Tervetuloa kurssille Kvanttimekaniikkaa ja suhteellisuusteoriaa yleissivistävästi ! Aloita katsomalla alla oleva lyhyt aloitusvideo ja tutustumalla tarkempiin suoritusohjeisiin.

Video 1. Tervetuloa kurssille!

Mistä tällä kurssilla on kyse?

Modernin fysiikan tuntemus kuuluu yleissivistykseen. Se on nyky-yhteiskunnan teknologisen kehityksen perusta ja sen pohjalta voidaan ratkoa energiankulutuksen ja -tuotannon sekä ilmaston lämpenemisen haasteita. Silti lukion opetussuunnitelmassa modernin fysiikan sisältöjä on perin vähän. Tämä kurssi täydentää lukion fysiikan opintojen yleissivistävyyttä ja tukee ylioppilaskirjoituksiin valmistautumista modernin fysiikan osalta. Kurssi painottuu kvanttimekaniikan ja suhteellisuusteorian käsitteiden havainnollistamiseen simulaatioiden ja yksinkertaisten matemaattisten mallien avulla. 

Mikäli olet toisen asteen opettaja, kurkkaa opettajille suunnattua sivuamme täältä.

Millaisia sisältöjä kurssilta löytyy?

Kurssilla on kvanttimekaniikan sisältöjä 

• Kvanttimekaaninen tila ja sen liikeyhtälö 
• Sidotut tilat, epätarkkuusperiaate ja tunneloituminen 
• Tilojen superpositio ja lomittuminen 
• Schrödingerin kissa ja kvanttilaskenta

ja suhteellisuusteorian sisältöjä 

• Einsteinin suhteellisuusperiaate 
• Liikkeen ja ajan suhteellisuus 
• Pituuden kutistuminen ja ajan venyminen 
• Yleinen suhteellisuusteoria, gravitaatioaallot ja mustat aukot 

Mitä kurssilla tulen oppimaan, eli mitkä ovat kurssin osaamistavoitteet?

Kurssin tavoitteena on, että opiskelija 

• tunnistaa kvanttimekaanisen tilan käsitteen ja sen merkityksen 
• osaa kuvailla kvanttimekaniikan todennäköisyystulkinnan periaatteita 
• tunnistaa klassisen mekaniikan ja kvanttimekaniikan periaatteellisia eroja 
• osaa kertoa suhteellisuuden periaatteen ja kuvailla sen seurauksia 
• osaa perustella ajan ja pituuden suhteellisia muutoksia liikkuville havainnoitsijoille 
• osaa kuvailla suhteellisuusperiaatteen kosmologisia seurauksia 

Mitä esitietoja kurssilla vaaditaan? 

Sinulla on kurssilla tarvittavat fysiikan perusteet, mikäli osaat kuvailla kaverillesi seuraavia käsitteitä ja ilmiöitä: spektri, valonnopeus, valon aallonpituus, energia (potentiaalienergia, liike-energia), aaltoliike (aallonpituus, taipuminen raoissa, aaltoliikkeiden yhdistyminen), voimien vaikutus kappaleen liikkeeseen (Newtonin lait, liikemäärä, voiman impulssi) sekä varattujen hiukkasten välinen vuorovaikutus. Lisäksi sinulla on kurssille riittävä matemaattinen pohja, mikäli osaat laskea alkeisfunktioiden derivaattoja, tunnet integraalin merkityksen pinta-alan laskemisessa ja osaat kuvailla yksinkertaisten tapahtumien todennäköisyyksiä matemaattisesti.

Miten kurssilla opiskellaan?

Kurssilla opiskellaan verkkomateriaalien pohjalta ja vastataan materiaalin ohessa oleviin pohdintatehtäviin sekä erillisiin, arvioitaviin verkkotehtäviin.

Kurssi pohjautuu yleistajuisiin ja kiinnostaviin kysymyksiin. Kysymykset jakautuvat johdanto- ja yhteenvetokysymyksiin (valikon vihreät puhekuplat), kvanttimekaniikan kysymyksiin (siniset puhekuplat) ja suhteellisuusteorian kysymyksiin (punaiset puhekuplat). Voit johdantokysymyksen jälkeen valita aloituksen joko kvanttimekaniikan tai suhteellisuusteorian kysymyksistä, mutta molempien aiheiden sisällä kysymykset kannattaa käydä läpi esitetyssä järjestyksessä. Käy päätöskysymys läpi vasta lopuksi.

Kysymyksiä voi käydä läpi omaan tahtiin. Suositeltu suoritusaika on yksi lukiojakso eli pari kuukautta, mikä vastaa paria kysymystä viikossa. Kysymykset ovat eri pituisia, mutta keskimäärin aikaa on hyvä varata pari tuntia kysymystä kohden. Kurssi sopii mainiosti suoritettavaksi esimerkiksi lukio-opintojen ohessa, sujuvasti muiden lukiokurssien seassa: lukioiden kiertotuntikaavioissa on usein tarjolla palkkeja alku- ja loppuviikoille, mikä tarjoaa mainion rytmin kurssin opiskeluun. Alla olevaan kuvaan on hahmoteltu esimerkkiaikataulu kurssin läpikäyntiin yhdeksässä viikossa. Kurssi on suoritettava kuluvan lukuvuoden heinäkuun loppuun mennessä.

Kuva 1. Ehdotettu aikataulu kurssin suorittamiseen.

Kurssia myös tutkitaan. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen Opettajakoulutuksen ja opetuksen tutkimuksen ryhmä sekä Avoimen yliopiston toimijat keräävät kurssilta aineistoa sen tutkimiseen ja kehittämiseen. Kaikkia kurssille osallistuvia pyydetään mukaan tutkimuksiin, vaikka osallistuminen on vapaaehtoista. Voit kieltäytyä osallistumasta tutkimuksiin tai keskeyttää osallistumisen milloin tahansa. Tutkimuksiin osallistuminen tai osallistumatta jättäminen ei vaikuta kurssin suorittamiseen, kurssin vaatimuksiin tai arviointiin. 

Tutkimustuloksista kirjoitetaan opinnäytetutkielmia ja mahdollisesti tutkimusartikkeleita. Ketään tutkimukseen osallistuvaa ei voida tunnistaa julkaisuista. Lisäksi tuloksia käytetään kurssin kehittämiseen. Lisätietoja tutkimuksesta voi pyytää Pekka Koskiselta. Rekisterinpitäjänä toimii Jyväskylän yliopisto.

Täältä löydät fysiikan laitoksen tutkimuksen tietosuojailmoituksen sekä Avoimen yliopiston toimijoiden tutkimustiedotteen ja tietosuojailmoituksen.

Miten kurssi suoritetaan?

Kurssi suoritetaan vastaamalla arvioitaviin tehtäviin, joihin voi vastata enintään kahdesti. Linkit näihin tehtäviin ovat kunkin kysymyssivun lopussa: "Testaa oma osaamisesi". Sisältökysymysten lisäksi on kaksi palautekyselyä. Nämä kaksi palautekysymystä eivät vaikuta arviointiin. Hyväksyttävään suoritukseen edellytetään siten 

• kaikkiin tehtäviin vastaamista ja sekä kvanttimekaniikan että suhteellisuusteorian osioista vähintään puolet pisteistä
• esikyselyyn ja palautekyselyyn vastaamista

Materiaalin seassa on myös erillisiä sekä videoihin upotettuja H5P-pohdintatehtäviä. Nämä tehtävät ovat kuitenkin puhtaasti aktivointia varten; niitä ei käytetä kurssin arviointiin. Kurssi arvioidaan asteikolla hyväksytty/hylätty. 

Voinko opiskella kurssia kaverin kanssa?

Ilman muuta! Kurssin suorittaminen ja siihen liittyvästä fysiikasta keskustelu kavereiden kanssa on jopa suotavaa. Voit pyytää tukea myös fysiikan opettajiltasi, mikäli opettaja on saatavilla ja hänellä on mahdollisuus tarjota tukea. Ainoastaan varsinaisen tehtäviin vastaamisen tulee olla itsenäistä.

Miten saan todistuksen kurssin suorittamisesta?

Kurssin opintosuoritukset viedään Jyväskylän yliopiston Sisu-opintotietojärjestelmään. Suorituksen löydät opintosuoritusotteeltasi jonkin ajan kuluttua siitä kun saat kurssin suoritettua loppuun. Mikäli tarvitset virallisen opintosuoritusotteen (allekirjoitettu), voit tilata sen todistukseksi kurssin suorittamisesta. HelpJYU-palvelusta löydät ohjeet opintosuoritusotteen tilaamiseen.

Ketkä ovat tämän kurssin takana?

Kurssin takana on Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen Opettajakoulutuksen ja opetuksen tutkimuksen ryhmä. Laadinnassa mukana ovat olleet Simeoni Ahopelto, Victoria Hassinen, Henri Jutila, Jasmin Kilpeläinen, Pekka Koskinen, Antti Lehtinen, Matti Linna, Tapio Mäki-Panula ja Julia Rantamäki. Erityiskiitokset Ville Halttunen, Anu Kankainen, Jukka Maalampi, Juha Merikoski, Juha Muhonen, Sami Nurmi ja Paula Puhilas. Yhteydenotot: Pekka Koskinen.

• HelpJYU -palveluportaali (Moodle yms. tuki)