BME Természettudományi Kar. Fizika alapképzési szak. A tanterv átalakításának koncepciója és megvalósítása

BME Természettudományi Kar Fizika alapképzési szak

A tanterv átalakításának koncepciója és megvalósítása 2014 február-május

1. A képzés alapvető célja és szerkezete A BME többi képzéséhez hasonlóan, a TTK-n a 2006/2007 tanévtől indultak a fizika és matematika alapképzési szakok. A Fizika alapképzés és mesterképzés a majd tizenötéves múltra visszatekintő, igen sikeres hagyományos mérnök-fizikus képzést váltotta fel. A BME Fizika alapképzés célja, hogy a Műegyetem nyújtotta különleges gyakorlati és műszaki lehetőségekre, az alap- és alkalmazott fizikai kutatásokat és fejlesztéseket Magyarországon egyedülálló módon ötvöző háttérre támaszkodva, széleskörű alapokat biztosítson a fizika műveléséhez és további tanulmányozásához. Az alapképzést végigkíséri az intenzív laboratóriumi oktatás, ahol a hallgatók számos komplex, több esetben Nobel díjjal jutalmazott kutatási területhez kapcsolódó mérési feladattal találkoznak. A képzésben két specializáció indul. A fizikus specializáció erős elméleti képzést nyújt. Az alkalmazott fizika specializáción előtérbe kerülnek a gyakorlatorientált szaktárgyak, elsősorban az optika, az anyagtudomány, az orvosi fizika és - a műegyetemi oktatóreaktor kivételes lehetőségeit kihasználva - a nukleáris technika területén.

2. A 2006-2013 időszak rövid értékelése Kézenfekvő volt az a stratégia, hogy – minimális átalakításokkal - az új kétszintű képzés a korábbi ötéves mérnök-fizikus képzés időrendben kettéosztott másolata legyen, hiszen így a korábbi értékes tapasztalatokat természetes módon át lehetett örökíteni. Az 1. táblázat tanúsága szerint a fenti stratégia csupán az induló év vonatkozásában a bizonyult helyesnek, hiszen sikerült megtartani az alapképzés magas felvételi létszámát és pontszámát, azaz a hallgatók érdeklődését a szak iránt. Nyilvánvaló azonban, hogy az első helyen jelentkezettek száma már 2007-ben drasztikusan csökkent, és a felvételi létszámot csupán a felvételi ponthatár jelentős csökkentése révén lehetett ’szinten tartani’. Ellentétben a korábbi mérnök-fizikus képzéssel, a fizikus alapképzés ma már tekinthető elitképzésnek, a hallgatók a korábbinál sajnos túlnyomórészt alacsonyabb színvonalú képzettséggel érkeznek hozzánk. Szükségszerűnek mutatkozik tehát a képzésbe olyan elemeket beépíteni, melyek segítik ezen hallgatók megfelelő előrehaladását. 1

Fontos leszögezni, hogy a BME fizika alapképzésen messze túlmutató, országos szintű jelenségről van szó. Az okok a közoktatás- és felsőoktatáspolitika koncepcióinak sokszor hektikus változásaiban, demográfiai folyamatokban stb. keresendők, melyek értékelése nem ezen dokumentum tárgya. Örvendetes azonban, hogy a felvételi és kimeneti paramétereket illetően, a BME fizikus képzése országos szinten megőrizte vezető helyét. Az utóbbi évek sikeres népszerűsítő tevékenységének is köszönhető, hogy mind az első helyen jelentkezett, mind pedig az felvett hallgatók létszáma a 2013-as évben szignifikánsan emelkedett. 1. táblázat: A Fizika alapképzés felvételi adatai Felvétel éve 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Összes jelentkező 183 162 160 180 196 263 220 235

Első helyen jelentkezettek 103 75 70 71 59 58 50 61

Felvett hallgatók 76 70 63 74 61 52 50 63

Felvételi ponthatár (FP) 135 126 395 381 354 366 366 364

Maximális pontszám (MP) 144 144 480 480 480 480 500 500

FP az MP %-ában 94 88 82 79 74 76 73 73

A képzésre nézve mélyebb összefüggéseket árul el a 2. táblázat. Látható, hogy a már 2007től kezdve, de kiváltképp a 2009-10-es években felvett hallgatók körében jelentős méretűvé vált a szak elhagyása (pl. más kar vagy egyetem képzésére jelentkeznek át), és ezzel párhuzamosan drasztikusan csökkent a diplomát szerzett hallgatók száma (A 2011-ben ill. utána felvett hallgatók esetében ez még nem értékelhető.) Különösen drámai a helyzet a 2010-ben felvett 61 hallgató vonatkozásában, akik közül eddig 11-an diplomáztak és csupán további 13-an aktív hallgatóink még. Ezen tendencia tartóssá válása komoly veszélyt jelent a TTK Fizikus mesterképzés számára, melynek bázisát saját alapképzésünk alkotja.

2. táblázat: A képzés főbb adatai Kezdés éve 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Felvett hallgatók (FH) 76 71 66 80 61 55 49 64

Elbocsátott hallgatók (EH) 19 29 15 30 36 20 6 1

Első félév után EH

Aktív hallgatók

1 2 1 3 4 3 2 1

0 0 6 18 13 32 42 63

2

Diplomát szerzett hallgatók (DH) 57 42 44 31 11 2 1

DH az FH %-ában 75 59 67 39 18

3. A negatív folyamatok okainak elemzése, eddigi intézkedések A TTK alapképzéseinek részletes helyzetértékelése először 2010 februárjában látott napvilágot a képzési paraméterek, valamint oktatói és hallgatói véleménygyűjtés alapján, de az információszerzésen és összegzésen túl nem történtek intézkedések a negatív folyamatok megakadályozására. Főként a szakelhagyás okainak mélyebb elemzésére 2011-ben került sor. Már ekkor kiderült, hogy a hallgatók tömegesen nem képesek elvégezni a Kísérleti Fizika 1 gyakorlatot, következésképpen a Kísérleti Fizika 1 tárgyból sem tudnak vizsgát tenni. Ez jelentősen visszavetette ezen hallgatók előrehaladást, mivel a Kísérleti fizika 1. tárgyból megszerzett kredit híján a hallgatókat a fizika tárgyak vonatkozásában egy teljes évnyi kiesés sújtotta. A TTK Fizikus Szakbizottsága (FSzB) ugyan számos hallgatói felvetés orvoslására hozott intézkedést, de a fenti alapvető probléma kezelése nem történt meg. A 2013 őszén is folytatódó jelenség hatására (a hallgatók több mint fele nem tudott Kísérleti Fizika 1 gyakorlatjegyet szerezni), az FSzB határozati javaslatot terjesztett a TTK Kari tanácsa elé a Kísérleti Fizika tárgyak előtanulmányi rendjének megváltoztatására, melyet a 2014. jan. 15-i Kari Tanács elfogadott. A 2014 tavaszi szemeszterben beindítottunk egy keresztféléves Kísérleti fizika 1 gyakorlatot, így a hallgatóknak módjukban áll megszerezni a gyakorlatjegyet, utána pedig vizsgát tenni a Kísérleti fizika 1 és 2 tárgyakból. Az oktatói tapasztalatok és hallgatói vélemények alapján is egy másik alapvető probléma a hallgatók matematikai problémamegoldó készségének alacsony átlagos szintje, mely igen nehézzé teszi az első évben a Kísérleti Fizika 1 és 2 tárgyak anyagának elsajátítását, de a későbbiekben is számos tanulmányi probléma forrása, pl. az elméleti fizika tárgyaknál. Ennek ad hoc kezelésére ugyancsak a 2014 tavaszi szemeszterben elindítottuk a nagy ELTE-s hagyománnyal rendelkező Vektorszámítás (egyelőre) szabadon választható tárgyat. A tárgyat több mint 50 hallgató vette fel, ami jelzi a hallgatók nyilvánvaló igényét a fizikus szakma számára fontos gyakorlatorientált matematikai ismeretekre. A Fizikus alap- (és mester-) képzésében számos egyéb probléma mutatkozik. Ezeket jól reprezentálják a 2013 őszén történt hallgatói kérdőívekből levont konklúziók és hallgatói javaslatok (l. Melléklet), melyek jelentős mértékben egybeesnek a FSzB helyzetértékelésével. A Fizikus Szakbizottság 2014 januárjában létrehozott egy tantervi bizottságot azzal a megbízással, hogy a BME Fizika alapképzés problémáit feltárja, stratégiát dolgozzon ki a problémák megoldására, javaslatot tegyen a mintatanterv megújítására és folytassa le a szükséges egyeztetéseket az érintett oktatási egységekkel. A tantervi bizottság tagjai: Szunyogh László (FI, elnök), Zaránd Gergely (FI), Halbritter András (FI), Koppa Pál (FI), Czifrus Szabolcs (NTI), Kettinger Ádám és Rákos Olivér (HÖK).

3

4. A Fizika alapképzés főbb problémái és az átalakítás stratégiai célkitűzései A képzés statisztikai adatait, az oktatók tapasztalatait, valamint a hallgatói véleményeket és javaslatokat összegezve a tantervi bizottság a következő pontokban foglalja össze a Fizika alapképzés problémáit (P) és azok megoldására javasolt stratégiai célkitűzéseket (C): 1. P: A BME Fizika alap- és mesterképzés akkreditálása során a korábbi hagyományos képzés időrendi felosztása történt, elmaradt a kétfajta képzés erősségének célszerű kiegyenlítése. Ennek következtében a BSc képzés elvégzése aránytalanul nehezebb feladatot jelent a hallgatók számára, mint az MSc szaké. A BSc képzés tele van nagy óra- és kreditszámú, nagyon nehéz tematikájú tárggyal, melyeket csak a legtehetségesebb hallgatók tudnak a mintatanterv szerint teljesíteni. C: A fokozott terhelést jelentő Kísérleti Fizika tárgyaknál az eddiginél több gyakorlatra van szükség, hogy a hallgatóknak több idejük legyen a fizika alapjait jelentő anyag alaposabb elsajátítására és begyakorlására. Hasonló stratégiára van szükség az Elméleti fizika tárgyak vonatkozásában, azzal a sajátossággal, hogy itt a két specializáció harmonizálását is meg kell oldani (l. a következő pontban). 2. P: A két specializáció szétválása túl hamar (a második szemeszter után) történik meg, és harmadik szemeszter megkezdését követően a specializációk közötti átjárás csak jelentős tárgyfelvétel többlettel oldható meg. C: A specializációk közötti átjárást nagymértékben megkönnyítené az Elméleti fizika (Mechanika, Elektrodinamika és Relativitáselmélet, Kvantummechanika és Statisztikus fizika) tárgyak két részre osztása. A két rész (egyenként 2 ea + 2 gy) két egymást követő szemeszterben kapna helyet: az első rész tartalmazná a mindkét specializáció számára kötelező törzsanyagot, a második, kötelezően választható rész a magasabb szintű ismereteket közvetítené. Ez a koncepció egyúttal összhangban van az 1. ponttal is, hiszen az erős elméleti tárgyak oktatását ’széthúzza’ és így az ismeretek átadása kiegyensúlyozottabbá válik, illetve heti két óra plusz gyakorlatot iktatunk be. 3. P: Nyilvánvalóan nem vitatható a matematika fontossága a fizikában, de összehasonlításban más fizika alapképzésekkel is, a kötelező matematika tárgyak túlreprezentáltak a képzésben. Ezek egyrészt időt és energiát vonnak el a magasabb szintű matematika iránt kevésbé érdeklődő hallgatóktól más alap- és szakmai tárgyak tanulásában. Másrészt viszont kifejezett hiány mutatkozik egy fizikus szemléletű, intenzív problémamegoldó matematika tárgy iránt. C: A mintatanterv átalakításának egyik alappillére a Számítási módszerek a fizikában I. és II. tárgyak bevezetése az első és második szemeszterben. Ezek a tárgyak, a szigorú matematikai levezetések mellőzésével, fizikai példákra alapozva vezetik be a hallgatókat már a Kísérleti Fizika I-II tárgyakban is használt számítási módszerekbe. A tárgyak célja a számítási készség fejlesztése, illetve a matematikai módszerek fizikai alkalmazása. Az első szemeszter elején szükségszerű egy a középiskolai szintű, felzárkóztató, szabadon választható (tömb)kurzus bevezetése is. 4. P: A Fizikai laboratórium I-V. tárgyak óraszámai és kreditértékei nem tükrözik megfelelően a valóságos terhelési szintet. 4

C: Mivel a szükséges mérések mennyisége, illetve a végrehajtásra fordítandó idő nem csökkenthető, a laboratóriumok óra és kreditszámát eggyel növelni kell. Ez egyúttal lehetőséget teremt a jegyzőkönyv készítés hallgatók által igényelt új rendszerének bevezetésére. 5. P: A programozás oktatása meglehetősen diffúz a képzésen belül. A jelenlegi tárgyakkal, így különösen a Programozás 2 és 3 tárgyakkal nem elégedettek a hallgatók. Különösen hiányolják a magasabb szintű (pl. C++) programozási ismeretek oktatását. C: Szükséges a Programozás I. és II. kötelező tárgyak egységes bevezetése a szakon, melyek fő feladat az objektumorientált programozás elméleti és gyakorlati oktatása. Erre véleményünk szerint a VIK professzionális oktatói és laborháttere lenne a legalkalmasabb. 6. P: Különösképpen a fizikus specializáció rendkívül kötött, ugyanis a 180 kreditből 171 kötelező, 9 szabadon választott, kötelezően választott tárgycsoport pedig nincs. A hallgatóknak így nincs mozgásterük saját választásuk szerinti, szakmai érdeklődésüknek megfelelő tárgyak felvételére. C: Az elméleti fizika tárgyak két részre osztásával, ill. azzal, hogy a második rész kötelezően választható tárgy lesz, megteremtjük a lehetőséget arra, hogy a hallgatók más kötelezően választható tárgyakat is felvehessenek. Nem több mint három-négy ilyen tárgy bevezetését tervezzük. Az elméleti fizika tárgyak második részét a mesterképzésben is akkreditáljuk. Az említetteken kívül az átalakítás természetesen más tárgyakat is érint. Fontos megemlíteni, hogy a fentiekhez hasonló koncepció mentén a más egyetemek Fizika alapképzésében már korábban megtörtént a mintatanterv átalakítása.

5

5. A tantervreform megvalósítása A fenti stratégiai célkitűzések alapján a tantervi bizottság kidolgozott egy új mintatantervet. A tervezésben és az új tárgyak tematikájának kidolgozásában az FI és NTI vezető oktatói és a tárgyfelelősök is részt vettek. Fontos kiemelni a hallgatói részvételt a folyamatban. Ezután az oktatásban érintett mérnöki karokkal (VIK, GTK, GPK, VBK) és a Matematikai Intézettel folytattunk egyeztetéseket, melyek eredményeképpen sikerült elfogadtatni a Fizika alapképzés tantervi átalakítását. A TTK intézetei külön megállapodást kötnek a matematika oktatás átalakítására vonatkozóan a fizika alap- és mesterképzési szakon. Az új mintatanterv bevezetését a 2014-15 tanévben tervezzük. Az oktatás reformjának sürgető szükségszerűsége miatt, teljes hallgatói egyetértéssel (sőt a hallgatói kifejezett kérésének is eleget téve) az új tantervet nem csak az induló évfolyam, hanem a 2013 szeptemberében beiratkozott hallgatók számára is bevezetjük. Ennek megvalósítására létrehoztunk egy átmeneti mintatantervet is, mely az első évben már elvégzett tárgyakat harmonizálja az új mintatantervvel. Figyelembe kellett vennünk, hogy a magasabb évfolyamos hallgatók közül sokan nem a mintatanterv szerinti ütemezésben haladnak, így az elkövetkezendő években nagyfokú keveredés várható a régi és új mintatanterv szerint tanuló évfolyamok között. Ennek a problémának az orvoslására megfeleltetési táblázatot alkottunk a két mintatanterv tárgyai között. A tanterv átalakítása a szakirány választásra és a szakdolgozat készítésre vonatkozóan néhány változást von maga után a képzés tanrendjében. A Fizika alapképzési szak tantervreformját a Fizikus Szakbizottság 2014. április 29-i ülésén elfogadta és a TTK Kari Tanácsának 2014. május 7-i ülésén határozati javaslatként előterjeszti. Elfogadás esetén a TTK dékánja a Szenátus 2014. május xx-i ülésén terjeszti elő a Fizika alapképzés tantervének átalakítására vonatkozó javaslatot.

Az előterjesztéshez az alábbi dokumentumokat mellékeljük: 1) Az új és átmeneti mintatantervek előtanulmányi renddel 2) Az újonnan akkreditálandó tárgyak tárgylapjai 3) Tárgyak megfeleltetési táblázata 4) Tanrend 5) Megállapodás a TTK intézetei között a fizika képzés matematika tárgyairól

2014. április 30.

Fizikus Szakbizottság

6

Melléklet

Hallgatói vélemények a Fizika BSc és Fizikus MSc képzésről A hallgatói kérdőívet 2013 őszén összesen 135 fizikushallgató töltötte ki. Az alábbiakban az általuk megadott vélemények láthatóak, illetve zárójelben a hasonló véleményt megfogalmazók száma. 1. Több programozási (illetve egyéb számítástechnikai ismereteket oktató) tárgyra lenne szükség. (52) A jelenlegi tárgyakkal, így például különösen a programozás 2 és programozás 3 tárgyakkal nem elégedettek a hallgatók. Szintén probléma, hogy az első féléves programozás tárgy után (melyben csak C nyelvet tanítanak), a fizikus szakirányon elő sem kerül több féléven át a C, a 6. félévben viszont a számítógépes szimulációk a statisztikus fizikában c. tárgyban C++ ismeretet várnak el. A magasabb szintű programozási tárgyak hiánya azért is probléma, mert az alapozó tárgyainkat nem fogadják el a VIK-es, magasabb szintű programozási tárgyak előkövetelményei helyett. 2. A szemeszterek nehézsége túlságosan inhomogén. A második félévet túl könnyűnek (22) érzékelik, míg a harmadik félévet (52) és a negyedik félévet (27) jóval nehezebbnek. Ennek oka valószínűleg a harmadik és negyedik félévben található mechanika (22) és elektrodinamika (17) tárgyak az összes többi tárgyhoz képest rendkívüli nehézsége miatt lehet. Nincs arányban a kreditérték a munkával, és túl alacsony az óraszám. (Ezen kívül természetesen a valószínűségszámítás és a differenciálegyenletek is sok felkészülést igényel (melyek szintén 3. féléves tárgyak), de ezekre nem érkezett panasz) A második félévre a könnyűsége mellett szintén kifogásként érkezett, hogy a Menedzsment és vállakozásgazdaságtan (41), illetve a Közgazdaságtan (29) tárgyakat a hallgatók kevéssé érzik szakmailag hasznosnak.

3. A mintatantervben szereplő tárgyak sorrendje nem mindig megfelelő. Itt elsősorban a Bevezetés a mérések kiértékelésébe c. tárgyat szeretnék később tanulni a hallgatók (53), ugyanis ez a tárgy a 2. félévben van, így előtte semmilyen valószínűségszámítási ismeretet nem kapnak, itt viszont már maximum likelihood módszereket adnak le, 2. félévben. Szintén felmerült igényként, hogy a matematikai alapozás előzze meg a fizikai alkalmazást. Konkrét példa, hogy a kísérleti fizika 1 tárgyhoz szükséges lenne az analízis, a kísérleti fizika 2-höz pedig a többváltozós analízis kellene, és mindkét esetben párhuzamosan hallgatják ezeket. 4. A hallgatók sokszor hiányolják, illetve kevesellik a gyakorlati, iparhoz jobban kapcsolódó ismereteket, illetve magukat a gyakorlati órákat (13) 5. A BSc és az MSc teljesíthetősége és az átadott ismeretek megoszlása nagyon aránytalan, a BSc irreálisan nehezen teljesíthető, az MSc viszont kevés új ismeretet ad át a BSc-hez képest, illetve a tárgykínálattal sem mindig elégedettek a hallgatók, mind minőségben, mind mennyiségben. Ehhez kapcsolódó probléma, hogy a BSc és az MSc nem mindig konzisztens. Ugyanis ha valaki Nukleáris technika vagy Orvosi fizika specializáció szeretne választani, akkor ehhez BSc-n az alkalmazott szakirányt érdemes elvégeznie, különben MSc-n plusz tárgyakat kell elvégeznie. Ez különösen a nukleáris technikánál jelentős, ott 4 nem könnyű tárgyat kell pluszban teljesíteni. Ugyanakkor így kihagyja a Numerikus módszerek és a Funkcionálanalízis 7

tárgyakat (ezek nincsenek alkalmazott szakirányon BSc-n), illetve az elméleti fizikai tárgyakat is csökkentett óraszámban hallgatja. 6. A BSc fizikus szakiránya rendkívül kötött, ugyanis a 180 kreditből 171 kötelező, 9 szabadon választott, kötelezően választott tárgycsoport pedig nincs. Ez nem azért probléma elsősorban, mert a TVSz szerint kötelező lenne 25%-nyi kötelezően választató tárgy megléte a mintatantervben, hanem mert a hallgatónak így szinte semmilyen mozgástere nem marad. 7. Több hallgató (18) említette meg, hogy a képzésben a kialakított analitikus gondolkodásmódot tartják az egyik legértékesebbnek, munkaerőpiaci szempontből is; ennek megőrzése így kívánatos lenne. 8. Szintén nagyon sokan említették, hogy a matematikai alapozás során kapott ismereteket is jól fel tudják használni a képzés során, és szükséges is a képzés többi, fizikai tárgyának megértéséhez, ezért, legalábbis elméleti szakirányon, a matematikai ismeretek csökkentése nem lenne célszerű. 9. Főleg a Fizika BSc előtanulmányi rendszere nagyon merev, és sokszor nem indokolt (8); olyan tárgyak teljesítését is elvárja, melyek ismerete nem szükséges az adott tárgyhoz. Előfordul, hogy ránézésre csak azért előkövetelmény egy tárgy, mert a nevében szereplő szám kisebb (például kísérleti fizika tárgyak, fizika labor tárgyak). A nem szükséges előismeretet megkövetelő előtanulmányi rend feleslegesen okoz csúszást a hallgatónak, illetve indokolatlanul tiltja el sok tárgy felvételétől. Javaslatok: 1) Programozás és számítástechnika: • Objektumorientált programozás oktatása (A programozás 2 elvileg C++, de nincs szó benne objektumorientált programozásról, ami pedig a C++ fontos eleme) • Latex ismeretek oktatása • Linux, Unix oktatás • Szimulációs szoftverek oktatása • Tervezőszoftverek és iparban használt szoftverek erőteljesebb oktatása (Matlab, CAD pl.) 2) A mechanika és az elektrodinamika gyakorlat rendkívül zsúfolt. Sokat segítene ha dupla óraszámban lenne ugyan ez az anyag (vagy egy kicsivel több) elsajátítva, így mélyebb és alaposabb lenne. Az elektrodinamika előadáson elhangzó anyag mennyisége igencsak mellbevágó és rohamléptekben kell haladni. Akár két félévre is lehetne osztani. Ezekhez mozgásteret biztosít a második félév könnyebbsége. 3) A bevezetés a mérések kiértékelésébe és a valószínűségszámítás cseréje egy lehetséges megoldás. Ebben mozgásteret ad a menedzsment és a közgazdaságtan, ami sokak szerinte felesleges ilyenkor, lehet akár MSc-n is. Elhangzott az is hogy a közgazdaságtan könnyített formáját tanítják, azt is könnyített matematikával, ami a fizikusoknál nem indokolt és nem is hasznos. Ez utóbbi lehetne egy fokkal komolyabb. 4) Felmerült, hogy a fizika laboratórium tárgyak jegyzőkönyveinél elvárás lehetne, hogy a jegyzőkönyveket, vagy azok egy részét a későbbi publikációkhoz hasonló formai követelményeknek megfelelve adják be a hallgatók, mert ilyen téren nem kapnak gyakorlatot a képzés során.

8