Učitelství fyziky pro střední školy

Garantující pracoviště: Katedra didaktiky fyziky
Oborový garant: doc. RNDr. Zdeněk Drozd, Ph.D.

Doporučený průběh studia

Předměty povinné jsou vytištěny tučně, povinně volitelné předměty normálním písmem, doporučené volitelné předměty kurzívou.

Hlavní studijní plán (maior)

1. rok studia

Doporučené volitelné předměty

2. rok studia

Doporučené volitelné předměty

Přidružený studijní plán (minor)

1. rok studia

Doporučené volitelné předměty

2. rok studia

Doporučené volitelné předměty

Požadavky znalostí ke státní závěrečné zkoušce 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
Maxwellovy rovnice v diferenciálním a integrálním tvaru. Základní elektrické a magnetické jevy a jejich kvantitativní formulace. Pohyb částice s nábojem v elektrickém a magnetickém poli. Elektromagnetické pole jako samostatný objekt, jeho energie a hybnost. Rovinné elektromagnetické vlny, jejich matematický popis. Odraz a lom elektromagnetických vln. Polarizace, ohyb, interference a koherence elektromagnetických vln. Generování elektromagnetických vln a retardace. Meze klasické elektrodynamiky.

3. Termodynamika a statistická fyzika
Přehled základních termodynamických zákonů a jejich důsledků. Teoretická východiska statistické fyziky a statistický popis různých typů systému. Základní veličiny popisující stav systému v termodynamice a ve statistické fyzice, propojení obou popisů.

4. Fyzika mikrosvěta
Experimenty vedoucí ke vzniku kvantové fyziky, příklady odlišného chování mikroskopických objektů v porovnání s klasickými systémy. Formální schéma kvantové mechaniky (přehled postulátů a jejich hlavních důsledků). Současný popis částicového složení látky na různých škálách (molekuly, atomy, jádra, ...). 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
Struktura kondenzovaných látek. Vazby v kondenzovaných látkách. Difrakce rentgenového záření na krystalech. Poruchy krystalových struktur. Deformace krystalických látek (elastická deformace, plastická deformace monokrystalů a polykrystalů). Kmity mříže a tepelné kapacity pevných látek. Elektrony v krystalických látkách (Drudeho model, Sommerfeldův model). Elektrická a tepelná vodivost pevných látek. Teplotní roztažnost kondenzovaných látek. Polovodiče a jejich aplikace.

6. Fyzika hvězd a vesmíru
Základy moderních astronomických a astrofyzikálních představ o hvězdách a vesmíru. Sférická astronomie. Nebeská mechanika. Základy astrofyziky. Stelární a galaktická astronomie. Sluneční soustava.

Didaktická témata

Student musí mikrovýstupem prokázat schopnost samostatně vyložit zadané téma z níže uvedených okruhů učiva. Součástí mikrovýstupu je vhodný experiment. Musí umět vysvětlit souvislost pokročilejších partií s příslušnými částmi látky probíranými na střední i základní škole a bez nepřípustného zkreslení objasnit danou problematiku na úrovni přístupné žákům střední, popřípadě základní školy. Musí prokázat znalost cílů a obsahu fyzikálního vzdělávání na střední a základní škole a schopnost navrhovat alternativní způsoby projekce fyzikálních poznatků do učiva příslušných typů škol. Předmětem diskuse může být i struktura učiva fyziky na SŠ a ZŠ, zavádění fyzikálních veličin, zákonů a teorií do učiva, metody a prostředky ve výuce 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.

Témata výstupů

1. Zákon zachování hybnosti

2. Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb

3. Archimédův zákon pro kapaliny a plyny

4. Hydrostatická tlaková síla a hydrostatický tlak

5. Mechanické vlnění

6. Mechanické kmitání

7. Odraz a lom světla

8. Jednoduché optické přístroje (lupa, mikroskop, dalekohled)

9. Interference světla

10. Přenos tepla (vedením, prouděním, zářením)

11. Teplotní roztažnost (délková i objemová)

12. Elektrostatická indukce

13. Ohmův zákon

14. Magnetické pole vodiče a cívky s proudem

15. Elektromagnetická indukce

16. Transformátor

17. Polovodičová dioda a její použití

18. Bipolární tranzistor a jeho užití jako spínače nebo zesilovače

19. Obvod střídavého proudu s R, L, C