Aineista matemaattisimpia, matematiikan ja tilastotieteiden lisäksi tietysti fysiikka. Monet opiskelijat pitävät fysiikkaa vaikeana verrattuna vaikkapa kemiaan tai biologiaan. Yleinen käsitys on, että useammat tytöt pitävät tätä oppiainetta vaikeana kuin pojat. Tämä on yllättävää, koska akateemisessa maailmassa on lähes yhtä paljon naisia ja miehiä fysiikan opettajina. Mikä siis tekee fysiikasta ”vaikean” oppiaineen?

Esitän seuraavat ajatukset, jotka perustuvat opetuskokemukseeni. Biologian kaltainen oppiaine vaatii monien faktojen ulkoa opettelua. Toki siinä on paljon selitettävää ja ymmärrettävää, mutta yleensä oppilaat huomaavat, että he pärjäävät biologiassa hyvin ulkoa opettelemalla. Laskutoimituksia, kaavioita tai numeerisia ongelmia ei juurikaan tarvitse ratkaista, ainakaan ylemmän keskiasteen kursseilla. Kemiassa ulkoa opetteleminen on jälleen tärkeässä asemassa, joskin vähemmän kuin biologiassa. Kemialliset yhtälöt, elektronirakenne jne. on ymmärrettävä, mutta monet opiskelijat pitävät myös kemiaa ”hallittavana”. Jopa matematiikka voi olla helpompaa, koska ulkoa opettelu ei useimmiten auta, ja jos tietää tietyn tyyppisen ongelman ratkaisumenetelmän, runsas harjoittelu (’drill’) takaa, että pärjää hyvin myös matematiikassa.

Mitä sitten tapahtuu fysiikan kanssa? Tässä muutama syy, miksi fysiikkaa ei rakasteta liikaa:

• Käsitteellisesti vaativampaa.
• Jokaiseen käsitteeseen/aiheeseen liittyy ajattelua monella tasolla
• Kokeita on tehtävä, ja tuloksia suhteutettava teoreettisiin arvoihin
• Tulosten virheiden laskeminen
• Käsitellä lukuisia fysikaalisten suureiden yksiköitä
• Tulosten esittäminen numeerisesti ja graafisesti
• Kuvaajien tulkinta
• Lukutaulukot, kuten trigonometriset ja logaritmiset taulukot
• Fysiikan laboratoriossa käytettävien laitteiden käsittely ja sellaisten käsitteiden kuten pienimmän lukumäärän tunteminen, nollavirhe, tarkkuus, herkkyys, jne
• Kerrotaan perusteluja, jotka täsmäävät fysikaalisten, reaalimaailman havaintojen kanssa
• Muistetaan määritelmiä ja lakeja
• Liian paljon kaavoja opeteltavaksi
• Tulee opittua liikaa teoriaa – lakeja, käsisääntöjä, suureiden käsittelemistä vektoreina tai skalaareina, sellaisten käsitteiden käsittelyä, mitkä eivät ole ”itsestään selviä”.
• Siirtyminen graafisesta esitystavasta matemaattiseen esitystapaan ja päinvastoin
• Fysiikassa ei ole kyse vain fysiikasta; on käytettävä myös algebraa, geometriaa ja laskutoimituksia, joten on oltava kohtuullisen hyvä myös näissä muissa aineissa
• Jotkut fysiikan aiheet ovat abstrakteja ja ehkä opiskelija ei voi samaistua niihin heti, kuten kvanttimekaniikka ja atomifysiikka
• Fysiikkaa opetetaan nopeammin kuin kieliä ja yhteiskuntatieteitä.
• Fysiikka voi vaatia, että lähdetään liikkeelle tietystä tuloksesta ja tehdään yleisiä sääntöjä
• Tekstin lukematta jättäminen ja harjoitustehtävien ratkaisematta jättäminen tekee ymmärtämisen lähes mahdottomaksi
• Tiheästi ratkaistavat numeeriset ongelmat ovat substituutiotyyppisiä ongelmia, kuten F = ma, annettuna F ja M, löydetään a. Opiskelijat uskovat, että fysiikkaan kuuluu tällaisia laskutehtäviä. Tiedämme, että se ei ole totta. Vaikeampiin ongelmiin ei koskaan tartuta ja vaikeammat aiheet pidetään ”vaihtoehtona”, ja näitä aiheita vaaditaan jatko-opinnoissa.
• Graafien piirtämisen ja tulkinnan perusteet ovat usein hyvin heikkoja, samoin laskennan perusteet. Niinpä vaikka oppilas saattaa osata löytää derivaatan, hänelle ei ehkä ole kerrottu derivaatan -> kaltevuuden -> nopeuden, käyrän alle jäävän pinta-alan -> integraalin jne. välisestä yhteydestä. Tämä vaikeus johtuu siitä, että matematiikkaa opettavan opettajan ei välttämättä tarvitse keskustella laskennan sovelluksista muihin oppiaineisiin, ja fysiikan opettaja odottaa (joskus) matematiikan opettajan keskustelevan näistä keskinäisistä yhteyksistä.
• On hyvin mahdollista, että fysiikkaa ei opeteta niin kuin sitä pitäisi opettaa. Se nyt ei olisi oppilaiden vika. Mutta oppilas silti kärsii. Lukuisat tutkimukset ovat osoittaneet, että oppilailla on monia väärinkäsityksiä ja valitettavasti näihin väärinkäsityksiin ei puututa.

Fysiikka on kumulatiivista. Jos et ole ymmärtänyt peruskäsitteitä ja olet silti onnistunut läpäisemään tenttisi, tämä puute tulee pian vastaan, kun opiskelet lisää fysiikkaa. Et siis saa sivuuttaa perusasioita. Kilpailukokeissa ei testata vain oppikirjatietoa, vaan niissä testataan sovelluksia. Sovelluspainotteisia ongelmia voi ratkaista vain, jos perusteet ovat selvillä ja jos parannat matematiikan, kuvaajien, tulkinnan ja logiikan taitojasi. Kun tiedät, miksi jokin aihe vaikuttaa vaikealta, voit pyrkiä tekemään siitä helppoa, mielenkiintoista ja hyödyllistä.