העולם מתמודד עם אינספור בעיות חברתיות, סביבתיות וכלכליות הדורשות פתרונות מורכבים המשלבים ידע ומומחיות במגזרים רבים. ורוניקה בנסון, אנדרו מיזומורי הירסט ו וויליאם וואקהאם הסבירו מדוע יש לחדש את תארים בפיזיקה כדי שפיזיקאים יוכלו להתמודד טוב יותר עם הבעיות החיוניות הללו
העולם נמצא תמיד בתנופה - ולא יותר מעכשיו. מופעל בחלקו על ידי מגיפת COVID-19, ברור שטכנולוגיות חדשות, כמו רפואה טלפונית, תשלומים דיגיטליים ואוטומציה תעשייתית, נעות מהר יותר מאי פעם. אנחנו גם צריכים למצוא דרכים לשחרר את הפחמן של הכלכלה, להתמודד עם אוכלוסייה מזדקנת ולרתום את כוחה של בינה מלאכותית.
לאור אתגרים אלו, חיוני שהאוניברסיטאות יעניקו לסטודנטים את הידע והכישורים הנכונים כדי שיוכלו ליצור ולפתח את הדור הבא של פתרונות טכנולוגיים לבעיות המחר. עם השילוב הייחודי שלהם של ידע מדעי ברמה גבוהה, כישורי חישוב וכישורי פתרון בעיות, פיזיקאים נמצאים במיקום טוב לענות על צרכים אלה במגוון רחב של תעשיות היי-טק.
עם זאת, פיזיקאים לעתים קרובות נופלים ברחב יותר כישורי תרגום, כגון תקשורת יעילה, עבודת צוות, יצירתיות ויכולת למצוא פתרונות חוצי תחומיים לבעיות מורכבות. יתר על כן, תארים מסורתיים בפיזיקה מתעלמים לעתים קרובות מהעובדה שפיזיקאים רבים אינם מגיעים לתפקידים אקדמיים או ספציפיים לפיזיקה. במקום זאת, הם עוברים לתחומים כמו ייצור, אנרגיה, פיננסים והוראה, שם עליהם ליישם את הידע שלהם בדרכים שלא לימדו אותם.
להבטיח למספיק בוגרי פיזיקה יש את התמהיל הנכון של מיומנויות היא אתגר עצום למחנכים. לכן זה משמח שהמכון לפיזיקה (IOP) תיקן את זה הסמכה לתואר מסגרת בשנת 2022 כדי לעודד אוניברסיטאות לעצב תארים גמישים יותר בפיזיקה. מחלקות שרוצות הסמכת IOP צריכות כעת להפוך את כישורי התרגום לבולטים יותר, תוך שימת דגש שווה על ידע ומיומנויות.
המסגרת החדשה אמורה להבטיח שבוגרי פיזיקה מוכנים טוב יותר לעולם העבודה. זה יעניק להם "אשכולות מיומנויות" - שילובים של מיומנויות תרגום וטכניות המוערכים על ידי מעסיקים בוגרים ויכולים לשמש בקריירות רבות ושונות. זה גם יעודד אוניברסיטאות ללמד ולהעריך בדרכים חדשניות. פיזיקאים העוסקים בטכנולוגיה פיננסית, אבטחת סייבר או IT, למשל, יצטרכו כישורי מדעי נתונים ולמידת מכונה לצד מומחיות הליבה שלהם בפיזיקה.
אנו רואים גם את הופעתם של מודלים חינוכיים חדשים לחלוטין המאתגרים את מבנה התואר המסורתי. ניסוי המחשבה של אוניברסיטת סטנפורד Stanford2025, כמו גם UA92 במנצ'סטר וב 01 מייסדים בלונדון, כולם נועדו למשוך סטודנטים מרקע מגוון יותר, ולהתאים יותר לצרכי המעסיקים. במקום להתייחס רק למה שתלמידים לומדים, ההתמקדות שלהם היא יותר ויותר על האופן שבו התלמידים נלמדים ומוערכים.
אבל איך ייראה תואר בפיזיקה אם היינו מתחילים אוניברסיטה חדשה או קורס חדש לגמרי מאפס? כיצד נוכל לעצב מחדש קורסי פיזיקה כדי להתאים יותר את הכישורים שסטודנטים ומעסיקים בפיזיקה צריכים? ואיזה לקחים אנחנו יכולים ללמוד מהאופן שבו התארים נאלצו להסתגל במהלך המגיפה? אילו שינויים היו יעילים ואילו לא?
אלו היו חלק מהנושאים בהם דנו מגייסים בוגרים ופיזיקאים אוניברסיטאות במהלך סדרת סמינרים מקוונים הנתמכים על ידי IOP שהתקיימו בשנת 2021. מאורגן על ידי בריטניה רשת פיזיקה דרום מזרחית (SEPnet) וה- White Rose Academy לפיזיקה תעשייתית (WRIPA), הסמינרים המקוונים העלו כמה סוגיות מרתקות שאנו מסכמים כאן. כאשר מגיפת COVID-19 מתפוגגת ברקע, הנה חמש שאלות חשובות שעלינו לשאול את עצמנו אם ברצוננו ליצור את דרגת הפיזיקה של העתיד.
1. כיצד אנו מלמדים את התלמידים להתמודד עם בעיות פתוחות ולא מוכרות?
מעסיקים רוצים בוגרים שיוכלו לפתור בעיות שאינן בהכרח מנוסחות היטב או נמצאות בתחום מדעי ספציפי. עם זאת, אלה שמגייסים פיזיקאים מעירים לעתים קרובות כי מועמדים נאבקים בשאלות פתוחות. ייתכן שחסרון זה נובע מהאופי ה"מודולרי" המסורתי של תארים בפיזיקה, כאשר כל הערכה בוחנת רק תלמידים על מה שהם יודעים על נושא מסוים אחד.
קח אופטיקה, למשל. לעתים קרובות תלמידים נלמדים ומוערכים במונחים של נושאים כמו עקיפה ואינטרפרומטריה, מה שאומר שהם יודעים רק איך לפתור שאלות ממוסגרות בדרכים מסוימות. זוהי שיטת הוראה שמחזקת "חשיבה מגוונת", כאשר תלמידים אינם מבינים - או יודעים - כי אופטיקה רלוונטית מאוד גם לתחומים כמו רובוטיקה, מערכות מתקדמות לסיוע לנהג ושירותי בריאות.
גישה חלופית תהיה שהתלמידים יכירו מספר נושאים בו-זמנית, עם הערכות המבוססות על כל הלמידה הקודמת. שיטת "ברמת התוכנית" או "הערכת תיק" זו יכולה לאפשר לתלמידים ליצור קשרים חדשים על פני תחומים שונים, ולעזור להם לחשוב בצורה יצירתית יותר על דרכים לפתור בעיות לא מוכרות.
תוכניות למידה מבוססת בעיות (PBL) כבר מוצעות על ידי מספר מוסדות, כגון אוניברסיטת מאסטריכט בהולנד, והמכללה החדשה לקידוד 01 מייסדים בבריטניה. התלמידים כאן עובדים בקבוצות קטנות כדי לפתור בעיות בעולם האמיתי המשלבות ארבעה עקרונות למידה מרכזיים. הם בונים ידע מתוך התנסויות ולא מלמידה שוטפת ("חינוך בונה"), ומיישמים ידע ומיומנות על אתגרים חברתיים ("למידה בהקשר רלוונטי"). בינתיים, "למידה קולקטיבית" ו"חינוך מכוון עצמי" פירושם שתלמידים לומדים מעמיתים ומתחילים לנהל את החינוך שלהם בעצמם.
במונחים של התואר העתידי שלנו בפיזיקה, תוכנית PBL עשויה להיות סטודנטים הלוקחים חלק בפרויקט קבוצתי אחד בכל קדנציה, במהלכו הם מיישמים את הלמידה שלהם כדי לפתור בעיות מחקר או טכניות המבוססות על אתגרים גלובליים, שאולי מציבים עסקים. התלמידים יפתחו מגוון מיומנויות, כגון ניהול פרויקטים, כתיבת דוחות, תקשורת ושיתוף פעולה, כמו גם ילמדו חשיבה יצירתית על מנת לפתור בעיות פתוחות.
אנחנו גם חושבים שמחנכי פיזיקה יכולים ללמוד מעמיתיהם בהנדסה. לעתים קרובות מדי מניחים כי פיזיקאים יישארו באקדמיה, כאשר סטודנטים שואפים לקבל ציונים גבוהים ואוניברסיטאות מחזקות את הרעיון שמצוינות אקדמית היא המדד החשוב היחיד ליכולת. עם זאת, בתפקידים שאינם באוניברסיטה, אתה צריך יותר מסתם יכולת אקדמית כדי להצליח.
מהנדסים מודעים הרבה יותר למציאות העבודה. בנוסף לשימוש במגוון שיטות הוראה המתמקדות ביישום עקרונות מדעיים, תארים רבים בהנדסה עושים עבודה טובה בהרבה בעיסוק בתעשייה ובהכנת תלמידיהם למגוון קריירות. אנו זקוקים להשקעה הרבה יותר גדולה מהתעשייה לתארים העתידיים שלנו בפיזיקה כדי להבטיח שאנו מציידים את הבוגרים במיומנויות שעסקים צריכים.
2. כיצד אנו מתחשבים בסגנונות הלמידה השונים של התלמידים?
השיטה המועדפת להוראה באוניברסיטאות, במיוחד במדעים טהורים, היא מזמן ההרצאה המסורתית. עם זאת, מגיפת COVID-19 אילצה את המחלקות לנסות גישות שונות, כולל הפעלות מקוונות. זו לא עברה נסיעה חלקה, כשחלק מהסטודנטים אפילו קיבלו החזר שכר הלימוד בגלל תלונות על האיכות הירודה של שכר הלימוד.
אבל היו יתרונות. לדוגמה, חלק מהסטודנטים נראים מעורבים יותר ויש סיכוי גבוה יותר שישאלו שאלות בתיבת צ'אט מאשר אם ההרצאה הייתה פנים אל פנים. למידה דיגיטלית סייעה גם לבעלי מוגבלויות מסוימות או המתמודדים עם נסיעות ארוכות. יתרה מכך, מכיוון שהרצאות מקוונות מוקלטות בדרך כלל עם הערות, היכולת לחזור לחומר מוקלט מאוחר יותר יכולה להיות מועילה לחיזוק הלמידה.
עם זאת, הסתמכות יתר על חומר מקוון ומוקלט עלולה להקשות על התלמידים לבחור ולתעדף את המשאבים הדרושים להם. בנוסף, חלק מהתלמידים אינם מעורבים בלמידה מקוונת, פשוט "כיבויים" במהלך הפעלות חיים. ללא אינטראקציה פנים אל פנים, תלמידים מאבדים את היכולת לתקשר עם חבריהם ולבנות את כישוריהם החברתיים.
גם הדרך שבה בוגרי תואר ראשון לומדים ולומדים השתנתה. הם ממעטים להשתמש בספרי לימוד, בעוד שספריות מוערכות כיום יותר כמרחב ללימוד מאשר מקום לגישה לחומרי למידה. הדרכות הפכו חשובות יותר עבור התלמידים לפגוש אחד את השני ולצוות באופן אישי. הם מושלמים עבור קבוצות לעבוד יחד כדי לפתור בעיות בעולם האמיתי, להגביר את יכולת התעסוקה שלהם כמו גם את הכישורים החברתיים שלהם.
אבל לא מדובר רק בתלמידים; גם אנשי אקדמיה משתנים. עם חזרת הצוות והסטודנטים לקמפוס, אקדמאים הכירו בתועלת של צורת הוראה היברידית כדי למשוך יותר סטודנטים לתואר ראשון. הצעה מותאמת, מסוג "נטפליקס", הכוללת הפעלות אישיות וירטואליות כאחד, יכולה לעזור לענות על מספר רב יותר של צורכי הלמידה והעדפות הלמידה האישיות של התלמידים כדי לכסות את אותו תוכן.
3. כיצד נוכל להעריך תלמידים על יכולתם לשלוט באתגרים וליישם את הידע שלהם?
באופן מסורתי, סטודנטים לפיזיקה הוערכו באמצעות בחינות "ספר סגור", שבהן ישבו באולם בחינות למשך פרק זמן קבוע ונבדקו על כל מה שהם יודעים בנושא מסוים. אבל עם המעבר ללמידה מקוונת במהלך המגיפה, מחנכים נאלצו לנסות גישות חדשות כדי להבין טוב יותר את היכולת והפוטנציאל של התלמיד.
הערכה רציפה, למשל, הוכנסה בחלק מהמקרים באמצעות חידונים מקוונים רגילים ו"משחקיות" כדי למדוד התקדמות ולהדגיש פערים בהבנה. ייתכן שבעתיד ניתן יהיה להשתמש בשיטות הערכה מקוונות שונות (כגון יומנים רפלקטיביים או הערכת טלאים) כדי להעריך את אותו תוכן אקדמי שיתאים לסגנון הלמידה המועדף על התלמידים.
אבל האם עלינו ללכת רחוק יותר? מדוע איננו מעריכים את התלמידים על סמך עומק הלמידה שלהם (במילים אחרות, יכולתם להעביר וליישם למידה בהקשרים שונים) ולא על פי יכולתם פשוט להחזיר מידע כדי להתקדם לרמת ההוראה הבאה?
המודל האלטרנטיבי הזה של למידה כבר קיים בבתי ספר יסודיים, כאשר תלמידים בגילאים שונים יושבים בקבוצות שונות בהתאם ליכולתם לבצע משימות מסוימות התואמת "רמת שליטה", במקום להיות מופרדים לפי גיל. הלומדים חייבים להפגין שליטה במבחני יחידה, בדרך כלל בהשגת ציון של 80%, לפני שהם עוברים למשימה חדשה. ניתן להגדיר למידת שליטה כרמה של הבנה עמוקה לגבי נושא שנשמרת וניתן להיזכר בו לאורך זמן.
לעומת זאת, סטודנטים באוניברסיטה הנבחנים במבחנים "מסכמים" מסורתיים צריכים בדרך כלל לקבל רק 50% בבחינות שלהם כדי לעבור לשנת הלימודים הבאה. הבעיה בגישה זו היא שלעתים קרובות התלמידים מקבלים ידע שטחי ורדוד. יתרה מכך, לעתים קרובות הם שוכחים את המידע ואינם מסוגלים ליישם אותו בהקשרים שונים. זה לא טוב למעסיקים, שרוצים בוגרים שיכולים לעשות יותר מאשר רק לשנן עובדות ומידע.
אם המודל המשמש בבתי ספר יסודיים היה מאומץ במסגרת אוניברסיטאית, התלמידים היו ממשיכים במחזור הלימוד והבדיקות עד לעמידה בקריטריוני השליטה. אלה שלא מגיעים לרמה עמוקה יותר זו של הבנה יקבלו תמיכה נוספת באמצעות, למשל, שיעורי עזר, למידה בעזרת עמיתים או דיונים בקבוצות קטנות.
4. האם ניתן להשתמש בטכנולוגיה כדי לשפר או להחליף עבודת מעבדה?
כשזה מגיע לעבודה ניסיוני, סטודנטים לתואר ראשון נדרשים באופן מסורתי להשתתף במפגשי מעבדה פנים אל פנים, שבהם הם מפלסים את דרכם דרך ניסויים ספציפיים וידועים. בנוסף לפיתוח מיומנויות מעשיות, שעות קבועות אלו מעניקות לתלמידים מבנה ליום העבודה שלהם, עוזרות להם לתכנן ולנהל את זמנם, ומאפשרות עבודה קבוצתית ואינטראקציה חברתית. עם זאת, המגיפה אילצה את המחלקות לפיזיקה להעריך מחדש גישה זו כמעט בן לילה, ולעצב מחדש במהירות ניסויים לעולם מקוון.
כמה אוניברסיטאות בעלות משאבים טובים יותר הצליחו לספק לסטודנטים ערכות אישיות בעוד שאחרות הסתמכו על הדגמות וידאו. מחלקה אחת (שמעוניינת להישאר בעילום שם) הציעה לחלק מהבוגרים שלהם מפגשי מעבדה מרוחקים חברתיים, פנים אל פנים, בעוד שאחרות לקחו חלק בעבודת מעבדה וירטואלית מקוונת. גישה זו, אמנם עתירת משאבים ומאתגרת, אך סיפקה תוצאות מעניינות.
ההנחה הייתה שלסטודנטים העובדים באינטרנט תהיה חוויה פחות חשובה מאלה במעבדה. עם זאת, התברר שאותם תלמידים נהנו לעבוד בעצמם - במיוחד מכיוון שהם עדיין יכלו ליצור אינטראקציה עם אחרים כדי להחליף רעיונות באמצעות פורומי צ'אט. כתוצאה מכך, מחלקה זו החליטה להמשיך בגישה זו להוראת מעבדה דיגיטלית.
עבור חלק מהתלמידים עם סגנונות למידה או צרכים מסוימים, מעבדות וירטואליות פשוט יעילות יותר. האוניברסיטה הפתוחה - שגורמת לסטודנטים שלה לעשות ניסויים באופן וירטואלי דרך האוניברסיטה הפתוחה OpenSTEM Labs ממשק - גילתה גם ששיטה זו מאפשרת לתלמידים ללמוד מהטעויות שלהם. במעבדות הוראה אישיות, לעתים קרובות אין זמן לעשות שגיאות או לחזור על ניסויים כפי שהיית עושה במחקר אמיתי. פלטפורמות וירטואליות מציעות את הגמישות הזו ומספקות משוב על טעויות באמצעות עדכון חי.
עבור תואר עתידי בפיזיקה, גישה היברידית - עם שילוב של ניסויים וירטואליים וניסויים אישיים - נראית חיונית. תלמידים יכולים, למשל, להיכנס לאינטרנט כדי לתכנן את הניסויים שלהם לפני השיעור, כך שהזמן שלהם במעבדה יהיה ממוקד יותר ויכלול יותר עבודה קבוצתית. הם ירוויחו מהיתרונות המעשיים והחברתיים של חוויית המעבדה האמיתית, תוך שיפור הלמידה העצמאית שלהם.
זמן מופחת במעבדה יהיה גם זול יותר לאוניברסיטאות ויפנה שטח מעבדה חיוני לפעילויות אחרות. אנו יודעים שפיזיקה היא קורס תואר יקר והכללת ניסויים וירטואליים באיכות גבוהה, במיוחד לקראת תחילתו של תואר בפיזיקה, עשויה להיות חיונית כדי להראות שאוניברסיטה מקדימה את העקומה בהשוואה לאחרים.
5. איך מושכים ותומכים בקהילה מגוונת של תלמידים וצוות בפיזיקה?
רוב העסקים מבינים שכוח עבודה מגוון ומכיל יכול להוביל לרעיונות טובים יותר, קבלת החלטות והצלחה. הם מבינים את החשיבות של הגעה למאגר כישרונות רחב יותר כדי למשוך את הבוגרים הטובים ביותר, ולבחון את תהליכי הגיוס וסביבות העבודה שלהם כדי להבטיח שהם מכילים יותר.
האוניברסיטאות צריכות לעשות את אותו הדבר. ההשכלה הגבוהה היא אולטרה-תחרותית, כאשר קורסי תואר נמדדים ומוערכים יותר ויותר על סמך הצלחת תעסוקת בוגרים ודירוגי שביעות רצון של סטודנטים. האוניברסיטאות צריכות להבטיח שהן מספקות סביבה מכילה באמת כדי למשוך ולתמוך טוב יותר בסטודנטים מוכשרים מכל הרקע, ולאפשר להם למצות את מלוא הפוטנציאל שלהם.
באופן ספציפי, האוניברסיטאות צריכות לעשות יותר עבור קבוצות מיוצגות בתת, כולל אנשים עם מוגבלויות, אלה מקהילות מיעוטים ואלה מרקע סוציו-אקונומי נמוך יותר. ואכן, תלמידים עם קשיים בתקשורת חברתית, כולל הפרעת הספקטרום האוטיסטי, נמצאו על ידי בריטניה איגוד שירותי ייעוץ קריירה לתארים מתקדמים להיות ה הסבירות הנמוכה ביותר מבין כל קבוצות המוגבלויות תהיה בעבודה במשרה מלאה והסבירות הגבוהה ביותר להיות מובטלת. זה מדאיג במיוחד פיזיקאים מכיוון שהנתונים מצביעים על כך שתלמידים עם ליקוי חברתי או תקשורתי נפוץ יותר בתוכניות פיזיקה מכל מקצוע אחר לתואר ראשון.
אז מה אנחנו יכולים לעשות כדי לתמוך בסטודנטים באוניברסיטה עם מוגבלויות וצרכי למידה? בעוד שתלמידי בית ספר מקבלים בדרך כלל תכנית חינוך, בריאות וטיפול (EHCP), סטודנטים לתואר ראשון אינם מוערכים באופן אוניברסאלי בדרך זו. וגם כאשר מידע על מוגבלות או צרכי למידה של סטודנט נמסר לאוניברסיטה, הוא לרוב אינו מועבר עם צוותי ההוראה והמחלקות בגלל חששות בסודיות.
לכן יש להכשיר את הצוות כדי שיוכלו לזהות בעיות, ולהפנות את הסטודנטים לתואר ראשון לעזרה ותמיכה רלוונטיים. אנחנו גם צריכים למצוא דרכים לשתף מידע על צרכי הלמידה של הסטודנטים כשהם נרשמים לאוניברסיטה, תוך עידוד הסטודנטים עצמם להצהיר על כל מוגבלות שיש להם.
תארים בפיזיקה צריכים גם לעשות הרבה יותר כדי למשוך תלמידים מרקעים מגוונים על ידי הרחבת הזדמנויות גישה למשוך את הכישרונות הטובים ביותר. חלה התקדמות מסוימת, כאשר לרוב המחלקות לפיזיקה כבר יש ועדות ומדיניות מבוססות לשוויון, גיוון והכלה (EDI). עם זאת, עלינו לוודא שגם הצוות עצמו מגיע ממגוון רחב של רקעים. הם משמשים כמודל לחיקוי וכמנטורים, וחשוב שהצוות ייקח חלק ביוזמות EDI. אבל עלינו להימנע מלגרום לאלה שהגיעו מקבוצות מיוצגות בעצמם לשאת בעצמם את כל האחריות לפתרון בעיות גיוון. העצמת צוות נוסף להיות אחראי לנושאי גיוון פירושה שהעבודה לא מושלכת רק על כמה "מומחים" אלא היא משותפת לאנשים רבים.
אז מה מציע תואר בפיזיקה של העתיד?
עם שוק העבודה המשתנה, הצמיחה של הטכנולוגיה הדיגיטלית ומודעות רבה יותר לנושאי גיוון, תארים בפיזיקה צריכים להתפתח.
מעסיקים רוצים יותר ויותר בוגרים עם עבודת צוות טובה וכישורי פתרון בעיות, ואפשר לספק אותם באמצעות תארים אקדמיים בפיזיקה קפדניים. למעשה, עסקים לא רוצים שתארים בפיזיקה יהיו "מטומטמים" בשום אופן. במקום זאת, מחנכים צריכים לשקול כיצד ניתן להטמיע מיומנויות אלו בתוך תכנית הלימודים כדי להכין את התלמידים ליישם טוב יותר את הידע שלהם בעבודה.
יתרה מזאת, ברחבי מגזר ההשכלה הגבוהה, מוקמות דרכים חדשות להוראה ומודלים אוניברסיטאיים שונים כדי למשוך ולספק את הצרכים של כל הסטודנטים. הגישות החדשות הללו לעיצוב תכניות לימודים - יחד עם שינויים בתהליך ההסמכה של IOP - מציעות רעיונות כיצד התואר בפיזיקה יכול להתפתח כדי לצייד כל סטודנט במיומנויות ובידע הדרושים לשוקי תעסוקה עתידיים.
