Teaching and learning of electric and magnetic fields at the university level, Dissertations in Forestry and Natural Sciences 48

Sähkö- ja magneettikenttien vektoriluonteen ymmärtämisellä merkittävä rooli sähköopin oppimisessa yliopistotasolla\n\n \n\n Väitös didaktisen fysiikan alalta \n\nVäittelijä FL Markku Saarelainen \n\nVäitösaika ja -paikka 11.11.2011, 12.00, L22, Snellmania, Kuopion kampus \n\nFL Markku Saarelaisen väitöskirja kuuluu fysiikan opetuksen ja oppimisen tutkimuksen alaan ja se käsittelee sähkö- ja magneettikenttien opettamista ja oppimista yliopiston perusopintotasolla. Tutkimus jakautuu neljään osaan: opiskelijoiden aiemman tiedon arviointiin, aihealueen oppimisen esteiden tunnistamiseen, sekä sellaisten opetuksen strategioiden kehittämiseen ja arviointiin, jotka johtavat parempiin oppimistuloksiin. Väitöskirjan keskeisimpänä tuloksena esitetään, että sähkömagnetiikan ilmiöiden oppimisessa on tärkeintä ymmärtää vektorimuotoisten kenttien luonne ja niiden matemaattinen rakenne. \n\nSähkömagneettisten lakien menestyksekäs oppiminen ja soveltaminen riippuu merkittävästisähkö- ja magneettikenttien ymmärtämisestä.Fysiikan teoria on kuitenkin usein esitetty hyvin tiiviissä ja abstraktissa muodossa, eikä sellaisenaan avaudu yliopisto-opiskelijalle kovinkaan helposti.Aiemmat tutkimukset ovat paljastaneet useita sähkö- ja magnetostatiikan oppimiseen liittyviä ongelmia. Yksi näistä on vektorikentän käsite, johon tämä tutkimus tarjoaa uusia tieteellisiä tuloksia.\n\nKuopiossa vuosina 2004–2009tehdyissä kirjallisissa ja haastattelu tutkimuksista ilmeni, että fysiikan peruskurssien opiskelijat eivät olleet kykeneviä soveltamaan vektori esitystä sähkö- ja magneettikentille vaikka he ymmärsivät (mekaniikan) voimia vektoreina. Opiskelija sekoittaa helposti magnetismin ja sähkön, käyttäen erityisesti virheellistä analogiaa kenttien luonteiden tarkastelussa. Lisäksi lukiossa opitut niin sanotut oikean käden säännöt magneettisille voimille ja kentille ovat usein jääneet ilman asianmukaista teoreettista pohjaa ja täten niiden soveltaminen yleisiin tapauksiin on hyvin vaikeaa. \n\nSaarelaisen väitöskirjan mukaan sähkö- ja magneettikenttien tapauksessa vektorikentän käsitteen oikein ymmärtämisen todettiin olevan avain menestyksekkääseen oppimiseen suurimmalla osalla opiskelijoista. \n\nTutkimukseen kuului myös tehokkaampien opetusstrategioiden kehittämistä ja arviointia. Menetelmänä käytettiin IPN instituutissa kehitettyä opetuksellisen rekonstruktion menetelmää, jonka avulla opettaja voi vaiheittain luoda uutta materiaalia ja lähestymistapaa opetukseen. Menetelmä perustuu sykliseen rakenteeseen, jossa aiemman tutkimuksen tulokset, opetuskokeilun suunnittelu ja oppimisen arviointi ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. FL Saarelaisen väitöskirjassa kehitettiin uusia monivaiheisia opetus sekvenssejä sekä sähkö- että magneettikenttien opetukseen.Sekvenssit koostuivat erityisistä luennoista, luentojen aikana tehtävistä aktivointi tehtävistä, sekä laskuharjoituksista, joissa opiskelijat sovelsivat hankkimaansa tietoa ja osaamista sekä keskenään että opettajan kanssa keskustellen. Sekvenssit laadittiin hierarkkisesti, jossa hierarkia tasoilla edettiin alempien käsitteiden opiskelun ja ymmärryksen varmistamisen kautta kohti ylemmän tason käsitteitä. Opiskelijoiden oppimista seurattiin käyttäen kirjallisia jälkitestejä ja analysoimalla opiskelijoiden loppukokeiden vastauksia. Tulokset osoittivat, että opiskelijat omaksuivat vektorikenttien käsitteitä ja käyttivät vektoriajattelua ongelmanratkaisujen perusteluina. \n\nFL Markku Saarelaisen didaktisen fysiikan alaan kuuluva väitöskirja Teaching and learning of electric and magnetic fields at the university level (Sähkö- ja magneettikenttien opettamisesta ja oppimisesta yliopistossa) tarkastetaan Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä on dosentti Ismo Koponen, Helsingin yliopisto ja kustoksena professori Ari Laaksonen, Itä-Suomen yliopisto. \n\nVäittelijän painokelpoinen kuva löytyy osoitteesta: http://www.uef.fi/vaitoskuvat \n\nLisätietoja: Markku Saarelainen, p. 0500 817413, markku.saarelainen@uef.fi\n

ISBN-10:
978-952-61-0559-8
Kieli:
eng
Sivumäärä:
111 s.
Tekijät:
Saarelainen Markku (diss)
Tuotekoodi 020761
25,50 €