Fyzika zaměřená na vzdělávání

1. Fyzika zaměřená na vzdělávání

Garantující pracoviště: Katedra didaktiky fyziky
Oborový garant: doc. RNDr. Leoš Dvořák, CSc. (KDF) 
Garant za pedagogiku a psychologii: doc. PhDr. Isabella Pavelková, CSc. (KDF)

Studium je orientováno zejména na přípravu na navazující magisterské studium v oboru Učitelství fyziky. Absolventi tohoto bakalářského studia se také uplatní ve státních i nestátních institucích působících v oblasti vzdělávání.

Charakteristika studijního oboru:
Studijní obor Fyzika zaměřená na vzdělávání poskytuje absolventům základní odborné znalosti potřebné pro práci učitele matematiky a fyziky na střední škole a na druhém stupni základní školy. Studium je orientováno na důkladnější pochopení základních partií matematiky a fyziky, které jsou důležité pro vzdělávání v těchto disciplinách na školách i mimo ně. Získané znalosti a dovednosti mohou absolventi uplatnit i mimo oblast školství.

Cíle studia:
Cílem je vychovat absolventy bakalářského studia s kvalitní průpravou v základních partiích matematiky a klasické i moderní fyziky, kteří budou nejen schopni aplikovat znalosti z těchto oborů, ale budou též motivováni předávat znalosti a dovednosti jiným. Vedle získání konkrétních znalostí patří k cílům rozvoj exaktního myšlení, schopnost empirického přístupu k problémům a návyk ověřovat hypotézy a tvrzení pomocí důkazů včetně experimentů a to tak, aby tyto přístupy byli schopni aplikovat i mimo oblast matematiky a fyziky. K cílům patří též rozvoj dalších složek osobnosti studenta, které jsou důležité pro jejich perspektivní zaměření na práci s lidmi. Cílem je dát přitom studentům co nejkvalitnější základ pro navazující magisterské studium učitelství pro střední resp. základní školy v kombinaci matematika-fyzika, případně s možností uplatnit se i v jiných oborech magisterského studia.

Profil absolventa:
Absolvent získá všeobecné znalosti základů matematiky (matematické analýzy, algebry, geometrie) a obecné fyziky (mechaniky, molekulové fyziky, elektřiny a magnetismu, optiky a atomové fyziky) i základní znalosti teoretické fyziky (teoretické mechaniky, klasické elektrodynamiky, termodynamiky a statistické fyziky, základů kvantové mechaniky, speciální teorie relativity). Absolvent disponuje také dovednostmi potřebnými pro aplikace získaných znalostí (řešení problémů, provádění a vyhodnocování experimentů) a má základní průpravu, jak bez nepřípustného zkreslení zjednodušovat a zpřístupňovat fyzikální poznatky nespecialistům. Kromě tréninku v oblasti přírodních věd je orientován i na komunikaci a práci s lidmi. Samozřejmostí je počítačová gramotnost absolventů. Absolvent se uplatní ve státních i nestátních institucích v oblasti vzdělávání a všude tam, kde se matematika a fyzika uplatňuje v praxi.

Doporučený průběh studia

Předměty povinné ke státní závěrečné zkoušce jsou vytištěny tučně, povinně volitelné předměty normálním písmem, doporučené volitelné předměty kurzívou.

1. rok studia

kód Předmět Kredity ZS LS
NUFY080 Fyzika I (mechanika)   8 4/2 Z+Zk
NUFY091 Úvod do fyzikálních měření   1 0/1 Z
NMUM101 Matematická analýza I   5 2/2 Z+Zk
NMUM103 Lineární algebra I   5 2/2 Z+Zk
NMUM105 Základy aritmetiky a algebry I   2 1/1 Kv
NPRF026 Úvod do programování a práce s počítačem   4 2/2 Z+Zk
NTVY014 Tělesná výchova I 1 1 0/2 Z
NUFY101 Fyzika II (elektřina a magnetismus)   8 4/2 Z+Zk
NUFY093 Fyzikální praktikum I pro obor Fyzika zaměřená na vzdělávání   3 0/3 KZ
NUFY092 Matematické metody ve fyzice   4 2/2 Z+Zk
NMUM102 Matematická analýza II   5 2/2 Z+Zk
NMUM104 Lineární algebra II   5 2/2 Z+Zk
NMUM106 Základy rovinné geometrie   2 1/1 Kv
NTVY015 Tělesná výchova II 1 1 0/2 Z
  Kurz bezpečnosti práce I 2 0    
NJAZ070 Anglický jazyk pro středně pokročilé a pokročilé I 3 1 0/2 Z
NUFY081 Úvod do matematických metod fyziky   3 0/3 Z
NUFY114 Seminář z mechaniky   1 0/1 Z
NOFY067 Fyzika v experimentech I   2 1/0 Z
NUFY070 Fyzika I prakticky   1 0/1 Z
NUFY122 Řešení problémů   1 0/1 Z
NMUM161 Matematický proseminář I   2 0/2 Z
NJAZ072 Anglický jazyk pro středně pokročilé a pokročilé II 3 1 0/2 Z
NUFY075 Elektřina a magnetizmus krok za krokem   2 0/2 Z
NUFY054 Elektřina kolem nás   2 0/2 Z
NOFY068 Fyzika v experimentech II   2 1/0 Z
NMUM162 Matematický proseminář II   2 0/2 Z

1Místo jednoho z předmětů NTVY014, NTVY015, NTVY016 a NTVY017 je možné si zapsat letní výcvikový kurz NTVY018 nebo zimní výcvikový kurz NTVY019. Tyto kurzy může student absolvovat kdykoli v průběhu bakalářského studia.

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

3 Výuka anglického jazyka NJAZ070, NJAZ072, NJAZ074, NJAZ090 v rozsahu 0/2 v každém semestru je určena pro středně pokročilé a pokročilé. Začátečníci a mírně pokročilí si místo ní zapíší předměty NJAZ071, NJAZ073, NJAZ075, NJAZ089 s rozsahem výuky 0/4 v každém semestru.

2. rok studia

kód Předmět Kredity ZS LS
NUFY102 Fyzika III (optika)   7 3/2 Z+Zk
NUFY028 Teoretická mechanika   3 2/0 Zk
NUFY098 Fyzikální praktikum II pro obor Fyzika zaměřená na vzdělávání   4 0/3 KZ
NMUM201 Matematická analýza III   5 2/2 Z+Zk
NMUM203 Geometrie I   5 2/2 Z+Zk
NMUM205 Základy prostorové geometrie   2 1/1 Kv
NTVY016 Tělesná výchova III 1 1 0/2 Z
NUFY119 Molekulová fyzika   2 2/0 Zk
NUFY100 Kvantová mechanika   8 4/2 Z+Zk
NUFY099 Fyzikální praktikum III pro obor Fyzika zaměřená na vzdělávání   4 0/3 KZ
NMUM202 Matematická analýza IV   5 2/2 Z+Zk
NMUM204 Geometrie II   5 2/2 Z+Zk
NMUM208 Kombinatorika   3 2/0 Zk
NMUM206 Základy aritmetiky a algebry II   2 1/1 Kv
NTVY017 Tělesná výchova IV 1 1 0/2 Z
NJAZ091 Anglický jazyk 2 1 0/0 Zk
NJAZ074 Anglický jazyk pro středně pokročilé a pokročilé III 2 1 0/2 Z
NUFY113 Optika krok za krokem   3 0/2 Z
NUFY029 Teoretická mechanika   3 0/2 Z
NUFY085 Matematické metody ve fyzice II   3 0/2 Z
NMIN203 Mathematica pro začátečníky 3 2 0/2 Z 0/2 Z
NJAZ090 Anglický jazyk pro středně pokročilé a pokročilé IV 2 1 0/2 Z
NUFY083 Molekulová fyzika   3 0/2 Z
NUFY121 Úvod do programu Wolfram Mathematica nejen pro učitele   3 0/2 Z

1Místo jednoho z předmětů NTVY014, NTVY015, NTVY016 a NTVY017 je možné si zapsat letní výcvikový kurz NTVY018 nebo zimní výcvikový kurz NTVY019. Tyto kurzy může student absolvovat kdykoli v průběhu bakalářského studia.

2 Výuka anglického jazyka NJAZ070, NJAZ072, NJAZ074, NJAZ090 v rozsahu 0/2 v každém semestru je určena pro středně pokročilé a pokročilé. Začátečníci a mírně pokročilí si místo ní zapíší předměty NJAZ071, NJAZ073, NJAZ075, NJAZ089 s rozsahem výuky 0/4 v každém semestru.

3 Volitelný předmět je jednosemestrální, je možno jej absolvovat v zimním nebo v letním semestru.

Seznam doporučených volitelných předmětů pro matematiku je uveden dále u oboru Matematika se zaměřením na vzdělávání.

3. rok studia

kód Předmět Kredity ZS LS
NUFY103 Fyzika IV (atomová fyzika)   5 2/2 Z+Zk
NUFY094 Termodynamika a statistická fyzika   7 3/2 Z+Zk
NUFY096 Klasická elektrodynamika   3 2/0 Zk
NUFY082 Praktický úvod do elektroniky   2 0/2 Z
NUFY115 Pedagogicko-didaktická propedeutika fyziky I   3 0/2 Z
NMUM301 Diferenciální geometrie   5 2/2 Z+Zk
NMUM303 Základy zobrazovacích metod   2 1/1 Zk
NMUM307 Metody řešení matematických úloh   2 0/2 Z
NMUM305 Dějiny matematiky I   2 2/0 Z
NUFY097 Teorie relativity   2 2/0 Zk
NMUM312 Pedagogicko-didaktická propedeutika matematiky   3 1/2 Kv
NMUM306 Dějiny matematiky II   3 2/0 Zk
NMUM310 Pedagogická praxe z matematiky I   1   1 týden Z
NSZZ031 Vypracování a konzultace bakalářské práce   6 0/4 Z
NDFY077 Praktické cvičení ve výuce fyziky I   3 0/2 Z
NDFY078 Praktické cvičení ve výuce fyziky II   4 0/3 Z
  Kurz bezpečnosti práce II 1 0    
NUFY088 Fyzikální panorama I   3 0/2 Z
NUMV059 Řecké matematické texty II   3 0/2 Z
NUMV009 Geometrie a učitel I   2 0/2 Z
NMUM361 Aplikace počítačů ve výuce geometrie I   2 0/2 Z
NUFY095 Fyzikální panorama II   3 0/2 Z
NUFY084 Praktický úvod do elektroniky II   3 0/2 Z
NUFY125 Tepelné jevy v experimentech   3 0/2 Z

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

Některé volitelné předměty nemusí být v tomto akademickém roce vyučovány.

Kurz bezpečnosti práce

Podmínkou pro samostatnou práci v laboratoři (zahájení praktik a experimentální bakalářské práce) je absolvování kurzu bezpečnosti práce, který je organizován pro všechny studenty fyziky kabinetem výuky obecné fyziky. Platnost kurzu je dva roky.

Povinně volitelné předměty – skupina 1 (2 kredity)

kód Předmět Kredity ZS LS
NUFY105 Sociální dovednosti a práce s lidmi I   2 0/2 Z
NUFY106 Sociální dovednosti a práce s lidmi II   2 0/2 Z
NPED022 Rétorika a komunikace s lidmi I   2 0/2 Z
NPED042 Rétorika a komunikace s lidmi II   2 0/2 Z

Povinně volitelné předměty – skupina 2 (2 kredity)

kód Předmět Kredity ZS LS
NUFY120 Bakalářský seminář z fyziky   2 0/2 Z
NUFY116 Pedagogicko-didaktická propedeutika fyziky II   3 0/2 Z
NMUM331 Bakalářský seminář z matematiky I   2 0/2 Z
NMUM332 Bakalářský seminář z matematiky II   2 0/2 Z
NMUM232 Finanční matematika   2 0/2 Z

Státní závěrečná zkouška

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

 z obhajoby bakalářské práce
 z ústní zkoušky z fyziky
 z ústní zkoušky z matematiky

Podmínky pro přihlášení ke státní závěrečné zkoušce z předmětu, z něhož posluchač píše bakalářskou práci

 získání alespoň 180 kreditů
 splnění všech povinných předmětů zvoleného oboru
 získání alespoň 2 kreditů z povinně volitelných předmětů ze skupiny 1
 získání alespoň 2 kreditů z povinně volitelných předmětů ze skupiny 2
 odevzdání vypracované bakalářské práce ve stanoveném termínu

Podmínky pro přihlášení ke státní závěrečné zkoušce z předmětu, z něhož posluchač nepíše bakalářskou práci

 získání alespoň 140 kreditů

Bakalářská práce

Bakalářská práce se zpravidla zadává v zimním semestru třetího roku studia. Téma bakalářské práce z fyziky nebo matematiky si student volí po dohodě s pracovištěm garantujícím výuku fyziky pro učitelské obory nebo s pracovištěm garantujícím výuku matematiky pro učitelské obory.

Požadavky znalostí ke státní závěrečné zkoušce z fyziky

Student musí prokázat znalost základních veličin, jejich souvislostí, metod měření, fyzikálních zákonů a jejich důsledků a vztahu experimentálních a teoretických výsledků. Musí též prokázat schopnost aplikovat tyto znalosti na řešení příkladů na úrovni soutěží pro nadané studenty (např. fyzikální olympiády) a na vysvětlení jevů z běžného života i technické praxe.

1. Mechanika
Kinematika hmotného bodu, soustav hmotných bodů a tuhého tělesa. Základní dynamické veličiny, impulzové věty, zákony zachování. Inerciální a neinerciální soustavy, setrvačné síly. Rovnováha soustav hmotných bodů a těles, princip virtuální práce. Pohybové rovnice: 2. Newtonův zákon, Lagrangeovy rovnice 2. druhu, Hamiltonovy rovnice. Variační formulace pohybových rovnic klasické mechaniky. Pohyby částic a těles: pohyb pod vlivem odporující síly, pohyb v poli centrální síly, částice v elektrickém a magnetickém poli, srážky (rozptyl); setrvačníky. Kmity: skládání kmitů, tlumené, vynucené a vázané kmity, rezonance; malé kmity soustav hmotných bodů. Příklady systémů, v nichž může vzniknout deterministický chaos. Postupné a stojaté vlnění, rovnice struny. Dopplerův jev. Základy mechaniky kontinua: deformace, napětí, reologické vlastnosti látek. Rovnováha a pohyb ideálních a vazkých tekutin.

2. Elektřina, magnetismus a klasická elektrodynamika
Elektrostatika: Coulombův zákon, intenzita a potenciál, kapacita, kondenzátor, polarizace dielektrika, okrajové podmínky. Elektrický proud: rovnice kontinuity, Ohmův zákon, Kirchhoffovy zákony, práce a výkon elektrického proudu; výboj v plynech. Magnetické pole vodiče, Ampérův zákon, síla působící na vodič v magnetickém poli, magnetický moment smyčky, Faradayův indukční zákon, vlastní a vzájemná indukčnost. Magnetické pole v látce, magnetická polarizace. Střídavý proud, transformátor, obvody RLC. Oscilační obvod, rezonance. Maxwellovy rovnice, jejich vlastnosti a  základní důsledky. Kvazistacionární děje. Elektromagnetické potenciály, kalibrační transformace. Vlnová rovnice, elektromagnetické vlny; generování elektromagnetických vln, retardace. Energie a hybnost elektromagnetického pole. Meze klasické elektrodynamiky.

3. Optika
Rovinná elektromagnetická vlna. Vlastnosti optického záření: spektrální složení, mohutnost, polarizace, koherence, šíření ve vakuu. Interference. Průchod izotropním, dvojlomým a absorbujícím prostředím. Odraz a lom, rozptyl. Zobrazení zrcadlem a čočkou. Jednoduché optické přístroje. Lidské oko. Zdroje optického záření. Monochromátor, interferometr. Polarizační soustavy. Detektory optického záření.

4. Termodynamika a statistická fyzika
Základní termodynamické veličiny (termodynamický i statistický přístup). Termodynamické postuláty a zavedení teploty. První termodynamický zákon a jeho důsledky. Vlastnosti ideálního a reálného plynu, jednoduché děje. Druhý termodynamický zákon a Carnotův cyklus. Fázový diagram a klasifikace fázových přechodů. Východiska statistické fyziky (fázový prostor, ergodická hypotéza, Liouvilleův teorém, ...). Kanonický soubor a jeho rozdělení. Statistická rozdělení nerozlišitelných částic. Entropie z termodynamického i statistického pohledu. Ekvipartiční teorém. Zákony záření černého tělesa.

5. Atomová a kvantová fyzika
Vývoj názorů na chování objektů v mikrosvětě a na podstatu světla, experimentální důvody vzniku kvantové teorie. Optické spektrum atomu vodíku. Atomová hypotéza a modely atomu (Thomsonův, Rutherfordův, Bohrův, kvantově mechanický). Základní pojmy a postuláty kvantové mechaniky (vlnová funkce, operátory fyzikálních veličin a fyzikální význam jejich vlastních čísel a funkcí, popis měření v kvantové mechanice, relace neurčitosti). Schrödingerova rovnice (časová i bezčasová, jejich vzájemný vztah, ilustrace řešení pro vybrané jednoduché jednorozměrné případy). Základní myšlenky metod přibližného řešení úloh v kvantové mechanice, ilustrace na konkrétních příkladech. Orbitální a spinový moment hybnosti, magnetický moment atomu, spin-orbitální vazba. Systémy mnoha částic (popis systému mnoha částic, princip nerozlišitelnosti a jeho důsledky – Pauliho princip, bosony a fermiony, jednočásticové přiblížení a další metody řešení systémů více částic). Kvantový pohled na atomy a molekuly (atom vodíku, Mendělejeva periodická tabulka prvků, optická a rtg. spektra atomů, základy chemické vazby). Specifika chování objektů v mikrosvětě a přechod mezi klasickou a kvantovou mechanikou.

6. Teorie relativity
Pokusy vedoucí ke speciální teorii relativity (STR). Základní postuláty STR. Lorentzova transformace a její kinematické důsledky (kontrakce délek, dilatace času, relativita současnosti, skládání rychlostí a jeho aplikace). Kauzalita a STR. Hybnost a energie v STR, relativistická pohybová rovnice. Vztah klasické mechaniky a speciální teorie relativity.

Požadavky znalostí ke státní závěrečné zkoušce z matematiky

Požadavky k této části státní závěrečné zkoušky jsou stejné jako požadavky znalostí z matematiky uvedené u oboru Matematika se zaměřením na vzdělávání.