Fortgeschrittenenpraktikum

Ziele des Praktikums

Die Studierenden sollen anspruchsvolle Experimente aus verschiedenen Bereichen der Physik selbst durchführen und dabei

• die experimentelle Umsetzung der physikalischen Fragestellung mit den gegeben Mitteln zielgerecht und zeitökonomisch erarbeiten

• physikalische Messmethoden kennenlernen

• den Umgang mit modernen Messgeräten üben

• komplexe Apparaturen selbständige beherrschen

• Probleme, Defekte und experimentelle Schwierigkeiten erkennen und beheben;

• experimentelle Ergebnisse sinnvoll auswerten und kritisch interpretieren;

• den Umgang mit Lehrbüchern und Originalliteratur zur Vorbereitung und Einordnung der Ergebnisse üben.

Der Akzent des Praktikums liegt eindeutig auf dem Experiment. Allerdings setzt die sinnvolle Durchführung eines Experiments auch ein gründliches Verständnis der dem Experiment zu Grunde liegenden Theorie voraus.

Begleitend zum Praktikum findet ein Seminar statt, in dem die Studierenden jeweils über einen bereits abgeschlossenen Versuch vortragen. Es soll dabei die Technik des Kurzvortrags (Dauer 20 min), die auch für das spätere Berufsleben wichtig ist, eingeübt werden. Auch die jedem Vortrag folgende Diskussion soll auf entsprechende beruftliche Situationen (Konferenzen, Unterricht, Vorstellungsgespräche etc.) vorbereiten.

 

 

 

Allgemeine Hinweise

1.  Betreuer:

Jedem Versuch ist ein Betreuer zugeordnet, dessen Hauptaufgabe es ist, Ihnen beim Erreichen der oben genannten Ziel behilflich zu sein. Sie sollten daher aus eigener Initiative das Gespräch mit dem Betreuer suchen.

 

2.  Vorkenntnisse:

Die Inhalte von Experimentalphysik I-IV und den Anfängerpraktika AP1-3, Atomphysik und Festkörperphysik werden vorausgesetzt. Im Diplomstudiengang muss mindestens die Prüfung zur Experi­mental­physik abgelegt sein.

 

3.  Zeiteinteilung:

Im FP I wird für jeden Versuch eine Woche angesetzt. Als Richtlinie für eine sinnvolle Zeiteinteilung kann folgendes Schema dienen:

1.   Tag

Inbetriebnahme der Apparatur. Einzelgeräte kennenlernen, ihre Funk­tions­fähigkeit prüfen. Gespräche mit dem Betreuer und eventuellen Vorgängern sind unbedingt erforderlich

2.   - 4. Tag

Kernzeit für die Versuchsdurchführung, ein­schließ­lich Auswertung der Ergebnisse und Vertiefen der Theorie.

5. Tag

Abschluss des Versuchs: eventuelle Korrekturmessungen, Abschluss der Auswertung und Fehlerbetrachtung, kritische Diskussion des Experiments.

Bei der Zeiteinteilung sind die Eigenheiten des jeweiligen Versuchs (z.B. Aufwärmzeiten, Abpumpzeiten…) sowie die Seminarzeiten und Öffnungs­zeiten des Praktikums zu berücksichtigen.

 

4.  Öffnungszeiten:

Das FP ist aus Sicherheitsgründen nur von Montag bis Freitag, 9:00 Uhr bis 18:00 Uhr geöffnet. Darüber hinaus kann nur in begründeten Ausnahmefällen im Einvernehmen mit dem Betreuer und grundsätzlich in einem Team aus min. 2 Personen experimentiert werden. Schlüssel sind beim Techniker des FPs erhältlich.

 

5.  Versuchsanleitungen:

Die Versuchsanleitungen enthalten in der Regel eine feste Aufgabenstellung. Es wird jedoch auch Eigeninitiative erwartet, die auf eventuelle Erweiterungen oder Umgestaltung der Aufgabenstellung, auf apparative Veränderungen u.ä.  hinzielen. Bevor Sie dieses jedoch tun, besprechen Sie Ihr Vorhaben mit dem Betreuer.

Die Gebrauchsanleitungen der Geräte sind auf jeden Fall vor der Inbetriebnahme gründlich zu lesen. Stets gilt: Vor dem Experimentieren über die Konsequenzen nachdenken. Durch Berücksichtigung dieser elementaren Regel lassen sich oft erhebliche Schäden vermeiden. Sind dennoch Schäden eingetreten oder werden Defekte erkannt, so teilen Sie dies unverzüglich dem Betreuer mit, damit Abhilfe geschaffen werden kann.

 

Versuchsanleitungen können über das Praktikum ausgeliehen werden. Gängige Lehrbücher und Monographien stehen im Handapparat zur Verfügung und können gegen Leihschein beim FP-Techniker ausgeliehen werden. Da die Anzahl der Bücher begrenzt ist, wird mit Rücksicht auf Ihre Nachfolger um pünktliche Rückgabe gebeten.

 

6.  Sicherheitsvorschriften:

 Beachten Sie aus Ihrem eigenen Interesse die einschlägigen Sicherheitsvorschriften!

Sprechen Sie mit den Betreuern über mögliche Gefahrenquellen. Im Zweifelsfall lassen Sie sich beraten, worin die Gefahr besteht und wie Sie vermieden werden kann.

 

7.  Schriftliche Ausarbeitung – Das Praktikumsheft:

Das Protokoll soll verständlich und vollständig sein. Es soll bei späterer Diskussion eine genaue Rekonstruktion Ihrer Versuchsbedingungen ermöglichen. Dabei sollen die Theorie zum Experiment, die aufgenommenen Messdaten (Versuchsprotokoll) sowie deren Analyse, Auswertung und Interpretation (Auswertung) erfasst werden. Alle Eintragungen sind mit Datum zu versehen und sollten handschriftlich erfolgen.

Benutzen Sie möglichst feste, karierte Hefte im DIN A4-Format (z.B. Schulhelfe mit 32 Seiten). Seitenzahlen erleichtern Rückverweise. Fliegende Blätter werden nicht akzeptiert.

 

Eine übliche Gliederung ist die folgende:

Einleitung mit detailierter Aufgabenstellung, Einordnung und Mativation des physikalischen Themas

Theorieteil (max. 5 Seiten, FP2 7 Seiten) mit der für das Experiment erforderlichen Theorie und Formeln für die Auswertung. Die Aufstellung eines groben Experimentierplans ist sehr hilfreich!

Versuchsprotokoll mit handschriftlicher Datenerfassung. Werden Daten direkt mittels eines Rechners erfasst, müssen die Dateinamen mit Datum und Uhrzeit der Aufzeichnung im Protokoll vermerkt werden. Die Vollständigkeit und Nachvollziehbarkeit der Daten ist für diesen Protokollteil zentral (Schreibweise, Layout etc. ist hier weniger wichtig). Auch Fehler/Fehlmessungen sind experimentelle Daten und müssen erfasst werden. Korrekturen müssen nachvollziehbar sein. Nutzen Sie daher dokumentenechte Stifte (kein Tintenkiller, Radiergummi, TippEx). Korrekturen sollen durch einfaches Durchstreichen und berichtigen an nächstmöglicher Stelle erfolgen. Sinnvoll erweist sich im Allgemeinen auch eine Versuchsskizze mit allen erforderlichen Abständen und Bezeichnungen. Eine Auswertung der Messdaten sollte sofort erfolgen (direkt auf einem Notebook/PC), um mögliche systematische Fehler direkt zu erkennen. Die ausgewerteten Daten können dann im Teil Auswertung verwendet werden.  Notieren Sie sorgfälltig Dimensionen, Gerätetyp und Art der Messwerter­fassung. Wichtiger Bestandteil jeder Messung ist eine sinnvolle Fehlerdiskussion, d.h. Fehlerabschätzung nach Erfahrung und Angabe auf dem Messgerät.

Auswertung: Analysieren, bewerten und interpretieren Sie die Messergebnisse. Dazu ist notwendig, dass alle mathematischen Zusammen­hänge ausreichend dokumentiert sind und von einer Fehlerbetrachtungen begleitet werden. Alle Variablen müssen mit Namen und/oder Beschreibung eingeführt werden. Achten Sie auf die richtigen Einheiten und Dimensionen.  Nutzen Sie für die Aufbereitung und Darstellung Ihrer Daten dafür entwickelte und übliche Programme. Werden für den Vergleich mit der Theorie Einschränkungen gemacht – muss beispielsweise bei einer Anpassungsfunktion ein Offset berücksichtigt werden? Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit den Erwartungen (Theorie, Literatur)! Wie sind Abweichungen zu begründen oder zu erklären, gibt es alternative Messmethoden, … Achten Sie auf eine didaktisch sinnvolle Darstellung und Reihenfolge ihrer Auswertung, führen Sie in die jeweiligen Bereiche ein und motivieren Sie diese. Es kann hilfreich sein Untergliederungen vorzunehmen und Versuchsskizzen an entsprechender Stelle nochmals einzubinden.

Fazit und Ausblick sollten das Experiment zusammenfassen und einzelnen Teile miteinander verbinden.  

 

Nochmals:

Versuchsprotokolle sind prinzipiell handschriftlich und in einem gebundenen DINA4-Heft zu erstellen!

Das gilt sowohl für den Theorieteil als auch für die Originaldaten und die Auswertung.

Ausgenommen sind nur

·    („unverzichtbare“) Abbildungen aus Lehrbüchern im Theorieteil, welche mit Quellenangaben zu versehen sind,

·    computererstellte Tabellen und Grafiken bei den Originaldaten und der Auswertung.

In solchen Fällen müssen diese Kopien bzw. Computer-Ausdrucke ins Heft eingeklebt werden, umfangreiche Computer-Ausdrucke mit Messdaten, die nicht alle im Protokollheft dokumentiert werden können sollen als Anhang in einem DINA4-Schnellhefter beigelegt werden. Achten Sie aber auch hier auf eine nachvollziehbare, chronologische Beschriftung.

 

Regel für die Abgabe der Protokolle und Termine der Rücksprache:

 

FP 1:

Protokollabgabe spätestens eine Woche nach Versuchsende

(Abgabe am jeweils folgenden Montag bis 09:00 Uhr auch möglich)

 

Rücksprache spätestens zwei Wochen nach Versuchsende (Ausnahmen NUR auf Wunsch des Betreuers möglich)

 

FP2

Protokollabgabe spätestens 10 Tage nach Versuchsende

 

Rücksprache spätestens drei Wochen nach Versuchsende

(Ausnahmen NUR auf Wunsch des Betreuers möglich)

 

8.  Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis:

Daten und Auswertungen ohne Quellenangabe werden als selbst gemessen bzw. erstellt betrachtet.

Die Verwendung fremder Daten bzw. Auswertungen ohne Quellenangabe wird als Täuschungsversuch gewertet!

·    In solchen Fällen wird der Versuch als ungültig bewertet und muss durch einen zusätzlichen Versuch (möglichst aus dem gleichen Themenkreis) ersetzt werden.

·    Dieser, ggf. nach Ende der allgemeinen Praktikumszeit durchzuführende Ersatzversuch muss erfolgreich abge­schlossen werden, bleibt aber ohne Punktewertung. Falls infolge dieser fehlenden Wertung das Gesamtziel (mindestens 50% der maximalen Punktzahl) nicht erreicht wird, gilt das Praktikum als nicht bestanden!

 

9. Seminar:

Ein zukünftiger Physiker muss in der Lage sein, die Materie, die er mit viel Mühe, Zeitaufwand und geistiger Anstrengung gelernt, verstanden und interpretiert hat, einem physikalisch gebildeten, aber nicht spezialisierten Publikum in kurzer, verständlicher, aber dennoch wissenschaftlich exakter Form nachzubringen. Eine erste Einübung in diese Kunst soll das dem FP angegliederte Seminar vermitteln.

Als Zuhörer muss der Physiker lernen, durch die Fragen den Vortragenden zur Klärung noch offener Probleme zu veranlassen. Die Diskussion kann wesentlich zum Verständnis der Materie beitragen, und jeder Vortragenden sollte eine lebhafte Diskussion über seinen Vortrag begrüßen. Betreuer und Praktikumsleiter werden versuchen eine solche Diskussion entstehen zu lassen. Die gestellten Fragen werden dabei nicht zum Nachteil des Vortragenden ausgelegt werden.

Das Thema des jeweiligen Seminarvortrages ergibt sich aus Ihrem ersten FP-Versuch. Es sollen die Hintergründe, Methoden und Ergebnisse dieses Versuchs bzw. sinnvolle Teilgebiete davon präsentiert werden.

Richten Sie den Vortrag an ihre Mitstudierenden, die den speziellen Versuch (noch) nicht gemacht habe. Die Vortragsdauer sollte 20 min betragen. Der Vortrag sollte weder zu elementar sein noch über die Köpfe der Zuhörenden hinweggehen. Eine Einführung wie Sie einen guten Vortrag halten sollten wird Ihnen zu Beginn des Praktikums gegeben.

Nach einer oben genannten fachlichen Diskussion wird auch über die äußere Form und Art der Präsentation diskutiert. Nutzen Sie diese Diskussion, um zu lernen welche didaktischen Mittel gut angekommen sind und welche Sie verbessern sollten. 

Der Vortrag wird bewertet und geht in die Gesamtnote des Praktikums gewichtet wie ein Versuch.

Vortrag Prof. Ziegler

 

10.  Benotung :

Die Betreuer bewerten die Leistung in Theorie, Experiment und Protokoll. Jeder Teilnehmer einer Versuchsgruppe wird möglichst individuell bewertet. Die Bewertung des Protokolls trifft nur den Federführenden.

Es werden ganzzahlige Bewertungsziffern von 0 (sehr schwach) bis 15 (ausgezeichnet) verwendet. Um sehr gute/ausgezeichnete Bewertungen zu erhalten muss i.d.R. mehr als das geforderte Versuchsprogramm erbracht werden. Im Einzelnen werden bewertet:

Theorie:      Beurteilung des theoretischen Vor- und Allgemeinwissens, wie es in Diskus­sionen am Versuch und in der Rücksprache zum Ausdruck kommt. Das Pro­tokoll sollte hier – wenn überhaupt – nur geringfügig berücksichtigt werden. Wenn die Praktikanten den Versuch so schlecht vorbereitet antreten, dass eine sinnvolle Durchführung des Experiments unmöglich er­scheint, soll ihnen (mit entsprechendem Punkteabzug) ein zusätzlicher Tag für die Vor­bereitung auferlegt werden.

Experiment:    Geschick bei der Durchführung des Experiments; Ideenreichtum, Flexi­bilität, Aktivität am Versuch etc., Qualität der Messergebnisse (Einbe­ziehung der Messdaten im Protokoll). Sind die Messergebnisse unbrauch­bar, ohne dass hierfür ein nachvollziehbarer Grund besteht, oder wur­den sie offensichtlich gefälscht, so kann der Versuch nicht gewertet werden.

Protokoll:   Beurteilung vor allem der kritischen Auswertung und Diskussion der Mess­daten. Der Theorieteil wird nur einbezogen, falls grobe Fehler auftreten. Die Bewertungsziffer wird bei dem Teilnehmer eingetragen, der das Protokoll federführend erstellt hat. Grobe Fehler im Protokoll, insbesondere in der Auswertung der Mess­daten, müssen korrigiert werden und werden ebenso wie eine ver­spätete Abgabe des Protokolls mit ent­sprechen­dem Punkteabzug belegen.

Ausschluss:     Beträgt der Durchschnitt aus den Bewertungsziffern für Theorie, Experiment und Protokoll (letzteres nur beim Federführenden) für einen Versuch weniger als 4 Punkte, so kann der Versuch (für den betreffenden Praktikanten) nicht gewertet werden.

Seminar:     Der Seminarvortrag wird mit einer Note bewertet. Diese geht in die Gesamtnote wie ein Versuch ein (also 5/30 für FP1, 5/20 FP-Lehramt und FP2).

Die Gesamtnote ergibt sich aus dem arithmetischen Mittel der Einzelnoten. Das Praktikum ist bestanden, wenn die Note ausreichende (4,0 oder 5 Punkte) erreicht wird und alle Versuche sowie das Seminar mit mindestens 4 Punkten bestanden wurde.

 

nach               H. Hotop  Feb. 2005

überarbeitet C. Döring  April 2014

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