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Stilblüten aus dem Praktikum: Mechanik

Nicht nur Bachelorstudierende in Klausuren sind in der Lage, interessante Stilblüten zu fabrizieren, sondern auch Masterstudierende neigen zu physikalischen Stilblüten.
In diesem Fall geht es um einen Praktikumsversuch im Modul “Physik M” zu gekoppelten Pendeln, bei dem die Studierenden die wesentlichen Inhalte zur klassischen Mechanik, zu Eigenwertproblemen sowie zu Normalschwingungen sich erarbeiten und anwenden sollen.

Der Versuch gliedert sich in vier Teile: Bestimmung der Schwingungsdauer für die parallele und antiparallele Schwingung sowie die Schwebung, Vergleich der Schwebungsdauer aus Theorie und Experiment, Ermittlung der Erdbeschleunigung g und Untersuchung der Schwingungsdämpfung durch Bestimmung der Dämpfungskonstanten \beta aus dem logarithmischen Dekrement.

Auffällig ist, dass den Masterstudierenden, obwohl bereits einen Studienabschluss in der Tasche, nur eingeschränkt in der Lage sind, physikalische Zusammenhänge klar und schlüssig darzustellen sowie Messergebnisse kritisch zu hinterfragen und zu bewerten.

Bei der Ermittlung der Erdbeschleunigung g ergab sich bei einigen Studierenden ein Wert von g=8~\text{m/s}^2. Dieser Fehler entstand durch die fehlerhafte Berechnung des Schwerpunkts des Pendels, da der Schwerpunkt bei einer Stablänge von L=1~\text{m} und einer Stabmasse von 0,2 kg sowie einer Masse des Pendels von M=1~\text{kg} fälschlicherweise bei 0,4 m statt bei 0,9 m ermittelt wurde. Zu erwarten wäre, dass die Studierenden den falschen Wert prüfen und sich auf Fehlersuche begeben anstatt ihren Wert im Praktikumsbericht ohne weitere Kommentare zu belassen.

Ein weiteres, häufiges Problem, der bei der Anwendung der Regeln zur Fehlerrechnung auftrat, war die korrekte partielle Ableitung von Funktionen mehrerer Veränderlicher. So war eine Reihe von Studierenden nicht in der Lage, die Funktion

(1)   \begin{equation*} f(x,y) = \frac{x \cdot y}{x-y} \end{equation*}

fehlerfrei partiell nach x bzw. y abzuleiten. Durch die Symmetrie der Funktion ist zu sehen, dass die partiellen Ableitungen nach x und y Ähnlichkeiten aufweisen müssen. Die Rechenfehler bei den Ableitungen führten dazu, dass der relative Fehler der resultierenden Schwebungsdauer mehr als 50 % betrug, die Studierenden also hätten erkennen können, dass ein Rechenfehler vorliegen könnte.

Schließlich trat bei vielen Studierenden das Problem auf, den Dämpfungsfaktor \beta der Einhüllenden bei der Betrachtung der gedämpften Schwingung des Pendels zu bestimmen. Bei einer exponentiell fallenden Kurve ist es zweckmäßig, statt der Amplitude den Logarithmus der Amplitude gegen die Schwingungsdauer t aufzutragen, da sich der Dämpfungsfaktor dann als Steigung der Geraden ergibt. Stattdessen werden nach 100, 200 und 300 Schwingungen des Pendels die Amplituden gemessen und dann der Mittelwert (!) aus den drei Werten ermittelt. Dieser Mittelwert soll dann dem Dämpfungsfaktor \beta entsprechen.

Wie sich bei der Durchsicht der Praktikumsberichte zeigt, fehlen offensichtlich vielen Studierenden an dieser Stelle elementare mathematische und physikalische Kenntnisse sowie ein Vorstellungsvermögen, wie die Theorie mit den Beobachtungen im Experiment zusammenhängt. Natürlich gibt es auch Studierende, die diese Probleme nicht haben, die Studierenden jedoch eindeutig in der Minderheit. Und obwohl es sich um Masterstudierende handelt, die bereits einen Studienabschluss aufweisen, offenbaren sich grundlegende Mängel in höherer Mathematik und Physik. Im konkreten Fall kann den Studierenden zugute gehalten werden, dass die Zeit für die Erstellung der Praktikumsberichte verhältnismäßig kurz war, dennoch darf dies keine Entschuldigung für die beschriebenen Mängel sein. Unabhängig vom zuvor abgeschlossenen Bachelorstudium scheinen mathematische und physikalische Grundkompetenzen zu fehlen, die in einem Ingenieursmasterstudium Voraussetzung sein müssen, um sowohl die abschließende Masterthesis erfolgreich zu bewältigen als auch im Berufsleben das Erlernte anzuwenden und zu erweitern.

Den von uns in dem Physik-Modul eingeschlagenen Weg werden wir trotz bzw. gerade wegen der Mängel der Studierenden fortsetzen. Dass die Studierenden über den damit verbundenen hohen Arbeits- und Zeitaufwand klagen, nehmen wir gerne in Kauf, um die Inhalte des Moduls umfassend und praxisorientiert zu vermitteln. Und es ist abzusehen, dass weitere Stilblüten in Zukunft zu erwarten sind.

Projekt- und Abschlussarbeiten im Sommersemester 2017 [Update]

Umwelt-Campus Birkenfeld

Für das kommende Sommersemester 2017 gibt es wieder unterschiedliche Projekt- und Abschlussarbeiten im Labor für Erneuerbare Energien:

  • NEU: Tool zur Eigenverbrauchsanalyse von PV-Anlagen (Bachelor/Master)
  • NEU: Technische Optimierung der PV-Anlage am Umwelt-Campus (Bachelor/Master)
  • NEU: Entwicklung eines Tools zur Lastprofilanalyse (Bachelor/Master)
  • Ertragsdatenanalyse von Photovoltaikanlagen (Bachelor/Master)
  • Weiterentwicklung des Energienutzungsplans für die Nationalparkregion (Bachelor/Master)
  • Untersuchung der Energieeffizienz beim 3D-Druck (Bachelor/Master)
  • Entwicklung eines Skripts zur automatischen Übertragung von DWD-Wetterdaten in eine Datenbank (Bachelor)

Die Liste wird laufend ergänzt und erweitert.

Eine Übersicht der aktuellen Ausschreibungen ist unter
https://www.umwelt-campus.de/ucb/index.php?id=projektarbeiten_te_heesen
zu finden.

Rate my Prof – im Wintersemester 2016/17

Auch in diesem Semester waren die Studierenden wieder aufgerufen, die Lehrveranstaltungen bei mir zu evaluieren. Herausgreifen möchte ich die beiden Veranstaltungen “Bioenergie und Wärmenutzung” aus dem 5. Semester des Bachelorstudiengangs “Erneuerbare Energien” sowie “Energienutzung und Energietechnik der erneuerbaren Energien” aus dem 3. Semester des Masterstudiengangs “Umweltorientierte Energietechnik“. In beiden Modulen mussten die Studierenden während des Semesters praxisorientierte Übungsaufgaben bearbeiten, die zu einem gewissen Anteil in die Gesamtnote einflossen. Zudem gab es mündliche Prüfungen zum Abschluss des jeweiligen Kurses. Mein Ziel in den Modulen war es, den Wissenstransfer für die Studierenden durch die wöchentlichen Pflichtübungen zu vergrößern, sodass die Studierenden angehalten waren, im laufenden Semester bereits aktiv mitzuarbeiten, um nicht erst am Semesterende für die Prüfungsvorbereitung in die Vorlesungsunterlagen zu schauen.

In den Evaluationsbögen zeigt sich deutlich, dass die Bewertung der beiden Veranstaltungen wesentlich schlechter als vergleichbare Kurse ohne Pflichtübungen sind. Auf die Frage nach dem durchschnittlichen Aufwand gaben mehr als 3/4 aller Studierenden an, mehr als sechs Stunden pro Woche in die Vor- und Nachbereitung investieren zu müssen. Dies hat zur Folge, dass beide Studierendengruppen auf die Frage nach der regelmäßigen Vor- und Nachbereitung des Kurses mit über 80 Prozent “trifft völlig zu” antworteten. Die Fragen zu den erworbenen Fähigkeiten und Fertigkeiten werden zum überwiegenden Teil sehr positiv beantwortet. Die Zunahme des Wissenstands durch den Besuch der Veranstaltungen wird in hohem bzw. sehr hohem Maße bewertet. Ein zentrales Ziel bei der Wissensvermittlung ist mir also gelungen – die intensive Beschäftigung der Studierenden mit dem Stoff und die selbstständige Arbeit mit dem Erlernten.

TafelJedoch geht der hohe Aufwand, der den Studierenden in beiden Kursen abverlangt wurde, zu Lasten der Gesamtbewertung. In Schulnoten bekommen die beiden Veranstaltungen lediglich eine 1,9 für den Masterkurs und eine 2,5 für den Bachelorkurs. Dies spiegelt sich auch in den Freitextkommentaren der Studierenden, die den “sehr hohen Arbeitsaufwand” kritisieren (insbesondere in Bezug auf die 5 ECTS-Punkte). Der “Umfang der Aufgaben war zu hoch” und der unmittelbare “Nutzen war nicht erkennbar” (dies galt vor allem für Rechenaufgaben zur Wärmelehre). Auch die Bewertung der Übungen war aus Sicht der Studierenden zu streng.

Aus meiner Professorensicht bestätigen diese Kommentare jedoch das erfolgreich umgesetzte Ziel der Module, dass sich die Studierenden intensiv mit den Themenfeldern auseinandersetzen. Es entsteht bei Durchsicht der Evaluationsbögen der Eindruck, dass die Studierenden das Studieren verlernt haben. Mathematikprofessor Herold Dehling von der Ruhr-Universität Bochum veranschlagt zum Beispiel als Arbeitsaufwand für Vor- und Nachbereitung in seinen Veranstaltungen die doppelte Zeit bezogen auf die Präsenzzeit in den Vorlesungen – bei 3 Zeitstunden pro Woche Vorlesungen resultiert dies in weiteren 6 Zeitstunden Vor- und Nacharbeit. Auf dieser Grundlage wird auch der Workload in Bezug auf die ECTS-Punkte eines Moduls ermittelt. Ein hohes Arbeitspensum, insbesondere in Spezialisierungsfächern zum Ende eines Studiengangs, hilft den Studierenden, den Stoff zu verinnerlichen, um ihn später im Berufsleben abrufen und anwenden zu können. Zudem sollte man den Anspruch an sich als Studierender haben, sich gerne mit Schwerpunkthemen des gewählten Studiengangs intensiv auseinanderzusetzen.

Dennoch werde ich mir die Kommentare der Studierenden in den Evaluationsbögen zu Herzen nehmen, um in den kommenden Semestern die Inhalte und den Aufwand an die Ansprüche aller (meine, der Hochschule, der Studierenden, der Wirtschaft etc.) anzupassen.

Die ewige Kritik am Bologna-Prozess

Nach der harten Kritik des Präsidenten Eric Schweitzer des Deutschen Industrie- und Handelskammertages (DIHK) an der Qualität der Ausbildung von Hochschulabsolventen im Rahmen ihres Bachelorstudiums ist die Diskussion um den Bologna-Prozess mal wieder voll entbrannt. Nachdem sehr lange vor dem Fachkräftemangel insbesondere in den MINT-Fächern gewarnt wurde, obwohl sich dafür kaum Belege finden ließen, wird nun behauptet, dass es in Deutschland eine Überakademisierung gibt. Auch wird das ewige Für und Wider zum Bologna-Prozess erneut diskutiert.

Die Vorstellung, dass sich ein achtsemestriges Diplomstudium eins zu eins auf ein sechssemestriges Bachelorstudium übertragen lässt, ist natürlich vermessen. Und wenn darüber hinaus auch noch neben einer fundierten Grundlagenausbildung ein intensiver Praxisbezug des Studiums verlangt wird, dann geht diese Fordung völlig an der Realität vorbei.

Das Bachelorstudium sollte als das angesehen werden, was es leisten kann. Die Studierenden erlernen die wesentlichen Grundlagen und erhalten einen ersten Einblick in die praktische Arbeit. Fortgeschrittene Inhalte werden im anschließenden Masterstudium vermittelt. Vorschläge, das Bachelorstudium weiter umzugestalten, scheitern sowohl am eng gestrickten Curriculum als auch an den Rahmenbedingungen an den Hochschulen. Aber da die Kritik am Hochschulwesen so alt wie das Hochschulewesen an sich ist (siehe zum Beispiel die Reihe “Mit dem Latein am Ende” des SPIEGELS aus dem Jahre 1969), wird sich an der Diskussionsfreude zu dem Thema nichts ändern. Studierende sollten sich davon jedoch nicht verunsichern lassen.

Hinweise zur Erstellung von wissenschaftlichen Abschlussarbeiten

Bei der Erstellung Ihrer Abschlussarbeit sollten Sie folgende Hinweise beachten:

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Ziel dieses Dokument ist es, Absolventen einen Leitfaden zu bieten, in dem die wesentlichen Punkte aufgeführt sind, die bei der Erstellung einer Abschlussarbeit beachtet werden sollten. Hierzu gehören neben Informationen zum allgemeinen Vorgehen sowie zu Gliederung und Aufbau der Arbeit unter anderem Angaben zum Layout und zum Inhalt insbesondere im Hinblick auf Sprache, Abbildungen und Tabellen.