Kompetanse for kvalitet Varig videreutdanning i fysikk for lærere 30 studiepoeng Godkjent av studienemnda ved Universitetet for miljø- og biovitenskap 2. Juni 2009 1
Studieplan varig videreutdanning i fysikk 30 sp (del 1) 3 Innledning... 3 Innhold:... 3 Formål:... 4 Målgruppe:... 4 Organisering:... 4 Opptakskrav:... 4 Målområder... 5 Fagkompetanse innen kjerneområdene i fysikk... 5 Arbeidsmåter og metodikk i fysikk... 5 Fagdidaktisk kompetanse i fysikk... 5 Innhold, arbeidsformer og vurdering... 6 Beskrivelse av emnene som inngår i varig videreutdanning i fysikk 30 studiepoeng (del 1):... 6 Introduksjonsemnet i skolefysikk (10 studiepoeng)... 6 Generell fysikkdidaktikk (5 studiepoeng)... 7 Mekanikk, bølger og optikk med laboratoriearbeid (15 studiepoeng)... 7 Litteratur... 8 2
Studieplan varig videreutdanning i fysikk 30 sp (del 1) Innledning Fysikkfaget i skolen står overfor en utfordring, både når det gjelder å få tak i godt kompetente lærere som forstår fagets egenart og evner å formidle denne, og når det gjelder å tiltrekke seg elever. Fysikk er et fag der en spørrende, selvstendig og kritisk tenkning står i sentrum, og har en viktig plass i vesentlige samfunnsspørsmål, spesielt spiller fysikk en sentral rolle i vår tids miljøutfordringer. Elevene møter også fysikk ofte i mediebildet. Skolen trenger derfor lærere med en solid faglig kompetanse og en forståelse for fagets egenart og betydning. Dette gir gode forutsetninger for å legge til rette for å bygge oppunder elevenes utforskertrang, og for å stimulere elevene til kritisk tenkning. En viktig utfordring er å hjelpe elevene til å skape sammenheng mellom fysikkens teorier, tenkemåter og metodikk, og skape forståelse for fagets historie og utvikling. En viktig del av studiet er å utvikle forståelse for hvordan en kommer frem til ulike typer matematiske modeller, deres bruksområder og begrensninger, og hvordan de henger sammen med den naturvitenskapelige forståelsen vi har i dag. Fysikkfaget har et vidt perspektiv fra undring over eksistensielle spørsmål til forståelse av fenomener i naturen til teknologisk utvikling og innovasjon. En forståelse for sammenhengen mellom teknologisk utvikling og muligheten for å finne nye svar og ikke minst nye spørsmål er essensiell i forståelsen av fysikkfaget og bør gjenspeiles i skolefaget. Samtidig må faget også kunne settes i et mer problematiserende lys, hvor anvendelsen av teorier fra fysikk kan skape problemer. For at elevene skal oppleve fysikkfaget som noe som angår dem, er det nødvendig at de selv får mulighet til å oppdage fysikkfaglige sammenhenger i situasjoner som oppfattes som relevante i hverdagen, i fysikkfaget, eller i arbeid med mer sammensatte problemstillinger. For å legge til rette for dette er det viktig å ha en åpen og forskende innfallsvinkel til faglige problemstillinger. Skolen trenger lærere som kan legge til rette for en virkelighetsnær og anvendt vinkling på fysikkfaget. Innhold: Studiet gir solid fysikkfaglig kompetanse innenfor klassisk mekanikk (kinematikk og dynamikk), gravitasjon, relativistisk mekanikk, svingninger, bølger, fysikalsk og geometrisk optikk. I tillegg gir studiet en innføring i skolefysikk, med vekt på eksperimentelt arbeid og fysikkdidaktikk. Studiet danner også grunnlaget for ytterligere 30 studiepoeng i fysikk (del 2), og til sammen gir del 1 og 2 undervisningskompetanse i programfagene fysikk 1 og fysikk 2. Med 60 studiepoeng i fysikk får studenten undervisningskompetanse i programfagene fysikk 1 og fysikk 2. UMBs varige videreutdanning i fysikk med 60 studiepoeng vil, med ytterligere 20 studiepoeng i fysikk, danne grunnlag for opptak til videre studier på mastergradsnivå innen fysikk eller i fagdidaktikk i realfag ved UMB. 3
Formål: Studiet skal bidra til å gi lærere en solid kompetanse innen kjerneemnene i fysikk og en fagdidaktisk kompetanse med vekt på knytte fagets teori og utforskende egenart til elevenes erfaringsverden, både fra naturen og dagsaktuelle spørsmål. I studiet skal studenten: Oppnå faglig kompetanse innen fysikkens kjerneområder. Forstå fagets arbeidsmåter, tenkemåter og historie. Utvikle en fagdidaktisk kompetanse, gjennom aktiv bruk og analyse av hverdagsforestillinger i aktuelle fysikkemner. I tillegg se sammenhenger mellom fag, elevens erfaringsverden og muligheter og utfordringer ved anvendelse av fysikk. Målgruppe: Lærere i videregående skole eller ungdomsskolen som ønsker å undervise i programfagene fysikk 1 og fysikk 2 og fysikkdelen av naturfag i videregående skole. Organisering: Studiet foregår gjennom hele skoleåret. Eksamen kommer i tillegg. Vurderingsformen er beskrevet under hvert emne. Undervisningen foregår som 2 dagssamlinger pr. uke (tirsdag og torsdag) med forelesninger, laboratorieøvelser, regneøvelser, gruppearbeid og selvstudium. I tillegg kommer egenstudier. Studiet er supplert med nettbaserte kollokvier og veiledning. Studentene skal også ha praksisopplæring i fysikk i skolen. Praksisopplæringen fordeles utover hele skoleåret og knytter studiet direkte til de reelle undervisningssituasjonene i faget i skolen. Opptakskrav: Minimum 30 studiepoeng matematikk. 4
Målområder Deltakernes kompetanse omfatter: Fagkompetanse innen kjerneområdene i fysikk Kjerneområdene omfatter krefter og bevegelse, arbeid og energi, kvantefysikk, kjernefysikk, relativitetsteori, elektrisitet og magnetisme, termofysikk og strålingsfysikk. Dette introduseres i introduksjonsemnet i skolefysikk. I tillegg inneholder fagkompetansen: Mekanikk; kinematikk og dynamikk, bølger, relativitet og gravitasjon, samt fysikalsk og geometrisk optikk. Arbeidsmåter og metodikk i fysikk Kritisk holdning til undersøkelser og påstander og trening i å argumentere for løsninger på fysikkfaglige problemstillinger. Forståelse for fysikkfagets bruk av matematikk og hvordan matematikken brukes til å modellere virkeligheten. Innsikt i at fysikk er en del av kulturarven, og at faget må ses i et historisk perspektiv. Innsikt i fagets eksperimentelle natur. Fagdidaktisk kompetanse i fysikk Fysikkfaget: Modeller, idealiseringer, tankeeksperimenter: ulike typer modeller i fysikk, betydningen av idealiseringer og tankeeksperimenter med eksempler fra vitenskapshistorien. Matematikkens rolle i fysikk Bruk av IKT i datainnhentning, bearbeiding og modellering (simuleringer) Eksperimenter i fysikk: Ulike hensikter med praktisk arbeid og eksperimenter, organisering og rammer, åpne vs. lukkede forsøk; etablere sammenheng mellom erfaring og teori og gjennom muntlig og skriftlig aktivitet. Representasjonsformer spiller en viktig rolle både som faglige pedagogiske verktøy i elevenes læring og som modeller, eksperimenter og simuleringer. Fysikk i samfunnet: Fysikk og teknologi: Teknologi har tette bånd til fysikk, men er samtidig et eget felt Fysikk i media: Hvordan bringe inn dagsaktuelle temaer og problemstillinger i undervisningen? Disse er ofte knyttet til kontroverser og interessekonflikter i skjæringspunktet mellom fag, etikk og politikk, og hvor den fysikkfaglige kunnskapen kan være forbundet med usikkerhet mht. relevans eller gyldighet. 5
Innhold, arbeidsformer og vurdering Studiet er et deltidsstudium med 30 studiepoeng fordelt over ett skoleår. Studiet inkluderer introduksjonsemnet i skolefysikk, dessuten fysikkdidaktikk, optikk, klassisk og relativistisk mekanikk samt laboratoriekurs i fysikk. Studiet legger grunnlaget for videre oppbygging av undervisningskompetanse i fysikk i påfølgende studieår, der emnene termofysikk og elektromagnetisme måleteknikk, optikk og sensorer, kvantefysikk, videregående laboratorieemne og et selvvalgt fysikkemne inngår. Ved UMB er det estimerte timetallet for 30 studiepoeng totalt 900 timer. Studiet er bygd opp av følgende emner: Semester Navn St.p. Dager H09 Skolefysikk introduksjonsemne 10 Tirsdag og torsdag Generell fysikkdidaktikk (tas over ett eller to år) 5 V10 Mekanikk, bølger og optikk Laboratoriekurs 15 Tirsdag og torsdag Beskrivelse av emnene som inngår i varig videreutdanning i fysikk 30 studiepoeng (del 1): Introduksjonsemnet i skolefysikk (10 studiepoeng) Innhold: I introduksjonsemnet i skolefysikk blir det lagt vekt på å gi en praksisnær introduksjon til fysikkfaget i skolen. Emnet tar for seg sentrale deler av det faglige innholdet i skolefysikken; krefter og bevegelse, arbeid og energi, kvantefysikk, kjernefysikk, relativitetsteori, elektrisitet og magnetisme, termofysikk og strålingsfysikk. Disse vil bli gjennomgått med en tydelig fagdidaktisk vinkling, og i stor grad introduseres ved praktiske og eksperimentelle oppgaver og demonstrasjoner og forsøk. Det blir fokusert på ulike måter å legge opp praktisk arbeid på og vurdering av læringsutbyttet i forhold til fagets egenart og kompetansemålene i læreplanen. Emnet skal bidra til erfaring i empirisk modellering ved bruk av dataloggingsutstyr, og mekanistisk modellering ved bruk av modelleringsverktøyet Modellus, SimReal, ParAbel og PCkalkulator. Arbeidsformer: Undervisningen er lagt opp som forelesninger, laboratorieøvelser, regneøvelser, gruppearbeid og selvstudium. Vurdering: Vurderingen foregår som underveisvurdering av innleverte laboratorierapporter, innleveringsoppgaver og en sluttvurdering i form av en praktisk-muntlig eksamen. 6
Generell fysikkdidaktikk (5 studiepoeng) Innhold: I fysikkdidaktikken blir det lagt vekt på aktiv bruk av kjennskap til elevenes hverdagsforestillinger, herunder ulike typer faglig dialog og hvordan en møter innspill fra elevene, og didaktisk refleksjon omkring praktisk arbeid. Utforskende arbeidsmetoder er også tema. Variert bruk av ulike representasjonsformer (eksperimentell, gester, visuell, verbalspråklig (muntlig og skriftlig), illustrasjoner og ligninger) er både sentrale verktøy i faget og utgjør ulike grader av hverdagsrealisme og abstraksjon. Fysikk er både produkt (en samling med etablert kunnskap i form av teorier, modeller og begreper), prosess og virksomhet i samfunnet. Disse dimensjonene ved faget blir konkretisert når fysikk inngår i nyhetsoppslag. Bruk av nyheter i media gir en mulighet til å aktualisere og problematisere faget og ta opp spørsmål som er viktige for elevene. Emnet vil ta opp konkrete måter å gjøre dette på. Arbeidsformer: Emnet er en integrert del av introduksjonsemnet i skolefysikk. I tillegg inkluderer emnet praksis i en fysikklasse. Til sentrale deler av fysikkfaget må studentene observere og prøve ut hvordan fysikkfaget blir lagt til rette for læring i skolen, i tråd med læreplanene, sentrale læremiddel og skolens rammer. Studentene skal legge ut 10 praksisrapporter á 1 til 3 sider bestående av observasjoner eller skisser av gjennomførte undervisningsopplegg med tilhørende refleksjoner over undervisnings og læringsprosessene i timen. De 10 praksisrapportene skal fortløpende legges ut i læringsplattformen. Praksisrapportene er en obligatorisk aktivitet der alle rapportene må være godkjent før avslutning av emnet. Vurdering: Underveisvurdering skjer gjennom praksisrapportene. I forbindelse med praksisopplæringen skal det også leveres inn en fagdidaktisk oppgave. Denne danner grunnlaget for sluttvurderingen i faget. (*For studenter som skal ta 60 studiepoeng fordypning i fysikk kan emnet avsluttes etter to år) Mekanikk, bølger og optikk med laboratoriearbeid (15 studiepoeng) Innhold: Kinematikk og dynamikk: Partikkeldynamikk, partikkelsystemers mekanikk, todimensjonal dynamikk til stive legemer, bevaringslover (energi, bevegelsesmengde, spinn), fluidmekanikk. Bølger: Mekaniske bølger og lydbølger. Periodiske bølger, bølgehastighet, energitransport i bølgebevegelse. Interferens, superposisjon, og grensebetingelser. Bølger på en streng. Svevninger. Dopplereffekt. Relativitet: Fysiske lover i treghetssystemer, samtidighet, lengdekontraksjon og tidsdilatasjon. Lorentztransformasjoner. Relativistisk bevegelsemengde, energi og arbeid. Ekvivalensprinsippet. Dopplereffekten for elektromagnetiske bølger. Gravitasjon: Newtons gravitasjonslov, potensiell energi i tyngdefelt, satelitt- og planetbevegelse. Keplers lover. Fysikalsk og geometrisk optikk. Arbeidsformer: Forelesninger hvor sentrale begreper, teori er og eksempler gjennomgås. Studentene arbeider videre med temaene for forelesningene i dagssamlinger. Dette arbeidet er organisert som regneøvelser og veiledede kollokvier som belyser bruk av og forståelse av teorier og sentrale begreper. I tillegg forutsettes det selvstudium og fri kollokvering, nettbaserte kollokvier og veiledning. Laboratoriearbeid hvor en får ferdighet i bruk av vitenskapelig utstyr og i planlegging og gjennomføring av eksperimenter, og rapportskriving. Hver øvelse starter med et felles 7
innledningsseminar med gjennomgang og diskusjon av teori, utstyr og fremgangsmåte. Deretter deles studentene i tomannsgrupper som gjennomgår teori og oppgaver for å forberede seg på øvelsen. Gruppene gjennomfører deretter øvelsen i laboratoriet. Øvelsen og etterarbeid gjøres ferdig i laboratoriet, slik at hver øvelse avsluttes laboratoriedagen. Alt arbeidet skal loggføres i en egen loggbok. Vurdering: Tre skriftlige prøver av maksimalt 1 times varighet tas gjennom studiet. Loggboka samles inn etter at alle øvelser er utført og rapportert. Det skal lages rapport fra utvalgte laboratorieøvelser. Loggboka, arbeidet i laboratoriet og alle rapporter må godkjennes før eksamen. En 5 timers avsluttende eksamen danner grunnlag for karakteren i emnet. Litteratur Litteraturlisten vil foreligge før kursets oppstart. 8