Fysiikka on vallankumouksellista
Minua pyydettiin Ylelle kolumni fysiikan kouluopetuksesta. Tuloksena on tämä toimituksen otsikolla ”Opetetaanko koulussa fysiikkaa väärin? – Syksy Räsänen: “Opetuksen sisältö on enimmäkseen jäänyt 1800-luvulle”” varustama kirjoitus. Se päättyy näin:
Siinä missä luonnontieteen sovellukset avaavat pakoreitin ihmiskunnan painajaismaisesta historiasta ja muokkaavat inhimillistä kulttuuria yhä nopeammin, sen löydöt avaavat ainutlaatuisen näkymän todellisuuteen arkikokemuksen tuolle puolen.
Fysiikka ei vain tuota verrattomia teknologisen kehityksen ja yhteiskunnallisen muutoksen siemeniä, se on itsessään arvokas osa ihmiskunnan perintöä. Kertokaamme siitä sen mukaisesti.
Hyvä Syksy Räsänen
Esität kritiikkiä fysiikan kouluopetuksesta. Olen opettajana lukiossa, enkä voi ymmärtää näkemyksiäsi fysiikan opetuksesta. Olen täysin eri mieltä. Väittely ei kuitenkaan johda mihinkään, joten ehdotan, että tuotat lukion fysiikan opetukseen jotain, jolla on merkitystä.
Kritisoit, että opetus on jumittunut historiaan. Voisit ehkä kertoa, mitä on fysiikka, jota sinun mielestäsi tulisi oppilaille opettaa. Kursseja on seitsemän; kuusi tosi vanhaa fysiikkaa, ja seitsemäs 1900-luvun alusta.
Kerrohan muutokset.
Kerrot, että ”Avaruus kehittyy ajassa ja aika kulkee eri tavalla aineesta riippuen.” Olisin kiinnostunut kuulemaan, miten opetat lukiolaisille, tai kenelle tahansa, ajan kulkua ja sen riippuvuutta aineesta. Pitäisikö siitä osata jälkeenpäin jotain? Kerropa hyvä kysymys, jolla osaamista voisi mitata osaamista, vai onko se tarpeen?
Missä on Räsänen (/ Enqvist) julistuksen tuottama oppimateriaali lukiolaisille?
Tehkää jotain; me muut emme voi osata.
(p.s. Kari Enqvist valitti samasta aiheesta 7v sitten. Toki kun vaan valittaa, ei tartte tehdä mitään)
Matti
Sitä mikä on modernissa fysiikassa mielestäni oleellista opetettavaa, ja miten sitä voi käydä läpi, voi katsoa esimerkiksi kurssini Fysiikkaa runoilijoille materiaalista. (Lukiokurssien rakenne on toki erilainen.)
http://www.courses.physics.helsinki.fi/teor/run/
On myös syytä huomata, että en kirjoittanut oppimateriaalista, vaan opetussuunnitelmasta.
Kiitos vastauksestasi. Luin luentodiat läpi, ja ne tarjoavat varmasti osaavan esittäjän myötä laajan kuvan siitä, mitä fysiikka on. Tämän tyyppinen johdattelu fysiikan merkitykseen sisältyy ymmärtääkseni opetussuunnitelmaan ”Opetus ohjaa opiskelijaa ymmärtämään fysiikan merkitystä jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa”, (ops)
Silti vaikkapa yleisen suhteellisuusteorian sisällyttäminen fysiikan keskeisiin sisältöihin ei mielestäni ole järkevä ratkaisu, eikä sille voi varata kovinkaan paljoa aikaa. Lukiossa aiheesta ei varmaankaan päästäisi lauseesta ”Jos olet painottomana hississä, mistä tiedät oletko avaruudessa vai onko vaijeri vain katkennut?” (Räsäsen luentomoniste) paljoa pidemmälle.
Vaadit suhteellisuusteoriaa ja kvanttifysiikkaa kouluopetukseen. Tarkoitin kommentillani tekemättömyydestä täsmällisyyden puutetta. Vaatimusta ”suhteellisuusteoriaa koulufysiikkaan” voisi kenties täsmentää. Olisi hyvä kuulla miten monta tuntia/kurssia tälle varattaisiin aikaa. Käsittääkseni oma kurssisi sisältää 7x4h luentoja, mikä vastaa miltei yhtä lukiokurssia. Olisiko sisältöinä samankaltainen setti, mitä omissa luennoissasi? Mitä opiskelijan tulisi tämän opintojakson jälkeen osata?
Kirjoitin Ylen tekstissäni seuraavasti:
”Opetushallituksen peruskoulun ja lukion opetussuunnitelmien mukaan fysiikan opetuksen yksi tavoite on auttaa ymmärtämään fysiikan merkitystä ”jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa” niistä tehtyjen havaintojen pohjalta. Tämä on tärkeää, mutta asiassa on toinenkin puoli: moderni fysiikka on osoittanut, että arjen havaintojen perusteella muodostettu käsitys maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen.
[…]
Opetussuunnitelmassa mainitaan luonnontieteellisen ajattelun ja maailmankuvan kehittymisen tukeminen. Modernia fysiikkaa kuitenkin kohdellaan vain pienenä lisänä yli sata vuotta vanhaan tietoon. Tämä vaikeuttaa sekä fysiikan maailmasta paljastaman kuvan että nykyteknologian perustan ymmärtämistä.”
En rupea blogin kommenteissa laatimaan opetussuunnitelmaa uusiksi, se vaatisi enemmän paneutumista.
Enqvistin olen kuullut puhuvan täydelle auditoriolle modernin fysiikan perusasioista – mielestäni elävästi, vertaillen. Uskoisin, että juuri sitä tasoa että nappaa lukiolaisella.
Jos fysiikka on kouluopetuksessa jäänyt 1800-luvulle, on ymmärrys uskoinnoista yhä 1600-luvun kirkollisen dogmatismin vanki.
Entä historia, uskonnon tavoin kiitettävä seisoi lukion päästötodistuksessa – mutta itse piti mm. arabismin vaikutus Euroopan valitukseen hakea lähteinen.
Miksi?
Kannattaa muistaa fysiikkaakin opetettaessa tämä Stanisław Lemin kuolematon aforismi:
”Monta asiaa olisin oppinut, ellei niitä olisi minulle opetettu.”
Lisää aforismeja löytyy ao. linkistä:
http://www.helsinki.fi/~aannila/arto/aforismeja.pdf
Uusien opetussuunnitelmien prinsiippeihin kuuluu ilmiöperusteinen oppimiskäsitys. Vaikka tuossa suunnitelmassa on pääosin kyse peruskoulusta ja siitä kuinka ilmiöiden kautta voidaan omaksua perustietoa nopemmin, kyllä sitä on tarkoitus lukioihin ja niiden syventävämpään sisältöönkin soveltaa.
Esimerkiksi koordinaatistovalinnasta ja ekvivalenssiperiaatteesta voisi rakentaa ilmiöitä, joissa havaintoja esitetään vain vapaan putoamisen koordinaatistossa. Maanpinta käsitetään silloin samalla romahtavan ja samalla toisiaan puskevan aineksen tilalliseksi tasapainoksi. Koska romahtava aines on vapassa pudotuksessa, sen perusteella se ei koe voimia, mutta pusku on aineksen välinen vuorovaikutus ja jää todelliseksi fysikaaliseksi ilmiöksi – siis siksi sohvatyyny puskee juovat poskeesi päivätorkuilla ja heliumpallo pyrkii korkeuksiin; maanpinta ja ilmakehä itseiskiihtyy jatkuvasti ylöspäin…
Hei, olen pääosin samaa mieltä fysiikan opetuksesta, se vosi valmentaa paremmin modernin maailmankuvan omaksumisessa. Toki sillä varauksella, että fysiikka on rakentunutja rakentuu edelleen vanhan päälle. Minusta korjattavaa olisi myös tekniikan opetuksessa. Turhan vahvasti tekniikka esitetään fysiikan sovelluksena. Se on minusta kulttuurihistoriallisesti ja myös faktisesti epätarkaa. Tekniikka on minusta erillinen asia. Lämpöoppi ei tuottanut voimakoneita – mutta totta, auttoi myöhemmin ymmärtämään niitä. Fysiikka ei myöskään tuottanut hehkulamppua, joka on säteilylain sovellus. Sen sijaan lähes tyhjäksi pumpatuilla hehkulampun kuvuilla leikkiminen tuotti havaintoja, jotka luultavasti vaikuttivat kvantti-ilmiöiden tutkimukseen. Nämä on toki äärimmäisiä esimerkkejä, mutta ehkä havainnollisravat, että teknukan ja fysiikan vuorovaikutus on kaksisuuntainen tie. Tekniikan esittäminen fysiikan sovellukena tuotaa myös fyysikoille tarpeetomia ja vahingollisia paineita tuottaa hyödyllisiä sovelluksia. Lopuksi, haluaisin samaan opetuspakettiin myös filosofian. Nykyisin filosofian ajatellaan olevan jonkinlaista etiikan opetusta. Minusta turhaan, koska etiikka on joka tapaksessa ihmisyyden ytimessä. Minusta filosofia pitäisi ottaa mukaan, koska se voisi valottaa asioiden ymmärtämisen eri muotoja, oli se sitten fysiikkaa, luontoa ai jotain muuta.
Pahoittelen lukemattomia kirjoitusvirheitä, en malttanut laittaa lukulaseja päähän. Ja täsmennän, että en mitenkään kiistä, etteikö uusi fysiikka olisi myös vallankumouksellista- Sikäli kun yhtään ymmärrän, kyllä se on!
Räsänen: ”Tämä on tärkeää, mutta asiassa on toinenkin puoli: moderni fysiikka on osoittanut, että arjen havaintojen perusteella muodostettu käsitys maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen”.
Syksy Räsänen iskee tässä tärkeään asiaan. ”Arjen havaintojen pohjalta” on esim mahdotonta mieltää valtavasti kasvaneen/kasvavan nykyteknologian jokapäiväisiä ”härpäkkeitä” (jotka perustuvat kvanttifysiikkaan) edes auttavasti. Minusta tämä on suuri aukko nimenomaan yleissivistyksessä. Kun moderni trendi on vain kasvava, niin olisi suuri vahinko, jos perusymmärrys näistä suodaan vain yliopistoissa fysiikkaa lukeneille.
Kyllä näin on marjat! Lukion fysiikan tunneilla tulisi käydä oppilaiden kanssa runolliseen sävyyn dialogia fysiikan luonteesta ja niistä ensimmäisistä periaatteista, joiden avulla kaikki havaitut asiat voidaan selittää. Myös jännittävät spekulatiiviset teoriat auttavat pitämään nykynuorison mielenkiintoa yllä eikä tyttöjäkään tulisi kiusata turhalla matematiikalla.
Sitten ylppäreitten jälkeen nämä itseään totaalisen täynnä olevat wanna-be-einsteinit kokoontuvat laajan fysiikan luentosaliin opiskelemaan… Newtonin mekaniikkaa(?), Maxwellin yhtälöitä(?!), statistista termodynamiikkaa(?!!),…
Ehkä joskus tulevaisuudessa saamme lukea kolumneja siitä, miten fysiikan yliopisto-opetuksen sisältö on jäänyt aivan liiaksi 1800-luvulle.
Kritiikkisi osuu. Opetettavien ilmiöiden tulee olla käsitettäviä. Tieteen filosofiaa tangentoi se mikä on antanut uusimmat toimivat teoriat: näkökulman vaihto.
Modernissa fysiikassa on useita aiheita perehdyttää kuinka näkökulman vaihdos voi vaihtaa vallitsevaa paradigmaa. Nämä ilmiöt täytyy periaatteineen vain saattaa kouluttautujien tasolle – koordinaatiston vaihdon esimerkilläni tavoittelin näkökulman vaihdon konkretiaa kuinka esim. satelliittiradalla vapaasti putoava tarkkailija putoavassa koordinaatistossa kokee avaruuden kaarevoittavan suoraa liikerataansa suhteessa romahduskeskiöön…
Toinen esimerkki kvanttimekaniikan tai astrofysiikan piiristä olisivat tarkentuneiden havaintojen pakottamat näkökulman vaihdokset.
Ylen sivuilla oleva juttu ”Opetetaanko fysiikkaa väärin” on tärkeä puheenvuoro. Se ansaitsee täyden huomion sekä opettajien että opetussuunnitelmien perusteita kirjoittavien piirissä. Lukion fysiikan suurimmat aukot ovat jo pitkään olleet modernin fysiikan kohdalla. Onneksi opettajalla on ollut pitkälle menevä pedagoginen vapaus. Suhteellisuusteorioita ja hiukkasfysiikkaa Cernin kiihdyttimet ja Feynmannin diagrammit mukaan luettuina on saanut opettaa modernin fysiikan kurssissa on edellistenkin opetussuunnitelmanperusteiden aikana, jos siihen ei ole kukaan ulkopuolinen puuttunut. Kaiken lisäksi nämä asiat kiinnostavat ja jopa innostavat opiskelijoita. Erityisen merkittävästä asiasta on kyse siksi, että siinä käsitellään maailmankuvaamme vaikuttavia asioita nykyisen ymmärryksen mukaan. Ottakaa viisaus varteen!