Taavi Adamberg, Tartu Ülikool, 2010
Füüsikaõppe üheks eesmärgiks on seatud lisaks füüsikaalaste teadmiste arendamisele ka keskkonnahoidlike, ühiskonnasõbralike ning jätkusuutlikule arengule orienteeritud hoiakute kujundamine. Ümbritseva keskkonna paremaks mõistmiseks on ühtemoodi tähtsad nii teadmised kui ka oskus neid rakendada. Seetõttu on asjade olemuse mõistmiseks vajalik näidata teoreetiliste mudelite kõrval nende rakendumist igapäevaelus ning selgitada füüsikaalaste teadmiste tähtsust erinevates valdkondades. Antud artikkel püüab anda mõned näpunäited, kuidas oleks võimalik füüsikatunnis õpetatavat teoreetilist materjali siduda rohkem igapäevaeluga.
Üheks parimaks viisiks leida seoseid ümbritseva maailma ning teoreetiliste teadmiste vahel on tuua näiteid meie läheduses toimuvate sündmuste ning ümbritsevate asjade hulgast. Seejuures on parem leida näiteid võimalikult isiklikult puudutavate teemade hulgast. Näiteks õpilase tõsise hobi kohta näite toomine võib jääda meelde märksa enam kui rääkimine tegevusest, millega ta ei ole kunagi tegelenud või mida ta on ainult teleri vahendusel näinud. Seejuures peaks võimaluse korral näitama asju või seadmeid ning testima nende töötamist erinevates olukordades. Loodusnähtustest võiks eelistada pigem selliseid, mis on mõjutanud õpilasi isiklikult. Näited kusagil teises maailmajaos kunagi toimunud sündmustest jäävad õpilasele kaugeks. Samuti on oluline pöörata tähelepanu aktuaalsetele uudisteemadele, mille põhjused on seletatavad füüsikaalaseid teadmisi kasutades. Alljärgnevalt mõned soovitused erinevatest teemavaldkondadest.
Füüsika ja hobid
Füüsika lõimimine näidetega aladelt, mis õpilast juba huvitavad, võib suurendada positiivset hoiakut loodusteaduste suhtes. Illustreerivate näidete toomisel igapäevaelust võiks arvestada õpilaste hobidega ja püüda anda seletusi vastavatelt aladelt. Samuti võiks käsitleda õpilaste endi poolt väljapakutud probleemsituatsioonide lahendamist ning füüsikalise tagapõhja selgitamist. Kõik see loomulikult eeldab suhtlemist õpilastega, et teada saada nende huvialad ning lahendamist vajavad küsimused. Alljärgnevalt mõned näited enamlevinud hobide kohta.
- Igasugused muusikainstrumendid pakuvad mitmekülgseid võimalusi teoreetilise füüsikateadmiste rakendamiseks praktikas, alustades helilainete tekkepõhjustest ja lõpetades näidetega halvasti häälestatud pillidest. Saab selgitada, millest tulenevad ilusa meloodia ning lihtsalt müra erinevused, luua seosed noodikirja ja füüsika vahel ja näidata, et muusikategemiseks ei ole alati tarvis kalleid pille, vaid piisab ka lihtsatest vahenditest (pudelid, torud, veiniklaasid jm).
- Spordis ei ole hea soorituse ainukeseks eelduseks suurepärased atleetlikud võimed, vaid ka sooritustehnika. Viimase lihvimiseks on tihtipeale vaja aga arvestada mitut liiki füüsikateadmistega. Enim puudutab see alasid, kus kasutusel on mitmesugused seadmed või masinad, kuid ka kergejõustikus on vaja arvestada tuuletakistust, kesktõmbekiirendust, hõõrdejõudu jm. Seetõttu võiks selgitada ning võimaluse korral ka demonstreerida erinevate spordis kasutatavate võtete füüsikalist tagapõhja. Juhul kui see haakub päevakajaliste spordisündmuste või kooli spordiüritustega, on õpilaste suurem huvitatus kindlustatud.
- Ka kunst ei ole füüsikast sugugi kaugel. Värvide kompositsiooni nägemine maalil või muul pildil on suures sõltuvuses sellele paistvast valgusest. Kuid valguse käsitlemisel ei saa mööda vaadata fotograafiast. Tänapäeva fotoaparaadid on küll ehitatud täisautomaatseks, nii et enam ei tule pead vaevata säriaja, ava, fookuskauguse, ISO jms mõistetega, kuid aparaadi valikul on siiski hea teada fotograafia algtõdesid. Mobiiltelefonid võivad küll uhkustada 12-megapiksliste sensoritega, kuid endiselt jäävad suure objektiiviga ja märksa väiksema lahutusega digitaalsed peegelkaamerad paremaid pilte tegema. Fotograafia põhitõdede sidumine kiirteoptikaga võiks olla huvipakkuv enesearendus igale selle kunsti huvilisele.
- Kinokunst pakub meile ennenägematuid vaatepilte mitmesugustest sündmustest. Tihti tunduvad need nii reaalsed, et inimesed võtavad seda kui tõde ja unustavad seejuures loodusseadused. Kriitilise mõtlemise arendamine käib aga käsikäes loodusseaduste tundmisega. Nii näiteks tuleks selgitada, et autodega üle majade hüppamine, püssikuulide eest põiklemine, hetkeline jäätumine jms kuulub jäädavalt vaid ulmefilmide valdkonda. Füüsikaõpetaja võiks kasutada väärtõdede selgitamiseks antud ajahetkel aktuaalset ja noorte seas menukat filmi või telesarja.
Füüsika ja tehnika
Paljud füüsikaga lähemalt tutvust teinud inimesed leiavad, et tehnika ongi peamiselt üks füüsika rakendusvorme. Kuid tänapäeval kipuvad need seosed füüsikaga kooliõpilasele üha hägusemaks jääma. Vaadates laua peal seisvat tahvelarvutit, saates sõpradele mobiiltelefoniga SMS-e, sõites bussiga kooli või lennukiga lõunamaa saartele puhkama, valides kassaaparaatide piiksumise taustal supermarketist uut külmkappi või kuulates sumedal augustiõhtul sümfooniaorkestri kontserti, ei mõtlegi me, et võiksime seda kõike siduda füüsikaga. Ja ega ole vajagi. Tänapäevane tarbimisühiskond pakub piisavalt võimalusi edukalt hakkama saamiseks ilma igasuguste füüsikateadmisteta. Kõikvõimalike tehnovidinate jaoks on spetsialiseerunud müügimehed, parandajad ja utiliseerijad, autosid ja muid sõidukeid hooldavad vastavad spetsialistid, majapidamiste korrashoiuks on loodud vastavad ettevõtted ning igasuguste küsimuste tekkimisel on alati võimalik helistada kasutajatoe infoliinile. Seetõttu võib õpilasele tunduda füüsika õppimine kuidagi „vanaaegne“ ja ebavajalik, seda isegi juhul, kui tal on kindel eesmärk mõne tehnikavaldkonna spetsialistiks saada. Kuid tihtipeale jääb tähelepanuta asjaolu, et mõned teadmised tehnika olemusest ning tööprintsiipidest võivad päästa inimese rumalast olukorrast, kopsakast arvest või õnnetusjuhtumist. Mis aga tänapäeval kõige olulisem – sellised teadmised võivad säästa tema aega.
Elektrivool on üks füüsikaga enim seostatud nähtusi, mida kasutatakse igapäevaelus. Vajavad ju enamasti tehnikavidinadki töötamiseks elektrivoolu. Hoolimata elektri kui loodusnähtuse põhjalikust käsitlusest füüsikatunnis, kipuvad jääma selle rakendusliku poole üksikasjad tagaplaanile. Suurem hulk tehnilistest detailidest kuuluvad tõepoolest elektriku eriala juurde, kuid nii mõnedki teadmised on kasulikud kas või enda ja oma vara säästmise seisukohalt. Siinkohal vaid mõned üksikud näited.
- Oma kodus peaks teadma, kus asuvad elektrikilp ning kaitselülitid, et ohu korral või rikete puhul osataks elekter välja lülitada. Tänapäevaseid kaitselüliteid (automaatkaitselüliti, rikkevoolukaitselüliti, sulavkaitsmed) tuleks demonstreerida.
- Standardsete lambipirnide vahetusega võiks samuti igaüks ohutult hakkama saada. Poest võiks osata valida õiget tüüpi ning sobiva võimsusega lambipirni. Seetõttu tuleks seletada füüsikatunnis erinevat tüüpi pirnide omadusi ning eeliseid teiste ees ning demonstreerida vastavaid valgusteid.
- Riikide elektrisüsteemide erinevuse tundmine tuleb reisimisel kasuks. Siinkohal võiks näidata erinevaid kasutusel olevate seinakontaktide standardeid ja selgitada, milliseid seadmeid tasub näiteks Euroopast USA-sse reisides kaasa võtta.
- Elektrivooluga töötavate seadmete puhul on oluline teada nende mõningaid parameetreid. Samuti aitab tööpõhimõtete tundmine kaasa ohutuse tagamisel: kaine mõistus võib mõnigi kord päästa nii seadme kui ka inimese elu.
- Nii mõneski riigis on mikrolaineahjuga kaasas üsna paks kasutusjuhend, mis sisaldab peamiselt informatsiooni kõige selle kohta, mida ei tohiks sinna seadmesse panna. Mikrolaineahju tööpõhimõtte selgitamisega on võimalik siduda nii mitmedki füüsikaalased teoreetilised teadmised praktilise kasutusega. Seejuures võiks demonstreerida mõnda „valestikasutust“ – olgu selleks siis kuldse servaga taldrik, plasma tekitamine viinamarjaga, tükk seepi või mõni muu asi.
- Laialdaselt kasutatavad sideseadmed annavad hulgaliselt võimalusi illustreerimaks elektromagnetlainete kasutust ning nende leviomadusi. Mobiilside areneb üsna kiiresti ning seetõttu võiks selgitada nii erinevaid leviomadusi kui ka uusi standardeid (4G), mis võimaldavad kiiremat andmesidet. Mobiililevi demonstreerimiseks sobib hästi Faraday puur. Samuti võiks juttu teha Wifi levikust, näidata optilist sidekaablit ning kasutada satelliitside võimalusi (GPS).
- Üheks eraldi teemaks on robootika. Tänapäevane keskmine kodumasin sisaldab tihtipeale üsna palju elektroonikat ja automaatikat, samuti teevad tööstuses paljusid operatsioone robotid. Seetõttu võiks selgitada robootika kasutusalasid, näidata demovideosid ning võimaluse korral ka mõnda robotit.
- Üks keerulisemaid ning mitmeid alamsüsteeme sisaldavaid tarbeesemeid on auto. Siinkohal ei saa mainimata jätta ka teisi transpordivahendeid, nagu lennuk, laev, kosmosesüstik, aga ka jalgratas, tasakaaluliikur jms. Siiski pakub just näitena auto kasutamine väga palju erinevaid võimalusi siduda füüsikateooriaid igapäevaste kasutusaladega. Auto baasil on võimalik tuua näiteid väga laiast teemavaldkonnast – alates mehaanikast ja lõpetades mikromaailma füüsikaga. On täheldatud, et noormeeste huvi on autode vastu suurem kui tüdrukute oma. Niisiis ei tasuks autonäidete toomisega liiale minna, et mitte kaotada naissugupoole huvi kogu selle temaatika vastu.
- Igaüks meist liikleb igapäevaselt ning seetõttu on väga tähtis teada liiklusohutuse põhitõdesid, mis „üllataval“ kombel on seotud füüsikaga. Autode turvavööd on muutunud kohustuslikuks igaühele, jalgrattakiiver ja rulluisukaitsmed on vaid osa turvavarustusest, helkuri kandmine pimedal ajal on päästnud tõenäoliselt sadu elusid. Liiklusreeglite põhjendamine füüsika abil aitab neid paremini mõista ning võib edaspidi aidata kaasa ka üldise liikluskultuuri paranemisele.
Füüsika ja loodusnähtused
Loodus on kõikvõimalike füüsikaseaduste illustreerimiseks üks ammendamatuid allikaid. Õigupoolest peaks ütlema teistpidi: füüsikaseadused on looduse kirjeldamiseks. Loodusnähtuste uurimise tulemusena on avastatud mitmesuguseid seaduspärasusi, mida on kasutatud hiljem inimkonna elujärje parendamiseks. Seejuures aga ei ole vastu saadud ühele elu enim mõjutavale looduse tegurile – ilmale. Ilm mõjutab meid kõiki, kas või kaudselt. Ilmastik on ajaloos rikkunud nii mõnegi suursündmuse, lõpetanud sõja ja nõudnud inimelusid. Kuid samuti on see pakkunud palju rõõmsaid hetki ning mälestusi.
Füüsika tegeleb mudelitega ja igapäevaelus üks enim kasutatud mudeleid on ilmaprognoos, mis ennustab ilma lähitulevikuks konkreetsetel geograafilistel aladel. Ilmakaardist ei tohiks mööda minna ka füüsikatunnis. Lisaks meteoroloogias kasutatavatele mõistetele ning tähistele tuleks kirjeldada vaatlusandmete kogumist, nende töötlemist ja mudelisse rakendamist. Samuti tuleks selgitada ilmaprognooside ebatäpsuse kasvamist sõltuvalt vaadeldava perioodi pikenemisest ning kummutada väärarusaamu pikaajalistest ennustustest. Võimaluse korral tasuks jälgida kättesaadavaid reaalajalisi ilmamudeleid.
Lisaks ilmamudelitele võiks õpilaste tähelepanu juhtida ka samal päeval/nädalal toimunud ilmastikunähtustele ning selgitada nende toimemehhanismi ja tagapõhja, olgu selleks nähtuseks siis vikerkaar, halo, ehapuna, jäide, rahe või ka vihm. Kuid tähelepanu tasub juhtida ka igapäevasele ilmale, pilvede tüübile, päikese ning kuu tõusule ja loojangule jne. Ka võiks tähelepanu pöörata tähistaevas juhtuvale ning suunata õpilasi õhtusel ajal mõnikord ülespoole, taevasse vaatama.
Füüsika ja looduskatastroofid
Looduskatastroofide selgitamine nende ilmnemisel on kahtlemata füüsikatunni üks operatiivsemaid ülesandeid. See tähendab, et toimunud katastroofe ning nende põhjuseid tuleks käsitleda tunnis kohe, kui need on tõusnud meedias aktuaalseks. Tuleks arvestada, et meie geograafilisest asukohast kaugel toimunud katastroofid ei pruugi õpilastele tunduda sugugi nii kohutavad just nende otsese kokkupuute puudumise tõttu. Võiks analüüsida ka sarnase katastroofi kordumise võimalusi või selgitada meie laiuskraadil juhtunud loodusõnnetuste varal üldist, globaalset kliima seotust. Toimunud katastroofide selgitamisel asetub põhirõhk füüsikalise tagapõhja mõistmisele ning selle sidumisele teoreetiliste teadmistega. Seejuures tuleks selgitada toimunut võimalikult neutraalselt, üritades seeläbi vähendada tihtipeale meedias külvatavat paanikat, mis põhineb füüsikaliste põhjuste mitteteadmisel või -arvestamisel.
Märksa enam tuleks käsitleda kohalikus mastaabis juhtunud õnnetusi või potentsiaalseid ohte. Näiteks Fukushima tuumakatastroof ajendab tähelepanu pöörama meie lähiümbruses asuvatele tuumarajatistele ning selgitama tagajärgi, mis kaasneksid sarnaste õnnetuste korral meie lähiümbruses. Tuumajaamade probleemi käsitlemisel ei tasu ära unustada ka nüüdisaegset tehnoloogiat, mis on kasutusel uute ehitiste püstitamisel, kuid ka aktuaalseid teadusuuringuid, mida tehakse turvalisemate energiaallikate leidmiseks. Seega peaks tuumapaanika vähendamine selgitustööd tehes olema üks füüsikatunni ülesandeid.
Loodusõnnetuste põhjuste analüüsimisel ei pääse mööda ka energiasäästust ega taastuvenergeetikast. Seoses energiaga koguvad mitmesugused moevoolud globaalselt tuure ja tihtipeale üritatakse nendega kaasa minna, arvestamata sealjuures meie asukoha geograafilist sobimatust või teadmata hüüdlausete tegelikku tagapõhja. Füüsikatunnis tuleks juttu teha erinevatest taastuvenergeetika saamise vormidest ja nende potentsiaalsest mõjust keskkonnale, kuid ka paaniliste ja läbimõtlematute energiasäästuloosungite võimalikest tagajärgedest loodusele.
Füüsika peaks suutma jätta mulje kui igapäevaeluliste asjade ning nähtuste seletaja, kummutama väärarusaamu ning selgitama tehnika viimaseid samme. Näiteid kõige selle kõige jaoks leiab igalt poolt meie ümbert ning õigem ongi tuua välja neid asju, mida me ise igapäevaselt kasutame. Kui lisada sinna juurde vanu, aastakümneid kehtinud teoreetilisi tõdesid, tekib ühtne pilt füüsikast igapäevaelus.