Fizika - Oblasna struktura
Fizika - Oblasna struktura
Mehanika je temeljna oblast fizike i zauzima posebno mjesto u strukturi. Druge oblasti koriste mehaničke veličine i oslanjaju se na oblast mehanike kroz koncepte gibanja, međudjelovanja, energije i zakona očuvanja. Stoga, mehanika predstavlja izvrstan kontekst za ulazak u svijet fizike kroz njene sadržaje i metode te se proučava u prvoj godini obrazovanih ciklusa.
U okviru oblasti mehanike proučavaju se cjeline u kojima se opisuje gibanje tijela - kinematika, proučavaju se stanja gibanja - dinamika i statika, te opisuje koncept rada i energija. Dodatno se uči o pojmu tlaka i njegovoj primjeni u svakodnevnici kroz cjelinu - mehanika fluida, dok se cjeline mehaničkog titranja i valova ostavljaju za proučavanje neposredno prije oblasti Elektromagnetizma, odnosno Optike i moderne fizike.
Dobro poznavanje mehanike preduvjet je za učenje drugih oblasti i stoga planiranje učenja i poučavanja mehanike zaslužuje posebnu pažnju. Dodatna vrijednost je u tome što se mehanika pri opisivanjima različitih sustava značajno primjenjuje u tehničkim znanostima (npr. rotacije tijela u strojarstvu, statike građevina u građevini), u medicini (npr. statika ljudskog tijela, krvotok kao sustav fluida), u sportu (poluge, stabilnost, dinamičnost ljudskog tijela) i mnogim drugim oblastima.
Odgovor na pitanje od čega je sve sastavljeno je jedno od najvećih pitanja filozofije znanosti. Polazeći od stanja tvari i njihovih fizikalnih svojstava, molekularna fizika preko molekularno-kinetičke teorije objašnjava atome, molekule i ione kao građevne elemente neprekidnih dinamičkih sustava. Ovakav model (model čestične građe tvari) je izrazito važan i u direktnoj je korelaciji s drugim prirodnim znanostima, posebno s kemijom gdje se dodatnim povezivanje ojačava razumijevanje građe tvari, međumolekularnih interakcija, izgradnje molekularnih sustava i njihovih fizikalnih svojstava i stanja, te pojava vezanih za ta stanja.
Koristeći se ovim modelom, termodinamika opisuje makroskopske sustave i njihova svojstva, proučava toplinu kao vid energije i uvjete njene transformacije, te opisuje termodinamičke procese u prirodi i tehnici koristeći se termodinamičkim zakonima.
Molekularno-kinetička teorija povezuje fiziku s kemijom i biologijom (modeli atoma i molekula), dok termodinamika povezuje fiziku s tehničkim znanostima proučavajući toplinsku energiju kao najvažniji svjetski resurs u procesima dobivanja mehaničkog rada i električne energije (kružni ciklusi, parni strojevi, termoelektrane), te ukazuje na važnost obnovljivih izvora energije i održivog razvoja.
Učenje i poučavanje elektromagnetizma predstavlja izrazito zanimljivu temu jer se s jedne strane proučavaju odgovarajući fenomeni koji su izvan raspona svakodnevnih iskustava te njihova relevantnost nije odmah prepoznatljiva. S druge strane je bogata kontekstima konceptualnog razumijevanja razvoja temeljnih znanstvenih koncepata kao što su mezoskopski strukturni modeli, indukcija, polja sila i međudjelovanje na daljinu. Upravo elektromagnetsko međudjelovanje je jedno od temeljnih međudjelovanja u prirodi čiji koncept se koristi u proučavanju fizikalnih i kemijskih svojstava tvari (atomi i molekule). Radi jednostavnijeg uvida, elektricitet i magnetizam se prvo proučavaju kao odvojeni koncepti, a nakon toga se objedinjuju u teoriju elektromagnetizma. Koncepti elektromagnetskog polja i zakoni elektromagnetizma se sve više koriste u globalnom kontekstu i povezuju fiziku s tehnologijom i inovacijama. Razmatranje različitih elektromagnetskih sustava (od strujnih krugova s elementima, permanentni magneti i elektromagneti u industriji, do kućanskih uređaja) koji se koriste u svakodnevnici povezuje fiziku s primjenom znanja u svakodnevnom životu i njenom značaju na društvo općenito.
Učenjem i poučavanjem optike kroz cjeline fotometrije, geometrijske i valne optike proučavaju se svjetlosni efekti i priroda svjetlosti. Optika omogućuje bolje poznavanje svjetlosnih pojava i korištenja optičkih instrumenata. Korištenjem zakona geometrijske optike proučava se ponašanje svjetlosti na granici između sredstava preko zrcala i leća te njihovih kombinacija. U valnoj optici proučavaju se valna svojstva svjetlosti i posljedični efekti. Dodatna primjena optike i optičkih uređaja često se nalazi u informacijskim znanostima (laseri, optička vlakna), medicini i industriji (laseri, mikroskopi).
Proučavanje moderne fizike daje nam moderni pogled na svijet kroz razmatranje metodologija klasične fizike (eksperimenata i hipoteza) te odnosa eksperimenta i teorije koji su primjenjivi i u kvantnoj fizici. Misaoni eksperimenti poslužili su za raspravu o temeljnim konceptima moderne fizike koji su doveli do novih eksperimenata i spoznaja. Postavljanje hipoteza, modela atoma, relacija neodređenosti, valno-čestičnog dualizma, teorije relativnosti, modela elementarnih čestica i standardnog modela svemira uvelike je promijenilo način razmišljanja i promišljanja na prostorno-vremenskoj ljestvici. Dodatno se sustavno razmatra razvoj ideja i koncepata kroz povijesno gledište fizike.
Nekoliko posljednjih desetljeća znanstvena znanja i tehnologija doživjela su izrazito ubrzan razvoj te su imala drastičan utjecaj na društvo. Društvo je postalo ovisno o tehnologiji kroz mnoge aspekte: zdravstvo, sigurnost, mobilnost, komunikacije, grijanje, rasvjetu, održivi razvoj i mnoge druge. Fizika je jedna od najvažnijih znanosti odgovornih za ovakav razvoj događaja.
Kroz oblast Fizika, društvo i tehnologija učenici se uvode u svijet fizike, uče o prirodi fizike i njenim spoznajnim metodama. Koristeći matematičke i eksperimentalne metode dolazi se do razvoja stavova o prirodi, društvenim odnosima, prednostima ali i nedostatcima korištenja tehnologija.
Dug je i složen put od nekog znanstvenog otkrića do njegove primjene i utjecaja na društvo. Čak i ako nema praktične primjene, znanstveno otkriće postaje dio kulture što povezuje fiziku i kulturu življenja. I dok u fizici otkrivamo stvari, u tehnologiji stvaramo stvari, te tako učenici uče primjenom tehnologije mijenjati svijet i dostižemo željene gospodarske i društvene ciljeve.