I když se v dnešní době často mluví o velkém nedostatku kvalitních a motivovaných fyzikářů, stále existuje řada pedagogů, které baví učit a hledat kreativní cesty, jak dětem přiblížit fyziku. Právě s takovými učiteli jsem se setkávala letos na podzim v rámci dvou kurzů dalšího vzdělávání pedagogických pracovníků organizovaných Matematicko-fyzikální fakultou UK.
Kurz s názvem Fyzika mikrosvěta – základy určený pro neaprobované fyzikáře probíhal od konce září do konce října letošního roku. Zúčastnilo se ho celkem 12 učitelů, kteří si v rámci 30 lekcí (tři šestihodinová prezenční setkání a tři čtyřhodinové online bloky) vyzkoušeli na dvě desítky jednoduchých aktivit či pokusů, jež se dají využít při výuce fyziky na základní i střední škole.
Učitelé si například zkusili „prostříhat se“ na úroveň atomu (a dovědět se, „jak moc malý“ atom vlastně je), pozorovat spektra různých zdrojů světla nebo zkoumat, jak různé druhy záření ovlivňují rychlost vybíjení plechovky (vnější fotoelektrický jev). Díky experimentálnímu vybavení fakulty mohli na vlastní oči pozorovat difrakci elektronů, spektrum rentgenového záření či různé typy ionizujícího záření. Vlastní pokusy doplnily podnětné diskuse s lektory i účastníky kurzu.
„Kurz vřele doporučuji. Každý si v něm najde svoje, co může okamžitě přenést do výuky. Lektoři srozumitelně a jednoduše vysvětlují velmi složitá témata, která byla pro mnoho z nás zahalena mlhou. Skvělá je i možnost kdykoliv se na cokoliv zeptat – v bezpečném prostředí a třeba i opakovaně,“ ohodnotila kurz jedna z účastnic.
Základy kvantových technologií pro učitele
Druhý kurz přinesl účastníkům vhled do fungování kvantových technologií, oblasti, která vstupuje do našich životů čím dál tím častěji, a je proto třeba se jí věnovat také ve výuce na střední škole. Pilotní verze kurzu Základy kvantových technologií pro učitele probíhala od poloviny října do začátku prosince formou prezenčních a online setkání. Sešla se na něm úžasná parta 16 učitelů fyziky a IT, jejichž zájem o problematiku a nadšení přeměnilo každé setkání v opravdovou radost z poznávání.
Začali jsme úplnými základy – principy kvantového popisu světa včetně jednoduchých aktivit, kde jsme si například ukázali, jak žákům přiblížit princip superpozice nebo duální charakter částic; velmi nám pomohly hry jako kvantové piškvorky či kvantové lodě, případně jsme využívali aplety.
Přes popis stavu jednoho qubitu a jednoqubitových operátorů jsme se dostali až ke složitějším systémům. Kromě běžného matematického formalismu (komplexní čísla, matice) jsme vše reprezentovali i graficky. Velký úspěch sklidil např. fyzický model Blochovy sféry, ale nezůstalo jen u ní – pomáhali jsme si různými kolečky či sloupečky, kdy jejich barva zachycovala to, co vyjadřuje fáze komplexního čísla. Tyto reprezentace jsou přístupné i méně pokročilým středoškolákům.
Jakmile jsme se naučili „pracovat“ se základními prvky, měli jsme otevřenou cestu k principu kvantové kryptografie i myšlence kvantové teleportace. Zjednodušený Deutschův algoritmus ukázal výhody superpozice a interference, které odlišují klasické a kvantové algoritmy. Pomyslným vrcholem kurzu byl Groverův vyhledávací algoritmus, který krásně ilustroval, že právě princip superpozice je jedním z faktorů, který umožňuje kvantovým počítačům řešit některé problémy mnohonásobně efektivněji.
„Nebojte se vkročit do jiného světa, ale připravte se na to, že je ten svět jiný. Nepočítejte, že vám to samo naskáče do hlavy. Je třeba se nad jednotlivými postupy zamyslet a zopakovat si ze setkání na setkání postupy, které jste se naučili, abyste neztratili nit,“ vyzval své kolegy jeden z účastníků kurzu. „Kurz byl veden velmi svědomitě, je neskutečně nabitý a zaujme od začátku do konce,“ zaznělo v další „recenzi“.
Oba kurzy se pro velký úspěch chystáme zopakovat také v roce 2025. Kromě toho připravujeme navazující kurzy Fyzika mikrosvěta – atomová a jaderná fyzika (kurz proběhne v lednu 2025, přihlašování již probíhá) a Fyzika mikrosvěta – kvantová a částicová fyzika (březen/duben 2025). Přehled pořádaných kurzů včetně bližších informací je k dispozici na stránkách Katedry didaktiky fyziky.
Související: