Download - Oppilaiden ennakkokäsityksiä opetussuunnitelman perusteissa esitetyistä keskeisistä ilmiöalueista
Oppilaiden ennakkokäsityksiä opetussuunnitelman perusteissa esitetyistä keskeisistä ilmiöalueista
Kalle Juuti
Käyttäytymistieteellinen tiedekunta
Tavoitteet ja sisällötopsin perusteissa (1 – 4)
Turvallinen työskentely Havaintojen teko ja lähdeaineistojen käyttö Yksinkertaisten tutkimusvälineiden käyttö Yksinkertaiset kokeet Käyttämään käsitteitä ympäristön ilmiöiden kuvaamiseen ja
selittämiseen Energiavarojen säästäminen
Sisällöt 1 – 4
Elottoman ja elollisen luonnon peruspiirteet
Ruoan alkuperä ja tuottaminen
Vuorokauden ja vuodenajat
Maapallo ihmisen elinpaikkana
Ääni, valo
Lämpöilmiöt ja lämmönlähteet
Laitteiden toiminta, rakenteiden lujuus
Sähkö- ja magnetismi-ilmiöt
Olomuodonmuutokset
Yksinkertaiset ensiaputoimet
Tavoitteet 5 – 6
Turvallisuus ja työskentelytavat Havainnot ja mittaukset. Tiedon luotettavuus Osaa havainnoida ja tunnistaa ja tutkia ilmiöihin ja
ominaisuuksiin liittyviä syy-seuraussuhteita Osaa käyttää fysiikan käsitteitä
Sisällöt 5 - 6
Sähköllä liikettä, lämpöä, valoa
Sähköturvallisuus
Sähkön ja lämmöntuotantotapoja ja energiavarat
Maan vetovoima ja kitka sekä voimista aiheutuvia liike- ja
tasapainoilmiöitä
Turvallinen liikkuminen
Maan ja kuun liikkeet, Aurinkokunnan rakenne
Sähkö, ennakkokäsitykset (Viiri, 2005) Yksinapamallin mukaan vain toisesta johdosta tulee sähköä ja yksi johto
riittää.
Piirin tulee olla suljettu, komponentit kaksinapaisia Törmäävien sähkövirtojen mallin mukaan molemmista pariston navoista tulee
sähköä, joka törmää lampussa.
Sähkövirta kulkee koko virtapiirissä samaan suuntaan (pariston plus-navasta
miinus-napaan) Vaimennusmallin mukaan sähkövirta vaimenee kulkiessaan komponentin läpi
(ensimmäinen lamppu himmeämpi kuin toinen)
Virta on piirissä sama. Paristosta lähtevä virta on yhtä suuri kuin sinne
palaava virta Sähkövirran jakomalli: Sarjaan kytketyt lamput palavat yhtä kirkkaasti, koska
ne jakavat sähkövirran
sähkövirta on yhtä suuri (tosin virta on suurempi piirissä, missä on yksi
lamppu
Paristo vakiovirran lähteenä Virran suuruus riippuu pariston napojen välisestä
jännitteestä ja piirissä olevasta kuormasta (komponenttien ominaisuuksista, resistanssista)
Paikallinen ja sarjallinen ajattelu: virtapiirin komponentteja tarkastellaan yksitellen eikä oteta huomioon muiden komponenttien vaikutusta. Ajatellaan, että komponentin vaihto vaikuttaa ainoastaan siihen komponenttiin eikä virtapiirin muihin osiin.
virtapiiri on kaikkien siihen kytkettyjen laitteiden muodostama kokonaisuus. Yhden osan vaihtaminen vaikuttaa myös muihin.
Virtapiirin selitysmallit
Voidaan havaita ainoastaan sähkön seurausilmiöitä Lampun kirkkaus Äänen voimakkuus Pyörimisnopeus …
Mitä kirkkaampi lamppu, sitä suurempi sähkövirta piirissä kulkee.
Pariston napojen välillä on jännite, joka saa aikaan piiriin virran.
Kun virtapiiri suljetaan, alkaa pariston sisällä tapahtua kemiallisia reaktioita, jotka synnyttävät pariston napojen välille jännitteen.
Valo, ennakkokäsitykset (Viiri, 2005)
Valo etenee silmästä kohteeseen (näkösäde)näkeminen perustuu kohteesta silmään tulevaan valoon Silmä saa aikaan näkemisen, valo auttaa näkemään
paremmin näkeminen perustuu silmään tulevaan valoon (silmässä
on tiettyihin valon aallonpituuksiin reagoivia soluja) Valo koostuu valonsäteistävalonsäde on yksi malli kuvailla valoilmiöitä Valon voi nähdäainoastaan silmään osuvan valon voi nähdä, pimeässä
huoneessa näkyvä ”valosäde” on pölystä tms. heijastunutta valoa.
Katso kuva valon vaikutuksesta esineeseen
http://www.helsinki.fi/luma/opetus/kuukauden_esine/valoarvot.jpg
Valo etenee tietylle etäisyydelle (näköaistiin liittyvä)valo etenee rajattoman pitkälle, sen voimakkuus pienenee
etäisyyden neliöön, jossain vaiheessa silmän valoherkkyys ei riitä havaitsemaan valoa.
Esineillä on niille ominainen väriesineen väri riippuu siihen tulevasta valosta
Valo
Itsevalaisevat valonlähteet Esineet, jotka lähettävät edelleen valoa
Heijastus esineen pinnasta Sironta esineen ”sisältä”
Havaittavat ominaisuudet Voimakkuus (kirkkaus), väri
Yhteys mekaanisiin aaltoihin Heijastuminen Taittuminen rajapinnassa, taipuminen (hilassa)
Mekaaniset aallot
Osapuolet
- värähtelevä lähde (tai häiriö), väliaine, vastaanotin Ominaisuudet
- voimakkuus, aalonpituus Ilmiöt heijastuminen, taipuminen (kulman taakse)
- Mekaanisten aaltojen varjosti ja varjo (aallonmurtaja)
http://www.edu.helsinki.fi/malu/kirjasto/tieto/ennakko/index.htm
Ääni Osapuolet
- värähtelijä, väliaine, vastaanotin (esim. Korva tai jokin, mikä
alkaa äänen vuoksi värähtelemään) Ominaisuudet (voimakkuus, korkeus; sointiväri)
- Huomaa puhe äänen väristä? kuuloaistilla havaitaan
sointi, sellainen ilmiö, mitä näköaistilla ei voi havaita.
- Soittimessa “monta värhähtelijää”, jotka muodostavat äänen. Tunnistetaan äänen ominaisuudet toisistaan riippumattomiksi
(kova ja matala ääni / kova ja korkea ääni Ilmiöt (heijastuminen, taipuminen, taittuminen)
- Mikä on äänen varjostin tai äänen varjo?
- Miksi seinä / kulman taakse kuuluu? ääni taipuu
- Mitä matalampi ääni sitä paksumpi pitää olla äänieste
Väitekortit 1/4
Voimakkaasta tuulesta huolimatta tytön onnistuu iskeä rantalentopallo kentän toiselle puolelle.Väite: Kun pallo on irronnut kädestä, mutta ei vielä ole koskettanut kenttää, siihen vaikuttaa painovoima alaspäin, iskun aiheuttama voima ja tuulen aiheuttama voima
Kaksi samankokoista metallipalloa, joista toinen on kaksi kertaa raskaampi kuin toinen, pudotetaan samanaikaisestiVäite: Raskaampi pallo putoaa maahan samanaikaisesti kuin kevyt pallo.
Väitekortit 2/4
Kuorma-auto ja henkilöauto törmäävät parkkipaikalla.Väite: Kuorma-auto kohdistaa henkilöautoon suuremman voiman kuin henkilöauto kuorma-autoon.
Väitekortit 3/4
Tyttö mietiskelee nurmikolla.Väite: Tyttöön vaikuttaa ainoastaan painovoima alaspäin
Väitekortit 4/4
Voima, ennakkokäsityksiä (Hellinen, Juuti, Lavonen, painossa)
Epämääräiset paikka, nopeus ja kiihtyvyys nopeus: mitä pidemmälle tietyssä ajassa (paikan muutos
aikayksikköä kohti), kiihtyvyys: mitä nopeammaksi tietyssä ajassa (nopeuden muutos aikayksikköä kohti)
Impetuksen ajatellaan olevan eloton ”liikuttava voima” tai ”sisäinen voima”, joka pitää kappaleet liikkeessä.
Kappaleen liike ei muutu, jos siihen ei vaikuta mikään voima tai kappaleeseen kohdistuvat voimat kumoavat toistensa vaikutuksen (suunta ja suuruus)
Aktiivinen voima Aktiivisella tekijällä on kyky muodostaa impetusta ja siirtää sitä muihin kappaleisiin saaden ne näin liikkeeseen ja liikuttaa.
myös ”passiivinen tekijä” kuten seinä voi kohdistaa voiman
Dominanssikäsitys liittyy voima- ja vastavoimapareihin. Dominanssikäsityksen mukaan ”voimakkaampi” kappale aiheuttaa suuremman voiman.
newtonin 3. peruslaki (voiman ja vastavoiman periaate) Vaikutusten ketjuuntuminen: suurin voima voittaa muut
voimat. Voima ja vastavoima kumoavat toisensa Vuorovaikutus synnyttää kaksi voimaa. Kappaleen
liikkeen määrää kappaleen kaikkien vuorovaikutusten synnyttämät voimat yhdessä
Maa vetää kappaletta puoleensa yhtä suurella, mutta vastakkaissuuntaisella voimalla kuin kappale Maata
painovoima
Kappale kohdistaa pöytään yhtä suuren, mutta vastakkaissuuntaisen voiman kuin pöytä kappaleeseen.
tukivoima
Pöydän kohdistama tukivoima on yhtä suuri kuin Maan vetovoima (kappaleen paino)
Lisää ennakkokäsityksiä
keskipakoisvoima mukaan esteet, kuten seinä, eivät aiheuta voimaa gravitaatiota pidetään kappaleen sisäisenä ominaisuutena
Todellisuus – Newtonilainen todellisuus
Todellisuus Newtonilainen todellisuus
Liikutettavat kappaleet
Keho, joka liikuttaa
Maa, joka ei liiku
Kaikki oliot idealisoidaan jäykiksi
kappaleiksi (kuula, rautakanki,
”pyöreä lehmä”)
Ylös – alas-suunta on
ensisijainen. Aika ja ylös – ala –
suunta 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
Käsityksiä voimasta Newtonin laki
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
Tasapainoperiaate: Jos kappaleen liiketila ei muutu eli se on tasapainossa, niin siihen vaikuttavat voimat kumoavat toistensa vaikutuksen
Energia, oppilaiden käsityksiä (Viiri, 2005)
Vain elollisilla olioilla voi olla energiaa ”energinen ihminen” kaikilla olioilla on energiaa, energian ja vireyden
erottaminen Energia liittyy liikkumiseen, ilman energiaa kappaleet ovat
elottomia Liikkuvalla kappaleella on energiaa (liike-energia) mutta
kappale ei liiku energian vaikutuksesta Energiaa pidetään polttoaineen kaltaisena energia ei ole ainetta! Energiaa kuluu energian kokonaismäärä säilyy, mutta se muuttuu
lajista toiseen (kaikissa prosesseissa syntyy lämpöä)
Lämpö (Katso esim. Driver etal., 1985)
Samaistus valon kanssa, yläasteella ilmaisu lämpö on energiaa.)
valo ja lämpö ovat sähkömagneettisen säteilyn eri aallonpituusalueilla.
Lämpö ja lämpötila synonyymeja lämpö on energian laji, lämpötila kuvaa ”lämpimyyden
astetta”