7 Kapitel 0 Einleitung In dem Grundpraktikum für Physiker und Mathematiker (Bachelor und Lehramt) sollen die Studenten moderne Arbeitsmethoden in der Physik kennen- und anwenden lernen. Dabei sollen folgende Kompetenzen erworben werden: Anwendung physikalischen Wissens aus den Vorlesungen Aufbau eines Experimentes Computerunterstützte Messung und Auswertung Präsentation der Ergebnisse Arbeiten in der Gruppe Die Studenten sollen sich intensiv mit dem Versuch, dem physikalischen Hintergrund, den Messmethoden und der Auswertung der Daten auseinandersetzen. Für jedes Versuchsgebiet stehen daher für die Durchführung und Auswertung jeweils zwei Tage im Blockpraktikum und drei Tage im semesterbegleitenden Praktikum zur Verfügung. Das Praktikum wird wie folgt gegliedert: Die Studenten erarbeiten insgesamt vier Versuche aus den Arbeitsgebieten: Mechanik, Akustik, Wärmelehre und Elektrizitätslehre. Der Stoff orientiert sich an der Vorlesung Experimentalphysik I und II, in denen die physikalischen Grundlagen vermittelt worden sind. Eine Arbeitsgruppe besteht aus maximal vier Studenten und einem Tutor. Jeder Tutor betreut einen Versuch während des Praktikums und jeweils zwei Arbeitsgruppen gleichzeitig. Maximal drei Arbeitsgruppen arbeiten in einem Raum unter der Betreuung von zwei Tutoren.
8 Kapitel 0. Einleitung Zu Beginn des Praktikums gibt es eine einführende Veranstaltung, in der den Studenten die Voraussetzungen, Gruppeneinteilungen, Praktikumsregeln, Labor- und Sicherheitshinweise sowie Grundkenntnisse in Fehlerrechung (Statistik) und in Gerätekunde vermittelt werden. Diese Lehrveranstaltungen sind kombinierte Vorlesungen und Übungen. 0.1 Arbeitsablauf Die Tutoren wählen aus, welchen Versuch aus einem Arbeitsgebiet die Studenten durchführen werden. Dies ist natürlich nur in dem Umfang möglich, wie es die vorhandenen Versuchsaufbauten zulassen. Die Studenten müssen sich daher auf alle Versuche eines Arbeitsgebietes vorbereiten. Jeder Student aus einer Gruppe muss während des Praktikums mindestens einmal die Ergebnisse der Gruppe präsentiert haben. Das Praktikum endet mit einem Abschlusstest. 0.1.1 Blockpraktikum in der vorlesungsfreien Zeit nach dem Semester Das Praktikum wird im Wintersemester (Sommersemester) für 192 (48) Studenten ausgelegt, die in 48 (12) Arbeitsgruppen A01-A12 (A01-A03), B01-B12 (B01-B03), C01-C12 (C01-C03) und D01-D12 (D01-D03) eingeteilt werden. Die Gruppen sind vormittags (von 08:30 Uhr bis 13:00 Uhr) im Wechsel jeweils drei Tage aktiv und bereiten einen Tag die Versuche vor. 1. Tag: Anwesenheitspflicht vormittags von 08:30 bis 13:00 Uhr Der Versuchstag beginnt mit einer Vorbesprechung mit dem Tutor, während dieser geeignete Versuchsaufbauten, -durchführungen und -auswertungen erarbeitet werden sollen. Danach erfolgt der Versuchsaufbau mit der Inbetriebnahme aller für die Messung erforderlicher Geräte sowie des Computers. Pro Arbeitsgruppe sollen zwei Versuchsaufbauten in Betrieb genommen werden, die identisch oder unterschiedlich sein können, je nach Fragestellung. Die Messdaten werden aufgezeichnet und die Auswertung soweit durchgeführt, dass erste, vorläufige Ergebnisse diskutiert werden können. Die Versuchsaufbauten/-einstellungen, die Namen der Dateien und die vorläufigen Ergebnisse werden in Form eines Messprotokolls dokumentiert. Der Vormittag endet mit der Rückgabe der Versuchsaufbauten und der Computer. Die Tutoren zeichnen die Messprotokolle ab. Die Messprotokolle sowie auf einen Datenträger gespeicherte Versuchsdaten und Analyseprogramme werden später an das erstellte Protokoll angehängt. Ohne die abgezeichneten Messprotokolle, Daten oder Auswertungsprogramme wird der Versuch als nicht bestanden gewertet. Zur weiteren Versuchsauswertung steht nachmittags der CIP-Pool der Physik zur Verfügung. 2. Tag: Die Auswertung der Versuche wird im CIP-Pool der Physik oder auf eigenen Computern zu Hause weitergeführt und abgeschlossen. Das Protokoll wird von der Arbeitsgruppe gemeinsam erarbeitet.
0.1. Arbeitsablauf 9 3. Tag: Anwesenheitspflicht nachmittags von 14:00 bis 18:30 Uhr Die Arbeitsgruppe gibt vormittags bis 10:00 Uhr ein Protokoll ab im Flur der Praktikumsräume des Modulbau 2 der Physik, welches die Messergebnisse beider Versuchsaufbauten beschreibt und gegebenenfalls vergleicht. Die Arbeitsgruppe arbeitet die Präsentation zu dem Versuch aus. Die Tutoren lesen und bewerten das Protokoll. Nachmittags von 14:00 bis 18:30 Uhr werden die Versuchsergebnisse in den Arbeitsgruppen präsentiert und diskutiert. Die Präsentation erfolgt für die maximal drei Arbeitsgruppen, die an dem gleichen Arbeitsgebiet experimentiert haben, zusammen in einem Raum. Im Anschluss werden die Protokolle mit den Tutoren besprochen. 0.1.2 Semesterbegleitendes Praktikum Das Praktikum im Semester ist für 48 Studenten ausgelegt, die in 12 Arbeitsgruppen A01- A12 eingeteilt werden. Die Gruppen sind am Versuchstag nachmittags von 14:00 Uhr bis 18:00 Uhr aktiv. Die Versuchsdurchführungen werden alternierend mit den Protokollbesprechungen und Präsentationen durchgeführt. Versuchstag: Anwesenheitspflicht nachmittags von 14:00 bis 18:00 Uhr Der Versuchstag beginnt mit einer Vorbesprechung mit dem Tutor, während dieser geeignete Versuchsaufbauten, -durchführungen und -auswertungen erarbeitet werden sollen. Danach erfolgt der Versuchsaufbau mit der Inbetriebnahme aller für die Messung erforderlicher Geräte sowie des Computers. Pro Arbeitsgruppe sollen zwei Versuchsaufbauten in Betrieb genommen werden, die identisch oder unterschiedlich sein können, je nach Fragestellung. Die Messdaten werden aufgezeichnet und die Auswertung soweit durchgeführt, dass erste, vorläufige Ergebnisse diskutiert werden können. Die Versuchsaufbauten/-einstellungen, die Namen der Dateien und die vorläufigen Ergebnisse werden in Form eines Messprotokolls dokumentiert. Der Vormittag endet mit der Rückgabe der Versuchsaufbauten und der Computer. Die Tutoren zeichnen die Messprotokolle ab. Die Messprotokolle sowie auf einen Datenträger gespeicherte Versuchsdaten und Analyseprogramme werden später an das erstellte Protokoll angehängt. Ohne die abgezeichneten Messprotokolle, Daten oder Auswertungsprogramme wird der Versuch als nicht bestanden gewertet. Zur weiteren Versuchsauswertung steht nachmittags der CIP-Pool der Physik zur Verfügung. Versuchsauswertung und Protokollerstellung, -abgabe: Die Auswertung der Versuche wird im CIP-Pool der Physik oder auf eigenen Computern zu Hause weitergeführt und abgeschlossen. Das Protokoll wird von der Arbeitsgruppe gemeinsam erarbeitet, welches die Messergebnisse beider Versuchsaufbauten beschreibt und gegebenenfalls vergleicht. Die Abgabe des Protokolls muss Mittwochs vormittags bis 10:00 Uhr elektronisch (email-adresse wird in der Einführung bekannt gegeben) oder persönlich im Sekretariat des I. Physikalischen Institutes B, Raum 28C207, erfolgen. Präsentationstag: Anwesenheitspflicht nachmittags von 14:00 bis 18:00 Uhr Die Arbeitsgruppe präsentiert den Versuch (Aufbau, Durchführung, Auswertung und
10 Kapitel 0. Einleitung Interpretation) in Form einer elektronischen Folien-Präsentation. Die Präsentation erfolgt für die maximal drei Arbeitsgruppen, die an dem gleichen Arbeitsgebiet experimentiert haben, zusammen im Versuchsraum. Im Anschluss werden die Protokolle mit den Tutoren besprochen. 0.2 Benutzung der Notebooks Für die Durchführung der Versuche erhält jede Arbeitsgruppe zwei Notebooks mit WLAN- Verbindung. Die Praktikumsteilnehmer benötigen dazu den bei der Immatrikulation durch das Rechenzentrum zugewiesenen Zugang. Die Notebooks stehen nur für die Arbeiten im Praktikum zur Verfügung und können nicht mit nach Hause genommen werden. Auf den Notebooks läuft als Betriebssystem Windows 7 und die für die Versuchsdurchführung benötigten Messwerterfassungsprogramme sind installiert. Für die Präsentationen steht das OpenOffice Packet zur Verfügung. Die statistischen Auswertungen der Versuche (Mittelwerte, lineare Regression, etc.) sollen mit MAPLE, PYTHON oder ROOT durchgeführt werden. Die Studenten haben nur Schreibzugriff auf den User-Bereich. Als ersten Arbeitsschritt legt jede Arbeitsgruppe, sobald sie ein Notebook erhält, im User-Bereich ein Verzeichnis mit dem Gruppennamen an. In diesem Verzeichnis sollten alle Dateien, die zu dem Versuch gehören, abgespeichert werden und am Ende der Arbeitsphase auf Datenträger kopiert werden. Der User-Bereich wird bei jedem Wechsel zwischen den Gruppen gelöscht, so dass alle ungesicherten Daten unwiederbringlich verloren sind. Private Notebooks sind erlaubt. Der Besitzer ist für den erfolgreichen Einsatz zur Messwerterfassung eigenverantwortlich. 0.3 Versuchsvorbereitung Die Versuchsbeschreibungen sollen den Studenten eine Vorbereitung auf den Versuch ermöglichen und eine Anleitung für die Versuchdurchführung sein. Die physikalischen Grundlagen zu den Versuchsthemen werden in den Versuchsanleitungen nur bedingt hergeleitet. Es ist daher unerlässlich, entsprechende Physikbücher für die Vorbereitung zu verwenden. Besonders geeignet sind die folgenden Bücher: W. Walcher, Praktikum der Physik, Teubner Taschenbuch. Demtröder, Experimentalphysik, Band 1 und 2. P.A. Tipler, Physik, Spektrum Verlag. Gerthsen, Kneser, Vogel, Physik, Springer Verlag
0.4. Bewertung 11 0.4 Bewertung Die Teilnahme an den vier Versuchs- und Präsentationsterminen ist Pflicht! Jeder Versuch muss mit der Bewertung OK bestanden werden! Studenten, die aus Krankheitsgründen an einem Termin entschuldigt fehlen (ärztliches Attest muss vorgelegt werden), müssen den Versuch nachholen. Bei zwei fehlenden Versuchen muss das Praktikum wiederholt werden. Vorbereitung: Während der Vorbesprechung zu Beginn eines Versuchstages werden die physikalischen Grundlagen zu den Versuchsthemen, sowie die Versuchsdurchführung und Auswertung besprochen. Wenn der Student nicht vorbereitet ist, kann er an dem Versuch nicht teilnehmen! Studenten die einmal nicht auf einen Versuch vorbereitet sind, müssen den Versuch nachholen, bei zweimaliger Nichtvorbereitung gilt das Praktikum als nicht bestanden. Protokoll: Die max. vier Studenten einer Gruppe geben ein gemeinsames Protokoll ab. Die Tutoren lesen und bewerten das Protokoll. Der Versuch gilt als bestanden, wenn die Bewertung OK erfolgt. Sollte das Protokoll mit Nicht OK bewertet werden, kann das Protokoll einmal korrigiert und am nächsten Tag wiedervorgelegt werden. Präsentation: Jeder Student einer Arbeitsgruppe muss mindestens einmal die Ergebnisse seiner Gruppe präsentieren. Die Präsentation wird für den vortragenden Studenten einer Gruppe gewertet. Die Präsentation gilt als bestanden bei der Bewertung OK. Bei der Bewertung Nicht OK kann die Präsentation einmal überarbeitet und am nächsten Tag wiederholt werden. Nicht selbsterarbeitete Versuchsergebnisse, Protokolle oder Präsentationen werden als Täuschungsversuch und das Praktikum als nicht bestanden bewertet. Abschlusstest und Gesamtnote: Am Ende des Grundpraktikums wird ein Abschlusstest durchgeführt. Aus der im Abschlusstest erzielten Punktzahl ermittelt sich die Endnote für das physikalische Grundpraktikum. Der Abschlusstest gilt als bestanden, wenn mindestens eine ausreichende Leistung erreicht wurde. Er gilt als nicht bestanden, wenn eine nicht ausreichende Leistung erreicht wurde, dann gilt das Praktikum als nicht bestanden. 0.5 Zeitlicher Ablauf Das Praktikum beginnt mit der Einführungsveranstaltung und endet mit dem Abschlusstest. Der zeitliche Ablauf des Praktikums, die Raumeinteilung, sowie die Einteilung der Studenten in die Arbeitsgruppen und in den Abschlusstest werden gesondert bekannt gegeben.