5.9 Fysiikka

Fysiikan opetus tukee opiskelijoiden luonnontieteellisen ajattelun sekä maailmankuvan kehittymistä osana monipuolista yleissivistystä. Opetus ohjaa opiskelijaa ymmärtämään fysiikan merkitystä jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa. Opiskelijat kehittävät valmiuksiaan opiskella luonnontieteellisillä ja luonnontieteitä soveltavilla aloilla. Opetuksessa sovelletaan fysiikkaa monipuolisissa tilanteissa, mikä edistää myös opiskelijoiden koulutuksellista yhdenvertaisuutta ja tasa-arvoa. Opetus välittää kuvaa fysiikan merkityksestä kestävän tulevaisuuden rakentamisessa: fysiikkaa tarvitaan uusien teknologisten ratkaisujen kehittämisessä sekä ympäristön ja ihmisten hyvinvoinnin turvaamisessa. Opetus ohjaa opiskelijoita ottamaan vastuuta omasta toiminnastaan sekä ympäristöstä.

Fysiikan opetuksen tuella opiskelijan käsitykset fysiikan käsitteistä rakentuvat, ja opiskelija ymmärtää niitä kvalitatiivisella ja kvantitatiivisella tasolla. Opiskelijoiden aikaisemmat kokemukset, uudet havainnot ja näkökulmat muokkautuvat opiskelijoiden ja opettajien vuorovaikutuksessa johdonmukaiseksi kokonaisuudeksi kohti fysiikan teorioiden mukaista käsitystä ympäröivästä todellisuudesta. Opetus ohjaa luonnontieteille ominaiseen ajatteluun, tiedonhankintaan, tietojen käyttämiseen, ideointiin, vuorovaikutukseen sekä tiedon luotettavuuden ja merkityksen arviointiin. Tieto- ja viestintäteknologiaa käytetään muun muassa mallintamisen välineenä, tutkimusten tekemisessä ja tuotosten laatimisessa.

Fysiikan opetuksen lähtökohtana ovat ympäristöstä tehdyt havainnot. Kokeellisuus eri muodoissaan tukee käsitteiden omaksumista ja ymmärtämistä, tutkimisen taitojen oppimista ja luonnontieteiden luonteen hahmottamista. Opiskelijoiden oma kokeellinen työskentely kehittää työskentelyn ja yhteistyön taitoja, luovaa ja kriittistä ajattelua sekä innostaa opiskelijoita fysiikan opiskeluun. Opiskelun edetessä tutkimisen taidot kehittyvät sekä kokonaisvaltaisesti että kunkin kurssin keskeisten sisältöjen osalta. Kokeellisessa työskentelyssä toimitaan työturvallisuuslainsäädännön mukaisesti.

Opetuksen tavoitteet

Fysiikan opetuksen tavoitteena on, että opiskelija

• saa ohjausta fysiikan osaamisensa tunnistamisessa, omien tavoitteiden asettamisessa, oppimishaasteiden kohtaamisessa ja fysiikan opiskelustrategioiden soveltamisessa
• saa mahdollisuuksia perehtyä fysiikan soveltamiseen monipuolisissa tilanteissa, kuten luonnossa, elinkeinoelämässä, järjestöissä tai tiedeyhteisöissä
• osaa muodostaa kysymyksiä tarkasteltavista ilmiöistä ja kehittää kysymyksiä edelleen tutkimusten, ongelmanratkaisun tai muun toiminnan lähtökohdiksi
• osaa suunnitella ja toteuttaa kokeellisia tutkimuksia yhteistyössä muiden kanssa
• osaa käsitellä, tulkita ja esittää tutkimusten tuloksia sekä arvioida niitä ja koko tutkimusprosessia
• osaa muodostaa, tulkita ja arvioida erilaisia malleja sekä käyttää niitä ilmiöiden kuvaamiseen ja ennusteiden tekemiseen
• osaa käyttää monipuolisia tietolähteitä ja arvioida niitä kriittisesti fysiikan tietojensa avulla
• osaa ilmaista johtopäätöksiä ja näkökulmia fysiikalle ominaisilla tavoilla
• jäsentää käsitystään luonnon rakenteista ja ilmiöistä fysiikan käsitteiden ja periaatteiden avulla
• ymmärtää luonnontieteellisen tiedon luonnetta ja kehittymistä sekä tieteellisiä tapoja tuottaa tietoa
• osaa arvioida fysiikan ja teknologian merkitystä yksilön ja yhteiskunnan kannalta.

Arviointi

Arviointi kohdistuu fysiikan yleisten tavoitteiden saavuttamiseen kurssikohtaisia tavoitteita ja keskeisiä sisältöjä painottaen. Oppimisprosessin aikana annettu arviointi ja palaute tukevat opiskelijaa kehittämään ja tiedostamaan fysiikan osaamistaan. Kurssin arvosanan antaminen perustuu monipuoliseen näyttöön ja opiskelijan käsitteellisten ja menetelmällisten tietojen ja taitojen havainnointiin. Fysiikan tietoja ja niiden soveltamista voidaan osoittaa eri tavoin, kuten selittämällä, graafisesti mallintamalla ja matemaattisia malleja käyttämällä. Erilaisten tuotosten lisäksi voidaan arvioida työskentelyn eri vaiheita, kuten kysymysten muodostamista, ongelmaratkaisuprosessin jäsennettyä kuvaamista ja tutkimisen taitoja. Arvioinnissa otetaan huomioon kokeellisen työskentelyn taidot sekä tiedon hankinnan ja käsittelyn taidot.

Pakollinen arvioidaan joko suoritettu/hylätty, jos on suoritettu vain tämä kurssi tai numeroasteikolla 4–10. Valinnan suorittaa kurssin opiskelija. Valtakunnalliset syventävät kurssit arvioidaan numeroasteikolla 4–10.

Joensuun normaalikoulussa fysiikan kurssit suoritetaan seuraavassa järjestyksessä: 1. vuosi FY1 ja FY2; 2. vuosi FY4, FY5, FY3 ja FY9; 3. vuosi FY6, FY7 ja FY8.​

Pakollinen kurssi

1. Fysiikka luonnontieteenä (FY1)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• saa kokemuksia, jotka herättävät ja syventävät kiinnostusta fysiikkaa ja sen opiskelua kohtaan
• ymmärtää, kuinka luonnontieteellinen tieto rakentuu kokeellisen toiminnan ja siihen kytkeytyvän mallintamisen kautta
• osaa suunnitella ja toteuttaa yksinkertaisia luonnontieteellisiä kokeita
• tutustuu aineen ja maailmankaikkeuden rakenteeseen liittyviin peruskäsitteisiin ja jäsentää käsitystään luonnon perusrakenteista
• osaa käyttää ja soveltaa liikeilmiöiden käsitteitä jokapäiväisen elämän ilmiöissä
• osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa opiskelun tukena.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan merkitys nykyaikana, jatko-opinnoissa ja työelämässä
• tutustuminen perusvuorovaikutuksiin, maailmankaikkeuden rakenteisiin ja syntyyn sekä aineen rakenteeseen
• voima liikkeen muutoksen aiheuttajana ja liikeilmiöt
• tutkimukset ja mallintaminen fysikaalisen tiedon rakentumisessa
• tulosten kerääminen, esittäminen graafisesti ja luotettavuuden arviointi

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

Valtakunnalliset syventävät kurssit

2. Lämpö (FY2)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa lämpöilmiöiden käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• osaa tutkia aineen termodynaamiseen tilaan ja olomuodon muutoksiin liittyviä ilmiöitä
• syventää ymmärrystään energiasta fysiikan keskeisenä käsitteenä
• kehittää valmiuksia osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan päätöksentekoon.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan merkitys energiantuotannon ratkaisuissa ja kestävän tulevaisuuden rakentamisessa
• lämpö ja lämpötila
• kaasujen tilanmuutokset, lämpölaajeneminen ja paine
• kappaleiden lämpeneminen, jäähtyminen, olomuodon muutokset ja lämpöenergia
• mekaaninen työ, teho ja hyötysuhde
• energian säilyminen lämpöopissa ja lämmön siirtymissuunta
• tutkimuksen tai ongelmanratkaisun ideointia ja suunnittelua

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

3. Sähkö (FY3)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa sähköön liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• harjaantuu matemaattisessa mallintamisessa ja suureyhtälöiden käyttämisessä
• osaa tutkia kokeellisesti sähköön liittyviä ilmiöitä ja osaa tehdä sähköopin perusmittauksia
• osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa tutkimusten tekemisessä.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan ja teknologian merkitys jokapäiväisessä elämässä ja yhteiskunnassa
• sähkövirta ja jännite sekä resistanssi ja Ohmin laki
• yksinkertaiset tasavirtapiirit ja Kirchhoffin lait
• sähköteho ja Joulen laki
• kondensaattori, diodi ja LED komponentteina
• sähköstaattinen vuorovaikutus, Coulombin laki ja sähkökenttä
• sähköturvallisuus, kytkentöjen tekeminen ja virtapiirien tutkiminen

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

4. Voima ja liike (FY4)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa voiman ja liikkeen käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• ymmärtää säilymislakien merkityksen fysiikassa
• osaa tutkia kokeellisesti voimaan ja liikkeeseen liittyviä ilmiöitä
• harjaantuu graafisten esitysten käyttämisessä ja tuottamisessa.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan merkitys yksilön ja yhteiskunnan turvallisuudelle
• vuorovaikutus liikkeen muutoksen syynä, tasainen ja tasaisesti kiihtyvä suoraviivainen liike
• Newtonin lait, voimakuvio ja voimien yhteisvaikutus
• etä- ja kosketusvoimia: paino, kitka, noste ja kvalitatiivisesti väliaineen vastus
• liikeyhtälö
• momentti ja tasapaino pyörimisen suhteen yksinkertaisissa tilanteissa
• liikemäärän säilymislaki, impulssiperiaate ja yksiulotteiset törmäykset
• liike- ja potentiaalienergia sekä mekaanisen energian säilymislaki
• mallien käyttäminen ja muodostaminen sekä niiden rajoitukset ja puutteet

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

5. Jaksollinen liike ja aallot (FY5)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa jaksollisen liikkeen ja aaltojen käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• perehtyy värähdys- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä ja ääntä
• osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa mallintamisen välineenä.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan merkitys lääketieteessä ja musiikissa
• tasainen ympyräliike
• gravitaatiovuorovaikutus
• harmoninen voima ja värähdysliike
• aaltoliikkeen synty ja aaltojen eteneminen
• aaltoliikkeen heijastuminen, taittuminen, diffraktio, interferenssi ja seisovat aallot
• ääni aaltoliikeilmiönä
• mallien ja simulaatioiden suhde todellisuuteen

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

6. Sähkömagnetismi (FY6)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa sähkömagnetismiin ja valoon liittyviä käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• osaa käyttää tieto- ja viestintäteknologiaa tuotosten muodostamisessa
• harjaantuu ilmaisemaan itseään fysiikalle ominaisilla tavoilla ja analysoimaan eri tietolähteiden argumentointia.

Keskeiset sisällöt

• fysiikan merkitys energia- ja viestintäteknologiassa
• magnetismi, magneettinen vuorovaikutus ja magneettikenttä
• varatun hiukkasen liike sähkö- ja magneettikentässä
• sähkömagneettinen induktio, magneettivuo, induktiolaki ja Lenzin laki
• generaattori, muuntaja, vaihtovirran synty ja energian siirto sähkövirran avulla
• sähkömagneettisen säteilyn spektri, valon heijastuminen, taittuminen, interferenssi ja diffraktio
• tutkimuksen tai ongelmanratkaisuprosessin jäsennetty kuvaaminen

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).

7. Aine ja säteily (FY7)

Tavoitteet

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija

• osaa käyttää ja soveltaa aineen ja säteilyn käsitteitä jokapäiväisen elämän, ympäristön, yhteiskunnan ja teknologian ilmiöissä
• syventää kokonaiskuvaa fysiikasta aineen ja maailmankaikkeuden rakennetta selittävänä tieteenä.

Keskeiset sisällöt

• näkökulmia fysiikan ja kosmologian kehittymiseen
• energian kvantittuminen
• sähkömagneettisen säteilyn kvantittuminen ja fotonit
• aaltohiukkasdualismi
• atomiytimen rakenne
• ydinreaktiot, ydinenergia, ytimen sidosenergia sekä energian ja massan ekvivalenssi
• radioaktiivisuus ja hajoamislaki
• säteilyturvallisuus ja säteilyn hyötykäyttö
• tiedonhankinta, esittäminen ja arviointi

Kurssi arvioidaan numerolla (4–10).


Huom. Fysiikan kurssit suoritetaan seuraavassa järjestyksessä: 1. vuosi FY1 ja FY2; 2. vuosi FY4, FY5, FY3 ja FY9; 3. vuosi FY6, FY7 ja FY8.​


Paikalliset soveltavat kurssit

8. Fysiikan kertauskurssi (FY8)

Tavoitteena on, että opiskelija saa kokonaiskuvan fysiikan eri osa-alueista. Tehtävien ratkaisuperiaatteissa korostetaan yleisiä toimintamalleja. Sisältönä on jäsentää, syventää ja täsmentää tietoja, joita on saatu aikaisempien kurssien klassisen fysiikan tietokokonaisuudesta ja merkityksestä, sekä muodostaa yleiskuva fysiikan suurista säilymislaeista luonnontieteiden keskeisinä, läpäisevinä käsitteinä.

Kurssin arviointi: suoritettu/hylätty.

9. Laborointikurssi (FY9)

Tavoitteena on, että opiskelija perehtyy kurssilla fysiikan menetelmään, johon kuuluu mittaaminen ja luonnonlakien etsiminen saaduista tuloksista. Mittauksissa käytetään pääasiassa tietokonepohjaista LoggerPro-mittauslaitteistoa. Tuloksia käsitellään myös taulukkolaskennan (Excel) avulla ja ne raportoidaan lopulliseen muotoon WORD-ohjelmalla.

Tarkasteltavat ilmiöt kuuluvat mm. mekaniikkaan, energiaan, lämpöön, valoon ja sähköön eli kursseihin jotka on tätä kurssia ennen suoritettu. Töissä keskitytään käytännönläheisiin aiheisiin. Mittauksissa koetellaan varsinkin saadun lain pätevyysaluetta.

Kurssilla suoritetut työt tehdään työpareina. Kurssin arvosana muodostuu pääosin työselosteista. Käytännön työskentely ja osallistumisaktiivisuus vaikuttavat myös arviointiin.

Kurssin arviointi: suoritettu/hylätty.

10. Hiukkasfysiikan kurssi (FY10)

Kurssilla käsitellään hiukkasfysiikan historiaa ja sen teoreettista perustaa, niin kutsuttua standardimallia. Tällöin tarkasteltavina ovat luonnon perushiukkaset: kvarkit ja elektronin kaltaiset ns. leptonit sekä sähkömagneettisen, heikon ja vahvan vuorovaikutuksen välittäjähiukkaset. Kurssilla tarkastellaan myös hiukkasten hajoamis- ja törmäysreaktioiden periaatteita perusvuorovaikutusten kautta. Lisäksi kurssilla käsitellään kiihdytintekniikkaa ja hiukkasilmaisimien toimintaa ennen ja nyt.

Osana kurssin suoritusta on kolmen päivän kurssi hiukkasfysiikan tutkimuslaitoksessa CERNissä, Sveitsissä. Kurssin lopuksi tehdään vapaavalintaisesta hiukkasfysiikkaan liittyvästä aiheesta pienimuotoinen tutkielma.

Kurssin arviointi: suoritettu/hylätty.