Fysiikan perusteet

Turun yliopiston fysiikan pääaineopiskelijoiden ensimmmäisen vuoden fysiikan opinnot koostuvat neljästä kurssista, joiden aiheet ovat mekaniikka, termodynamiikka, sähkömagnetismi ja aaltoliike. Kurssit muodostavat koko lukuvuoden kestävän yhtenäisen opintokokonaisuuden. Tälle sivulle on kerätty yhteen koko kurssisarjaa koskevat tiedot.

Kurssit on tarkoitettu fysiikan koulutusohjelman opiskelijoille ja osallistujien oletetaan suorittaneen lukion fysiikan kurssit. Muidenkin koulutusohjelmien opiskelijat saavat osallistua, mutta heille suositellaan ensisijaisesti sivuaineopiskelijoiden peruskursseja.

Tervetuloa kurssille!

Opetusfilosofia

Tämä kurssisarja on erilainen kuin monet muut yliopistokurssit. Usein yliopistossa kurssien suorittaminen perustuu tenttiin, mutta Fysiikan perusteet -kurssit voi ja kannattaa suorittaa ilman tenttiä tekemällä kurssin aikana ahkerasti työtä. Kullakin kurssilla on noin 40 h opetusta ja sen lisäksi kotitehtäviin tulisi ohjeellisesti käyttää noin 90 h työaikaa.

Kursseilla on tarkoitus oppia sekä fysiikkaa että monenlaisia tärkeitä taitoja kuten

asiatekstin lukemista ja itsenäistä opiskelua
suunnitelmallisuutta ja aikataulussa pysymistä
ryhmätyöskentelyä ja vastuullisuutta
perustelemista ja argumentointia
kirjoittamista, piirtämistä ja raportointia
tietoteknisten apuvälineiden käyttöä

Tämän takia kursseille on koottu paljon monenlaisia tehtäviä ja aktiviteettejä, joissa sekä pohditaan fysiikkaa eri näkökulmista että harjoitellaan näitä erilaisia taitoja. Aktiviteetit ovat

lukuläksyt (kotona)
socrative-sessio (luennoilla)
askel askeleelta (luennoilla)
määrien mietintä (luennoilla)
tutkimustehtävä (harjoituksissa ja kotona)
ville-valmennus (kotona)
päätöspeli (luennoilla)

Arviointi

Kukin kursseista on jaettu viiteen osaan, moduuliin, joiden aihepiirit kattavat kurssin osaamistavoitteet. Jokaisen moduulin voi suorittaa tasolla 0-3 joko keräten suorituspisteitä kurssin aikana tai vaihtoehtoisesti tentillä. Näiden perusteella kurssista saa arvosanan asteikolla 0-5.

Kurssit suositellaan suoritettavaksi osallistumalla opetukseen ja tekemällä tehtäviä kurssin aikana. Tällöin kunkin moduulin suoritustaso määräytyy näiden rajojen mukaisesti:

kulta (taso 3): 42 suorituspistettä
hopea (taso 2): 36 suorituspistettä
pronssi (taso 1): 24 suorituspistettä

Kurssin kokonaisarvosana puolestaan selviää laskemalla yhteen kaikkien moduulien suoritustasot, jolloin arvosana määräytyy seuraavasti:

arvosana 5: 13 tasoa
arvosana 4: 11 tasoa
arvosana 3: 8 tasoa
arvosana 2: 6 tasoa
arvosana 1: 5 tasoa tai vähintään 5 tasoa mutta 0 yhdestä moduulista
arvosana 0: alle 5 tasoa tai 0 enemmän kuin yhdestä moduulista

Parhaan arvosanan voi saada esimerkiksi suorittamalla kolme moduulia kultatasolla (3) ja muut kaksi moduulia hopeatasolla (2) (3+3+3+2+2 = 13). Kurssista pääsee läpi suorittamalla kaikki moduulit pronssitasolla (1). Huomaa, että jättämällä yhden moduulin suorittamatta (taso 0), voi saada korkeintaan arvosanan 1 riippumatta muiden moduulien suoritustasoista. Kurssista ei pääse läpi jos kaksi tai useampi moduuli on suorittamatta. Tällä on tarkoitus varmistaa, että kaikkiin kurssin aihealueisiin tutustutaan.

Kurssin lopussa on myös bonus-kierros, josta voi kerätä ylimääräisiä pisteitä. Bonus-kierros toimii niin, että jokaisesta neljästä bonus-kierroksen pisteestä saa yhden "oikean" pisteen, jonka voi sijoittaa mihin tahansa moduuliin. Näin on mahdollista korottaa moduulien suoritustasoja, jos parempi taso on jäänyt muutaman pisteen päähän. Bonus-pisteillä voi myös nostaa tasolle 0 jääneen moduuliin tasolle 1 eli pronssiin. Opettaja jakaa kurssin lopuksi bonus-pisteet automaattisesti niin, että arvosana on korkein mahdollinen.

Aktiviteetit

Lukuläksy

kotona itsenäisesti
2-5 läksyä / moduuli
9 pistettä / moduuli
suositus 1,5 h / läksy, yhteensä 30 - 40 h

Uusiin asioihin tutustutaan lukemalla Perusall-järjestelmässä olevaa oppikirjaa ennen asioiden käsittelyä luennoilla. Tähän on monta syytä:

Asiatekstin lukeminen on tärkeä akateeminen taito, jota pitää harjoitella.
Lukuaikataulun noudattaminen vaatii ajankäytön suunnittelua, mikä on myös tärkeä opeteltava taito.
Vaikka alkuun tuntuisi, että oppisitte paremmin kuuntelemalla opettajaa, on tärkeämpää oppia opiskelemaan itsenäisesti kuin oppia todella paljon fysiikkaa.
Kun luette kirjaa, voitte vaikuttaa itse siihen missä, miten ja millä tahdilla käytte asiaa läpi. Luennolla todennäköisesti mentäisiin liian hitaasti tai nopeasti.
Koska osaatte lukea, olisi haaskausta käyttää luentoaikaa siihen, että opettaja lukee teille kirjaa ääneen.
Kun olette tutustuneet asiaan ennen opetusta, voimme opetustilanteissa tehdä mielenkiintoisempia asioita kuin vain kuunnella opettajaa.
Luettuanne ette vielä osaa kaikkea ja ymmärrätte monet asiat väärin. Kun olette ensin itse pohtineet asiaa, opetuksessa voidaan korjata väärinkäsityksiä. Samat väärinkäsitykset teille jäisi perinteisen luennon jälkeen, mutta sitten ei enää olisikaan aikaa korjata niitä.
Informaation vastaanottaminen on työlästä mutta periaatteessa helppoa. Sen ymmärtäminen ja soveltaminen on vaikeaa. Saatte tehdä helpon vaiheen itse ja harjoittelemme yhdessä vaikeampia asioita.

Socrative-sessio

luennolla pienryhmissä
1 kerta / moduuli
3 pistettä / moduuli
2 h / moduuli, yhteensä 10 h

Jokaisen moduulin ensimmäisellä luennolla opettaja esittää edellisiin lukuläksyihin liittyviä kysymyksiä. Kuhunkin kysymykseen on vastausaikaa muutama minuutti, ja niihin vastataan pienryhmissä Socrative-alustalla. Opettaja selittää oikean ajattelutavan heti ryhmien vastattua.

Kysymykset ovat pääasiassa konseptuaalisia eli tyyppiä "kumpi on isompi?", "mihin suuntaan?" tai "mitä tapahtuu?" Niissä harjoitellaan fysikaalisten periaatteiden soveltamista laskematta asioita tarkasti. Joskus mukana voi olla laskutehtäviäkin, mutta ne ovat selvä vähemmistö. Fysiikka ei ole laskentoa. Fysikaalista ongelmaa ei aleta ratkaista numeroilla vaan pohtimalla.

Kysymyksiä on yhden luennon aikana 10-12 ja vastaamalla oikein kuuteen kysymykseen ryhmä saa tehtävästä täydet pisteet. Väärät vastaukset kuuluvat asiaan eikä niistä ole tarkoitus rankaista vaan oppia. Jotakin pitäisi silti oikeinkin saada, jotta on motivaatiota valmistautua ja yrittää kunnolla.

Askel askeleelta

luennolla pienryhmissä
1 kerta / moduuli
3 pistettä / moduuli
2 h / moduuli, yhteensä 10 h

Jokaisen moduulin toisella luennolla opettaja jakaa pienryhmille paperilla kysymyssarjan, johon kukin ryhmä vastaa kirjallisesti. Aikaa tehtävien tekemiseen on noin tunti, jolloin opettaja kiertää neuvomassa ryhmiä. (Tällöin on oiva tilaisuus kysyä opelta muistakin asioista.) Sen jälkeen opettaja selittää oikeat vastausperiaatteet, ja vastauksia saa korjata ja täydentää vielä sen jälkeen. Lopuksi paperit palautetaan opettajalle ja vastaukset arvostellaan.

Askel askeleelta koostuu aina kahdesta hyvin moneen osaan jaetusta tehtävästä. Tehtävät on paloiteltu osiin niin, että ne johdattelevat askel askeleelta läpi tärkeitä fysikaalisia päättelyitä. Tehtävissä pitää joskus laskea ja piirtää kuvia, mutta niiden pääpaino on päättelyiden sanallisessa selittämisessä. Tärkeää ei ole lopputulos vaan se, miksi tulos on sellainen kuin on.

Määrien mietintä

luennolla itsenäisesti ja pienryhmissä
2 kertaa kurssin aikana
6 pistettä / moduuli
2 h / kerta, yhteensä 4 h

Valtaosa opetuksesta käytetään fysikaalisten periaatteiden pohtimiseen, koska periaatteet täytyy ymmärtää ennen kuin voidaan siirtyä täsmällisempään analyysiin. Jossakin vaiheessa kuitenkin tarvitaan kvantitatiivista eli määrällistäkin analyysiä, ja sitä harjoitellaan määrien mietintä -tehtävissä, jotka ovat harjoituksen ja kokeen yhdistelmä.

Aluksi jokainen pohtii itsenäisesti viittä laskutehtävää 50 minuutin ajan. Jokainen yrittää ratkaista tehtävät parhaansa mukaan ja ajan päätyttyä ratkaisuista palautetaan vain lopputulokset. Kuhunkin tehtävään saa antaa kaksi vastausta ja riittää, että toinen on oikein. Kannattaa siis ehdottomasti yrittää ratkaista tehtäviä eri menetelmillä. Kaikkea materiaalia saa käyttää apuna, mutta muiden kanssa ei saa keskustella.

Tämän jälkeen keräännytään pienryhmiin ja jokainen ryhmä pohtii viittä laskutehtävää 35 minuutin ajan. Osa tehtävistä on samoja kuin edellisessä vaiheessa ja osa on uusia. Ryhmätkin palauttavat vain lopputulokset.

Lopuksi opettaja selittää tehtäviin yhden tai useamman ratkaisuperiaatteen.

Vaikka tehtäviä ratkottaessa saa käyttää kirjaa ja nettiä apuna, tehtävät eivät ratkea vain etsimällä sopivaa laskusääntöä tai kysymällä tekoälyltä neuvoa. Kirjassa on kuitenkin samanlaisia laskuesimerkkejä ja kysymyksiä, ja niitä on syytä kerrata ennen tätä harjoitusta. Myös Ville-valmennus on hyvä tapa harjoitella laskutekniikkaa.

Pisteitä saa vain oikeiden vastausten perusteella, joten määrien mietintä on tilaisuus osoittaa osaamista ja saada siitä palkkio. Tehtävien vaikeustaso on kuitenkin sellainen, että vain harva opiskelija osaa ratkaista kaikki oikein, joten älä stressaa liikaa vaan valmistaudu huolellisesti ja tee parhaasi. Tarkoitus on ennen kaikkea harjoitella laskutehtävien ratkaisutekniikkaa, ja jos laskut menevät väärin, keskity ottamaan niistä opiksi. Ryhmät joka tapauksessa suoriutuvat yksittäisiä opiskelijoita paremmin, ja kaikki osallistujat saavat jonkin verran pisteitä ryhmävaiheesta.

Tutkimustehtävä

harjoituksissa ja kotona pienryhmissä ja itsenäisesti
1 tehtävä / moduuli
12 pistettä / moduuli
harjoitukset 10 h, kotona useita tunteja

Tutkimustehtävissä ratkaistaan kustakin aihepiiristä yksi laaja soveltava tehtävä. Tehtäviä on erilaisia ja niissä pitää tehdä monenlaisia asioita:

teoreettisten mallien luomista
soveltavaa ongelmanratkaisua
kokeellisen aineiston analyysiä
simulaatiodatan analyysiä
laskennallisten ohjelmistojen käyttöä

Tehtäviin tutustutaan ensin harjoituksissa, jolloin tarvittavaa fysiikkaa pohditaan pienryhmissä ja opettajan avustamana. Sen jälkeen ryhmällä pitäisi olla jonkinlainen suunnitelma siitä, miten aikoo tehtäviä ryhtyä ratkaisemaan.

Varsinaiseen ratkaisutyöhön on aikaa 1-2 viikkoa, minkä jälkeen ryhmät palauttavat kuhunkin tehtävään kirjallisen ratkaisun. Palautussessiossa opettaja ensin esittelee erään tavan ratkaista tehtävät, minkä jälkeen ratkaisut vertaisarvioidaan. Toisin sanoen jokainen ryhmä saa jonkin toisen ryhmän ratkaisun pisteytettäväkseen.

Jokaiseen tehtävään liittyy myös kolme kysymystä, joihin jokainen vastaa itse. Nämä ovat sanallisia selitystehtäviä, ja niiden tarkoitus on varmistaa, että jokainen ryhmän jäsen on todella tutustunut tehtäviin ja ryhmän sille laatimaan ratkaisuun. Näihinkin kysymyksiin vastaamisessa saa tehdä yhteistyötä, mutta jokaisen pitää silti kirjoittaa vastaus omin sanoin. Vastausten kopioiminen kaverilta on plagiointia, ja sellaiset ratkaisut hylätään.

Ryhmien ratkaisut pisteytetään asteikolla 0-7 ja yksilövastaukset asteikolla 0-3. Suunnitteluun ja vertaisarviointiin osallistumisesta saa kummastakin yhden pisteen. Ryhmän ratkaisusta saatuja pisteitä ei kuitenkaan jaeta ryhmän jäsenille tasan vaan opiskelijoiden raportoiman työnjaon perusteella. Ryhmissä on varmasti jäseniä, joilla on erilaiset kyvyt ja tavoitteet, ja ryhmiä kannustetaankin ottamaan tämä huomioon työtä ja pisteitä jaettaessa.

Jokainen ryhmän jäsen pääsee kurssin aikana toimimaan yhden tehtävän vastuuhenkilönä, joka koostaa ratkaisusta siistin raportin. Vastuuhenkilö saa oman tehtävänsä raportin ulkoasun ja muotoseikkojen perusteella maksimissaan 2,5 bonus-pistettä, jotka käyvät kurssin lopussa mihin tahansa moduuliin.

Ville-valmennus

tehdään kotona itsenäisesti
4-8 tehtävää / moduuli
15 pistettä / moduuli
tehtävien laajuus vaihtelee

Kurssilla käytetään Ville-oppimisympäristöä pisteiden kirjaamiseen ja joidenkin tehtävien palautukseen. Villessä on myös runsaasti lisätehtäviä, joita voi käyttää itsenäiseen harjoitteluun tai esimerkiksi korvaamaan poissaoloja.

Näitä tehtäviä on tarkoitus tehdä oman kiinnostuksen ja tarpeen mukaan. Jos tehtävät tuntuvat mielenkiintoisilta, niitä voi tehdä niin paljon kuin jaksaa. Jos ne tuntuvat työläiltä, kannattaa etsiä opettavaisimmat ja tehdä niitä sen verran kuin pisteitä tarvitsee. Kurssin voi ihan hyvin päästä läpi tekemättä näitä tehtäviä, mutta parhaisiin arvosanoihin niiden tekemistä kuitenkin vaaditaan.

Jokaiseen moduuliin liittyy itsearviointitehtävä, jossa kerrataan moduuliin liittyviä asioita ja pohditaan omaa oppimista sanallisesti. Sen lisäksi kuhunkin moduuliin liittyy vaihteleva määrä laskutehtäviä.

Laskutehtävissä tietokone arpoo numeroarvot niin, että jokainen saa hiukan erilaisen tehtävän kuin muut. Kysymyksiin vastataan numeerisesti ja tietokone kertoo heti, onko vastaus oikein. Pidemmät tehtävät on jaettu osiin niin, että seuraaviin vaiheisiin ei pääse ennen kuin edelliset on ratkaistu oikein.

Näissä tehtävissä tietokoneeseen kannattaa suhtautua apurina eikä vastustajana. Tarkoitus on opetella laskutekniikkaa. Jos lasket väärin, tietokone avuliaasti kertoo sinulle, että et vielä tätä asiaa osannut ratkaista oikein. Jos tehtävä ei koneen antamien vinkkienkään avulla järkevässä ajassa ratkea, et osaa tehtävässä vaadittavaa fysiikkaa tai matematiikkaa. Se on merkki siitä, että sinun pitää joko kerrata asiaa tai kysyä neuvoa. Perusall-järjestelmässä on neuvojen kysymistä varten ihan oman keskustelupalstakin.

Päätöspeli

tehdään luennolla pienryhmässä
1 kerta kurssin aikana
6 bonus-pistettä
2 h

Viimeisellä luennolla pidetään koko kurssin päättävä peli, jossa pienryhmät selvittävät fysikaalisten vihjeiden avulla salaisia koodeja. Jos olet joskus käynyt pakohuoneessa, niin peli on hiukan sen kaltainen. Tarkoitus on kerrata koko kurssin asiat hauskalla ja jännittävällä tavalla. Peli ei ole koe, joten opettaja antaa sen aikana vihjeitä ja neuvoa saa kysyä. Kuitenkin koska pelissä kerrataan koko kurssin asiat, siinä ei pärjää osaamatta fysiikkaa.

Peli toimii verkkoselaimessa. Kun peli käynnistyy, selaimeen ilmestyy joukko kuvia, ja tehtävänä on päätellä niiden avulla ratkaisukoodeja. Yhdessä kuvassa voi olla kuva kappaleesta, toisessa joukko nuolia ja kirjaimia sekä kolmannessa teksti "vaF = ???" Tehtävä ratkeaisi silloin niin, että ensin päätellään kappaleen nopeus- (v), kiihtyvyys- (a) ja voimavektori (F). Toisesta kuvasta katsottaisiin, mikä kirjain vastaa mitäkin vektorin suuntaa ja poimittaisiin v-, a- ja F-vektorien suuntiin liittyvät kirjaimet, joista muodostuu kolmikirjaiminen koodi. Kun oikea koodi on löytynyt, tehtävän nimi ja koodi syötetään selaimeen. Jos koodi on oikea, peli antaa lisää vihjeitä uusien koodien selvittämiseen.

Päätöspeli liittyy koko kurssiin, joten siitä ei saa pisteitä mihinkään yhteen moduuliin. Sen sijaan siitä saa mihin tahansa moduuliin käyviä bonus-pisteitä. Pelin voittajat saavat 6 pistettä ja kilpailevat ryhmät hieman vähemmän riippuen siitä, kuinka pitkälle pelissä ehtivät.

Osallistuminen

Kotitehtäviin kuuluu paljon itsenäistä työskentelyä, mutta opetustilanteissa työskennellään melkein aina pienryhmissä. Opettaja muodostaa ryhmät kurssin alussa.

Yleensä ryhmätyö onnistuu paremmin ja on mielekkäämpää kasvotusten, ja siksi opetus tapahtuu lähiopetuksena. Jos paikalle ei kuitenkaan pääse vaikkapa sairastumisen vuoksi, ryhmätyöhön voi osallistua myös etänä. Tällöin poissaolija ottaa yhteyden omaan pienryhmäänsä ryhmän sopimalla tavalla ja osallistuu sitä kautta työskentelyyn.

Jotkin tehtävät ovat saatavilla näillä sivuilla jo etukäteen. Jos tiedät olevasi poissa, kun näitä tehtäviä ratkotaan, voit tehdä sopivan osuuden jo etukäteen ja lähettää tuotoksesi omalle ryhmällesi.

Poissaoloja ei voi korvata jälkikäteen, mutta kursseilla voi ansaita paljon enemmän pisteitä kuin mitä läpäisyyn tarvitaan. Jos olet pois etkä pysty osallistumaan etänä, voit myös tehdä Ville-valmennustehtäviä kerätäksesi puuttuvat pisteet.

Jos pienryhmästä on monta jäsentä poissa samanaikaisesti, paikalla olevat jäsenet voivat tehdä yhteistyötä jonkin toisen ryhmän kanssa. Jos työhön osallistuu (läsnä tai etänä) kahdesta ryhmästä yhteensä korkeintaan 5 jäsentä, ryhmät voivat palauttaa yhden yhteisen tuotoksen. Yhteistyötä saa tehdä tätä suuremmallakin joukolla, mutta silloin eri ryhmien pitää palauttaa omat ratkaisunsa. Yhteen tuotokseen saa osallistua korkeintaan viisi opiskelijaa.

Opettajat

Kurssien vastuuopettajana toimii yliopistonlehtori Teemu Hynninen. Lisäksi kursseilla on vaihtuvia apuopettajia. Teemuun voi ottaa yhteyttä Perusallin keskustelupalstoilla tai henkilökohtaisesti luennoilla ja harjoituksissa. Voit tulla myös juttelemaan huoneelle 040 (Wihurin fysiikantutkimuslaboratorio, Quantumin 0. kerros).

Usein kysyttyjä kysymyksiä

Onko tentti pakollinen, jos haluaa parhaan arvosanan?

Ei! Kurssit voi suorittaa arvosanalla 5 ilman tenttiä. Tentti on olemassa niille, jotka eivät ole voineet osallistua opetukseen esimerkiksi sairastumisen vuoksi. Tällöinkin tentissä riittää vastata vain kurssin aikana suorittamatta jääneisiin moduuleihin liittyviin tehtäviin.

Voiko poissaoloja korvata?

Opetukseen osallistumista ei voi korvata vaan yhdessä tehtävät aktiviteetit edellyttävät osallistumista. Ryhmätyöhön voi kuitenkin osallistua myös etänä. Joka tapauksessa pisteytys on suunniteltu niin, että opetuksesta voi olla pois jonkin verran ja silti on mahdollista saada hyvä arvosana ilman tenttiä.

Heikko suoritus yhdessä moduulissa ei vaikuta muiden moduulien arvosteluun, ja jos jokin moduuli jää suorittamatta kurssin aikana, sen voi käydä suorittamassa tentissä tekemällä vain kyseisen moduulin tehtävän.

En ehtinyt tehdä lukuläksyä, voinko saada lisäaikaa?

Lukuläksyt, askel askeleelta sekä tutkimustehtävät ovat saatavilla heti kurssin alusta alkaen. Samoin on aikataulu. Jos epäilet tarvitsevasi lukuläksyihin enemmän aikaa, aloita aikaisemmin. Aikataulutus on eräs tärkeä kursseilla harjoiteltu taito.

Se, että läksy on merkitty aikatauluun tietylle päivälle, ei tarkoita että se pitäisi tehdä juuri silloin. Se tarkoittaa, että läksy pitää tehdä viimeistään silloin. Sen saa tehdä aikaisemminkin! Tekemällä läksyjä jo muutamaa päivää ennen takarajaa vähennät aikataulustressiäsi ja pystyt reagoimaan yllättäviin tilanteisiin. Jos jätät asiat viime hetkeen, yllätykset johtavat helposti myöhästymisiin. Elämässä tulee eteen aikarajoja, joista ei jousteta, joten kannattaa opetella nyt suunnittelemaan ajan käyttöä.

Tästä huolimatta lukuläksyjä voi paikata vielä yhden vuorokauden deadlinen jälkeen jatkamalla Perusallissa keskustelua. Systeemi antaa kuitenkin pisteitä sitä vähemmän mitä myöhemmäksi läksyn jättää. Myöhässä ei voi myöskään ansaita enempää pisteitä kuin mitä ennen aikarajaa ehti ansaita. Jos siis teit puolet läksystä ajoissa, on vielä mahdollista vaikkakin työläämpää kerätä läksystä myöhässä täydet pisteet. Jos et tehnyt ajoissa mitään, et voi myöhässäkään kerätä pisteitä. Järjestelmä toimii näin, koska lähtökohtaisesti läksyt pitäisi olla tehtynä silloin kun aikataulussa niin sanotaan.

Mitä lukuläksyissä pitää tehdä?

Lukuläksyissä on tarkoitus opiskella asiaa kirjaa lukemalla sekä pohtia luettua ja keskustella siitä. Lukuläksyjä ylläpitävä Perusall-järjestelmä valvoo aktiivisuutta monella tavalla, ja suoritusmerkintöjä on jaossa noin 200 % täysiin pisteisiin vaaditusta määrästä, joten läksyn suorittamiseen ei ole mitään yhtä oikeaa tapaa. Joka tapauksessa lukuläksyssä pitää sekä opiskella asiaa että osoittaa pohdintaa kirjoittamalla kysymyksiä, muistiinpanoja, vastauksia tms. Läksyn lopussa oleviin kysymyksiin vastaamalla voi myös saada pisteitä, mutta niiden painoarvo on pieni.

Tässä joitakin oppimista edistäviä ideoita lukuläksyihin.

Aloita ajoissa ja varaa tarpeeksi aikaa (1,5 - 2 h / läksy).
Halutessasi lue luvun alun johdanto ja lopun tiivistelmä ennen kuin alat lukea varsinaista läksyä.
Opettele termit ja määritelmät hyvin, jotta myöhemmin ymmärrät mistä puhutaan.
Yritä ymmärtää. Tarkoitus ei ole lukea vaan oppia.
Jos ymmärrät lukemasi, selitä ajatuksesi omin sanoin.
Tee muistiinpanoja lukiessasi. Aktiivisuutta voi osoittaa liittämällä niitäkin tekstiin.
Jos tiedät muuta hyvää aiheeseen liittyvää materiaalia, jaa se muille ja kerro mitä siitä voi oppia.
Jos et ymmärrä tai et ole varma ymmärsitkö, kirjoita kysymys. Muista myös merkitä se kysymykseksi oranssilla merkillä.
Selitä kysymyksissäkin, miten olet asian ymmärtänyt. Pelkkä lyhyt kysymys ei osoita, että olisit pohtinut lukemaasi.
Lue toisten kirjoituksia ja vastaa, jos sinulla on jotakin sanottavaa asiasta.
Keskustele. Perusall arvostaa keskustelua enemmän kuin irrallisia kommentteja.
Merkitse toisten hyvät kommentit vihreällä merkillä.
Pohdi tekstissä olevia kysymyksiä. Vastaa niihin ainakin mielessäsi ja halutessasi myös kirjallisesti.
Vastaa tehtävän lopussa oleviin kysymyksiin ja kertaa lukemaasi, jos et osaa.
Tehtävän sulkeuduttua lue kysymysten vastaukset. Asioiden pohtimisesta ei ole hyötyä jos et tarkista, ymmärsitkö oikein.

Voiko lukuläksyissä vastata kysymyksiin, joihin muut ovat jo vastanneet?

Voi, mutta ei voi vain kirjoittaa samaa asiaa uudestaan. Lukuläksyihin jätetyt kirjoitukset arvostellaan skaalalla "ei osoita lukemista" - "osoittaa lukemista" - "osoittaa asian pohtimista." Samojen asioiden toistaminen arvioidaan korkeintaan luokkaan "osoittaa lukemista." Samaan kysymykseen voi kuitenkin vastata oikein hyvin, kun perustelee vastauksen omin sanoin, vastaa eri näkökulmasta tai vaikkapa kommentoi, täydentää tai korjaa toisten vastauksia. Perusall arvostaa keskustelua enemmän kuin yksittäisiä vastauksia ja antaa siitä enemmän pisteitä.

Huomaa erityisesti, että pelkän vastauksen antaminen arvostellaan usein luokkaan "ei osoita lukemista." Moniin kysymyksiin voi arvata vastauksen vaikka ei tietäisi asiasta yhtään mitään. Niinpä pelkän vastauksen antaminen ei osoita asiaan perehtymistä. Laskutehtävissäkään vastauksen antaminen ei ole riittävä vastaus vaan ajattelu pitää selittää.

Miksi lukuläksyjen aikataulu on niin kiireinen?

Asiat pitää lukea kirjasta ennen kuin niitä tarvitaan luennoilla ja harjoituksissa, ja tämä asettaa rajat sille, kuinka myöhään lukuaikataulua voi venyttää. Kursseilla on aikaisempina vuosina testattu hiukan erilaisia rytmityksiä lukuläksyille, ja nykyinen aikataulu on laadittu aikaisempien kokemusten ja opiskelijapalautteen pohjalta.

Vaikka on järkevää varata läksyille riittävästi aikaa ja tehdä ne hyvissä ajoin, valtaosa opiskelijoista tuppaa jättämään lukemisen viime hetkeen. Siksi luku-urakka on jaettu useisiin pieniin osiin, jotka on mahdollista opiskella yhdessä illassa. Lukuläksyt on myös pyritty ajoittamaan niin, ettei niitä olisi tutkimustehtävien palautusten aikaan. Läksyt on ajoitettu aina samoille viikonpäiville, koska sitä opiskelijat ovat itse toivoneet.

Saako käyttää ChatGPT:tä?

Lähes kaikissa tehtävissä saa käyttää kaikkea materiaalia ja apuvälineitä, myös tekoälyä. Kielimallit ovat ihan hyviä hakukoneita ja niiltä voi kysyä fysiikastakin. Kuitenkin kannattaa olla varovainen. Mallit tuottavat järkevän näköistä tekstiä mutta eivät varsinaisesti ymmärrä tai osaa mitään. Ne voivat antaa oikeita vastauksia tai täyttä hölynpölyä, ja käyttäjän vastuulla on tarkistaa, onko vastauksissa mitään tolkkua. Pääasiassa teemme kurssilla tehtäviä, joita tekoäly ei osaa suoraan ratkaista. Eihän olisi kovin hyödyllistä opetella asioita, jotka tietokone tekee automaattisesti.

Erityisesti koskaan ei saa väittää jonkun toisen luomaa tekstiä omakseen, oli sitten lähteenä ihminen, kirja tai tietokoneohjelma. Jos konetta käyttää, pitää silti joko kirjoittaa vastaukset itse omin sanoin tai merkitä vastauksiin selvästi, mitkä kohdat on lainattu toiselta.

Pitääkö opetella kaavat ulkoa?

Ei! Fysiikassa ei pidä opetella oikeastaan mitään ulkoa. Tärkeämpää on ymmärtää, miten ilmiöt toimivat, millaiset fysiikan lait niitä kuvaavat ja miten näitä lakeja sovelletaan. Opit kyllä tärkeät asiat harjoittelun myötä ulkoa aivan itsestään.

Kurssilla ei ole mitään tehtäviä, joissa ei saisi käyttää apuna oppimateriaalia. Materiaalista ei ole kuitenkaan hyötyä, jos et osaa käyttää sitä. Lue siis opetusmonistetta ja muuta materiaalia niin, että osaat löytää tarvitsemasi tiedon sieltä myöhemmin uudelleen.

Mitä luennoille ja harjoituksiin pitää ottaa mukaan?

Luennoilla ja harjoituksissa saa käyttää kaikkea mahdollista materiaalia, joten kannattaa ottaa mukaan ainakin laite, jolla pääset verkkoon lukemaan kirjaa tai omat muistiinpanot siellä käsitellyistä asioista. Näiden lisäksi tarvitset kirjoitusvälineet ja joskus myös jonkinlaisen laskukoneen. Taulukkokirjoja ei juuri käytetä.

Miksi kurssien työmäärä on niin suuri?

Fysiikan opiskelu ei ole faktojen muistamista vaan taitojen opettelua ja uusien ajattelumallien omaksumista. Ymmärtäminen ei tapahdu hetkessä eikä taitoja opi harjoittelematta, joten opiskelu vaatii työtä.

Kurssien laajuus on 5 op, mikä vastaa n. 130 h työtä. Opetusta on 40 h, joten läksyihin on syytä varata 90 h. Kahdeksalle viikolle jaettuna se on yli 10 h viikossa.

Kurssit on yritetty mitoittaa niin, että lukion oppimäärän osaava opiskelija saa tällä työmäärällä keskimäärin arvosanan 3 käymättä tentissä. Jos et ole opiskellut koko lukion fysiikan oppimäärää tai osa lukion opeista on unohtunut, vaadittu työmäärä on todennäköisesti tätä suurempi. Erityisesti jos lukion oppimäärä ei ole hallussa ja tavoittelet vitosta, työtä voi hyvinkin joutua tekemään enemmän kuin 130 h.

Eikö tenttiminen ole helpompaa kuin tehtävien tekeminen?

Ei oikeasti. Tenttimismahdollisuus on olemassa poissaolojen korvaamista ja arvosanan korottamista varten, mutta kurssia ei ole tarkoitettu suoritettavaksi tenttimällä. Kurssin aikana saa paljon pisteitä aktiivisuuden ja yrittämisen perusteella, jotta voisitte keskittyä oppimaan eikä vain suorittamaan kurssia. Epäonnistumiset ja väärinkäsitykset kuuluvat oppimiseen, eikä niistä ole tarkoitus rankaista. Tentissä pisteitä saa kuitenkin ainoastaan osaamalla ja tekemällä oikein, mikä voi olla stressaavaa. Kun olette kurssin aikana ahkeria, tenttiä ei tarvitse stressata.

Saako ryhmätehtäviä tehdä yksin?

Jotkin tehtävät edellyttävät ryhmätyöskentelyä joko teknisistä tai pedagogisista syistä. Ryhmätyöskentely on tavallista asiantuntijatehtävissä, koska ryhmä pystyy suoriutumaan paljon vaikeammista tehtävistä kuin yksilöt, ja sitä on syytä harjoitella. Ei riitä että itse osaat fysiikkaa, vaan sinun pitää pystyä myös ilmaisemaan omat ajatuksesi muille. Lisäksi ryhmässä työskentely edistää oppimista, koska pienessä ryhmässä jokainen voi saada välitöntä palautetta omille ajatuksilleen, mikä ei onnistu suuressa luentoryhmässä tai yksin.

Jos et mitenkään pysty toimimaan ryhmässä, kurssit voi aina suorittaa tenttimällä. Tästä kannattaa neuvotella ensin luennoitsijan kanssa.

Mitä voi tehdä, jos joku ryhmässä ei tee töitä?

Ryhmän toiminta on syytä pohjustaa laatimalla ryhmälle säännöt. Niissä tulee sopia etukäteen yhteisymmärryksessä, millaista käytöstä edellytetään ja miten ryhmä reagoi, jos joku rikkoo sääntöjä. Sääntöjen laatiminen on myös kurssisuoritus, ja asiaa on syytä miettiä kunnolla eikä vain lätkäistä kasaan jotakin ympäripyöreää pisteiden suorittamiseksi.

Sopivia seuraamuksia vapaamatkustuksesta voivat olla esim. varoitus, pisteiden vähentäminen tai kokonaan pisteittä jättäminen. Ryhmillä on mahdollisuus pyytää pisteiden jakautumista muuten kuin tasan. Tutkimustehtävissä suorastaan odotetaan, että ryhmä sopii työnjaosta jäsenten kyvyt ja tavoitteet huomioiden. Lopuksi työnjako raportoidaan ja pisteet jaetaan raportin perusteella.

Mekaniikan perusteet (FFYS5020)

Tavoitteet

Osaamistavoitteet

Kurssin suorittanut opiskelija osaa

lukea itsenäisesti fysikaalista tekstiä
tulkita ja luoda yksinkertaisia fysikaalisia kuvaajia ja diagrammeja
tehdä suuruusluokka-arvioita ja arvioida perustellen fysikaalisten väitteiden järkevyyttä
määritellä paikan, nopeuden ja kiihtyvyyden sekä laskea näistä kaikki muut jos yksi tunnetaan
selittää energian ja liikemäärän säilymislait matemaattisesti ja sanallisesti
tunnistaa ja analysoida prosesseja, joissa jotkin fysikaaliset suureet ovat vakioita
kuvata vuorovaikutuksia voimien avulla ja laatia vapaakappalekuvan
laskea kappaleen kolmiulotteisen liikeradan, kun kappaleen ajasta riippuvat vuorovaikutukset tunnetaan
selittää, kuinka pyörimisliikettä kuvataan momentin ja kulmaliikemäärän avulla.

Sisältö

Kurssi on jaettu viiteen moduuliin:

1: johdanto fysiikkaan ja yksiulotteinen liike
2: säilymislait
3: voima, impulssi ja työ
4: kolmiulotteinen liike
5: pyörimisliike

Keskeiset kurssilla opittavat ja harjoiteltavat asiat (suluissa moduuli, johon aihe liittyy):

suuruusluokkien arviointi (1)
tulosten arviointi yksikkö- ja raja-arvotarkastelun avulla (1)
kuvaajien piirtäminen ja lukeminen (1)
skalaari- ja vektorisuureiden tunnistaminen, vektorin skalaarikomponenttien päättely (1,4)
vektorien peruslaskutoimitukset graafisesti ja komponenteilla laskien, piste- ja ristitulo (3,4,5)
derivaatan ja integraalin laskeminen sekä graafinen määrittäminen (1)
kappaleen paikan, nopeuden ja kiihtyvyyden määrittäminen, kun jokin näistä tunnetaan (1)
kappaleen liike-energian sekä painovoiman ja harmonisen potentiaalienergian laskeminen, liikkeen ratkaiseminen energian säilymislain avulla (2)
kappaleen liikemäärän laskeminen, törmäävien kappaleiden liikkeen ratkaiseminen liikemäärän säilymislain avulla (2,4)
tasossa liikkuvan ja pyörivän liikkeen kulmaliikemäärän laskeminen (5)
voiman, impulssin ja työn välinen yhteys ja näiden laskeminen suoraan liikkuville kappaleille (3,4)
tasossa liikkuvan kappaleen liikeradan laskeminen dynamiikan peruslain avulla (4,5)
voiman ja kiihtyvyyden suunnan sekä kappaleen nopeuden välinen yhteys (1,3,4,5)
voiman momentin laskeminen, pyörimisliikkeen peruslaki (5)

Täydentävää tietoa:

intensiivisten ja ekstensiivisten suureiden idea (2)
sisäenergian idea (2)
irreversiibeliyden idea (2)
massakeskipisteen idea (2)
vapaakappalekuvion piirtäminen (3)
voima-vastavoimaparien tunnistaminen (3)
mekaaninen tasapaino (3,5)
gradientin idea ja laskeminen (4)
viivaintegraalin idea ja laskeminen (4)
konservatiivisuuden idea (2,4)
ympyräliikkeen kuvaus napakoordinaatistossa (5)
vierivän kappaleen liikkeen ratkaiseminen (5)
pyörimisliikkeen vektorikuvauksen idea (5)

Ilmoittautuminen

Kurssille ilmoittaudutaan Peppi-järjestelmän kautta. Sen lisäksi pitää kirjautua Perusall- ja Ville-järjestelmiin.

Opinto-opas
Ville-ilmoittautuminen (tunnus: meka-2023)
Perusall (tunnus: HYNNINEN-DLZ8V)

Lukuläksyt

Uusiin asioihin tutustutaan lukemalla Perusall-järjestelmässä olevaa oppikirjaa ennen asioiden käsittelyä luennoilla.

Lukutehtävä pitää tehdä aina aikatauluun merkityn päivän iltana klo 24 mennessä. Luetun pohtiminen pitää osoittaa myös keskustelemalla luetusta. Järjestelmä hyväksyy suorituksia vielä vuorokauden aikarajan jälkeenkin, mutta ei välttämättä anna enää täysiä pisteitä.

Sisältö

1.1: johdanto
1.2: suoraviivainen liike
1.3: kiihtyvyys
2.1: systeemi, energia
2.2: energian lajeja
2.3: liikemäärä
2.4: impulssi, massakeskipiste
3.1: Newtonin lait
3.2: vapaakappalekuva, voima vektorina
3.3: erilaisia vuorovaikutuksia
3.4: impulssi, työ
3.5: moniosaiset systeemit, dissipatiiviset voimat
4.1: koordinaatisto, tasoliike
4.2: liikemäärä, pistetulo
4.3: työ, viivaintegraali
4.4: kenttä, gradientti
5.1: ympyräliike
5.2: pyöriminen, hitausmomentti
5.3: momentti
5.4: kulmaliikemäärä
5.5: pyöriminen kolmessa ulottuvuudessa

Muuta materiaalia

Algodoo (simulaattori)

Luennot

Aika ja paikka

ma 10-12 (Quantum auditorio)
ke 10-12 (Quantum auditorio)
ensimmäinen luento ma 28.8. klo 10.15

Kurssilla ei juuri ole perinteistä luennointia. Kokoonnumme kuitenkin kahdesti viikossa pohtimaan lukuläksyissä opittua fysiikkaa ja harjoittelemaan sen soveltamista.

Aikataulu ja materiaali

johdanto (materiaali)
1.1: liike (socrative-sessio)
1.2: liike (askel askeleelta, ratkaisu)
2.1: säilymislait (socrative-sessio)
2.2: säilymislait (askel askeleelta, ratkaisu)
3.1: voima (socrative-sessio)
3.2: voima (askel askeleelta, ratkaisu)
1-3: määrien mietintä 1
4.1: 3D-liike (socrative-sessio)
4.2: 3D-liike (askel askeleelta, ratkaisu)
5.1: pyörimisliike (socrative-sessio)
5.2: pyörimisliike (askel askeleelta, ratkaisu)
3-5: määrien mietintä 2
1-5: päätöspeli

Harjoitukset

Harjoituksissa fysiikan teoria pyritään yhdistämään todellisiin fysikaalisiin ilmiöihin pohtimalla monenlaisia tehtäviä: analysoimalla kokeita, tekemällä simulaatioita, tutkimalla teoriaa. Tehtävissä on sekä ryhmässä tehtävä osuus että kysymyksiä, joihin jokainen vastaa itse, ja ratkaisut palautetaan kirjallisesti. Ryhmätöiden pisteet jaetaan ryhmän raportoiman työnjaon mukaisesti.

Aika ja paikka

ryhmä 1: pe 8-10 (XVIII)
ryhmä 2: pe 10-12 (XVIII)
ryhmä 3: pe 12-14 (XVIII)
ensimmäiset harjoitukset pe 15.9.
ylimääräiset harjoitukset: ti 10.10. 14-18 tietokoneluokassa Q111 + Q112

Harjoituksia pidetään kerran viikossa periodin kolmannesta viikosta alkaen. Tällöin aloitetaan ensimmäisten tehtävien ratkaiseminen. Jokainen osallistuu vain omaan ryhmäänsä. Tehtävät 1-3 palautetaan kirjallisesti periodin viidennellä viikolla ja tehtävät 4-5 periodin seitsemännellä viikolla.

Materiaali

Ville-valmennus

Yhdessä ratkaistavien tutkimustehtävien lisäksi Villessä on runsaasti lisätehtäviä, joita voi tehdä omaan tahtiin arvosanan korottamiseksi. Laskutehtävissä tietokone kertoo heti, menikö lasku oikein. Pohdintatehtävät pisteyttää opettaja.

Ville-kysymyksiä

Tulokset ja tentit

Tentti

Kurssi suositellaan suoritettavaksi kurssin aikana tehtäviä tehden, jolloin tenttiin ei tarvitse osallistua. Tentti on vaihtoehtoinen suoritustapa, jos normaali osallistuminen kurssille ei ole mahdollista.

Tentti suoritetaan Examissa piirtopöydällisellä tenttikoneella.
Tenttiä voi yrittää kolme kertaa, minkä jälkeen suoritukset nollataan.
Parhaat suoritukset kurssin aikana ja tenteistä lasketaan yhteen.
Voit valita sopivan tenttiajan ilmoittautuessasi.