122.4.2004

Käsityksiä liikkeestä ja voimasta

Kalle Juuti

Soveltavan kasvatustieteen laitos

Mirror/Gisel Hanke

222.4.2004

Koulutusiltapäivän sisältö

• Väitekortit

• Opetussuunnitelma

• Oppilaiden käsityksiä liikkeestä

• Newtonin mekaniikka

• Väitekorttien ”vastaukset”

• Oppilastöihin tutustuminen

322.4.2004

Opetussuunnitelman perusteet

TAVOITTEET Oppilas oppii

• ymmärtämään päihde- ja vaikuteaineiden vaarallisuuden

• tekemään havaintoja ja mittauksia, etsimään tietoa tutkittavasta kohteesta sekä pohtimaan tiedon luotettavuutta

• tekemään johtopäätöksiä havainnoistaan ja mittauksistaan sekä tunnistamaan luonnon ilmiöihin ja kappaleiden ominaisuuksiin liittyviä syy-seuraussuhteita

• tekemään yksinkertaisia luonnontieteellisiä kokeita, joissa selvitetään ilmiöiden, eliöiden, aineiden ja kappaleiden ominaisuuksia sekä niiden välisiä riippuvuuksia

• käyttämään luonnontieteellisen tiedon kuvailemisessa, vertailussa ja luokittelussa fysiikan ja kemian alaan kuuluvia käsitteitä

• työskentelemään ja liikkumaan turvallisesti itseään ja ympäristöään suojellen sekä noudattamaan annettuja ohjeita

422.4.2004

…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

522.4.2004

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

622.4.2004

Liike (nopeus)

Kappaleen ominaisuus

vai

Kappaleen ja ympäristön muodostama ilmiö

Normaalisti ei tule ajatelleeksi, että

kaikki liike koetaan suhteessa Maahan.

Havainnoidaan vain osaa kokonaisuudesta

(miksi junassa voi heitellä esinettä ylöspäin ja saa sen helposti kiinni?)

kuka havainnoi?

722.4.2004

Taustaoletuksia

Skeema Newtonilainen oletus

Liikutettavat kappaleet

Keho, joka liikuttaa

Maa, joka ei liiku

Kaikki oliot voidaan idealisoida jäykiksi kappaleiksi (kuula, rautakanki, ”pyöreä lehmä”)

Ylös – alas-suunta on ensisijainen. Aika määrittyy kokijan mukaan

Aika ja avaruus ovat sama kaikille havaitsijoille, ei ensisijaista suuntaa tai paikkaa

Kaiken havainnoinnin perusta on liikkumattomalla maalla oleva keho

Havainnoinnin perusta (koordinaatisto) voidaan valita mielivaltaisesti

1

2

3

822.4.2004

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

•Selittää liikkeen muutosta•Kuvaa kahden osapuolen välistä vuorovaikutusta

922.4.2004

Käsityksiä voimasta

Impetus: voima, teho, energia tms., joka ylläpitää liikettä. Kappaleen liikkuessa impetus valuu kappaleesta ja liike pysäthtyy

I: Vuorovaikutuksesta vapaan kappaleen liike ei muutu

Aktiivinen voima: Aktiivisempi (keho, moottori, tai muu liikuttaja) synnyttää liikettä

II: Liikkeen muuttamiseksi tarvitaan voima. Liikkeen muutos (kiihtyvyys) riippuu vuorovaikutuksen suuruudesta (voima) ja kappaleen hitaudesta (massa)

Dominanssi: Vuorovaikutuksessa suurempi, massiivisempi tai muuten aktiivisempi kohdistaa suuremman voiman

III: Vuorovaikuttavat kappaleet kokevat yhtä suuret mutta vastakkaissuuntaiset voimat

Kompromissimalli Newtonin laki

1022.4.2004

Havainto ja sen selitys

• Havaitaan liikkeen muutos

• Liikkeen muutos selitetään voimalla

• Liikkeen muutos (kiihtyvyys) riippuu vuorovaikutuksen voimakkuudesta (voima) ja vuorovaikuttavien kappaleiden hitaudesta (massa)

1122.4.2004

Vuorovaikutuksen osapuolet

KAPPALE

Massa

VUOROVAIKUTUS

Voima

LIIKKEEN MUUTOS

Kiihtyvyys

1222.4.2004

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

Entä putoaminen ?

osapuolet

1322.4.2004

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

1422.4.2004

Astel ympäristö

• Nettisivut– Kertomukset

– Teoria ja tutkimukset

– Fysiikka ympärillä

– Pelit ja tehtävät

• Yksinkertaiset välineet– Miten varmistetaan, että kaikki pääsevät

tekemään tutkimuksia ja kirjoittamaan raportteja?

Opettajalle opetuspolku:

• osion tavoitteet

• keskeiset sisällöt

• oppitunnin eteneminen

Yhteistoiminnalliset työtavat: kaksi paria yhteen

1522.4.2004

Kiitos

Kalle JuutiKL, tutkija Helsingin yliopisto, Soveltavan kasvatustieteen laitos

kalle.juuti@helsinki.fiwww.edu.helsinki.fi/astel

AristotelesTessaloniki, Kreikka