gradu.pdf, 155 kB - Helsinki.fi
gradu.pdf, 155 kB - Helsinki.fi
gradu.pdf, 155 kB - Helsinki.fi
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Pro <strong>gradu</strong> -tutkielma<br />
JUOKSU-URHEILU KOULUFYSIIKASSA<br />
Anne Leinonen<br />
2001<br />
Ohjaajat:<br />
Heimo Saarikko, Kaarle Kurki-Suonio<br />
Tarkastajat: Heimo Saarikko, Kaarle Kurki-Suonio<br />
HELSINGIN YLIOPISTO<br />
FYSIIKAN LAITOS<br />
PL 9 (Siltavuorenpenger 20 D)
ii<br />
00014 <strong>Helsinki</strong><br />
HELSINGIN YLIOPISTO − HELSINGFORS UNIVERSITET<br />
Tiedekunta/Osasto − Fakultet/Sektion<br />
Matemaattis-luonnontieteellinen<br />
Tekijä − Författare<br />
Anne Leinonen<br />
Työn nimi − Arbetets titel<br />
Juoksu-urheilu koulufysiikassa<br />
Oppiaine − Läroämne<br />
Didaktinen fysiikka<br />
Työn laji − Arbetets art<br />
Pro <strong>gradu</strong> -tutkielma<br />
Tiivistelmä – Referat<br />
Aika − Datum<br />
25.5.2001<br />
Laitos − Institution<br />
fysiikka<br />
Sivumäärä − Sidoantal<br />
55<br />
Työssä tutkittiin integroinnin käyttöä fysiikan opetuksessa. Tutustuttiin fysiikan opetuksen sekä koululiikunnan<br />
ja siinä lähinnä juoksu-urheilun integrointiin. Tutkittiin integraatiota yleisesti; fysiikan ja juoksu-urheilun<br />
integraatiota; oppilaiden ja opettajien ajatuksia integroinnista sekä opetussuunnitelmien ja oppikirjojen antamia<br />
puitteita asialle.<br />
Integraation yleisiä mahdollisuuksia selvitettiin kirjallisuudessa esitettyjen ajatusten pohjalta ja niitä<br />
sovellettiin fysiikan ja liikunnan suhteeseen. Tutustuttin erilaisiin integraatiokokeiluihin sekä integraation<br />
merkitykseen opetuksessa ja tutkimuksessa. Juoksu-urheilu esiintymistä peruskoulun oppikirjoissa selvitettiin<br />
kirjasarja-analyysin avulla. Analyysi käsitti kuusi peruskoulun oppikirjasarjaa.<br />
Oppilaiden ajatuksia integraatiosta selvitettiin kirjallisella tutkimuksella kolmelle eri yhdeksännen luokan<br />
ryhmälle. Oppilaat olivat saman koulun rinnakkaisluokkia. Opettajien suhtautumista fysiikan ja liikunnan<br />
integraatioon tutkittiin Helsingin yliopiston didaktisen fysiikan kurssin harjoitustyöraporttien avulla. Näissä oli<br />
kyselty liikunnan opettajien ajatuksia fysiikan ja liikunnan merkityksestä toisilleen.<br />
Tutkimuksen perusteella päädyttiin siihen, että kaikenkaikkiaan opetussuunnitelmat, opettajat, oppilaat ja<br />
kirjasarjat antavat hyvät lähtökohdat integroinnin käytölle opetuksessa. Integraatio on hyvä tapa tehdä koulun<br />
opetusta yhtenäisemmäksi kokonaisuudeksi ja tukea oppilaiden kasvua kokonaisuuden ymmärtäviksi yksilöiksi.<br />
Juoksu-urheilu sopii lähinnä mekaniikan opetukseen.<br />
Avainsanat - Nyckelord<br />
Juoksu-urheilu, integraatio<br />
Säilytyspaikka - Förvaringställe<br />
Helsingin yliopisto, fysikaalisten tieteiden laitos<br />
Muita tietoja
iii<br />
SISÄLLYSLUETTELO:<br />
1 JOHDANTO 1<br />
2 OPETUSSUUNNITELMAT JA INTEGRAATIO 2<br />
2.1 Opetusmenetelmät ja opetussuunnitelmat 2<br />
2.1.1 Opetusmenetelmät 2<br />
2.1.2 Opetussuunnitelmat 3<br />
2.1.2.1 Peruskoulun fysiikan<br />
opetussuunnitelma 3<br />
2.1.2.2 Peruskoulun liikunnan opetussuunnitelma 4<br />
2.1.2.2.1 Oppimääräsuunnitelma<br />
juoksu-urheilun osalta 6<br />
2.1.2.3 Juoksu-urheilun käyttö fysiikan<br />
opetuksessa Pops:n kannalta 6<br />
2.2 Integraatio 7<br />
2.2.1 Yleistä 7<br />
2.2.2 Erilaisia integraatiomääritelmiä 8<br />
2.2.2.1 Yleistä 8<br />
2.2.2.2 Vertikaalinen ja horisontaalinen integrointi 8<br />
2.2.2.3 Integroinnin ala ja intensiteetti 9<br />
2.2.2.4 Integroinnin tasot 10<br />
2.2.3Integraatiokokeiluja 11<br />
2.2.4 Fysiikan ja liikunnan integraatio 11<br />
2.2.4.1 Yleistä 11<br />
2.2.4.2 Sovellutukset opetuksessa 13<br />
2.2.4.3 Urheilusuoritusten tutkiminen 14<br />
2.2.4.3.1 Jyväskylän Kilpa- ja<br />
huippu-urheilun tutkimuskeskus 15<br />
2.2.5 Integraation käyttö opetuksessa 16<br />
3 TUTKIMUSONGELMAT JA –MENETELMÄT 16<br />
4 FYSIIKAN ERI OSA-ALUEIDEN ILMENEMINEN<br />
JUOKSU-URHEILUSSA 17<br />
4.1 Lämpö 17<br />
4.2 Energia 19<br />
4.3 Mekaniikka 20<br />
4.3.1 Kinematiikka 20<br />
4.3.1.1 Suoraviivainen etenemisliike 20<br />
4.3.1.2 Käyräviivainen etenemisliike 23<br />
4.3.2 Dynamiikka 23<br />
4.3.2.1 Liikemäärä ja impulssi 23<br />
4.3.2.1 Voima 24<br />
4.4 Värähtelyt ja aaltoliikkeet 27<br />
4.5 Sähkö 27<br />
4.6 Liikkeen suhteellisuus 28<br />
4.7 Mittaukset ja säännöt 28<br />
4.7.1 Ajanotto 28<br />
4.7.2 Tuulen mittaus 29
iv<br />
4.7.3 Juoksurata 29<br />
4.7.4 Aitajuoksu 29<br />
4.7.5 Estejuoksu 30<br />
4.7.6 Maantiejuoksu 31<br />
4.7.7 Viestijuoksu 31<br />
4.7.8 Sisähallirata 31<br />
5 KIRJASARJOJEN ANALYSOINTI 32<br />
5.1 Aine ja energia, fysiikan tietokirja 32<br />
5.2 Impulssi 33<br />
5.3 Ydin 33<br />
5.4 Koulun fysiikka ja kemia 33<br />
5.5 LUMO, fysiikan ja kemian käsikirja 34<br />
5.6 Pisara 34<br />
5.7 Juoksu-urheilun käyttö opetuksessa kirjasarjojen pohjalta 34<br />
6 OPPILAIDEN JA OPETTAJIEN AJATUKSIA<br />
INTEGRAATIOSTA 35<br />
6.1 Oppilaiden ajatuksia 35<br />
6.1.1 Tutkimus Lauttasaaren Yhteiskoulussa 35<br />
6.1.2 Tulosten tarkastelu 39<br />
6.2 Liikunnan opettajien haastattelut 40<br />
7 JUOKSU-URHEILU FYSIIKAN OPETUKSESSA 42<br />
7.1 Integraation asteet 42<br />
7.2 Fysiikan osa-alueet 43<br />
7.3 Erilaisia työtapoja 44<br />
8 YHTEENVETO 46<br />
VIITTEET 47<br />
LIITTEET 50
1<br />
1 JOHDANTO<br />
Kun tutkittiin oppilaiden käsityksiä oppiaineiden turhuudesta, mieluisuudesta ja<br />
vaikeudesta, oppilaat määrittelivät fysiikan yhdeksi turhimmista, tylsimmistä ja<br />
vaikeimmista oppiaineista. He kokevat fysiikan perinteisesti joukoksi kaavoja, joista ei<br />
ole mitään apua tavalliselle ihmiselle. (Meisalo, Lavonen 1994)<br />
Motivaatio on tärkeä osa opetusta. Yleensä korkea motivaatio johtaa korkeaan<br />
suoriutumiseen ja sitkeämpään yrittämiseen. (Virkkunen 1994) Taidon kehittyessä<br />
motivaatio lisääntyy. Oppilaiden motivaatio fysiikan opiskeluun ei selvästikään ole suuri.<br />
Liikunta on yleisesti pidetty oppiaine ja voi toimia motivoivana tekijänä myös fysiikan<br />
opiskelulle. Myös mahdollisuus omaan ajatteluun ja itse tuotettuihin ratkaisuihin<br />
motivoivat.<br />
Tässä työssä tutkitaan integroinnin käyttöä fysiikan opetuksessa. Tutustutaan fysiikan<br />
opetuksen sekä koululiikunnan ja siinä lähinnä juoksu-urheilun integrointiin. Tutkitaan<br />
integraatiota yleisesti; fysiikan ja juoksu-urheilun integraatiota; oppilaiden ja opettajien<br />
ajatuksia integroinnista sekä opetussuunnitelmien ja oppikirjojen antamia puitteita asialle.<br />
Yleisurheilun perusliikuntamuodot ovat kävely, juoksu, hyppääminen ja heittäminen.<br />
Yleisurheilun pikamatkoiksi kutsutaan matkoja 400 m asti, samoin viestejä joiden<br />
osuudet ovat korkeintaan 400 m. Myös pika-aidat, 400 metriin asti, voidaan lukea<br />
pikamatkoiksi (Bauersfeld & Schröter 1989). Aitajuoksu on pikajuoksua yli radalle<br />
asetettujen aitojen.<br />
Työssä käsitellään yleisemmin fysiikan suhdetta koululiikuntaan, tarkemmaksi<br />
sovellutuskohteeksi rajattiin juoksu-urheilu. Syynä valintaan oli lähinnä kirjoittajan oma<br />
harrastustausta.
2<br />
2 OPETUSSUUNNITELMAT JA INTEGRAATIO<br />
Tässä luvussa tutkitaan peruskoulun opetusmenetelmiä ja opetussuunnitelmaa, sekä sitä,<br />
tukeeko opetussuunnitelma juoksu-urheilun käyttöä fysiikan opetuksessa. Tutkitaan<br />
myös integraation määritelmiä, fysiikan ja liikunnan integraatiota sekä erilaisia<br />
integraatiokokeiluja. Selvitetään integraation merkitystä opetuksessa ja tutkimuksessa.<br />
2.1 Opetusmenetelmät ja opetussuunnitelmat<br />
2.1.1 Opetusmenetelmät<br />
Traditionaalisessa opetuksessa tärkeintä on tulos. Fysiikassa tämä on merkinnyt<br />
kaavojen oppimisen ylikorostumista tai tyhjiä, mitään sanomattomia, ulkoa opeteltavia<br />
lauseita. Tuloksen korostaminen on luonnostaan johtanut siihen, että tärkeimmäksi<br />
opetustavaksi on noussut tiedon jakaminen. Opettaja on järjestänyt ja jäsentänyt asioita<br />
oppilaille sopivaan muotoon. Pahimmillaan traditionaalisessa opetuksessa korostuu<br />
tietojen pinnallisuus, ulkoaopittavuus ja irrallisuus. (Ahtee 1994)<br />
Empiirisessä opetuksessa lähdetään liikkeelle konkreettisista asioista, aistein<br />
havaittavista ilmiöistä. Oppilaat tekevät näitä ilmiöitä koskevia kokeita. Vaarana on<br />
edelleenkin pinnallisuus. Yhden havainnon tai kokeen pohjalta opettaja päätyy lyhyen<br />
johdattelun kautta kattavaan, monitahoiseen käsitteeseen tai yleispätevään lakiin.<br />
Empirististä prosessia korostavassa opetuksessa ympäristö on ensisijainen tiedonlähde,<br />
josta tieto hankitaan tekemällä havaintoja. Tietoa saadaan myös kuvista, teksteistä,<br />
demonstraatioista jne. Taustalla on ajatus, että kaikki ihmiset havaitsevat saman kohteen<br />
samanlaisena. Oppilaiden henkilökohtainen tapa tulkita asioita jää kuitenkin<br />
kontrolloimatta.<br />
Konstruktivistisen oppimisnäkemyksen mukaan oppimista ei nähdä pelkästään<br />
tiedonpalasten siirtymisenä muistivarastoon, vaan aktiivisena tapahtumana, jonka aikana<br />
oppilas muokkaa tietoa aikaisempien kokemustensa ja itse muodostamiensa käsitysten<br />
pohjalta. Ihmisen kehittyessä aivoihin rakentuu ja varastoituu ajattelurakenteita ja näiden<br />
verkostoja. Konstruktivistisen opetuksen perusidea on, että oppilas ajattelu- ja<br />
tietorakenteidensa avulla hahmottaa ja muodostaa omista havainnoistaan,<br />
kokemuksistaan ja tiedoistaan uusia käsitteitä. Samalla hänen ajattelu- ja tietorakenteensa<br />
vahvistuvat ja kehittyvät eli hän oppii. Oppimisen edellytyksenä on siis oppilaan<br />
omakohtainen ja aktiivinen yritys ymmärtää opetettavaa asiaa. Yhteenveto<br />
konstruktivistisen oppimisnäkemyksen periaatteista on seuraavanlainen:<br />
-opettajan on tunnettava oppilaiden käsitykset<br />
- oppiminen on käsiterakenteiden muokkaamista<br />
- ymmärtäminen on aktiivinen tapahtuma
3<br />
- kokeellisuus ja sosiaalinen vuorovaikutus ovat keskeisiä asioita luonnontieteiden<br />
oppimisessa.<br />
2.1.2 Opetussuunnitelmat<br />
2.1.2.1 Peruskoulun fysiikan opetussuunnitelma<br />
Fysiikan opetuksen tehtävänä on ohjata luonnontieteille ominaiseen ajatteluun,<br />
tiedonhankintaan ja tietojen käyttämiseen elämän eri tilanteissa. (Opetushallitus 1995)<br />
Opetus antaa oppilaalle persoonallisuuden kehittymisen ja nykyaikaisen maailmankuvan<br />
muodostumisen kannalta välttämättömiä aineksia ja se auttaa ymmärtämään<br />
luonnontieteiden ja teknologian merkityksen osana kulttuuria. Opetuksen tulee olla<br />
innostavaa ja mielekästä ja sen tulee lähteä siltä menetelmälliseltä ja tiedolliselta tasolta,<br />
jonka oppilaat ovat aikaisemmissa opinnoissaan saavuttaneet.<br />
Fysiikan opetuksen tulee tukea kokonaisuuksien hahmottamista yli oppiainerajojen.<br />
Kokonaisuudet voivat muodostua eri tavoin, esimerkiksi seuraavasti: rakenteet ja<br />
järjestelmät, vuorovaikutukset, energia, prosessit ja kokeellinen menetelmä. Fysiikan<br />
opetukselle on tyypillistä eteneminen havaintoja ja mittauksia tekemällä luonnossa<br />
esiintyvien ilmiöiden riippuvuus- ja vuorovaikutussuhteiden ymmärtämiseen.<br />
Fysiikan opiskelussa voidaan erottaa kaksi yleistä tavoitetasoa:<br />
Kvalitatiivisella tasolla on tavoitteena, että oppilas<br />
- osaa tehdä havaintoja, luokitella ja tulkita niitä sekä tehdä niistä asianmukaisia<br />
johtopäätöksiä,<br />
- oppii fysikaalisiin ilmiöihin liittyviä peruskäsitteitä, periaatteita, lakeja ja malleja<br />
- osaa keskustella fysiikan alaan kuuluvista asioista ja ilmiöistä sekä soveltaa<br />
fysikaalista tietoa luontoa ja ympäristöä koskevissa kysymyksissä, ongelmien<br />
ratkaisemisessa ja päätöksenteossa.<br />
Kvantitatiivisella tasolla on tavoitteena, että oppilas<br />
- osaa tehdä mittauksia ja vertailla suuruusluokkia, esittää, tulkita ja tehdä<br />
johtopäätöksiä<br />
- osaa muodostaa yksinkertaisia malleja, erityisesti graa<strong>fi</strong>sen esityksen pohjalta,<br />
sekä käyttää niitä fysiikan ilmiöiden selittämisessä ja<br />
- osaa suunnitella ja tehdä yksinkertaisia tutkimuksia myös itse tehdyillä välineillä<br />
sekä arvioida tutkimusprosessia ja saatujen tulosten luotettavuutta.<br />
Lisäksi opetuksen tavoitteena on, että oppilas oppii toimimaan yhdessä toisten kanssa,<br />
innostuu fysiikan opiskelusta sekä omaksuu turvalliset työskentelytavat.
4<br />
Opetuksen suunnittelussa tulee kiinnittää huomio siihen, että oppiminen tukee<br />
oppiainerajat ylittävää kokonaisuuksien hahmottamista. Tällaiset kokonaisuudet tai<br />
teemat voivat luonnontieteissä muodostua eri tavoilla. Sisällöt valitaan siten, että ne<br />
tukevat koulun, luonnontieteiden sekä fysiikan opetuksen tavoitteiden saavuttamista.<br />
2.1.2.2 Peruskoulun liikunnan opetussuunnitelma<br />
Koululiikunta kasvattaa lapsia ja nuoria liikkumaan ja liikunnan avulla. Liikunnan käsite<br />
tulee nähdä laaja-alaisesti siten, että siihen kuuluu perinteisten liikuntalajien<br />
harrastamisen lisäksi aktiivinen liikkuminen eri elämäntoiminnoissa, kuten vapaa-ajan<br />
askareissa, luonnossa ja liikenteessä.<br />
Keskeistä oppilaalle on liikuntatarpeen tyydyttäminen, liikunnasta saatu ilo ja muut<br />
elämykset, mahdollisuus kehittää itsetuntemusta ja vahvistaa omanarvontuntoa. Tärkeää<br />
on myös taito rentoutua ja kyky vähentää ahdistuneisuutta sekä omaksua terveelliset<br />
elämäntavat. Liikunta suo mahdollisuudet luovaan itsensä ilmaisemiseen ja esteettisiin<br />
kokemuksiin sekä yhteistoimintaan ja toisten ihmisten huomioon ottamiseen. Näiden<br />
sosiaalisten ja eettisten lähtökohtien ohella korostuu tarve kehittää kansallista<br />
liikuntakulttuuria ja kansalaistaitoja. Liikunta voi olla myös tärkeä koulutyön ja<br />
kouluyhteisön kannalta. Se voi lisätä opiskeluvireyttä ja parantaa oppimistuloksia muissa<br />
aineissa. Lisäksi aktiivisena ja suosittuna toimintana liikunta eri muodoissaan voi olla<br />
kouluyhteisöä integroiva tekijä ja avainasemassa kehitettäessä koulua ympäristönsä<br />
toimintakeskukseksi.<br />
Koululiikunta on enemmän kuin oppitunnit ja oppiaine. Vaikka liikuntatunnit edelleen<br />
muodostavat toiminnan ytimen, tärkeä osa nykypäivää ja tulevaisuuden koululiikuntaa<br />
ovat erilaiset oppituntien ulkopuoliset liikuntatuokiot ja -tapahtumat sekä yhteistyö<br />
muiden liikuntatahojen kanssa.<br />
Peruskoulun liikunnan opiskelun tavoitteena on, että oppilas (Opetushallitus 1995)<br />
- kokee liikunnan iloa, oppii harrastamaan liikuntaa säännöllisesti ja omaksuu<br />
myönteisen asenteen liikuntaan,<br />
- oppii tarkkailemaan, kehittämään ja ylläpitämään omaa fyysistä ja psyykkistä<br />
toimintakykyään ja hyvinvointiaan, jolloin keskeisiä ovat oppilaan<br />
liikehallinnan, kunnon, motoristen perustaitojen ja liikunnan lajitaitojen<br />
kehittyminen ja harjaantuminen,<br />
- edistyy yhteistyötaidoissa, sääntöjen noudattamisessa sekä itsensä<br />
tuntemisessa ja ilmaisutaidossa,<br />
- tutustuu kansalliseen liikuntakulttuuriin, esimerkiksi perinteisiin<br />
liikuntaleikkeihin, kansantansseihin ja liikkumiseen luonnossa,
5<br />
- tuntee terveyteen vaikuttavat tekijät ja omaksuu opiskeluvireyttä ja terveyttä<br />
edistäviä arkikäytäntöjä ja elämäntapoja sekä<br />
- oppii turvalliset liikuntatavat ja uimataidon, osaa toimia hengenpelastus- ja<br />
ensiaputilanteissa sekä liikkua turvallisesti maaliikenteessä ja vesillä.<br />
Yläasteella koulun liikuntatoiminnassa korostetaan<br />
- myönteisiä liikuntaelämyksiä,<br />
- monipuolisia lajitaitoja ja tutustumista erilaisiin liikuntamuotoihin yksin ja<br />
erikokoisissa ryhmissä,<br />
- nuoren ohjaamista itsensä hyväksymiseen ja rakentavaan<br />
tunnekäyttäytymiseen<br />
- oman kunnon hoitamiseen ja rentoutumiseen perehtymistä, terveitä<br />
elämäntapoja ja liikunnan ja terveyden välisten yhteyksien ymmärtämistä.<br />
Liikuntalajit ovat väline pyrittäessä tavoitteisiin. Sisältöjen ohella tulee erityistä huomiota<br />
kiinnittää työtapoihin, joiden merkitys on sisältöratkaisuja keskeisempi esimerkiksi<br />
sosiaalisiin tavoitteisiin pyrittäessä. Vaikka liikuntalajien valinta on vapaa ja mahdollistaa<br />
koulukohtaisen vaihtelun, tulee kuitenkin huolehtia siitä, että sisältövalinnoin turvataan<br />
oppilaiden perusmotoriikan kehittyminen ja heille tarjotaan peruskoulun aikana<br />
monipuolisia liikuntakokemuksia keskeisistä sisä- ja ulkoliikuntalajeista.<br />
Sisältöjen luokittelussa ja valinnassa tulee ottaa huomioon myös koulun työskentely<br />
kokonaisuudessaan ja ympäristön tarjoamat mahdollisuudet.<br />
Liikunnan opetussuunnitelman kehittäminen tapahtuu monella hallinnon tasolla.<br />
(Kouluhallitus 1986)<br />
Kouluhallitus: Vahvistaa oppimäärän ja antaa opetusta koskevat ohjeet.<br />
Kunta:<br />
Opettaja:<br />
Tekee liikunnan opetussuunnitelman.<br />
Laatii luokkakohtaiset opetussuunnitelmat<br />
- jakaa opetussisällöt ei vuosiluokille<br />
- laatii ajankäyttösuunnitelman jakaen lukuvuoden eri opetusjaksoihin.<br />
Suunnittelee jaksojen opetuksen<br />
- päättää oppiaineksen loogisesta etenemisestä<br />
- valitsee opetussisällön pääkohdat.<br />
Valmistaa tuntisuunnitelmat<br />
- päättää oppituntien tarkemmasta sisällöstä.
6<br />
2.1.2.2.1 Oppimääräsuunnitelma juoksu-urheilun osalta<br />
Opetuksen keskeiset tavoitteet juoksemisen osalta ovat taitavuuden, kestävyyden,<br />
voiman, nopeuden sekä perustaitojen kehittäminen. (Kouluhallitus 1986)<br />
Opetussisältö juoksemisen osalta on seuraava:<br />
- monipuolisia liikkumistapoja juosten<br />
- pikajuoksu<br />
- lähtö<br />
- aitajuoksu<br />
- kestävyysjuoksu<br />
- viesti<br />
Opetuksessa on korostettava juoksun tärkeyttä.<br />
- käytetään runsaasti leikkejä sekä monipuolisia ja vaihtelevia juoksu harjoitteita<br />
- totutetaan oppilaat juoksemaan riittävän pitkiä jaksoja oman kuntonsa<br />
edellyttämällä vauhdilla<br />
- juoksun opettamisessa kiinnitetään huomiota sekä rentoon ja luonnolliseen<br />
juoksutapaan että fyysis-motoristen ominaisuuksien kehittämiseen.<br />
Oppilaiden suorituksia kontrolloidaan tulostaulukoilla.<br />
Cooper (12 min juoksu) - pojat<br />
13 v 14 v 15 v 16 v<br />
10 2850 m 2950 m 3000 m 3050 m<br />
9 2700 m 2800 m 2850 m 2900 m<br />
8 2300 m 2400 m 2500 m 2600 m<br />
7 2000 m 2050 m 2100 m 2250 m<br />
6 1600 m 1700 m 1800 m 2000 m<br />
Taulukko 1: Cooper-juoksun tulostaulukko pojille. Taulukon avulla kontrolloidaan eri<br />
ikäryhmiin kuuluvien poikinen juoksusuoritusta 12 minuutin aikana juostulta matkalta.<br />
Suoritukselle annetaan kouluarvosana ikäryhmän mukaan. Taulukko on standardoitu<br />
käytettäväksi koko Suomessa.<br />
2.1.2.3 Juoksu-urheilun käyttö fysiikan opetuksessa Pops:n<br />
kannalta<br />
Fysiikan opetussuunnitelma tukee juoksu-urheilun käyttöä fysiikan opetuksessa.<br />
Integraatio auttaa oppilasta hahmottamaan kokonaisuudet yli oppiainerajojen. Se ohjaa<br />
oppilasta itsenäiseen, luonnontieteelle ominaiseen ajatteluun erilaisissa tilanteissa. Oppilas<br />
saa mahdollisuuden miettiä asioita ja tehdä omia johtopäätöksiä todellisesta tilanteesta.
7<br />
Juoksu-urheilu antaa erinomaiset puitteet ilmiöiden ymmärtämiseen havaintojen ja<br />
mittausten kautta.<br />
Kun havainnot yhdistetään teorian kanssa kokonaisuudeksi saadaan opetussuunnitelman<br />
asettamat kvalitatiiviset ja kvantitatiiviset tavoitteet täytetyksi.<br />
Liikunnan opetussuunnitelman yksi tavoitteista on lajitaitojen kehitys. Integraatio<br />
fysiikan kanssa tukee urheilutulosten ja niiden parantamismahdollisuuksien<br />
ymmärtämistä. Sen avulla saadaan selityksiä erilaisille suoritustavoille.<br />
Yhteistyö oppiaineiden välillä lisää oppilaiden yhteistoimintaa ja motivoi oppilaita sekä<br />
liikuntaan että fysiikkaan.<br />
2.2 Integraatio<br />
2.2.1 Yleistä<br />
Kaikki oppiaineet liittyvät kiinteästi toisiinsa. Niillä kaikilla on oma osansa kulttuurin ja<br />
kasvatuksen kokonaisuudessa. Kulttuuri muodostuu kokonaisuudesta, ei erillisten osaalueiden<br />
summasta. Yksittäinen oppiaine on merkityksetön ilman muiden tukea. Selkeitä<br />
esimerkkejä löytyy helposti. Esimerkiksi vieraiden kielten opetuksessa on tärkeä osa<br />
vieraalla kielellä tarjotun informaation vastaanotolla ja jäsentämisellä. Ilman äidinkielen<br />
tarjoamia oppeja tämä on mahdotonta. Luonnontieteet puolestaan ovat tärkeä<br />
keskustelukumppani uskonnolle ja humanistisille aineille. Näiden aineiden vuorovaikutus<br />
on välttämätön tasapainoisen maailmankuvan muodostumiseen. Jotta oppiaineiden<br />
yhteisyö olisi mahdollisimman tuottavaa, on vuorovaikutuksen oltava puolueetonta ja<br />
tasapuolista.<br />
Oppiaineet tarjoavat toisilleen motivoivia ongelmia selityksineen ja ratkaisuineen,<br />
välineitä ja sovellutuksia, uusia näkökulmia tiettyyn aiheeseen, täydentäviä<br />
kysymyksenasetteluja sekä mahdollisuutta lähestyä samaa ongelmaa yhdessä, eri<br />
näkökulmista. Yhteistyön tarkoitus onkin aktivoida nämä mahdollisuudet vahvistamaan<br />
molempien aineiden merkitystä.<br />
Kouluopetuksessa oppiaineet voivat tukeutua ja nojautua toisiinsa. Kun yhteiset<br />
kasvatustavoitteet ja kulttuurin tasapainoinen kokonaiskuva saavat ansaitsemansa aseman<br />
eri oppiaineessa, on oppilaiden mahdollista nähdä koulun oppiaineet yhtenä<br />
kokonaisuutena. Kustakin niistä tulee merkittävä osa yhteiskuntaa ja sen toimintaa.<br />
Oppilaat saisivat vastauksen niin usein esittämäänsä kysymykseen: "Mihin tätä tarvii."<br />
Integraation onnistumisen pohjana ovat terve omanarvontunto sekä toisten kunnioittava<br />
arvostaminen. (K.&R. Kurki-Suonio 1994)
8<br />
2.2.2 Erilaisia integraatiomääritelmiä<br />
2.2.2.1 Yleistä<br />
Kaikkea toimintaa, joka tähtää laajoihin kokonaisuuksiin, eri aiheiden yhdistämiseen,<br />
hajaantuneen aineksen eheytymiseen ja jopa uudistumiseen pidetään integrointina.<br />
Yhteinen piirre kaikille määritelmille on erilaisten tekijöiden yhdistäminen siten, että ne<br />
yhdessä muodostavat laajemman kokonaisuuden, kuin mitä olisi ollut mahdollista johtaa<br />
yksittäisistä tekijöistä erikseen. Varsinainen integrointi, se mitä yhdistetään, tai miten<br />
yhdistetään, saa eri määritelmissä erilaisia painotuksia. Kasvatuksen ja opetuksen<br />
yhteydessä integrointi rinnastetaan usein sanaan eheyttäminen. (Unkari 1992)<br />
2.2.2.2 Vertikaalinen ja horisontaalinen integrointi<br />
Koskenniemi ja Hälinen, kuten myös Hirsjärvi jakavat integroinnin kahteen pääluokkaan<br />
(Unkari 1992): vertikaaliseen ja horisontaaliseen. Vertikaalisella integraatiolla<br />
tarkoitetaan ajallisesti peräkkäisten, toisiinsa liittyvien asioiden opettamista siten, että<br />
niistä muodostuvaa kokonaisuutta voidaan kutsua integroiduksi. Tämän tyyppistä<br />
määritelmää käytetään yleensä kuvaamaan jonkin oppiaineen sisäistä kehitystä.<br />
Koskenniemi ja Hälinen erottavat siitä kolme eri tasoa:<br />
1. Oppiaineen sisäisen logiikan pohjalla tapahtuva integrointi.<br />
2. Eteneminen tutusta tuntemattomaan.<br />
3. Eteneminen konkreettisesta abstraktimpaan.<br />
Horisontaalisella integraatiolla tarkoitetaan eri oppiainesten samanaikaista, rinnakkaista<br />
opettamista. Se tapahtuu joko oppiaineksen eri alueiden kesken tai opetus- ja<br />
käyttötilanteiden välillä ja voidaan käsittää hyvinkin laajaksi integroinniksi. Esimerkiksi<br />
miten koulutyö kokonaisuudessaan liittyy koulun ulkopuoliseen elämään ja yhteiskunnan<br />
muiden instituutioiden harjoittamaan kasvatukseen. Koskenniemi ja Hälinen antavat<br />
menettelytavoiksi seuraavat:<br />
1. Rinnastaminen: yhteenkuuluvien seikkojen käsittely eri oppiaineissa<br />
suunnilleen samanaikaisesti<br />
2. Jaksottais- eli periodiopiskelu: oppiaineiden tai osien niistä jakaminen<br />
jaksoihin, jolloin voidaan paremmin keskittyä tiettyihin aineisiin kerrallaan.<br />
3. Aineryhmien muodostaminen: ryhmien muodostaminen eri oppiaineista<br />
yhteisten tarkastelujen kohteiden sekä samanlaisten aineenrakenteiden<br />
pohjalta.<br />
4. Kokonaisopetus: oppiaineiden väliset rajat eivät rajoita asioiden käsittelyä.
9<br />
Rinnastaminen on peruskoulun yläastetta ajatellen hankalaa opetussuunnitelmien suhteen.<br />
Ala-aste on tämän menetelmän soveltamiseen otollisempi suuremman joustavuutensa ja<br />
luokanopettajan parempien koordinointiedellytysten johdosta.<br />
Lukion kurssimuotoinen opiskelu vastaa edellisen määrittelyn jaksollista opiskelua.<br />
Aineryhmien muodostaminen voi johtaa asioiden yksinkertaistumiseen ja<br />
yksipuolistumiseen. Nykyisin yläasteella kuvaamataidosta ja musiikista on muodostettu<br />
aineryhmäpari. Oppilaat valitsevat vaihtoehtoisesti jommankumman aineen<br />
opiskeltavakseen kahdeksannella ja yhdeksännellä luokalla. Tämä on tuonut pienemmät<br />
oppilasryhmät ja parhaimmillaan motivoituneemman oppilasjoukon kunkin aineen pariin.<br />
Kokonaisopetusta on suositeltu erityisesti ala-asteen ensimmäisille luokille.<br />
Vertikaalinen integrointi suosii selvästi ainejakoista opetusta. Sen kokonaisuuksia luovat<br />
ominaisuudet ja eheyttävät tekijät vaikuttavat varsin kapealla sektorilla. Se sopii<br />
opiskeluun, jossa opiskelun ja oppimisen tehokkuutta mitataan oppiainekohtaisilla<br />
arvioinneilla ja arvostelu on oleellinen osa motivointia. Se mahdollistaa keskittymisen<br />
yksittäisiin oppiaineisiin ja kenties myös niiden syvällisemmän hallinnan.<br />
Horisontaalinen integrointi on monipuolisempaa. Peruskoulun ala-aste on selvästi<br />
otollisempi opetuksen eheyttämisen kokeilukenttä. Siellä vallalla on<br />
luokanopettajajärjestelmä, jossa yksi ja sama opettaja suunnittelee ja toteuttaa lähes<br />
kaikki luokan oppiaineet. Näin vältytään hankalilta järjestelyiltä, joita eri aineenopettajien<br />
lukujärjestykset, erilliset ainekohtaiset opetussuunnitelmat ja tilankäytön ongelmat<br />
synnyttävät integrointia suunniteltaessa yläasteella. (Unkari 1992)<br />
2.2.2.3 Integroinnin ala ja intensiteetti<br />
Toiset tutkijat erottavat integroinnista tärkeimpinä alan ja intensiteetin. Alalla<br />
tarkoitetaan laajuutta, jolla oppiaineita tai aihepiirejä yhdistetään. Esimerkkinä voidaan<br />
mainita pelkästään oppiaineen sisällä tapahtuva yhdistäminen, kahden toisiaan lähellä<br />
olevan oppiaineen yhdistäminen tai useiden eri oppiaineiden yhdistäminen.<br />
Intensiteetillä tarkoitetaan sitä miten, mitä ja kuinka paljon yhdistetään. Siinä erotetaan<br />
kolme astetta:<br />
1.Koordinointi eli rinnastaminen on lievin aste. Siinä otetaan jokin<br />
yhteinen tekijä eri aineita yhdistämään.<br />
2. Kombinointi on astetta ylempi muoto. Aineet kootaan uusiksi<br />
opetusyksiköiksi omine otsakkeineen.
10<br />
3. Sulauttaminen on korkein integraation aste. Oppiaineiden yhteinen<br />
sisältö muokataan tiettyjen periaatteiden mukaan uusiksi kokonaisuuksiksi,<br />
jotka määräävät oppimateriaalien luonteen ja sisällön.<br />
2.2.2.4 Integraation tasot<br />
Juhani Hytösen mukaan (Unkari 1992) integraatiossa on kolme tasoa.<br />
1. Hallinnollinen taso. Laeilla, asetuksilla ja virallisilla ohjeilla luodaan<br />
puitteet, joiden mukaan eheyttäminen on mahdollista alemmilla tasoilla.<br />
2. Opetussuunnitelmallinen taso. Suunnitelmat voidaan laatia ainejakoisiksi,<br />
keskitetyiksi tai kokonaisopetussuunnitelmiksi.<br />
3. Pedagoginen eheyttäminen. Käytännön suunnittelu ja opetustyö, jolla<br />
opettaja pyrkii eheyttämään opetustaan. Opetuksen päämääränä tulisi olla<br />
oppiaineksen eheytyminen oppilaan mielessä.<br />
Tuula Laine esittää käsityksensä eheytyksen tasoista koulun ja oppilaan näkökulmasta<br />
nähtynä. Hänen jakonsa sisältyy Hytösen määritelmään, mutta hän pyrkii erittelemään<br />
eheytystyön varsinaista kenttää tarkemmin: koulun ja oppilaita. (Unkari 1992)<br />
1. Ajallinen eheyttäminen. Irrottaudutaan traditionaalisesta oppituntivälitunti<br />
jaottelusta.<br />
2. Oppiaineksen eheyttäminen. Käsittää oppiaineksen sisäisen ja<br />
oppiaineiden välisen eheyttämisen.<br />
3. Yhteisökasvatuksen eheyttäminen luokan ja koulun sisällä.<br />
4. Toiminnallinen eheyttäminen, joka käsittää retket ja projektit.<br />
5. Koulun sisäinen eheyttäminen, joka sisältää juhlat, teemat, vierailut ja<br />
vierailijat.<br />
6. Oppilasryhmittäinen eheyttäminen. Suurryhmätoiminta ja<br />
rinnakkaisluokkien yhteistyö.<br />
7. Koulun ja ympäröivän yhteisön välinen eheyttäminen.<br />
8. Oppilaassa tapahtuva sisäisen persoonallisuuden eheyttäminen.
11<br />
2.2.3 Integraatiokokeiluja<br />
Opetuksen eheyttämisestä on tehty useita kokeiluja sekä aineiden välillä että<br />
vuosiluokkien välillä. Ensimmäinen kokeilu Suomessa tapahtui jo vuonna 1913. (Unkari<br />
1992)<br />
Oulun normaalikoulun opetuksessa eheyttämisperiaatetta kokeiltiin yhteistoiminnallisin<br />
keinoin peruskoulun toisen luokan opetuksessa. Kokeilun lähtökohtina olivat<br />
ensimmäisellä luokalla toimimattomiksi todettujen työskentelymuotojen parantaminen<br />
siten, että kullakin oppilaalla olisi mahdollisuus edetä oman oppimistyylinsä mukaisesti,<br />
itsenäisesti omasta työstään vastuuta ottaen, sekä opettajan oma tarve luoda itselleen ja<br />
oppilailleen mielekäs ja toimiva työskentelymuoto. Kahden eri toisen luokan opetus ja<br />
opetustilat yhdistettiin. Oppilaat saivat päätösvallan opiskelustaan. He valitsivat itse,<br />
tietyin rajoin, mitä opiskelivat, missä järjestyksessä, kuinka paljon aikaa he käyttivät<br />
tiettyyn tehtävään, miten laajasti he opiskelivat, kuinka opiskelivat (mm. työtavat,<br />
lähteiden käyttö) ja minä aikana. Heidän vastuullaan oli työn suunnittelu siten, että työt<br />
valmistuivat ja että muutkin oppivat (tuokioiden pitäminen). Työt suoritettiin ryhmissä,<br />
pareittain tai yksilöllisesti. Opettajan työ oli ohjaavaa. Hän huolehti siitä, että<br />
vuosiluokan oppimäärän perustavoitteet hallittiin. Työskentelyyn liittyi ohjauksen rinnalla<br />
suoraa opetusta. Aamun tunteihin sijoitettiin 15-20 minuutin mittaisia opetustuokioita.<br />
Ne olivat joko opettajan tai oppilasryhmän pitämiä ja sisälsivät oppilaiden töihin liittyvää<br />
tietoa ja virikkeitä. Oppilaiden arvioinnissa huomioitiin myös kodin toiveet. Arviointi<br />
sisälsi kolme osaa: oppilaan oma arviointi, opettajan arviointi sekä vanhempien arviointi.<br />
Koetta oppilaille ei järjestetty, opettajan arviointi tapahtui jatkuvana seurantana luokassa.<br />
Työtapa todettiin toimivaksi. Se oli sekä oppilaille että opettajalle mielekäs. Oppilaat<br />
ottivat vastuun toimistaan ja saivat mahdollisuuden edetä omien tarpeidensa mukaisesti<br />
keskittyen asioihin, jotka he kokivat mielenkiintoisiksi. (Luukka, Räisänen & Jurmu<br />
1992)<br />
Lisäksi on tehty tutkimuksia mm. tekstiilityön ja matematiikan integroinnista 7. luokan<br />
kuntien opetussuunnitelmassa, peruskoulun kotitalousopetuksen integroinnista muihin<br />
oppiaineisiin, matematiikan ja fysiikan integroinnista tekniseen työhön sekä taide- ja<br />
taitoaineiden integroinnista yläasteella (luentomuistiinpanot).<br />
2.2.4 Fysiikan ja liikunnan integraatio<br />
2.2.4.1 Yleistä<br />
Kurssimuotoista lukiota suunnitteleva fysiikan työryhmä kirjasi lyhyesti, mitä<br />
mahdollisuuksia lukiossa on nojautua peruskoulun fysiikan opetukseen. Fysiikan ja<br />
liikunnan osalta he totesivat: "Liikunta tarvitsee tietoja mekaniikasta. Peruskoulun<br />
fysiikasta löytyy joitakin soveltuvia detaljeja: voimavektori, painopiste, tasapaino, liike,<br />
keskeisvoima, hitausmomentti. Pahin puute on kuitenkin ettei peruskoulun fysiikan
12<br />
perusteella vielä voida ymmärtää liikeprobleemien yleistä perustumista mekaniikan<br />
lakeihin" (K.&R. Kurki-Suonio 1994)<br />
Fysiikan ja liikunnan yhteistyö on hyvin konkreettista. Liikunta perustuu täysin<br />
mekaniikan lakeihin. Se tarjoaa paljon sovellutuskohteita fysiikan opetukselle monilla<br />
fysiikan alueilla. Fysiikka saa liikunnasta paljon demonstraatioita. Oppilas voi itse nähdä<br />
ja kokea mekaniikan lakien toiminnan ja merkityksen. Näin se toimii motivaation lähteenä<br />
ja mahdollistaa yhteiset projektit. Liikunnan ilmiömaailman avulla voidaan hahmottaa<br />
fysiikan käsitteitä, tunnistaa ilmiöitä, ominaisuuksia ja riippuvuuksia sekä hahmottaa syyseuraussuhteita<br />
ja luoda sillä tavalla pohjaa fysiikan käsitteenmuodostukselle.<br />
Liikuntasuoritusten seuraaminen ja tulosten mittaaminen antaa tilaisuuden lähestyä<br />
ilmiötä kokeellisen lähestymistavan kautta, mikä taas on perusta koko fysiikan<br />
oppimiselle. Fysiikka puolestaan tarjoaa liikunnalle selityksiä urheilusuorituksista,<br />
suoritusohjeita sekä mittaus- ja tutkimusmenetelmiä. Kyseessä on horisontaalinen<br />
integraatio, jonka ala ja intensiteetti voidaan valita tarpeen mukaan.<br />
Liikunnasta fysiikkaan. Liikunnan yhteyttä fysiikkaan voidaan tarkastella eri urheilulajien<br />
osalta erikseen. Huomiota voidaan kiinnittää eri osa-alueisiin, joissa fysiikka voi olla<br />
havaitsemista, ilmiöiden, olioiden ja niiden ominaisuuksien tunnistamista, riippuvuuksien<br />
ja syysuhteiden hahmottamista, mittaamista, kvantitatiivista esittämistä, lakien<br />
tuntemusta, teoreettista selittämistä ja mallintamista, sekä tieteellistä tutkimus- ja<br />
kehitystyötä. Osa-alueiksi voidaan jaotella urheiluvälineet ja varusteet, suorituspaikat ja<br />
niiden varusteet, mittaus- ja tarkkailuvälineet ja<br />
menetelmät, urheilijan suoritus ja elimistön toiminta sekä sääolosuhteiden vaikutus<br />
urheilusuoritukseen. Urheiluvälineiden ja varusteiden yhteydessä voidaan tutkia näiden<br />
sääntöjenmukaisuutta, rakennetta, toimintaa suorituksessa ja siihen vaikuttavia<br />
ominaisuuksia (vuorovaikutukset suorittajan ja ympäristön kanssa, materiaalit, voiteet,<br />
muoto ja niiden vaikutukset). Suorituspaikkojen ja niiden varusteiden<br />
sääntöjenmukaisuutta, rakennetta, materiaaleja, mekaanisia ym. ominaisuuksia,<br />
vuorovaikutusominaisuuksia välineiden ja suorittajan kanssa, sekä eri asioiden vaikutusta<br />
suoritukseen voidaan myös tutkia. Mittaus- ja tarkkailuvälineiden ja menetelmien<br />
yhteydessä tutkitaan niiden vaikutusta kilpailusuoritusten tulosten määritykseen,<br />
harjoittelun mitoitukseen ja optimointiin sekä kunnon seurantaan. Tutkitaan urheilijan<br />
suoritusta kilpailutilanteessa ja erityyppisessä harjoittelussa. Tarkkaillaan, tutkitaan ja<br />
optimoidaan suorituksen tekniikkaa ja rasitusta sekä hoidetaan ja ehkäistään<br />
urheiluvammoja. Voidaan tutkia myös urheilijan elimistön toimintaa, sekä<br />
sääolosuhteiden vaikutusta urheilusuoritukseen.<br />
Fysiikasta liikuntaan. Mekaniikka on selvästi kiinteimmin yhteydessä liikuntaan.<br />
Liikunnassa liike ja siihen vaikuttavat tekijät muodostavat keskeisimmän ilmiömaailman.<br />
Muut fysiikan osa-alueet tulevat mukaan lähinnä mittaus- ja tutkimusprobleemien sekä<br />
biofysiikan kautta.
13<br />
2.2.4.2 Sovellutukset opetuksessa<br />
Fysiikan ja liikunnan integraatiota on tutkittu useassa eri yhteydessä; osittain opetukseen<br />
liitettynä, osittain ilmiöitä tutkittaessa. Parkkalan yläasteella tehtiin tutkimus oppilaiden<br />
liikuntasuoritusten käytöstä fysiikan opetuksessa 9. luokkalaisille. (Kunnas 1990)<br />
Tutkittiin oppilaiden hiihtosuorituksia sekä erilaisia liikesuorituksia: etenemisliikkeet<br />
(kävely, konttaaminen etu- ja takaperin, juoksu), heilahdus- ja värähtelyliikkeet<br />
(tasajalka- ja haarahyppely paikalla, heilahtelu puolapuilla ja renkailla), pyörimisliikkeet<br />
(paikallaan pyöriminen lattialla, pyöriminen renkailla), yhdistetyt liikkeet (kuperkeikka,<br />
tasajalkahyppely eteenpäin, liikkuminen eteenpäin samalla pyörien pystyasennossa).<br />
Tutkimuksen tavoitteet olivat:<br />
- tutustua 9. luokan kurssiin kuuluvan liikeopin käsitteisiin<br />
- tehdä fysiikan oppiminen kiinnostavaksi käyttämällä lähtökohtana oppilaiden oman<br />
kokemusmaailman tilanteita<br />
- korostaa kokeellisen lähestymistavan käyttöä fysiikan opetuksessa<br />
- oppia tekemään liikkeisiin liittyviä mittauksia mittanauhaa ja sekuntikelloa käyttäen<br />
- käyttää koulun videolaitteistoa oppilaiden hiihtosuoritusten tallentamiseen, liikkeiden<br />
havainnointiin sekä mittausvälineenä<br />
- käyttää tietokoneen taulukkolaskentaa videokuvasta saatujen mittaustulosten<br />
käsittelyyn<br />
Hiihtosuoritusten tutkiminen toteutettiin parityönä. Toinen pareista hiihti ja toinen otti<br />
aikaa. Suorituspaikaksi valittiin reitti, jossa oli ylä- ja alamäkiä sekä tasainen osuus.<br />
Hiihtotuloksista tehtiin taulukko ja piirrettiin (t,s)-kuvaaja. Oppilaat tutkivat kuvaajia ja<br />
muistelivat maastossa tapahtuneen hiihdon kulkua. He vertasivat hitaasti hiihdettyjen<br />
ylämäkien, nopeasti laskettujen alamäkien ja tasaisten osuuksien näkymistä kuvaajassa ja<br />
päättelivät kuvaajan olevan sitä jyrkempi, mitä suurempi nopeus on. Ryhmien suorituksia<br />
vertailtiin piirtoheitinkalvoilla. Kuvaajiin yhdistettiin matematiikasta tuttu kulmakerroin ja<br />
suorituksia verrattiin teoreettiseen tasaisen liikkeen malliin.<br />
Erilaisten liikesuoritusten tutkiminen toteutettiin koulun voimistelusalissa kuvaamalla<br />
videokameralla erilaisia oppilaiden valitsemia liikkeitä. Yksi oppilasryhmistä tutki<br />
juoksuun lähtöä. Oppilaat kiinnittivät piirtoheitinkalvon television kuvaruudulle teipillä.<br />
Liike toistettiin pysäytyskuvina kuva kuvalta ja liikkujan lantioon kiinnitetyn<br />
merkkiristikon paikka piirrettiin tussilla kalvolle mahdollisimman tarkkaan. Kuljettu<br />
matka määritettiin vertaamalla todellista tilannetta ja liikkeen kuvaajaa. Aika saatiin<br />
selville kameran pysäytyskuvien välisen aikaeron avulla. Piirrettiin (t,s)- ja (t,v)-kuvaajat<br />
taulukkolaskentaohjelman avulla. Tutkittiin eri liikkeiden nopeutta ja kiihtyvyyttä<br />
Sovellutuksena opitusta oppilaat laativat kuvaajan tavoitteesta omalle Cooper-juoksulle<br />
(12 min juoksu). Kuvaajasta luettiin väliajat 400 metrin välein.
14<br />
Projektissa päädyttiin johtopäätökseen, että peruskoulussa kannattaisi lähteä tutkimaan<br />
liikeilmiötä oppilaille tuttujen liikkeiden kautta. Perusteluina todettiin<br />
1. Oppilaiden voimakas opiskelumotivaatio<br />
2. Liikkeiden kuvaajien yhdistäminen itse suoritukseen onnistuu hyvin, kun oppilaat<br />
muistelevat liikkeen suorituksen eri vaiheita.<br />
3. Videokameran käyttö lisää mahdollisuutta tehdä havaintoja liikkeestä ja tulkita<br />
liikkeen kuvaajia pysäytyskuvan ja hidastuksen ansiosta.<br />
4. Taulukkolaskennan käyttö mahdollistaa kuvaajien piirtämisen luonnosta otetusta<br />
liikeilmiöstä vaivattomasti ja oppilaita innostavalla tavalla.<br />
5. Työskentelyssä korostuu kokeellisen lähestymistavan ja fysikaalisen<br />
käsitteenmuodostuksen suunta, jossa edetään havainnoista suureiden kautta kokeellisiin<br />
lakeihin.<br />
Saksassa on tehty kokeiluja pyöräilyn käyttämisessä opetuksessa. Oppilaat saivat osittain<br />
miettiä mitä halusivat tutkia pyörän avulla, osittain opettaja antoi pakollisia aiheita.<br />
Tutkittiin mm. erilaisten tekijöiden vaikutusta, kiihtyvyyttä alamäissä (jarruttamatta),<br />
nopeutta ylämäissä eri vaihteita käytettäessä, jarrutusmatkoja, kitkan vaikutusta,<br />
huippunopeutta, mittarin tarkkuutta, kaarreajoa sekä potentiaalienergian muuttumista<br />
kineettiseksi energiaksi (Kunnas 1990).<br />
Joissakin kouluissa on käytetty videokameraa apuna fysiikan opetuksessa. Helsingin II<br />
Normaalikoulussa kameraa on hyödynnetty lukiotason opetuksessa. Kameralla kuvataan<br />
tiettyä liikettä ja pysäytyskuvan avulla tutkitaan haluttua ilmiötä liikkeessä. Tutkimuksen<br />
kohteina ovat olleet mm. heitetyn pallon liikerata, penkkipunnerruksen teho sekä<br />
liikkeelle työnnetyn laatikon kitka. Työtapa on helppo ja nopea toteuttaa, jos tarvittava<br />
välineistö on käytettävissä. Oppilaat ovat suhtautuneet videokameran käyttöön<br />
positiivisesti, se on tuonut mukavan lisän ja uutuutta opetukseen (luentomuistiinpanot).<br />
On myös tehty kokeiluja CBL-laitteiston käytöstä opetuksessa. Tällä pienikokoisella<br />
laitteistolla voidaan tehdä mittauksia luonnon olosuhteissa. Tutkimustulokset käsitellään<br />
tietokoneen avulla jälkeenpäin. Mitata voidaan mitä tahansa luonnon ilmiötä<br />
käytettävissä olevista antureista riippuen (luentomuistiinpanot).<br />
2.2.4.3 Urheilusuoritusten tutkiminen<br />
Michael D. de Villiers (1991) on tutkinut tuulen vaikutusta juoksusuoritukseen. Hän<br />
selvitti matemaattisten mallien avulla kuinka juoksijoiden niin usein harmittelema tuuli<br />
todella vaikuttaa itse suoritukseen. Tutkittavaksi matkaksi hän valitsi puolimaratonin<br />
(21.1km), joka suoritetaan edestakaisin juostavalla reitillä. Tutkitaan ideaalitilannetta,<br />
jossa tuuli vaikuttaa puolet matkasta myötä-, puolet vastatuulena, eikä siis vaihda<br />
suuntaa kesken matkaa. Laskutoimitukset on tehty päätelmiä ja todennäköisyyksiä
15<br />
käyttäen, ne eivät perustu mitattuihin tuloksiin. Lopputulokseksi saatiin, että<br />
kokonaisuudessaan tuuli hidastaa juoksusuoritusta, huolimatta siitä, että puolet matkasta<br />
se vaikuttaa juoksun suuntaisesti.<br />
Kari A. Nurmela (1993) kertoo artikkelissaan keihäänheittäjä Heli Rantasen<br />
kehittymisessä lajissaan heittosuoritusten tutkimisen ansiosta. Hänen heittojaan on<br />
tutkittu Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskuksessa tietokoneanalyysin avulla.<br />
Suoritustekniikasta piirrettyjen kuvaajien avulla analysoitiin heittoja ja tutkittiin niiden<br />
parannusmahdollisuuksia. Rantanen on käynyt Kihun mittauksissa kolme - neljä kertaa<br />
vuodessa sekä sen lisäksi heittoja on tutkittu kilpailutilanteessa. Kuvat suorituksista<br />
toivat virheet selvästi esille ja löydettiinkin joukko käytännön asioita, joita voitiin<br />
soveltaa välittömästi keihäänheittäjien harjoitteluun, esimerkiksi keihään lähtökulma,<br />
vartalon kierto ja urheilijan liikerata. Jokaisen urheilijan liikerata on niin yksilöllinen ja<br />
ratautunut, ettei periaatteessa ideaalisinta heittoa voi käytännössä toteuttaa. Olennaisinta<br />
onkin saada haitat mahdollisimman pieniksi ja hyvät ominaisuudet mahdollisimman hyvin<br />
käyttöön. Analyysin merkitys on tärkeä varsinkin nuorelle heittäjälle, joka ei ole vielä<br />
ratautunut tiettyyn heittotyyliin. Mainittakoon, että Rantanen voitti Olympiakultaa<br />
Atlantassa 1996.<br />
Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksella on tutkittu mm. hiihtosuoritukseen,<br />
sukellukseen, uimahyppyyn sekä juoksun vauhdinjakoon vaikuttavia fysikaalisia tekijöitä<br />
(luennot).<br />
Eri lajien valmennusoppaissa perustellaan optimaalinen suoritus usein fysiikan avulla.<br />
Urheilijat ovat hyvin tietoisia fysiikan vaikutuksesta suoritukseensa. Kertoessaan EMmaratonin<br />
kulusta Unkarissa 1998 Harri Hänninen tuo esille tärkeänä esille 28 km<br />
kohdalla tekniikan muuttamisen; painopisteen laskemisen ja siirtyminen nopeammalla<br />
frekvenssillä juoksemiseen. Oleellisena osana hänen juoksukuvaustaan ovat ajat, matkat<br />
ja juoksunopeudet. (Pekola 1998)<br />
2.2.4.3.1 Jyväskylän Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskus<br />
Vuonna 1991 perustettiin Jyväskylään Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskus, Kihu.<br />
Sen tehtävänä on kilpa- ja huippu-urheilua auttava tutkimus- ja palvelutoiminta.<br />
Tutkimuskeskuksessa toimivien tutkijoiden erikoisalueet ovat kestävyys, voima - nopeus,<br />
taito - taktiikka, urheilupsykologia, urheilulääketiede, urheilusosiologia ja tietotekniikka.<br />
Kihu analysoi ja kehittää valmennus- ja testausmenetelmiä, kehittää harjoittelu- ja<br />
kilpailuvälineitä sekä -menetelmiä, analysoi huippusuorituksia ja huippu-urheilijoita sekä<br />
kehittää menetelmiä lahjakkuuksien löytämiseksi. Tutkimuskeskus tarkastelee myös<br />
kilpa- ja huippu-urheilun merkitystä yhteiskunnassa.<br />
Kihun käyttämiä urheilijoiden suoritustekniikan tutkimusvälineitä ovat mm.<br />
videopohjaiset liikeanalyysi- ja pelianalyysijärjestelmät, laser- ja infrapunasädetekniikkaan<br />
perustuvat nopeus- ja etäisyysmittarit sekä voima- ja kiihtyvyysmittarit. Joukkuepeleissä<br />
selvitetään lajisuorituksia taidon, lajikäsityksen, taktiikan ja pelaajaominaisuuksien avulla.<br />
(www.kihu.jyu.<strong>fi</strong>)
16<br />
Urheilijalle ja valmentajalle annetaan joko kirjallinen palaute tai videopalaute. Videoissa<br />
on yhdistetty urheilusuoritus, mittasignaali ja joitakin suorituksen kriittisiä vaiheita<br />
kuvaavia muuttujia.<br />
Useimmat yksilölajien mittaukset tehdään kilpailuissa ja harjoitusleireillä, joissa urheilija<br />
tavoittelee suorituskykynsä äärirajoja.<br />
Tutkimuskohteita ovat olleet mm. yleisurheilussa juoksijat, hyppääjät, keihään- ja<br />
kiekonheittäjät ja kuulantyöntäjät sekä muissa lajeissa mäkihyppääjät, hiihtäjät, melojat,<br />
ampujat, jalkapalloilijat, sulkapalloilijat, jääkiekkoilijat ja tenniksen pelaajat. Liitteenä on<br />
annettu (Liite 1) mittaustulokset naisten hypyistä Someron seiväshyppykarnevaaleilla,<br />
jossa mitattiin hyppääjien vauhdinjuoksunopeudet viimeisen 15 metrin matkalta<br />
heinäkuussa 2000 sekä vuoden 2000 Kalevan kisojen 100 m juoksun <strong>fi</strong>naalin<br />
väliaikamittaukset (Liite 2) . Lisäksi on tutkittu mm. juoksun kontaktin kestoa ja<br />
ajoitusta valomaton avulla, kestävyysjuoksun alppimajaharjoittelua, pikajuoksijan<br />
harjoitusvuoden aikaista askelvaihtelua sekä etsitty kykyjenetsintäprojektilla sopivia<br />
kestävyysjuoksijoita.<br />
2.2.5 Integraation käyttö opetuksessa<br />
Integraatiokokeilut osoittavat työtavan motivoivaksi ja toimivaksi. Se auttaa oppilaita<br />
yhdistämään oma suorituksensa teoriaan. Fysiikan merkitys urheilusuorituksille on<br />
huomattava. Urheilijat hyödyntävät fysiikkaa hyvin säännönmukaisesti ja tietoisesti<br />
pyrkiessään parantamaan omia suorituksiaan.<br />
3 TUTKIMUSONGELMAT JA -MENETELMÄT<br />
Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten liikunta voi tukea peruskoulun fysiikan<br />
opetusta. Oppilaat kokevat fysiikan usein vaikeaksi ja teoreettiseksi oppiaineeksi.<br />
Liikunta puolestaan on yksi pidetyimmistä oppiaineista. Tutkittiin mahdollisuuksia, miten<br />
tuttu ja pidetty oppiaine voi osaltaan tukea fysiikan oppimista. Liikunnan laajuuden<br />
vuoksi siitä valittiin tutkittavaksi osa-alueeksi yleisurheilu, joka tarkennettiin juoksuurheiluun.<br />
Tutkimusongelmia ovat:<br />
- tukevatko oppikirjat ja opetussuunnitelmat juoksu-urheilun käyttöä fysiikan<br />
opetuksessa<br />
- miten juoksu-urheilu voi tukea fysiikan eri osa-alueiden opetusta<br />
- miten oppilaat tunnistavat fysiikan yleisurheilussa<br />
- miten liikunnan opettajat suhtautuvat fysiikan ja liikunnan integraatioon
17<br />
Ongelmia lähestytään selvittämällä integraation yleisiä mahdollisuuksia kirjallisuudessa<br />
esitettyjen ajatusten pohjalta ja soveltamalla niitä fysiikan ja liikunnan suhteeseen.<br />
Opetussuunnitelmaa tutkittiin fysiikan ja liikunnan, sekä juoksu-urheilun osalta.<br />
Selvitettiin minkälaisia integraatiokokeiluja on tehty ja onko yhteistyö koettu toimivaksi<br />
opetusmuodoksi.<br />
Tutkitaan miten juoksu-urheilu näkyy fysiikan eri osa-alueissa ja miltä osin sitä on<br />
mahdollista käyttää opetuksessa.<br />
Oppikirjasarjoja tutkittiin analysoimalla yleisimpiä peruskoulun kirjasarjoja ja<br />
selvittämällä tukevatko ne juoksu-urheilun käyttöä fysiikan opetuksessa.<br />
Oppilaiden ajatuksia on selvitetty kirjallisella tutkimuksella Lauttasaaren Yhteiskoulun<br />
yhdeksäsluokkalaisille.<br />
Oppilastutkimuksen tavoitteena on selvittää kuinka peruskoulun yhdeksäsluokkalaiset<br />
yhdistävät koulussa oppimiaan tietoja käytäntöön. Työssä selvitetään fysiikan ilmiöiden<br />
tunnistamista yleisurheilulajeissa. Tutkittiin:<br />
- Ovatko oppilaat omatoimisesti ajatelleet yleisurheilulajeihin sisältyvää<br />
fysiikkaa?<br />
- Mitä fysiikan ilmiöitä oppilaat tunnistavat yleisurheilulajeissa?<br />
- Missä määrin oppilaat ajattelevat erityyppisten yleisurheilulajien sisältävän<br />
fysiikkaa?<br />
- Mitä fysiikan mittausmenetelmiä oppilaat tunnistavat yleisurheilussa?<br />
Liikunnan opettajien suhtautumista yhteistyöhön tutkittiin Helsingin yliopiston Fysiikan<br />
laitoksen Didaktisen fysiikan kurssilla tehtyjen opettajahaastattelujen avulla.<br />
4 FYSIIKAN ERI OSA-ALUEIDEN ILMENEMINEN JUOKSU-<br />
URHEILUSSA<br />
Tässä luvussa tutkitaan miten juoksu-urheilu näkyy fysiikan eri osa-alueissa ja mitkä<br />
niistä sopivat parhaiten opetukseen.<br />
4.1 Lämpö<br />
Juoksijaan vaikuttavat sekä ulkoiset, että sisäiset lämpöilmiöt. Juoksija on ulkoisten<br />
olosuhteiden armoilla kaiken aikaa. Olosuhteet nostavat tai laskevat hänen lämpötilaansa.<br />
Lisäksi itse juoksusuoritus nostaa juoksijan lämpötilaa. Elimistö pyrkii poistamaan<br />
ylimääräisen lämmön. Ruumiin lämpötilan säädössä haihtumisella on tärkeä osa, haihtuva<br />
hiki sitoo lämpöä ja poistaa sitä elimistöstä. Kuumassa ilmastossa on tärkeä juoda
18<br />
riittävästi, muutoin keho ei pysty haihduttamaan ylimääräistä lämpöä ja elimistön<br />
lämpötila kohoaa. (Hassi & al 1995) Ihmisruumis voi luovuttaa lämpöä säteilemällä.<br />
Lämpöä siirtyy ohi virtaavaan ilmaan myös johtumalla. Verenkierrolla on tärkeä merkitys<br />
ihmisen lämpötilan säädössä. Suonissa virtaava veri kuljettaa mukanaan lämpöä ja tasaa<br />
ihmisen eri osien välisiä lämpötilaeroja. Kun juostessa tulee kuuma, pintaverisuonet<br />
kuljettavat liian lämmön pois elimistön sisäosista, tämä näkyy punastumisena.<br />
Hengitettävä ilma siirtyy useimmiten lämpimämpään systeemiin (ilmasta juoksijaan),<br />
laajenee ja siirtyy lämpimämpänä takaisin ympäristöön, samalla haihtuu vettä. Pakkasella<br />
havaitaan kaulaliinan, johon uloshengitettävä ja kostea ilma tulee, samoin kuin hiusten<br />
huurtuvan. Nähdään myös sumupilvi juoksijan hengittäessä, lämmin vesihöyry härmistyy<br />
ulos hengitettäessä.<br />
Juoksija pyrkii pitämään lämpötilansa lähes tasaisena ulkoisista olosuhteista riippumatta.<br />
Jotta elimistön lämmönsäätelyjärjestelmä pystyisi toimimaan ja palauttamaan muuttuneen<br />
lämpötilan takaisin, on kehon lämpötilan pysyttävä välillä 30°C - 42°C. Kehon<br />
normaalilämpötila on n. 37°C. Voimakkaassa lihastyössä elimistön lämpötila voi nousta<br />
jopa lähelle 40°C, mutta suorituksen loputtua se palautuu nopeasti normaaliksi.<br />
Vaatetuksen suunnittelun ja valinnan on oltava olosuhteisiin sopivaa. Talvella ja sateella<br />
tarvitaan eristystä, jotta lämpö pysyisi systeemissä. Kesällä vaatetuksen on oltava<br />
kevyttä, jotta ylimääräistä lämpöä ei varastoidu systeemiin. Usein juoksijan siirtyessä<br />
erilaisiin ilmasto-olosuhteisiin (lämpö, paine) elimistö reagoi tavalla tai toisella. Iho on<br />
ihmisen mittari, joka mittaa ihon ja ympäristön lämmönvaihdon tehoa ja aistii ihmisessä<br />
tapahtuvat lämpötapahtumat.<br />
Juoksija on paineen kanssa tekemisissä monella eri tavalla. Hän aiheuttaa alustaan<br />
kohdistuvan paineen. Tämä riippuu hänen painostaan sekä kengän koosta (alasta). Hän<br />
on kaiken aikaa ympäristön ilmanpaineen vaikutuksen alainen. Monesti huippujuoksijat<br />
tekevät harjoituksia erilaisissa paineolosuhteissa, mm. vuoriston korkeanpaikan leireillä.<br />
Ilman hapen määrä on verrannollinen ilmanpaineeseen ja tiheyteen, niinpä pienemmässä<br />
paineessa ruumiin hapensaanti vaikeutuu. Näin juoksusuorituskin vaikeutuu.<br />
Pienemmässä ilmanpaineessa vaikuttava ilmanvastus on myöskin pienempi. Kehon muoto<br />
aiheuttaa vähemmän pyörteitä ilmassa. (Tuokko 1965) Sisäisesti juoksijaan vaikuttaa<br />
hänen verenpaineensa.<br />
Noste vaikuttaa nesteessä. Juoksija hyödyntää sitä tehdessään harjoitusta vedessä.<br />
Erityisesti loukkaantumistapauksia varten on suunniteltu liivi, joka pitää juoksijan<br />
sopivasti pinnalla ja mahdollistaa pehmeän harjoittelun. Nesteiden väliaineen vastus<br />
alenee lämpötilan noustessa. Materiaalien kimmo-ominaisuudet, tiheys, lämmönjohtavuus<br />
ja absorptiokyky vaikuttavat mm. Juoksukenkien ja –vaateiden käyttäytymiseen eri<br />
olosuhteissa. Materiaalit pyritään valitsemaan siten, että tuote toimii hyvin erilaisissa<br />
olosuhteissa esim. eri lämpötiloissa. Juoksijan ympäristön lämpötila samoille<br />
juoksukengille saattaa vaihdella välillä -20°C - +40°C.
19<br />
4.2 Energia<br />
Energiaa ei synny eikä häviä. Se joko siirtyy tai muuttuu muodosta toiseen. (Lavonen &<br />
al 1994)<br />
Juoksijalla on tietty liike-energia, joka riippuu hänen nopeudestaan. Juoksijan ollessa<br />
paikallaan liike-energiaa ei ole.<br />
Juoksija käyttää liikkumiseen sisäistä energiaansa. Sisäenergia siirtyy liike-energiaksi.<br />
Käytettävissä olevan sisäenergian suuruus on juoksijalle ominainen, siihen vaikuttavat<br />
juoksijan kestävyys, ketteryys ja lihaskunto. Hän saa suoritukseen käyttämänsä energian<br />
ravinnosta. Ympäristön puitteissa hän on nykyaikana riippuvainen ulkoisista energian<br />
lähteistä: juoksuradan, reitin, stadionin huoltorakennusten rakentaminen, valon, äänen,<br />
lääke- ja ravintoaineiden tuotto, matkustus juoksupaikalle, juoksumatto ym.<br />
Potentiaalienergialla ei ole juoksijan liikkeelle merkitystä tasaisella juostaessa. Hän etenee<br />
pitäen painopisteensä lähes samalla korkeudella kaiken aikaa. Lähtötelineeseen<br />
asettautuessaan juoksija nostaa lantionsa hartioitaan korkeammalle varastoiden<br />
potentiaalienergiaa. Lähtölaukauksen tapahduttua potentiaalienergia (ja sisäiset energiat)<br />
vapautuu juoksija liike-energiaksi, teline pysyy paikallaan.<br />
Kun sisäenergia muuttuu liike-energiaksi siirtyy osa energiasta lämmöksi. Työ ja lämpö<br />
ovat siirtyvää energiaa. Juoksijaan voi siirtyä lämpöä säteilyn välityksellä auringosta,<br />
johtumalla vaateista sekä kulkeutumalla esim. juoman mukana. Juoksija lämpenee<br />
suorituksen aikana kun osa energiaa siirtyy lämmöksi sisäenergian muuttuessa liikeenergiaksi.<br />
Mitä vaativampi on suorituksen taso, sitä enemmän juoksijan lämpötila<br />
nousee. Systeemin sisäenergian muutos on systeemiin tehdyn työn ja siihen tuodun<br />
lämpöenergian summa. Juoksija tekee työtä tuottaen lämpöenergiaa sekä vastaanottaa<br />
ympäristöstä lämpöä.<br />
Työ on mekaaninen tapa siirtää energiaa systeemistä toiseen. Voima, joka lisää energiaa<br />
tekee työtä. Voiman vähentäessä energiaa, sitä vastaan tehdään työtä. Kosketushetkellä<br />
tehdään työtä lepokitkaa vastaan. Kaiken aikaa tehdään työtä ilmanvastusta vastaan.<br />
Kaikki termodynaamiset prosessit suuntautuvat kohti tasapainotilaa. Mekaanisen<br />
energian siirtyminen lämmöksi on tasapainotilaan johtava prosessi. Lämpö ei voi siirtyä<br />
itsestään mekaaniseksi energiaksi. Toisin sanoen, juoksijan ollessa lämmin lämpö ei voi<br />
siirtyä itsestään juoksuksi. Lämpö on hyötykäytön kannalta huonompaa energiaa kuin<br />
mekaaninen energia. Liikettä vastaan kohtisuora voima, esim. pinnan tukivoima, ei tee<br />
työtä lainkaan. Gravitaatiolla on kyky varastoida sitä vastaan tehty työ<br />
potentiaalienergiaksi. Myös jousella on sama ominaisuus puristettaessa. Esimerkkinä<br />
tästä ovat uudet “hyppykengät”, jotka toimivat kuin niissä olisi jousi pohjassa.<br />
Potentiaalienergia palautuu liike-energiaksi askeleen jälkeen.<br />
Juoksija liikkuu tietyllä teholla. Kemiallisen energian kulutuksen teho juostessa on n. 600<br />
W (Lavonen & al 1994) Kiihdytyksessä juoksija käyttää liike-energian lisäykseen tietyn<br />
tehon, joka riippuu juoksijan massasta, nopeudesta ja kiihdytyksen suuruudesta.<br />
Tasaisella nopeudella juostessaan hän tekee työtä tietyllä teholla kitkaa ja ilmanvastusta<br />
vastaan.
20<br />
Juoksu pyritään tekemään mahdollisimman optimaaliseksi energiankulutukseltaan.<br />
Juoksuaskel jaetaan kolmeen osaan: tukivaihe, ponnistusvaihe ja lentovaihe.<br />
Tukivaiheessa jalka on välittömästi tullut maahan, ponnistusvaiheessa ponnistamassa<br />
uuteen askeleeseen ja lentovaiheessa ilmassa. Analysoidaan askeleen pituutta, taajuutta<br />
sekä lento- ja tukivaiheen kestoa. Näihin vaikuttavat juoksuvauhti, jalkojen pituus,<br />
juoksijan taso, päämatka, harjoitusmuodot sekä väsymys. Vauhdin kasvaessa tukivaiheen<br />
kesto lyhenee ts. kitka vaikuttaa lyhemmän ajan ja lentovaihe pitenee. Pikajuoksussa<br />
myös lentovaiheen kesto lyhenee. Maratoonareilla lentovaihe on yleensä lyhyt ja<br />
tukivaihe pitkä. Tällöin horisontaalisen nopeuden häviö jalan maahantulovaiheessa on<br />
suurin.<br />
Juoksuaskeleen pituus suhteutetaan jalkojen pituuteen. Pitkäjalkainen juoksija juoksee<br />
lyhyellä askeleella suhteessa lyhytjalkaisen askellukseen. Askelpituus lyhenee matkan<br />
kasvaessa. Lyhyt askel on taloudellisin askel. Tässä lentovaihe on lyhyt ja askel matala,<br />
painopiste tekee matalan kaaren ja heilahtelee vain vähän vertikaalisuunnassa. Juoksijan<br />
väsyessä tukivaihe pitenee ja lentovaihe lyhenee.<br />
Energiana kulutusta minimoidaan juoksemalla pienessä etunojassa. Vältetään energian<br />
kuluttamista ristiin askeltamiseen sekä käsien turhiin, liikkeisiin. (Bauersfeld & Schröter<br />
1989)<br />
4.3 Mekaniikka<br />
4.3.1 Kinematiikka<br />
4.3.1.1 Suoraviivainen etenemisliike<br />
Juoksijan liikkeessä ei tarkastella muodon, siis asennon, muutoksia vaan yksinomaan<br />
massakeskipisteen liikettä. (Lavonen & al 1995) Juoksijan etenemisellä tarkoitetaan<br />
paikan muuttumista, mikä havaitaan juoksijan liikkeenä. Tämä on koko suorituksen<br />
tarkoitus, päästä tietystä paikasta toiseen. Useimmiten yli 100 m matkoissa juoksurata ei<br />
ole täysin suoraviivainen, vaan juoksija joutuu kääntymään reitin mukaisesti, esim. 400 m<br />
rata, maastojuoksureitinrata ym.<br />
Juoksijan liiketila muuttuu hänen lähtiessään liikkeelle, kiihdyttäessään, muuttaessaan<br />
suuntaansa, hidastaessaan ja pysähtyessään. Vain vuorovaikutus toisen kappaleen kanssa<br />
voi muuttaa liiketilaa. Juoksija on vuorovaikutuksessa pinnan sekä ilman kanssa ja lisäksi<br />
häneen vaikuttavat sisäiset vuorovaikutukset. Ilman vuorovaikutusta pinnan kanssa<br />
juoksija ei pysty muuttamaan liiketilaansa; lähtemään liikkeelle, kiihdyttämään,<br />
kääntymään tai pysähtymään.
21<br />
Vuorovaikutukset luokitellaan etävuorovaikutuksiksi ja kosketusvuorovaikutuksiksi.<br />
Juoksijaan vaikuttavista vuorovaikutuksista gravitaatio on etävuorovaikutus.<br />
Kosketusvuorovaikutuksia ovat pinnan tukivoima, väliaineen vastus ja kitka.<br />
Liikerata on juoksijalle tärkeä. Ratajuoksussa se on 400 metrin standardirata, maastossa<br />
erikseen määritelty, mikä tahansa reitti. Liikerataa voidaan havainnollisesti tarkastella<br />
fysikaalisen kuvaajan avulla (paikka, aika) -koordinaatistossa. Rata ≡ paikka ajan<br />
funktiona: x = x(t). Juoksijan rataa kontrolloidaan reitin merkitsemisellä ja juoksuradan<br />
rataviivoilla. Juoksija on hyvin tietoinen ratakäyrästään, täten juostu matka pysyy<br />
minimaalisena ja saavutetaan paras mahdollinen aika. Münchenin 10 000 m juoksussa<br />
Lasse Virenin keskinopeus oli pienempi kuin toiseksi sijoittuneen, mutta hän voitti<br />
juoksun. Hän juoksi kaiken kaikkiaan lyhyemmän matkan kuin toiseksi sijoittunut. Viren<br />
juoksi ensimmäisen radan sisäreunaa pitkin, kun taas seuraava käytti osan matkasta radan<br />
ulkoreunaa ja toista rataa. Radan leveys on 125 cm, sisäradalla yksi kierros on 114,40m,<br />
toisella radalla kierroksen pituudeksi tulee 117,55 m. Kaiken kaikkiaan toiseksi<br />
sijoittunut juoksi n. 50 m pidemmän matkan kuin Viren. (Saari 1979)<br />
Juoksuradan suunta on tärkeä huomioida viestikapulan vaihdossa, jotta vaihto onnistuisi<br />
sujuvasti. Jos juoksija poikkeaa hänelle määrätyltä reitiltä, tai esim. astuu lyhyissä<br />
juoksuissa rataviivalle, suoritus hylätään.<br />
Juoksija on hyvin tietoinen juoksunopeudestaan. Kilpailutilanteessa se pyritään<br />
maksimoimaan, harjoituksessa pitämään harjoituksen vaatimusten mukaisena (kova,<br />
reipas, löysä). Erilaiset nopeusharjoitukset ovat tärkeä osa juoksijan harjoittelua. Monet<br />
harjoitukset tehdäänkin kello kädessä kontrolloiden tarkasti omaa nopeutta. Myös<br />
hölkkääjät, jotka eivät pyri suorittamaan juoksua tietyllä nopeudella, laskevat usein<br />
juoksunopeutensa. Optiminopeus on yksilöllinen juoksumatkasta ja juoksijan tasosta<br />
riippuen. Pikajuoksumatkoilla nopeus on maksimaalinen ja suoritus lyhytkestoinen,<br />
kestävyysmatkoilla nopeuden ja keston suhde on erilainen. Juoksijan nopeus ei ole sama<br />
koko juoksusuorituksen ajan, joten yleensä tarkastellaan juoksijan keskinopeutta.<br />
Juoksija ilmaiseen nopeutensa usein yksiköissä minuuttia/kilometri.<br />
matka aika nopeus nopeus nopeus<br />
(min/km) (m/s) (km/h)<br />
100 m 9,84 1,64 10,16 36,59<br />
400 m 43,29 1,80 9,24 33,33<br />
1500 m 3.26,00 2,29 7,28 26,20<br />
5000 m 12.39,36 2,53 6,58 23,72<br />
10 000m 26.22,75 2,64 6,32 22,73<br />
maraton 42,2 km 2.06.05 2,99 5,58 20,00<br />
3000 m esteet 7.55,72 2,64 6,31 22,73<br />
110 m aitajuoksu 12,91 1,96 8,52 30,61<br />
400 m aitajuoksu 46,78 1,95 8,55 30,77<br />
4 x 100 m viesti 37,40 1,56 10,70 38,46<br />
4 x 400 m viesti 2.54,20 1,81 9,18 33,15<br />
Taulukko 2. Miesten maailmanennätykset 1.4.1999, nopeudet ovat keskinopeuksia.<br />
(Siukonen 1999)
22<br />
Juoksunopeus voidaan määrittää myös askelpituuden ja askeltaajuuden tulona (Torm<br />
1991) Täysivauhtisessa juoksussa askeltaajuutta pidetään oleellisempana tekijänä.<br />
Aitajuoksija joutuu aina sovittamaan askeltiheytensä ja askelpituutensa aitojen<br />
välimatkoihin. Ennen jokaista kilpailua hän suunnittelee juoksusuorituksen, olosuhteet<br />
huomioon ottaen. Hän pyrkii pitämään nopeutensa vakiona koko juoksun ajan, myös<br />
aitoja ylittäessään. Juoksu koostuu neljästä osasta: lähtö ja juoksu ensimmäiselle aidalle,<br />
aidan ylitys, välijuoksu aitojen välissä sekä loppukiihdytys.<br />
Kingdom: reaktioaika 142 ms<br />
1. aita 2. aita 3. aita 4. aita 5. aita 6. aita 7.aita 8. aita 9. aita 10. aita loppu tulos<br />
2,55 3,60 4,61 5,61 6,61 7,59 8,59 9,59 10,62 11,64 1,34 12,98<br />
Jackson: reaktioaika 131 ms<br />
2,57 3,61 4,65 5,67 6,71 7,72 8,75 9,79 10,82 11,87 1,41 13,28<br />
Taulukko 3: Parhaiden juoksijoiden väliajat Soulin Olympiakisojen miesten 110 m:n<br />
aitajuoksun loppukilpailussa. (Torm 1991)<br />
Myös muissa yleisurheilulajeissa juoksuosuuden nopeus on tärkeä osa suoritusta.<br />
Hyppääjä kehittää juoksuosuuden aikana alkunopeuden, joka vaikuttaa hypyn pituuteen.<br />
Myös keihäänheitossa juoksu antaa keihäälle tietyn alkunopeuden, jota lisätään käden<br />
heittoliikkeellä.<br />
Liike on kiihtyvää nopeuden muuttuessa. Muutoksen ollessa suuremmasta pienempään<br />
on kiihtyvyys negatiivista ja liike hidastuvaa. Kilpailutilanteessa juoksu alkaa ja loppuu<br />
kiihtyvän liikkeen osuuteen, alussa lähtökiihdytys, loppuvaiheilla vauhti hidastuu ja<br />
lopussa useimmiten, varsinkin kestävyysmatkoilla, on loppukiihdytys. Vaiheiden pituudet<br />
riippuvat juoksijan tasosta ja juostavasta matkasta. (Torm 1991) Pikajuoksijan<br />
kiihdytysvaihe on lyhyempi ja kiihdytys suurempi kuin kestävyysjuoksijan, hän pyrkii<br />
saavuttamaan maksiminopeutensa mahdollisimman nopeasti. Lähtötilanteessa kiihdytys<br />
pyritään saamaan maksimaaliseksi lähtötelineiden avulla. (Oikarinen & al 1998)<br />
Kiihdysvaiheessa voidaan saavuttaa sitä suurempi nopeus mitä pidempi ja<br />
suoraviivaisempi kiihdytysrata on. (Bauersfeld & Schröter 1989)<br />
Pudotessaan kappale on Maan vetovoiman aiheuttamassa tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä.<br />
Kiihtyvyys on kappaleesta riippumaton, suuruudeltaan 9,81 m/s 2 . Aitajuoksijan<br />
massakeskipiste on vapaassa putoamisliikkeessä aidan ja esteen ylityksen jälkeen.<br />
Juoksija voi muuttaa asentoaan ylityksen aikana, mutta painopisteen paikka ei muutu<br />
asennon muuttuessa. Juoksijaan vaikuttaa tilanteesta riippuva ilmanvastus. Ponnistus<br />
aiheuttaa juoksijalle tietyn vaakasuoran nopeuden ja näin hän etenee myös<br />
horisontaalisesti. Jalat ovat juostessa jatkuvasti vuorotellen putoamisliikkeessä ja<br />
nousuliikkeessä. Tällöin liike ei ole kuitenkaan vapaata vaan sitä kontrolloidaan juoksijan<br />
sisäisillä voimilla.
23<br />
4.3.1.2 Käyräviivainen etenemisliike<br />
Aitajuoksijan hypätessä aidan yli on painopiste heittoliikkeessä. Vaikuttavat voimat ovat<br />
gravitaatio ja ilmanvastus. Painopisteen kulkema ratakäyrä on kaari, jolla on<br />
huippukohta, jossa vertikaalisuuntainen nopeus on nolla ja jossa tämä nopeus vaihtaa<br />
suuntaa. Hypyn korkeuteen ja kantamaan vaikuttavat lähtökulma ja askeleen<br />
ponnistusvoima. Juoksija pyrkii optimoimaan hypyn mahdollisimman lyhyeksi ja sopivan<br />
korkeaksi aidan ylityksen kannalta (Torm 1991).<br />
Juoksijan jalka liikkuu heittoliikkeen kaaren omaisesti. Sitä hallitaan sisäisten voimien<br />
avulla, se ei ole vapaassa heittoliikkeessä. Pikajuoksussa kaari on korkea ja lyhyt sekä<br />
taajuus suuri, näin saavutetaan suurempi nopeus. Kestävyysjuoksussa taloudellisinta on<br />
edetä matalilla ja pitkillä askelilla sekä edellistä pienemmällä taajuudella. Myös painopiste<br />
etenee heittoliikkeen tavoin. Se pysyy kuitenkin lähes samalla korkeudella koko<br />
suorituksen ajan.<br />
Juoksija etenee pitkin ympyrän kaarta kaksi kertaa ratakierroksen aikana. Hän on tällöin<br />
ympyräliikkeessä. Liikettä tarkastellaan kaarenpituuden avulla suoraviivaisen liikkeen<br />
tavoin. Juoksijan hetkellinen nopeus on radan tangentin suuntainen. Vaikka juoksijan<br />
ratanopeus pysyisi vakiona kaarretta juostaessa, sen suunta muuttuu koko ajan ja<br />
juoksijalla on kiihtyvyyttä. Normaalikiihtyvyys on kohtisuorassa etenemisliikettä vastaan,<br />
kohti radan kaarevuuskeskipistettä, ja muuttaa liikkeen rataa. Mitä jyrkempi kaarre on<br />
sitä suurempi on normaalikiihtyvyys. Normaalikiihtyvyyttä tutkitaan kulmanopeuden,<br />
keskuskulman ja kaarenpituuden avulla. Se pitää juoksijan radallaan. Kengän ja radan<br />
välinen lepokitka aiheuttaa normaalikiihtyvyyden. Nopeuden ollessa suuri ja kitkan pieni<br />
se ei enää riitä vaan juoksija suistuu radaltaan esim. jäällä. Kappaleen hitauden<br />
aiheuttama keskipakoisvoima pyrkii suistumaan juoksijan radaltaan.<br />
Tangenttikiihtyvyys muuttaa juoksijan nopeuden suuruutta.<br />
4.3.2 Dynamiikka<br />
4.3.2.1 Liikemäärä ja impulssi<br />
Kappaleen hitaudella tarkoitetaan kappaleen kykyä vastustaa liiketilan muutosta.<br />
(Lavonen & al 1995) Juoksija kokee sen selvimmin lähtiessään liikkeelle ja<br />
pysähtyessään. Keho pyrkii jatkamaan liiketilaansa: pysymään levossa tai liikkeessä.<br />
Lyhyillä juoksumatkoilla, joissa nopeus on maksimaalinen, liikkeelle lähtöä pyritään<br />
nopeuttamaan lähtötelineiden avulla. Näissä juoksijalle luodaan mahdollisimman hyvät<br />
ponnistusolosuhteet, jotta liiketilan muutos tapahtuisi mahdollisimman nopeasti. Juoksun<br />
päätyttyä pysähtyminen vaatii aina joitakin metrejä vapaata juoksurataa.<br />
Halliolosuhteissa, joissa tilaa on usein vähän, pikajuoksijat juoksevat päin pehmustettua<br />
seinää pysähtyäkseen. Kiihdytys, hidastus ja kääntyminen muuttavat liiketilaa vähemmän,<br />
mutta juoksija tuntee aina muutoksen elimistössään. Kappaleen hitausominaisuus tulee
24<br />
esille aitajuoksussa aitaa ylitettäessä. Liiketilan muuttaminen vaatii ponnisteluja, juoksu<br />
vaikeutuu. Viestijuoksussa kapulan vaihto pyritään suorittamaan vauhdissa, näin<br />
säästetään aika joka kuluisi liikkeelle lähtöön ja pysähtymiseen. Samasta syystä<br />
huippumaratoonarit pyrkivät nauttimaan juomansa pysähtymättä.<br />
Liikkeelle lähteminen, kääntyminen ja pysähtyminen on mahdollista vain siirtämällä yhtä<br />
suuri vastakkaissuuntainen liikemäärä jollekin muulle kappaleelle. Juoksijan tapauksessa<br />
toisena kappaleena on Maa, jonka nopeuden muutos on mitätön. Tuki- ja kitkavoimat<br />
antavat yhtä suuret liikemäärät sekä juoksijalle että alustalle.<br />
Aitajuoksijan ylittäessä aita epäonnistuneesti hän työntää aidan kumoon ja menettää osan<br />
liikemäärästään. Juoksijalle on edullisinta ylittää aidat siten, että painopiste kulkee<br />
mahdollisimman alhaalta. Estejuoksussa törmätessään esteeseen juoksija menettää osan<br />
liikemäärästään esteelle, mutta nyt este ei lähde liikkeelle, vaan pakottaa juoksijan<br />
muuttamaan liikkeensä suuntaa tai mahdollisesti pysähtymään kokonaan.<br />
Juoksu rakentuu toistuvista, vuorotellen vasemman ja oikean jalan aiheuttamista,<br />
impulsseista. (Torm 1991). Jalan iskua maahan voidaan pehmentää polvea notkistamalla<br />
ja pehmeällä alustalla. Tällöin muutetaan vuorovaikutusaikaa alustan kanssa. Juoksija<br />
tuntee sen pehmeämpänä juoksuna. Askeleeseen kuluu enemmän aikaa ja juoksu<br />
hidastuu. Usein jalkavaivoista kärsivät pyrkivät juoksemaan pehmeillä alustoilla<br />
säästääkseen jalkojaan. Pehmeällä alustalla juoksu on hitaampaa; askeleeseen kuluu<br />
enemmän aikaan. Talvella lumi toimii pehmentäjänä ja hidastajana. Juoksuradalla<br />
olosuhteet pyritään saamaan optimaalisiksi. Radan ja kenkien materiaalilla ja piikkareilla<br />
impulssi saatetaan mahdollisimman suureksi. Painovoima ja tukivoima antavat juoksijalle<br />
ja radalle yhtäsuuret, vastakkaissuuntaiset impulssit.<br />
4.3.2.2 Voima<br />
Juoksijaan, ja mihin tahansa kappaleeseen, vaikuttava painovoima on riippuvainen<br />
juoksijan massasta. Liikkeen ollessa vapaata putoamisliikettä, painovoima aiheuttaa<br />
kappaleen kiihtyvyyden alaspäin. Painovoima aiheutuu kappaleen vuorovaikutuksesta<br />
Maan kanssa ja näin ollen Maahan kohdistuu yhtä suuri, vastakkaissuuntainen voima.<br />
Maan suuresta massasta johtuen sen liiketilan muutosta ei havaita. Juoksija hyödyntää<br />
painoaan mm. lähtötelineestä liikkeelle lähtiessään. (Torm 1991) Telineessä juoksijan<br />
painopiste pyritään saamaan mahdollisimman korkealle, jotta juoksijan painon<br />
aiheuttamaa kiihtyvyyttä voidaan käyttää hyväksi liikkeelle lähdettäessä. Lantio nostetaan<br />
hartioita korkeammalle ja painopiste siirretään hieman eteenpäin. (Bauersfeld & Schröter<br />
1989)<br />
Tukivoima on kosketuspintaa vastaan kohtisuorassa. (Lavonen & al 1995)<br />
Lähtötelineessä tukipinnat antavat ponnistukselle pitävän tuen ja mahdollistavat<br />
ponnistuksen lähes suoraan eteenpäin. Pinnan tukivoiman ansiosta juoksija pysyy<br />
alustalla, gravitaatio ei niele häntä Maan uumeniin. Tasaisella alustalla tukivoima kumoaa<br />
painovoiman. Ylä- ja alamäissä painovoiman suuntainen osuus tukivoimasta riippuu mäen<br />
kaltevuudesta.
25<br />
Juoksijan liikkeen ollessa tasaisesti kiihtyvää juoksijaan kohdistuu tasainen vuorovaikutus<br />
Newtonin II lain mukaisesti. Kiihtyvyys on verrannollinen vaikuttavien voimien<br />
summaan. Juoksun hidastuessa vaikuttava voima on vastakkaissuuntainen nopeudelle,<br />
kiihtyessä samansuuntainen. Vaikuttavat voimat ovat tasapainossa kun juoksu on tasaista<br />
ja suoraviivaista. Jos juoksu ei ole suoraviivaista ja vakio nopeudella etenevää, juoksijaan<br />
vaikuttaa liikesuuntaa muuttava voima. Juoksijaan vaikuttavia voimia ovat kitka,<br />
ilmanvastus ja sisäiset voimat.<br />
Vaikuttavat voimat ovat joko etä- tai kosketusvoimia. Vaikuttavien voimien summa<br />
määrää liiketilan muuttumisen.<br />
Lepokitka estää juoksijan liukumisen radan pinnalla. Sitä pyritään suurentamaan<br />
lähtötelineiden avulla, suotuisalla alustan materiaalilla ja kengillä; piikkareilla, pohjan<br />
kuvioinnilla tai nastoilla tarpeen mukaan. Lepokitka jarruttaa liikettä ja pakottaa<br />
juoksijan liikkeelle. Se välittää energiaa jalan liikkeestä juoksijan enenemisliikkeeseen.<br />
Esimerkiksi jäällä lepokitka ei ole riittävän suuri pitämään jalkaa paikallaan ja tämä<br />
liukuu taaksepäin joka askeleella. Erilaisissa maastoissa ja olosuhteissa sekä erilaisilla<br />
kengillä lepokitka on erilainen. Liukumisessa vaikuttava kitka on liukukitka. Se hidastaa<br />
liukumista. Liukukitka vaikuttaa juoksijaan liukkaalla alustalla mm. maasto- ja<br />
talviolosuhteissa. Sääolosuhteet; sade, lumi, jää muuttavat liukukitkaa. Lepo- ja<br />
liukukitka riippuvat tukivoimasta. Tukivoiman kautta tulee riippuvuus painosta ja painon<br />
kautta massasta. Lepokitka aiheutuu vuorovaikutuksista, jotka eivät kuluta mekaanista<br />
energiaa. Liukukitka aiheutuu mekaanista energiaa kuluttavista vuorovaikutuksista.<br />
Juoksijaan vaikuttava liikettä vastustava väliaine on ilma. Ilman ja juoksijan välillä on<br />
kosketusvuorovaikutus, edetessään juoksija työntää ilmaa pois tieltään. Ilmanvastus<br />
suurenee nopeuden kasvaessa. Se on suurempi pikajuoksussa kuin kestävyysjuoksussa.<br />
Myös väliaineen nopeus vaikuttaa ilmanvastuksen suuruuteen. Väliaineen vastukseen<br />
vaikuttavat juoksijan koko ja muoto, niihin pyritään vaikuttamaan asennolla ja vaatteilla.<br />
Tasavauhtinen juoksu voi joskus voimankäytöltään olla hyvinkin epätasaista tuulisissa<br />
olosuhteissa.<br />
Tuulen Tulos Hyöty Tulos Haitta<br />
nopeus myötä- (s) vasta- (s)<br />
(m/s) tuulessa tuulessa
26<br />
(s)<br />
(s)<br />
1 10,11 0,09 10,30 0,10<br />
2 10,04 0,16 10,40 0,20<br />
3 9,97 0,23 10,52 0,32<br />
4 9,91 0,29 10,65 0,44<br />
5 9,87 0,33 10,80 0,60<br />
10 9,73 0,47 11,76 1,56<br />
Taulukko 4: Keskikokoisen, tuulettomissa olosuhteissa 100 m ajassa 10,20 juoksevan<br />
pikajuoksijan tulosten muutokset erilaisissa tuuliolosuhteissa (Torm 1991).<br />
Jousi varastoi itseensä harmonisen voiman tekemää työtä puristuessaan kokoon.<br />
Vapautuessaan puristuksesta jousi vapauttaa varastoimansa energian. Elastiset<br />
ratamateriaalit toimivat harmonisen värähtelijän tavoin, ne vapauttavat pienen määrän<br />
harmonisen voiman tekemää työtä juoksijan askeltaessa. Uudet “hyppykengät”<br />
käyttäytyvät kuten niissä olisi jousi pohjassa, ne vapauttavat sitomansa harmonisen<br />
voiman tekemän työn. Juoksija koukistaa jalkaansa maahan astuessaan ja vapauttaa<br />
sitomansa energian suoristamalla jalkansa ponnistaessaan kontaktivaiheen<br />
loppuvaiheessa. Jalkaholvi toimii juostessa kuin jousi. (Oikarinen & al 1998) Se painuu<br />
alas ja pomppaa takaisin jokaisella askeleella. Tällä tavoin se toimii energiavarastona,<br />
josta jalka saa liike-energiaa. Juoksutossun pohja on myös joustava, mutta ei läheskään<br />
yhtä tehokas kuin jalkaholvi. Juokseva ihminen toimii kuin eteenpäin pomppiva<br />
kumipallo.<br />
Systeemin etenemisliikkeen määrittelee Newtonin II lain yleistys, jonka mukaan<br />
kappaleen massakeskipiste liikkuu, kuten massapiste, jonka massa on systeemin<br />
kokonaismassa ja johon vaikuttaa systeemiin vaikuttavien ulkoisten voimien summa.<br />
Juoksijan omat, systeemin sisäiset voimat, kuten käsien heilutus ym. eivät muuta<br />
juoksijan liiketilaa, mutta ulkoiset, kuten painovoima ja työntö muuttavat. Juoksijan<br />
painopisteen paikka on oleellinen juostaessa. Juoksu on usein sopivasti etukenoista,<br />
jolloin painopisteeseen vaikuttava paino vie juoksijaa eteenpäin. Aitajuoksija ylittää aidan<br />
loivalla ylitysaskeleella ja juoksee korkeassa juoksuasennossa, tällöin painopisteen liike<br />
on mahdollisimman tasaista (Torm 1991). Ylitysaskel on muunnettu juoksuaskel, jossa<br />
askelpituus on suurempi, ponnistus voimakkaampi, jalkojen ja käsien liikkeet laajemmat<br />
sekä etunoja syvempi.<br />
Juoksijaan vaikuttava tukivoima ja gravitaatiovoima ovat tasapainossa, mutta aiheuttavat<br />
väännön, jos juoksijan keho on vähän poikkeutettuna tasapainosta. Tällöin juoksija pysyy<br />
vielä pystyssä, mutta tuntee väännön. Juostessa jalkojen ja käsien liikkeet tasapainottavat<br />
toisiaan.<br />
Ihmiskehossa luut toimivat vipuina, joita lihasten jännitysvoimat liikuttavat. (Hassi & al<br />
1996) Suuret lihasmassat ovat sijoittuneet lähelle vartaloa, jolloin raajojen<br />
hitausmomentti on pieni ja raajan voi nostaa suhteellisen pienen lihasvoiman avulla ja<br />
nopeasti. Ihmisen vipujen tarkoitus ei niinkään ole voiman kasvattaminen, kuten<br />
koneissa, vaan nopeuden lisääminen. Lihasten supistumisnopeus ei ole kovin suuri, eikä
27<br />
se riitä nopeisiin liikkeisiin, jollei liikenopeutta kasvateta vipujen avulla esim. kädet ja<br />
jalat.<br />
4.4 Värähtelyt ja aaltoliikkeet<br />
Juoksijan askelilla on tietty taajuus, askeltiheys, joka riippuu juoksijasta ja hänen<br />
nopeudestaan. Se ilmaisee kuinka monta askelta otetaan tietyssä ajassa. Haluttaessa lisätä<br />
nopeutta lisätään usein askeltiheyttä. Sydämen sykkeellä on tietty taajuus. Se vaihtelee<br />
rasitustasosta riippuen. Normaali ihmisen leposyke on 60-80 pulssia/minuutti, kovan<br />
harjoituksen jälkeen hyväkuntoisen pulssi saattaa nousta jopa arvoon 200<br />
pulssia/minuutti. Sydämen taajuus, sen kohoaminen ja palautuminen riippuvat ihmisen<br />
iästä, fysiikasta ja kunnosta. (Holopainen & Saastamoinen 1983)<br />
Resonanssi on huomioitava suuren joukon juostessa sillan yli. Jos kaikki juoksevat<br />
samalla taajuudella voi silta joutua resonanssiin juoksun kanssa ja hajota. Useimmiten<br />
juoksijat juoksevat omaan tahtiin, eikä näin käy.<br />
Jalka, lyödessään maahan, synnyttää värähtelyä maassa, josta aiheutuu ääniaaltoja<br />
ilmassa. Samoin käden liike ja hankaus, sekä hengitys aiheuttavat ääntä. Juoksija käyttää<br />
ääntä hyväkseen mm. lähtölaukauksessa, väliaikailmoitukseen ja kuullakseen kilpailijansa.<br />
Ratajuoksuissa jokaisen kilpailijan takana on kaiutin, jotta jokainen kuulisi<br />
lähtölaukauksen samanaikaisesti. Lähtölaukauksen tapahduttua se saapuu katsomossa<br />
istuvalle aina ”jo startin tapahduttua”. Hänen mielestään juoksijat lähtevät matkaan ennen<br />
lähtölaukausta.<br />
Uudet kengät toimivat harmonisen värähtelijän tavoin. Kenkä toimii kuten jousi, joka<br />
varastoi harmonisen voiman tekemää työtä puristuessaan, siis jalan ponnistaessa maasta,<br />
ja pyrkii palautumaan tasapainoon. Tällöin vapautuu potentiaalienergiaa liike-energiaksi,<br />
josta osa jää juoksijan käyttöön, osa värähtelyyn.<br />
Monet optiikan sovellutuksista ovat hyödyllisiä apuneuvoja juoksijan harjoitellessa.<br />
Niiden avulla seurataan ja analysoidaan suoritusta. Tällaisia ovat mm. silmä, silmälasit,<br />
kamera, videokamera. Ne perustuvat valon suoraviivaiseen kulkuun, heijastumiseen ja<br />
taittumiseen.<br />
4.5 Sähkö<br />
Ihmiset ovat juosseet jo kauan ennen sähkön keksimistä. Luonnossa ilmenevä sähkö on<br />
kuitenkin vaikuttanut häneen kaiken aikaa esim. hankaussähkö, salamat. Ihmisen kehon<br />
toiminnasta löytyy paljon sähköisiä ilmiöitä. (Hassi & al 1998) Sähköiset voimat<br />
aikaansaavat jänteidemme ja lihaksiemme lujuuden. Hermoston viestit ovat sähköisiä<br />
signaaleja, ajattelu on sähkömagneettinen ilmiö, sydän toimii sähköpulssein. Ihminen
28<br />
johtaa sähköä melko hyvin; sähköiskussa elimistön läpi kulkee virta, joka sotkee<br />
hermoston sähköiset signaalit ja voi aiheuttaa kemiallisia muutoksia. Sähkön tutkiminen<br />
ja kehitys puolestaan ovat tuoneet uusia ulottuvuuksia juoksusuorituksiin.<br />
Juoksijalle tärkeitä magnetismin, induktion, vaihtovirtapiirien ym. sovellutuksia ovat mm.<br />
kompassi, kaiuttimet, mikrofoni, tietotekniikka, sähkögeneraattorit (energia), tv, radio,<br />
valot. Tärkeitä apuneuvoja kilpailutilanteessa ovat mm. sähköinen lähettäminen,<br />
sähköinen ajanotto sekä maalikamera.<br />
4.6 Liikkeen suhteellisuus<br />
Juoksijan liikettä tarkasteltaessa riittää klassisen mekaniikan mukainen tarkastelu, koska<br />
nopeudet ovat pieniä.<br />
Juoksijan juostessa juoksumatolla, hän pysyy paikallaan ja matto liikkuu. Maastossa<br />
puolestaan juoksija liikkuu ja maasto pysyy paikallaan. Juoksijan koordinaatistosta<br />
katsottuna etäisyys lähdön ja maalin välillä on 0 m, kun taas katsojan näkökulmasta<br />
etäisyys on tietty matka. Juoksuun kulunut aika on kummankin suhteen sama. Klassisessa<br />
fysiikassa aika oletetaan absoluuttiseksi suureeksi, joka ei riipu havaitsijasta. Juoksijan<br />
ohittaessa hitaampi juoksija, ohitettava liikkuu ohittajan suhteen taaksepäin.<br />
4.7 Mittaukset ja säännöt<br />
4.7.1 Ajanotto<br />
Ajanotto voi olla joko käsiajanotto tai täysin automaattinen sähköinen ajanotto.<br />
Edellisessä käytetään sekuntikelloa tai käsikäyttöistä digitaalista ajanottolaitetta.<br />
Loppuaika sekä väliajat otetaan kolmella kellolla. Pyöristys on ratajuoksussa 1/10 sekunti<br />
ja muissa juoksuissa seuraavaan kokosekuntiin. Aika tulee ottaa lähetyslaitteen<br />
välähdyksestä siihen hetkeen asti, jolloin kilpailijan vartalon minkä tahansa osa saavuttaa<br />
maaliviivan lähtöä lähempänä olevan reunan kohdalla olevan pystysuoran tason.<br />
(Yleisurheilun kansainväliset säännöt 1996/1998)<br />
Jos kolmesta kellosta kaksi näyttää samaa aikaa ja kolmas eri aikaa, noiden kahden<br />
kellon näyttämä aika on virallinen tulos. Jos kaikki kolme kelloa näyttävät eri aikoja,<br />
keskimmäinen aika on virallinen tulos. Jos aika on saatu vain kahdella kellolla ja ne<br />
näyttävät eri aikoja, pitempi näistä ajoista on virallinen tulos. Täysin automaattista<br />
ajanottolaitteistoa on käytettävä aina kun mahdollista. Sen käyttö on pakollista<br />
Olympiakisoissa, Maailman mestaruuskilpailuissa sekä Maailman Cupeissa. Tällöin aika<br />
otetaan 1/100 sekunnin tarkkuudella.
29<br />
Väliaikojen ilmoittaminen juoksijalle ei ole sallittua ilman juoksun johtajan ennalta<br />
antamaa lupaa, lukuun ottamatta virallisia kuulutuksia sekä näyttötaulua.<br />
4.7.2 Tuulen mittaus<br />
Juoksumatkoilla 200 m:iin asti tehdyt ennätykset eivät ole voimassa jos tuulen nopeus on<br />
juoksun suunnassa mitattuna myötäinen ja keskimääräiseltä nopeudeltaan yli 2 m/s.<br />
Myötätuuli auttaa juoksijaa parantamaan suoritustaan. Juoksulajeissa tuulimittari tulee<br />
asettaa suoran varrelle radan ensimmäiselle puolelle 50 m maaliviivasta 1.22 m<br />
korkeudelle, enintään 2 metrin päähän juoksuradasta. Mittarin tulos luetaan yksiköissä<br />
m/s ja pyöristetään lähimpään korkeampaan 1/10 m/s positiiviseen suuntaan laskien.<br />
4.7.3 Juoksurata<br />
Normaalin juoksuradan pituus on 400 m. Sen tulee muodostua kahdesta suorasta ja<br />
kahdesta kaarteesta. Radan pituuden mittaus tulee suorittaa pitkin linjaa, joka kulkee 30<br />
cm reunalistan ulkopuolella, ja jollei listaa ole, tällöin pitkin linjaa, joka kulkee 20 cm<br />
radan sisäreunaa osoittavan viivan ulkopuolella. Tulee tehdä kaksi toisistaan<br />
riippumatonta mittausta, joiden tulokset eivät saa poiketa toisistaan enempää kuin 0,0003<br />
x L + 0,01 m, jossa L on radan pituus metreinä.<br />
Yhden radan leveys on vähintään 1,22 m ja enintään 1,25 m. Se on merkitty 50 mm<br />
leveillä viivoilla. Kaikkien ratojen tulee olla yhtä leveitä. Juoksusuunta radalla on<br />
vastapäivään, juoksijan vasen käsi on sisäkentän puolella. Sisin rata saa numeron 1.<br />
Matka lähdöstä maaliin on mitattava siten, että jokainen juoksija, viestissä jokainen<br />
joukkue, juoksee saman matkan. Tämä tasataan lähtöviivojen porrastuksella, kaarevalla<br />
lähtöviivalla sekä kaarella joka osoittaa missä juoksija saa poistua omalta radaltaan.<br />
Tämä koskee yli 400 m pitkiä juoksumatkoja.<br />
4.7.4 Aitajuoksu<br />
Aitajuoksun vakiomatkat miehille ovat 110 m ja 400 m, naisille 100 m ja 400 m. Kullakin<br />
radalla on oltava kymmenen aitaa asetettuna seuraavan taulukon mukaisesti:<br />
miehet<br />
naiset<br />
Juostava matka 110 m 400 m 100 m 400 m<br />
Aidan korkeus 1,067 m 0,914 m 0,840 m 0,762 m
30<br />
Välimatkat:<br />
Lähdöstä 1. aidalle 13,72 m 45 m 13,00 m 45 m<br />
Aitojen välillä 9,14 m 35 m 8,50 m 35 m<br />
Viimeiseltä aidalta<br />
maaliin 8,86 m 9,72 m 11,50 m 13,00 m<br />
Taulukko 5. Aitojen asettelu aitajuoksussa.<br />
Aidan leveys tulee olla vähintään 1,18 m ja enintään 1,20 m, jalustan suurin pituus saa<br />
olla 0,70 m ja aidan kokonaispainon tulee olla vähintään 10 kg. Yläriman korkeuden<br />
tulee olla 70 mm ja sen paksuuden välillä 10 - 25 mm.<br />
Aitojen asettelusta aiheutuu se, että 110 m aitajuoksun keskinopeus on hitaampi kuin 400<br />
m aitajuoksun, kuten taulukosta 2 huomataan. Kummallakin matkalla aitojen lukumäärä<br />
on sama, näin ollen lyhyemmällä matkalla aitoja on tiheämmin kuin pidemmällä matkalla.<br />
Tällöin juoksija ei saavuta yhtä suurta nopeutta aitojan välejä juostessaan kuin<br />
pidemmällä matkalla. Lyhyemmän matkan aidat ovat myös korkeampia.<br />
4.7.5 Estejuoksu<br />
Estejuoksun vakiomatkat ovat 2000 m ja 3000 m. 3000 m estejuoksuun kuuluu 28<br />
kuivaesteen ja 7 vesiesteen ylitys. 2000 m estejuoksuun kuuluu 18 kuivaesteen ja 5<br />
vesiesteen ylitys. Esteen tulee olla 0,914 m korkea ja vähintään 3,96 m leveä. Naisten<br />
estejuoksussa esteen tulee olla 0,762 m korkea ja vähintään 3,96 leveä. Esteen yläparrun<br />
poikkileikkauksen tulee olla neliö, jonka sivu on 12,7 cm. Esteen painon tulee olla välillä<br />
80-100 kg. Kummassakin päässä tulee olla 1,2-1,4 m leveä jalusta. Vesihaudan, itse este<br />
mukaan luettuna, tulee olla 3,66 m pitkä miehillä ja 3,06 m pitkä naisilla sekä molemmilla<br />
3,66 m leveä. Veden pinnan on oltava radan pinnan tasalla, ja haudan on oltava esteen<br />
puoleisessa päässä n. 0,3 m:n matkalta 0,7 m syvä. Esteen tulee olla lujasti kiinnitettynä<br />
vesihaudan etureunaan, ja sen tulee olla yhtä korkea kuin kilpailun muut esteet.<br />
Kilpailijan tulee hypätä veden yli tai mennä veden kautta. Kilpailijan juoksu hylätään, jos<br />
hän astuu vesihaudan jommallekummalle sivulle tai jos hän vie jalkateränsä tai muun osan<br />
alaraajastaan ylityshetkellä esteen yläreunan kautta kulkevan vaakatason alapuolelta.<br />
4.7.6 Maantiejuoksu<br />
Maantiejuoksun vakiomatkat ovat miehille ja naisille 15 km, 20 km, puolimaraton, 25<br />
km, 30 km, maraton, 100 km. Lisäksi järjestetään maantieviestejä.
31<br />
4.7.7 Viestijuoksu<br />
Viestikapulan vaihdon tulee tapahtua kapulan ollessa vaihtoalueella, juoksijan kehon<br />
sijainti ei vaikuta asiaan. Vaihtoon tuleva juoksija voi aloittaa juoksun 10 m ennen<br />
vaihtoaluetta. Vaihtoalueen pituus on 20 m.<br />
Viestikapulan tulee olla sileä, ontto putki, jonka poikkileikkaus on pyöreä ja joka on<br />
tehty yhtenäisenä kappaleena puusta, metallista tai mistä tahansa muusta jäykästä<br />
materiaalista. Kapulan pituus on enintään 300 mm ja vähintään 280 mm. Ympärysmitan<br />
tulee olla 120-130 mm ja painon vähintään 50 g.<br />
4.7.8 Sisähallirata<br />
Kiertävän radan nimellispituuden tulisi olla 200 m. Sen tulee koostua kahdesta<br />
vaakatasossa kulkevasta suorasta ja kahdesta kaarteesta, jotka voivat olla kallistetut.<br />
Kallistuksen suositeltu maksimi kallistuskulma on 18°. Ratoja tulee olla vähintään 4 ja<br />
enintään 6. Niiden tulee olla yhtä leveitä keskenään, vähintään 0,90 m ja enintään 1,10 m<br />
sisältäen oikeanpuoleisen rataviivan leveyden. Juoksusuunta on vastapäivään.<br />
Aitajuoksukilpailut käydään 50 m ja 60 m matkoilla ja ne suoritetaan sisähallin suoralla<br />
radalla.<br />
miehet<br />
naiset<br />
Juostava matka 50 m 60 m 50 m 60 m<br />
Aidan korkeus 1,067 m 1,067 m 0,840 m 0,840 m<br />
Aitojen lukumäärä 4 5 4 5<br />
Välimatkat:<br />
Lähdöstä 1. aidalle 13,72 m 13,72 m 13,00 m 13,00 m<br />
Aitojen välillä 9,14 m 9,14 m 8,50 m 8,50 m<br />
Viimeiseltä aidalta maaliin 8,86 m 9,72 m 11,50 m 13,00 m<br />
Taulukko 6. Aitojen asettelu ja korkeudet sisäradalla.<br />
5 KIRJASARJOJEN ANALYSOINTI<br />
Tässä luvussa tarkastellaan kuinka juoksu-urheilu esiintyy peruskoulun oppikirjoissa.<br />
Tutkittiin kuusi peruskoulun käytetyintä kirjasarjaa (Valtchanova 2000). Kohteeksi
32<br />
valittiin seitsemännen ja yhdeksännen luokan kirjat, koska nämä sisältävät peruskoulussa<br />
opetettavan fysiikka osan. Kirjasarjoissa opetettavat asiat ovat<br />
7 luokalla:<br />
Mekaniikka: mittaamisen periaate, suureet ja mittaustarkkuus, kitka, painopiste, vipu,<br />
kalteva taso, massa, voima, tiheys.<br />
Aalto- ja äänioppi: värähdysliike, aaltoliike, ääni, melu.<br />
Lämpöoppi: lämpö, lämpötila, - lähteet.<br />
Sähkö: jännite ja sähkövirta, turvallisuus, elektroni, johde/ eriste, magnetismi.<br />
9 luokalla:<br />
Mekaniikka: voima ja liike.<br />
Työ, teho, energia, tiheys, paine, ilmakehä ja ilmanpaine.<br />
Lämpöoppi: lämpötila, lämpölaajeneminen, lämpömäärä, olomuodon muutokset, lämmön<br />
siirtyminen, lämpöenergian lähteitä.<br />
Valo-oppi: valo, varjo, heijastuminen, taittuminen, linssit, värit.<br />
Sähköoppi: sähkövaraus ja jännite, virtapiiri, resistanssi, sähkövirran työ ja teho,<br />
magneettikenttä, sähköenergian käyttö.<br />
Elektroniikka: puolijohde, transistori.<br />
Säteily- ja ydinfysiikka: atomiydin, radioaktiivisuus.<br />
Maailmankaikkeus: Aurinkokunta, tähdet.<br />
Kaikki kirjasarjat sisältävät esimerkkejä eri urheilulajeista. Juoksu-urheiluun pohjautuvien<br />
esimerkkien käyttö vaihtelee kirjasarjoittain. Mikään kirjasarjoista ei rajoita juoksuurheilun<br />
käyttöä opetuksessa, mutta toisissa sitä tuetaan ja toisissa se jää opettajan<br />
varaan. Harjoitustehtäviä esiintyy kaikissa kirjoissa löytyviin yhteyksiin perustuen.<br />
5.1 Aine ja energia, fysiikan tietokirja<br />
Aine ja energia -sarjasta löytyy runsaasti yhteyksiä juoksu-urheiluun.<br />
Mittaamisen yhteydessä lähtökohdaksi otetaan, että tutkittavaa kappale voi olla myös<br />
ihminen. Vertaillaan erilaisten liikkuvien esineiden nopeuksia mm. 100 m juoksijan<br />
nopeutta, joka on 11 m/s tai 40 km/h. Kiihtyvyyttä havainnollistetaan kuvalla<br />
lähtötelineeseen asettuneesta juoksijasta. Väliaineen vastuksen yhteydessä nesteen<br />
vaikutusta selitetään vertaamalla juoksua vedessä ja ilmassa.<br />
Värähdysliikkeen yhteydessä tuodaan esimerkkinä ihmisessä tapahtuva värähdysliike,<br />
sydämen syke. Energian käsittelyn yhteydessä huomioidaan ihmisen jokapäiväinen<br />
energianhankinta sekä ravinnon ja kuntoilun yhteys. Luetellaan energiankulutuksen<br />
suuruuksia eri toiminnoille mm. juoksulle nopeudella 15 km/h energiankulutus on noin<br />
2100 kJ/ 30 min sekä hölkän nopeudella 10 km/h energiankulutus on noin 1400 kJ/ 30<br />
min.<br />
Ihmisen lihasten hyötysuhde on 25 %, juoksussa lihasten kemiallisesta energiasta vain 25<br />
% muuttuu kineettiseksi energiaksi, loput muuttuu lämmöksi. 70 kg massainen henkilö
33<br />
kuluttaa energiaa nukkuessaan 80 W, juostessaan 800 W, ja portaita noustessaan 1300<br />
W teholla.<br />
5.2 Impulssi<br />
Kirjassa Impulssi 1 on yksi yhteys juoksu-urheiluun. Mittauksen yhteydessä otetaan<br />
esimerkkinä 100 m juoksu, siitä mitataan matka ja aika tietyllä tarkkuudella.<br />
Kirjassa Impulssi 3 lasketaan keskinopeus, kun 200 m juoksu juostaan ajassa 40 s.<br />
Tutkitaan myös pikajuoksijan kiihtyvyyttä, kun hän kiihdyttää 2 s ajan ja saavuttaa<br />
nopeuden 10 m/s, kiihtyvyydeksi saadaan 5 m/s 2 . Lämmön yhteyttä urheilusuoritukseen<br />
selvitetään. Mitä nopeammin liikut sitä kuumemmalta tuntuu, tällöin enemmän<br />
lämpöenergiaa siirtyy ympäristöön.<br />
5.3 Ydin<br />
Kirjasta Ydin 7 ei löytynyt mitään yhteyksiä juoksu-urheiluun.<br />
Kirjassa Ydin 9 on yksi yhteys juoksu-urheiluun. Pikajuoksijan nopeudeksi todetaan 10<br />
m/s.<br />
5.4 Koulun fysiikka ja kemia<br />
Kirjassa Koulun fysiikka ja kemia 7 mittaustarkkuuden esimerkkinä esitetään 100 m<br />
juoksuajan mittaustarkkuus 0,01 s.<br />
Kirjassa Koulun fysiikka 9 tutkitaan keskinopeutta ja lasketaan esimerkkinä koulun 100<br />
m juoksukilpailussa voittajan keskinopeus. Taulukoidaan myös erilaisia tehon kulutuksia<br />
ja todetaan hölkkääjän kuluttaman kokonaistehon olevan 250 W.<br />
5.5 LUMO, fysiikan ja kemian käsikirja<br />
LUMO-kirjasta yhteyksiä juoksu-urheiluun löytyy kohtalaisesti. Esimerkkinä<br />
fysikaalisesta mittauksesta on 100 m juoksun tulos. Tutkitaan erilaisia liikkeitä mm.<br />
ihmisen juoksua. Urheilukilpailuissa mittaustarkkuus juoksuajalle on 0,01 s, jota
34<br />
selvennetään taulukolla 1500 m juoksun tuloksista. Juoksijan nopeutta verrataan (s,t)-<br />
koordinaatistossa auton nopeuteen. Luetteloidaan erilaisia nopeuksia mm.<br />
maratonjuoksun nopeus on 20 km/h ja pikajuoksun nopeus 35 km/h. Kiihtyvyydestä<br />
otetaan esimerkiksi pikajuoksijan liike. Se on alussa kiihtyvää, sitten tasaista ja lopussa<br />
hidastuvaa, sen kiihtyvyydellä on suunta ja suuruus.<br />
Käsiteltäessä energiankulutusta otetaan esimerkkinä 70 kg massaisen henkilön<br />
energiankulutus hänen juostessaan 1 tunnin ajan nopeudella 12 km/h, kulutus on tällöin<br />
3600 kJ sekä hänen hölkätessään 1 tunnin ajan nopeudella 9 km/h, jolloin<br />
energiankulutus on 2300 kJ.<br />
5.6 Pisara<br />
Pisara-sarjan seitsemännen luokan kirjassa ei ole yhteyksiä juoksu-urheiluun.<br />
Yhdeksännen luokan kirjassa verrataan pikajuoksijan nopeutta pyöräilijän nopeuteen.<br />
Todetaan juoksunopeuden riippuvan matkan pituudesta, jolloin 400 metrin juoksun<br />
nopeus on suurempi kuin 1500 metrin juoksun nopeus. Esimerkkitehtävänä on oman<br />
nopeuden määrittäminen erilaisissa toimissa.<br />
5.7 Juoksu-urheilun käyttö opetuksessa kirjasarjojen pohjalta<br />
Juoksu-urheilun käyttö vaihtelee kirjasarjakohtaisesti. Aine ja energia -sarja on<br />
monipuolisin kirjasarjoista, esimerkkejä ja viittauksia juoksu-urheiluun löytyy runsaasti.<br />
LUMO-kirjasta yhteyksiä löytyy kohtalaisesti. Ydin, Impulssi, Koulun fysiikka ja kemia<br />
sekä Pisara -sarjat käyttävät viittauksia juoksu-urheiluun hyvin niukasti. Juoksu on yksi<br />
ihmisen luonnollisista liikuntamuodoista, siksi onkin yllättävää ettei sen yhteyttä<br />
fysiikkaan tuoda enempää esille peruskoulun fysiikan oppikirjoissa.<br />
Mikään sarja ei sulje pois juoksu-urheilun käyttöä opetuksessa. Ainoastaan Aine ja<br />
energia -sarja tukee sitä selvästi, muut sarjat jättävät sen enemmän opettajan varaan.<br />
6 OPPILAIDEN JA OPETTAJIEN AJATUKSIA INTEGRAATIOSTA<br />
Tässä luvussa tutkitaan oppilaiden ja opettajien ajatuksia integraatiosta. Selvitetään<br />
kuinka peruskoulun yhdeksäsluokkalaiset yhdistävät koulussa oppimiaan tietoja
35<br />
käytäntöön. Tutkitaan myös liikunnan opettajien suhtautumista fysiikan ja liikunnan<br />
integraatioon opetuksessa.<br />
6.1 Oppilaiden ajatuksia<br />
6.1.1 Tutkimus Lauttasaaren Yhteiskoulussa<br />
Tutkimus toteutettiin Lauttasaaren Yhteiskoulussa. Kolme eri yhdeksännen luokan<br />
ryhmää, yhteensä 40 oppilasta, vastasivat kyselylomakkeeseen. (Liite 3) Oppilailta<br />
kysyttiin olivatko he ajatelleet yleisurheilulajeihin liittyvää fysiikkaa omatoimisesti<br />
aikaisemmin ja missä yleisurheilulajeissa he näkevät fysiikkaa. Kysyttiin mitä yhteisiä<br />
mittausmenetelmiä he tunnistavat sekä fysiikassa että yleisurheilussa sekä kuinka paljon<br />
fysiikka ja mitä fysiikkaa eri yleisurheilulajit heidän mielestään sisältävät. Lajit jaettiin<br />
juoksulajeihin, hyppylajeihin sekä heittolajeihin.<br />
Vastaajista 65% ei ollut aiemmin ajatellut yleisurheiluun liittyvän fysiikkaa. Loput 35%<br />
vastaajista olivat ajatelleet asiaa. Näistä puolet mainitsevat minkä lajin yhteydessä olivat<br />
asiaa pohtineet, mutta eivät yhdistä lajiin ilmiötä. Toinen puoli mainitsee tässä yhteydessä<br />
ilmiön ja yhdistää sen tiettyyn lajiin. Juoksu-urheiluun ei oltu yhdistetty ilmiöitä.<br />
Liikerata & heitot 7,5%<br />
Painovoima & pituushyppy 5,0%<br />
Painovoima & keihäänheitto 2,5%<br />
Energia, kiihtyvyys & kuulantyöntö 2,5%<br />
Taulukko 7. Lajit ja ilmiöt, jotka oppilaat olivat omatoimisesti ennen tutkimusta<br />
yhdistäneet keskenään. Prosenttiosuus kaikista vastaajista.<br />
Yleisurheilulajit eriteltiin juoksulajeihin, hyppylajeihin ja heittolajeihin. Kysyttiin<br />
sisältääkö kukin näistä fysiikkaa paljon, vähän vai ei yhtään.<br />
Vastauksiksi saatiin:<br />
paljon vähän ei lainkaan
36<br />
juoksulajit 45% 42,5% 12,5%<br />
hyppylajit 50% 47,5% 2,5%<br />
heittolajit 67,5% 30% 2,5%<br />
Taulukko 8. Kuinka paljon eri lajit sisältävät fysiikkaa oppilaiden mielestä, prosenttiosuus<br />
kaikista vastaajista.<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
Sarja1<br />
Sarja2<br />
Sarja3<br />
20<br />
10<br />
0<br />
juoksulajit hyppylajit heittolajit<br />
Pylväsdiagrammi 1. Eri yleisurheilulajien sisältämän fysiikan määrä, prosenttiosuus<br />
kaikista vastanneista oppilaista. Sarja 1 = paljon, sarja 2 = vähän, sarja 3 = ei lainkaan.<br />
40 % vastaajista ei yhdistänyt yhtään ilmiötä ja lajia.<br />
Yhdistetyt fysiikan ilmiöt, suureet ja ominaisuudet (oppilaiden käyttäminä termeinä) sekä<br />
yleisurheilulajit olivat:
37<br />
juoksu hypyt heitot<br />
energia 2,5% 2,5% -<br />
ilmanvastus 12,5% 12,5% 17,5%<br />
kiihtyvyys 7,5% 2,5% 7,5%<br />
kitka 7,5% 5,0% 5,0%<br />
massan hitaus - - 5,0%<br />
nopeus 15,0% - 2,5%<br />
painovoima 7,5% 35,0% 22,5%<br />
voima 2,5% 12,5% 10,0%<br />
Taulukko 9: Yhdistetyt fysiikan käsitteet sekä yleisurheilulajit, prosenttimäärä kaikista<br />
vastaajista.
38<br />
voima<br />
painovoima<br />
nopeus<br />
massan hitaus<br />
kitka<br />
Sarja3<br />
Sarja2<br />
Sarja1<br />
kiihtyvyys<br />
ilmanvastus<br />
energia<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Pylväsdiagrammi 2: Yhdistetyt fysiikan käsitteet sekä yleisurheilulajit prosentteina<br />
kaikista vastaajista. Lajien järjestys ylhäältä alaspäin: sarja 3 = heittolajit, sarja 2 =<br />
hyppylajit, sarja 1 = juoksulajit.<br />
Mainitsemiensa asioiden lisäksi oppilaat olivat opiskelleet käsitteitä painopiste, tasapaino<br />
ja teho.<br />
Yhteisiä mittausmenetelmiä oppilaat löysivät seuraavasti:<br />
Ei samaa 25%<br />
Pituus 60%<br />
Aika 35%<br />
Nopeus 25%<br />
Massa 15%<br />
Taulukko 10: Oppilaiden tunnistamat fysiikalle ja yleisurheilulle yhteiset<br />
mittausmenetelmät.
39<br />
6.1.2 Tulosten tarkastelu<br />
Itse kyselylomake oli laajempi kuin olisi ollut tarpeellista. Tuloksissa on keskitytty<br />
vastaamaan vain edellä määriteltyihin tutkimusongelmiin. Näin ollen kyselyn<br />
taustatietokysymykset sekä kysymys 2 on jätetty huomioimatta tuloksia käsiteltäessä.<br />
Taustakysymykset todettiin tämän tutkimuksen kannalta merkityksettömiksi ja<br />
kysymyksen 2 vastausten huomattiin sisältyvän osan II vastauksiin.<br />
Oppilaat vastasivat kyselyyn asiallisesti. On tietenkin mahdollista, että vastaukset eivät<br />
ole todenmukaisia oppilaiden ajatuksia, mutta tulosten hajonnasta päätellen sillä ei ole<br />
merkittävää vaikutusta tässä tapauksessa.<br />
Reilu kolmasosa oppilaista myöntää miettineensä yleisurheilun sisältämää fysiikkaa<br />
joskus. Kun asiaa tarkasteltiin lähemmin, vain 2,5% oppilaista ei näe mitään yhteistä<br />
näiden välillä. Oppilaat yhdistävät lähes kaikki mekaniikan ilmiöt, suureet ja<br />
ominaisuudet joita he ovat opiskelleet, yleisurheiluun. Puuttumaan jäivät painopiste ja<br />
teho. Mitään ilmiötä, suuretta tai ominaisuutta jota oppimäärässä ei ole ollut, ei tule<br />
esille.<br />
Kaikissa kyselyn osissa yleisurheilulajeista nousee selvästi esille heittolajit.<br />
Ennakkoajatusten yhteydessä sen yhteys fysiikkaan tunnistettiin vahvimmin. Eri lajien<br />
sisältämää fysiikan määrää tiedusteltaessa heittolajit koettiin eniten fysiikkaa sisältäviksi.<br />
Tarkennusosassa eniten yhdistettynä parina nousee esille heittolajit ja painovoima.<br />
Muiden lajien osalta hajonta on selvästi tasaisempaa. Oppilaat kokevat fysiikan<br />
sisältyvän jossakin määrin kaikkiin yleisurheilulajeihin, vaikkeivät välttämättä yhdistä<br />
tarkemmin missä muodossa. Pienenä poikkeuksena juoksulajit, muihin lajeihin verrattuna<br />
suurempi määrä oppilaita kokee ettei se sisällä fysiikkaa lainkaan. Oppilailla on selvästi<br />
hyvin mielessä heittolajeihin liittyvä fysiikka. Todennäköisesti heittolajeja on käyty<br />
perinpohjaisesti läpi fysiikan tunneilla lähiaikoina.<br />
Johtopäätöksenä todettakoon, ettei ole itsestään selvää, että koulussa opittu tieto<br />
yhdistetään käytäntöön. Jos oppilaan huomio ohjataan tähän suuntaan, ilmiöitä<br />
yhdistellään, mutta tietojen integrointi ei tapahdu spontaanisti suurimmalla osalla<br />
yhdeksäsluokkalaisista. Tämä johtopäätös koskee tämän tutkimuksen kohderyhmää.<br />
Koulun opetustavoilla ja yleisellä suuntautumisella (urheilu- tai fysiikkapainotteisuus) on<br />
vaikutuksensa asiaan.<br />
Jos kysely olisi tehty lukiolaisille, vastaukset olisivat todennäköisesti eronneet siltä osin,<br />
että integrointia olisi pohdittu enemmän omatoimisesti etukäteen ja mainittuja fysiikan<br />
ilmiöitä olisi ollut enemmän. Lukiolaisilla opiskelu on pidemmällä, tietoa on ehditty<br />
sisäistää kauemmin ja iän myötä ajatustavat muuttuvat. Lukiossa lähes kaikki fysiikan<br />
kurssit ovat valinnaisia, joten vastaajat olisivat asiasta kiinnostuneempia.
40<br />
6.2 Liikunnan opettajien haastattelut<br />
Helsingin yliopiston didaktisen fysiikan kurssin harjoitustöihin kuuluu jonkun eimatemaattis-luonnontieteellisen<br />
aineen opettajan haastattelu. Tehdyistä raporteista löytyi<br />
kolme liikunnan opettajan haastattelua. Heiltä kysyttiin heidän ajatuksiaan fysiikan ja<br />
liikunnan merkityksestä toisilleen.<br />
Kaksi opettajista olivat poikien liikunnan opettajia. Toinen heistä on nuori opettaja,<br />
toisen opettajana toimimisaika ei tule raportista esille. Kummatkin opettajat olivat<br />
soveltaneet fysiikkaa jossakin määrin opetukseensa pyrkiessään onnistuneisiin<br />
suorituksiin, ennen kaikkea mekaniikan osalta.<br />
Opettajat kokevat fysiikan olevan hyödyksi liikunnan opiskelulle. Fysiikan avulla voidaan<br />
selittää eri liikuntalajien suorituksia.<br />
Opettajat toteavat, että koululiikunta tarjoaa fysiikan opetukselle käytännön<br />
sovellutuskohteita, jotka havainnollistavat käsiteltäviä teorioita. Se myös motivoi<br />
oppilaita fysiikan opiskeluun.<br />
Kummatkin opettajat suhtautuvat liikunnan- ja fysiikanopetuksen yhteistyöhön<br />
myönteisesti ja kokeilisivat sitä mielenkiinnolla, varsinkin mekaniikan osalta. He toteavat<br />
fysiikan ja liikunnan yhteistyön puuttumisen vaikeuttavan teorian ja käytännön<br />
kohtaamista. Parhaaksi yhteistyömuodoksi koettiin yhteisprojektit sekä käsiteltävien<br />
asioiden opettaminen samanaikaisesti. Yhteistyön todettiin olevan kiinnostavaa ja<br />
antoisaa kummallekin osapuolelle. Sen onnistumisessa pidettiin tärkeänä ennen kaikkea<br />
opettajien ja oppilaiden asenteita.<br />
Haastattelut ovat huolella tehtyjä ja opettajien vastaukset tukevat hyvin toisiaan.<br />
Kummastakin raportista löytyivät samat kysymykset joihin opettajat ovat vastanneet<br />
hyvin samankaltaisesti. Niistä tulee selkeästi esille se, että opettajat kokevat fysiikan<br />
olevan liikunnassa mukana kaiken aikaa. Nämä opettajat antavat hyvän lähtökohdat<br />
fysiikan ja liikunnan integraatiolle koulussa.<br />
Kolmas haastatelluista opettajista oli toiminut tyttöjen liikunnan opettajana yksitoista<br />
vuotta. Hän koki yhteistyön täysin päinvastoin kuin kaksi muuta haastateltua. Hänen<br />
mielestään fysiikka on täysin irrallinen ja liikunnalle hyödytön oppiaine. Hänen mukaansa<br />
kieliin ja kemiaankin löytyy yhteyksiä, mutta fysiikkaan ei. Tutkimustasolla yhteyksiä on<br />
hänen mukaansa hakemalla haettu, mutta niillä ei ole käytännön merkitystä tavalliselle<br />
opettajalle. Kaiken kaikkiaan hän antoi voimakasta palautetta fysiikan teoreettisuudesta<br />
ja siitä, ettei fysiikalla ole mitään yhteyttä kokemusmaailmaan.<br />
Reilu viikko haastattelun jälkeen asiaa kysyttiin häneltä uudelleen. Tällöin hän,<br />
mietittyään asiaa tarkemmin, löysi muutamia yhtymäkohtia. Hän totesi myös, että olisi<br />
hyödyllistä, jos fysiikka ja liikunta eivät olisi niin erillisiä, koska fysiikka mielletään<br />
vaikeaksi.<br />
Opettaja oli alussa hyvin negatiivinen ajatukselle, mutta muutti kantaansa tarkemman<br />
mietinnän jälkeen. Hän on hyvä esimerkki siitä, miksi integraatio olisi hyödyllistä
41<br />
opetuksessa. Tutustuttuaan asiaan tarkemmin ja ennakkoasenteistaan päästyään hän<br />
saataisi olla hyvinkin myötämielinen, ainakin pienimuotoiselle integraatiokokeilulle.<br />
Opettajien suhtautuminen yhteistyöhön vaihtelee suuresti. Toiset ovat hyvin positiivisia<br />
ajatukselle, toiset kokevat sen vieraaksi ja turhaksi. Opettajien ennakkoasenteet ja<br />
kouluaikana muodostunut kuva fysiikasta vaikuttavat selvästi heidän mielipiteisiinsä. Jos<br />
opettaja itse kokee fysiikan vaikeaksi, hän ei mielellään yhdistä sitä omaan<br />
oppiaineeseensa. Koulutustilaisuudet ja lisäinformaatio yhteistyömahdollisuuksista<br />
varmasti osaltaan lisäisivät liikunnan opettajien myönteistä suhtautumista<br />
yhteistyökokeiluihin.
42<br />
7 JUOKSU-URHEILU FYSIIKAN OPETUKSESSA<br />
Juoksu-urheilu on kiinteimmin yhteydessä mekaniikkaan. Juoksu-urheilussa liike ja siihen<br />
vaikuttavat tekijät muodostavat keskeisimmän ilmiömaailman. Muut fysiikan osa-alueet<br />
tulevat mukaan lähinnä mittaus- ja tutkimusprobleemien sekä biofysiikan kautta.<br />
Parhaimmat sovelluskohteet opetukseen löytyvät mekaniikan osa-alueesta.<br />
7.1 Integraation asteet<br />
Toisistaan riippumaton integrointi<br />
Juoksu-urheilu ja fysiikka voidaan integroida erilaisten työtapojen kautta. Yhteistyö voi<br />
olla hyvinkin yksinkertaista ja pienellä vaivalla toteutettavaa, eikä sillä välttämättä ole<br />
lainkaan yhteyksiä liikunnan opettajaan ja liikuntatunteihin. Fysiikan opettaja voi käyttää<br />
opetuksessaan demonstraatioita, esimerkkejä ja viittauksia juoksu-urheiluun. Hän voi<br />
mielikuvien kautta laittaa oppilaat miettimään juoksusuoritusta ja siihen liittyviä fysiikan<br />
ilmiöitä. Voidaan myös ottaa laskutehtäviä juoksusuorituksiin perustuen ja vaikkapa<br />
antaa oppilaille kotitehtäväksi tietyn oman suorituksensa mittaaminen, jota analysoidaan<br />
joko itse kotitehtävänä tai tunnilla yhdessä.<br />
Samanaikainen opetus<br />
Liikunnan opettajan kanssa tehty yhteistyö voi olla hyvin pientä. Liikunnan opetuksen<br />
juoksuosuus voidaan ajoittaa tapahtuvaksi samanaikaisesti fysiikan mekaniikan osaalueen<br />
opetuksen kanssa. Tällöin fysiikan opetuksessa on helppo viitata liikunnan tunnilla<br />
tehtyihin suorituksiin, kuten myös juoksusuorituksissa on helppo viitata fysiikan tunnilla<br />
tehtyihin päätelmiin ja malleihin. Liikuntatunnilla suorituksia mitataan integraatiosta<br />
riippumatta. Oppilaiden tuloksia voidaankin käyttää fysiikan tunneilla laskuesimerkkeihin<br />
ja kotitehtäviin esim. Cooper-tulokset, aika 100 m juoksussa, aika eri matkoilla ja<br />
erilaisilla radoilla.<br />
Yhdistetyt tunnit<br />
Opetusta voidaan yhdistää myös suuremmassa mittakaavassa. Projektimuotoisesti tai<br />
erikoiskurssien muodossa liikunta ja fysiikan tunnit voidaan sulauttaa. Tällöin saadaan<br />
käyttöön pidempi ajanjakso kerrallaan projektin toteuttamiseen. Teoriaosuuksissa<br />
tutustutaan teoriaan suoritusten takana ja mietitään mitä ja miten tutkitaan sekä mihin<br />
tulee kiinnittää huomiota suoritusta tehdessä. Työt voivat olla opettajan antamia tai<br />
oppilaiden itsensä hahmottelemia. Tällöin heille on annettu tietyt rajat työn suunnitteluun:<br />
rajat tutkittavasta aihepiiristä sekä käytettävistä menetelmistä ja välineistä. Työosuuksissa<br />
tehdään mittaukset, jotka on hyvä olla mahdollisimman hyvin suunniteltu, jotta kaikki<br />
tarvittavat osiot tulee mitattua mahdollisimman huolella. Mittaukset suoritettua palataan<br />
vielä luokkahuoneeseen analysoimaan mitattua. Saadut tulokset esitellään muulle<br />
ryhmällä ja eri ryhmien tuloksia vertaillaan keskenään.<br />
Retket<br />
Fysiikan tunnilla analysoitavia juoksutuloksia voidaan hankkia myös vierailemalla<br />
urheilukilpailuissa. Kyseessä voivat olla mitkä tahansa kilpailut huipputason kilpailuista
43<br />
koulun omiin kilpailuihin. Seurataan, mitataan ja kirjataan urheilijoiden tuloksia, joita<br />
analysoidaan tunnilla tarkemmin. Koulun omissa kilpailuissa tuloksia päästään<br />
mittaamaan lähempää ja tarkemmin, mutta huippujen suoritukset ovat kiinnostavaa<br />
kärkitasoa. Voidaan tutkia myös esimerkiksi Olympialaisten juoksuja televisiosta<br />
kotitehtävänä tai videoituna oppitunnilla.<br />
Vierailijat<br />
Mahdollisuuksien rajoissa voidaan kutsua menestyneitä juoksijoita vierailijoiksi koululle.<br />
Oppilaat voivat esittää heille kysymyksiä ja haastattelemalla selvittää mm. heidän<br />
aikojensa kehittymistä ja juoksuun vaikuttavia tekijöitä.<br />
7.2 Fysiikan osa-alueet<br />
Ohessa on esitetty joitakin esimerkkejä juoksu-urheilun käytöstä fysiikan eri osa-alueiden<br />
opetuksessa.<br />
Lämpötilan yhteydessä voidaan mitata juoksijan lämpötila ennen juoksusuoritusta, heti<br />
sen jälkeen ja tietty aika sen jälkeen. Tuloksia voidaan havainnollistaa kuvaajalla.<br />
Juoksijan käyttämää aikaa, matkaa ja nopeutta voidaan hyödyntää opetuksessa eri<br />
tavoin. Juoksutuloksia voidaan verrata keskenään. Tutkitaan erilaisten maastoolosuhteiden<br />
vaikutusta juoksutulokseen mm. ylä- ja alamäet; erilaiset maastot: rata,<br />
hiekkapinta, pururata, asvaltti; halliolosuhteet; mutkikkaan reitin vaikutus; juoksu<br />
vedessä sekä tuulen vaikutus suoritukseen. Voidaan käyttää oppilaiden omia aikoja tai<br />
maailman huippujen aikoja ja näitä voidaan vertailla keskenään. Voidaan myös tutkia 100<br />
m juoksun nopeuksia juostessa radan suoralla osuudella ja kaarteessa, sekä<br />
lähtötelineiden käytön vaikutusta loppuaikaan. Ajanottoa voidaan harjoitella ottamalla<br />
käsiajanotolla aikaa urheilukilpailuissa ja verrata saatua aikaa viralliseen aikaan.<br />
Aitajuoksijan tuloksia verrataan yhden tai useampien aitojen kaatuessa ja niiden ylittyessä<br />
onnistuneesti. Tutkitaan juoksijan asennon ja painopisteen paikan vaikutusta<br />
juoksutulokseen. Voidaan tehdä ennakkosuunnitelma juoksulle sekä verrata arviota<br />
mitattuun arvoon.<br />
Matkaa tutkittaessa voidaan tutkia miten juoksuradan lähdön porrastus eri matkoilla<br />
vaikuttaa juostavaan matkaan. Omaa Cooper-testin tulosta voidaan verrata<br />
arvosanataulukon tuloksiin ja huomioida erot viereisten arvosanojen tuloksiin. Mietitään<br />
etukäteen hyvän maastojuoksuradan piirteitä ja mahdollisesti valitaan rata. Myöhemmin<br />
mietitään toteuttaako valittu rata oletukset.<br />
Kun tunnetaan juoksusuoritukseen kulunut aika ja juostu matka, saadaan nopeus<br />
määriteltyä. Sitä voidaan tutkia samoissa yhteyksissä ajan tutkimisen kanssa. Saatuja<br />
nopeuksia voidaan opetella muuntamaan eri yksiköihin. Voidaan myös pyrkiä<br />
juoksemaan tunnetuilla nopeuksilla ja kokeilla miltä ne käytännössä tuntuvat sekä laskea<br />
nopeus ohitettavan suhteen ohitettaessa toinen juoksija.
44<br />
Kun tunnetaan juoksijan nopeus voidaan juoksijan massan avulla tutkia liikemääriä ja<br />
niiden muutoksia.<br />
Kiihtyvyyttä tutkitaan kätevästi videokameran avulla. Sitä voidaan tutkia erilaisissa<br />
kiihdytystilanteissa. Lähtötelineiden vaikutusta tutkitaan eri juoksumatkoilla.<br />
Viestikapulan vaihtotilanteessa selvitetään optimaalisin vaihtosuoritus: miten vaihdon<br />
tapahtuminen lennossa vaikuttaa juoksun lopputulokseen sekä millaiset kiihtyvyydet<br />
juoksijoilla on tällöin.<br />
Optimaalisimmaksi suorituspaikaksi voidaan yleisesti ajatella urheilukentän rataa.<br />
Saatuihin tuloksiin vaikuttavat kuitenkin aina juoksijan väsymys, kestävyys erilaisissa<br />
olosuhteissa ym. inhimilliset tekijät. Tulokset eivät aina ole täysin vertailukelpoisia, mutta<br />
hyvin suuntaa antavia joka tapauksessa.<br />
Sydämen taajuuden muutoksia voidaan tutkia mittaamalla pulssi ennen suoritusta,<br />
mahdollisesti suorituksen aikana, heti suorituksen jälkeen sekä jonkin aikaa suorituksen<br />
jälkeen. Voidaan määrittää oppilaiden askeltaajuuksia ja -pituuksia juoksulle eri<br />
nopeuksilla. Verrataan samalla nopeudella juoksevien oppilaiden tuloksia toisiinsa,<br />
mietitään eroja ja syitä eroihin. Tutkitaan kuinka askelpituus ja askeltaajuus muuttuvat<br />
nopeuden muuttuessa. Kun tunnettaan juoksijan askelpituus, voidaan laskea hänen<br />
askelluksensa aitajuoksussa; tarkastella askellusta aitojen välissä ja ylityksessä sekä<br />
lähdössä.<br />
Mietitään juoksijaan vaikuttavia voimia, kitkavoiman vaikutusta, energiankäyttöä sekä<br />
tehoa. Selvitetään erilaisten paineolosuhteiden vaikutusta juoksuun sekä määritetään<br />
pyörimisnopeuksia ympyräradalla ja radan kaarteissa.<br />
Oppilaita itseään voidaan pyytää miettimään: minkä liikkeen tutkimiseen liittyviä kokeita<br />
haluaisitte tehdä juoksua käyttäen? Helposti saatavilla olevia mittalaitteistoja ovat mm.<br />
silmät, sekuntikello, mittanauha, videokamera ja taulukkolaskentaohjelmat. Tulosten<br />
analysoinnissa voidaan kaikissa mittauksissa käyttää kuvaajia ja taulukoita.<br />
7.3 Erilaisia työtapoja<br />
Fysiikan ja juoksu-urheilun integraation toteutuksessa opetuksessa voidaan käyttää<br />
erilaisia ajattelun kehittämiseen tähtääviä työtapoja. (www.malux.edu.helsinki.<strong>fi</strong>/kirjasto)<br />
Kokeellisuus voi olla omakohtaista toimintaa, laboratoriotyöskentelyä, demonstraatioita,<br />
opintokäyntejä, audio-visuaalisten apuvälineiden tai kerronnan avulla tapahtuvaa<br />
toimintaa. Sen keskeisiä tavoitteita ovat oppilaan oppimisen tukeminen ja<br />
persoonallisuuden monipuolinen kehittäminen. Oppilaan tekemällä kokeella tarkoitetaan<br />
kokeellista toimintaa, jossa oppilas määrätietoisesti tutkii luonnon ilmiöitä, suunnittelee<br />
koejärjestelyjä ja tulkitsee tuloksia. (www.helsinki.<strong>fi</strong>/kasv/okl/malu/kokeellisuus.html)<br />
Juoksu-urheilua voidaan käyttää kokeelliseen toimintaan eri ilmiöitä tutkittaessa.<br />
Oppilaat voivat suunnitella ja toteuttaa koejärjestelyjä itse tai tunnilla voidaan ottaa<br />
demonstraatioita ja esimerkkejä kerronnallisesti juoksu-urheiluun liittyen. Voidaan ottaa
45<br />
tutkimuskohteeksi esimerkiksi juoksijan nopeus. Oppilasryhmien tehtävänä on tutkia eri<br />
tekijöiden ja olosuhteiden vaikutusta juoksunopeuteen tietyllä, kaikille ryhmille yhteisellä<br />
matkalla. He saavat itse määritellä tutkittavat olosuhteet. Alussa kontrolloidaan, että<br />
ryhmät tutkivat eri tilanteita. Ryhmien tutkimuksia verrataan lopussa toisiinsa, näin<br />
saadaan käsiteltyä useanlaisia tilanteita.<br />
Kyselyyn harjoittamisen tavoitteena on luonnontieteellisen päättelyn oppiminen sekä<br />
kyselytekniikan oppiminen. Oppilaita kannustetaan ja ohjataan esittämään kysymyksiä<br />
uudesta asiasta. Vastaamalla oppilaiden kysymyksiin opettaja käy läpi uuden asian. Tunti<br />
rakentuu oppilaiden oman ajatteluprosessin pohjalta. Kyselyn aiheeksi voidaan ottaa<br />
oppilaiden omat juoksusuoritukset, esimerkiksi juoksijan kiihtyvyys. Kyselyn ja oman<br />
mietinnän kautta selvitetään siihen vaikuttavia tekijöitä ja kuinka sitä voidaan tutkia.<br />
Luokittelun periaatteena on, että ilmiöt ja asiat luokitellaan eri ominaisuuksiensa<br />
perusteella ryhmiin. Esimerkiksi juoksu-urheilun ilmiöitä ja asioita luokiteltaessa siihen<br />
liittyvät käsitteet määritellään ensin alustavasti (mm. lämpötila, matka, aika, nopeus,<br />
kiihtyvyys, liikemäärä, taajuus, energia). Käsitteitä testataan lisäesimerkkien avulla ja<br />
määritelmä täsmennetään. Uudet asiat pyritään yhdistämään osattuun.<br />
Yhteistoiminnallinen ryhmätyö korostaa jokaisen ryhmän jäsenen vastuuta koko luokan<br />
oppimisesta. Keskustelulla on suuri merkitys. Työskentelyssä korostuvat yhteinen<br />
suunnittelu, tavoitteenasettelu ja arviointi. Oppilaat jaetaan kotiryhmiin, joissa työ<br />
suunnitellaan. Yksi kotiryhmän jäsenistä lähtee kullekin työpisteelle, näin muodostetaan<br />
opiskeluryhmät. Itse työskentely tapahtuu opiskeluryhmässä. Työvaiheen jälkeen<br />
palataan kotiryhmiin esittämään ja opettamaan opittu asia muille ryhmän jäsenille.<br />
Työpisteistä keskustellaan ensin ryhmässä, sitten koko luokan kesken. Työpisteen<br />
tehtäväksi voidaan ottaa erilaisten juoksutulosten analysointi ja vertaaminen.<br />
Tutkimuskohteeksi voidaan jälleen ottaa esimerkiksi juoksijan nopeus. Kotiryhmä<br />
suunnittelee tutkimuksen juoksijan nopeuteen liittyvistä tekijöistä. Opettaja kontrolloi,<br />
että ryhmät tutkivat eri tekijöitä. Kotiryhmän jakauduttua eri työpisteisiin muodostuvat<br />
opiskeluryhmät ja tutkimukset suoritetaan. Tulokset voidaan mitata työpisteellä, voidaan<br />
lähettää muutama oppilas mittaamaan tuloksia tai voidaan käyttää aiemmin mitattuja<br />
tuloksia. Oppilaat palaavat kotiryhmiinsä esittämään tutkimuksen muille ryhmän jäsenille.<br />
Aiheesta tehdään lopullinen yhteenveto koko luokan kesken.<br />
Opittua voidaan myös jäsennellä käsitekarttojen avulla. Oppilaat tekevät juoksuurheiluun<br />
liittyvistä fysiikan ilmiöistä ja asioista käsitekartan.
46<br />
8 YHTEENVETO<br />
Kaiken kaikkiaan opetussuunnitelmat, opettajat, oppilaat ja kirjasarjat antavat hyvät<br />
lähtökohdat integroinnin kokeilulle ja käytölle opetuksessa. Sen toteutuminen riippuu<br />
hyvin paljon opettajien halukkuudesta ja koulun puitteista. Integroidussa opetuksessa<br />
tulee korostetusti esille yhteistyön ja suvaitsevaisuuden merkitys eri oppiaineiden<br />
opettajien välillä. Se on myöskin hyvä esimerkki siitä, kuinka yhteiskunta ja sen eri osat<br />
voivat toimia harmoniassa keskenään.<br />
Integrointi tekee koulun opetusta yhtenäisemmäksi kokonaisuudeksi, oppiaineet eivät<br />
enää ole ainoastaan irrallisia toisistaan riippumattomia oppiaineita. Oppilaskyselystä käy<br />
ilmi, etteivät oppilaat välttämättä huomaa yhdistää oppimaansa tietoa muuhun tietoon ja<br />
käytäntöön. Sitä voidaan auttaa integroinnin avulla, tällöin tuetaan oppilaiden kasvua<br />
kokonaisuuden ymmärtäväksi yksilöksi.<br />
Juoksu-urheilua on hyödyllistä käyttää joissakin kohdissa opetusta yhdessä muiden<br />
integroitujen aineiden ja alueiden kanssa. Lähinnä mekaniikan yhteydessä juoksu-urheilu<br />
antaa hyvän lisän opetukseen. Erillisten erikoiskurssien ja kerhojen muodossa sen käyttö<br />
voi olla laajempaakin. Minkä tahansa integraation asteen, fysiikan osa-alueen ja työtavan<br />
ollessa kyseessä tunnin suunnittelu tulee tehdä mahdollisimman huolellisesti, jotta tunnin<br />
ajankäyttö voidaan optimoida.<br />
Jatkotutkimuksena voidaan vertailla tutkimustuloksia vastaaviin lukiolaisten tuloksiin,<br />
sekä tehdä käytännön kokeilun juoksu-urheilun käytöstä opetuksessa ja tutkia sen<br />
vaikutuksia oppimiseen.
47<br />
Viitteet<br />
Ahtee Maija. 1994. Luonnontiedon opettamisesta. Luonnontieto koulussa. Otava,<br />
Keuruu<br />
Bauersfeld K., Schröter G. 1989. Yleisurheiluvalmennuksen perusteet. Gummerus,<br />
Jyväskylä<br />
Hassi, Hatakka, Saarikko, Valjakka. 1995. Lukion fysiikka, fysiikka ihmisen käytössä.<br />
WSOY, Porvoo<br />
Hassi, Hatakka, Saarikko, Valjakka. 1996. Lukion fysiikka, voima ja liike 1. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Hassi, Hatakka, Saarikko, Valjakka. 1996. Lukion fysiikka, voima ja liike 2. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Hassi, Hatakka, Saarikko, Valjakka. 1998. Lukion fysiikka, sähkö ja magnetismi 1.<br />
WSOY, Porvoo<br />
Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos. 1994, 1996-1997. Didaktisen fysiikan raportit<br />
Holopainen, Saastamoinen. 1983. Uuden lukion terveystieto. WSOY, Porvoo<br />
Koskinen I., Ahonen S. 1989. Lukion pedagogiikkaa. Karisto Oy, Hämeenlinna<br />
Kouluhallitus. 1986. Liikunnan opetuksen opas, peruskoulu/ tytöt. Valtion<br />
painatuskeskus, <strong>Helsinki</strong><br />
Kunnas E. 1990. Oppilaiden omat liikuntasuoritukset lähtökohtana peruskoulun fysiikan<br />
opetuksessa. Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos, Pro Gradu- tutkielma<br />
Kurki-Suonio K.&R. 1994. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Limes ry, <strong>Helsinki</strong><br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1994. Galilei 1, fysiikka luonnontieteenä.<br />
WSOY, Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1994. Galilei 2, lämpö ja energia. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1995. Galilei 3, mekaniikka 1. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1995. Galilei 4, mekaniikka 2. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1995. Galilei 5, aaltoliike. WSOY, Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1996. Galilei 6, sähkö. WSOY, Porvoo
48<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1996. Galilei 7, sähkömagnetismi. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Lavonen J., Kurki-Suonio K. & Hakulinen H. 1996. Galilei 8, moderni fysiikka. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Luukka K., Räisänen L.& Jurmu A. 1992. Opetuksen eheyttäminen yhteistoiminnallisesti.<br />
Oulun yliopiston kasvatustieteiden tiedekunnan opetusmonisteita ja selosteita 46<br />
Meisalo, Lavonen. 1994. Fysiikka ja kemia opetussuunnitelmassa. Opetushallitus,<br />
<strong>Helsinki</strong><br />
Nurmela K. 1993. Mitä urheilu saa Kihusta? Liikunta ja Tiede 3/93<br />
Oikarinen, Sievinen, Salmimies, Karvonen, Latvala, Fogelholm. 1998.<br />
Kestävyysjuoksuvalmennuksen perustietoa. Oy Lito-Print Ab, <strong>Helsinki</strong><br />
Opetushallitus. 1995. Peruskoulun opetussuunnitelman perusteet 1994. Painatuskeskus,<br />
<strong>Helsinki</strong><br />
Pekola T. 1998. Maratonilla voi tapahtua mitä vain... Juoksija 8/98<br />
Saari M. 1979. Juoksemisen salaisuudet. Otava, Keuruu<br />
Siukonen Markku.1999.Urheilun vuosikirja. Gummerus kirjapaino Oy, Jyväskylä<br />
Torm H. 1991. Pika- ja aitajuoksut, tekniikka ja nuorten valmennus. TUL:n yleisurheilun<br />
tuki<br />
Tuokko R. 1965. Urheilija luonnonlakien kahleissa. WSOY, Porvoo<br />
Unkari J. 1992. Les art florissants, kukoistavat taiteet. Helsingin kaupungin<br />
kouluviraston julkaisusarja A 5<br />
Valtchanova Snejana. 2000. Kvantittumisen hahmottuminen peruskoulun fysiikassa.<br />
Helsingin yliopisto, <strong>Helsinki</strong><br />
de Villiers M. 1991. How does the wind affect road-running achievement? The Physics<br />
Teacher, May 1991<br />
Virkkunen Arto. 1994. Koululiikunta yläasteen vuosina. Yliopistopaino, <strong>Helsinki</strong><br />
Yleisurheilun kansainväliset säännöt, sekä muutokset. 1996/1998. SLU-paino, <strong>Helsinki</strong><br />
www- lähteet:<br />
http://www.kihu.jyu.<strong>fi</strong>/tietoja_kihusta/tutk_alueet/urheilubiomekaniikka.html
49<br />
http://www.kihu.jyu.<strong>fi</strong>/tuotokset/naiset.html<br />
http://www.malux.edu.helsinki.<strong>fi</strong>/kirjasto<br />
Muut lähteet:<br />
Omat luentomuistiinpanot Opettajan pedagogiset opinnot jaksolta Helsingin yliopiston<br />
kasvatustieteellisessä tiedekunnassa 1997-1998, sekä kurssilta Opettajien laudaturseminaari<br />
Helsingin yliopiston Fysiikan laitoksella 1998-2000<br />
Kirjasarjojen tarkastelussa käytetyt oppikirjat:<br />
Hirvonen, Hongisto, Lavonen, Saari, Viiri, Aspholm, Bjurström. 1997. Aine ja energia,<br />
fysiikan tietokirja. WSOY, Porvoo<br />
Kuosa, Laine, Nikander, Vuola. 1995. Impulssi 1. Otava, Keuruu<br />
Kuosa, Vuola. 1997. Impulssi 3. Otava, Keuruu<br />
Kuosa, Koski, Vuola. 1990. Fysiikan- ja kemiankirjani 7. Otava, Keuruu<br />
Kuosa, Koski, Vuola. 1994. Fysiikankirjani 9. Otava, Keuruu<br />
Levävaara, Kuusjärvi, Pohjola, Voutilainen, Siren. 1998. Fysiikan ja kemian ydin 7.<br />
WSOY, Porvoo<br />
Levävaara, Kuusjärvi, Pohjola, Voutilainen. 1998. Fysiikan ydin 9. WSOY, Porvoo<br />
Arvonen, Erätuuli, Hella, Kalkku, Makkonen, Mustonen, Näsäkkälä. 1995. Koulun<br />
fysiikka ja kemia 7. Otava, Keuruu<br />
Arvonen, Erätuuli, Hella, Kalkku, Makkonen, Mustonen, Näsäkkälä. 1994. Koulun<br />
fysiikka 9. Otava, Keuruu<br />
Kärnä, Leskinen, Montonen, Repo. 1997. LUMO, fysiikan ja kemian käsikirja. WSOY,<br />
Porvoo<br />
Ketvel, Suvela, Toivonen. 1988. Pisara 7. Weilin + Göös, Espoo<br />
Ketvel, Toivonen. 1990. Pisara 9. Weilin + Göös, Espoo<br />
LIITTEET
50<br />
Liite 1. http://www.kihu.jyu.<strong>fi</strong>/tuotokset/naiset.html<br />
Liite 2. http://www.kihu.jyu.<strong>fi</strong>/tuotokset/kaleva.html<br />
Liite 3. Kyselylomake<br />
Liite 3. Kyselylomake<br />
KÄSITYKSIÄSI FYSIIKASTA JA YLEISURHEILUSTA<br />
Yleisurheilulajeilla tarkoitetaan<br />
juoksulajit: pika-, kestävyys-, este- ja aitajuoksut<br />
hyppylajit: pituus-, korkeus-, seiväshyppy, kolmiloikka<br />
heittolajit: keihäänheitto, kuulantyöntö, moukarinheitto,<br />
kiekonheitto<br />
Ikäsi<br />
Tyttö/ Poika<br />
Viimeisin fysiikan arvosanasi<br />
Harrastatko fysiikkaa koulutuntien lisäksi<br />
1) yli 3 kertaa viikossa 2) 1-2 kertaa viikossa 3) pari kertaa kuussa<br />
4) harvemmin 5) ei koskaan<br />
Mitä? Missä yhteydessä?<br />
Harrastatko urheilua<br />
1) yli 3 kertaa viikossa 2) 1-2 kertaa viikossa 3) pari kertaa kuussa<br />
4) harvemmin 5) ei koskaan<br />
Mitä urheilua?<br />
OSA I
51<br />
1. Oletko koskaan ajatellut johonkin yleisurheilulajiin liittyvän fysiikan ilmiöitä? K / E<br />
Mihin ja mitä ilmiöitä?<br />
2. Nyt kun ajattelet asiaa, missä yleisurheilulajeissa näet fysiikan ilmiöitä ja mitä ilmiöitä?<br />
3. Mitä samoja mittausmenetelmiä tiedät käytettäväksi sekä fysiikassa että<br />
yleisurheilussa?<br />
OSA II<br />
Sisältävätkö juoksulajit mielestäsi fysiikkaa paljon vähän ei lainkaan<br />
Mitä fysiikkaa?<br />
Sisältävätkö hyppylajit mielestäsi fysiikkaa<br />
Mitä fysiikkaa?<br />
paljon vähän ei lainkaan<br />
Sisältävätkö heittolajit mielestäsi fysiikkaa<br />
Mitä fysiikkaa?<br />
paljon vähän ei lainkaan<br />
KIITOS VASTAUKSISTASI!