Ksityksi liikkeest ja voimasta Kalle Juuti Soveltavan kasvatustieteen

Käsityksiä liikkeestä ja voimasta Kalle Juuti Soveltavan kasvatustieteen laitos Mirror/Gisel Hanke 22. 4. 2004 1

Koulutusiltapäivän sisältö • • • 22. 4. 2004 Väitekortit Opetussuunnitelma Oppilaiden käsityksiä liikkeestä Newtonin mekaniikka Väitekorttien ”vastaukset” Oppilastöihin tutustuminen 2

Opetussuunnitelman perusteet TAVOITTEET Oppilas oppii • • tekemään havaintoja ja mittauksia, tekemään käyttämään johtopäätöksiä yksinkertaisia luonnontieteellisen työskentelemään ja liikkumaan • ymmärtämään päihde- ja etsimään tietoa tutkittavasta havainnoistaan luonnontieteellisiä tiedon kuvailemisessa, mittauksistaan kokeita, vertailussa joissasekä ja turvallisesti itseään ja ympäristöään vaikuteaineidenjavaarallisuuden kohteesta pohtimaan tiedon ja tunnistamaan selvitetään luokittelussa ilmiöiden, fysiikan luonnon ja eliöiden, ilmiöihin kemian suojellen sekä noudattamaan luotettavuutta kappaleiden aineiden alaan kuuluvia jaohjeita kappaleiden ominaisuuksiin käsitteitä liittyviä annettuja syy-seuraussuhteita ominaisuuksia sekä niiden välisiä riippuvuuksia 22. 4. 2004 3

…perusteet KESKEISET SISÄLLÖT • Energia ja sähkö • Luonnon rakenteet – Maan vetovoima ja kitka sekä voimista aiheutuvia liike- ja tasapainoilmiöitä – turvallinen liikkuminen ja tapaturmien ehkäiseminen • Aineet ympärillämme 22. 4. 2004 4

Skeemat liikeilmiöistä 1. Kappaleet liikkuvat yhtenäisiä ratoja 2. Kaksi kappaletta ei ole yhtä aikaa samassa paikassa 3. Kappaleet putoavat alaspäin, jos niitä ei tueta 4. Kappaleet eivät muuta liikettään spontaanisti 22. 4. 2004 5

Liike (nopeus) Kappaleen ominaisuus Normaalisti ei tule ajatelleeksi, että kaikki liike koetaan suhteessa Maahan. vai Havainnoidaan vain osaa kokonaisuudesta (miksi junassa voi heitellä esinettä ylöspäin ja saa sen helposti kiinni? ) kuka havainnoi? Kappaleen ja ympäristön muodostama ilmiö 22. 4. 2004 6

Taustaoletuksia Skeema Newtonilainen oletus 1 Liikutettavat kappaleet Keho, joka liikuttaa Maa, joka ei liiku Kaikki oliot voidaan idealisoida jäykiksi kappaleiksi (kuula, rautakanki, ”pyöreä lehmä”) 2 Ylös – alas-suunta on ensisijainen. Aika määrittyy kokijan mukaan Aika ja avaruus ovat sama kaikille havaitsijoille, ei ensisijaista suuntaa tai paikkaa 3 Kaiken havainnoinnin perusta on liikkumattomalla maalla oleva keho Havainnoinnin perusta (koordinaatisto) voidaan valita mielivaltaisesti 22. 4. 2004 7

Voima Sana voima kielenkäytössä • Onpa hän voimakas • Tuleepa vesi voimalla hanasta • Mikä täällä haisee noin voimakkaasti • Olkoon voima kanssasi • …. • Voimasta puhutaan kun tarkoitetaan energiaa (elävä voima), tehokkuutta, potentiaa, … Käsite voima fysiikan eriytyneessä kielenkäytössä muutosta • Selittää liikkeen • Kuvaa kahden osapuolen välistä vuorovaikutusta 22. 4. 2004 8

Käsityksiä voimasta Kompromissimalli Impetus: voima, teho, energia tms. , joka ylläpitää liikettä. Kappaleen Aktiivinen liikkuessavoima: impetus valuu Aktiivisempi kappaleesta ja(keho, liike moottori, Dominanssi: pysäthtyytai muu liikuttaja) synnyttää liikettä Vuorovaikutuksessa suurempi, massiivisempi tai muuten aktiivisempi kohdistaa suuremman voiman 22. 4. 2004 Newtonin laki I: Vuorovaikutuksesta vapaan kappaleen liike ei muutu II: Liikkeen muuttamiseksi tarvitaan voima. Liikkeen muutos (kiihtyvyys) riippuu III: Vuorovaikuttavat vuorovaikutuksen kappaleet kokevat yhtä suuruudesta suuret mutta(voima) ja kappaleen hitaudesta (massa) vastakkaissuuntaiset voimat 9

Havainto ja sen selitys • Havaitaan liikkeen muutos • Liikkeen muutos selitetään voimalla • Liikkeen muutos (kiihtyvyys) riippuu vuorovaikutuksen voimakkuudesta (voima) ja vuorovaikuttavien kappaleiden hitaudesta (massa) 22. 4. 2004 10

Vuorovaikutuksen osapuolet KAPPALE VUOROVAIKUTUS Massa Voima LIIKKEEN MUUTOS Kiihtyvyys 22. 4. 2004 11

Liikeilmiöiden selittäminen Miksi pallo liikkuu potkun jälkeen, vaikka siihen ei enää kosketeta? Kumpi kohdistaa voiman? Raketti liikkuu avaruudessa? Miten pulkka liikkuu, jos naru katkeaa? Tarkastellaan vuorovaikutuksia 22. 4. 2004 Entä putoaminen ? osapuolet 12

Tärkeää koulussa saada oppilaat • huomaamaan ajattelutapansa • keskustelemaan kokemuksistaan • saamaan monipuolisia kokemuksia (oppilaiden välinen tasa-arvo) • tutkimaan syy – seuraussuhteita (ei pelkästään tuttuja tai vieraita ilmiöitä) • puhumaan täsmällisillä termeillä 22. 4. 2004 13

Astel ympäristö • Nettisivut – – Kertomukset Teoria ja tutkimukset Fysiikka ympärillä Pelit ja tehtävät Opettajalle opetuspolku: • osion tavoitteet • keskeiset sisällöt • oppitunnin eteneminen • Yksinkertaiset välineet – Miten varmistetaan, että kaikki pääsevät tekemään tutkimuksia ja kirjoittamaan raportteja? Yhteistoiminnalliset työtavat: kaksi paria yhteen 22. 4. 2004 14

Kiitos Kalle Juuti KL, tutkija Helsingin yliopisto, Soveltavan kasvatustieteen laitos kalle. juuti@helsinki. fi www. edu. helsinki. fi/astel Aristoteles Tessaloniki, Kreikka 22. 4. 2004 15