Fysiikka

Kurssikuvaus

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.

Kurssit

Kurssi 1: Fysiikka luonnontieteenä (pakollinen) FY1

 

Tutustutaan fysiikan merkitykseen historian eri vaiheissa ja nykyaikana. Selvitetään aineen ja maailmankaikkeuden rakenteet ja perusvuorovaikutukset. Tarkastellaan energian sitoutumista ja vapautumista luonnon ja ihmisen aikaansaamissa prosesseissa. Huomioidaan kokeellisuus ja mallintaminen perustana fysikaalisen tiedon rakentumisessa, mukaan lukien mittaaminen, tulosten esittäminen ja niiden luotettavuuden arviointi. Ymmärretään voima liikkeen muutoksen aiheuttajana. Esitetään liikkeen kuvaamisessa tarvittavat peruskäsitteet ja liikkeen graafinen esitys.

 

Kurssi 2: Lämpö (syventävä) FY2

Esitetään lämpöön liittyvät ilmiöt. Tutkitaan aineen termodynaamiseen tilaan ja lämpöopin pääsääntöihin liittyviä ilmiöitä. Keskeisiä sisältöjä ovat kaasujen tilanmuutokset ja lämpölaajeneminen, paine, hydrostaattinen paine, kappaleiden lämpeneminen, jäähtyminen, olomuodon muutokset ja lämpöenergia, mekaaninen energia, työ, teho ja hyötysuhde, lämpöopin pääsäännöt, sisäenergia sekä energiavarat. Opiskelija saa valmiudet osallistua ympäristöä ja teknologiaa koskevaan keskusteluun ja päätöksentekoon.

 

Kurssi 3: Aallot (syventävä) FY3

Opiskelija saa yleiskuvan jaksollisista ilmiöistä ja niiden periaatteista. Perehdytään värähdys- ja aaltoliikkeen perusteisiin tutkimalla mekaanista värähtelyä, ääntä tai sähkömagneettisia aaltoja. Keskeisiä sisältöjä harmoninen voima ja värähdysliike, aaltoliikkeen synty ja aaltojen eteneminen, aaltoliikkeen interferenssi, diffraktio ja polarisoituminen, heijastuminen, taittuminen ja kokonaisheijastuminen, valo, peilit ja linssit sekä ääni, melun terveysvaikutukset ja kovalta ääneltä suojautuminen.

 

Kurssi 4: Liikkeen lait (syventävä) FY4

Tutkitaan liikkeeseen liittyviä ilmiöitä ja käsitellään niitä selvittäviä malleja. Tutkitaan etenemisliikkeeseen liittyviä ilmiöitä ja selvitetään säilymislakien merkitys 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 ja värähdysliikkeen energia.

 

Kurssi 5: Pyöriminen ja gravitaatio (syventävä) FY5

Syvennetään osaamista mekaniikassa sekä statiikkaan ja pyörimiseen liittyvien ilmiöiden laskennallista hallintaa. Keskeisiä sisältöjä momentti ja tasapaino pyörimisen suhteen, pyörimisliikkeen mallit, tasainen ja tasaisesti kiihtyvä pyörimisliike, pyörimisen liikeyhtälö, pyörimisliikkeen säilyminen, pyörimisliikkeen energia, ympyräliike ja ympyrällinen kiihtyvyys, gravitaatio ja gravitaation alainen liike, heittoliike ja planeettojen liike sekä satelliitit ja niiden käyttö.

 

Kurssi 6: Sähkö (syventävä) FY6

Tutkitaan sähköön liittyviä peruskäsitteitä ja mittaustekniikkaa. Tavoitteena oppia tekemään sähköopin perusmittauksia sekä rakentaa ja tutkia yksinkertaisia virtapiirejä. Keskeisiä sisälröjä 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 sekä sähkövirran kulku puolijohteessa, esimerkkinä diodi.

 

Kurssi 7: Sähkömagnetismi (syventävä) FY7

Syvennetään tuntemusta sähkömagneettisista ilmiöistä, perehdytään sähköturvallisuuteen ja syvennetään tuntemusta sähkömagneettisten ilmiöiden merkityksestä yhteiskunnassa. Keskeisiä sisältöjä magneettinen voima, magneettikenttä ja aine magneettikentässä, varattu hiukkanen homogeenisessa sähkö- ja magneettikentässä, induktiolaki ja Lenzin laki, pyörrevirrat, generaattori ja itseinduktio, energian siirto sähkövirran avulla, tehollisen jännitteen ja sähkövirran mittaaminen sekä impedanssin taajuusriippuvuuden määrittäminen, värähtelypiiri ja antenni, sähkömagneettinen viestintä, sähköturvallisuus ja energiateollisuus.

 

Kurssi 8: Aine ja säteily (syventävä) FY8

Tutkitaan kvantittumista, dualismia sekä aineen ja energian ekvivalenssia aineen rakennetta ja rakenneosien dynamiikkaa hallitsevina periaatteina. Syvennetään kokonaiskuvaa fysiikan kehityksestä. Keskeisiä sisältöjä sähkömagneettinen säteily, röntgensäteily, mustan kappaleen säteily, valosähköilmiö, säteilyn hiukkasluonne ja hiukkasten aaltoluonne, atomimallit esimerkkinä Bohrin atomimalli, kvantittuminen, viivaspektri, atomin energiatilat ja energiatasokaavio, atomiytimen rakenne, radioaktiivisuus ja säteilyturvallisuus, massan ja energian ekvivalenssi, ydinreaktiot ja ydinenergia sekä aineen pienimmät osaset ja niiden luokittelu.

 

Kurssi 9: Fysiikan ja kemian kertaava ja eheyttävä kurssi (soveltava) FY9

Fysiikka: säilymislait ja vuorovaikutukset, kentät, liike, tasapaino, valon kulku, termodynamiikka, sähkö, moderni fysiikka ja energian tuottamisen fysikaalinen perusta.

Kemia: reaktiotyypit, reaktioyhtälöiden kirjoittaminen, isomeria ja stoikiometriset laskut.

 

Kurssi 10: Cernin tiedeleirikurssi (soveltava) FY10

Kurssilla valmistaudutaan Cernin hiukkasfysiikan laitokseen tehtävään vierailuun.