Світ стикається з незліченною кількістю соціальних, екологічних та економічних проблем, які вимагають комплексних рішень, що поєднують знання та досвід у багатьох секторах. Вероніка Бенсон, Ендрю Мізуморі Херст та Вільям Уейкхем поясніть, чому дипломи з фізики потрібно змінити, щоб фізики могли краще вирішувати ці важливі проблеми
Світ завжди перебуває в стані змін – і не більше, ніж зараз. Очевидно, що нові технології, такі як телемедицина, цифрові платежі та промислова автоматизація, частково викликані пандемією COVID-19, розвиваються швидше, ніж будь-коли. Нам також потрібно знайти способи декарбонізації економіки, боротьби зі старінням населення та використання можливостей штучного інтелекту.
У світлі цих викликів надзвичайно важливо, щоб університети давали студентам потрібні знання та навички, щоб вони могли створювати та розвивати наступне покоління технологічних рішень для проблем завтрашнього дня. Завдяки унікальному поєднанню наукових знань високого рівня, рахунків і навичок вирішення проблем, фізики мають хороші можливості для задоволення цих потреб у широкому діапазоні високотехнологічних галузей.
Однак фізики часто недотягують до ширшого перекладацькі навички, такі як ефективне спілкування, робота в команді, креативність і здатність знаходити міждисциплінарні рішення складних проблем. Крім того, традиційні дипломи з фізики часто ігнорують той факт, що багато фізиків не закінчують академічних чи фізичних ролей. Натомість вони переходять у такі сфери, як виробництво, енергетика, фінанси та викладання, де їм доводиться застосовувати свої знання у спосіб, яким їх не вчили.
Забезпечити, щоб достатня кількість випускників фізики володіла правильним поєднанням навичок, є величезним викликом для педагогів. Тому приємно, що Інститут фізики (ІФН) переглянув його ступінь акредитації у 2022 році, щоб заохотити університети розробляти більш гнучкі ступені з фізики. Департаменти, які бажають отримати акредитацію IOP, тепер повинні виділити навички перекладу, приділяючи однакову увагу знанням і навичкам.
Нова основа має забезпечити кращу підготовку випускників фізиків до світу праці. Це дасть їм «кластери навичок» – комбінації перекладацьких і технічних навичок, які цінуються роботодавцями випускників і які можна використовувати в багатьох різних професіях. Це також заохочуватиме університети викладати й оцінювати в інноваційний спосіб. Наприклад, фізикам, які займаються фінансовими технологіями, кібербезпекою чи ІТ, знадобляться навички обробки даних і машинного навчання поряд із основним досвідом фізики.
Ми також спостерігаємо появу абсолютно нових освітніх моделей, які кидають виклик традиційній структурі ступенів. Мистецький експеримент Стенфордського університету Стенфорд 2025, а також UA92 в Манчестері і 01 Засновники в Лондоні, всі вони розроблені, щоб залучити студентів з більш різноманітним походженням і більше узгоджуватися з потребами роботодавців. Замість того, щоб просто зосереджуватися на тому, що вивчають студенти, вони все більше зосереджуються на тому, як студентів навчають і оцінюють.
Але як би виглядав ступінь з фізики, якби ми почали новий університет або новий курс повністю з нуля? Як ми можемо змінити дизайн курсів фізики, щоб вони більше відповідали навичкам, потрібним студентам-фізикам і роботодавцям? І які уроки ми можемо винести з того, як ступені були змушені адаптуватися під час пандемії? Які зміни були ефективними, а які ні?
Це були деякі з питань, які випускники рекрутерів та університетські фізики обговорювали під час серії вебінарів за підтримки IOP, які відбулися у 2021 році. Організовано британським South East Physics Network (SEPnet) і Академія промислової фізики «Біла троянда». (WRIPA), вебінари підняли кілька цікавих питань, які ми підсумовуємо тут. Оскільки пандемія COVID-19 відходить на другий план, ось п’ять важливих запитань, які ми повинні поставити собі, якщо ми хочемо створити ступінь фізики майбутнього.
1. Як ми навчимо студентів вирішувати відкриті, незнайомі проблеми?
Роботодавці хочуть мати випускників, які можуть вирішувати проблеми, які не обов’язково є чітко поставленими або лежать у конкретній науковій галузі. Однак ті, хто набирає фізиків, часто коментують, що кандидатам важко поставити відкриті запитання. Цей недолік може бути наслідком традиційної «модульної» природи ступенів з фізики, де кожне оцінювання перевіряє студентів лише на те, що вони знають з однієї конкретної теми.
Візьмемо, наприклад, оптику. Студентів часто навчають і оцінюють за такими темами, як дифракція та інтерферометрія, що означає, що вони знають лише те, як вирішувати запитання, сформульовані певним чином. Це метод навчання, який зміцнює «відокремлене мислення», коли учні не усвідомлюють або не знають, що оптика також має величезне значення для таких галузей, як робототехніка, передові системи допомоги водієві та охорона здоров’я.
Альтернативний підхід полягав би в тому, щоб студентів знайомили з кількома темами одночасно, з оцінюванням на основі всього попереднього навчання. Цей метод «на рівні програми» або «оцінювання портфоліо» може дозволити студентам налагодити нові зв’язки в різних сферах і допомогти їм більш творчо думати про шляхи вирішення незнайомих проблем.
Програми проблемного навчання (PBL) вже пропонують низка закладів, таких як Університет Маастріхту у Нідерландах і новий коледж кодування 01 Засновники у Великобританії. Студенти тут працюють у невеликих групах, щоб розв’язати реальні проблеми, які включають чотири основні принципи навчання. Вони будують знання на основі досвіду, а не на механічному вивченні («конструктивна освіта»), і застосовують знання та навички для вирішення суспільних проблем («навчання у відповідному контексті»). Тим часом «колективне навчання» та «самокерована освіта» означають, що учні вчаться у однолітків і починають керувати власною освітою.
З точки зору нашого майбутнього ступеня з фізики, програма PBL може означати, що студенти беруть участь в одному груповому проекті за семестр, під час якого вони застосовують свої знання для вирішення дослідницьких або технічних проблем, заснованих на глобальних викликах, які, можливо, створюють підприємства. Студенти розвиватимуть різноманітні навички, такі як управління проектами, написання звітів, спілкування та співпраця, а також навчаться творчо мислити для вирішення відкритих проблем.
Ми також вважаємо, що викладачі фізики можуть вчитися у своїх колег-інженерів. Занадто часто вважається, що фізики залишаться в академії, а студенти прагнуть отримати найкращі оцінки, а університети підкріплюють ідею, що академічна майстерність є єдиним важливим показником здібностей. Однак на неуніверситетських посадах вам потрібні не тільки академічні здібності, щоб досягти успіху.
Інженери набагато краще розуміють реалії роботи. Окрім використання різноманітних методів навчання, які зосереджені на застосуванні наукових принципів, багато інженерних ступенів набагато краще працюють у взаємодії з промисловістю та підготовці своїх студентів до різноманітних професій. Нам потрібен набагато більший внесок промисловості в наші майбутні ступені з фізики, щоб забезпечити випускників навичками, які потрібні бізнесу.
2. Як ми враховуємо різні стилі навчання учнів?
Улюбленим методом навчання в університетах, особливо з чистих наук, довгий час були традиційні лекції. Однак пандемія COVID-19 змусила кафедри спробувати різні підходи, зокрема онлайн-сесії. Це не було гладко, декотрим студентам навіть повернули плату за навчання через скарги на низьку якість навчання.
Але були й переваги. Наприклад, деякі студенти здаються більш залученими та частіше ставитимуть запитання в чаті, ніж якби лекція проходила очно. Цифрове навчання також допомогло людям з обмеженими можливостями або людям, які змушені довго їздити на роботу. Більше того, оскільки онлайн-лекції зазвичай записуються з примітками, можливість повернутися до записаного матеріалу пізніше може бути корисною для зміцнення навчання.
Однак надмірна залежність від онлайнових і записаних матеріалів може ускладнити студентам вибір і пріоритетність ресурсів, які їм потрібні. Крім того, деякі студенти не залучені до онлайн-навчання, просто «вимикаються» під час живих сесій. Без спілкування віч-на-віч студенти втрачають здатність взаємодіяти зі своїми однолітками та розвивати свої соціальні навички.
Спосіб навчання та навчання студентів також змінився. Вони рідко користуються підручниками, а бібліотеки зараз більше цінуються як простір для навчання, ніж як місце для доступу до навчальних матеріалів. Навчання стало більш важливим для студентів, щоб особисто зустрітися один з одним та співробітниками. Вони ідеально підходять для груп, які працюють разом над вирішенням проблем реального світу, підвищуючи їх працевлаштування, а також їхні соціальні навички.
Але справа не лише в студентах; академіки теж змінюються. Оскільки співробітники та студенти повернулися до кампусу, науковці визнали переваги гібридної форми навчання для залучення більшої кількості студентів. Спеціалізована пропозиція «типу Netflix», що передбачає як особисті, так і віртуальні сесії, може допомогти задовольнити більшу кількість індивідуальних навчальних потреб і вподобань студентів для охоплення того самого змісту.
3. Як ми можемо оцінити студентів на їх здатність долати труднощі та застосовувати свої знання?
Традиційно студентів-фізиків оцінювали за допомогою іспитів за «закритою книгою», коли вони сиділи в екзаменаційній залі протягом фіксованого періоду часу та перевірялися на всі їхні знання з одного конкретного предмету. Але з переходом до онлайн-навчання під час пандемії вчителі були змушені спробувати нові підходи, щоб краще зрозуміти здібності та потенціал учня.
Наприклад, у деяких випадках було запроваджено безперервне оцінювання за допомогою регулярних онлайн-тестів та «ігрофікації» для вимірювання прогресу та виявлення прогалин у розумінні. Цілком можливо, що в майбутньому різні методи онлайн-оцінювання (такі як рефлексивні журнали або клаптикове оцінювання) можна буде використовувати для оцінювання того самого навчального вмісту відповідно до бажаного стилю навчання студентів.
Але чи варто йти далі? Чому ми не оцінюємо учнів на основі їхньої глибини навчання (іншими словами, їхньої здатності переносити та застосовувати знання в різних контекстах), а не на їх здатності просто повторювати інформацію, щоб перейти до наступного рівня викладання?
Це вже альтернативна модель навчання існує в початкових школах, де учні різного віку сидять у різних групах залежно від їх здатності виконувати певні завдання відповідно до «рівня майстерності», а не розділені відповідно до віку. Учні повинні продемонструвати майстерність у модульних тестах, зазвичай досягаючи оцінки 80%, перш ніж переходити до нового завдання. Майстерність навчання можна визначити як рівень глибокого розуміння теми, який зберігається та може бути пригаданий з часом.
Навпаки, студентам університетів, які складають традиційні «підсумкові» тести, зазвичай потрібно отримати лише 50% іспитів, щоб перейти на наступний рік навчання. Проблема такого підходу полягає в тому, що учні часто отримують поверхневі та поверхневі знання. Більш того, вони часто забувають інформацію і не можуть застосувати її в різних контекстах. Це не добре для роботодавців, які хочуть випускників, які можуть робити більше, ніж просто запам’ятовувати факти та інформацію.
Якби модель, яка використовується в початковій школі, була прийнята в університеті, учні продовжували б цикл вивчення та тестування, доки не будуть досягнуті критерії майстерності. Тим, хто не досягає такого глибшого рівня розуміння, буде надана додаткова підтримка за допомогою, наприклад, репетиторства, навчання за допомогою рівних або дискусій у малих групах.
4. Чи можна використати технологію для покращення або заміни лабораторної роботи?
Коли справа доходить до експериментальної роботи, студентів традиційно змушують відвідувати очні лабораторні заняття, де вони прокладають свій шлях через конкретні, добре відомі експерименти. Крім розвитку практичних навичок, ці розкладені години дають студентам структуру їхнього робочого дня, допомагаючи їм планувати та керувати своїм часом, а також дозволяють групову роботу та соціальну взаємодію. Однак пандемія змусила факультети фізики майже миттєво переглянути цей підхід і швидко переробити експерименти для онлайн-світу.
Деякі університети з кращими ресурсами змогли надати студентам індивідуальні комплекти, тоді як інші покладалися на відеодемонстрації. Одна кафедра (яка бажає залишитися анонімною) запропонувала деяким своїм студентам соціально дистанційовані лабораторні заняття віч-на-віч, а інші брали участь у віртуальній лабораторії онлайн. Цей підхід, хоч і ресурсомісткий і складний, дав цікаві результати.
Було припущення, що студенти, які працюють в Інтернеті, матимуть менш цінний досвід, ніж студенти в лабораторії. Однак виявилося, що ті самі студенти люблять працювати самі – особливо тому, що вони все ще можуть спілкуватися з іншими, щоб обмінюватися ідеями через чат-форуми. У результаті цей відділ вирішив продовжити цей підхід до навчання в цифрових лабораторіях.
Для деяких студентів із особливим стилем навчання чи потребами віртуальні лабораторії просто ефективніші. Відкритий університет – який змушує своїх студентів робити експерименти віртуально через OpenSTEM Labs інтерфейс – також виявив, що цей метод дозволяє студентам вчитися на своїх помилках. У лабораторіях для особистого навчання часто немає часу робити помилки чи повторювати експерименти, як це було б у реальних дослідженнях. Віртуальні платформи пропонують таку гнучкість і надають відгуки про помилки через живу стрічку.
Для майбутнього ступеня фізика гібридний підхід – із поєднанням віртуальних та особистих експериментів – здається важливим. Студенти можуть, наприклад, вийти в Інтернет, щоб спланувати свої експерименти наперед заняття, щоб їхній час в лабораторії був більш зосередженим і включав більше групової роботи. Вони отримають практичні та соціальні переваги досвіду реальної лабораторії, а також покращать своє незалежне навчання.
Скорочення часу в лабораторії також буде дешевшим для університетів і звільнить життєво важливий лабораторний простір для інших видів діяльності. Ми знаємо, що фізика є дорогим курсом, і включення високоякісних віртуальних експериментів, особливо на початку здобуття ступеня з фізики, може бути життєво важливим, щоб показати, що університет випереджає інші.
5. Яким чином ви залучаєте та підтримуєте різноманітну спільноту студентів і співробітників, які займаються фізикою?
Більшість компаній розуміють, що різноманітна та всеохоплююча робоча сила може привести до кращих ідей, прийняття рішень і успіху. Вони усвідомлюють важливість охоплення ширшого резерву талантів для залучення найкращих випускників, а також перегляду своїх процесів найму та робочого середовища, щоб переконатися, що вони більш інклюзивні.
Університети мають робити те саме. Вища освіта є надзвичайно конкурентоспроможною, курси здобуття ступеня все частіше вимірюються та оцінюються на основі успішності працевлаштування випускників і рейтингів задоволеності студентів. Університети повинні забезпечити справді інклюзивне середовище, щоб краще залучати та підтримувати талановитих студентів із будь-якого походження та дати їм змогу повністю реалізувати свій потенціал.
Зокрема, університети повинні робити більше для недостатньо представлених груп, включаючи людей з обмеженими можливостями, представників меншин і людей з нижчого соціально-економічного становища. Дійсно, студенти з труднощами соціальної комунікації, включаючи розлад спектру аутизму, були виявлені Великобританією Асоціація консультаційних служб випускників з питань кар’єри бути найменша ймовірність з усіх груп інвалідності мати повний робочий день і, швидше за все, будуть безробітними. Це викликає особливе занепокоєння для фізиків, оскільки дані свідчать про те, що студенти з соціальними або комунікативними порушеннями є такими частіше зустрічається в програмах з фізики ніж будь-який інший предмет бакалаврату.
Отже, що ми можемо зробити, щоб підтримати студентів з обмеженими можливостями та навчальними потребами? У той час як учні шкіл зазвичай отримують план освіти, охорони здоров’я та догляду (EHCP), студенти не завжди оцінюються таким чином. І навіть коли інформація про інвалідність або навчальні потреби студента надається університету, вона часто не передається викладачам і кафедрам через побоювання щодо конфіденційності.
Тому персонал потрібно навчити, щоб він міг виявляти проблеми та спрямовувати студентів на відповідну допомогу та підтримку. Нам також потрібно знайти способи обміну інформацією про навчальні потреби студентів, коли вони вступають до університету, водночас заохочуючи самих студентів заявляти про будь-які вади, які вони мають.
Ступені з фізики також повинні зробити набагато більше, щоб залучити студентів з різних професій розширення можливостей доступу для залучення найкращих талантів. Був досягнутий певний прогрес, оскільки більшість факультетів фізики вже мають добре сформовані комітети та політику з рівності, різноманітності та інклюзії (EDI). Однак ми повинні переконатися, що самі співробітники також належать до різних професій. Вони є прикладом для наслідування та наставниками, і важливо, щоб співробітники брали участь в ініціативах EDI. Але ми повинні уникати того, щоб ті, хто належить до малопредставлених груп, самі брали на себе всю відповідальність за вирішення проблем різноманітності. Розширення можливостей персоналу відповідати за питання різноманітності означає, що робота не буде покладена на кількох «спеціалістів», а поділяється багатьма людьми.
Отже, що пропонує ступінь фізики майбутнього?
У зв’язку зі зміною ринку праці, розвитком цифрових технологій і більшою обізнаністю про проблеми різноманітності, ступені фізики повинні розвиватися.
Роботодавці дедалі більше хочуть випускників, які володіють хорошими навичками роботи в команді та вирішення проблем, і це можливо забезпечити за допомогою академічних ступенів з фізики. Насправді підприємства не хочуть, щоб дипломи з фізики будь-яким чином «заглушали». Натомість педагоги повинні розглянути, як ці навички можна включити в навчальний план, щоб підготувати учнів до кращого застосування своїх знань на роботі.
Крім того, у секторі вищої освіти встановлюються нові способи навчання та різні моделі університетів, щоб залучити та задовольнити потреби всіх студентів. Ці нові підходи до розробки навчального плану – разом зі змінами в процесі акредитації IOP – пропонують ідеї щодо того, як ступінь фізики може розвиватися, щоб озброїти кожного студента навичками та знаннями, необхідними для майбутніх ринків праці.
