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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.

Hinweise zu Praktika und Praxisphase im Studiengang Erneuerbare Energien

Auf der Webseite zum Bachelor-Studiengang “Erneuerbare Energien” sind nun zum einen die wesentlichen Informationen zum Ablauf des Studiums aufgeführt und des Weiteren zwei Ratgeber für die Durchführung des Grund- und Fachpraktikums und der praktischen Studienphase verfügbar.

Die Ratgeber sollen den Studierenden dazu dienen, die wesentlichen Informationen und Modalitäten sowohl für die Praktika als auch die praktische Studienphase in kompakter und übersichtlicher Form dargestellt zu bekommen. Ergänzt werden die Ratgeber durch persönliche Checklisten, um alle wesentlichen Punkte beim Absolvieren der Praktika zu berücksichtigen. Die Ratgeber ersetzen natürlich nicht die Ordnung für die praktische Vorbildung bzw. die Ordnung für die praktische Studienphase als offizielle Regularien seitens der Hochschule. Mit beiden Dokumenten sollte man sich als Studierender vor bzw. während des Studiums auseinandergesetzt haben.

Informationen für Studierende zum Bachelor-Studiengang “Erneuerbare Energien” sind unter folgendem Link zu finden:
https://www.umwelt-campus.de/ucb/index.php?id=erneuerbare_energien_bachelor

Für Studieneinsteiger und Interessierte am Bachelor-Studiengang “Erneuerbare Energien” am Umwelt-Campus bietet sich folgende Einstiegsseite an:
https://www.umwelt-campus.de/ucb/index.php?id=erneuerbare_energien

Aktualisierung der UCB-Webseite zum Studiengang und Konkretisierung Grund- und Fachpraktikum

Kurz vor Ende des Jahres wurde die Webseite zum Studiengang “Erneuerbare Energien” neugestaltet. Sowohl für Studieninteressierte als auch für Studierende wurden die Informationen zum Studium ausgebaut und umfassend dargestellt. Ziel ist es, den Studieninteressierten und Studierenden einen Überblick über den Studiengang zum Inhalt und Verlauf zu geben. Auch werden wiederkehrende Fragen zu Praktika und der Abschlussphase beantwortet.

Insbesondere sind die Vorgaben für das Grund- und Fachpraktikum konkretisiert worden. Die Ordnung für die praktische Vorbildung verlangt neben einer Bescheinigung vom Unternehmen einen Bericht zum Praktikum. Hierzu sind im Ratgeber zum Grund- und Fachpraktikum alle relevanten Informationen zusammengestellt. Zur Anerkennung der Grund- und Fachpraktika sind daher für Praktika, die ab 2017 angetreten wurden, künftig entsprechende Berichte vorzulegen. Hilfreich ist sicher auch noch einmal der Blick in den Studienbegleiter, der zum Semesterbeginn veröffentlicht wurde.