📚 Praktikums-Guide

🗄️ Einordnung ins Studium

Die Praktika der Physik bieten Ihnen die folgenden Möglichkeit

Zu Experimentieren.
Physikalische Gesetzmäßigkeiten mit dem Experiment zu überprüfen.
Physikalische Sachverhalte aus den Vorlesungen am Experiment nachzuvollziehen.
Messdaten mit wissenschaftlichem Anspruch aufzuzeichnen, zu dokumentieren und weiterzuverarbeiten.

Dies ist ein wesentlicher Bestandteil jedes Physikstudiums und damit Ihrer Ausbildung zum wissenschaftlichen Arbeiten.

Tipp

Im Gegensatz zu einer Vorlesung geht es nicht um die Reproduktion teilweise Jahrhunderte alten Wissens. Jedes Experiment ist immer wieder eine neue Konfrontation Ihrer Erwartung mit der Realität und somit eine neue Herausforderung!

Das P1/P2-Praktikum entspricht in der Bewertung des damit verbundenen Arbeitsaufwands 6 ECTS-Punkten.
Es handelt sich dabei um rund 1/5 Ihrer Arbeit für das Physikstudium im Studienplan des jeweils laufenden Semesters!
Diese Leistung erbringen Sie konzentriert auf 10 Wochen.

Bei der Planung des Semesters sollten Sie diese Zeit nicht unterschätzen.

Hinweis

Bei der Berechnung der ECTS-Punkte für die Praktika legen wir das folgende Modell zugrunde:

4-6 Stunden 💪 Vorbereitung, in denen Sie sicherstellen, dass Sie den kommenden Versuch nach bestem Vermögen durchführen können.
5.5 Stunden 🔬 Durchführung am 📝 Versuchstag.
2-4 Stunden ☕ Nachbereitung (einschließlich potentieller Beanstandungen durch Ihre:n Tutor:in).

Damit ergeben sich bis zu 160 Stunden Arbeitsaufwand im laufenden Semester.

🔧 Einrichten des Repositories

Bevor Sie mit dem Praktikum beginnen sollten Sie sich die Anleitungen zu allen Versuchen auf einem Jupyter-Server einrichten.

Einen solchen Server können Sie entweder auf Ihrem eigenen Laptop betreiben, oder Sie können das 💻 bwJupyter Hub des Landes Baden-Württemberg nutzen, wofür wir Ihnen ein geeignetes Profil mit allen für das P1/P2-Praktikum notwendigen Softwareinstallationen zu Verfügung stellen.

💡 Alles was Sie wissen müssen, um das P1/P2-Praktikum auf dem bwJupyter Hub erfolgreich durchführen zu können finden Sie im Abschnitt 🖥️ Auswertung am Computer. Eigene Installationen können von den Beschreibungen dort leicht abweichen.

Tipp

Wir halten die Dokumentation aller Versuche unter großem Aufwand so aktuell wie möglich. Falls Sie im Zuge Ihrer Versuchsvorbereitungen auf kleinere Unstimmigkeiten, Unklarheiten, Fragen, Schreibfehler oder veraltete oder nicht funktionierende Links stoßen sollten gibt es die folgenden Möglichkeiten, uns diese zu melden:

Sie erstellen ein Work item im gitlab Respository in dem wir unsere Anleitungen pflegen.
Sie erstellen einen Merge request.
Sie schreiben eine E-Mail an die Praktikumsleitung mit dem Betreff P1/P2-REPORT.

Hinweis

Wir empfehlen Ihnen, die Vorbereitung auf jeden Versuch mit einem git pull in Ihrem lokalen student-Respoisotry auf Ihrem bevorzugten Jupyter-Server zu beginnen. Dieses Vorgehen sorgt dafür, dass die 📋 Protokollvorlage und die 💡 Hinweise zur Durchführung und Auswertung des Versuchs, zu Beginn Ihrer Vorbereitung immer auf dem neuesten Stand sind.

Melden Sie sich bei Fragen hierzu gern bei Ihrem:r Tutor:in des nächsten durchzuführenden Versuchs oder bei der Praktikumsleitung.

♻️ Von Vor- bis Nachbereitung

Jede Vorbereitung zu einem P1/P2-Versuch sollte damit beginnen, dass Sie ins Verzeichnis des entsprechenden Versuchs wechseln und dort zwei Dokumente öffnen.

Es handelt sich in beiden Fällen jeweils um ein Jupyter-notebook:

📋 Protokollvorlage: Diese Datei trägt den Namen des Versuchs mit der Endung *.ipynb. Darin stehen alle durchzuführenden Aufgaben. Diese sind knapp und übersichtlich formuliert, damit Sie möglichst keine Aufgabenteile übersehen. Ihr Protokoll entsteht während der Versuchsdurchführung aus dieser Datei.
💡 Hinweise: Diese Datei trägt den Namen des Versuchs mit der Endung *_Hinweise.ipynb. Darin finden Sie konkrete Vorschläge und Empfehlungen, um den Versuch erfolgreich durchführen zu können.

Hinzu kommt, zum Verständnis der physikalischen Aufgabenstellungen und komplexerer experimenteller Aufbauten, die 📖 Dokumentation zur Vorbereitung auf den jeweiligen Versuch, die Sie auf diesen Webseiten finden.

📋 Protokollvorlage

Die Protokollvorlage ist für alle Versuche gleich aufgebaut und besteht aus den folgenden Abschnitten:

✏️ Kopfzeile: Hier finden Sie den Namen des Versuchs und Angaben dazu in welchem Raum der Versuch zu finden ist. Der Versuchsname ist anklickbar und führt zur 📖 Dokumententation zur Vorbereitung auf den jeweiligen Versuch. Zwei im Allgemeinen zugeklappte Zellen dienen zur Administration des Versuchs.
⚙️ Durchführung: Hier finden Sie alle zu bearbeitenden Aufgaben. Die Zellen mit den Aufgabenstellungen sind grün eingefärbt. Dahinter befinden sich leere Text- und Code-Zellen zur Bearbeitung. Diese sind zur besseren Übersicht im allgemeinen zugeklappt. Während der Durchführung und Auswertung des Versuchs können Sie der Vorlage beliebig viele Zellen zufügen.
📊 Beurteilung: Wir bitten Sie nach Durchführung und Auswertung eine kurze, anonyme Beurteilung des jeweiligen Versuchs vorzunehmen. Diese ist Bestandteil der Auswertung.

💡 Hinweise

Hier finden Sie aktuelle Hinweise zur Durchführung und Auswertung des Versuchs. Diese gliedern sich i.a. in:

Hinweise zum Ablauf (🔧)
Hinweise zur Auswertung (🖥️).
In manchen Fällen sind diesen Hinweise zur Vorbereitung (📎) vorangestellt.

Tipp

Es empfiehlt sich vor Versuchsantritt alle Hinweise einmal durchzulesen, um sich eine Übersicht über das generelle Vorgehen zu verschaffen. Wenn Sie dabei nicht alles verstehen ist das normal. Der genaue Sinn jedes einzelnen Hinweises sollte sich Ihnen jedoch spätestens während der Durchführung und Auswertung des Versuchs Schritt für Schritt, vollständig erschließen.

Hinweis

Beachten Sie, dass es Bestandteil der Ausbildung ist, dass Sie als angehende Physikerinnen und Physiker den Sinn des Versuchs verstehen. Sie sollen die konkreten Hinweise zur Durchführung sinngemäß verstehen. Manchmal sind diese an die bestehende Situation anzupassen. Es sind keine Kochrezepte, die sklavisch abzuarbeiten sind.

📖 Dokumentation

Achtung

Wir erwarten, dass Sie die Dokumentation zur Vorbereitung auf den Versuch vor Versuchsantritt sorgfältig gelesen und verstanden haben!

🚀 Weiterführende Hinweise sind als solche klar gekennzeichnet. Diese sind ein Angebot an Sie und für die Vorbereitung auf die Versuchsdurchführung nicht obligatorisch.
✍🏻 Wir empfehlen Ihnen sich zum Verständnis handschriftliche Notizen zu machen, die Sie am Versuchstag auch in die Vorbesprechung des Versuchs mitnehmen können.
🗨️ Während der Vorbesprechung sollten Sie in der Lage sein die folgenden Fragen selbstständig und frei, vor Ihren Mitstudierenden und Ihrem:r Tutor:in zu beantworten:

Checkliste

Was für einen Versuch wollen Sie durchführen?
Was sind die relevanten Größen und Zusammenhänge?
Sie sollten zumindest die Abhängigkeiten der involvierten Größen in wichtigen Formeln wiedergeben können.
Wie ist das Messprinzip?
Was sind eventuelle Besonderheiten des Versuchs?
Gibt es Hinweise zur 🚨 Sicherheit?
Welche Fragen haben Sie noch, bevor Sie sich in der Lage sehen, den Versuch anzutreten?
Einige Dateien enthalten 📝 vorbereitende Aufgaben und Verständnisfragen. Sie sollten diese in der Vorbesprechung zum jeweiligen Versuch diskutieren oder beantworten können!

📈 Auswertung

Protokoll und Auswertung des Versuchs werden elektronisch, auf Grundlage der Protokollvorlage in Jupyter-notebook angefertigt. Die Auswertung entsteht dabei aus der Protokollvorlage. Sie sollten die Protokollvorlage als aktives, elektronisches Arbeitsdokument verstehen.

⚠️ Grundsätzlich erwarten wir für jede Aufgabe den folgenden Aufbau Ihres Protokolls:

Checkliste

Eine knappe, in sich geschlossene Beschreibung der Grundlagen und Messprinzipien, die Sie zur Durchführung des Versuchs und Lösung der gestellten Aufgabe benötigen.
Eine oder mehr Code-Zellen, in denen Sie die aufgenommenen Daten festhalten oder einlesen und je nach Aufgabenstellung entsprechend weiterverarbeiten. Sie leiten Sekundärdaten daraus ab oder nehmen, z.B. mit kafe2, Anpassungen an die Daten vor.
Sie sollten die Ergebnisse Ihres Handelns nicht unkommentiert in der Code-Zelle stehen lassen und sich darauf verlassen, dass Ihr:e Tutor:in sie schon finden und richtig interpretieren wird.
⚠️ Jede Aufgabe, in der Sie neue, eigene Ergebnisse erzeugt haben, ist erst dann abgeschlossen, wenn Sie alle erzielten Ergebnisse klar kenntlich, mit Unsicherheiten und richtigen Einheiten versehen, in einer weiteren Textelle Ihres Protokolls zusammengefasst und interpretiert haben. ⚠️
Versuchen Sie bei der Diskussion Ihrer Ergebnisse auf eventuelle Probleme oder andere Besonderheiten Ihrer Messung ernsthaft einzugehen. Dies ist ein wichtiges Training zur realistischen Einschätzung Ihres Handelns als Physiker:in.

💪 Vorbereitung

Wir veranschlagen zur Vorbereitung auf den Versuch 4–6 Stunden:

Die Dokumente zur Vorbereitung auf den Versuch durchzulesen und zu verstehen sollte Sie nicht mehr als 2–3 Stunden kosten. Jeder Mehraufwand weist
Den Rest der Zeit sollten Sie darauf verwenden die Protokollvorlage so für sich einzurichten, dass Sie den Versuch zügig und wohlorganisiert mit Ihrem:r Versuchspartner:in durchführen können.

Tipp

Wir empfehlen hierzu das folgende Vorgehen:

✍ Formulieren Sie eine Beschreibung der Grundlagen und des Messprinzips in eignen Worten in Ihrer Protokollvorlage vor, auf dessen Grundlage Sie den Versuch durchführen werden. Fügen Sie dort wichtige Formeln für notwendige Rechenschritte (in Latex-Satz) ein.
📊 Fügen Sie in die Code-Zellen Ihres Protokolls vorformatierte Listen zur händischen Datennahme oder Code-Passagen für vorläufige Auswertungen und/oder Anpassungen ein, um Ihre Daten während der Versuchsdurchführung so früh wie möglich sichtbar machen zu können. Sie können auf diese Weise noch während der Datennahme Ausreißer erkennen, Nachsteuern oder Rat bei Ihrem:r Tutor:in einholen, wenn Sie merken, dass bei Ihrer Messung grundsätzlich etwas falsch laufen oder noch grundsätzliche Missverständnisse vorliegen sollten.
⚠️ Wichtige Werkzeuge, die in Ihrem Arsenal zur Durchführung eines Versuchs nicht fehlen dürfen finden Sie im Tools-Verzeichnis in Ihrem Repository. Eine entsprechende Zusammenstellung finden Sie im Abschnitt Auswertungstipps. 👍 Mit diesem Arsenal können Sie das gesamte P1/P2-Praktikum und weite Teile Ihres Physikstudiums bestreiten.

Achtung

📈 Eine professionelle Vorbereitung auf jeden Versuch ist das A und O einer erfolgreichen Teilnahme am P1/P2-Praktikum.

🔬 Durchführung

Zur Durchführung des Versuchs haben Sie am 📝 Versuchstag 3.5 Stunden Zeit. Nutzen Sie diese, um sich zunächst mit den Apparaturen und Versuchsaufbauten Vertraut zu machen. Die eigentlichen Messreihen sind schneller durchzuführen, wenn Sie wissen, was zu tun ist und wo Fallen lauern und wenn Sie einen daraus resultierenden, klaren Plan vor Augen haben.

Achtung

Im Laboralltag ist es essentiell, Daten so früh wie möglich, am besten noch während der Versuchsdurchführung, verlässlich zu visualisieren und auf Ihre Sinnhaftigkeit und Ihre Erwartung hin zu überprüfen.

Im wirklichen Leben steht Ihnen im Allgemeinen nur eine begrenzte Messzeit zur Verfügung, um Daten aufzunehmen und Messreihen durchzuführen. Danach müssen Sie vielleicht Monate auf eine neue Chance warten. Eine nicht erkannte, fehlgeschlagene Datennahme kann in solchen Fällen fatale Folgen haben.

Auch im P1/P2-Praktikum kann eine nicht verstandene, fehlgeschlagene Datennahme dazu führen, dass Sie Wochen und im schlimmsten Fall ein Jahr warten müssen, um den entsprechenden Versuch nochmal durchführen zu können.

Es empfiehlt sich daher die Primärdaten so früh wie möglich darzustellen und bereits während des Versuchstags so weit wie möglich (vorläufig) auszuwerten.

ℹ️ Wenn die von Ihnen erwartete Frequenz um einen Faktor "2\,\pi" niedriger liegt, oder die Steigung einer Geraden um einen Faktor 1000 höher ausfällt, als erwartet, tun Sie gut daran, wenn Sie dies bereits während der Datennahme herausfinden und ggf. noch mit Ihrem:r Tutor:in direkt Rücksprache halten können. So ersparen Sie sich Frust bei der Auswertung oder Rückgabe des Protokolls.

☕ Nachbereitung

Für die Nachbereitung des Versuchs veranschlagen wir 2-4 Stunden.

Wenn Sie unseren Empfehlungen aus den vorherigen Abschnitten folgen besteht die Nachbereitung des Versuchs aus der sauberen Formulierung und Formatierung von Text, der Anwendung oder Überarbeitung ggf. anspruchsvoller Anpassungen an die Daten und der Zusammenfassung und Diskussion der erzielten Ergebnisse.

Beherzigen Sie für jedes abzugebende Protokoll den folgenden 👍 Protokoll-Check, um sich und Ihren Tutor:innen unnötige Frustration zu ersparen.
Eine Liste verbindlicher Kriterien zur Bewertung Ihres Protokolls finden unter diesem 👍 Bewertungs-Check. Auch diese sollten Sie beherzigen, um unangenehme Überraschungen bei der Rückgabe Ihrer Auswertungen zu vermeiden.

😓 Das Praktikum falsch angegangen…?

Im Physikstudium sind Sie gefordert in begrenzter Zeit viel Information aufzunehmen und zu verstehen. Wenn Sie für das P1/P2-Praktikum mehr Zeit als veranschlagt benötigen, überprüfen Sie sich selbst, ob Sie ggf. einem der folgenden, häufigen Fehler erlegen sind:

📚 Sie haben sich bei der Vorbereitung auf den Versuch in einen Aspekt des Versuchs so sehr vertieft, dass Sie die übrigen Aspekte aus den Augen verloren haben. Dies ist jederzeit möglich und spricht womöglich für Ihr großes Interesse an der Physik! Sie sollten die darauf verwandte Zeit jedoch nicht der Vorbereitung auf das P1/P2-Praktikum zurechnen.
🎯 Für eine erfolgreiche Versuchsdurchführung ist es essentiell bereits zu Beginn des Versuchs eine möglichst klare Erwartung von dessen Ausgang zu haben. Sie sind nicht gut genug vorbereitet in den Versuch gegangen und wussten eigentlich von Anfang an nicht so recht, wo der Versuch hinführen soll.
😱 Sie sind in den Versuch gegangen, ohne eine klare Vorstellung davon zu haben welche Werte Sie, wie aufnehmen werden, und mussten sich diese erst mühsam während der Versuchsdurchführung erarbeiten. Dabei haben Sie wertvolle Zeit verloren.
☁️ Sie haben die Daten während der Versuchsdurchführung blind und im Vertrauen darauf, dass die Auswertung schon zu den gewünschten Ergebnissen führen wird, aufgenommen. Danach sind Sie ohne Zwischenauswertungen, ohne die Daten zu visualisieren und ohne größere Rücksprache mit Ihrem:r Tutor:in, so schnell wie möglich, aus dem Praktikum verschwunden, um anderen Verpflichtungen nachzugehen.
⚙️ Sie haben die Hinweise zur Durchführung und Auswertung des Versuchs geradezu sklavisch abgearbeitet und waren vollkommen überfordert, als Sie ein leicht anderes Messgerät vorgefunden haben, als in diesen Unterlagen angegeben.
☕ Sie haben die Auswertung des Versuchs Tage nach dessen Durchführung vorgenommen. Bis dahin hatten Sie wichtige Details der Durchführung, die Sie in Ihrem Protokoll nicht dokumentiert haben, nicht mehr in Erinnerung und mussten sich die Daten und Werkzeuge zur Auswertung erst wieder mühselig zusammenstellen.
💀 Ihnen ist das Messprinzip zu diesem Versuch nicht klar. Sie wissen nicht, warum Sie eine bestimmte Anpassung vornehmen sollen und welcher Parameter von Interesse ist. Sie haben versäumt diese Fragen bereits am Versuchstag mit Ihrem:r Tutor:in abzuklären.
🌪️ Sie müssen Anpassungen vornehmen, die nicht konvergieren. Sie nehmen die Anpassungen mit unsinnigen Startwerten vor. Statt Ihre:n Tutor:in oder die Praktikumsleitung zu kontaktieren lassen Sie die Anpassung unkommentiert in Ihrer Auswertung stehen oder probieren ohne weitere Hilfe und auf sich allein gestellt Stunden lang herum, um ein Problem zu lösen, das für diesen Versuch nicht im Fokus steht und dass Sie mit Hilfe Ihrer Tutor:innen oder der Praktikumsleitung in weniger als 15 Minuten hätten überwinden können.