A világ számtalan társadalmi, környezeti és gazdasági problémával szembesül, amelyek komplex megoldásokat igényelnek, amelyek számos ágazatban egyesítik a tudást és a szakértelmet. Veronica Benson, Andrew Mizumori Hirst és a William Wakeham magyarázza el, miért kell megújítani a fizika szakokat, hogy a fizikusok jobban megbirkózhassanak ezekkel a létfontosságú kérdésekkel
A világ mindig változó állapotban van – és nem jobban, mint most. A részben a COVID-19 világjárvány által kiváltott új technológiák, például a távorvoslás, a digitális fizetések és az ipari automatizálás gyorsabban fejlődnek, mint valaha. Módokat kell találnunk a gazdaság szén-dioxid-mentesítésére, az elöregedő népesség kezelésére és a mesterséges intelligencia erejének kiaknázására is.
E kihívások fényében létfontosságú, hogy az egyetemek megfelelő ismereteket és készségeket biztosítsanak a hallgatóknak ahhoz, hogy a jövő problémáira új generációs technológiai megoldásokat alkossanak és fejleszthessenek. A magas szintű tudományos ismeretek, számolási és problémamegoldó készségeik egyedülálló kombinációjával a fizikusok jó helyzetben vannak ahhoz, hogy megfeleljenek ezeknek az igényeknek a csúcstechnológiai iparágak széles körében.
A fizikusok azonban gyakran alulmaradnak a tágabb értelemben fordítási készségek, mint például a hatékony kommunikáció, a csapatmunka, a kreativitás és a képesség, hogy több tudományágat átfogó megoldásokat találjunk összetett problémákra. Ezenkívül a hagyományos fizikus diplomák gyakran figyelmen kívül hagyják azt a tényt, hogy sok fizikus nem tölt be tudományos vagy fizika-specifikus szerepet. Ehelyett olyan területekre költöznek, mint a gyártás, az energia, a pénzügy és a tanítás, ahol tudásukat olyan módon kell alkalmazniuk, ahogyan nem tanították őket.
Hatalmas kihívás az oktatók számára annak biztosítása, hogy elegendő számú fizikából végzett hallgató rendelkezzen a készségek megfelelő keverékével. Ezért örömteli, hogy a Fizikai Intézet (IOP) felülvizsgálta fokozatú akkreditáció keretrendszer 2022-ben, hogy ösztönözze az egyetemeket rugalmasabb fizika szakok kialakítására. Azoknak a részlegeknek, amelyek IOP akkreditációt szeretnének, most hangsúlyosabbá kell tenniük a fordítási készségeket, miközben egyenlő hangsúlyt kell fektetni a tudásra és a készségekre.
Az új keretrendszernek biztosítania kell, hogy a fizikából végzettek jobban felkészüljenek a munka világára. Ez „készségcsoportokat” ad nekik – olyan fordítási és technikai készségek kombinációit, amelyeket a diplomás munkaadók nagyra értékelnek, és számos különböző karrierben felhasználhatók. Arra is ösztönözni fogja az egyetemeket, hogy innovatív módon tanítsanak és értékeljenek. A pénzügyi technológia, a kiberbiztonság vagy az informatika területére igyekvő fizikusoknak például adattudományi és gépi tanulási készségekre lesz szükségük alapvető fizikai ismereteik mellett.
Teljesen új oktatási modellek megjelenését is látjuk, amelyek kihívást jelentenek a hagyományos diplomaszerkezettel szemben. A Stanford Egyetem gondolatkísérlete Stanford 2025, szintén UA92 Manchesterben és 01 alapító Londonban, mindegyik célja, hogy vonzza a különböző hátterű diákokat, és jobban igazodjon a munkáltatók igényeihez. Ahelyett, hogy csak arról lenne szó, hogy mit tanulnak a tanulók, egyre inkább arra összpontosítanak, hogyan tanítják és értékelik a tanulókat.
De hogyan nézne ki egy fizikus diploma, ha teljesen a nulláról kezdenénk egy új egyetemet vagy egy új szakot? Hogyan tervezhetnénk újra a fizikakurzusokat, hogy jobban megfeleljenek azoknak a készségeknek, amelyekre a fizikus hallgatóknak és a munkaadóknak szüksége van? És milyen tanulságokat vonhatunk le abból, ahogyan a fokozatok kénytelenek voltak alkalmazkodni a járvány idején? Mely változtatások voltak hatékonyak és melyek nem?
Ezek voltak azok a kérdések, amelyeket a diplomás toborzók és egyetemi fizikusok megvitattak az IOP által támogatott webináriumok során, amelyekre 2021-ben került sor. Az Egyesült Királyság szervezésében Délkeleti Fizikai Hálózat (SEPnet) és a Fehér Rózsa Ipari Fizikai Akadémia (WRIPA) szerint a webináriumok felvetettek néhány lenyűgöző kérdést, amelyeket itt foglalunk össze. Ahogy a COVID-19 világjárvány háttérbe szorul, íme öt fontos kérdés, amelyeket fel kell tennünk magunknak, ha meg akarjuk teremteni a jövő fizikai fokozatát.
1. Hogyan tanítsuk meg a diákokat a nyitott, ismeretlen problémák megoldására?
A munkaadók olyan diplomásokat szeretnének, akik meg tudják oldani azokat a problémákat, amelyek nem feltétlenül jól megfogalmazottak, vagy egy adott tudományterületen rejlenek. A fizikusokat toborzók azonban gyakran megjegyzik, hogy a jelöltek nyitott kérdésekkel küszködnek. Ez a hiányosság a fizika szakok hagyományos „moduláris” jellegéből adódhat, ahol minden értékelés csak egy adott témáról tud a hallgatókat.
Vegyük például az optikát. A diákokat gyakran olyan témák alapján tanítják és értékelik, mint a diffrakció és az interferometria, ami azt jelenti, hogy csak bizonyos módon megfogalmazott kérdéseket tudnak megoldani. Ez egy olyan tanítási módszer, amely megerősíti a „silós gondolkodást”, és a diákok nem veszik észre – vagy nem tudják –, hogy az optika rendkívül fontos az olyan területeken is, mint a robotika, a fejlett vezetést segítő rendszerek és az egészségügy.
Alternatív megoldás az lenne, ha a tanulókat egyszerre több témával ismertetnék meg, minden korábbi tanuláson alapuló értékeléssel. Ez a „programszintű” vagy „portfólióértékelés” módszer lehetővé teheti a diákok számára, hogy új kapcsolatokat alakítsanak ki a különböző területeken, és kreatívabban gondolkodjanak el az ismeretlen problémák megoldásának módjairól.
Probléma alapú tanulás (PBL) programokat kínál már számos intézmény, mint pl Maastrichti Egyetem Hollandiában és az új kódoló főiskolán 01 alapító az Egyesült Királyságban. A tanulók kis csoportokban dolgoznak, hogy olyan valós problémákat oldjanak meg, amelyek négy kulcsfontosságú tanulási elvet foglalnak magukban. A tudást inkább tapasztalatokból építik fel, mintsem az otthoni tanulást („konstruktív oktatás”), és a tudást és a készségeket a társadalmi kihívásokra alkalmazzák („releváns kontextusban tanulás”). Eközben a „kollektív tanulás” és az „önirányító oktatás” azt jelenti, hogy a tanulók társaiktól tanulnak, és elkezdik saját maguk irányítani oktatásukat.
A leendő fizikus diplománk szempontjából a PBL program azt jelentheti, hogy a hallgatók félévente egy csoportos projektben vesznek részt, amelynek során a tanulást az esetlegesen vállalkozások által támasztott globális kihívásokon alapuló kutatási vagy műszaki problémák megoldására alkalmazzák. A hallgatók különféle készségeket fejlesztenek, például projektmenedzsmentet, jelentésírást, kommunikációt és együttműködést, valamint megtanulnak kreatívan gondolkodni a nyitott problémák megoldása érdekében.
Azt is gondoljuk, hogy a fizikatanárok tanulhatnak mérnök kollégáiktól. Túl gyakran azt feltételezik, hogy a fizikusok az akadémiában maradnak, a hallgatók pedig a legjobb osztályzatok megszerzésére törekszenek, az egyetemek pedig megerősítik azt az elképzelést, hogy az akadémiai kiválóság a képesség egyetlen fontos mércéje. A nem egyetemi szerepkörökben azonban többre van szükség, mint pusztán tudományos képességekre a sikerhez.
A mérnökök sokkal jobban tisztában vannak a munka valóságával. A tudományos alapelvek alkalmazására összpontosító különféle oktatási módszerek alkalmazása mellett sok mérnöki diploma sokkal jobb munkát végez az iparban való részvételben és a hallgatók felkészítésében a különféle pályákra. Sokkal nagyobb iparági hozzájárulásra van szükségünk a jövőbeli fizika diplomáinkba, hogy biztosíthassuk, hogy a diplomások elsajátítsák azokat a készségeket, amelyekre a vállalkozásoknak szüksége van.
2. Hogyan számoljuk el a tanulók eltérő tanulási stílusát?
Az egyetemi oktatás kedvelt módszere, különösen a tiszta tudományokban, régóta a hagyományos előadás. A COVID-19 világjárvány azonban arra kényszerítette az osztályokat, hogy különböző megközelítéseket próbáljanak ki, beleértve az online üléseket is. Nem volt zökkenőmentes az út, egyes egyetemistáknak még a tandíjat is visszafizették, mert a tandíj rossz minőségére panaszkodtak.
De voltak előnyei. Például egyes hallgatók jobban elkötelezettnek tűnnek, és nagyobb valószínűséggel tesznek fel kérdéseket egy chat-dobozban, mint ha az előadás négyszemközt lenne. A digitális tanulás azoknak is segített, akik valamilyen fogyatékossággal élnek, vagy akiknek hosszú ingázásokkal kell szembenézniük. Sőt, mivel az online előadásokat jellemzően jegyzetekkel rögzítik, a későbbiekben a rögzített anyagokhoz való visszatérés hasznos lehet a tanulás megerősítésében.
Az online és rögzített anyagokra való túlzott támaszkodás azonban megnehezítheti a tanulók számára a szükséges források kiválasztását és rangsorolását. Ráadásul néhány diákot nem köt le az online tanulás, egyszerűen „kikapcsolnak” az élő foglalkozások során. Szemtől szembeni interakció nélkül a tanulók elveszítik azt a képességet, hogy interakcióba lépjenek társaikkal és fejleszthessék szociális készségeiket.
Az egyetemisták tanulási és tanulási módja is megváltozott. Ritkán használnak tankönyveket, miközben a könyvtárakat ma már inkább tanulási helyként értékelik, mint a tananyagokhoz való hozzáférést. Az oktatóanyagok egyre fontosabbá váltak, hogy a hallgatók személyesen találkozzanak egymással és a személyzettel. Tökéletesek csoportok számára, hogy valós problémák megoldásán dolgozzanak együtt, javítva foglalkoztathatóságukat és szociális készségeiket.
De ez nem csak a diákokról szól; az akadémikusok is változnak. Mivel az alkalmazottak és a hallgatók visszatérnek az egyetemre, az oktatók elismerték a hibrid oktatási forma előnyeit, hogy több egyetemista bevonására szolgáljon. Egy személyre szabott, „Netflix-típusú” ajánlat, amely személyes és virtuális foglalkozásokat is tartalmaz, segíthet több diák egyéni tanulási igényeinek és preferenciáinak kielégítésében, hogy ugyanazt a tartalmat fedjék le.
3. Hogyan értékelhetjük a tanulók képességeit a kihívások elsajátítására és tudásuk alkalmazására?
Hagyományosan „zártkönyves” vizsgákon értékelték a fizikus hallgatókat, ahol meghatározott ideig egy vizsgateremben ültek, és mindent teszteltek, amit egy adott tárgyból tudnak. De a világjárvány idején az online tanulásra való áttérés miatt az oktatók kénytelenek voltak új megközelítéseket kipróbálni, hogy jobban megértsék a tanuló képességeit és lehetőségeit.
A folyamatos értékelést például bizonyos esetekben rendszeres online kvízek és „gamification” segítségével vezették be, hogy mérjék az előrehaladást és rávilágítsanak a megértés hiányosságaira. Lehetséges, hogy a jövőben különböző online értékelési módszerek (például reflektív folyóiratok vagy patchwork értékelés) használhatók ugyanazon tanulmányi tartalom értékelésére, hogy megfeleljenek a hallgatók által preferált tanulási stílusnak.
De menjünk tovább? Miért nem az alapján értékeljük a tanulókat a tanulás mélysége alapján (más szóval, hogy képesek-e átvinni és alkalmazni a tanulást a különböző kontextusokban), nem pedig azon képességük alapján, hogy egyszerűen visszanyerjék az információkat, hogy a következő tanítási szintre lépjenek?
Ez az alternatív tanulási modell már általános iskolákban létezik, ahol a különböző életkorú tanulók különböző csoportokba ülnek attól függően, hogy képesek-e elvégezni bizonyos feladatokat, amelyek arányosak a „mesteri szinttel”, ahelyett, hogy életkoruk szerint különülnének el. A tanulóknak bizonyítaniuk kell a mesteri tudásukat az egységteszteken, általában 80%-os pontszámot elérve, mielőtt új feladatra lépnének. A mesterképzést úgy határozhatjuk meg, mint egy témával kapcsolatos mély megértést, amelyet fenntartanak és idővel felidéznek.
Ezzel szemben a hagyományos „összegző” teszteket felvevő egyetemistáknak általában csak 50%-ot kell elérniük a vizsgákon, hogy a következő évfolyamra léphessenek. Ezzel a megközelítéssel az a probléma, hogy a tanulók gyakran felületes és sekélyes tudást szereznek. Sőt, gyakran elfelejtik az információt, és nem tudják alkalmazni a különböző kontextusokban. Ez nem tesz jót a munkaadóknak, akik olyan diplomásokat akarnak, akik többet tudnak tenni, mint a tények és információk memorizálása.
Ha az általános iskolákban alkalmazott modellt egyetemi keretek között alkalmaznák, akkor a tanulók addig folytatnák a tanulási és tesztelési ciklust, amíg el nem érik az elsajátítási kritériumokat. Azok, akik nem érik el ezt a mélyebb megértési szintet, extra támogatást kapnának például korrepetáláson, kortárs által segített tanuláson vagy kiscsoportos beszélgetéseken keresztül.
4. Használható-e technológia a laboratóriumi munka fokozására vagy helyettesítésére?
Amikor a kísérleti munkáról van szó, az egyetemisták hagyományosan személyes laborüléseken vesznek részt, ahol konkrét, jól ismert kísérleteken dolgoznak. A gyakorlati készségek fejlesztése mellett ezek az ütemezett órák szerkezetet adnak a tanulóknak a munkanapjukban, segítik őket az idő tervezésében és kezelésében, valamint lehetővé teszik a csoportmunkát és a szociális interakciót. A világjárvány azonban arra kényszerítette a fizikai osztályokat, hogy szinte egyik napról a másikra újraértékeljék ezt a megközelítést, és gyorsan átalakítsák a kísérleteket egy online világ számára.
Egyes, jobb forrásokkal rendelkező egyetemek egyéni készleteket tudtak biztosítani a hallgatóknak, míg mások videóbemutatókra hagyatkoztak. Az egyik tanszék (amely névtelenül szeretne maradni) néhány egyetemistája számára társadalmilag távolságtartó, szemtől szembeni laborfoglalkozásokat kínált, míg mások online virtuális labormunkában vettek részt. Ez a megközelítés, bár erőforrás-igényes és kihívásokkal teli, érdekes eredményeket hozott.
Az volt a feltételezés, hogy az online dolgozó diákok kevésbé értékes tapasztalattal rendelkeznek, mint a laborban dolgozók. Kiderült azonban, hogy ugyanazok a diákok élvezték az önálló munkát – különösen azért, mert továbbra is kommunikálhattak másokkal, hogy csevegőfórumokon keresztül eszmét cseréljenek. Ennek eredményeként ez a tanszék úgy döntött, hogy folytatja ezt a megközelítést a digitális laboratóriumi oktatásban.
Egyes tanulók számára, akiknek sajátos tanulási stílusuk vagy igényei vannak, a virtuális laborok egyszerűen hatékonyabbak. A Nyílt Egyetem – amely hallgatóit virtuálisan kísérletezi a OpenSTEM Labs felület – azt is megállapította, hogy ezzel a módszerrel a tanulók tanulhatnak a hibáikból. A személyes oktatási laboratóriumokban gyakran nincs idő hibák elkövetésére vagy kísérletek megismétlésére, ahogyan az igazi kutatás során tenné. A virtuális platformok ezt a rugalmasságot kínálják, és élő hírfolyamon keresztül visszajelzést adnak a hibákról.
Egy jövőbeli fizikus diplomához a hibrid megközelítés – virtuális és személyes kísérletek keverékével – elengedhetetlennek tűnik. A tanulók például felléphetnek az internetre, hogy megtervezzék kísérleteiket az óra előtt, így a laborban töltött idejük jobban koncentrált, és több csoportmunkát igényel. Hasznosítanák a valós laboratóriumi tapasztalat gyakorlati és társadalmi előnyeit, miközben javítják önálló tanulásukat is.
A laborban töltött idő csökkentése olcsóbb lenne az egyetemek számára, és létfontosságú laborterületet szabadítana fel más tevékenységekhez. Tudjuk, hogy a fizika drága képzés, és a magas színvonalú virtuális kísérletek beépítése, különösen a fizikusdiploma megkezdése felé, létfontosságú lehet annak bizonyításához, hogy egy egyetem a többihez képest a görbe előtt áll.
5. Hogyan vonzza és támogatja a fizikus hallgatók és munkatársak sokszínű közösségét?
A legtöbb vállalkozás megérti, hogy a sokszínű és befogadó munkaerő jobb ötletekhez, döntéshozatalhoz és sikerhez vezethet. Felismerik annak fontosságát, hogy szélesebb tehetségeket érjenek el a legjobb diplomások vonzása érdekében, és felülvizsgálják toborzási folyamataikat és munkakörnyezetüket, hogy biztosítsák, hogy befogadóbbak legyenek.
Az egyetemeknek is ezt kell tenniük. A felsőoktatás rendkívül versenyképes, a diplomákat egyre inkább a diplomás munkavállalás sikere és a hallgatói elégedettség alapján mérik és értékelik. Az egyetemeknek gondoskodniuk kell arról, hogy valóban befogadó környezetet biztosítsanak, hogy jobban vonzzák és támogassák a különféle hátterű tehetséges hallgatókat, és lehetővé tegyék számukra, hogy teljes potenciáljukat kiaknázzák.
Konkrétan, az egyetemeknek többet kell tenniük az alulreprezentált csoportokért, beleértve a fogyatékkal élőket, a kisebbségi közösségekhez tartozókat és az alacsonyabb társadalmi-gazdasági háttérrel rendelkezőket. Valójában az Egyesült Királyságban találtak szociális kommunikációs nehézségekkel küzdő diákokat, beleértve az autizmus spektrumzavart is. Diplomás Karrier Tanácsadó Szolgálatok Szövetsége az a legkevésbé valószínű, hogy az összes fogyatékossági csoport teljes munkaidőben dolgozik és a legnagyobb valószínűséggel munkanélküliek. Ez különösen a fizikusok számára aggodalomra ad okot, mert az adatok azt sugallják, hogy a szociális vagy kommunikációs fogyatékkal élő diákok igen gyakrabban megtalálható a fizika programokban mint bármely más alapképzési tárgy.
Mit tehetünk tehát a fogyatékkal élő és tanulási igényű egyetemisták támogatásáért? Míg az iskolai tanulók általában oktatási, egészségügyi és gondozási tervet (EHCP) kapnak, az egyetemisták értékelése nem általános így. És még akkor is, ha a hallgató fogyatékosságáról vagy tanulási szükségleteiről információt adnak át az egyetemnek, gyakran nem osztják meg az oktatókkal és a tanszékekkel a titoktartási aggályok miatt.
A személyzetet ezért ki kell képezni, hogy észrevegyék a problémákat, és a hallgatókat megfelelő segítségre és támogatásra irányítsák. Meg kell találnunk a módját annak is, hogy megosszuk a hallgatók tanulási igényeivel kapcsolatos információkat az egyetemre való beiratkozáskor, miközben magukat a hallgatókat is arra kell ösztönöznünk, hogy nyilatkozzanak bármilyen fogyatékosságukról.
A fizikus diplomáknak is sokkal többet kell tenniük, hogy vonzzák a különböző hátterű hallgatókat a hozzáférési lehetőségek szélesítése a legjobb tehetségek vonzására. Némi előrelépés történt, a legtöbb fizikai tanszéknek már jól bevált egyenlőségi, sokszínűségi és befogadási (EDI) bizottságai és irányelvei vannak. Gondoskodnunk kell azonban arról, hogy maguk az alkalmazottak is sokféle háttérrel rendelkezzenek. Példaképként és mentorként működnek, és fontos, hogy a munkatársak részt vegyenek az EDI kezdeményezésekben. De el kell kerülnünk, hogy az alulreprezentált csoportokhoz tartozókat saját magukra hárítsuk a sokszínűséggel kapcsolatos kérdések megoldásáért. Ha több munkatársat is felhatalmazunk arra, hogy felelősséget vállaljanak a sokszínűséggel kapcsolatos problémákért, akkor a munka nem csak néhány „szakemberre” hárul, hanem sok ember megosztja azt.
Mit kínál tehát a jövő fizika diplomája?
A változó munkaerőpiac, a digitális technológia térnyerése és a sokféleséggel kapcsolatos kérdések fokozottabb tudatosítása miatt a fizika szakoknak fejlődniük kell.
A munkaadók egyre inkább jó csapatmunkával és problémamegoldó készségekkel rendelkező diplomát akarnak, és ezek akadémiailag szigorú fizika diplomákkal is biztosíthatók. Valójában a vállalkozások nem akarják, hogy a fizika diplomákat semmilyen módon „lebutítsák”. Ehelyett az oktatóknak meg kell fontolniuk, hogyan lehet ezeket a készségeket beágyazni a tantervbe, hogy felkészítsék a tanulókat tudásuk jobb munkahelyi alkalmazására.
Ezenkívül a felsőoktatási szektorban új oktatási módszereket és különböző egyetemi modelleket alakítanak ki, hogy vonzzák és kielégítsék az összes hallgató igényeit. A tanterv tervezésének új megközelítései – az IOP akkreditációs folyamatának változásaival együtt – ötleteket kínálnak arra vonatkozóan, hogyan fejlődhet a fizikus diploma, hogy minden diákot felvértezzen a jövő munkaerőpiacaihoz szükséges készségekkel és ismeretekkel.
