미래를 위한 물리학 학위 구축: 대답해야 할 다섯 가지 핵심 질문

세상은 항상 유동적인 상태에 있으며 지금만큼은 아닙니다. 부분적으로 COVID-19 팬데믹에 의해 촉발된 원격 의료, 디지털 지불, 산업 자동화와 같은 신기술이 그 어느 때보다 빠르게 움직이고 있음이 분명합니다. 우리는 또한 경제를 탈탄소화하고 인구 노령화에 대처하며 인공 지능의 힘을 활용할 방법을 찾아야 합니다.

이러한 도전에 비추어 볼 때, 대학은 학생들이 미래의 문제에 대한 차세대 기술 솔루션을 만들고 개발할 수 있도록 올바른 지식과 기술을 제공하는 것이 중요합니다. 높은 수준의 과학 지식, 수리력 및 문제 해결 기술의 고유한 조합을 통해 물리학자는 광범위한 하이테크 산업에서 이러한 요구를 충족할 수 있는 좋은 위치에 있습니다.

그러나 물리학자들은 종종 더 넓은 의미에서 부족합니다. 번역 기술, 효과적인 의사 소통, 팀 작업, 창의성 및 복잡한 문제에 대한 학제 간 솔루션을 찾는 능력과 같은. 게다가 전통적인 물리학 학위는 종종 많은 물리학자들이 학문적 또는 물리학 관련 역할로 끝나지 않는다는 사실을 간과합니다. 대신 그들은 제조, 에너지, 금융 및 교육과 같은 분야로 이동하여 배운 적이 없는 방식으로 지식을 적용해야 합니다.

충분한 수의 물리학 졸업생이 올바른 기술 조합을 갖도록 보장하는 것은 교육자들에게 큰 도전입니다. 따라서 Institute of Physics(IOP)가 학위 인증 대학이 보다 유연한 물리학 학위를 설계하도록 장려하기 위해 2022년 프레임워크. IOP 인증을 원하는 부서는 이제 지식과 기술을 동등하게 강조하면서 번역 기술을 더욱 두드러지게 만들어야 합니다.

새로운 프레임워크는 물리학 졸업생이 직업 세계에 더 잘 대비할 수 있도록 보장해야 합니다. 졸업생 고용주가 높이 평가하고 다양한 직업에서 사용할 수 있는 번역 및 기술 기술의 조합인 "기술 클러스터"를 제공합니다. 또한 대학이 혁신적인 방식으로 가르치고 평가하도록 장려할 것입니다. 예를 들어 금융 기술, 사이버 보안 또는 IT로 향하는 물리학자는 핵심 물리학 전문 지식과 함께 데이터 과학 및 기계 학습 기술이 필요합니다.

우리는 또한 전통적인 학위 구조에 도전하는 완전히 새로운 교육 모델의 출현을 목격하고 있습니다. 스탠포드 대학의 사고 실험 스탠포드2025, 만큼 잘 UA92 맨체스터에서 01 창립자 런던에서는 모두 다양한 배경을 가진 학생들을 유치하고 고용주의 요구에 보다 밀접하게 부합하도록 설계되었습니다. 학생들이 무엇을 배우는가보다 학생들이 어떻게 가르치고 평가하는지에 점점 더 초점을 맞추고 있습니다.

그러나 우리가 처음부터 새로운 대학이나 새로운 과정을 시작한다면 물리학 학위는 어떤 모습일까요? 물리학 학생과 고용주가 필요로 하는 기술에 더 근접하게 일치하도록 물리학 과정을 어떻게 재설계할 수 있습니까? 그리고 대유행 기간 동안 학위가 적응하도록 강요받은 방식에서 우리는 어떤 교훈을 배울 수 있습니까? 어떤 변경 사항이 효과적이었고 어떤 변경 사항이 효과적이지 않았습니까?

이는 2021년에 개최된 일련의 IOP 지원 웨비나에서 졸업생 채용 담당자와 대학 물리학자들이 논의한 문제 중 일부였습니다. 사우스 이스트 물리학 네트워크 (SEPnet) 및 화이트로즈산업물리학원 (WRIPA), 웨비나에서 제기된 몇 가지 흥미로운 문제를 여기에 요약했습니다. COVID-19 전염병이 배경으로 사라지면서 미래의 물리학 학위를 만들려면 스스로에게 물어봐야 할 다섯 가지 중요한 질문이 있습니다.

1. 학생들에게 개방형, 생소한 문제를 해결하도록 어떻게 가르칩니까?

고용주는 반드시 잘 제기되지 않았거나 특정 과학 분야에 속하지 않는 문제를 해결할 수 있는 졸업생을 원합니다. 그러나 물리학자를 채용하는 사람들은 후보자들이 개방형 질문에 어려움을 겪는다고 종종 언급합니다. 이러한 단점은 각 평가가 하나의 특정 주제에 대해 학생들이 알고 있는 것에 대해서만 테스트하는 물리학 학위의 전통적인 "모듈식" 특성 때문일 수 있습니다.

예를 들어 광학을 사용하십시오. 학생들은 종종 회절 및 간섭계와 같은 주제로 가르치고 평가합니다. 즉, 특정 방식으로 틀이 잡힌 질문을 해결하는 방법만 알 수 있습니다. 그것은 광학이 로봇 공학, 첨단 운전자 지원 시스템 및 의료와 같은 영역과도 매우 관련이 있다는 것을 학생들이 깨닫지 못하거나 알지 못하는 "고립된 사고"를 강화하는 교육 방법입니다.

대안적인 접근 방식은 모든 이전 학습을 기반으로 한 평가와 함께 학생들이 한 번에 여러 주제를 소개받는 것입니다. 이 "프로그램 수준" 또는 "포트폴리오 평가" 방법은 학생들이 다양한 영역에서 새로운 연결을 만들고 생소한 문제를 해결하는 방법에 대해 더 창의적으로 생각하도록 도울 수 있습니다.

문제 기반 학습(PBL) 프로그램은 이미 여러 기관에서 제공하고 있습니다. 마스 트리 히트 대학 네덜란드, 그리고 새로운 코딩 대학 01 창립자 영국에서. 이곳의 학생들은 네 가지 주요 학습 원칙을 통합하는 실제 문제를 해결하기 위해 소그룹으로 작업합니다. 그들은 기계적인 학습("건설적 교육")보다는 경험을 통해 지식을 구축하고 지식과 기술을 사회적 과제에 적용합니다("관련 맥락에서의 학습"). 한편, '집단 학습'과 '자기주도 교육'은 학생들이 또래들로부터 배우고 스스로 교육을 관리하기 시작하는 것을 의미합니다.

미래의 물리학 학위 측면에서 PBL 프로그램은 학생들이 학기당 하나의 그룹 프로젝트에 참여하는 것을 의미할 수 있으며, 이 기간 동안 학습 내용을 적용하여 비즈니스에서 제기할 수 있는 글로벌 과제를 기반으로 연구 또는 기술 문제를 해결합니다. 학생들은 개방형 문제를 해결하기 위해 창의적으로 생각하는 법을 배우는 것뿐만 아니라 프로젝트 관리, 보고서 작성, 의사 소통 및 협업과 같은 다양한 기술을 개발할 것입니다.

우리는 또한 물리 교육자들이 공학 분야의 동료들로부터 배울 수 있다고 생각합니다. 너무 자주 물리학자들은 학계에 남을 것이라고 가정합니다. 학생들은 최고 성적을 얻기 위해 노력하고 대학은 학문적 우수성이 능력의 유일한 중요한 척도라는 생각을 강화합니다. 그러나 대학 이외의 역할에서 성공하려면 학업 능력 이상의 것이 필요합니다.

엔지니어는 작업의 현실을 훨씬 더 잘 알고 있습니다. 과학 원리의 적용에 중점을 둔 다양한 교육 방법을 사용할 뿐만 아니라 많은 공학 학위는 업계에 참여하고 학생들이 다양한 직업에 대비할 수 있도록 훨씬 더 잘 수행합니다. 졸업생들이 기업에서 필요로 하는 기술을 갖출 수 있도록 하려면 미래의 물리학 학위에 훨씬 더 많은 업계 정보가 필요합니다.

2. 학생들의 다양한 학습 스타일을 어떻게 설명합니까?

대학, 특히 순수 과학에서 선호하는 교육 방법은 오랫동안 전통적인 강의였습니다. 그러나 COVID-19 전염병으로 인해 부서는 온라인 세션을 포함하여 다른 접근 방식을 시도해야 했습니다. 일부 학부생들은 등록금의 질이 좋지 않다는 불만으로 등록금을 환불받기도 하는 등 순조롭지 않았습니다.

그러나 이점이 있습니다. 예를 들어, 일부 학생들은 대면 강의보다 채팅 상자에 더 참여하고 질문할 가능성이 더 높습니다. 디지털 학습은 또한 약간의 장애가 있거나 통근 시간이 긴 사람들에게 도움이 되었습니다. 또한 온라인 강의는 일반적으로 메모와 함께 녹음되기 때문에 나중에 녹음된 자료로 돌아갈 수 있는 기능은 학습 강화에 도움이 될 수 있습니다.

그러나 온라인 및 녹음된 자료에 지나치게 의존하면 학생들이 필요한 리소스를 선택하고 우선순위를 정하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 또한 일부 학생들은 온라인 학습에 참여하지 않고 라이브 세션 중에 단순히 "전원을 끕니다". 대면 상호 작용이 없으면 학생들은 동료들과 상호 작용하고 사회적 기술을 키울 수 있는 능력을 잃게 됩니다.

학부생들이 공부하고 배우는 방식도 바뀌었습니다. 교과서를 거의 사용하지 않는 반면, 도서관은 이제 학습 자료에 접근하는 곳보다 공부하는 공간으로 더 가치 있게 여겨집니다. 튜토리얼은 학생들이 서로 그리고 교직원을 직접 만나는 것이 더 중요해졌습니다. 그들은 그룹이 실제 문제를 해결하기 위해 협력하여 고용 가능성과 사회적 기술을 향상시키는 데 적합합니다.

그러나 그것은 단지 학생들에 관한 것이 아닙니다. 학계도 변하고 있다. 교직원과 학생들이 캠퍼스로 돌아오면서 학자들은 더 많은 학부생을 참여시키기 위한 하이브리드 형태의 교육의 이점을 인정했습니다. 대면 및 가상 세션을 모두 제공하는 맞춤형 "Netflix 유형" 제안은 동일한 콘텐츠를 다루기 위해 더 많은 학생의 개별 학습 요구 및 선호도를 충족하는 데 도움이 될 수 있습니다.

3. 학생들이 도전 과제를 해결하고 지식을 적용하는 능력을 어떻게 평가할 수 있습니까?

전통적으로 물리학 학생들은 정해진 시간 동안 시험장에 앉아 특정 주제에 대해 알고 있는 모든 것을 테스트하는 "비공개 책" 시험을 통해 평가를 받았습니다. 그러나 팬데믹 기간 동안 온라인 학습으로 전환함에 따라 교육자들은 학생의 능력과 잠재력을 더 잘 이해하기 위해 새로운 접근 방식을 시도해야 했습니다.

예를 들어 진행 상황을 측정하고 이해의 격차를 강조하기 위해 정기적인 온라인 퀴즈와 "게임화"를 통해 지속적인 평가가 도입되었습니다. 미래에는 다양한 온라인 평가 방법(반성 저널 또는 패치워크 평가 등)을 사용하여 학생들이 선호하는 학습 스타일에 맞게 동일한 학업 콘텐츠를 평가할 수 있습니다.

하지만 더 나아가야 할까요? 다음 교육 수준으로 진행하기 위해 단순히 정보를 역류시키는 능력이 아니라 학습의 깊이(즉, 다른 맥락에서 학습을 전달하고 적용하는 능력)에 따라 학생들을 평가하지 않는 이유는 무엇입니까?

이 대체 학습 모델은 이미 초등학교에 존재하며, 다양한 연령대의 학생들이 연령에 따라 분리되지 않고 "숙달 수준"에 상응하는 특정 작업을 수행하는 능력에 따라 다른 그룹에 앉습니다. 학습자는 새 작업으로 이동하기 전에 일반적으로 80%를 달성하는 단위 테스트 숙달을 입증해야 합니다. 숙달 학습은 유지되고 시간이 지남에 따라 회상할 수 있는 주제에 대한 깊은 이해 수준으로 정의할 수 있습니다.

이와는 대조적으로 전통적인 "요약" 시험을 치르는 대학생들은 일반적으로 다음 학년으로 진학하기 위해 시험에서 50%만 맞으면 됩니다. 이 접근법의 문제점은 학생들이 종종 피상적이고 피상적인 지식으로 끝난다는 것입니다. 게다가 그들은 종종 정보를 잊어버리고 다른 상황에 적용할 수 없습니다. 사실과 정보를 암기하는 것 이상을 할 수 있는 졸업생을 원하는 고용주에게는 좋지 않습니다.

초등학교에서 사용되는 모델이 대학 환경에서 채택되면 학생들은 숙달 기준이 충족될 때까지 학습과 시험의 주기를 계속할 것입니다. 이러한 더 깊은 이해 수준에 도달하지 못한 사람들은 예를 들어 튜터링, 동료 지원 학습 또는 소그룹 토론을 통해 추가 지원을 받게 됩니다.

4. 실험실 작업을 향상시키거나 대체하기 위해 기술을 사용할 수 있습니까?

실험 작업과 관련하여 학부생은 전통적으로 잘 알려진 특정 실험을 통해 작업하는 대면 실험실 세션에 참석해야 합니다. 실용적인 기술을 개발할 뿐만 아니라 이러한 시간표 시간은 학생들이 근무일을 체계화하고 시간을 계획 및 관리하고 그룹 작업 및 사회적 상호 작용을 허용하도록 돕습니다. 그러나 전염병으로 인해 물리학 부서는 거의 하룻밤 사이에 이 접근 방식을 재평가하고 온라인 세계에 대한 실험을 빠르게 재구성해야 했습니다.

자원이 더 좋은 일부 대학은 학생들에게 개별 키트를 제공할 수 있었고 다른 대학은 비디오 시연에 의존했습니다. 한 학과(익명을 원함)는 일부 학부생에게 사회적 거리두기, 대면 연구 세션을 제공했고 다른 학과는 온라인으로 가상 연구실 작업에 참여했습니다. 이 접근 방식은 자원 집약적이고 도전적이지만 흥미로운 결과를 제공했습니다.

온라인으로 작업하는 학생들은 실험실에서 작업하는 학생들보다 덜 가치 있는 경험을 할 것이라고 가정했습니다. 그러나 바로 그 학생들이 스스로 작업하는 것을 즐겼다는 것이 밝혀졌습니다. 특히 채팅 포럼을 통해 다른 사람들과 교류하면서 아이디어를 교환할 수 있었기 때문입니다. 결과적으로 이 부서는 디지털 랩 교육에 대한 이러한 접근 방식을 계속 유지하기로 결정했습니다.

특정 학습 스타일이나 요구 사항이 있는 일부 학생의 경우 가상 랩이 더 효과적입니다. Open University – 학생들이 가상으로 실험을 하게 하는 대학 OpenSTEM 연구소 인터페이스 – 또한 이 방법을 통해 학생들은 실수로부터 배울 수 있습니다. 대면 강의실에서는 실제 연구에서와 같이 오류를 범하거나 실험을 반복할 시간이 없는 경우가 많습니다. 가상 플랫폼은 이러한 유연성을 제공하고 라이브 피드를 통해 실수에 대한 피드백을 제공합니다.

미래의 물리학 학위를 위해서는 가상 실험과 대면 실험이 혼합된 하이브리드 접근 방식이 필수적으로 보입니다. 예를 들어, 학생들은 온라인에 접속하여 수업 전에 실험을 계획하여 실험실에서의 시간이 더 집중되고 더 많은 그룹 작업을 포함하도록 할 수 있습니다. 그들은 실제 실험실 경험의 실용적이고 사회적인 이점을 얻는 동시에 독립적인 학습을 향상시킬 것입니다.

연구실에서의 시간 단축은 또한 대학에 더 저렴하고 다른 활동을 위한 중요한 연구실 공간을 확보할 것입니다. 물리학은 비용이 많이 드는 학위 과정이며, 특히 물리학 학위를 시작할 때 고품질 가상 실험을 포함하는 것은 대학이 다른 대학에 비해 앞서 있음을 보여주는 데 중요할 수 있습니다.

5. 다양한 물리학 학생 및 교직원 커뮤니티를 어떻게 유치하고 지원합니까?

대부분의 기업은 다양하고 포용적인 인력이 더 나은 아이디어, 의사 결정 및 성공으로 이어질 수 있음을 이해합니다. 그들은 최고의 졸업생을 유치하기 위해 더 넓은 인재 풀에 도달하는 것의 중요성과 채용 프로세스 및 작업 환경을 검토하여 더 포괄적이 되도록 하는 것이 중요하다는 것을 깨닫습니다.

대학도 똑같이 해야 합니다. 고등 교육은 매우 경쟁적이며 학위 과정은 대학원 취업 및 학생 만족도 평가의 성공 여부에 따라 점차 측정되고 평가됩니다. 대학은 모든 배경의 재능 있는 학생들을 더 잘 유치 및 지원하고 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 진정으로 포용적인 환경을 제공해야 합니다.

특히 대학은 장애인, 소수자 커뮤니티, 사회경제적 배경이 낮은 사람들 등 소외 계층을 위해 더 많은 일을 해야 합니다. 실제로 자폐 스펙트럼 장애를 포함한 사회적 의사소통 장애가 있는 학생들은 영국의 대학원 진로 자문 서비스 협회 너는 모든 장애 그룹 중에서 풀타임 고용 가능성이 가장 낮음 그리고 실업자가 될 가능성이 가장 높습니다. 자료에 따르면 사회적 또는 의사소통 장애가 있는 학생은 물리학 프로그램에서 더 일반적으로 발견됨 그 어떤 학부과목보다

그렇다면 장애와 학습이 필요한 대학생을 지원하기 위해 무엇을 할 수 있을까요? 학교 학생에게는 일반적으로 EHCP(교육, 건강 및 관리 계획)가 제공되지만 학부생은 이러한 방식으로 보편적으로 평가되지 않습니다. 그리고 학생의 장애 또는 학습 요구에 대한 정보가 대학에 제공되더라도 기밀 유지 문제 때문에 교직원 및 부서와 공유되지 않는 경우가 많습니다.

따라서 교직원은 문제를 파악하고 학부생에게 관련 도움과 지원을 제공할 수 있도록 교육을 받아야 합니다. 우리는 또한 학생들이 대학에 등록할 때 학습 요구 사항에 대한 정보를 공유하는 동시에 학생들이 자신이 가진 장애를 선언하도록 권장하는 방법을 찾아야 합니다.

물리학 학위는 다양한 배경을 가진 학생들을 유치하기 위해 더 많은 일을 해야 합니다. 최고의 인재를 유치하기 위한 접근 기회 확대. 대부분의 물리학과에는 이미 확립된 EDI(Equality, Diversity & Inclusion) 위원회 및 정책이 있어 약간의 진전이 있었습니다. 그러나 우리는 직원들 자신도 다양한 배경을 가지고 있는지 확인해야 합니다. 그들은 역할 모델이자 멘토 역할을 하며 직원이 EDI 이니셔티브에 참여하는 것이 중요합니다. 그러나 우리는 소수자 집단의 사람들이 다양성 문제를 해결하는 데 모든 책임을 지는 것을 피해야 합니다. 더 많은 직원이 다양성 문제에 대해 책임을 지도록 권한을 부여한다는 것은 작업이 소수의 "전문가"에게만 맡겨지는 것이 아니라 많은 사람들이 공유한다는 것을 의미합니다.

그렇다면 미래의 물리학 학위는 무엇을 제공합니까?

변화하는 고용 시장, 디지털 기술의 성장 및 다양성 문제에 대한 인식이 높아지면서 물리학 학위도 발전해야 합니다.

고용주는 우수한 팀워크와 문제 해결 능력을 갖춘 졸업생을 점점 더 원하고 있으며 학문적으로 엄격한 물리학 학위를 통해 이러한 능력을 제공할 수 있습니다. 사실, 기업은 물리학 학위가 어떤 식으로든 "무시"되는 것을 원하지 않습니다. 대신 교육자는 학생들이 직장에서 지식을 더 잘 적용할 수 있도록 준비시키기 위해 이러한 기술을 커리큘럼에 어떻게 포함시킬 수 있는지 고려해야 합니다.

또한 고등 교육 부문 전반에 걸쳐 모든 학생의 요구를 충족하고 유치하기 위해 새로운 교육 방식과 다양한 대학 모델이 ​​설정되고 있습니다. 커리큘럼 설계에 대한 이러한 새로운 접근 방식은 IOP 인증 프로세스의 변경과 함께 모든 학생이 미래 고용 시장에 필요한 기술과 지식을 갖출 수 있도록 물리학 학위가 어떻게 발전할 수 있는지에 대한 아이디어를 제공합니다.