Pekan "lopputeksti"

Fysiikka kokeellisena luonnontieteenä

Yleistajuistamisprojekti liittyy oppitunnin pitämiseen peruskoulun 1-2 –luokkalaisille, aiheena fysiikka kokeellisena luonnontieteenä. Tavoitteena on antaa oppilaille kuva siitä, että fysiikka on se oppiaine jonka avulla voimme vastata heitä usein askarruttaviin arkisiin kysymyksiin, kuten esimerkiksi “kuinka iso on avaruus”, “kuinka kuuma aurinko on” tai “miksi höyry nousee saunassa ylöspäin”. Fysiikan käsitteet, kuten mitattava suure, mittaustulos tai kappaleen nopeus ja paikka tulevat oppilaille eteen vasta yläkoulussa, joten fysiikan esittely on haasteellista. Alakoulun ensimmäisillä luokilla opiskelijat vain näkevät ja kokevat asioita. Tähän pyrin panostamaan oppitunnilla. Pyrin käyttämään arkisia ja tuttuja sanoja.

Oppitunti on oikeasti tarkoitus pitää, luultavasti syksyn 2014 aikana.

Esittelen tässä oppitunnin tuntisuunnitelman. Johtoajatuksena on oppilaiden omat kysymykset ja fysiikan filosofia: kokeillaan ja katsotaan.

 1. Osa: intro

Hyvin lyhyesti: kuka olen ja mitä teen täällä. 

 2. Osa: miksi taivas on sininen?

Otetaan lähtökohdaksi lasten yleinen kysymys “miksi taivas on sininen”. Lähdetään tarkastelemaan kysymystä ja vastausta. Yritetään rakentaa tarinaa.

Kysytään ensin oppilailta miksi taivas on sininen. Mikäli vastauksia tulee, kysytään myös sitä, mistä vastaukset tulevat. Miksi vastaan kuten vastaat? Miten kysymykseen voi edes vastata? Onko taivas aina sininen? Entäs talviyönä? Päädytään johtopäätökseen, että auringon valo “värittää” taivaan jotekin. Mutta miten?

Koe1: Mitä on valo? Jotakin joka etenee ja jota nähdään. Valo “lähtee” jostakin ja “saapuu” toisaalle. Mitä ovat värit? Otetaan kolme lamppua, punainen, sininen ja vihreä. Annetaan ne oppilaille sohittavaksi. Mitä tapahtuu kun värejä “yhdistetään”? 

 

Näin opimme suoraan jotakin värin luonteesta. Erityisesti huomaamme, että valkoinen väri on kaikkien päävärien summa. Valkoista saadaan kun “kaikkia värejä sekoitetaan”.

Koe2: Saako valkoisesta eroteltua eri värejä? Annetaan oppilaalle valkoinen lamppu ja katsotaan mitä valkoiselle valolle tapahtuu, kun se kohdistetaan prismaan.

Huomataan, että prisma toimii “vasarana”, joka rikkoo valkoisen valon ja saa eri värit esiin. Valkoinen valo siis koostuu eri väreistä, jotka voidaan saada eroteltua. 

Palataan aurinkoon ja taivaaseen. Minkä värinen on aurinko? Usein vastataan keltainen, mutta oikea vastaus on valkoinen (jos katsoisimme aurinkoa maan ulkopuolelta). Syyn tähän näemme myöhemmin. Mikä tai mitä taivas on? Se on ilmakehä. Kaasua ja epäpuhtauksia n. 10 km päämme päällä. Jos maapallo olisi appelsiinin kokoinen, kuinka paksu ilmakehä sen päällä olisi? Paperin paksuinen (Paperin paksuus ~ 0.1 mm.)  

Koe 3: Otetaan astia ja laitetaan sinne vettä ja vähän maitoa. Tämä on “ilmakehä pienoiskoossa”. Vähän on sumeaa, mutta näkee myös läpi. Yksi oppilas ottaa valkoisen lampun ja osoittaa astiaan siten, että muut oppilaat katsovat sivusta.

Nähdään, että sivulta katsottuna astia näyttää sinertävältä, hiukan vihertävältä. Mini-ilmakehänä toimiva astia siis myös erottaa valkoisen valon värit toisistaan.

Lisäksi kun katsomme astiaa suoraan valoa kohti, astia näyttää punaiselta.

Näin voimme piirtää taululle kuvan, jossa vasemmalta tuleva valkoinen valo hajoaa eri väreihin.

Astian neste epäpuhtauksineen (kaikki atomit) erottaa parhaiten sinisen, vihreääkin jonkin verran (vaikeampi nähdä). Koska astia on mini-ilmakehä, voimme piirtää kuvan myös maapallosta

Taivasta poispäin auringosta katsottaessa näemme siis sironnutta sinistä valoa. Siksi taivas on sininen. Ilmakehä erottaa sinisen värin. Samoin aurinko suoraan katsottaessa näyttää keltaiselta (punainen ja vihreä).

  Koe 4: Lisätään maitoa astiaan. Ilmakehän tulee siis enemmän epäpuhtauksia tai se tulee paksummaksi. Lamppua suoraan astian läpi katsoessa värin näyttää enemmän punaiselta. Tämän avulla voimme piirtää kuvan maapallosta, jossa auronko paistaa matalalta ja valo on siten kulkenut ilmakehässä pidemmän matkan. Vain punainen valo jää jäljelle. Tämän vuoksi näemme aamu- ja ilta-auringon punaisena.

Nyt olemme siis kokeita tekemällä selvittäneet mitä värit ovat ja miten ne ilmakehässä käyttäytyvät. Näin kokeita tekemällä ymmärrämme miksi taivas on sininen. (Miksi sininen siroaa helpommin? Se onkin toinen tarina…)

Osa 3: lopetus

Vastaukset eivät tule “netistä”. Vastaukset saa kokeilemalla. Kaikki tieto on tullut kokeita tekemällä. Siniselle taivaallekin teimme vain “teorian”, jonka avulla ymmärsimme taivaan sinen. Emme suoraan tehneet koetta ilmakehällä.

Jos mietitte jotakin ilmiötä, asia selviää kokeilemalla. (Kysykää myös vanhemmilta apua tai neuvoa.) Älkää vain keksikö vastauksia.

Onko muita samanlaisia kysymyksiä…?