Fysiikka
6.7 Fysiikka (FY)
Fysiikka on luonnontiede, jossa luonnon perusrakennetta ja -ilmiöitä pyritään ymmärtämään ja selittämään käyttäen luonnosta kokeellisin menetelmin saatavaa tietoa. Tavoitteena on löytää luonnossa yleispäteviä lainalaisuuksia ja esittää ne matemaattisina malleina, teorioina ja lakeina.
Fysiikan opiskelulle luonteenomainen kokeellisuus voi olla aihepiirin, opetuksen vaiheen ja välineiden mukaan opiskelijoiden omakohtaista työskentelyä, opettajan esittämiä demonstraatioita ja niihin liittyviä opetuskeskusteluja, vierailujen, videoiden tai vain kerronnan kautta tapahtuvaa toimintaa. Kokeellisuudella tuetaan opiskelijaa omaksumaan uusia luonnontieteellisiä käsitteitä, periaatteita ja malleja. Fysiikan opiskelu kehittää opiskelijan kokeellisen työskentelyn ja yhteistyön taitoja. Kokeellisuus auttaa opiskelijaa hahmottamaan luonnontieteiden luonnetta ja tukee luonnontieteellisen ajattelun kehittymistä. Opiskelija oppii tarkastelemaan luonnon rakenteita ja ilmiöitä omien aikaisempien tietojensa ja käsitystensä valossa. Hän oppii tiedostamaan ja kyseenalaistamaan ennakkokäsityksiään ja tarkentamaan maailmankuvaansa hankkimansa uuden tiedon perustella. Opiskelija oppii suunnittelemaan kokeita yhdessä ja keskustelemaan kokeellisesti hankitusta tiedosta tai aineistosta, sen käsittelystä ja mallintamisesta sekä sen luotettavuuden arvioimisesta. Opiskelijayhteisö oppii jakamaan uuden tiedon keskenään.
Luonnontieteiden opiskelussa tiedon hankkimiseen käytetään kokeellisia menetelmiä, erilaisia tiedon lähteitä sekä tapoja käsitellä tietoa. Fysikaalisen tiedon lähteenä on ensisijaisesti luonto. Koulussa luonnontieteellisen tiedon lähteinä ovat lisäksi oppi- ja tietokirjat, digitaaliset tietovarannot ja alan asiantuntijat.
Luonnontieteiden oppiminen perustuu keskeiseltä osalta omakohtaiseen havainnointiin ja tutkimiseen. Tämän onnistumiselle on ratkaisevan tärkeää, että koulun työskentely-ympäristö on varustettu riittävällä määrällä sekä opettajan demonstrointiin että erityisesti oppilastyöskentelyyn tarkoitettuja ajanmukaisia opetus- ja laborointivälineitä. Välineistön laadulla ja tasolla on merkitystä myös sille, millainen käsitys opiskelijoille muodostuu nykyaikaisesta teknologiasta, sen merkityksestä ja suomista mahdollisuuksista.
Opetuksen tavoitteet
Fysiikan opetuksen tavoitteena on, että opiskelija
• tiedostaa ihmisen osana luontoa ja ymmärtää fysiikan merkityksen luonnon ilmiöiden mallintamisessa
• ymmärtää kokeellisen toiminnan ja teoreettisen pohdiskelun merkityksen luonnon- tieteellisen tiedon muodostumisessa
• hahmottaa fysiikan merkityksen tieteessä, taiteessa, tekniikassa, viestinnässä ja elinkeinoelämässä sekä ihmisen arkiympäristössä
• vaikuttaa aktiivisesti ja vastuullisesti terveellisen ja turvallisen ympäristön luomiseksi
• jäsentää käsitystään luonnon rakenteista ja ilmiöistä fysiikan käsitteiden ja periaatteiden avulla
• pystyy ratkaisemaan luonnontieteiden ja teknologian alaan kuuluvia ongelmia fysiikan lakeja
ja käsitteitä hyväksi käyttäen
• hankkii ja käsittelee tietoa yhdessä muiden opiskelijoiden kanssa asiantuntijayhteisön tapaan
• suunnittelee ja tekee yksinkertaisia mittauksia, kykenee tulkitsemaan ja arvioimaan tuloksia sekä soveltamaan niitä
• hyödyntää erilaisia tietolähteitä tiedonhankinnassa sekä kykenee esittämään ja julkistamaan tietoja monipuolisella tavalla myös teknisiä apuvälineitä käyttäen
• tarkastelee fysiikan merkitystä yksilön ja yhteiskunnan kannalta sekä ihmistä fysiikan tietojen soveltajana, tutustuu fysiikan sovelluksiin ja niiden taitavaan, eettiseen ja hallittuun käyttöön tuotteiden aikaansaamisessa ja arkielämän helpottamisessa sekä saa valmiuksia ymmärtää teknologisten sovellusten vaikutuksia.
Arviointi
Fysiikassa arvioidaan opetussuunnitelman perusteissa esitettyjen kurssikohtaisten fysiikan tietojen ja taitojen saavuttamista. Arvioinnin kohteena ovat myös tiedonkäsittelytaidot, kokeellisen työskentelyn taidot sekä yleinen luonnontieteellinen ajattelutapa.
Pakollinen kurssi
1. Fysiikka luonnontieteenä (FYP1)
Kurssilla syvennetään ja täydennetään perusopetuksessa opittuja fysiikan asioita. Pääpaino on tällöin ilmiöiden ymmärtämiseen tähtäävässä laadullisessa perushahmotuksessa. Erityistä huomiota kiinnitetään luonnontieteellisen ajattelutavan haltuunottoon käsitteellistämisen ja mallintamisen avulla. Havaintojen tekemisen ohella harjoitellaan ilmiöiden kuvailemista sekä omin sanoin että tieteen omia käsitteitä ja erikoissanoja (termejä) sekä merkintätapoja käyttäen. Erityistä painoa pannaan ilmiöiden matemaattisten mallien laatimiseen kokeellisesta havaintodatasta sekä mallien tulkitsemiseen ja käyttämiseen fysikaalisten ongelmien ratkaisemisessa.
Opetuksen lähtökohtina ovat
• fysiikan merkitys historian eri vaiheissa ja nykyaikana
• aineen ja maailmankaikkeuden rakenteet sekä perusvuorovaikutukset
• kokeellisuus ja mallintaminen perustana fysikaalisen tiedon rakentumisessa, mittaaminen,
• ilmiöiden, erityisesti voimien, havainnollistaminen ja tulosten esittäminen
• liikkeen kuvaamisessa tarvittavat peruskäsitteet ja liikkeen graafinen esitys
• voima liikkeen muutoksen aiheuttajana.
Kurssilla pyritään tekemään ainakin yksi kirjallinen harjoitustyö aiheina jonkin ilmiön havainnointi, kokeellinen mittaus tai tuntidemonstraation raportointi työselostuksen tapaan, ajankohtaisen tiedeartikkelin referointi tai pienimuotoinen tutkielma (minitutkielma).
Syventävät kurssit
Syventävien kurssien tavoitteena on, että opiskelija
• saa valmiuksia opiskella luonnontieteellisillä ja luonnontieteitä soveltavilla aloilla
• tutkii luonnon ilmiöitä sekä mallintaa ja esittää niitä matemaattisten ja graafisten menetelmien avulla
• rakentaa fysiikan malleja ja käyttää niitä ennusteiden tekemiseen
• tutkii ja havainnollistaa malleja tieto- ja viestintätekniikan avulla
• tutustuu klassisen fysiikan osa-alueisiin ja modernin fysiikan alkeisiin
• tutustuu fysiikan eri osa-alueisiin liittyvään teknologiaan
• tutustuu fysiikan merkitykseen yhteiskunnan eri alueilla
• tutustuu fysiikan sovelluksiin ja niihin liittyviin turvallisuustekijöihin.
2. Lämpö (FYS2)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• tuntee lämpöön liittyvät ilmiöt
• tutkii aineen termodynaamiseen tilaan tai lämpöopin pääsääntöihin liittyviä ilmiöitä
• saa valmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan kriittiseen keskusteluun ja päätöksentekoon.
Keskeiset sisällöt
• kaasujen tilanmuutokset ja lämpölaajeneminen
• paine, hydrostaattinen paine
• kappaleiden lämpeneminen, jäähtyminen, olomuodon muutokset ja lämpöenergia
• mekaaninen energia, työ, teho ja hyötysuhde
• lämpöopin pääsäännöt, sisäenergia
• energiavarat
3. Aallot (FYS3)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• saa yleiskuvan luonnon jaksollisista ilmiöistä ja perehtyy niitä selittäviin keskeisiin periaatteisiin
• perehtyy värähdys- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä, ääntä tai sähkömagneettisia aaltoja.
Keskeiset sisällöt
• harmoninen voima ja värähdysliike
• aaltoliikkeen synty ja aaltojen eteneminen
• aaltoliikkeen interferenssi, diffraktio ja polarisoituminen
• heijastuminen, taittuminen ja kokonaisheijastuminen
• valo, peilit ja linssit
• ääni, melun terveysvaikutukset ja kovalta ääneltä suojautuminen
4. Liikkeen lait (FYS4)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• ymmärtää liikkeeseen liittyviä ilmiöitä ja käsittelee niitä selittäviä malleja
• tutkii etenemisliikkeeseen liittyviä ilmiöitä kokeellisesti ja perehtyy niiden avulla Newtonin lakeihin
• ymmärtää säilymislakien merkityksen fysiikassa.
Keskeiset sisällöt
• liikkeen mallit ja Newtonin lait
• etä- ja kosketusvoimat, erityisesti liikettä vastustavat voimat, noste
• liikemäärän säilyminen ja impulssiperiaate
• liike- ja potentiaalienergia sekä työperiaate
• värähdysliikkeen energia
5. Pyöriminen ja gravitaatio (FYS5)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• syventää osaamistaan mekaniikassa sekä statiikkaan ja pyörimiseen liittyvien ilmiöiden laskennallista hallintaa
• syventää tuntemustaan mekaniikan maailmankuvasta.
Keskeiset sisällöt
• momentti ja tasapaino pyörimisen suhteen
• pyörimisliikkeen mallit, tasainen ja tasaisesti kiihtyvä pyörimisliike
• pyörimisen liikeyhtälö
• pyörimismäärän säilyminen
• pyörimisliikkeen energia
• ympyräliike ja ympyräliikkeen kiihtyvyys
• gravitaatio ja gravitaation alainen liike
• heittoliike ja planeettojen liike
• satelliitit ja niiden käyttö
6. Sähkö (FYS6)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• ymmärtää sähköön liittyviä peruskäsitteitä, tutustuu mittaustekniikkaan
• osaa tehdä sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia virtapiirejä.
Keskeiset sisällöt
• sähköpari, sähkövirran kulku metallijohteessa
• jännitteen ja sähkövirran mittaaminen
• Ohmin laki
• Joulen laki
• vastukset, vastusten kytkennät ja Kirchoffin lait
• Coulombin laki, homogeeninen sähkökenttä ja aine sähkökentässä
• kondensaattori, kytkennät ja energia
• sähkövirran kulku puolijohteessa, esimerkkinä diodi
7. Sähkömagnetismi (FYS7)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• syventää tuntemustaan sähkömagnetismin ilmiöistä
• perehtyy sähköturvallisuuteen
• syventää tuntemustaan sähkömagneettisten ilmiöiden merkityksestä yhteiskunnassa.
Keskeiset sisällöt
• magneettinen voima, magneettikenttä ja aine magneettikentässä
• varattu hiukkanen homogeenisessa sähkö- ja magneettikentässä
• induktiolaki ja Lenzin laki
• induktioilmiöitä - pyörrevirrat, generaattori ja itseinduktio
• energian siirto sähkövirran avulla
• tehollisen jännitteen ja sähkövirran mittaaminen sekä impedanssin taajuusriippuvuuden määrittäminen
• värähtelypiiri ja antenni, sähkömagneettinen viestintä
• sähköturvallisuus
• energiateollisuus
8. Aine ja säteily (FYS8)
Tavoitteet
Kurssin tavoitteena on, että opiskelija
• tutustuu kvantittumiseen, dualismiin sekä aineen ja energian ekvivalenssiin aineen rakennetta ja rakenneosien dynamiikkaa hallitsevina periaatteina
• syventää kokonaiskuvaa fysiikan kehityksestä ja sen pätevyysalueesta luonnonilmiöiden tulkitsijana.
Keskeiset sisällöt
atomi- ja kvanttifysiikkaa
• sähkömagneettinen säteily, erityisesti valo ja röntgensäteily
• kvantittuminen: viivaspektri, valosähköinen ilmiö, atomin energiatilat ja energiatasokaavio
• säteilyn hiukkasluonne ja hiukkasten aaltoluonne
• atomimallit: rusinakakusta kvanttimekaaniseen malliin ydinfysiikkaa
• atomiytimen rakenne
• radioaktiivisuus ja säteilyturvallisuus
• massan ja energian ekvivalenssi
• ydinreaktiot ja ydinenergia hiukkasfysiikka
• ajan ja kiinnostuksen mukaan
Koulukohtaiset syventävät kurssit
Fysiikan kokonaiskuva (FYV9)
Kurssilla kootaan ja täydennetään edellisillä kursseilla opittuja teorioita ja käytetään niitä sovellustehtävien ratkaisemiseen painottaen opiskelijoiden jatko-opintovalintoihin liittyviä osa-alueita. Harjaannutaan mallintamaan erilaisia tilanteita ja käyttämään laadittuja malleja sovellustehtävien ratkaisemiseen.
Suositetaan opintojen loppuvaiheessa niille oppilaille, jotka aikovat osallistua fysiikan reaalikokeeseen tai hakeutuvat sellaisiin jatko-oppilaitoksiin, joiden pääsykuulusteluun kuuluu fysiikan koe.
Suoritusmerkintä; kurssin menestyksellinen suorittaminen katsotaan eduksi lukion fysiikan oppimäärän päättöarvosanaa annettaessa.
Soveltavat kurssit
Fysiikan tutkimusmenetelmät (FYV10)
Kokeellista työskentelyä ja mittaustulosdatan käsittelyä, erityisesti mittaustulosten graafinen esittäminen ja analysoiminen regressiomalleilla. Työskentely pienryhmissä. Sekä perushahmotukseen liittyviä kvalitatiivisia että riippuvuuksien todentamiseen (lakeihin) liittyviä kvantitatiivisia töitä lähinnä mekaniikasta sekä sähkö- ja valo-opista. Valinnan mukaan myös opiskelijan erityiskiinnostuksen alueilta tehtäviä töitä, esimerkiksi ääniopista tai elektroniikasta. Mahdollisuus myös erikoisprojekteihin.
Harjoitustyöt raportoidaan kirjallisesti. Edellytyksenä on pakollisen kurssin FYP1 suorittaminen. Soveltuu toiseksi fysiikan kurssiksi myös sellaisille opiskelijoille, jotka eivät ole valinneet fysiikan syventäviä kursseja, tai menetelmäkurssiksi fysiikkaan tai yleensä luonnontieteisiin suuntautuville opiskelijoille. Sopii valittavaksi jo ensimmäisen kouluvuoden lopulla.
Suoritusmerkintä; kurssin menestyksellinen suorittaminen katsotaan eduksi lukion fysiikan oppimäärän päättöarvosanaa annettaessa.
|
|
