Das Praktikum für Fortgeschrittene (PHY-FP)

Das Fortgeschrittenenpraktikum (F-Praktikum) ist
wesentlicher Bestandteil des Physik-Studiums an der
Universität Hamburg. Es wird von Physik-Studierenden im Bachelor
typischerweise zwischen dem 4. und 6. Semester durchgeführt,
sowie von Studierenden des Lehramts in den ersten Semestern
des Master-Studiengangs.
Das Ziel des F-Praktikums ist es vor Allem, Spaß und Faszination am Experimentieren zu entwickeln. Außerdem sollen Fertigkeiten in Datennahme, -prozessierung und -analyse vertieft werden. Dazu wird ein breites Spektrum an spannenden Versuchen angeboten, die einen Einblick in die modernen Methoden der Experimentalphysik geben. Die Versuche sind unterteilt in die drei Kategorien Festkörperphysik (P4), Kern- und Teilchenphysik (P5) und Atom- Molekül- und Laserphysik (P6). Darüber hinaus gibt es einige themenübergreifende Versuche.
Aktuelle Meldungen
Allgemeine Informationen
Das Ziel des F-Praktikums ist es vor Allem, Spaß und Faszination am Experimentieren zu entwickeln.
Dazu wird ein breites Spektrum an spannenden Versuchen angeboten, die einen Einblick in die modernen Methoden der Experimentalphysik geben.
Außerdem sollen Fertigkeiten in Datennahme, -prozessierung und -analyse vertieft werden, inklusive Fehlerrechnung und Diskussion von systematischen Unsicherheiten.
Ferner wird die wissenschaftliche Diskussion experimenteller Resultate vermittelt.
Das Praktikum wird in Zweiergruppen durchgeführt. Bitte suchen Sie sich selbstständig einen Partner zur gemeinsamen Durchführung und Auswertung der Versuche.
Es wird für jeden Versuch ein Protokoll angefertigt, mit unterschiedlichem Umfang, siehe unten.
Außerdem wird zu einem der Versuche ein Fachvortrag ausgearbeitet und gehalten. Für jeden Praktikumsversuch ist eine intensive Vorbereitung in Form eines Selbststudiums notwendig. Grundlage hierfür bilden die Versuchsmappen (siehe Versuchsbeschreibungen), weiterführende Literaturangaben sowie die Informationen und Hinweise der Betreuer. Jeder einzelne Teilnehmer muss sich mit allen Aspekten der jeweiligen Versuche auseinandersetzen und diese auch verstehen.
Am Ende des F-Praktikums sollte jeder Teilnehmer in der Lage sein, selbstständig wissenschaftlich zu arbeiten, eine wissenschaftliche Ausarbeitung zu verfassen sowie einen Fachvortrag zu halten.
Anders als in der Vergangenheit erstreckt sich die Dauer des F-Praktikums nun über zwei Semester. Dies soll die Arbeitsbelastung pro Zeiteinheit reduzieren und es ermöglichen, die Vor- und Nachbereitung der Versuche gewissenhafter durchzuführen.
Jedes Semester zu Beginn des F-Praktikums findet eine Blockvorlesung mit dem Titel 'Statistik und Datenanalyse in der Physik' statt. Begleitend dazu gibt es eine Computerübung. Diese Veranstaltung ist fester Bestandteil des F-Praktikums und für alle Teilnehmer verpflichtend. Im Sommersemester 2016 findet die Vorlesung vom 22.-26.8.2016 statt
Im Anschluss an die Blockvorlesung gibt es erstmals seit diesem Semester einen Kurz-Versuch, der im Vergleich zu den sonstigen Versuchen im Umfang reduziert ist und einen klaren Fokus auf ausgewählte Analyse-Methoden hat.
Darauf folgend werden drei Versuche durchgeführt, je einer aus den Themengebieten Festkörperphysik (P4), Kern- und Teilchenphysik (P5) und Atom-, Molekül- und Laserphysik (P6).
Dabei wird folgende Unterscheidung getroffen:
- Für einen der Versuche wird ein erweitertes Protokoll angefertigt (20-30 Seiten).
- Für die anderen beiden Versuche wird ein verkürztes Analyse-Protokoll angefertigt (maximal 10 Seiten). Für einen dieser beiden Versuche wird zusätzlich ein Seminar-Vortrag gehalten.
Versuchsauswahl
Über die Registrierungsseite müssen die Studierenden ihre Versuche auswählen.
Als Entscheidungshilfe dienen kurze Versuchsbeschreibungen. Bei der Auswahl sind die unten stehenden Bedingungen zu beachten.
Studierende müssen insgesamt 4 Versuche durchführen. Diese Versuche sind wie folgt zu wählen:
- 1 Kurz-Versuch (VK) zu ausgewählten Analysemethoden
- 1 Versuch zur Festkörperphysik (P4)
- 1 Versuch zur Kern- und Teilchenphysik (P5)
- 1 Versuch zur Atom-, Molekül- und Laserphysik (P6)
Der Kurz-Versuch (VK) findet direkt im Anschluss an die Vorlesung statt und soll die darin erlernten Datenanalyse-Methoden verfestigen.
Das empfohlene Standard-Vorgehen ist das Folgende: Im Anschluss an die Vorlesung (Woche 1 des Praktikumblocks) wird der Kurzversuch durchgeführt. Anschließend wird ein regulärer Versuch (V1) durchgeführt. Im darauffolgenden Semester werden die beiden anderen regulären Versuche (V2 und V3) durchgeführt.
Für zusätzliche Flexibilität sollen die Versuchsbetreuer nach Möglichkeit auch Zeitfenster außerhalb des Praktikumblocks anbieten, so dass die Durchführung eines Versuches auch z.B. während des Semesters möglich ist, sofern dies gewünscht wird. Es ergeben sich z.B. folgende mögliche Szenarien, von denen das erste das Empfohlene ist. Vom letzten Szenario, wenn auch technisch möglich, wird jedoch abgeraten. Die Blocks mit den Versuchen in Klammern beziehen sich auf die Auswertung des Versuchs und das Schreiben des Protokolls.
Versuchsbeschreibungen
Unter Versuchsbeschreibungen gibt es zu jedem Versuch eine kurze Beschreibung des Inhalts, sowie Informationen zu Betreuern und Versuchsorten. Die meisten Versuchsmappen können dort ebenfalls heruntergeladen werden.
Registrierung
Die Registrierung erfolgt in zwei Stufen:
- Registrierung am Semesteranfang in STiNE
- Registrierung als Zweiergruppe auf der Registrierungsseite (ab 7. Juni 2016)
Beide Registrierungen sind verpflichtend für eine Teilnahme am Praktikum.
Die Registrierung wird zu zweit durchgeführt. Dafür müssen sich beide Studenten einer Gruppe mit ihrem Physnet-Account am gleichen Arbeitsplatz authentifizieren.
Anschließend können nach Angabe der personenbezogenen Daten die verschiedenen Versuche gewählt werden, abhängig davon, welche Vorlesungen die Studenten bereits gehört haben. Außerdem werden zu den Versuchen direkt die Zeitpunkte der Durchführung gewählt. Dazu haben die Versuchsbetreuer im Vorfeld verfügbare Zeitfenster in einer Datenbank abgelegt.
Wenn die vier Versuche nicht innerhalb eines Semesters durchgeführt werden, sondern - wie empfohlen - in zwei Semesterferienblöcken, dann ist eine Registrierung im Allgemeinen zunächst nur für die Versuche für das aktuelle Semester möglich. Die Registrierung für die weiteren Versuche sowie der Zeitpunkte der Durchführung werden dann im darauffolgenden Semester vorgenommen.
Falls Sie keinen Partner für das F-Praktikum finden sollten, wenden Sie sich spätestens bei der 2. Vorbesprechung am 15.6. an Prof. Garutti und es wird Ihnen ein Partner zugeteilt.
Ablauf
Vorbesprechungs-Vorlesungen
Es gibt zwei verpflichtende Vorbesprechungen zum F-Praktikum. Die erste Vorlesung beinhaltet eine Einführung zum Ablauf und zu den Zielen des F-Praktikums. Am zweiten Termin folgt eine kurze Einführung ins Programmieren. Im Anschluss daran werden letzte organisatorische Details geklärt.
Versuchsvorbereitung
Die Vorbereitung für einen Versuch dauert typischerweise 2-4 Tage, je nachdem wie vertraut die Studierenden bereits mit den physikalischen Hintergründen sind. Es wird empfohlen direkt nach der zweiten Praktikums-Vorlesung und einige Zeit vor Versuchsbeginn mit der Vorbereitung zu beginnen. Auch kann es von Vorteil sein, den theoretischen Teil des Protokolls bereits in der Vorbereitungsphase zu schreiben.
Versuchsvorbesprechung
Zu Beginn eines jeden Versuchs werden der Kenntnisstand und die Vorbereitung durch den Betreuer überprüft. Es müssen beide Teilnehmer gut vorbereitet sein, da die Gruppe den Versuch nur gemeinsam beginnen kann. Schlecht vorbereitete Studierende dürfen den Versuch nicht anfangen und erhalten nur noch eine weitere Chance den Versuch durchzuführen. Ein neuer Termin hierfür muss mit dem Assistenten vereinbart werden.
Durchführung der Versuche
Die Standard-Versuche starten jede Woche am Montag um 9 Uhr und dauern üblicherweise die gesamte Woche (Mo-Fr) an. In dieser Zeit kann neben der Durchführung des Versuchs auch die Datenanalyse und bereits ein Großteil des Protokolls vervollständigt werden.
Der Kurz-Versuch startet an einem beliebigen Tag in der Woche, gemäß der Wahl auf der Registrierungsseite. Die Durchführung des Versuchs nimmt einen bis maximal 1,5 Tage in Anspruch, die Auswertung und das Verfassen des Kurz-Protokolls sollte nicht mehr als zwei weitere Tage in Anspruch nehmen.
Anfertigung der Protokolle
Das Protokoll zu einem Versuch muss spätestens am Montag 14 Tage nach Versuchsbeginn abgegeben werden. Beide Autoren sind für den Inhalt des Protokolls verantwortlich, sollten den Inhalt kennen und diesen verteidigen können. Sollte festgestellt werden, dass ein Protokoll abgeschrieben wurde, gilt dies als Täuschungsversuch und der Versuch gilt als nicht bestanden. Weitere Informationen zur Anfertigung des Protokolls sind in der Rubrik Hinweise zum Protokoll zu finden.
Besprechung der Protokolle
Die Protokolle werden mit den Betreuern durchgesprochen und dabei kritisch hinterfragt. Sollte festgestellt werden, dass einer oder beide Autoren die Ausarbeitung nicht kennt/en oder versteht/en, kann dies dazu führen, dass der Versuch als nicht bestanden gewertet wird.
Iteration der Protokolle
Für die Kurzprotokolle gibt es maximal eine Iteration, für das erweiterte Protokoll in der Regel mindestens eine.
Die vom Betreuer angemerkten Stellen werden von der Gruppe korrigiert. Es wird eine sorgfältige Überarbeitung des Protokolls erwartet und das Ergebnis wird ebenso wie die erste Version des Protokolls in die Gesamtnote eingehen. Die maximale Anzahl an Iterationen für das erweiterte Protokoll wird durch den Betreuer festgelegt und kann für jeden Versuch und jede Gruppe unterschiedlich sein, je nach Qualität des Protokolls und der Verbesserungen.
Seminarveranstaltung
Begleitend zum Praktikum gibt es eine Seminarveranstaltung, in der jede Praktikumsgruppe einen Vortrag halten muss. Die Länge der Vorträge sollte 15 Minuten betragen, gefolgt von 15 Minuten Diskussion. Die Vorträge im Seminar werden ebenfalls benotet. Die Anwesenheit ist für alle Studierende an allen Terminen Pflicht. Einige Hilfestellungen zur Vorbereitung auf den Vortrag sind in der Rubrik Hinweise zum Vortrag zusammengestellt.
Benotung
Für jeden Versuch erhält die Gruppe vom Betreuer vier separate Noten:
- Vorbereitung
- Durchführung
- Protokoll/Protokollbesprechung
- Iteration des Protokolls
Eine erste mangelhafte Vorbereitung geht ebenfalls mit in die Note ein. Die vier Einzelnoten werden gemittelt zu einer gesamten Versuchsnote.
Die Gesamtnote für das Praktikum setzt sich zu gleichen Teilen aus fünf Noten zusammen:
4 Versuchsnoten + Vortragsnote
Werden ein oder mehrere Versuche oder der Vortrag als mangelhaft gewertet, muss das gesamte Praktikum wiederholt werden.
Hinweise zum Protokoll
Allgemeines
Zur erfolgreichen Durchführung eines Praktikumsversuchs gehört die Anfertigung eines Versuchsprotokolls, in dem alle durchgeführten Versuche dokumentiert und die Ergebnisse dargestellt werden. Genau wie der Seminarvortrag sollte dieses auch für jemanden verständlich sein, der den Versuch nicht selbst durchgeführt hat. Es ist ratsam, schon zu Beginn des Experimentierens die Ausführung des Protokolls mit dem betreuenden Assistenten zu erörtern.
Die Abgabe des Protokolls muss spätestens am Montag 14 Tage nach Versuchsbeginn erfolgen.
Das Protokoll sollte sich auf das Wesentliche beschränken und nur die Informationen beinhalten, die für das Verständnis der Experimente und für die Auswertung notwendig sind. Es sollte darauf verzichtet werden, lange Abhandlungen über Themen zu verfassen, die man in Lehrbüchern finden kann. Alle Materialien, die aus anderen Arbeiten und/oder Büchern etc. übernommen werden, müssen entsprechend zitiert werden. Die Betreuer der Versuche geben dazu gerne Hinweise.
Kurzprotokolle
Die Kurzprotokolle sollten sich auf die essentiellen Aspekte des
Experiments und der Auswertung konzentrieren. Dies beinhaltet die
Details zur Messung, Datenanalyse, Ergebnissen und Diskussion.
Die theoretischen Grundlagen sollten nur dort kurz und präzise zusammengefasst werden, wo sie für die Auswertung nötig sind.
Die Kurzprotokolle sollen maximal 10 Seiten umfassen und dürfen maximal einmal korrigiert werden.
Erweitertes Protokoll
Das erweiterte Protokoll soll eine besonders ausführliche Behandlung des
Versuchs beinhalten. Dazu sollten Theorie, Methoden, Auswertung und
Diskussion in besonderer Tiefe behandelt werden.
Die Korrektur durch
die Betreuer erfolgt mit besonderer Sorgfalt und wird von den Studenten
so lange verbessert, bis eine hohe wissenschaftliche Qualität und ein
guter Schreibstil erreicht sind. Dadurch sollen die Studenten in
besonderer Weise auf das Schreiben einer Bachelorarbeit oder einer
wissenschaftlichen Veröffentlichung vorbereitet werden.
Die Länge des Protokolls hängt vom Versuch ab, sollte aber in der Regel 30 Seiten nicht überschreiten.
Empfehlungen zur Vorgehensweise
- Beginnen Sie umgehend mit dem Protokoll (keine Zettelwirtschaft!).
- Bedienen Sie sich kurzer und klarer Ausdrucksweise.
- Behandeln Sie den Stoff nur dort im Detail, wo es für die Durchführung Ihres Experiments wesentlich ist.
- Lassen Sie den Umfang Ihres Berichts nicht beträchtlich über etwa 10 bis 15 Seiten hinauswachsen (ohne Anlagen).
- Abbildungen und Tabellen durchnummerieren und mit Unterschriften versehen. Im Text darauf Bezug nehmen. Bei den Abbildungen sind die Achsen zu beschriften.
Beispiel-Gliederung
- Inhaltsverzeichnis
mit Seitenangaben - Einleitung
Aufgabenstellung, Ziel der Messungen - Theoretische Grundlagen
Kurze Zusammenfassung der wichtigsten Überlegungen (Formeln), die zum Verständnis des Versuches notwendig sind
Für Details: Hinweise auf die Literatur - Experimenteller Aufbau, Messmethode und Durchführung
Prinzip der Messmethode, Einzelheiten der Apparatur (nur soweit sie spezifisch und zur Beurteilung der Qualität der Messergebnisse von Bedeutung sind) - Messergebnisse mit Fehlerdiskussion
Im Protokoll nicht unbedingt alle Messwerte einzeln aufführen, sondern nur die zur Berechnung der Ergebnisse wesentlichen Daten
Weitere Messwerte im Anhang - Diskussion der physikalischen Ergebnisse
Vergleich mit den theoretischen Erwartungen, evtl. auch mit Ergebnissen aus der Literatur - Zusammenfassung
- Literatur
Im Text herangezogene Quellen dort markieren und am Ende zusammenstellen - Anhang
Hierhin gehören in der Regel Originalmessprotokolle (wichtig) etc.
LaTeX-Protokoll-Vorlage
Hinweise zum Vortrag
Allgemeines
Ein Team von 2 Studierenden hält jeweils zu einem der von ihnen während des F-Praktikums durchgeführten Versuche einen Vortrag. Der Vortrag hat einen zeitlichen Umfang von 15 Minuten (7-8 Minuten pro Studierenden). Im Anschluss bleiben etwa 15 Minuten für die Diskussion.
Stil und Inhalt der Vorträge
Der Stil des Vortrags sollte dem eines wissenschaftlichen Vortrags entsprechen, wie Sie ihn später auch auf Tagungen halten werden. Er sollte einschließen:
- eine Einführung in die physikalische Fragestellung
- die Erklärung des Messprinzips und der Apparatur
- die Vorstellung der Messergebnisse und deren Auswertung
- eine kritische Diskussion der Ergebnisse
- nur für diesen Vortrag: Anmerkungen zum Versuch - was haben Sie gelernt, was war gut, was könnte verbessert werden.
Vermeiden Sie es, den Großteil Ihrer Vortragszeit der Theorie des Versuchs zu widmen. Es geht hier um einen experimentellen Vortrag, in dem im wesentlichen Messergebnisse und deren Interpretation vorgestellt werden sollen. Das setzt voraus, dass Sie diese auch verstanden haben. Sie müssen in der Lage sein, Fragen aus dem Publikum kompetent zu beantworten. Einen Teil der Vorbereitungszeit sollten Sie also dazu verwenden, Ihr Wissen und Ihr Verständnis des Versuchs über das normale Maß hinaus zu vergrößern. Man sollte nur über Themen reden, die man selbst ganz verstanden hat.
Identifizieren Sie 3-5 Schlüsselpunkte, die Sie vermitteln wollen. Mit mehr können Sie Ihr Publikum nur noch erschlagen, aber nicht klüger machen!
Seien Sie sich bewusst, dass Sie beim Publikum kein Spezialwissen zu Ihrem Thema voraussetzen dürfen. Machen Sie sich klar, was Sie gewusst haben, bevor Sie den Versuch gemacht haben. Es geht nicht darum, das Publikum mit Ihrem Wissen zu beeindrucken, sondern Ihr Wissen so einfach und klar zu vermitteln, dass jeder etwas mitnimmt.
Praktische Hinweise
Sie können den Vortrag als Präsentation auf einem Rechner vorbereiten. Es ist nicht sinnvoll das meiste an der Tafel zu machen- Sie halten keine Vorlesung. Verzichten Sie auf komplizierte Formeln. Jeder glaubt Ihnen gerne, dass Sie rechnen können bzw. dass Sie jemanden kennen, der dies kann. Eine im Seminarvortrag vorgeführte Rechnung ist in aller Regel vergeudete Zeit. Vermeiden Sie daher Rechnungen und Ableitungen. Benötigte Formeln sollten im Wesentlichen nur vorgestellt und diskutiert werden - unter welchen Annahmen wurden sie abgeleitet, was sagen sie aus, was ist ihr Gültigkeitsbereich?
Wenn Sie eine Formel häufiger brauchen oder auch eine Skizze, dann macht es Sinn diese an die Tafel zu schreiben, evtl. bereits vor Vortragsbeginn.
Sie brauchen mindestens 2 Minuten um eine Folie zu behandeln, d.h. Sie sollten maximal 8-10 Folien haben! Die Folien dürfen nicht mit Text oder Figuren überladen sein, es sollen nur Stichworte draufstehen und nicht etwa Ihr Vortragstext, den müssen Sie im Kopf haben. (evtl. können Sie auch kleine Karteikarten als Erinnerungshilfe vorbereiten – nur für Anfänger).
Der Text muss so groß geschrieben sein, dass er auch aus der letzten Reihe bequem lesbar ist. Auf dem Rechner heißt das eine Schriftgröße von mindestens 18 fett. Figuren müssen ordentlich beschriftet sein und Achsen und Achsenbezeichnungen lesbar sein. Dies ist bei Computerzeichnungen meistens nicht der Fall. Sie müssen die Zeichnungen notfalls von Hand editieren (mit Powerpoint, OpenOffice, oder einem Programm wie GIMP).
Es muss Ihnen zu jeder Folie vorher klar sein, was Sie sagen wollen und was die wesentlichen Aussagen sind, die Sie dem Publikum vermitteln wollen. Wenn Sie erst nach Auflegen der Folie überlegen, was nun zu sagen ist, dann brauchen Sie viel zu viel Zeit, – und Zeitüberschreitung nimmt jedes Publikum zu recht übel!
Der häufigste Fehler bei Vorträgen ist, dass zu viel Stoff in einen Vortrag gepackt wird.
Machen Sie sich klar, was Sie selbst als Zuhörer aus einem Vortrag mitnehmen: Wenn der Vortrag gut ist, vielleicht 3-4 wichtige Punkte. Nach einigen Wochen wissen Sie vielleicht noch 1 oder 2 Punkte. Daher gilt es für Vortragende sich zu überlegen: Was ist das Wichtigste, das ich vermitteln will? Und genau das sollten Sie dann auch erzählen. Der zweithäufigste Fehler ist, dass der Aufwand für die publikumsgerechte Aufbereitung unterschätzt wird und dass die eigenen Eigenschaften und Fähigkeiten als Redner überschätzt werden. Die Wichtigkeit von Proben und Testvorträgen wird von den meisten Studierenden deutlich unterschätzt.
Ihre eigene Begeisterung kommt immer positiv rüber. Denken Sie daran, dass Sie die Zeit von vielen Zuhörern in Anspruch nehmen. Die haben einen Anspruch darauf, dass ihre Zeit nicht verschwendet wird. Jeder merkt, wenn Sie sich nicht genügend vorbereitet haben. Also investieren Sie bitte genügend Zeit in die Vortragsvorbereitung, und das geht nur, wenn Sie frühzeitig anfangen.
Regelung für Lehrämtler
Zudem führen Studierende des Lehramts eine zweiwöchige Veranstaltung durch, die im Rahmen von Light & Schools, dem Physik-Schullabor der Uni Hamburg, angeboten wird (https://www.min.uni-hamburg.de/min-schulportal/light-and-schools.html).
Dabei werden zwei physikalische Experimente zunächst selbst durchgeführt und jeweils ein Konzept erarbeitet, wie diese Experimente mit Schülern durchgeführt werden sollen. Außerdem werden verwandte F-Praktikums-Versuche kennengelernt, um die Schüler-Experimente in einen größeren Zusammenhang einzubetten. Anschließend übernehmen die Studierenden die Durchführung und Betreuung der Versuche mit Schülergruppen.
Subnavigation
Kontakt
E-Mail: fpraktikum~AT~desy.de
Prof. Dr. Erika Garutti
Geb. 67b, Raum 30
Luruper Chaussee 149
Tel: 040-8998-3779
Dr. Milan Zvolsky
Geb. 67a, Raum 6
Luruper Chaussee 149
Tel: 040-8998-2968
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