Velkommen til FYS 2150 L våren 2011!

Presentasjon om: "Velkommen til FYS 2150 L våren 2011!"— Utskrift av presentasjonen:

1 Velkommen til FYS 2150 L våren 2011!
Program for dagen: Praktisk informasjon om kurset Liten forelesning om usikkerhetsregning Liten forelesning/ diskusjon: Hva er fysikk? Observasjoner i naturvitenskap Fysikkdidaktikk og skolefysikk Intro til datalogging

2 Hva er fysikk?

3 Hva er fysikk (studentenes svar)?
Alt En matematisk beskrivelse av verden Forståelse av hvordan ting henger sammen ..

4 Hva er fysikk? Encyclopedia Britannica online: Store norske leksikon:
PHYSICS: science that deals with the structure of matter and the interactions between the fundamental constituents of the observable universe. (…) Its scope of study encompasses not only the behaviour of objects under the action of given forces but also the nature and origin of gravitational, electromagnetic, and nuclear force fields. Its ultimate objective is the formulation of a few comprehensive principles that bring together and explain all such disparate phenomena. Store norske leksikon: FYSIKK: naturlære, opprinnelig læren om den livløse natur. Av denne betegnelsen har det etter hvert skilt seg ut en rekke fagområder (…) som astronomi, geologi, mineralogi, meteorologi og kjemi. (…) Uten å avgrense fysikken i forhold til andre vitenskapsgrener kan man karakterisere den som et fundament som de andre grenene bygger på. Fysikk blir da læren om de fenomener i naturen som kan bli forstått på en fundamental måte ut fra elementære prinsipper og lover.

5 Fysikk: Fra det største til det minste Galakser Sola Jorda Men-nesket
Ele- mentær-partikler Nano-teknologi

6 Fra det enkle til det komplekse
Fysikk: Fra det enkle til det komplekse Complex Systems are characterized by heterogeneity in space (patterns) or time (dynamics), or both (fra Fys/UiO) Bilde: Pattern formed in a drying process where a mixture of grains and fluid (blue area) between two glass plates is invaded by air (black area.) (fra Complex/UiO)

7 Menneskelig erfaring hårstrå

8 Hva handler fysikk om ? – Tre svar
Fokus på fysikkens produkter: Fysikk er vitenskapen om universets og alt stoffs fundamentale bestanddeler og om kreftene som virker mellom dem. Fokus på fysikkens prosesser: Fysikk dreier seg om å lage (matematiske) modeller av virkeligheten. Fokus på undring og hvilke spørsmål fysikken besvarer: Fysikk handler om å forstå og fortolke den fysiske virkeligheten – alt fra hverdagsfenomener til jordas og menneskets plass i kosmos. Fysikken kan bidra til forståelse av spørsmål som: Hvorfor har elefanten store ører? Hvorfor faller ikke månen ned? Hvordan oppstår regnbuen? Er stråling fra mobiltelefonen min skadelig? Er det mulig å reise i tid? Finnes det liv i universet utenfor jorda? I skolefaget fysikk mener vi at elevene bør møte ikke bare fysikkens "produkter" (begrepene, lovene og teoriene), men også dens metoder – den analytiske og systematiske tilnærmingen og oppbyggingen av (matematiske) modeller av fenomener og prosesser ut fra eksperimenter og resonnementer. Ikke minst må elevene få rikelig anledning til å undre seg over fysiske fenomener sammen med hverandre og med læreren og til å øve seg på å nærme seg store og små spørsmål med fysikerens "verktøykasse" av begreper og metoder.

9 FYSIKKENS MÅL: FORKLARING – eller BESKRIVELSE?
SANNHET – eller MODELLER SOM VIRKER? Richard Feynman: I often use the analogy of a chess game: one can learn all the rules of chess, but one doesn’t know how to play well. The present situation in physics is as if we know chess, but we don’t know one or two rules. But in this part of the board where things are operation, those one or two rules are not operating much and we can get along pretty well without understanding those rules.

10 Hva er naturvitenskap? Vitenskapsfilosofenes svar
SIR KARL POPPER Bare falsifiserbare på- stander er vitenskape-lige, og en hypotese kan i prinsippet falsifiseres av ett moteksempel Vitenskapen går fram-over gjennom revolu-sjoner. Vitenskapens utvikling henger sam-men med sosiologiske faktorer og generelle tankestrømninger Det går an å klare seg uten det tradisjonelle begrepet ”sannhet”. Vi må oppgi tanken på kunnskap som en ”sann” representasjon av hvordan ting er THOMAS KUHN ERNST VON GLASERS-FELD

11 Fysikk som matematiske modeller
”Naturlovene er skrevet i matematikk. Ikke fordi fysikerne har valgt det, men fordi vi har observert at naturen følger slike regler. Naturens språk er matematisk, og fysikkens hovedprosjekt har vært å finne de matematiske reglene som naturen følger” Gaute Einevoll i boka Naturens kode (2005) Filosofien* er skrevet i naturens store bok, som hele tiden ligger åpen for vårt blikk. Men denne boka kan vi ikke forstå med mindre vi først lærer å forstå det språket og de bokstavene den er skrevet med. Den er skrevet i matematikkens språk (…) Galileo Galilei i boka Il Saggiatore (1623) * Filosofi  naturfilosofi  naturvitenskap

12 Fysikk som matematiske modeller
”Beregningsorientert fysikk” (computational physics) som fysikkens ”tredje søyle”, i tillegg til teoretiske og eksperimentelle tilnærminger?

13

14 Hva har vi diskutert til nå?
Fysikkens ”spennvidde” – fra stort til lite; fra enkelt til komplekst Tre mulige svar (til elever?) på spørsmålet ”Hva er fysikk?”: Fysikk som produkt Fysikk som prosess Fysikk som undring og hvilke spørsmål fysikken befatter seg med Ørlite vitenskapsfilosofi – med vekt på realisme vs konstruktivisme, ”sannhetssøken” vs ”modeller som virker” Fysikk som matematiske modeller

15 Litt om observasjoner, ”fakta” og den slags…

16 Dette synet skal vi utfordre og modifisere!
Et alminnelig syn på naturvitenskap, ikke minst blant elever : Naturvitenskap er avledet fra (basert på) fakta Nærmere bestemt: Hvis virkeligheten observeres nøyaktig og uten bias, og resonnementer basert på disse observasjonene er gyldige, vil resultatet bli kunnskap som er sikker og objektiv. 3 komponenter: Fakta kommer direkte, gjennom sansene, til den som observerer nøyaktig Fakta kommer før, og er uavhengige av, teori Fakta utgjør et fast og pålitelig grunnlag for vitenskapelig kunnskap Dette synet reflekteres også i fagbøker om naturvitenskap, som Chalmers viser gjennom sitater. Dette synet skal vi utfordre og modifisere!

17 Chalmers: Problemer med synet på naturvitenskap som ”basert på fakta”:
Hva er ”fakta”, og hvordan får vitenskapsfolk tilgang til dem? Hvordan utledes vitenskapelige lover og teorier fra fakta?

18 Folk i afrikanske stammer aser ikke en trapp i det hele tatt (har ikke tradisjon for å tolke 2D-figurer 3-dimensjonalt)

19 Ser du en and eller en kanin?
Har du først sett begge, er det lettere å svitsje mellom dem Ser du en and eller en kanin?

20 Ser du en ung eller en gammel dame?

21 Hvordan ser du at ”dette er en Munch”?

22 SVAR: Et ultralydopptak av hjertet
Hva er dette? SVAR: Et ultralydopptak av hjertet

23 Hva er ”fakta”, og hvordan får vitenskapsfolk tilgang til dem?
Eksempler med observasjoner med synssansen illustrerer bl.a. at: Ulike personer ”ser” ulike ting i samme bilde (fysiske situasjon) Hva vi ”ser”, er avhengig av erfaring (har vi sett det samme før?), kulturbakgrunn og hvilke begreper (bakgrunnskunnskap) vi har

24 Hvordan utledes vitenskapelige lover og teorier fra fakta?
Hvordan skjer ”overset-telsen” fra selve sanse-inntrykket til et UTSAGN som uttrykker et ”faktum”? Sier jeg ”her er et eple”, forutsetter det at jeg kjenner begrepet ”eple” med ek-sempler og moteksempler (for eksempel kan epler være røde, grønne eller gule, men grønne epler er likevel ikke det samme som pærer, og røde epler ikke det samme som tomater). Hva vil DU si for å beskrive plantelivet vi ser på dette bildet? Hva vil en botaniker med fjellflora som spesialitet si? Antakelig har botanikeren et rikere språk og flere begreper for å beskrive det hun/han ser og uttrykke det som faktautsagn.

25 Faktautsagn avhenger av tilgjengelig språk og begreper.
MEN faktautsagn kan fortsatt være riktige eller gale. Noen eksempler: Vann har høyere spesifikk varmekapasitet enn stål Unnslipningshastigheten fra jorda er 20 km/s Tiden går fortere nær et sort hull enn på jorda Svingetiden til en pendel er uavhengig av massen til pendelloddet Resultantresistansen av seriekoblede motstander er lik summen av enkeltresistansene Hvilke begreper må du kjenne for å trekke mening ut av utsagnene over? Hvilke utsagn mener du er korrekta faktautsagn, og hvilke er gale?

26 Hva er ”et observerbart faktum”?
Dette kan endre seg med tiden ettersom observasjonsmetoder og utstyr blir bedre og kunnskapen øker. Eksempel: ”Jorda står stille” uttrykte et observertbart faktum på 1500-tallet. Man så himmellegemene bevege seg i forhold til jorda, man landet samme sted hvis man hoppet opp i lufta, osv. Dette ”faktum” ble endret som resultat av bl.a. bedre observasjons-utstyr (kikkerten) og bedre forståelse av mekanikk (treghet gjør at man vil følge med i jordas bevegelse når man hopper).

27 Foreløpig konklusjon (Chalmers):
Det observasjonsmessige grunnlaget for naturvitenskapen er ikke så sikkert og liketil som det ofte framstilles! …og dette skal vi ha i bakhodet når vi arbeider på laboratoriet, både som forskere og som lærere! Astrofysikeren Arthur S. Eddington: ”Det er [også] en god regel å ikke ha over-dreven tillitt til observasjonsresultatene som fremlegges før de er blitt bekreftet av teori.”

28 Fysikkdidaktikk: En liten innledning
Didaktikk = undervisningskunst! Fagdidaktikk dekker spørsmålene Hva skal faget inneholde som skolefag? Hvordan kan man undervise i faget? Hvorfor skal eleven lære det faget formidler? Hvem er faget tilrettelagt for?

29 Hvorfor fysikk i skolen?
Svein Sjøberg: Fire argumenter for å lære naturfag Økonomiargumentet: økonomisk framgang for samfunnet; yrkesmuligheter for enkeltpersoner Nytteargumentet: mestre den praktiske og teknologiske hverdagen Demokratiargumentet: delta i demokratiske prosesser om problemstillinger der naturvitenskap inngår; for eksempel klima- og energispørsmål Kulturargumentet: naturvitenskapen utgjør en vesentlig del av vår felles kulturbakgrunn og virkelighetsforståelse

30 Fysikk i skolen – for HVEM? …og dermed: HVA og HVORDAN?
Fysikk som allmenndannende: – vekt på samfunnsaktuelle, komplekse problemstillinger – et fag for mange elever? Fysikk som studieforberedende: vekt på klassisk, ”ren” fysikk et fag for de få dedikerte?

31 Fysikk i skolen – HVORDAN?
VARIASJON!! Noen tilnærminger du vil møte gjennom FYS 2150L: Eksperimenter med og uten datalogger Modellering og bruk av matematikk i fysikkfaget Trening i å planlegge, begrunne og vurdere (eksperimentbasert) fysikkundervisning

32 GOD FORNØYELSE med FYS 2150 L våren 2011!

33

34 Hva er naturvitenskap? Encyclopedia Britannica online:
SCIENCE: any system of knowledge that is concerned with the physical world and its phenomena and that entails unbiased observations and systematic experimentation. In general, a science involves a pursuit of knowledge covering general truths or the operations of fundamental laws. Store norske leksikon: NATURVITENSKAP, fellesbetegnelse for empiriske vitenskaper hvor man søker og forvalter kunnskap om naturen og (både levende og ikke-levende) naturlige fenomener, til forskjell fra kulturvitenskap hvor det forskes på menneskeskapte og sosiale fenomener. Astronomi, fysikk, kjemi, biologi og geologi er tidlige naturvitenskapelige fagområder. Også geografi, ingeniørvitenskap, jordbrukslære, farmasi og medisinske disipliner hører til naturvitenskapene. I nyere tid har en rekke spesialiserte fagområder som for eksempel molekylærbiologi, oseanografi og ressursgeologi blitt utviklet, og flere tverrfaglige disipliner…..

35 Galileo, Jupiters måner og jordas bevegelse
Rundt 1610 så Galileo gjennom sitt nylagede teleskop at Jupiter hadde måner som fulgte planeten over himmelen. Da var det rimelig at også jordas måne kunne følge med i en bevegelse rundt sola, og ett av motargumentene mot Copernikus’ teori falt dermed bort. Galileos motstandere godtok ikke umiddelbart hans beskrivelser av det han så gjennom teleskopet som ”gyldige faktautsagn”. En del av dem ble etter hvert overbevist om hva de så gjennom argumentasjon og kvantitative målinger knyttet til observasjonene.