📚 Praktikums-Guide

🗄️ Einordnung ins Studium

Vom Wesen der Praktika in der Physik

Die Praktika der Physik bieten Ihnen die Möglichkeit:

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

Dies ist ein wesentlicher Bestandteil Ihrer Ausbildung zum wissenschaftlichen Arbeiten.

Im Gegensatz zu einer Vorlesung geht es nicht um die Reproduktion teilweise Jahrhunderte alten Wissens, das Sie in jedem einschlägigen Buch nachlesen können. Jedes Experiment ist immer wieder eine neue Konfrontation Ihrer Erwartung mit der Realität und somit eine neue Herausforderung!

Arbeitsaufwand

Der Arbeitsaufwand, der mit dem P1/P2-Praktikum verbunden ist entspricht 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.

Dieser Arbeitsaufwand ist zugegebenermaßen recht hoch. Bei der Planung Ihres Semesterablaufs sollten Sie diesen nicht unterschätzen. Bei der Berechnung der ECTS-Punkte für die Praktika legen wir das folgende Modell zugrunde:

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

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

🔧 Einrichten der Protokollvorlagen

Protokollvorlagen auf dem Jupyter-Server

Zu Beginn jedes Kurses sollten Sie sich die 📋 Protokollvorlagen zu allen Versuchen auf einem geeigneten 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 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.

📦 Das Arbeitsmaterial

Auf diesen Webseiten finden Sie die Versuchsanleitungen sowohl zu den 📔 P1-Versuchen als auch zu den 📔 P2-Versuchen.

📔 Versuchsanleitung

Aufbau der Versuchsanleitung

Jede Versuchsanleitung hat die folgende Struktur:

In der Einführung zum Versuch erhalten Sie einen Überblick über das, was Sie erwartet.
Im 📋 Datenblatt zum Versuch finden Sie eine Zusammenstellung aller Materialien und Apparaturen, die Sie am Versuchsplatz vorfinden werden.
Im Abschnitt 💡 Hinweise zu den Aufgaben finden Sie konkrete Hinweise und Kommentare zur Durchführung und Auswertung des Versuchs.
Alle Abschnitte die darüber hinaus mit einem 🌐-Symbol versehen sind, sind für die Vorbereitung auf den Versuch obligatorisch.
Alle Abschnitte die mit einem 🚀-Symbol versehen sind, beziehen sich auf weiterführende Hinweise, die für die Vorbereitung auf den Versuch nicht obligatorisch sind.

📋 Protokollvorlage

Aufbau der 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 jeweiligen 📔 Versuchsanleitung. 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.

📈 Auswertung

Wie das Protokoll zur Auswertung wird

Protokoll und Auswertung des Versuchs werden digital, auf Grundlage der 📋 Protokollvorlage angefertigt. Die Auswertung entsteht aus der Protokollvorlage. Sie sollten die Protokollvorlage als aktives, digitales Arbeitsdokument verstehen.

Checkliste

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

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 hierzu, 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.

♻️ Von Vor- bis Nachbereitung

💪 Vorbereitung

Die optimale Vorbereitung auf den kommenden Versuch

Jede Vorbereitung auf einen P1/P2-Versuch sollte damit beginnen, dass Sie sich die 📔 Versuchsanleitung sorgfältig durchlesen.
Danach sollten Sie die 📋 Protokollvorlage in der Arbeitsumgebung Ihres Jupyter-Servers durchgehen und die vorgesehenen Text- und Code-Zellen auf die Protokollierung und Auswertung des kommenden Versuchs vorbereiten.
✍🏻 Wir empfehlen Ihnen sich zum Verständnis handschriftliche Notizen zu machen, die Sie am Versuchstag auch in die 🗨️ Vorbesprechung des Versuchs mitnehmen können.

Checkliste

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:

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!

Wichtig

Wir erwarten, dass Sie die Dokumentation zur Vorbereitung auf den Versuch vor Versuchsantritt vollständig und sorgfältig gelesen und verstanden haben!
Beachten Sie, dass es Bestandteil der Ausbildung ist, dass Sie als angehende Physikerinnen und Physiker den Sinn des Versuchs verstehen. Sie sollten die 💡 Hinweise zu den Aufgaben sinngemäß verstehen. Manchmal sind diese an die bestehende Situation anzupassen. Es sind keine Kochrezepte, die sklavisch abzuarbeiten sind.

Zeitbudget

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.
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 (ggf. bereits 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 Ihrer Arbeitsumgebung. Eine entsprechende Zusammenstellung finden Sie im Abschnitt Auswertungstipps. 👍 Mit diesem Arsenal können Sie das gesamte P1/P2-Praktikum und weite Teile Ihres Physikstudiums bestreiten.

Wichtig

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

🔬 Durchführung

Die Durchführung richtig angehen

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.

Wichtig

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.

Beispiel

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 während der Auswertung oder bei der Besprechung der Auswertung.

☕ Nachbereitung

Zeitbudget

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.

Wichtig

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:

Selbsttest

📚 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.