Hyppää pääsisältöön

Opetetaanko koulussa fysiikkaa väärin? – Syksy Räsänen: “Opetuksen sisältö on enimmäkseen jäänyt 1800-luvulle”

Kosmologi Syksy Räsänen katsoo edessään olevaa kirkasta keltaista palloa.
Kosmologi Syksy Räsänen katsoo edessään olevaa kirkasta keltaista palloa. Kuva: Antti Tuunanen Syksy Räsänen,kosmologi

Sähköopille on omistettu lukiossa kokonainen kurssi, mutta suhteellisuusteoriasta, joka on ihmiskunnan suurimpia älyllisiä saavutuksia, ei ole opintosuunnitelmassa sanaakaan. Tätä voisi verrata siihen, että historian opetus loppuisi 1900-luvun alkuun, kirjoittaa kosmologi Syksy Räsänen blogissaan.

Harva tietää, että arkeamme pyörittävä teknologia pohjaa kvanttifysiikkaan ja suhteellisuusteoriaan, saati sitä, miten nämä ovat paljastaneet vieraan todellisuuden, joka ohittaa hurjimmat kuvitelmat.

Tietämättömyys johtuu siitä, että asiaa ei käydä kunnolla läpi koulussa, eikä tasoltaan kirjava ja sisällöltään hajanainen tiedeuutisointi riitä paikkaamaan 9-12 vuotta kestävien opintojen puutteita.

Opetushallituksen peruskoulun ja lukion opetussuunnitelmien mukaan fysiikan opetuksen yksi tavoite on auttaa ymmärtämään fysiikan merkitystä ”jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa” niistä tehtyjen havaintojen pohjalta. Tämä on tärkeää, mutta asiassa on toinenkin puoli: moderni fysiikka on osoittanut, että arjen havaintojen perusteella muodostettu käsitys maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen.

Sähköopille on omistettu lukiossa kokonainen kurssi, mutta suhteellisuusteoriasta ei ole opintosuunnitelmassa sanaakaan.

Opetussuunnitelmassa mainitaan luonnontieteellisen ajattelun ja maailmankuvan kehittymisen tukeminen. Modernia fysiikkaa kuitenkin kohdellaan vain pienenä lisänä yli sata vuotta vanhaan tietoon. Tämä vaikeuttaa sekä fysiikan maailmasta paljastaman kuvan että nykyteknologian perustan ymmärtämistä.

Ongelmana ei ole ajan puute, kyse on valinnoista. Sähköopille on omistettu lukiossa kokonainen kurssi, jonka opintosisällöissä mainitaan erikseen diodit, LEDit ja kondensaattorit. Mutta suhteellisuusteoriasta, joka on ihmiskunnan suurimpia älyllisiä saavutuksia, ei ole opintosuunnitelmassa sanaakaan.

Annettakoon virtapiirien kanssa työskentelylle kaikki sille kuuluva kunnia. Mutta fysiikan kokonaisuuden hahmottamisen kannalta niiden yksityiskohdat ovat marginaalisia, ja niiden maailmankuvallinen anti on lähes olematon.

kvanttifysiikan kaavoja pursuaa vihkon sivulta
kvanttifysiikan kaavoja pursuaa vihkon sivulta Kuva: Yle / Heidi Virtanen Yle Tiede

Itselleni oli koulun fysiikan kursseista kahdenlaista hyötyä: ne herättivät mielenkiinnon fysiikkaan ja niistä sai laskurutiinia. Yliopisto-opinnoissa tuli sen sijaan pian selväksi, että fysiikan ymmärtämisen kannalta kouluopinnoista ei ollut paljon apua, ajattelu piti aloittaa ensimmäiseltä portaalta.

Tulevat fyysikot ovat tietysti koulun fysiikan opetuksen pienin kohderyhmä. Useammat opiskelijat jatkavat aloille, joilla tarvitaan fysiikan ilmiöiden tuntemista ja laskutaitoa, mutta ei teorioiden ymmärtämistä. Heidän kohdallaan vaikkapa virtapiirien läpikäyminen saattaa puolustaa paikkaansa.

Fysiikan kokonaisuuden selkeämpi hahmottaminen ja vähäisempi teknologiavetoisuus voisi auttaa myös siihen, että fysiikan opiskelijoista niin pieni osa on naisia.

Suurin osa ei kuitenkaan tarvitse jatko-opinnoissaan eikä ammatissaan fysiikan yksityiskohdista tai laskutaidoista yhtään mitään. Heille opetuksen anti on fysiikan merkityksen hahmottaminen, luonnontieteellisen ajattelutavan kehittäminen ja mahdollisuus saada osansa niistä ymmärryksen aarteista, joita fyysikot ovat löytöretkiltään tuoneet.

Tässä suhteessa on ongelmallista, että fysiikan löytöjen osalta kouluopetuksen sisältö on enimmäkseen jäänyt 1800-luvulle. Tämän haittaa maailman fysikaaliselle ymmärtämiselle voi verrata siihen, miten vaikea olisi ymmärtää maailmaa poliittisesti, jos historianopetus loppuisi 1900-luvun alkuun.

Fysiikan kokonaisuuden selkeämpi hahmottaminen ja vähäisempi teknologiavetoisuus voisi myös korjata käsitystä fysiikan tekemisestä ja fyysikon työstä. Tämä voisi osaltaan auttaa siihen ongelmaan, että yliopisto-opinnot aloittavista opiskelijoista niin pieni osa on naisia.

Voisiko fysiikkaa opettaa koulussa vaikka näin? Syksy Räsänen havainnollistaa maailmankaikkeuden laajenemista pizzataikinalla:

Teknologian merkitystä ei toki sovi sivuuttaa. 1700-luvulla lämpöoppi tuotti tehokkaan höyrykoneen teollisen kumouksen moottoriksi ja käänsi yhteiskunnan peruuttamattomasti nurin. 1800-luvulla klassinen sähkömagnetismi valjasti sähkön ja sähkömagneettiset aallot uuden ajan rattaisiin: sähkövalot karkottivat yön pimeyden ja sähkövirta ruokki teknologista kukoistusta.

Kvanttifysiikka ja suhteellisuusteoria ovat lisänneet ymmärrystämme todellisuuden luonteesta enemmän kuin tuhansien vuosien filosofiset pohdiskelut.

1900-luvun alkupuolella muotoiltu moderni fysiikka on mullistanut maailman vielä perusteellisemmin. Sen lisäksi, että kvanttifysiikasta on tullut elektroniikan ja kemian - oleellisesti siis kaiken nykyteknologian - pohja, se on suhteellisuusteorian kanssa lisännyt ymmärrystämme todellisuuden luonteesta enemmän kuin tuhansien vuosien filosofiset pohdiskelut.

Kvanttifysiikka on paljastanut hienostuneen ja kauniin kuvan siitä, mistä aine rakentuu ja millaisia ovat muodot näkyvien muotojen alla. Tätä tietoa louhittaessa löydettiin myös se totuus, että tulevaisuus ei ole määrätty ja nykyisyys on epämääräinen – tavalla, joka on matemaattisesti täsmällinen ja kokeellisesti varmennettu.

suhteellisuusteoriaa pursuaa vihkon sivuilta
suhteellisuusteoriaa pursuaa vihkon sivuilta Kuva: Yle / Heidi Virtanen Yle Tiede

Suhteellisuusteoria on osoittanut, että aika ja avaruus ovat osa aika-avaruuden kokonaisuutta, joka ei ole tapahtumien näyttämö, vaan aktiivinen toimija. Avaruus kehittyy ajassa ja aika kulkee eri tavalla aineesta riippuen. Maailmankaikkeuden laajenemisen hahmottaminen on kertonut meille, mistä kehojemme aine on peräisin ja millaisia muodonmuutoksia se on miljardien vuosien aikana kokenut.

Samalla fysiikan mahdollistama teknologinen kehitys on ollut viimeisten kahden vuosisadan suurin yhteiskunnallisen muutoksen ajuri, ja se on tuonut ihmiskunnan tienhaaraan.

Fysiikka on itsessään arvokas osa ihmiskunnan perintöä. Kertokaamme siitä sen mukaisesti!

Katastrofaalinen ilmastonmuutos ja joukkotuhoaseet ovat tehneet inhimillisestä sivilisaatiosta uhanalaisen. Toisaalta ensimmäistä kertaa on mahdollista siirtyä maailmanlaajuisesti yhteiskuntaan, jossa kaikki voivat elää ihmisarvoista elämää vailla raatamista, nälänhätää, kulkutauteja tai sotaa. Vaikka poliittinen järjestäytyminen on avain tällaiseen tilaan pääsemiseen ja sen ylläpitämiseen, se on saavutettavissa vain fysiikan ja muiden luonnontieteiden teknologisten sovellusten avulla.

Siinä missä luonnontieteen sovellukset avaavat pakoreitin ihmiskunnan painajaismaisesta historiasta ja muokkaavat inhimillistä kulttuuria yhä nopeammin, sen löydöt avaavat ainutlaatuisen näkymän todellisuuteen arkikokemuksen tuolle puolen.

Fysiikka ei vain tuota verrattomia teknologisen kehityksen ja yhteiskunnallisen muutoksen siemeniä, se on itsessään arvokas osa ihmiskunnan perintöä. Kertokaamme siitä sen mukaisesti.

kosmologi Syksy Räsänen
Kosmologi Syksy Räsänen kosmologi Syksy Räsänen Kuva: Yle / Jussi Meling Yle Tiede

Kirjoittaja: kosmologi Syksy Räsänen

Yle Tieteen asiantuntijat bloggaavat itselleen tärkeistä tiedeaiheista.

Tule mukaan kokeilemaan Ylen tiedekirjettä!

Liity Yle Tieteen yhteisöön Facebookissa.

  • Koira kesytti ihmisen – ja kesyttää yhä

    Koira on monen paras ystävä, mutta kumpi kesytti kumman?

    Emme enää näe ihmisen ja koiran yhteistä kehitystaivalta pelkästään niin, että ihminen kesytti sudesta itselleen koiran. Voimme nähdä sen myös niin, että koira kehitti ihmisestä itselleen hyvän kumppanin, ja kehittää yhä, kirjoittaa aivotutkija Minna Huotilainen blogissaan.

  • Amputoitu raaja voi aiheuttaa jopa aavekrampin - Eroon aavesäryistä peileillä tai taikasienillä

    Eroon aavesäryistä peileillä tai taikasienillä.

    Ihmisen tuntoaisti on aika uskomaton! Jos henkilö menettää raajansa, kehon osat jatkavat olemassaoloaan aivoissa. Monet kokevat voivansa amputaation jälkeen heilutella olemattomia varpaitaan tai avata kätensä ja niissä voi esiintyä aavesärkyä tai kramppeja, kirjoittaa havaintopsykologi Jukka Häkkinen blogissaan. Kolmivuotias poikani kiipesi illalla syliini halaamaan.

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

  • Miksi olemme niin väsyneitä?

    Yksi väsymyksemme aiheuttaja on krooninen varovaisuus.

    "Mä oon ihan vitun väsynyt!" "Haluaisin vain nukkua!" Kuulostaako tutulta? Olemme pisteessä, jossa työikäiset ihmiset haukottelevat enemmän kuin vanhukset. Väsymykselle on monta syytä, mutta esittelen nyt yhden lisää. Se on ilmiö nimeltään krooninen varovaisuus. Kun psykologisia koreografioita ja varovaisuuden askelmerkkejä joutuu tarkkailemaan päivittäin, ihmisestä tulee väsynyt.

  • Mihin sinä uskot? Testaa itsesi!

    Mihin uskot?

    Mihin uskot? Mikä sinulle on elämässä tärkeätä? Mitä arvostat? Testaa itsesi! Testi perustuu professori Tatjana Schnellin pitkäaikaiseen tutkimustyöhön Innsbruckin yliopistossa.

  • Aivotutkija: Nämä viisi asiaa kaipaavat kipeimmin muutosta suomalaisessa työelämässä

    Kiire, uni, tehokkuus, tilat ja verkostotyö.

    Kun aivotutkija päästetään katselemaan suomalaista työelämää, tulee mieleen pitkä lista asioita, jotka kannattaisi muuttaa. Aloitetaan tärkeimmistä, kirjoittaa aivotutkija Minna Huotilainen blogissaan. 1. Kiire ja hoppu pois! Lyhytjänteinen asioista toiseen hyppiminen ja jatkuvat keskeytykset eivät päästä aivoja vakaviin töihin, vaan pitävät meidät lillukanvarsien parissa.

Tiede

  • Kuusi huomiota tulevaisuudesta, joiden ei pitäisi yllättää

    Lauri Reuter kokoaa Global Solutions -ohjelman antia.

    Biotekniikan tohtori ja Prisma Studion asiantuntija Lauri Reuter esittelee blogissaan keskeisimmät havaintonsa Piilaaksosta, jonne eri alojen huiput ovat kokoontuneet ratkomaan ihmiskunnan suurimpia haasteita. "Juuri nyt, enemmän kuin koskaan ennen, on tärkeää nähdä horisontin taakse, ennakoida teknologian kehitystä ja ohjata sitä oikeaan suuntaan."

  • Aivotutkija: Nämä viisi asiaa kaipaavat kipeimmin muutosta suomalaisessa työelämässä

    Kiire, uni, tehokkuus, tilat ja verkostotyö.

    Kun aivotutkija päästetään katselemaan suomalaista työelämää, tulee mieleen pitkä lista asioita, jotka kannattaisi muuttaa. Aloitetaan tärkeimmistä, kirjoittaa aivotutkija Minna Huotilainen blogissaan. 1. Kiire ja hoppu pois! Lyhytjänteinen asioista toiseen hyppiminen ja jatkuvat keskeytykset eivät päästä aivoja vakaviin töihin, vaan pitävät meidät lillukanvarsien parissa.

  • Kukkuuko lapsesi lomalla yömyöhään? Tässä aivotutkijan 5 vinkkiä parempaan uneen

    Oppiminen, mielenterveys ja innostuminen vaativat unta.

    Vuoden valoisin aika ja loma - mikä ihana syy kukkua yömyöhään! Mutta erityisesti lasten unta kannattaa vaalia, sillä puolet oppimisesta tapahtuu nukkuessa. Unta tarvitaan myös hyvän mielenterveyden ylläpitämiseen ja uudesta innostumiseen, kirjoittaa aivotutkija Minna Huotilainen blogissaan. Kouluvuosi on saatu taas päätökseen ja lapset ja nuoret kirmaavat kesälaitumilla.