Statistische Physik Vorlesungsumfrage 2011 Kommentare

From Institute for Theoretical Physics II / University of Erlangen-Nuremberg

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Auf dieser Seite möchte ich kurz Stellung nehmen zu den in der Umfrage dargelegten Meinungen.

Insgesamt freut es mich, dass die Umfrage sehr gut ausgefallen ist. Besonders die Simulationsfilme, die Videoaufzeichnung, und die Geschwindigkeit der Vorlesung wurden gelobt. Der Aufwand wurde also durchaus anerkannt.

Neben den vielen positiven Kommentaren gab es auch einige Kritikpunkte. Ich möchte hier weiter unten diejenigen herausgreifen, die mehrmals (in verschiedenen Varianten) geäussert worden sind.

Meine Ziele in der Vorlesung

Um meine Antworten zu verstehen, sei hier zunächst kurz erklärt, was die Stoffauswahl und den Stil der Vorlesung bestimmt hat. Die zur Verfügung stehende Zeit ist sehr knapp bemessen, und deshalb musste eine strenge Auswahl getroffen werden. Neben den Standardanwendungen (Wärmestrahlung, Fermi- und Bosegas, Kreisprozesse usw.), die in jeder Vorlesung unbedingt vorkommen müssen, habe ich mich dabei nach dem Kriterium gerichtet, welche Konzepte zum Verständnis der modernen Forschung in der Physik wichtig sind. Ein wichtiger Punkt in diesem Sinne war deshalb das Verfahren, sich eine effektive freie Energie durch Ausintegration von Freiheitsgraden zu beschaffen. Das ist ein Konzept, was normalerweise nicht in Lehrbüchern und Vorlesungen auf dieser Stufe behandelt wird, aber in der Forschung heutzutage ständig verwendet wird. Dadurch ist es mir auch möglich geworden, z.B. die Renormierungsgruppe hereinzunehmen, was als modernes Konzept grösste Wichtigkeit hat, aber normalerweise in solch einer Vorlesung nicht angesprochen werden könnte.

Ich wollte möglichst schnell zu den wichtigen Anwendungen kommen, die heutzutage alle in den Bereich der Statistischen Physik fallen, weshalb ich damit begonnen habe. Ausserdem ist die Thermodynamik, trotz der Einfachheit der Formeln, konzeptionell sehr anspruchsvoll und aus meiner Sicht zu abstrakt, wenn man nicht mit der Statistischen Physik beginnt. Die Thermodynamik am Ende sollte dann noch einmal die generischen Eigenschaften aller Systeme zusammenfassen.

Die Auswahl der moderneren Konzepte und der allgemeine Aufbau der Vorlesung haben dann dazu geführt, dass sich die Vorlesung an keinem Buch orientiert. Aus meiner Sicht ist das nicht wirklich ein Nachteil, weil die Vorlesung in sich selbst verständlich sein soll, und meiner Erfahrung nach Anfänger die Tendenz haben, sich in den Büchern zu verlieren. Nach dem Besuch der gesamten Vorlesung sollte es nun aber leicht möglich sein, sich diese Themen und zusätzliche Aspekte in beliebigen Büchern anzuschauen und noch gründlicher zu verstehen.

Das Ziel war insgesamt, das Verständnis der Physik zu schulen. Im Zweifel habe ich deshalb aus Zeitgründen lieber Rechenschritte oder formal-abstrakte Ableitungen weggelassen, um Platz für die Diskussion der Physik zu schaffen. Die Frage bei der Vorbereitung jeder Vorlesung war immer: wie kann ich diese Resultate so einfach wie möglich darstellen? Diese zeitraubende Reduktion auf das Wesentliche ist meiner Meinung nach sehr wichtig, wurde aber anscheinend von manchen Studierenden so interpretiert, als wäre an wichtigen Rechnungen gespart worden.

Antworten zu den kritischen Kommentaren in der Umfrage

  • "Tafelanschrift sollte manchmal ausführlicher sein": Ja, diese Kritik kann ich nachvollziehen. Allgemein will ich den Anschrieb knapp halten, damit Sie nicht nur ständig mit Schreiben beschäftigt sind, und habe deshalb vieles nur verbal kommentiert. Aber ich sehe ein, dass man manchmal einige dieser Kommentare doch besser noch angeschrieben hätte.
  • "Es werden zu viele Rechnungen ausgelassen": Hier ist meine Antwort, dass ich im 5. Semester voraussetze, dass Sie bereits in der Lage sind, bei Interesse solche Rechnungen selber einzufüllen. In fast allen Fällen handelte es sich nämlich um eher einfache algebraische Umformungen, und das Ziel der Theorie-Vorlesung ist in diesem Semester (anders als am Anfang) nicht mehr, Ihnen das Rechnen vorzuführen. Mein Bestreben war es, an diesen Stellen lieber Zeit einzusparen, die ich dann eher für physikalische Erklärungen verwenden kann. In meinen Augen sollte diese Strategie sowohl für die mathematisch eher schwächeren Studenten gut sein (die dann nicht durch längliche Umformungen das Interesse am Stoff verlieren) als auch für die mathematisch eher stärkeren (die auf jeden Fall selber dazu in der Lage sind, und sich meiner Erfahrung nach bei solchen Umformungen eher langweilen).
  • "Ich hatte den Eindruck, in einer Experimentalphysikvorlesung zu sitzen. Ich hätte mir mehr Hintergrundinformationen ('was steckt dahinter') und weniger Phänomenologie erhofft": Was kann ich dazu sagen? Ich habe mich bemüht, in der zur Verfügung stehenden sehr begrenzten Zeit tatsächlich sehr viele Hintergrundinformationen zu vermitteln und die Essenz der Physik herauszuarbeiten. Falls es die länglichen Rechnungen waren, die hier vermisst worden sind: siehe oben. Um es noch einmal ganz klar zu sagen: Gute theoretische Physik geht immer von der Physik aus, die Rechnungen sind nur Mittel zum Zweck! (Die Erfahrung lehrt: Jeder Theoretiker sollte wenn nötig sehr anspruchsvolle Rechnungen effizient und makellos bewältigen. Leute aber, die sich über Gebühr an länglichen Rechnungen erfreuen, werden in der theoretischen Physik i.a. keine wesentlichen Beiträge leisten, weil sich diese Rechnungen oft als irrelevant herausstellen)
  • "Es wurde zu viel Zeit für das Ising-Modell verwendet": Hier war die Idee, lieber den ganzen Reigen von Methoden an einem ganz konkreten (und sehr wichtigen, sehr universellen!) Modell zu diskutieren. Das sollte den Vorteil haben, dass man sich mit der Zeit intuitiv mit den wesentlichen Eigenschaften dieses Modells auskennt, und deshalb eher die Ergebnisse der Methoden einordnen kann. Sobald man es dort gelernt hat, erfordert es keine grosse Transferleistung, solche Methoden auch anderswo anzuwenden. Nur so war es mir möglich, z.B. die moderne Renormierungsgruppentheorie in einer Bachelorvorlesung einigermassen kohärent darzulegen (im Rahmen der zeitlichen Beschränkung).
  • "Musterlösungen sollten in LaTex sein / ein LaTeX Skript wäre gut": Solche Dinge sind natürlich wünschenswert (und das Skript wird ja gerade geschrieben), aber auch sehr aufwändig, weshalb wir diese Wünsche aufgrund begrenzter Ressourcen einfach nicht komplett erfüllen können.

Verbesserungsmöglichkeiten aus eigener Sicht

Es gibt einige Dinge, die ich bei einem nächsten Durchlauf noch optimieren würde. Zum Beispiel sind manche Erklärungen unnötig kompliziert ausgefallen (Beispiel: erste Einführung der Zustandsdichte). Auch die Notation könnte an manchen Stellen noch präzisiert werden (evtl. eine spezielle Notation für die nur teilweise ausintegrierte freie Energie). Ich habe mich bemüht, die eher abstrakteren Konzepte wie das chemische Potential mikroskopisch zu motivieren, aber vermutlich wird immer ein Restunbehagen bleiben (wenn jemand eine Idee hat, wie man das schön intuitiv machen kann, höre ich mir die gerne an). Aus meiner Sicht stimmt die Mischung zwischen Rechnungen einerseits und Konzepten und Erklärungen andererseits. Was die Simulationen angeht, gäbe es noch etliche weitere Stellen, die davon profitieren würden, aber im ersten Durchlauf hat mich schon die jetzt gezeigte Zahl von Simulationen erhebliche Vorbereitungszeit gekostet, so dass das auf den zweiten Durchlauf warten muss. Die Übungen waren so gewählt, dass eigentlich die grosse Mehrzahl der Studierenden damit zurecht kommen sollte. Der Rücklauf war aber trotzdem leider nicht überwältigend. In Zukunft würde ich mindestens jeweils noch eine *-Aufgabe für die ehrgeizigeren Studierenden entwickeln.


- Florian Marquardt

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