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.
