Standardy nauczania fizyki dla wielostopniowego systemu studiów Włodzimierz Salejda wlodzimierz.salejda@pwr.wroc.pl Instytut Fizyki Wydział Podstawowych Problemów Technik Politechniki Wrocławskiej XV Konferencja „Nauczanie fizyki w uczelniach technicznych” Kraków, 1-4 lipca 2007

Plan wystąpienia Źródła, akty prawne i krótka historia standardów Treści i efekty kształcenia kursów fizyki w znowelizowanych projektach standardów Wnioski, podsumowanie, propozycje

Źródła, akty prawne i krótka historia standardów (1) Deklaracja i proces boloński — zainicjowany 19 VI 1999 r. spotkaniem ministrów edukacji 29 krajów Europy, którzy podpisali Deklarację Bolońską (DB); kolejne konferencje ministrów ds. szkolnictwa wyższego: Praga (18-19.05.2001), Berlin (18-19.09.2003), Bergen (19-20.05.2005). Główny cel: stworzenie Europejskiego Obszaru Szkolnictwa Wyższego. Deklaracja Bolońska oraz dokumenty podpisane na ww. konferencjach określają zadania, których realizacja ma zapewnić wysoką jakość kształcenia poprzez harmonizację procesu edukacji w szkolnictwie wyższym krajów uczestniczących w PB (obecnie jest ich 45).

Źródła, akty prawne i krótka historia standardów (2) Rozporządzenie Ministra Edukacji Narodowej i Sportu w sprawie określenia standardów nauczania dla poszczególnych kierunków studiów i poziomów kształcenia — 18 IV 2002 (Dz. U. Nr 116, poz. 1004) podpisane przez minister Krystynę Łybacką otwiera historię standardów kształcenia w polskim systemie szkolnictwa wyższego. Próby nowelizacji ww. standardów w 2004 i 2005 r — Marek Sawicki — minister, prof. Tadeusz Szulc — sekretarz stanu, RGSzW, poprzednia Konferencja, prof. Danuta Bauman

Źródła, akty prawne i krótka historia standardów (3) Ustawa Prawo o szkolnictwie wyższym — 27 VII 2005 (Dz.U. z 2005 r. Nr 164, poz. 1365); obowiązuje od 1 IX 2005. Na mocy zapisów ww. Ustawy standardy kształcenia określa minister właściwy do spraw szkolnictwa wyższego w drodze rozporządzenia (art. 9, pkt 2), a przedstawia je ministrowi Rada Główna Szkolnictwa Wyższego (art. 45, ust., 2 pkt. 1).

Źródła, akty prawne i krótka historia standardów (4) Kontynuacja prac nad nowelizacją standardów w 2006 r — prof. Michał Seweryński — minister MEiN oraz MNiSzW, prof. Stefan Jurga — sekretarz stanu w ww. ministerstwach, prof. Jerzy Błażejowski — przewodniczący RGSzW, eksperci RGSzW.

Źródła, akty prawne i krótka historia standardów (5) W 2006 r MNiSzW wydało ważne akty prawne: Rozporządzenie w sprawie nazw 118 kierunków z 13 VI 2006 — ustala listę kierunków studiów, które należy prowadzić w dwustopniowym systemie; kierunki studiów polskich uczelni technicznych odbywają się w systemie dwustopniowym. Rozporządzenie w sprawie warunków, jakie muszą spełniać jednostki organizacyjne uczelni, aby prowadzić studia na określonym kierunku i poziomie kształcenia z 26 VII 2006 — ustala m.in. minima kadrowe dla I i II stopni kształcenia oraz dla obecnych jednolitych studiów magisterskich. Rozporządzenie w sprawie warunków i trybu przenoszenia osiągnięć studenta z 3 X 2006 — punkt 2 paragrafu 2 stwierdza: Jeden punkt ECTS odpowiada efektom kształcenia, których uzyskanie wymaga od przeciętnego studenta 25-30 godzin pracy.

Znowelizowane projekty standardów (19 II 2007) Na webstronie RGSzW są dostępne zmodyfikowane standardy kształcenia dla wszystkich 118 kierunków studiów. Prof. J. Błażejowski w specjalnym liście informuje, że: ●  usunięto informacje o tytule zawodowym uzyskiwanym po ukończeniu studiów (z "Wymagań ogólnych") jak również dotyczące konieczności realizacji 50% treści technicznych na studiach inżynierskich (z "Innych wymagań" — została przeniesiona do części wspólnej standardów); ● uzupełniono standardy o treści kształcenia oraz umiejętności i kompetencje z zakresu technologii informacyjnej (w "Innych wymaganiach"  nie zaakceptowano umieszczenia tej informacji w części wspólnej standardów); ●  rozwinięto nazwy skrótów  na przykład: ECTS, FEANI, ● wprowadzono konieczne zmiany szczegółowe w kilku standardach wynikające z dostrzeżonych błędów lub propozycji skierowanych ze strony środowiska akademickiego oraz różnych instytucji. Obecnie 118 standardów jest w sferze uzgodnień między ministerialnych. Przewidywany termin ukazania się rozporządzenia wprowadzającego standardy kształcenia lato 2007.

Znowelizowane projekty standardów kształcenia na kierunkach technicznych Architektura i urbanistyka. Automatyka i robotyka. Biotechnologia. Budownictwo. Elektronika i telekomunikacja. Elektrotechnika. Energetyka. Geologia. Górnictwo i geologia. Gospodarka przestrzenna. Informatyka. Inżynieria biomedyczna. Inżynieria chemiczna i procesowa Inżynieria materiałowa. Inżynieria środowiska. Matematyka (brak treści i efektów kształcenia w zakresie fizyki). Mechatronika. Mechanika i budowa maszyn. Metalurgia. Lotnictwo i kosmonautyka. Ochrona środowiska. Technologia chemiczna. Transport. Zarządzanie (brak treści i efektów kształcenia w zakresie fizyki). Zarządzanie i inżynieria produkcji.

Architektura i urbanistyka Analiza treści i efektów kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (1) Architektura i urbanistyka Projekt standardu proponuje kształcenie w zakresie fizyki budowli (30 h) o następujących treściach: Właściwości cieplno-wilgotnościowe konstrukcji przegród budowlanych. Podstawowe zjawiska dotyczące oświetlenia światłem dziennym i sztucznym. Akustyka – propagacja w przestrzeni otwartej, akustyka wnętrz, izolacyjność akustyczna przegród. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje (absolwenta): uwzględniania wymagań cieplno-wilgotnościowych; projektowania architektonicznego ochrony przeciwdźwiękowej i odpowiedniego oświetlenia.

Matematyka, Zarządzanie Analiza treści i efektów kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (2) Matematyka, Zarządzanie Projekt standardu dla tych kierunków nie zawiera treści kształcenie w zakresie fizyki oraz efektów kształcenia rozumianych jako umiejętności i kompetencje absolwenta. W dalszym ciągu analizie będzie poddanych 23 projektów z pominięciem dwóch ww. kierunków

Analiza treści i efektów kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (3) Szczegółowe treści kształcenia poszczególnych projektów przeanalizowano ze względu na zdefiniowane lub nie zagadnienia z zakresu 5 tradycyjnych działów fizyki: Mechanika klasyczna Termodynamika Ruch falowy Elektrodynamika Fizyka współczesna

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (4) Mechanika klasyczna Kinematyka i dynamika – (20/23) treści nie zawierają standardy 3 kierunków: Architektura i urbanistyka, Energetyka, Transport. Grawitacja – (14/23) treści nie zawierają standardy 9 kierunków: Architektura i urbanistyka, Automatyka i robotyka, Energetyka, Geologia, Inżynieria chemiczna i procesowa, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Transport. Mechanika płynów – (11/23) treści nie zawierają standardy 12 kierunków: Architektura i urbanistyka, Automatyka i robotyka, Elektronika i telekomunikacja, Energetyka, Informatyka, Inżynieria chemiczna i procesowa, Inżynieria materiałowa, Lotnictwo i kosmonautyka, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (5) Mechanika klasyczna Kinematyka i dynamika, grawitacja mechanika płynów – wszystkie trzy tematyczne części mechaniki klasycznej są przedmiotem treści standardów 11 kierunków: Biotechnologia, Budownictwo, Elektrotechnika, Gospodarka przestrzenna, Górnictwo i geologia, Informatyka, Inżynieria biomedyczna, Inżynieria środowiska, Mechatronika, Ochrona środowiska, Technologia chemiczna.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (6) Termodynamika fenomenologiczna – 15/23 Standardy 8 kierunków: Automatyka i robotyka, Energetyka, Informatyka, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Lotnictwo i kosmonautyka, Zarządzanie i inżynieria produkcji nie mają treści z zakresu termodynamiki.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (7) Ruch drgający, fale – 20/23 Standardy 3 kierunków: Biotechnologia, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji nie mają treści z ww. zakresu. Standardy 10 kierunków: Architektura i urbanistyka, Automatyka i robotyka, Budownictwo, Energetyka, Gospodarka przestrzenna, Informatyka, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Lotnictwo i kosmonautyka ograniczają treści jedynie do podstaw akustyki. Automatyka i robotyka, Energetyka, Informatyka, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Lotnictwo i kosmonautyka, Zarządzanie i inżynieria produkcji ograniczają się do zagadnień dotyczących podstaw akustyki.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (8) Elektromagnetyzm a) Optyka geometryczna i falowa — 21/23; standardy 2 kierunków: Architektura i urbanistyka oraz Inżynieria chemiczna i procesowa nie zawierają ww. treści. b) Elektryczność i magnetyzm — 20/23; standardy 3 kierunków: Architektura i urbanistyka, Energetyka oraz Technologia chemiczna nie uwzględniają ww. treści.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (9) Fizyka współczesna a) Elementy mechaniki kwantowej — 14/23. Kierunki, których standardu nie zawierają treści kształcenia w analizowanym zakresie: Architektura i urbanistyka, Biotechnologia (?), Elektrotechnika (?), Energetyka, Gospodarka przestrzenna, Inżynieria środowiska, Mechatronika (?), Ochrona środowiska, Zarządzanie i inżynieria produkcji.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (10) Fizyka współczesna b) Fizyka ciała stałego — 14/23. Standardy 9 kierunków nie zawierają treści w rozważanym zakresie: Architektura i urbanistyka, Biotechnologia, Energetyka, Gospodarka przestrzenna, Górnictwo i geologia, Informatyka, Ochrona środowiska, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji. Zwraca uwagę brak konsekwencji u twórców standardów dla kierunków: Elektrotechnika, Inżynieria środowiska, Mechatronika i Ochrona środowiska, które nie zawierają treści w zakresie mechaniki kwantowej ale włączają elementy fizyki ciała stałego (!) Elementy wiedzy z tego zakresu przewidują treści i efekty kształcenia na stopniu II.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (10) Fizyka współczesna c) Elementy fizyki jądrowej – 15/23; standardy, które nie zawierają ww. treści kształcenia: Architektura i urbanistyka, Automatyka i robotyka, Biotechnologia (?), Lotnictwo i kosmonautyka, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji. d) Elementy kinematyki i mechaniki relatywistycznej – 12/23; standardy, które nie zawierają ww. treści kształcenia: Architektura i urbanistyka, Biotechnologia, Budownictwo, Elektrotechnika, Gospodarka przestrzenna, Informatyka (?), Inżynieria środowiska, Mechatronika, Ochrona środowiska, Technologia chemiczna, Zarządzanie i inżynieria produkcji.

Treści kształcenia w projektach standardów dla I stopnia (11) Fizyka współczesna e) Fizyka atomowa – 8/23. Kierunki zawierające dyskutowane treści kształcenia: Automatyka i robotyka, Energetyka, Inżynieria biomedyczna, Inżynieria chemiczna i procesowa, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia, Zarządzanie i inżynieria produkcji. f) Budowa materii – 6/23. Kierunki zawierające dyskutowaną treść kształcenia: Elektronika i telekomunikacja, Górnictwo i geologia, Inżynieria chemiczna i procesowa, Inżynieria materiałowa, Mechanika i budowa maszyn, Metalurgia.

Efekty kształcenia w projektach standardów dla I stopnia Nazwa umiejętności/kompetencji określonych standardem Liczba standardów zawierających umiejętności/kompetencje Procentowy udział Wykonywanie pomiaru, określanie podstawowych wielkości fizycznych 17 74% Rozumienie/analiza/opis praw, zjawisk i procesów fizycznych w przyrodzie Wykorzystywania praw przyrody w technice i życiu codziennym 11 44% Rozwiązywania zagadnień z zakresu techniki w oparciu o prawa fizyki 4 17%

Treści i efekty kształcenia w projektach standardów dla II stopnia (1) Projekty standardów dwóch kierunków: Energetyka oraz Górnictwo i geologia przewidują treści i efekty kształcenia w zakresie fizyki. Energetyka Kształcenie w zakresie fizyki kwantowej (30) Treści kształcenia: Granice fizyki klasycznej, relacje Heisenberga. Reguły działań na amplitudach – doświadczenia fundamentalne. Determinizm kwantowy. Przykłady rozwiązań równania Schroedingera. Kwantowanie momentu pędu. Spin. Symetria i zasady zachowania. Wybrane zagadnienia mechaniki kwantowej. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: rozumienia zjawisk i procesów fizycznych w przyrodzie; wykorzystania praw przyrody w technice i życiu codziennym. ●       

Treści i efekty kształcenia w projektach standardów dla II stopnia (2) Projekty standardów dwóch kierunków: Energetyka oraz Górnictwo i geologia przewidują treści i efekty kształcenia w zakresie fizyki. Górnictwo i geologia Kształcenie w zakresie fizyki współczesnej (30) Treści kształcenia: Elementy mechaniki kwantowej: równanie Schrödingera, studnia potencjału, tunelowanie przez barierę potencjału, spin, efekt Zeemana. Lasery. Wiązania międzyatomowe i międzycząsteczkowe w ciele stałym. Struktura ciał stałych. Statystyki kwantowe. Elektrony w ciele stałym – struktura pasmowa, metale, półprzewodniki, izolatory, nadprzewodniki. Siły jądrowe. Przemiany jądrowe. Efekty kształcenia – umiejętności i kompetencje: wykorzystywania wiedzy z zakresu fizyki w badaniach z obszaru górnictwa i geologii.

Liczby godzin fizyki w projektach standardów dla I stopnia studiów; średnia arytmetyczna 63 h

Udział liczby godzin fizyki w całkowitej liczbie godzin przeznaczonych na treści podstawowe w projektach standardów dla I stopnia studiów

Udział liczby godzin fizyki w całkowitej liczbie godzin przeznaczonych na treści podstawowe w projektach standardów dla I stopnia studiów

Udział liczby godzin fizyki w całkowitej liczbie godzin studiów na kierunkach technicznych wg. projektów standardów dla I stopnia studiów

Liczby godzin fizyki w nowych planach I stopnia studiów na kierunkach w Politechnice Wrocławskiej

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (0) Proponowane przez obecne projekty standardów treści kształcenia w zakresie fizyki są mocno zróżnicowane, co skutecznie uniemożliwia mobilność studentów między kierunkami studiów w uczelniach technicznych. Jest to ich zasadnicza wada!

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (1) 1. Na wyróżnienie zasługują standardy I stopnia studiów kierunków: Elektronika i telekomunikacja, Geologia, Górnictwo i geologia, które zawierają obszerne, merytoryczne treści z podstawowych 5 działów fizyki. Z tego punktu widzenia najpełniej odpowiadają one idei kształcenia podstawowego w zakresie fizyki studentów wyższych szkół technicznych.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (2) 2. Projekty standardów tylko 2 kierunków: Górnictwo i geologia oraz Energetyka określają treści i efekty kształcenia z zakresu fizyki dla II stopnia studiów!

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (3) 3. Duża liczba standardów I stopnia studiów kierunków technicznych ogranicza kursy fizyki do wybranych treści z tradycyjnych 5 działów, którymi są: mechanika, termodynamika, ruch falowy, elektrodynamika, fizyka współczesna lub pomija określone działy fizyki (przykłady najbardziej dobitne to standardy kierunków: Architektura i urbanistyka, Biotechnologia, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji).

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (4) 4. Za wysoce niewłaściwy należy uznać standard 30 godzinnego kursu fizyki budowli dla kierunku Architektura i urbanistyka. Jest on pośród innych pod każdym względem wyjątkowy, bardzo wąsko pomyślany, a jego treści odbiegają znacznie od wszystkich pozostałych. W rzeczywistości jest to mocno specjalistyczny kurs nie mający nic wspólnego z ideą kształcenia podstawowego w zakresie fizyki.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (5) 5. Proponowane przez standardy I stopniu studiów technicznych przewidują na kursy fizyki minimalne liczby godzin począwszy od największej 90 godzin (Biotechnologia, Elektronika i telekomunikacja, Górnictwo i geologia), poprzez 75 i 60, aż do najmniejszych 45 godzin (Budownictwo, Informatyka, Geologia, Ochrona Środowiska). Średnia arytmetyczna obliczona na podstawie danych zebranych w Tabeli 4 wynosi 63, jeśli odnosimy to do 23 kierunków. Wobec dramatycznie niskiego poziomu wiedzy i umiejętności w zakresie fizyki absolwentów szkół ponadgimnazjalnych jest to zdecydowanie za mało.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (6) 6. Udział liczby godzin kursów fizyki w liczbie godzin przewidzianych na realizacje treści podstawowych waha się od 9,4% w przypadku Lotnictwa i kosmonautyki, 9,5 % na kierunku Inżynieria środowiska, poprzez 13,3% na Technologii chemicznej, około 16%–17% na – kierunkach Mechanika i budowa maszyn, Mechatronika, Metalurgia, Transport Zarządzanie i inżynieria produkcji, aż po 25% na kierunkach Energetyka oraz Geologia.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (7) 7. Udział liczby godzin kursów fizyki w całkowitej liczbie godzin studiów I stopnia waha się od 1,2% w przypadku Architektury i urbanistyki, 1,8% na kierunku Budownictwo, 2% na kierunku Informatyka poprzez około 2,5% na m.in. kierunkach Mechanika i budowa maszyn, Mechatronika, Metalurgia, Transport, Zarządzanie i inżynieria produkcji, aż do 3,6% na kierunku Elektronika i telekomunikacja i 4,1% na kierunku Geologia (zalecana minimalna liczba godzin studiów: 2200). W tym kontekście zaskakuje dalsze zmniejszenie, przez autorów standardów, liczby godzin kursów fizyki. Oszczędności należało i należy szukać gdzie indziej.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (8) 8. W grupie podstawowych treści kształcenia dla I stopnia studiów technicznych powinny znaleźć się treści kształcenia dotyczące matematyki i fizyki oraz chemii i/lub informatyki. Autorzy projektów zaliczyli do treści podstawowych treści kształcenia z zakresu przedmiotów kierunkowych. Wątpliwości budzi przyporządkowanie treściom podstawowym kierunkowych treści kształcenia na kilku kierunkach: Inżynieria biomedyczna, Gospodarka przestrzenna, Budownictwo, Elektrotechnika, Górnictwo i geologia, Inżynieria środowiska. Tylko na 4 kierunkach studiów technicznych Automatyka i robotyka 2400/330/33/60/18,2%/2,5%, Biotechnologia 2500/390/32/90/23,1%/3,6% , Inżynieria chemiczna i procesowa 2500/360/36/60/17%/2,4% oraz Inżynieria materiałowa 2400/300/30/60/20%/2,5% nie ma treści kierunkowych w grupie treści podstawowych.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (9) Nazwa kierunku; a (godz. studiów)/b (godz. podst.)/c (ECTS)/d (godz. fizyki)/(d/b)/(d/a) Grupa treści podstawowych Treści kształcenia w zakresie Gospodarka przestrzenna 2200/360/34/45/12,5%/1,8% Statystyki 30 h Ekonomii 30 h Geografii ekonomicznej 30 h Rysunku technicznego i planistycznego 45 h Socjologii 30 h Historii urbanistyki 30 h Grafiki inżynierskiej 45 h Prawoznawstwa 15h Inżynieria środowiska 2400/630/64/60/9,5%/2,5% Biologii i ekologii 60 h Ochrony środowiska 30 h Rysunku technicznego i geometrii wykreślnej 30 h Informatycznych podstaw projektowania 60 h Termodynamiki technicznej 45 h Mechaniki płynów 45 h Materiałoznawstwa 30 h Mechaniki i wytrzymałości materiałów 30 h Budownictwa 30 h Hydrologii oraz nauk o Ziemi 30 h

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (10) 10. Na wyjątkowo wysokim poziomie wymagań wobec wykładowcy/nauczyciela akademickiego i studentów jest postawiona propozycja uwzględnienia treści związanych z ogólną teorią względności w standardach dwóch kierunków studiów technicznych Elektrotechnika i Mechatronika.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (11) 11. Wysoce wybiórczy charakter i wąski zakres treści kształcenia w ramach kursów fizyki jest wynikiem braku merytorycznych konsultacji między autorami standardów a fizykami i nauczycielami akademickimi prowadzącymi zajęcia z tego przedmiotu. Jest to także konsekwencją nieznajomości przez autorów standardów realiów funkcjonowania polskiego systemu oświaty.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (12) 12. Potrzeba opracowania krajowego kanonu kształcenia w zakresie fizyki dla I i II stopnia studiów kierunków studiów technicznych. Kanon pozwoliłby określić: a) treści kształcenia z podstawowych 5 dziedzin fizyki, b) efekty kształcenia rozumiane jako: wiedza, umiejętności i kompetencje współczesnego inżyniera w zakresie fizyki zgodne z tworzoną krajową strukturą kwalifikacji.

Wnioski, podsumowanie, propozycje ... (13) 13. Opracowanie elektronicznych materiałów dydaktycznych do asynchronicznego wspomagania kształcenia studentów kierunków technicznych w zakresie fizyki. Kształcenie na odległość wspomagałoby studiowanie fizyki umożliwiając wykorzystanie nowoczesnych (narzędzi i środków) technologii informacyjnych w dydaktyce fizyki na uczelniach technicznych.

Dziękuję za uwagę

Andrzej Waligórski (1926-1992) „Ulisses” Pełno wrzawy i rwetesu, Krzyków "w imię ojca", Bo przywieźli do GS-u "Ulissesa" Jojsa. Mieli przywieźć transport misek I skrzynkę ratafii, A tu nagle ten "Ulisses", Żeby go szlag trafił [...] więcej na stronie http://www.waligorski.art.pl/liryka.php