Das Lehramtsstudium umfasst das Studium zweier Fächer einschließlich ihrer Fachdidaktiken sowie der Bildungswissenschaften einschließlich Psychologie. Es bereitet auf das 18-monatige Referendariat für das jeweils angestrebte Lehramt vor und ist modular organisiert. Das Studium legt besonderen Wert auf die Professionalisierung der künftigen Lehrer, sowohl im Fach selber als auch in der Fachdidaktik. Ferner wird bereits ab dem 1. Semester in mehreren Stufen in die Schulpraxis eingeführt.
Eine Besonderheit des Lehramtsstudiums in Physik an der TU Dresden ist, dass ein großer Teil der Lehrveranstaltungen - in der theoretischen Physik sogar alle - speziell für die Lehramtsstudierenden gehalten wird. Dem Berufsbild der Lehrer wird durch einen hohen Anteil an mündlichen Prüfungsleistungen - Kurzbeiträge, Referate und mündliche Prüfungen - in besonderer Weise Rechnung getragen. Dies führt zugleich zu einer breiten Kompensationsmöglichkeit zwischen verschiedenen Prüfungsleistungen. Integraler Bestandteil ist eine gründliche Ausbildung in der Fachdidaktik Physik. Besonders hervorzuheben ist eine umfangreiche Einführung in Physikalische Schulexperimente. Auch die didaktische Aufbereitung von physikalisch-technischen Anwendungen oder ein Einblick in die Geschichte der Physik gehören zum Studiengang.
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Forschung in der Festkörper-, Kern- und Teilchen- sowie Biophysik (Experiment und Theorie), der Theorie komplexer Quantensysteme und in der Didaktik der Physik; weltweit einmalige Dichte an fundamentaler (z.B. korrelierte Elektronensysteme) und angewandter (z.B. organische Leuchtdioden/Solarzellen) Forschung in Festkörperphysik und Materialwissenschaft.
Die Forschung findet in einer einmaligen Umgebung statt. Denn eine große Zahl an außeruniversitären Einrichtungen ist mit der TU Dresden vernetzt; dazu zählen Fraunhofer-, Helmholtz-, Leibniz- und Max-Planck-Institute. Enge Kontakte werden ferner zu lokalen Industrieunternehmen gepflegt, die zum Teil auf Ausgründungen aus der Fakultät Physik beruhen.