Membangun gelar fisika untuk masa depan: lima pertanyaan kunci yang perlu kita jawab

Dunia selalu dalam keadaan berubah – dan tidak lebih dari sekarang. Dipicu sebagian oleh pandemi COVID-19, jelas bahwa teknologi baru, seperti telemedis, pembayaran digital, dan otomasi industri, bergerak lebih cepat dari sebelumnya. Kita juga perlu menemukan cara untuk mendekarbonisasi ekonomi, menangani populasi yang menua, dan memanfaatkan kekuatan kecerdasan buatan.

Mengingat tantangan-tantangan ini, sangat penting bagi universitas untuk memberi siswa pengetahuan dan keterampilan yang tepat sehingga mereka dapat menciptakan dan mengembangkan solusi teknologi generasi berikutnya untuk masalah masa depan. Dengan kombinasi unik dari pengetahuan ilmiah tingkat tinggi, kemampuan berhitung dan pemecahan masalah, fisikawan ditempatkan dengan baik untuk memenuhi kebutuhan ini di berbagai industri teknologi tinggi.

Namun, fisikawan sering gagal dalam hal yang lebih luas keterampilan penerjemahan, seperti komunikasi yang efektif, kerja tim, kreativitas dan kemampuan untuk menemukan solusi lintas disiplin untuk masalah yang kompleks. Selain itu, gelar fisika tradisional sering mengabaikan fakta bahwa banyak fisikawan tidak berakhir di peran akademis atau khusus fisika. Sebaliknya, mereka beralih ke bidang-bidang seperti manufaktur, energi, keuangan, dan pengajaran, di mana mereka harus menerapkan pengetahuan mereka dengan cara yang belum diajarkan kepada mereka.

Memastikan lulusan fisika yang cukup memiliki perpaduan keterampilan yang tepat merupakan tantangan besar bagi para pendidik. Oleh karena itu, sangat menyenangkan bahwa Institut Fisika (IOP) merevisinya akreditasi gelar kerangka kerja pada tahun 2022 untuk mendorong universitas merancang gelar fisika yang lebih fleksibel. Departemen yang menginginkan akreditasi IOP sekarang perlu membuat keterampilan penerjemahan lebih menonjol, sambil memberikan penekanan yang sama pada pengetahuan dan keterampilan.

Kerangka baru harus memastikan bahwa lulusan fisika lebih siap untuk dunia kerja. Ini akan memberi mereka "kelompok keterampilan" - kombinasi keterampilan translasi dan teknis yang dihargai oleh pemberi kerja lulusan dan dapat digunakan dalam banyak karir yang berbeda. Ini juga akan mendorong universitas untuk mengajar dan menilai dengan cara yang inovatif. Fisikawan yang memasuki teknologi keuangan, keamanan siber, atau TI, misalnya, akan membutuhkan keterampilan ilmu data dan pembelajaran mesin di samping keahlian inti fisika mereka.

Kami juga melihat munculnya model pendidikan yang sama sekali baru yang menantang struktur gelar tradisional. Eksperimen pemikiran Stanford University Stanford2025, dan juga UA92 di Manchester dan 01 Pendiri di London, semuanya dirancang untuk menarik siswa dari latar belakang yang lebih beragam, dan menyelaraskan lebih dekat dengan kebutuhan pemberi kerja. Alih-alih hanya tentang apa yang dipelajari siswa, fokus mereka semakin meningkat pada bagaimana siswa diajar dan dinilai.

Tapi seperti apa gelar fisika jika kita akan memulai universitas baru atau kursus baru sepenuhnya dari awal? Bagaimana kita bisa mendesain ulang kursus fisika agar lebih sesuai dengan keterampilan yang dibutuhkan siswa dan pengusaha fisika? Dan pelajaran apa yang bisa kita petik dari cara di mana derajat terpaksa beradaptasi selama pandemi? Perubahan mana yang efektif, dan mana yang tidak?

Itulah beberapa masalah yang didiskusikan oleh perekrut lulusan dan fisikawan universitas selama rangkaian webinar yang didukung IOP yang berlangsung pada tahun 2021. Diselenggarakan oleh UK's Jaringan Fisika Tenggara (SEPnet) dan Akademi Fisika Industri Mawar Putih (WRIPA), webinar mengangkat beberapa isu menarik yang kami rangkum di sini. Saat pandemi COVID-19 menghilang, berikut adalah lima pertanyaan penting yang perlu kita tanyakan pada diri kita sendiri jika ingin menciptakan gelar fisika masa depan.

1. Bagaimana kita mengajar siswa untuk mengatasi masalah yang tidak biasa dan terbuka?

Pengusaha menginginkan lulusan yang dapat memecahkan masalah yang belum tentu baik atau terletak pada bidang ilmiah tertentu. Namun, mereka yang merekrut fisikawan sering berkomentar bahwa para kandidat bergumul dengan pertanyaan terbuka. Kekurangan ini mungkin disebabkan oleh sifat tradisional “modular” dari gelar fisika, di mana setiap penilaian hanya menguji siswa tentang apa yang mereka ketahui tentang satu topik tertentu.

Ambil optik, misalnya. Siswa sering diajarkan dan dinilai dalam hal topik seperti difraksi dan interferometri, yang berarti mereka hanya tahu bagaimana menyelesaikan pertanyaan yang dibingkai dengan cara tertentu. Ini adalah metode pengajaran yang memperkuat "pemikiran silo", dengan siswa tidak menyadari - atau mengetahui - bahwa optik juga sangat relevan dengan bidang-bidang seperti robotika, sistem bantuan pengemudi canggih, dan perawatan kesehatan.

Pendekatan alternatif bagi siswa untuk diperkenalkan ke sejumlah topik pada satu waktu, dengan penilaian berdasarkan semua pembelajaran sebelumnya. Metode “tingkat program” atau “penilaian portofolio” ini dapat memungkinkan siswa membuat koneksi baru di berbagai bidang, dan membantu mereka berpikir lebih kreatif tentang cara memecahkan masalah yang tidak biasa.

Program pembelajaran berbasis masalah (PBL) sudah ditawarkan oleh sejumlah lembaga, seperti Universitas Maastricht di Belanda, dan perguruan tinggi pengkodean baru 01 Pendiri di Inggris. Siswa di sini bekerja dalam kelompok kecil untuk memecahkan masalah dunia nyata yang menggabungkan empat prinsip pembelajaran utama. Mereka membangun pengetahuan dari pengalaman daripada hafalan (“pendidikan konstruktif”), dan menerapkan pengetahuan dan keterampilan untuk tantangan masyarakat (“belajar dalam konteks yang relevan”). Sementara itu, “pembelajaran kolektif” dan “pendidikan mandiri” berarti siswa belajar dari teman sebaya dan mulai mengelola pendidikannya sendiri.

Dalam hal gelar fisika masa depan kami, program PBL dapat berarti siswa mengambil bagian dalam satu proyek kelompok per semester, di mana mereka menerapkan pembelajaran mereka untuk menyelesaikan penelitian atau masalah teknis berdasarkan tantangan global, yang mungkin ditimbulkan oleh bisnis. Siswa akan mengembangkan berbagai keterampilan, seperti manajemen proyek, penulisan laporan, komunikasi dan kolaborasi, serta belajar berpikir kreatif untuk memecahkan masalah terbuka.

Kami juga berpikir bahwa pendidik fisika dapat belajar dari rekan mereka di bidang teknik. Terlalu sering diasumsikan bahwa fisikawan akan tetap di akademisi, dengan siswa berjuang untuk mendapatkan nilai terbaik dan universitas memperkuat gagasan bahwa keunggulan akademik adalah satu-satunya ukuran kemampuan yang penting. Namun, dalam peran non-universitas, Anda membutuhkan lebih dari sekadar kemampuan akademis untuk berhasil.

Insinyur jauh lebih sadar akan realitas pekerjaan. Selain menggunakan berbagai metode pengajaran yang berfokus pada penerapan prinsip-prinsip ilmiah, banyak gelar teknik melakukan pekerjaan yang jauh lebih baik dalam melibatkan industri dan mempersiapkan siswa mereka untuk berbagai karir. Kami membutuhkan input industri yang jauh lebih besar untuk gelar fisika masa depan kami untuk memastikan kami membekali lulusan dengan keterampilan yang dibutuhkan bisnis.

2. Bagaimana kita memperhitungkan perbedaan gaya belajar siswa?

Metode yang disukai untuk mengajar di universitas, khususnya dalam ilmu murni, telah lama menjadi kuliah tradisional. Namun, pandemi COVID-19 memaksa departemen mencoba berbagai pendekatan, termasuk sesi online. Ini bukan perjalanan yang mulus, dengan beberapa mahasiswa bahkan biaya kuliah mereka dikembalikan karena keluhan tentang kualitas kuliah yang buruk.

Tapi ada manfaatnya. Misalnya, beberapa siswa tampak lebih terlibat dan lebih cenderung mengajukan pertanyaan di kotak obrolan daripada jika kuliah dilakukan secara tatap muka. Pembelajaran digital juga telah membantu mereka yang memiliki keterbatasan fisik atau yang harus menempuh perjalanan jauh. Terlebih lagi, karena kuliah daring biasanya direkam dengan catatan, kemampuan untuk kembali ke materi yang direkam nanti dapat bermanfaat untuk memperkuat pembelajaran.

Namun, ketergantungan yang berlebihan pada materi online dan rekaman dapat mempersulit siswa untuk memilih dan memprioritaskan sumber daya yang mereka perlukan. Selain itu, beberapa siswa tidak terlibat dalam pembelajaran online, hanya “mematikan” selama sesi langsung. Tanpa interaksi tatap muka, siswa kehilangan kemampuan untuk berinteraksi dengan teman sebayanya dan membangun keterampilan sosialnya.

Cara mahasiswa belajar dan belajar juga telah berubah. Mereka jarang menggunakan buku teks, sedangkan perpustakaan sekarang lebih dihargai sebagai ruang belajar daripada tempat untuk mengakses materi pembelajaran. Tutorial menjadi lebih penting bagi siswa untuk bertemu satu sama lain dan staf secara langsung. Mereka sempurna bagi kelompok untuk bekerja sama untuk memecahkan masalah dunia nyata, meningkatkan kemampuan kerja serta keterampilan sosial mereka.

Tapi ini bukan hanya tentang siswa; akademik juga berubah. Dengan kembalinya staf dan mahasiswa ke kampus, para akademisi mengakui manfaat dari bentuk pengajaran hibrida untuk melibatkan lebih banyak mahasiswa sarjana. Tawaran "jenis Netflix" yang disesuaikan yang menampilkan sesi tatap muka dan virtual dapat membantu memenuhi lebih banyak kebutuhan dan preferensi pembelajaran individu siswa untuk mencakup konten yang sama.

3. Bagaimana kita dapat menilai kemampuan siswa dalam menguasai tantangan dan menerapkan pengetahuannya?

Secara tradisional, siswa fisika dinilai melalui ujian “buku tertutup”, di mana mereka duduk di ruang ujian untuk jangka waktu tertentu dan diuji pada semua yang mereka ketahui tentang satu mata pelajaran tertentu. Namun dengan adanya peralihan ke pembelajaran daring selama pandemi, para pendidik terpaksa mencoba pendekatan baru untuk lebih memahami kemampuan dan potensi siswa.

Penilaian berkelanjutan, misalnya, telah diperkenalkan dalam beberapa kasus melalui kuis online reguler dan “gamifikasi” untuk mengukur kemajuan dan menyoroti kesenjangan dalam pemahaman. Ada kemungkinan, di masa mendatang, metode penilaian online yang berbeda (seperti jurnal reflektif, atau penilaian tambal sulam) dapat digunakan untuk menilai konten akademik yang sama agar sesuai dengan gaya belajar pilihan siswa.

Tapi haruskah kita melangkah lebih jauh? Mengapa kita tidak menilai siswa berdasarkan kedalaman pembelajaran mereka (dengan kata lain, kemampuan mereka untuk mentransfer dan menerapkan pembelajaran dalam konteks yang berbeda) daripada kemampuan mereka untuk sekadar memuntahkan informasi untuk maju ke tingkat pengajaran berikutnya?

Model pembelajaran alternatif ini sudah ada ada di sekolah dasar, di mana siswa dari berbagai usia duduk dalam kelompok yang berbeda tergantung pada kemampuan mereka untuk menyelesaikan tugas-tugas tertentu yang sepadan dengan “tingkat penguasaan”, daripada dipisahkan berdasarkan usia. Pelajar harus menunjukkan penguasaan dalam pengujian unit, biasanya mencapai nilai 80%, sebelum beralih ke tugas baru. Pembelajaran penguasaan dapat didefinisikan sebagai tingkat pemahaman mendalam tentang suatu topik yang dipertahankan dan dapat diingat kembali dari waktu ke waktu.

Sebaliknya, mahasiswa yang mengikuti tes “sumatif” tradisional biasanya hanya perlu mendapatkan 50% dalam ujian mereka untuk melanjutkan ke tahun studi berikutnya. Masalah dengan pendekatan ini adalah siswa sering berakhir dengan pengetahuan yang dangkal dan dangkal. Terlebih lagi, mereka sering lupa informasi dan tidak dapat menerapkannya pada konteks yang berbeda. Itu tidak baik bagi pemberi kerja, yang menginginkan lulusan yang dapat melakukan lebih dari sekadar menghafal fakta dan informasi.

Jika model yang digunakan di sekolah dasar diadopsi di lingkungan universitas, siswa akan melanjutkan siklus belajar dan ujian sampai kriteria penguasaan terpenuhi. Mereka yang tidak mencapai tingkat pemahaman yang lebih dalam ini akan diberi dukungan ekstra melalui, misalnya, bimbingan belajar, pembelajaran dengan bantuan teman sebaya atau diskusi kelompok kecil.

4. Apakah teknologi dapat digunakan untuk meningkatkan atau menggantikan pekerjaan laboratorium?

Ketika datang ke pekerjaan eksperimental, mahasiswa sarjana secara tradisional dibuat untuk menghadiri sesi lab tatap muka di mana mereka bekerja melalui eksperimen khusus yang terkenal. Selain mengembangkan keterampilan praktis, jadwal jam ini memberi siswa struktur untuk hari kerja mereka, membantu mereka merencanakan dan mengatur waktu mereka, dan memungkinkan kerja kelompok dan interaksi sosial. Namun, pandemi memaksa departemen fisika untuk menilai kembali pendekatan ini hampir dalam semalam, dan dengan cepat mengubah eksperimen untuk dunia online.

Beberapa universitas dengan sumber daya yang lebih baik dapat memberikan perlengkapan individu kepada siswa sementara yang lain mengandalkan demonstrasi video. Satu departemen (yang ingin tetap anonim) menawarkan beberapa sesi lab tatap muka jarak sosial kepada beberapa mahasiswa mereka, sementara yang lain mengambil bagian dalam kerja lab virtual online. Pendekatan ini, meski padat sumber daya dan menantang, memang memberikan hasil yang menarik.

Asumsinya adalah bahwa siswa yang bekerja secara online akan memiliki pengalaman yang kurang berharga dibandingkan siswa yang bekerja di lab. Namun ternyata, para siswa yang sama itu senang bekerja sendiri – terutama karena mereka masih bisa berinteraksi dengan orang lain untuk bertukar pikiran melalui forum obrolan. Akibatnya, departemen ini memutuskan untuk melanjutkan pendekatan pengajaran lab digital ini.

Untuk beberapa siswa dengan gaya atau kebutuhan belajar tertentu, lab virtual lebih efektif. Universitas Terbuka – yang membuat mahasiswanya melakukan eksperimen secara virtual melalui Lab OpenSTEM antarmuka – juga menemukan bahwa metode ini memungkinkan siswa belajar dari kesalahan mereka. Di lab pengajaran tatap muka, sering kali tidak ada waktu untuk membuat kesalahan atau mengulang eksperimen seperti yang akan Anda lakukan dalam penelitian nyata. Platform virtual menawarkan fleksibilitas itu dan memberikan umpan balik tentang kesalahan melalui umpan langsung.

Untuk gelar fisika di masa depan, pendekatan hibrid – dengan campuran eksperimen virtual dan tatap muka – tampaknya penting. Siswa dapat, misalnya, online untuk merencanakan eksperimen mereka di depan kelas sehingga waktu mereka di lab lebih terfokus dan melibatkan lebih banyak kerja kelompok. Mereka akan memperoleh manfaat praktis dan sosial dari pengalaman lab nyata, sekaligus meningkatkan pembelajaran mandiri mereka.

Pengurangan waktu di lab juga akan lebih murah untuk universitas dan membebaskan ruang lab vital untuk aktivitas lain. Kita tahu bahwa fisika adalah program gelar yang mahal dan penyertaan eksperimen virtual berkualitas tinggi, terutama menjelang dimulainya gelar fisika, dapat menjadi vital dalam menunjukkan bahwa universitas berada di depan kurva dibandingkan dengan yang lain.

5. Bagaimana Anda menarik dan mendukung komunitas siswa dan staf fisika yang beragam?

Sebagian besar bisnis memahami bahwa tenaga kerja yang beragam dan inklusif dapat menghasilkan ide, pengambilan keputusan, dan kesuksesan yang lebih baik. Mereka menyadari pentingnya menjangkau kumpulan bakat yang lebih luas untuk menarik lulusan terbaik, dan meninjau proses rekrutmen dan lingkungan kerja mereka untuk memastikan mereka lebih inklusif.

Universitas perlu melakukan hal yang sama. Pendidikan tinggi sangat kompetitif, dengan program bergelar semakin diukur dan dievaluasi berdasarkan keberhasilan pekerjaan lulusan dan peringkat kepuasan mahasiswa. Universitas perlu memastikan mereka menyediakan lingkungan yang benar-benar inklusif untuk menarik dan mendukung siswa berbakat dari semua latar belakang dengan lebih baik, dan memungkinkan mereka untuk memenuhi potensi penuh mereka.

Secara khusus, universitas perlu berbuat lebih banyak untuk kelompok yang kurang terwakili, termasuk penyandang disabilitas, mereka yang berasal dari komunitas minoritas, dan mereka yang berasal dari latar belakang sosial ekonomi yang lebih rendah. Memang, siswa dengan kesulitan komunikasi sosial, termasuk gangguan spektrum autisme, telah ditemukan oleh Inggris Asosiasi Layanan Penasihat Karir Pascasarjana untuk menjadi paling tidak mungkin dari semua kelompok disabilitas untuk bekerja penuh waktu dan kemungkinan besar akan menganggur. Ini menjadi perhatian khusus bagi fisikawan karena data menunjukkan bahwa siswa dengan gangguan sosial atau komunikasi lebih umum ditemukan dalam program fisika daripada mata pelajaran sarjana lainnya.

Jadi apa yang dapat kita lakukan untuk mendukung mahasiswa penyandang disabilitas dan kebutuhan belajar? Sementara siswa sekolah biasanya diberi rencana pendidikan, kesehatan dan perawatan (EHCP), mahasiswa sarjana tidak dievaluasi secara universal dengan cara ini. Dan bahkan ketika informasi tentang kecacatan siswa atau kebutuhan belajar diberikan kepada universitas, seringkali tidak dibagikan dengan staf pengajar dan departemen karena masalah kerahasiaan.

Oleh karena itu, staf perlu dilatih sehingga mereka dapat menemukan masalah, dan mengarahkan mahasiswa ke bantuan dan dukungan yang relevan. Kita juga perlu menemukan cara untuk berbagi informasi tentang kebutuhan belajar siswa ketika mereka mendaftar di universitas, sambil mendorong siswa itu sendiri untuk menyatakan kecacatan yang mereka miliki.

Gelar Fisika juga perlu berbuat lebih banyak untuk menarik siswa dari berbagai latar belakang memperluas peluang akses untuk menarik talenta terbaik. Ada beberapa kemajuan, dengan sebagian besar departemen fisika telah memiliki komite dan kebijakan Kesetaraan, Keanekaragaman & Inklusi (EDI) yang mapan. Namun, kami perlu memastikan bahwa staf itu sendiri berasal dari berbagai latar belakang juga. Mereka bertindak sebagai panutan dan mentor, dan penting bagi staf untuk mengambil bagian dalam inisiatif EDI. Tetapi kita harus menghindari membuat mereka yang berasal dari kelompok yang kurang terwakili memikul semua tanggung jawab untuk menyelesaikan masalah keragaman. Memberdayakan lebih banyak staf untuk bertanggung jawab atas masalah keragaman berarti pekerjaan tidak hanya dilakukan oleh beberapa “spesialis” tetapi dibagikan oleh banyak orang.

Jadi, apa yang ditawarkan gelar fisika di masa depan?

Dengan perubahan pasar kerja, pertumbuhan teknologi digital, dan kesadaran yang lebih besar akan masalah keragaman, gelar fisika perlu berkembang.

Pengusaha semakin menginginkan lulusan dengan kerja tim yang baik dan keterampilan memecahkan masalah, dan ini dimungkinkan untuk memberikannya melalui gelar fisika yang ketat secara akademis. Nyatanya, bisnis tidak ingin gelar fisika "dibodohi" dengan cara apa pun. Sebaliknya, pendidik perlu mempertimbangkan bagaimana keterampilan ini dapat ditanamkan dalam kurikulum untuk mempersiapkan siswa menerapkan pengetahuan mereka dengan lebih baik di tempat kerja.

Selain itu, di seluruh sektor pendidikan tinggi, cara-cara pengajaran yang baru dan model universitas yang berbeda sedang disiapkan untuk menarik dan memenuhi kebutuhan semua siswa. Pendekatan baru untuk desain kurikulum ini – bersama dengan perubahan pada proses akreditasi IOP – menawarkan gagasan tentang bagaimana gelar fisika dapat berkembang untuk membekali setiap siswa dengan keterampilan dan pengetahuan yang dibutuhkan untuk pasar kerja di masa depan.