Nauczanie fizyki w wyższych szkołach technicznych

Dyskusja nad nauczaniem fizyki w wyższych szkołach technicznych musi zasadniczo sprowadzać się do szukania odpowiedzi na pytanie, jak kształcić przyszłego inżyniera u progu XXI wieku. Notowane w ostatnich latach w Polsce sukcesy gospodarcze, a w szczególności rozwój takich gałęzi przemysłu jak mikroelektronika, optoelektronika, czy inżynieria materiałowa, są związane między innymi z modernizacją istniejących oraz budową nowych zakładów korzystających z najnowszych technologii. Powoduje to powstanie zapotrzebowania na kadrę inżynierską zdolną do śledzenia rozwoju nauki i techniki na świecie, a także do twórczego działania w przemyśle i laboratoriach naukowo-badawczych. Nie jest to możliwe bez odpowiedniego wykształcenia również w zakresie nauk podstawowych, między innymi - a może głównie - fizyki. Ponadto ze względu na nieuchronny proces integracji naszego kraju z Unią Europejską problem odpowiedniej edukacji kadr inżynierskich w zakresie fizyki, potrafiących sprostać nowym zadaniom, jakie stawia współczesna nauka i technika, nabiera szczególnego znaczenia.

Fizycy polscy, będący nauczycielami w uczelniach technicznych, muszą więc mieć swój udział w takim kształceniu przyszłych inżynierów, aby byli oni zdolni podjąć czekające ich wyzwania.

Zasadnicze obszary działań współczesnych inżynierów dotyczą:
1) projektowania nowych materiałów o określonych właściwościach,
2) projektowania i konstruowania urządzeń i przedmiotów technicznych,
3) organizacji produkcji,
4) nadzoru nad eksploatacją maszyn i obiektów technicznych oraz systemów przetwarzania informacji.
Wymienione tu zadania inżynierów nie mogą być przez nich prawidłowo i twórczo wykonywane bez odpowiedniej wiedzy z fizyki jako nauki bazowej dla wszystkich specjalności technicznych. Wynika to w sposób oczywisty ze struktury fizyki, królowej nauk przyrodniczych, traktowanej jako nauki o różnorodności świata, rządzących w nim prawach przyrody i ich zastosowaniu. Fizyka jest zasadniczym trzonem wiedzy, jaka pozwoli przyszłemu inżynierowi na zajęcie właściwego mu miejsca w określonym systemie społecznym.

Trzeba ciągle pamiętać o tym, że rozwój nauk technicznych oraz szeregu innych jest ściśle powiązany z osiągnięciami fizyki. To właśnie szeroko rozumiana fizyka umożliwia absolwentom zrozumienie nowości technologicznych i właściwe ustosunkowanie się do nich. ,,Fizyka dzisiejszych laboratoriów badawczych - technologią jutra" - to hasło, zaproponowane przez profesora Andrzeja Olesia z AGH, w pełni obrazuje niepodważalną rolę fizyki jako nauki podstawowej. Tymczasem w ostatnich latach w wyższych szkołach technicznych obserwuje się tendencję do ograniczania nauczania fizyki na rzecz innych przedmiotów (najczęściej specjalistycznych), przy jednoczesnym ciągłym obniżaniu się poziomu wykształcenia z fizyki absolwentów szkół średnich. ˜wiadczy to o niedocenianiu roli fizyki w kształceniu przyszłych inżynierów i musi budzić niepokój wszystkich tych, którym na sercu leży prawidłowy rozwój gospodarczy kraju. Dla inżyniera badacza lub konstruktora zaistniały bowiem obecnie szerokie możliwości projektowania nowych konstrukcji i nowych materiałów o całkiem nieoczekiwanych właściwościach. Aby inżynier był przygotowany do wytwarzania nowych materiałów, musi nie tylko wiedzieć o takich możliwościach, ale również współpracować ze specjalistami z zakresu nauk podstawowych, w tym z fizykami czy chemikami. Będzie to możliwe tylko w sytuacji, gdy jako student otrzyma odpowiednią wiedzę i umiejętności w zakresie fizyki w czasie zajęć z udziałem wybitnych specjalistów, czynnych badaczy, a nie tylko sprawnych dydaktyków. Dlatego tak ważne jest, aby fizyka była nauczana przez fizyków.

Ograniczanie liczby godzin fizyki na poszczególnych kierunkach w wyższych szkołach technicznych powoduje konieczność redukcji programów. W związku z tym pojawia się dylemat, czy nauczać tylko wybranych działów fizyki, czy też wszystkich działów, ale bardziej pobieżnie. W wyniku licznych dyskusji, między innymi w czasie trwania XII Konferencji ,,Nauczanie fizyki w wyższych szkołach technicznych", która odbyła się na przełomie czerwca i lipca 1998 r. w Poznaniu, uznano, że za optymalną strukturę programu nauczania fizyki w wyższych szkołach technicznych uważa się następującą strukturę:
a) fizyka fundamentalna i fizyka XX wieku, wykładana w ramach jednolitego programu na wszystkich kierunkach studiów,
b) wybrane zagadnienia uwzględniające specyfikę wydziału, realizowane w ramach wykładów monograficznych.

W związku z punktem a) pojawiła się konieczność opracowania jednolitego programu minimum kursu fizyki (kanonu), definiującego niezbędne podstawy wiedzy, jakie powinien posiadać w tej dziedzinie student wyższej uczelni technicznej. Dyskusja nad kanonem wywołała wiele kontrowersji i nie została jeszcze zakończona. Niemniej jednak wszyscy uczestnicy dyskusji zdają sobie sprawę, że wprowadzenie jednolitego programu z fizyki ogólnej jest niezbędne zarówno z powodu słabego (średnio) przygotowania kandydatów na studia, mimo 7 lat nauki fizyki, jak i przystąpienia wielu uczelni technicznych do programu SOCRATES/ERASMUS. Z tym ostatnim zagadnieniem wiąże się również konieczność opracowania systemu punktów kredytowych, zgodnie z Europejskim Systemem Transferu Punktów (European Credit Transfer System - ECTS), tak aby możliwa była wymiana studentów. Ponadto istnienie jednolitego programu bazowego w dziedzinie fizyki znajduje uzasadnienie w opracowanych przez europejską federację narodowych towarzystw inżynierskich (FEANI) standardowych wymaganiach w zakresie edukacji inżynierów dla uzyskania tytułu Inżyniera Europejskiego (EUR ING).

Nie można również zapominać o tym, że coraz powszechniej na uczelniach technicznych wprowadza się kształcenie dwustopniowe (lub trzystopniowe przy uwzględnieniu studiów doktoranckich). Ten fakt przemawia dodatkowo za tym, że optymalna struktura programu z fizyki musi być oparta na kanonie, który powinien być realizowany na I stopniu kształcenia. Natomiast punkt b) można realizować na stopniu II.

Sytuacja naszej gospodarki i poziom sił wytwórczych stwarzają potrzebę kształcenia specjalistów posiadających umiejętności szybkiego przenoszenia najnowszych osiągnięć naukowych do techniki oraz krytycznego śledzenia rozwoju nowych technik i technologii zachodnich. Specjaliści ci powinni być zdolni do twórczej modernizacji zakładów przemysłowych i firm w naszym kraju. Nowoczesny przemysł oraz laboratoria naukowo-badawcze potrzebują ludzi potrafiących wytwarzać i wykorzystywać np. ultrawysoką próżnię i bardzo niskie temperatury, stosować lasery w metrologii i w technologii, diagnozować procesy technologiczne za pomocą unikatowej aparatury, wytwarzać nowe materiały, badać ich właściwości oraz przewidywać ich zachowanie w ekstremalnych warunkach.

Proces przechodzenia od nauki do techniki można ułatwić albo przez indywidualne programy studiów, albo przez tworzenie w wyższych uczelniach technicznych kierunku studiów -- fizyka techniczna. Studia na tym kierunku powinny pozwolić na wykształcenie specjalistów umiejących pracować w dziedzinach na pograniczu fizyki i technologii w zakresie:
1) projektowania, budowy i eksploatacji unikatowych maszyn, urządzeń i aparatury pomiarowej i diagnostycznej,
2) badania właściwości fizycznych nowo wytworzonych materiałów oraz
3) nowoczesnych procesów technologicznych. Absolwenci fizyki technicznej powinni być przygotowani zarówno do twórczej pracy naukowo-badawczej, jak i inżynierskiej. W związku z tym program studiów, w odróżnieniu od programu fizyki uniwersyteckiej, musi obejmować również przedmioty techniczne.

Fizyka techniczna powinna być kierunkiem o szerokim wachlarzu specjalności i ewentualne miejsca pracy dla absolwentów będą w dużej mierze zależały od ukończonej specjalności. Generalnie można powiedzieć, że przygotowanie teoretyczne i praktyczne absolwentów kierunku fizyka techniczna predysponuje ich do pracy w uczelniach technicznych, instytutach naukowych i szeroko pojętym zapleczu naukowo-badawczym przemysłu (laboratoria przemysłowe, medyczne, firmy projektowe, handlowe, produkcyjne i naprawcze).

Jak widać, nauczanie fizyki w wyższych szkołach technicznych ma swoją specyfikę i bardzo różni się od nauczania fizyki uniwersyteckiej, już choćby ze względu na różne cele nauczania. Problemów jest dużo (nie wszystkie udało mi się tu poruszyć) i my, nauczyciele akademiccy, wykładający i prowadzący ćwiczenia audytoryjne i laboratoryjne z fizyki w uczelniach technicznych, musimy się z nimi uporać, tak aby wykształcić inżynierów dobrze przygotowanych do przyszłej pracy zawodowej i mogących spełnić pokładane w nich nadzieje.