Faculty of Mathematics and Physics

12. Učitelství fyziky-matematiky pro SŠ

Garantující pracoviště: Katedra didaktiky fyziky
Odpovědný učitel: Doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc.
Garant za pedagogiku a psychologii: Doc. PhDr. Isabella Pavelková, CSc., Pedagogická fakulta UK

Charakteristika studijního oboru:
Magisterské studium připravuje učitele kombinace fyzika-matematika pro střední školy. Navazuje na bakalářské studium, z něhož si student přinesl základní odborné znalosti potřebné pro výuku těchto předmětů na střední škole. Studium vedle některých náročnějších partií matematiky a fyziky zahrnuje zejména profesní přípravu (pedagogicko-psychologické předměty, základy školního managementu, didaktiky obou předmětů, metody řešení úloh, praktika školních pokusů, pedagogická praxe). Široká nabídka volitelných předmětů a volba tématu diplomové práce (z fyziky nebo z matematiky) umožňuje studentům rozšířit si vzdělání v oblastech, které je zajímají.

Cíle studia:
Cílem je vychovat kvalitní středoškolské učitele fyziky a matematiky, velmi dobře připravené po odborné i profesní stránce. Rozvinout jejich osobnost, aby uměli jak zaujmout žáky pro své předměty, tak je vést a vychovávat po lidské stránce. Z absolventů by měli vyrůst učitelé, kteří dokáží podněcovat své žáky k aktivní práci, budou s nimi schopni komunikovat i mimo svou odbornost, budou se chtít sami dále rozvíjet a zvládnou měnící se roli učitele v dnešním i budoucím světě.

Profil absolventa:
Absolvent je plně kvalifikovaným učitelem matematiky a fyziky pro střední školu. Má dostatečně široké a hluboké odborné znalosti základů matematiky a fyziky, aby dokázal pracovat i s talentovanými žáky. Umí tyto znalosti aplikovat na řešení problémů, využívat při provádění a vyhodnocování experimentů a  v diskusích zahrnujících souvislosti s moderními technologiemi a běžným životem. Umí předávat znalosti a dovednosti z těchto oborů, zvládá dostatečně široké spektrum metod a forem výuky, umí řídit práci studentů a reagovat na nejrůznější situace vzniklé ve výuce. Má dobrou úroveň počítačové gramotnosti. Má potřebné znalosti z pedagogicko-psychologických předmětů tvořících základ jeho profesní orientace a umí těchto znalostí aktivně využívat. Získal praktické zkušenosti s výukou ve škole a základní znalosti o organizaci práce střední školy. V rámci diplomové práce získal hlubší vědomosti z některé části matematiky nebo fyziky nebo z problematiky vzdělávání v těchto oborech. To mu umožňuje komunikovat se specialisty a může být východiskem jeho dalšího vzdělávání.

Doporučený průběh studia

Student si k povinné výuce zapisuje ještě výběrovou výuku a doporučené volitelné předměty minimálně v takovém rozsahu, aby za celé studium získal alespoň počet kreditů nutných k připuštění ke státní závěrečné zkoušce. Povinná výuka je v následujícím přehledu vyznačena tučným písmem.

1. rok studia

kód	Předmět		Kredity	ZS	LS
NPED034	Pedagogika I		3	2/0 Z	—
NPED035	Pedagogika II		3	—	0/2 Z
NPED033	Psychologie		6	—	2/2 Z
NUFY104	Fyzika kondenzovaného stavu		4	3/0 Zk	—
NUFY018	Jaderná fyzika	1	3	—	2/0 Zk
	Kurz bezpečnosti práce I	2	0
NDFY045	Praktikum školních pokusů I		4	0/3 Z	—
NDFY046	Praktikum školních pokusů II		4	—	0/4 Z
NDFY043	Didaktika fyziky I		5	2/1 Z+Zk	—
NDFY031	Pedagogická praxe z fyziky I		1	1 týden Z
NDFY032	Pedagogická praxe z fyziky II		1		2 týdny Z
NDIM001	Didaktika matematiky		6	—	2/2 Z+Zk
NUMP021	Moderní matematická analýza		6	2/2 Z+Zk	—
NUMP020	Algebra II		6	—	2/2 Z+Zk
NDIM005	Pedagogická praxe z matematiky I		1	1 týden Z
NDIM006	Pedagogická praxe z matematiky II		1		2 týdny Z
NSZZ023	Diplomová práce I		6	—	0/4 Z
	Výběrová výuka z matematiky	3
NUFY010	Elektronika		3	2/0 Zk	—
NUFY084	Praktický úvod do elektroniky II		3	—	0/2 Z
NUFY045	Jaderná fyzika		3	—	0/2 Z
NTMF111	Obecná teorie relativity		4	—	3/0 Zk
NDFY029	Problémy fyzikálního vzdělávání		3	0/2 Z	0/2 Z
NDFY056	Heuristické metody ve výuce fyziky III		3	0/2 Z	—
NDFY057	Heuristické metody ve výuce fyziky IV		3	—	0/2 Z
NDFY042	Vývoj fyzikálních experimentů		3	0/2 Z	—
NJSF110	Seminář fyzikální olympiády I		3	0/2 Z	—
NJSF111	Seminář fyzikální olympiády II		3	—	0/2 Z
NPED015	Pedagogický seminář I		3	0/2 Z	—
NPED016	Pedagogický seminář II		3	—	0/2 Z
NPED022	Rétorika a komunikace s lidmi I		3	0/2 Z	—
NPED042	Rétorika a komunikace s lidmi II		3	—	0/2 Z
NDFY055	Fyzikální vzdělávání ve školních vzdělávacích programech I		3	—	0/2 Z
NDFY058	Fyzikální vzdělávání ve školních vzdělávacích programech II		3	0/2 Z	—

¹ Místo absolvování přednášky Jaderná fyzika v rozsahu 2/0 může posluchač absolvovat přednášku Fyzika V v bakalářském studijním programu Fyzika nebo přednášku Fyzika VI pro studijní plán Fyzika-matematika pro základní vzdělávání.

² Kurz je organizován jednorázově zpravidla v letním semestru. Informace jsou vždy před začátkem semestru na http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/ .

³ Posluchači zapíší výuku po dohodě s pracovištěm garantujícím výuku matematiky pro učitelské obory.

2. rok studia

kód	Předmět		Kredity	ZS	LS
NUFY020	Astronomie a astrofyzika		3	2/0 Zk	—
NUFY023	Fyzikální obraz světa		3	2/0 Zk	—
NDFY044	Didaktika fyziky II		3	0/2 Z	—
NDFY033	Pedagogická praxe z fyziky III		1	2 týdny Z
NUMP016	Logika a teorie množin		3	2/0 Zk	—
NUMP015	Dějiny matematiky I		3	—	2/0 KZ
NUMP017	Geometrie III		3	2/0 Zk	—
NUMV043	Metody řešení matematických úloh		3	0/2 Z	—
NDIM007	Pedagogická praxe z matematiky III		1	2 týdny Z
NSZZ024	Diplomová práce II		9	0/6 Z	—
NSZZ025	Diplomová práce III		15	—	0/10 Z
NPED023	Školský management		3	0/2 Z	—
	Výběrová výuka z matematiky	1
NDFY068	Fyzika v kulturních dějinách lidstva I		3	2/0 Zk	—
NDFY069	Fyzika v kulturních dějinách lidstva II		3	—	2/0 Zk
NDFY029	Problémy fyzikálního vzdělávání		3	0/2 Z	0/2 Z
NDFY047	Praktikum školních pokusů III		4	0/3 Z	—
NDFY048	Praktikum školních pokusů IV		4	—	0/3 Z

¹ Posluchači zapíší výuku po dohodě s pracovištěm garantujícím výuku matematiky pro učitelské obory.

Státní závěrečná zkouška

Studium je zakončeno státní závěrečnou zkouškou, která se skládá ze čtyř částí:

– z obhajoby diplomové práce

– z ústní zkoušky z fyziky a didaktiky fyziky s praktickou částí týkající se didaktiky fyziky

– z ústní zkoušky z matematiky a didaktiky matematiky

– z ústní zkoušky z pedagogiky a psychologie

Podmínky pro přihlášení ke státní závěrečné zkoušce z diplomního aprobačního předmětu

– získání alespoň 120 kreditů

– splnění všech povinných předmětů zvoleného oboru

– odevzdání vypracované diplomové práce ve stanoveném termínu

Podmínky pro přihlášení ke státní závěrečné zkoušce z nediplomního aprobačního předmětu

– získání alespoň 90 kreditů

Podmínky pro přihlášení ke státní závěrečné zkoušce z pedagogiky a psychologie

– získání alespoň 40 kreditů

– splnění předmětů Pedagogika I, Pedagogika II a Psychologie

Diplomová práce

Diplomová práce se zpravidla zadává v zimním semestru prvního roku studia. Téma diplomové práce z fyziky nebo matematiky nebo didaktik těchto oborů si student volí po dohodě s pracovištěm garantujícím výuku fyziky pro učitelské obory.

Požadavky k ústní části státní závěrečné zkoušky z fyziky a didaktiky fyziky

Odborná témata

Student musí prokázat dostatečný fyzikální nadhled nad partiemi fyziky, které bude ve své praxi vyučovat. Musí proto prokázat znalost klíčových experimentů a základních fyzikálních teorií a jejich vzájemných souvislostí. Musí umět vysvětlit a ilustrovat podstatu a význam základních fyzikálních veličin, zákonů a jejich důsledků, experimentálních metod a praktických aplikací. K tomu patří pochopení pojmů a zákonů prolínajících celou fyzikou (energie, hybnost, zákony zachování, rovnice kontinuity, potenciály, pohybové rovnice, oscilace, vlny, postuláty základních teorií), vztahů jednotlivých partií a mezí jejich platnosti a znalost jednotek veličin a hodnot základních fyzikálních konstant.

1. Klasická mechanika a teorie relativity
Základní principy nerelativistické mechaniky. Kinematický popis a pohybové rovnice soustavy částic, tuhého tělesa a kontinua. Zákony zachování. Inerciální a neinerciální soustavy souřadnic. Pohyb částic v homogenním a centrálním silovém poli; kmity. Vlny v pružném prostředí a tekutinách. Meze klasické mechaniky. Základní postuláty speciální teorie relativity, význam a důsledky Lorentzovy transformace. Relativistická dynamika. Pokusy ověřující důsledky STR. Vztah klasické mechaniky a STR. Prostor, čas a kauzalita; čtyřrozměrný prostoročas. Základní ideje obecné teorie relativity.

2. Elektrodynamika
Základní elektrické a magnetické jevy a jejich kvantitativní formulace. Náboje a látky v elektrických a magnetických polích. Elektromagnetické pole jako samostatný objekt. Maxwellovy rovnice. Energie a hybnost elektromagnetického pole. Rovinné elektromagnetické vlny. Polarizace. Ohyb, interference a lom rovinných elektromagnetických vln. Generování elektromagnetických vln; retardace, koherence vlnění. Meze klasické elektrodynamiky.

3. Termodynamika a statistická fyzika
Principy termodynamického a statistického popisu fyzikálních systémů a dějů, příklady jejich aplikací.

4. Fyzika mikrosvěta
Experimentální východiska kvantové fyziky, základní myšlenky kvantové mechaniky, jejich důsledky a uplatnění v technické praxi. Svět atomů a molekul. Atomové jádro (složení, charakteristiky). Vazebná energie jádra, vazebné síly. Modely jader. Radioaktivita. Jaderné reakce (s využitím v energetice). Elementární částice, jejich vlastnosti a interakce. Experimenty jaderné a částicové fyziky.

5. Fyzika kondenzovaného stavu
Vazebné síly a struktura látek v kondenzovaném stavu. Mechanické vlastnosti látek. Elektrony a fonony; základy pásové teorie pevných látek. Elektrony kondenzovaných látek ve vnějších polích, interakce záření s pevnými látkami; spontánní a vynucená emise. Tepelné, elektrické a optické vlastnosti pevných látek. Magnetické vlastnosti pevných látek. Praktické aplikace fyziky pevných látek (polovodičové prvky, lasery, fotoelementy, supravodiče, kapalné krystaly).

6. Fyzika hvězd a vesmíru
Základy moderních astronomických a astrofyzikálních představ o hvězdách a vesmíru.

Didaktická témata

Student musí mikrovýstupem prokázat schopnost samostatně vyložit zadané téma z níže uvedených okruhů učiva zahrnující demonstrační pokus ze středoškolské fyziky. Musí umět vysvětlit souvislost pokročilejších partií s příslušnými částmi látky probíranými na střední škole a bez nepřípustného zkreslení objasnit danou problematiku na úrovni přístupné středoškolákům. Musí prokázat znalost cílů a obsahu fyzikálního vzdělávání na střední škole a schopnost navrhovat alternativní způsoby projekce fyzikálních poznatků do učiva střední školy. Předmětem diskuse může být i struktura učiva fyziky na SŠ, zavádění fyzikálních veličin, zákonů a teorií do učiva SŠ, metody a prostředky ve výuce středoškolské fyziky, metodika řešení fyzikálních úloh a  didaktické funkce pokusů, diagnostické metody.

Student také musí při mikrovýstupu prokázat znalost obsluhy a fyzikálního principu činnosti přístrojů, užívaných ve výuce fyziky na školách. Zejména jde o následující přístroje: Ruhmkorfův transformátor, indukční elektrika, van de Graaffův generátor, vysokonapěťový zdroj, elektroskop, měřič náboje, elektrostatický voltmetr, univerzální zdroj, školní trafousměrňovač, rotační odporový měnič, reostat, rozkladný transformátor s příslušenstvím, ampérmetr, voltmetr, wattmetr, ohmmetr, teslametr, RC generátor, osciloskop, souprava pro pokusy s mikrovlnami, WSP 220, vývěva, manometr, pVT přístroj, vzduchová dráha, souprava GAMABETA. Student musí zvládat i základy práce se systémy typu ISES nebo IP Coach pro počítačem podporované školní experimenty.

Okruhy učiva:
Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb. Rovnoměrný pohyb po kružnici. Newtonovy zákony. Skládání sil. Mechanická práce a mechanická energie. Archimedův zákon. Proudění tekutin. Mechanické kmity a vlny. Tepelné děje s ideálním plynem. Elektrostatické pole. Vedení elektrického proudu v látkách. Magnetické pole. Elektromagnetická indukce. Střídavé proudy. Elektrické stroje. Elektrické kmity a vlny. Odraz a lom světla. Interference a ohyb světla. Registrace alfa, beta, gama částic.

Požadavky k ústní části státní závěrečné zkoušky z matematiky a didaktiky matematiky

Požadavky jsou shodné s požadavky k ústní části státní závěrečné zkoušky z matematiky a didaktiky matematiky v magisterském studijním oboru Učitelství matematiky-deskriptivní geometrie pro střední školy studijního programu Matematika.

Požadavky k ústní části státní závěrečné zkoušky z pedagogiky a psychologie

Při zkoušce student prokáže znalost základních pedagogických a psychologických pojmů a dovednost používat je v odpovídajících souvislostech. Dokáže analyzovat konkrétní pedagogické situace, identifikovat v nich obsažené problémy, zaujmout k nim vlastní stanovisko a zdůvodnit je v kontextu jiných možných řešení. Prokáže schopnost integrovat poznatky z psychologie osobnosti, vývojové psychologie, pedagogické psychologie, sociální psychologie a školní psychologie. Je schopen aplikovat poznatky z pedagogiky a psychologie na daný problém. Při rozpravě nad konkrétními pedagogickými situacemi bude schopen hlouběji analyzovat a vyhodnotit jevy edukační reality a prokáže tak připravenost k převzetí role učitele. Prokáže rovněž, na základě předložené studijní literatury, připravenost k samostatnému dalšímu vzdělávání v oblasti pedagogiky a psychologie. Specifikace otázek, problémů a situací bude odpovídat stupni školy, pro který je student připravován. Zkouška se koná ústní formou.

Témata z oblasti pedagogiky

1. Žák a jeho předpoklady k učení
Učení, jeho vnější podmínky a vnitřní předpoklady. Motivace žáka. Učební styly žáků. Kompetence žáků. Žáci se speciálními vzdělávacími potřebami a jejich integrace. Diagnostika sociálních vztahů ve třídě. Problémy školní úspěšnosti žáků. Zjišťování příčin žákova neprospěchu a možnosti jejich překonání. Sociální aspekty vzdělávání. Socializace.

2. Učitel v síti sociálních vztahů
Osobnost učitele, typologie, vyučovací styl, role učitele a její proměna, učitelská profese, problém autority. Sociální dovednosti učitele, verbální a neverbální komunikace. Vzdělávání učitelů. Kompetence učitele. Didaktické chyby začínajících učitelů. Psychologické aspekty spolupráce s rodinou. Sociální interakce učitel-žák, příprava učitele na vyučování.

3. Cíle vzdělávání a výchovy
Kognitivní (poznatkové a operační), afektivní, hodnotové cíle, se zvláštním přihlédnutím k přírodovědnému a matematickému vzdělávání. Vědomosti, dovednosti, schopnosti a kompetence jako cílové kategorie. Taxonomie cílů. Faktor cíle v činnosti učitele a v činnosti žáků. Vztah cíle a výsledku vzdělávání. Cíle v závazných kurikulárních dokumentech. Matematická a přírodovědná gramotnost.

4. Obsah vzdělávání
Kultura, věda, technika, umění. Učivo a jeho uspořádání. Kurikulární transformace, kurikulum, rámcové vzdělávací programy, školní vzdělávací programy. Základní školské dokumenty vymezující obsah vzdělávání. Vzdělávací standardy. Učební plán, učební osnovy. Učebnice, metodické příručky, další literatura pro žáky a učitele. Materiální a formální vzdělávání, všeobecné a odborné vzdělávání. Snahy o modernizaci vzdělávacích obsahů: strukturalismus, exemplární přístup, základní učivo. Integrace předmětů, integrace přírodovědného vzdělávání.

5. Vyučovací metody a organizační formy
,,Neuvědomělý'' metodický přístup učitele: intuice a nápodoba. Vyučovací metody a jejich rámcová klasifikace. Vyučovací hodina, její typy a fáze, dramatické prvky její stavby. Aktivizující metody a jejich zavádění do výuky. Strategie řešení problémů, problémové vyučování, projektová výuka, kooperativní výuka, heuristická metoda, diskuse, týmové vyučování, případová metoda, inscenační metoda. Didaktické hry a soutěže. Diagnostické a klasifikační metody. Didaktické testy. Hodnocení žáků, klasifikace a slovní hodnocení, funkce hodnocení, rozvíjení hodnotící aktivity žáků, sebehodnocení. Organizační formy výuky. Frontální, skupinová a individuální výuka. Diferenciace a individualizace ve vyučování. Vliv nových technologií: distanční výuka, multimediální prostředky. Otevřené vyučování, inklusivní vzdělávání, konstruktivistický přístup.

6. Vzdělávací soustava
Druhy a typy škol, vzdělávací soustava v ČR, systém výchovného poradenství. ČŠI a hodnocení škol. Školská soustava a problémy s ní spojené, domácí vzdělávání, alternativní školy — příklady a charakteristika. Mezinárodní klasifikace stupňů vzdělávání, mezinárodní výzkumy vzdělávání, vzdělávací soustava ve vybrané zemi. Současné tendence, autonomie škol.

Témata z oblasti psychologie

1. Psychologie osobnosti žáka
Základní komplexy dispozic (temperament, schopnosti, motivace, charakter), utváření identity. Stávání se žákem (školní socializace). Žák v širších biodromálních souvislostech. Žáci se specifickými edukačními potřebami — žáci s potížemi při učení, žáci pracující pod a nad své schopnosti, nadaní žáci, žáci s poruchami chování atd.

Socializace — formy sociálního učení:

Pojem a podstata socializace. Mechanismy socializace. Rodinná a školní socializace (rozdíly a shody role rodiče a role učitele. Vznik, funkce a změna postojů. Předsudky a stereotypy.

2. Psychologie osobnosti učitele a učitelské profese
Analýza učitelské profese – učitelská profese a její nároky (klinická náročnost učitelství, nejistoty, ambivalence a dilemata učitelství, prestiž učitelské profese). Posuny v žákovské populaci a jejich dopady na učitelskou profesi. Subjektivní zodpovědnost za úspěchy a neúspěchy žáků. Autodiagnostika učitele — individuální pojetí učitelství, zjišťování vlastních specifik pedagogického působení — zvláštnosti vlastního pojetí žáka.

Náročné životní situace:

Stres a jeho zvládání. Copingové strategie. Pomáhající profese. Lidský vztah jako součást profese. Syndrom vyhoření a jeho prevence.

3. Motivace ve škole
Motivace učební činnosti (struktura žákovské motivace: výkonová motivace, poznávací motivace, sociální motivace, instrumentální motivace, odměny a tresty). Diagnostika žákovské motivace k učení. Krátkodobé i dlouhodobé strategie ovlivňování žákovské motivace. Vztah k budoucnosti jako činitel žákovské motivace. Volní procesy a jejich diagnostika. Postoje žáků ke škole a vyučovacím předmětům. Žákovská nemotivovanost a motivační vlivy převážně snižující školní výkon (strach a nuda ve škole). Překonávání motivačních krizí ve vztahu ke škole.

Psychologické aspekty hodnocení ve škole:

Funkce a význam hodnocení ve škole. Psychologická rizika a úskalí spojená s hodnocením (emocionální aspekt a sociální aspekt hodnocení). Školní úspěšnost — pojetí školní úspěšnosti (rozvoj potencialit žáka — facilitující a inhibující faktory). Souvislosti hodnocení s typem vyučování, možnosti a meze jednotlivých druhů hodnocení. Vztahové normy využívané při hodnocení. Charakteristika nových přístupů v oblasti hodnocení.

4. Učení a poznávání
Pojem učení — podoby učení, vybrané teorie učení a druhy učení (asociační teorie učení, klasické a operantní podmiňování, tvarová koncepce učení — učení vhledem, kognitivní teorie učení). Zákonitosti učení podle jednotlivých druhů učení. Učení ve školním kontextu: paměťové učení, učení senzomotorické (učení dovednostem), pojmové učení, učení poznatků, vědomostem (učení z textu, učení z obrazového materiálu), učení řešením problémů, sociální učení. Učení a chyba — práce s chybou. Autoregulace učení — vzdělávací autoregulace (diagnostika a rozvoj). Strategie efektivního učení — smysluplné učení.

Individuální zvláštnosti učení:

Kognitivní styl, učební styl (žákovo pojetí učení, učební strategie, učební přístupy). Psychologické přístupy k učivu a vyučování: Dětská interpretace světa — žákovo pojetí učiva. Pojem metakognice. Specifické poruchy učení — výskyt, nejčastější projevy, diagnostika, přístup učitele, náprava.

5. Psychický vývoj
Periodizace lidského života, základní pojmy vývojové psychologie (vývoj, zrání, učení). Hlavní vývojové oblasti (tělesná, motorická, percepční, kognitivní, řečová a jazyková, osobnostní, sociální). Vývoj v jednotlivých oblastech: předškolní věk, mladší a starší školní věk, adolescence, dospělost stáří. Hlavní vývojové koncepce (Erikson, Piaget, Vygotskij).

Systém poradenských služeb ve školství:

Odborné kompetence pracovníků v systému poradenských služeb ve školství: výchovní poradci, školní metodik prevence, odborník na reedukaci SPU, školní psycholog. Spolupráce s PPP, SPC, SVP.

6. Interakce učitel – žák (žáci)
Sociální poznávání a hodnocení. Percepce žáka učitelem. Zákonitosti procesu připisování příčin po úspěchu a neúspěchu. Kauzální atribuce a školní výkon. Učitelova očekávání (,,sebenaplňující proroctví''). Typizování žáků, preferenční postoje učitele, kategorizace učitelů žáky.

Psychologická analýza školní třídy:

Struktura a dynamika sociální struktury. Psychologie školní třídy a možnosti intervence v práci se třídou. Činitelé ovlivňující stav a vývoj školní třídy. Sociometrie, metody zjišťování vztahů ve skupině (SORAD). Klima ve školní třídě a ve škole — pojem a základní dimenze (diagnostika třídního a školního klimatu). Šikana ve škole a její prevence.