Pelit ja koulutehtävät luovat harhakuvan maailmasta, joka vaikeutuu taso tasolta. Harha alati jyrkkenevästä ylämäestä lannistaa fysiikan alkeiden kanssa kamppailevan aloittelijan. "Kun et opi edes koulufysiikkaa, et voi menestyä jatko-opinnoissa, tutkimustyöstä puhumattakaan", kuuluu sisäinen ääni – opettajien ja lähipiirin myötäillessä.

Fysiikan maasto on todellisuudessa yllätyksiä täynnä. Jyrkän mäen takaa paljastuu lakeuksien kauneus. Ainakin heille, jotka jatkavat vaeltamista vaikka maisema näyttäisi toivottamalta. Samankin maiseman alkaa nähdä aivan uudessa valossa, kun aivot kypsyvät ja omat vahvuudet ja heikkoudet hahmottuvat.

Fysiikan alkeita yritetään opettaa matematiikkaa vältellen. Välttelyn jalo tarkoitus on madaltaa korkeaksi miellettyä rimaa. Samalla vältetään valitettavasti myös fysiikkaa, sillä fysiikan lain luonne on pohjimmiltaan matemaattinen. 

Populaarikirjat innostavat, antavat elämyksiä ja houkuttelevat fysiikan maailmaan. Todellista osaamista ja ymmärrystä ei pelkkiä yleistajuisia teoksia lukemalla kuitenkaan saavuta ilman matematiikkaa. Luonnolliset kielet, kuten suomi tai englanti, kun eivät epätäsmällisyytensä vuoksi sovi ilmaisemaan harhattoman maailmankuvan fysiikkaa.

Fysiikka on taito, ja taidot kehittyvät tekemällä. Fysiikassa tekeminen tarkoittaa laskujen, ennusteiden ja kokeiden tekemistä. Matematiikkaa tarvitaan jokaisessa.

Matematiikka helpottaa, ei suinkaan vaikeuta, fysiikkaa. Satametrisen tunnelin kaivaminen ei ole sata kertaa työläämpää kuin metrin tunnelin kaivaminen, kun käytössä on tuhat kertaa järeämpää – tai nokkelampaa – tekniikkaa.

Matematiikka avaa työkalupakin, josta fysiikan alkeita pelkästään sanallisesti opetteleva ei osaa uneksiakaan. Pyörimisliikettä voi tutkia alkeisgeometrialla, mutta verrattomasti helpommin se sujuu vektorien ja differentiaalilaskennan avulla. Hiukkasfysiikan, gravitaation ja kosmologian tarkka kuvailu on luontevinta differentiaaligeometrian ja polkuintegraalien välineistöllä. 

"Oletko saanut tarpeeksi toinen toistaan käsittämättömämpien kaavojen ulkoa opettelusta? Ei enää vanhojen menetelmien loputonta sotkua ja käsien heiluttelua, kun…", voisi nykyfysiikan matemaattisia menetelmiä markkinoida ostoskanavalla, tuskasta hikoilevan fyysikonalun hukkuessa mainosvideolla sekaviin papereihinsa.

Fysiikan tieto jäsentyy hierarkkisesti. Siksi muistettavan tiedon määrä pikemmin vähenee kuin kasvaa opintojen edetessä. Matematiikkansa hallitseva fyysikko johtaa lukemattomat erikoistapaukset säilymislakien kaltaisista yhtenäisperiaatteista loogisen päättelyn avulla. Gamma-, röntgen-, UV-, infrapuna-, mikro- ja radiosäteily ovat kaikki näkymätöntä valoa eli saman sähkömagneettisen kentän aaltoilua kuin näkyvä valo, mutta vain eri taajuuksilla.

Puhun fysiikasta, koska tunnen sen parhaiten, vaikka harjoittelun tuomaa selkiytymistä esiintyy varmasti muillakin aloilla. Jostain syystä juuri fysiikka on kuitenkin erityisen vaikean alan maineessa. Toki tutkimusongelmien ratkominen ja erityisesti merkittävän uuden keksiminen onkin aina vaikeaa, ja menestymiseen tarvitaan onnea, mutta sama pätee joka alalla. Päteväksi asiantuntijaksi kehittyy periksiantamattomalla työllä, fysiikassakin.

Fysiikan ja ihmiskunnan tulevaisuus riippuu siitä, että uudet sukupolvet uskaltavat unelmoida suuria. Meidän vanhojen tehtävä on rohkaista uusia fyysikonalkuja seikkailuun fysiikan jännittävään maailmaan. Tieto tuskaisen ylämäen takaa paljastuvista yllättävistä näkymistä voi olla ratkaiseva rohkaisu.

Kommentit (7)

KK

Tämä oli hienosti sanottu, juuri näin asiat ovat. Ei tarvitse mitään lisätä. Se pieni varaus tosin että matematiikka tuossa on fyysikkojen työkalumatematiikkaa, ei matematiikan tutkimusmatematiikkaa. Vaikka tietysti peruspointtisi, ylämäkien jälkeen aukeaa tasangot, pätee sinnekin.

WSolsticeHOu
Liittynyt3.1.2016
Viestejä3618

Ehkäpä nykyfysiikka kuvaa maailmankaikkeutta täysin väärin.

Ehkäpä suurin osa ihmisistä ymmärtää sen alitajuidesti ja ei edes halua yrittää opiskella virheellisiä teorioita maailmankaikkeudesta.

Ehkäpä esim. vetävää voimaa ei edes ole olemassa.

Ehkäpä galaksit syntyvätkin sisältä ulos päin.

Vai miten selität havainnot?

Laaja yhdistelmäteleskooppi paljasti teorioita kuumemman kvasaarin

https://www.avaruus.fi/uutiset/tahdet-sumut-ja-galaksit/laaja-yhdistelma...

Minä väitän että galaksit syntyvät sisältä ulospäin ja kun tähdet ovat syntyneet, niistä muodostuu galaksin levytaso josta paljon liikettä / energiaa / työntävää  voimaa takaisin kohti galaksin keskustan supermassiivista kohdetta joka laajenee ja säteilee liikettä / energiaa tihentyminä joita meidän laitteet eivät kykene rekisteröimään.

Paitsi silloin jos joku näistä laajenevista tihentymistä törmää jonkun laajenevan ilmakehän laajenevaan kvarkkiin, jolloin se laajenee havaittavaksi suurienergiseksi tihentymäksi.

Ok. Nyt galaksin levytason suunnasta työntyvä laajeneva liike / energia / työntävä voima saa galaksin keskustan supermassiivisen kohteen laajenemaan voimakkaasti siten että sen keskustaan kohdistuu erittäin suuri paine joka purkautuu erittäin tiheinä tihentyminä supermassiivisen kohteen navoilta ulos päin.

Napoja kohti työntyy sadoista miljardeista galakseista liikettä / energiaa / työntävää voimaa joka kohtaa vastapalloon suihkujen erittäin tiheitä laajenevia tihentymiä ja nuo alueet joissa suihkut ovat äärimmäisen kuumia, ovat alueita joita pidemmälle sadoista miljardeista galakseista peräisin olevat laajenevat tihentymät eivät pääse työntymään.

Nuo alueet ovat samoja joissa suihkujen laajenevat tihentymät laajenevat niin voimakkaasti, että suihkut työntyvät havaittaviksi.

Ps. Avaruus ei mitään laajene tai kaareudu.

Kaikki näkyvän maailmankaikkeuden liike / energia laajenee ulos päin jo olemassa olevaan ikuiseen ja äärettömään avaruuteen joka on ei yhtään mitään.

Laajenevat atomien ytimet koostuvat laajenevista tihentymistä jotka kierrättävät keskenään laajenevaa liikettä / energiaa josta osa ohjautuu ulos laajenevasta atomin ytimestä kohti muita laajenevia atomien ytimiä, omaten sopivissa olosuhteissa mm. laajenevien fotoneiden ja laajenevien elektronien luonteen.

http://www.onesimpleprinciple.com/

Ikuista kierrätystä. Mr. Nice Pressure

käyttäjä-3779
Liittynyt12.5.2014
Viestejä1639

Yläkoulun ja lukion fysiikasta kai tässä piti keskustella. Tosin varsinkin lukion tytöt ovat kyselyissä toivoneet kursseihin lisää mm. tähtitiedettä.

Tutkimuksissa on todettu, että hyvin suuri osa opiskelijoista (lukiolaisista) estyy jatkamasta fysiikkaa siinä esiintyvien kaavojen vuoksi. He eivät tiedosta kaavan ja reaalimaailman yhteyttä eivätkä usein myöskään hallitse verrannon muotoisia yhtälöitä varsinkaan, jos tuntematon on viivan alla tai toisessa potenssissa. Tai muotoa m:M=n. Tällaisia ei nimittäin kohti käyvästi opeteta yläkoulussa. Ehkä noin kymmenen vuotta sitten erään lukion lyhyen matematiikan oppilaat saivat melkein kaikki eräästä kokeesta ala-arvoisen suurimmaksi osaksi verrannon muotoisen yhtälön osaamattomuuden tähden. Muistan elävästi, kuinka 1981 Tampereen seudun opettajien koulutuspäivillä ammattikoulujen matematiikan oppikirjan kirjoittaja sanoi yläkoulun opettajille jotakuinkin näin: "On aivan sama oppivatko oppilaanne mitä heille opetetaan, kunhan opetatte heille kaavalaskut (verrannon muotoiset yhtälöt) hyvin." 

Suuri osa fysiikan alkeiskaavoista, joita yläkoulussa voisi esiintyä, on verrannon muotoisia. Useimpien alkeiskaavojen ja reaalimaailman suureiden yhteys voitaisiin konkretisoida sopivasti laadituilla fysiikan kokeilla, jossa oppilaat esim. työpareittain mittaisivat joitakin suureita ja sijoittaisivat niiden arvot kyseisiin kaavoihin esimerkiksi todeten kaavojen ainakin likimain pätevän. Artikkelissani "Matemaattinen luonnonlakinäkökulma yläkoulun fysiikassa" (DIMENSIO 5, 2005) esitän kymmenisen tuollaista, ja oppilaillani olen heidän tyydytyksekseen teettänyt noin kaksikymmentä viisi. Aloittaessani joskus 1985 töiden kehittelyn en ollut lainkaan varma, voisivatko oppilaat omaksua tavoitteeni. Sitten eräs oppilas joutui kesken lukuvuotta muuttamaan pois. Hän tuli kuitenkin hiihtolomalla omaan vanhaan luokkaansa käymään ja tempasi heti innokkaana työvälineet. Kerran taas ajattelin vaihteeksi teettää pelkän kvalitatiivisen tutkimuksen, jolloin eräs tyttö huusi vihaisena "Miksei me lasketa?" Näkemykseni mukaan ilmiön kvalitatiiviset aspektit tulevat vielä paremmin tutuiksi suureiden toistuvan mittailun ja tulosten laskemisen yhteydessä. Asiat alkoivat heti rullata, kun keksin opettaa joulen suuruuden heti 7. luokan ensimmäisellä tunnilla ja laskettaa oppilailla veteen sen lämmetessä sitoutuvan joulemäärän.

Itselleni mieluisimpia teetettäviä ovat olleet mm. hilan kaavan kokeellinen oikeaksi todistaminen, lämpökynttilän liekin säteilemän valoenergian kokeellinen määrittäminen jouleina ja Gaussin kuvauslain todentaminen kuperalle linssille. Monesti olen tuntenut suorastan lumoutuvani nähdessäni oppilaitten paneutuvan asioihin, jotka itsekin koen todelliseksi fysiikaksi. Seuraavan linkin lopussa olen ehkä luonnehtinut jonkin verran menetelmääni

http://maot.fi/onnistumisen-elamyksia/kuopion-lyseon-lukio/

WSolsticeHOu
Liittynyt3.1.2016
Viestejä3618

"Yläkoulun ja lukion fysiikasta kai tässä piti keskustella."

Eiköhän niistä atomeista jotakin kerrota, kun fysiikkaa opetetaan yläkouluissa ja lukiossa.

Jos ihminen alitajuisesti ymmärtää, että se mitä hänelle optetetaan, on väärin, niin eihän hän sitä edes yritä omaksua. 

Me emme voi havannoida ytimien ympärillä muka oleskelevia elektroneja. En usko että ytimien ympärillä oleskelisi elektroneja. On erittäin paljon loogisempaa olettaa että ytimet kierrättävät keskenään liikettä / energiaa ja vieläpä siten että se liike / energia jota ne kierrättävät, laajenee koko ajan ulos päin jo olemassa olevaan avaruuteen. Senyt vaan sattuu omaamaan sopivissa olosuhteissa elektronien ja fotoneiden luonteen. Siis se laajeneva liike / energia jota laajenevat atomien ytimet keskenään kierrättävät.

Ei mitään sidosvoimia edes ole olemassa. Vetävät voimat eivät ole loogisia missään mielessä. Ja Einsteinin lanseeraama uusi käsite, kaareutuva avaruus, on vain ajatuksenkääntötemppu. 

Eihän avaruutta itseään voi tutkia tieteellisesti millään tavalla. Avaruus itsehän ei säteile mitään infoa. ja jos säteilisi, ei se silloin olisi tilaa / avaruutta. Se olisi silloin jotakin samanlaista mitä aine on ja ainettahan on avaruudessa / tilassa.

Eli laajeneva avaruus ja kaareutuva avaruus tarvitsisivat taustalleen vielä yhden avaruuden, jotta ne olisivat loogisia. Mutta näinhän ei nykyteorioiden mukaan ole.

Laajeneva avaruus laajenee itseensä jotenkin jotenkin. Mutta miten?

Mitä sille laajenevalle avaruudelle muka tapahtuu silloin kun sen metrinen koordinaatisto kasvaa?

Ikuista kierrätystä. Mr. Nice Pressure

käyttäjä-3779
Liittynyt12.5.2014
Viestejä1639

Alkeiskemia saattaa olla vielä paljon "hämäräperäisempää" kuin alkeisfysiikka, jossa useiden ilmiöiden olemuksesta on monilla oppilailla ainakin jonkin verran kokemuksellista ymmärrystä. Ainakin ennen monet pojat esimerkiksi suorittivat leikin varjolla monia mekaniikan tehtäviä, tutustuivat voimatyöhön ja energiaan, kitkailmiöön, lämpöön, punnitsemiseen kiikkulaudalla jne. jne. Kemiankin ilmiöt olivat siinä mukana, mutta niiden alkeellinenkin selittäminen olisi vaatinut jonkin verran tietoa mikroilmiöistä, joita luonnonolosuhteissa harva lapsi käsittelee.

Fysiikkaa opettaessani jouduin tosin toteamaan, että esimerkiksi mittalaitteiden käyttämisen aloittaminen saattoi olla tytöille paljon vaikeampaa kuin pojille, mutta opittuaan he käyttivät niitä sitä intohimoisemmin.

Ettei alkeiskemia olisi jäänyt ensisijaisesti ulkoluvuksi kokeilin jo 7. luokalta alkavaa kokeellista kemiaa. Uskoisin, että kokeellisuus pohjustaa atomitason kemian syvempää ymmärtämistä

http://www.maol.fi/fileadmin/users/Dimensio/2006/Dimensio_6_2006.pdf

Kasvisruoka2
Liittynyt29.8.2015
Viestejä4402

Jos jokin asia oli siistiä, niin matematiikassa asiat kumuloituivat ainakin omassa pienessä mielessäni kumulatiivisesti loogiseksi systeemiksi, jossa lopulta differentiaalilaskennassa käytettiin aiemmin opittua hyväkseen.

Ja ehkäpä fysiikkakin on selkeiten ja johdonmukaisimmin johdettu yksinkertaisemmasta monimutkaisempaan loogiseksi järjestelmäksi.

Ja sehän siinä onkin mielenkiintoista, se on ehkä vierasta paljolti arkijärjelle (ei kaikki, mm. painovoima tietyllä tasolla on aika selkeä asia), mutta on lopulta systeemi, jonka oppiessa kaikki muu helpottuu.

Tästä huolimatta on pakko todeta, että tuskin minusta olisi tullut fyysikkoa ja se johtui pitkälle siitä, että en usko, että olisin oppinut hallitsemaan matematiikkaa vaadittavalla tavalla. Siispä piti valita jotain ihmisläheisempää...

Ruhollah.

käyttäjä-3779
Liittynyt12.5.2014
Viestejä1639

Kasvisruoka2 kirjoitti:
Jos jokin asia oli siistiä, niin matematiikassa asiat kumuloituivat ainakin omassa pienessä mielessäni kumulatiivisesti loogiseksi systeemiksi, jossa lopulta differentiaalilaskennassa käytettiin aiemmin opittua hyväkseen.

Ja ehkäpä fysiikkakin on selkeiten ja johdonmukaisimmin johdettu yksinkertaisemmasta monimutkaisempaan loogiseksi järjestelmäksi.

Ja sehän siinä onkin mielenkiintoista, se on ehkä vierasta paljolti arkijärjelle (ei kaikki, mm. painovoima tietyllä tasolla on aika selkeä asia), mutta on lopulta systeemi, jonka oppiessa kaikki muu helpottuu.

Tästä huolimatta on pakko todeta, että tuskin minusta olisi tullut fyysikkoa ja se johtui pitkälle siitä, että en usko, että olisin oppinut hallitsemaan matematiikkaa vaadittavalla tavalla. Siispä piti valita jotain ihmisläheisempää...

Matematiikka on todella tuollainen joistakin postulaateista järjen ja logiikan avulla kehkeytyvä, kumuloituva systeemi. Fysiikkaa puolestaan  voisi luonnehtia opiksi ilmiöistä. Fysiikan ilmiöiden ominaisluonteeseen kuuluu, että ne eivät ole järjellä keksittävissä. Ilmiön voi oppia tuntemaan tai tietämään yksistään kokeellisella metodilla.

Esimerkiksi niinkin yksinkertainen ja mahdollisesti aivan tarkasti kaavaa F:ma=1 noudattava suureiden F, m ja a yhteys ei ole lainkaan järjellä keksittävissä. Ainoa tapa löytää tämä yhteys on kokeellinen.

Suurena mysteerinä on totuttu pitämään sitä, että ilmiöitä jäsentävien mitattavien suureiden suhteet noudattavat matemaattisia kaavoja. Uusia ilmiöitä ei kuitenkaan yleisesti ottaen voi johtaa matematiikan avulla vaikkapa tunnetuista ilmiöistä; uuden ilmiön havaitsemiseen kuuluu olennaisesti mittaaminen.  Uusien mittaustulosten luonnetta voi taasen kuvata matematiikalla, yleensä uudella matematiikan muodolla. Jos jonkun ilmiön lakia on kuvattu matemaattisella systeemillä, voidaan samaa systeemiä kehittelemällä löytää ilmiöstä uusia puolia, joiden olemassaolo täytyy kuitenkin kokeellisesti varmistaa.

Joskus herää epäilys, että kaikki opettajat eivät tiedosta ilmiöiden empiiristä perustaa. Tällainen opettaja saattaa antaa oppilaille virheellisen signaalin, että fysiikan ymmärtämisessä olisi kysymys järjestä. Luonto ilmiöineen on kuitenkin ylijärjellinen. Sitä kuvatessa pätee Galilein toteamus, että luonnon kirja on kirjoitettu matemaattisin kirjaimin.

Seuraa 

Rajankäyntiä

Teppo Mattsson on kosmologiaan ja suhteellisuusteoriaan erikoistunut teoreettisen fysiikan tutkija, joka harrastaa matkailua tieteenalojen välisillä rajaseuduilla. Blogi on matkakertomus näiltä retkiltä.

Teemat

Blogiarkisto

Kategoriat