FY8 Aine, säteily ja kvantittuminen (2 op)

Opintojaksolla perehdytään kvanttifysiikan käsitteelliseen ja teoreettiseen rakenteeseen sekä niiden kokeelliseen pohjaan. Keskeistä on aineen rakenne ja perusvuorovaikutukset sekä se, miten nämä vaikuttavat aineen ominaisuuksiin. Opintojakso käsittelee kvanttifysiikan teknologisia sovelluksia sekä sitä, miten kvanttifysiikka ilmenee alkeishiukkastason ilmiöistä nanomittakaavaan ja aina kosmisen mittakaavan ilmiöihin saakka. Tarkastelun kohteena ovat myös erilaiset radioaktiiviseen hajoamiseen, ionisoivaan säteilyyn ja kvantittumiseen perustuvat teknologiat.


Yleiset tavoitteet

Opintojakson tavoitteena on, että opiskelija
  • tuntee ionisoivan säteilyn vaikutukset ja tutustuu säteilyn turvalliseen käyttöön
  • tutustuu kvanttifysiikkaan perustuvaan maailmankuvaan alkeishiukkasfysiikasta kosmologiaan
  • ymmärtää kvantittumiseen perustuvan teknologian merkityksen nyky-yhteiskunnassa.


Keskeiset sisällöt

  • energian kvantittuminen aineen ja säteilyn vuorovaikutuksessa
  • fotoni sähkömagneettisen säteilykentän kvanttina
  • atomin rakenne, atomin elektronien kvanttitilat ja aaltomekaanisen atomimallin periaate
  • kvantittumiseen perustuva teknologia: laser ja kvanttirakenteet
  • atomiytimen rakenne ja muutokset, radioaktiivinen hajoaminen
  • ydinreaktiot, massan ja energian ekvivalenssi, ytimen sidosenergia
  • ydinvoima, fissio ja fuusio
  • hajoamislaki
  • ionisoivan säteilyn lajit ja biologiset vaikutukset sekä soveltaminen lääketieteessä ja teknologiassa
  • hiukkasfysiikan standardimalli
  • maailmankaikkeuden kehitys
Opintojakson keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavissa temaattisissa yhteyksissä: säteilyturvallisuus, säteilyn käyttö lääketieteessä, ilmastonmuutos ja kasvihuoneilmiö.

Keskeisiä sisältöjä voidaan tarkastella esimerkiksi seuraavilla kokeilla: spektrin mittaaminen, spektrin muutoksen tarkastelu fluoresenssi-ilmiössä, mittaukset laser-diodeilla ja opintojakson aihepiiriin liittyvät simulaatiot.

Opiskelija harjoittelee opintojakson aikana seuraavia taitoja:

TVT-taidot
  • piirto-ohjelmien tarkoituksenmukainen käyttö
  • eksponenttifunktion sovittaminen
  • simulaatioiden käyttö


Laaja-alainen osaaminen

Laaja-alaisen osaamisen tavoitteista tällä opintojaksolla painottuvat hyvinvointiosaaminen sekä monitieteellinen ja luova osaaminen. Monitieteellistä ja luovaa osaamista arvioidaan opiskelijan kykynä ymmärtää tieteenalan kehitystä. Hyvinvointiosaamista arvioidaan kykynä ymmärtää säteilyn merkitys terveydenhoidossa.


Arviointi

Opintojaksolla toteutetaan sekä formatiivista että summatiivista arviointia painottaen opintojakson keskeisiä tavoitteita ja sisältöjä. Formatiivinen arviointi on lähinnä opiskelijaa opinnoissa eteenpäin, tavoitteiden saavuttamista kohti auttavaa, ei-dokumentoitavaa palautetta. Opiskelijan oppimista ja laaja-alaisen osaamisen kehittymistä tuetaan opintojakson aikana antamalla palautetta esimerkiksi opiskelijan työskentelystä vuorovaikutustilanteissa tai kriittiseen tiedonhakuun liittyvissä tehtävissä. Opiskelun aikaisen palautteen tarkoituksena on ohjata opiskelijaa tulemaan tietoiseksi työskentelytavoistaan ja vuorovaikutustaidoistaan esimerkiksi ongelmanratkaisutehtävän yhteydessä. Summatiivinen arviointi koostuu esimerkiksi opiskelijan tuotoksista ja/tai tavoitteisiin pohjautuvaa osaamista mittaavista kokeista saaduista arvosanoista.
 
Arvosanan antaminen perustuu opiskelijan käsitteelliseen osaamiseen, kokonaisuuksien hallintaan ja työskentelyn monipuoliseen havainnointiin. Opintojakso arvioidaan numeerisesti asteikolla 4–10.