarkastellaan koordinaatioluokkateorian kehyksessä. Luvussa 5 pohditaan yleisen suhteellisuusteorian merkitystä osana yleissivistävää opetusta. Luvussa 6 esitetään oppimisteorioiden välinen synteesi, jonka avulla voidaan kuvata fysiikan opetuksen iteratiivisen syklistä prosessia, kuinka uusia tietokerroksia levitetään vanhan päälle, jotta pääsemme syvemmälle opetettavaan aiheeseen. Tämän lisäksi luvussa linkitetään yleisen suhteellisuusteorian opetus kokonaisuutena osaksi teoreettista viitekehystä sekä pohditaan tehtyä työtä kokonaisuutena. Tutkimuskirjallisuuden perusteella koordinaatioluokkateorian ja didaktisen rekonstruktion mallin viitekehyksessä yleisen suhteellisuusteorian opettaminen lukiossa vaikuttaisi olevan käsitteellisellä tasolla varsin mahdollista. Yleisen suhteellisuusteorian opetukseen lukiotasolla on olemassa useita erilaisia opetusmalleja ja analogioita, joita hyödyntämällä abstraktia ja arkikokemusta vailla olevan teorian ja ilmiöiden opettamista on voitu yksinkertaistaa lukiotasolle sopivaksi. Myös erilaiset opetuskokeilut tukevat tätä näkemystä. Suhteellisuusteorian opetuksen positiivisia vaikutuksia oppilaiden motivaatioon ja kiinnostukseen on myös raportoitu tutkimuskirjallisuudessa. Kuitenkin suhteellisuusteoriaa ei mainita sanallakaan lukion vuoden 2019 opetussuunnitelmassa vaikkakin opetussuunnitelmasta löytyy monia yhtymäkohtia suhteellisuusteorian opettamiseen lukiotasolla. Tutkielman valossa suhteellisuusteorian puuttuminen lukion opetussuunnitelmasta vaikuttaisi olevan ensisijaisesti arvovalinta.
Now showing items 1-6 of 6