Opetus

Moderni MOOC moderniin fysiikkaan

 Jyväskylän yliopisto on kehittänyt toisen asteen opiskelijoille ja heidän opettajilleen MOOC-kurssin Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa yleissivistävästi. Kurssilta saa paitsi laadukasta ravintoa populaarin fysiikan tiedonnälkään, myös lisätukea ylioppilaskirjoituksiin sekä makupaloja modernin fysiikan yliopisto-opintoihin orientoitumiseen rennolla otteella. Kurssi on maksuton lukuvuoden 2020–2021 aikana.

Lukion fysiikan opetussuunnitelma painottuu vahvasti klassiseen fysiikkaan eli mekaniikkaan sekä sähkö- ja lämpöoppeihin. Modernin fysiikan sisältöjä on niukasti ja ne keskittyvät ydinfysiikkaan, hiukkasten aalto-hiukkasdualismiin ja valikoituihin ilmiöihin kvanttimekaniikasta. Sisältöjen niukkuus on ymmärrettävää, sillä lukion aikataulu on tiukka ja moderni fysiikka on käsitteellisesti haastavaa. Modernin fysiikan sisältöjen laajentaminen vaatisi myös vankempaa ja monipuolisempaa matemaattista pohjaa. Lisäksi modernin fysiikan opettaminen edellyttää riittävää klassisen fysiikan pohjaa, kuten liikemäärän ja aallonpituuden käsitteiden hallintaa. Käsitteelliset ja matemaattiset haasteet tekevät lukion opetussuunnitelman laajentamisesta modernin fysiikan suuntaan käytännössä ylivoimaista.

Tästä huolimatta moderni fysiikka muodostaa nyky-yhteiskunnan teknologisen kehityksen perustan ja sitä tarvitaan muun muassa energiantuotannon ja -kulutuksen sekä ilmastonmuutoksen haasteiden ratkomiseen. Teknologisen merkityksen ohella moderni fysiikka tarjoaa käsitteellisen perustan koko luonnontieteelliselle maailmankuvallemme. Siksi moderni fysiikka kuuluu yleissivistykseen ja ansaitsee vahvemman näkyvyyden myös yhteiskunnassamme.

Näistä lähtökohdista Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella kehitettiin lukiolaisille suunnattu ja yliopisto-opintoihin orientoiva MOOC-kurssi Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa yleissivistävästi. Kurssi esittelee modernin fysiikan ihmeellisyyksiä ja teknologisia sovelluksia yleissivistävällä otteella ja tukee myös ylioppilaskirjoituksiin valmistautumista modernin fysiikan osalta. Kurssin laajuus on kaksi opintopistettä, mikä vastaa yhtä lukiokurssia, ja se on avoimen yliopiston kautta tarjolla ilmaiseksi kaikille toisen asteen opiskelijoille ja opettajille, suoritettavana vapaalla aikataululla.[1] Jatkuvan oppimisen hengessä kurssi avautuu tulevaisuudessa suoritettavaksi jokaiselle halukkaalle. Jo nyt kurssin sisältöjä ja johdantoa pääsee kurkistamaan kurssin Moodle-alueelle vierailijana ilman salasanaa.[2] Välittömästi kurssin auettua marraskuun 2020 puolivälissä kurssille ilmoittautui kymmeniä opiskelijoita ja opettajia.

Kurssi sisältää kvanttimekaniikan sekä erityisen ja yleisen suhteellisuusteorian peruskäsitteitä ja sovelluksia lukion opetussuunnitelmaan kytkeytyen, mutta sitä olennaisesti laajentaen. Kurssin pedagogisena ideana on lähestyä sisältöjä oppikirjafysiikan sijaan aikakausilehdistä ja kirjoista tutusta ja suositusta populaarin fysiikan näkökulmasta. Tämä näkökulma ilmenee siten, että kurssi rakentuu yleistajuisille kysymyksille, jotka tarjoavat käsitemaailmaan kaikille yhteiset lähtökohdat. Kysymyksiä on parikymmentä, kuten ”Voiko hiukkanen olla kahdessa eri paikassa yhtä aikaa?”,Millä periaatteella toimii kvanttitietokone?”, ”Onko kaikkialla universumissa sama nykyhetki?” ja ”Voiko liikkuva henkilö oikeasti vanheta paikallaan olevaa henkilöä hitaammin?” Kysymysten käsittelyssä kuitenkin mennään tyypillisen populaarifysiikan pintaa syvemmälle.

 

Kuva 1: Kuvankaappaus kurssin oppimisalustalta kysymyksestä: “Miten maailmankaikkeus syntyi ja mitä sille tapahtuu?”

 

Täysin upoksiin käsittelyssä ei silti mennä, sillä materiaali painottuu opettamaan ja havainnollistamaan juuri niitä epäintuitiivisia ilmiöitä ja käsitteitä, jotka tekevät modernista fysiikasta kiehtovaa ja merkityksellistä. Populaarista fysiikasta poiketen kurssi sisältää myös yhtälöitä ja matematiikkaa, mutta niiden rooli on pyritty pitämään maltillisena. Kurssi suoritetaan MOOC-kurssien tyyliin vastaamalla kysymyksiin, jotka ovat materiaaliin huolellisesti tutustuneelle suoraviivaisia ja helppoja vastata.

Lisäksi kurssi toimii yleisopintotasoisina yliopisto-opintoina ja soveltuu myös modernin fysiikan lämmittelyksi fysiikan fukseille tai vaikkapa luonnontieteen maailmankuvan laajentajana filosofian opiskelijoille. Tietenkin toiveena on myös, että kurssi osaltaan innostaisi uusia opiskelijasukupolvia hakeutumaan luonnontieteiden jatko-opintojen pariin.

 

Professori Pekka Koskinen, Yliopistolehtori Antti Lehtinen, Tohtoriopiskelija Jasmin Kilpeläinen

Jyväskylän yliopisto, fysiikan laitos ja opettajankoulutuslaitos

 

Viitteet

[1] https://www.avoin.jyu.fi/fi/opintotarjonta/opinnot-lukioille/opintojaksojen-kuvaukset

[2] https://moodle.jyu.fi/course/view.php?id=8948

 

 

Print Friendly, PDF & Email
Takaisin etusivulle