Fysiikka arjen ilmiöiden selittäjänä

Opetus

4.2.2025

Fysiikka on usein esillä joko teoreettisena ja haastavana oppiaineena tai ylevänä tieteenä, joka ratkoo suuria mysteereitä kuten maailmankaikkeuden rakennetta tai hiukkasten koostumusta. Harvemmin fysiikka on esillä työkaluna tai ajattelutapana, jonka avulla tarkastellaan ympäristöä tai analysoidaan arkisia ilmiöitä. Tällä tavoin fysiikkaa kuitenkin käsitellään Jyväskylän yliopiston uudella MOOC-kurssilla Arjen fysiikkaa. Kurssi tarjoaa myös fysiikan opettajille ideoita arjen ilmiöiden käsittelyyn fysiikan opetuksessa.

Lukion fysiikan opetussuunnitelma sisältää laajasti erilaisia fysiikan aihealueita, kuten mekaniikkaa, termodynamiikkaa, sähkömagnetismia ja modernia fysiikkaa. Nämä aihealueet puolestaan sisältävät paljon erilaisia fysiikan käsitteitä ja teorioita, jotka ovat joskus oppilaille haastavia sisäistää. Haastetta aiheuttaa se, että meillä on käsitteistä ja teorioista hyvin vähän puhdasta ja suoraa kokemusperäistä tietoa.

Usein kokemuksemme ovat suorastaan vastakkaisia siihen mitä fysiikan tunneilla opitaan. Esimerkiksi Newtonin ensimmäisen lain mukaan kappale jatkaa tasaista liikettä ilman siihen kohdistuvia ulkoisia voimia. Kuitenkin arkikokemuksemme mukaan liikkuvat kappaleet tapaavat pysähtyä. Jalkapallon lentoratakin usein poikkeaa merkittävästi siististä paraabelista, jollaisena lentoratoja käsitellään teoreettisesti. Kappaleiden pysähtyminen ja pallojen kierteet johtuvat liikettä vastustavista voimista kuten kitkasta tai ilmanvastuksesta. Havainnot ilmiöistä ovat siis lähes aina monimutkaisempia kuin mitä fysiikan opetuksen mallit voivat niitä kuvata. Oppimateriaaleissa fysiikka ja abstraktit käsitteet kuten voima, energia tai sähkökenttä kyllä kytketään arjen ilmiöihin, mutta niitä idealisoidaan usein äärimmilleen. Idealisointiin liittyy tunnettu vertauskuva fyysikon tekemästä tyhjiössä olevan pyöreän lehmän oletuksesta. [1] Idealisointi on ymmärrettävää, sillä käsitteiden opettaminen ilmiösekamelskan seasta onkin vaikeaa; sivupoluille on liian helppo eksyä.

Meidän mielestämme arjen ilmiöt rikkaine vivahteineen ovat kuitenkin liian herkullinen kokonaisuus jätettäväksi fysiikan opetuksen ulkopuolelle. Ilmiöt resonoivat arkikokemustemme kanssa ja tarjoavat hedelmällisen maaperän fysiikan markkinointiin oppiaineena. Uskomme, että myös monimutkaisia arjen ilmiöitä on mahdollista käsitellä ymmärrettävästi.

Tällä ajatuksella olemme kehittäneet Jyväskylän yliopistossa uuden MOOC-kurssin Arjen fysiikkaa. [2] Kurssilla käsitellään arjen ilmiöitä laajalla skaalalla, lähestymällä niitä lapsenomaisten kysymysten kautta. Mukana on arjen ilmiöiden klassikoita, kuten Putoaako voileipä aina voipuoli alaspäin? Pitääkö kiukaalle heittää lämmintä vai kylmää vettä? Miksi taivas on sininen ja iltarusko punainen? tai Kannattaako sateessa juosta vai kävellä? Lisäksi mukana on paljon uusia ja ajankohtaisia kysymyksiä kuten Miksi johdot ovat aina solmussa? Miksi aurinkolasit päässä ei näe läppärin ruutua? Onko 5G vaarallista? Miten tietokonepelit mallintavat fysiikkaa? tai Miksi LED-lamput ovat energiatehokkaampia kuin hehkulamput? Kaikkiaan kysymyksiä on lähes 30 ja ne on jaettu Keittiö, Harrastukset, Kotona ja Ulkona -teemoihin.

Kuva 1: Kuvankaappaus kurssin oppimisalustalta kysymyksestä Miksi etukyykky on raskaampi?

Pedagogisena ideana oppimateriaalille käytimme aiemmasta Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa yleissivistävästi MOOC-kurssista tuttua ja erinomaista palautetta saanutta kahden henkilön välisen dialogin muotoa. [3] Arjen kysymyksiä lähestytään (opiskelijan esittämällä) kysymyksellä, ja materiaalin edetessä dialogi jatkuu tarkentavilla kysymyksillä. Materiaali sisältää tekstiä, videoita ja vuorovaikutteisia elementtejä.

Kurssi on laajuudeltaan 2 opintopistettä ja se on tarjolla Jyväskylän avoimen yliopiston kautta kaikille avoimesti ja ilmaiseksi. MOOC-kurssin hengessä sitä voi opiskella itsenäisesti ja omaan tahtiin. Kurssi arvioidaan monivalintatenteillä neljässä osiossa. Esitietoina kurssin suorittamiseen riittää lukion oppimäärän osittainenkin läpikäynti, mutta kurssista hyötyvät myös enemmän fysiikkaa lukeneet. Arjen ilmiöitä käsitellään eri tavoilla ja tasoilla; sisältöä on paitsi kepeään iltalukemiseen, myös vaativampaan ja teoreettisempaan makuun. Materiaali on CC-lisensioitua ja hyödynnettävissä lukion opettajille lisämateriaalina arjen ilmiöihin. Kurssi on osa fysiikan perusopintoja Jyväskylän yliopistossa ja kuuluu Jyväskylän yliopiston fysiikan avoimen väylän opintoihin. Kurssin käymällä voi siis aloittaa fysiikan opinnot jo lukiossa tai jopa raottaa fysiikan laitoksen ovia! Kurssin materiaalit tarjoavat myös fysiikan opettajille ideoita arjen ilmiöiden käsittelyyn fysiikan opetuksessa sisällyttämiseksi fysiikan opetukseen.

Toivomme, että kurssin läpikäyneet oivaltaisivat fysiikan merkityksen arjen ilmiöiden selittäjänä. Arjen ilmiöistä itse kukin voi löytää fysiikasta lisäarvoa myös harrastuksiin, oli kyse sitten jalkapallosta, kuntosaliharjoittelusta tai tietokonepeleistä – käytännössä mistä vaan.