WiSe21 TheMa

Vorstellung des AKs

Verantwortliche*r: Valle & Stefan (Köln)

Einleitung und Ziel des AK
Die Debatte, wie sich die Mathematik sinnvoll ins Physikstudium einbauen lässt, ist ein Dauerbrenner. Eng damit verbunden ist die Frage, wi die theoretische Physik gestaltet ist.

In diesem AK wollen wir einerseits einen kurzen Einblick in die aktuelle Debatte in Köln geben und andererseits verschiedene Grundmodelle, die wir daraus abstrahiert haben, vorstellen. Dabei soll es auch um Ideen gehen, die noch nirgends realisiert sind. Man kann ja mal ein bisschen Modulhandbücher basteln...

Wie die Modulhandbücher aussehen können wissen wir nicht, aber das bietet eine gute Gelegenheit sich über verschiedene Ideen und Modelle die momentan genutzt werden auszutauschen.

Handelt es sich um einen Folge-AK? Nicht explizit, knüpft aber an an Teile der Debatte aus dem AK "Rote Fäden der Studienreform" aus dem WiSe 17 in Siegen: https://zapf.wiki/WiSe17_AK_Rote_F%C3%A4den_der_Studienreform

Wer ist die Zielgruppe?

• Menschen mit Interesse an der Studienreform von Ba-Studiengängen, insbesondere
  • Mathe weniger hürdenreich
  • Modernisierung der Lehre der Theoretischen Physik
  • Flexiblere Studiengestaltung / Besserer Start im Sommer
  • Zusammenwachsen benachbarter Studiengänge, z.B. Ba of Science, Lehramt, Geo/Met...
• Menschen mit nicht-Standard Theorie-Veranstaltungen, insbesondere "Mathematische Physik"

Zum Einlesen (keine Pflicht) https://studienreform-forum.de/de/forum-2019/beitraege-2019/2019/03/22/mathematische-methoden-und-theoretische-physik-fuers-lehramt-nur-fuers-lehramt/

Arbeitskreis: AK Theoretische Physik und Mathematik im Physikstudium (TheMa)

Protokoll vom 12.11.2021

Beginn

17:20 Uhr

Ende

ca. 19:00 Uhr (rekonstruierte Angabe)

Redeleitung

Stefan (Köln)

Valle (Köln)

Protokoll

Christoph (TU Wien), Aufbereitung Jakob Schneider (AS/Gö)

Anwesende Fachschaften

Freie Universität Berlin,

Humboldt-Universität zu Berlin,

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn,

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Universität Hamburg

Universität zu Köln

Technische Universität Wien

Protokoll

Protokollpad: https://pad.gwdg.de/ptF4D19VRNyiyvrENQlVzA#

Vorgeschichte:

Früher war in Köln die Mathematik zusammen mit den Mathe-Studis. Köln hatte damals Deutschlandweit die längste Studiendauer. Bei der Einführung von BSc und MSc hat man ein eigene Mathematik für Physiker eingeführt. Man hatt damals möglichst viel Mathematik am Anfang vom Studium gehabt und auf "Vorrat" gelernt. Sachen die früher später im Studium waren wurden schon am Anfang gerlehrt. Das System hat nicht gut funktioniert.

2015 wurde der BSc und MSc erneuert. Man hat wieder die Anfangs-Mathematik (Analysis) mit den Mathematikern gemeinsam. Die vortschreitende Mathematik wurde von Physikern unterrichtet.

Es steht wieder eine Erneuerung vom Studienplan an. Es soll auch die Mathematik-Vorlesungen erneuert werden, da die Analysis eine große Hürde ist. Der Start im Sommersemester ist auch schwierig.

Es gibt bei den Theorie-Professoren einen Streit ob man die Physik auf der historischen Sicht oder der axiomatischen Sicht aufzieht.

Für die Lehramt-Studierenden gibt es eine eigene theoretische Physik. Diese ist statt 4 Semestern nur 2 Semester und es gibt keine vorraussetztende Mathematik. Die Frage ist, wie funktioniert das? Dazu gab es einen Beitrag fürs Studienreform-Forum.

Lennart(Bonn): Die Mathematik ist Teil der Theorievorlesung für die Lehramtstudierenden.

Frederik (Erlangen): Der Zeitaufwand für die theoretische Physik LVA für Lehramt hat zu viel Lehraufwand. Es gibt bei Statistisch und Feldtheorie werden nur circa $\frac{3}{4}$ von der Physik Vorlesung gehalten [Satz so aus dem Originalpad, Sinn mglw., dass der geplante Stoff nie ganz gelehrt wird. JS]. Für die restliche Theorie gibt es eigene Fächer.

Katrin (TUM): Mathematik LVAs werden von Mathematikern gehalten, sind aber für die Physiker. Es gibt eine eigene Ergänzugsmathematik, von Physikdozent gehalten, die an den Experimentalphysik-Fächern angehängt ist. Die Experimentalphysik hat bei der Übung und der Prüfung Zusatzfragen von der Ergänzungsvorlesung. Theorie oft der Mathe für Physiker vorraus, dann wird Ergänzungsmathematik essentiell, obwohl nur Zusatzfach.

Frederik (Erlangen): Die Rechenmethoden der Physik ist losgelöst von der Physik, wobei mathematische Konzepte behandelt werden, die in der Physik notwendig sind (Lösen von Diff'gleichungen, Fourier-Entwicklung/Trafo, Vektoranalysis, Matritzenrechnung etc...). Der Inhalt wird in Teilen gemacht, wo man nicht alle bestehen muss. Die Mathematik hat nicht wirklich einen Anschluss zu der Physik. Wird von Mathematikern gelehrt. Analysis 1 und Lineare Algebra 1 wird zusammen mit den Erstsemester-Mathematikern gehört. Von Mathe 2 und Mathe 3 muss nur eines bestanden werden.

Floco (TU Wien): In den ersten 2 Semestern Analysis 1&2, Linere Algebra und Praktische Mathematik 1&2. Hat keinen Anschluss zu der Physik. Inhalt wird erst einige Semester später gehalten. 3. Semester eine LVA zu Mathematische Methoden Theoretischen Physik.

Aktuelle Situation in Köln:

Diskussion wie man das Modulhandbuch umstrukturieren kann. Speziell die Mathefächer die für die theoretische Physik gelesen werden. Ist einige Semester bevor man sie in der theoretischen Physik benötigt.

Idee ist, die Mathefächer so zu verschieben, dass die Mathematik 1 Semester vor den Theoriefächer gelehrt wird.

Vismaya (FUB): Lineare Algebra von einem Mathe Prof. Gleichzeitig klassische Mechanik, in der die Analysis gelehrt wurde, die man benötigt. Später dann die Analysis von einem Matheprof mit den Beweisen. In der Situation leichter, im Nachhinein [Rest des Satzes fehlt. JS].

Katrin (TUM): Vorteil ist, dass nichts von dem Verständnis für die Theorie fehlt, da man sie bei den späteren Theoriefächern benötigt. Wenn man Theorie mit der Mathematik vereint, dann lehrt man die Mathematischen Inhalte die man benötigt.

Valle (Köln): Wenn man Mathematik mit Theorie kombiniert, dann Fehlt ja Inhalt für die Theorie.

Katrin (TUM): Man kombiniet die Mathematik mit der Theorie (gleicher Inhalt wie getrennt) und macht die LVA über mehrer Semester.

Lennart (Bonn): Gibt es Wahlmöglichkeiten für die Mathe-Fächer?

Valle (Köln): Man hat die Pflichfächer die man machen muss, man kann höchstens Wahlfächer dazu machen.

Vismaya (FUB): Es gibt theoretisch die Wahl, die Mathematik-Fächer von der Mathematik zu machen, dies ist jedoch sehr schwer und wird nicht kommuniziert. Die Profs, die die Mathematik für Physik halten, sind die schlechten Lehrenden von der Mathematik.

Stefan (Köln): Es gab früher in Köln die Ansicht, dass die Mathematik mit Mathematik-Studis zusammen stattfinden soll. Die ist schwierig für die Studis und die Fächer werden oft nach hinten verschoben. Es sollten die mathematischen Rechenmethoden gestärkt werden und später erst die richtige Mathematik gehört.

Frage: Ist es gut, die "richtige" Mathe später zu hören/unter gewissen Bedingungen und muss es unbedingt Analysis sein? Gäbe sicher andere wichtige Vorlesungen, z.B. Differentialgemometrie.

Valle (Köln): Wie sinnvoll halten wir es als StudentInnen Mathematik VA von Mathematikern. Wie sinnvoll ist die Vorlesung?

Johannes: Haben zusammen mit Mathematikern die Vorlesungen, ist sehr schwer. Ist wahrscheinlich nicht unbedingt notwendig Analysis zu hören. Es ist nicht unüblich, dass Leute sowohl Mathe BSc als auch Physik BSc machen

Lennart (Bonn): Vorlesung Mathe für Physiker gehört, hat geholfen Analysis früh zu hören für die Physik.

Vismaya (FUB): Menschen sollten verstehen, was sie anwenden --> Physiker sollten Mathe verstehen, wenn sie sie anwenden. Ein Bewusstsein der Herkunft ist wichtig.

Kroni (TUW): Gewisse Teile machen Sinn, eventuell nicht so ausführlich gestalten -> wie viel ist notwendig? Auch die Frage wann man es macht ist wichtig. Zeitnahe zu den Theoriefächern wäre sinnvoll.

Stefan (Köln): Was heißt "von Grund auf Mathematik lernen"? Man würde das sicher anders angehen, wenn man Mathe von Grund auf lernen würde.

Vismaya (FUB): Hatte 2 Mathe VA's. Eine war gut gemacht, da sie ein Bild von den Begriffen bekam. Bsp. wie man sich einen Vektorraum vorstellen kann.

Kroni (TUW): TUW lernt man eher auswenidg als zu verstehen, gerade bei Beweisen --> macht wenig Sinn.

Anne-Marie (Köln): Vorlesungen in der Physik haben geholfen, um die Mathematik zu verstehen

Katrin (TUM): Ein gewisses Gespür bekommt man durch Analaysis, ist doch sehr wichtig für die Physik.

Valle (Köln): Analysis 1 ist auf jeden Fall wichtig, auch Beweise. Eigentliche Frage: Braucht man eigentlich Analysis 2? Wenn man abstrakte mathematische Konzepte zuerst lernt, hat man keine Vorstellung von diesen. Es fehlt eine Vor-Vorlesung. Mathe sollte nach hinten verschoben werden.

Frederik (Erlangen): Nach hinten schieben ist schwer, gerade für BSc Mathe und Physik. Für die Theorie ist wichtig, wie führe ich einen Beweis.

Stefan (Köln): Man gewinnt Flexibilität, wenn die höheren Physik VA's nicht von der Mathematik abhängen. Ist das aber sinnvoll oder zum Scheitern verurteilt? Was ist das Problem mit reinen Mathematik Vorlesungen? --> Verschiedene Ansprüche.

Frederik (Erlangen): Eher das Problem mit Lehramt. Man hat nur Rechenmethodenvorlesung und die Mathe fehlt. --> Wie kanns sein, wenn man Mathe garnicht hat? Leute tun sich schwerer. Es gibt nicht genug Wahlfächer-Credits, um die Mathe zu lernen.

Kroni (TUW): Es ist schwierig, wenn Mathe-Profs Mathe lehren, da sie nicht wissen, was für die Physik wichtig ist. Etwaige Themen sind für Mathe wichtig aber nicht für Physik.

Katrin (TUM): Verschieben der reinen Mathematik nach hinten tolles Konzept. Haben aber keine eigene Rechenmethoden-Vorlesung. Idee: [Die Idee wurde nicht aufgeschrieben. JS]

Stefan (Köln): Reine Mathematik ist schon gut zu haben, es hängt davon ab, wie Rechenmethoden VA gestaltet ist. Basic Einführung in die Mathe sollte von Physikern gehalten werden, weil sie wissen, was wichtig für die Physik ist. Dann gewinnt man an Flexibilität (nach hinten verschieben).

Theorie

Stefan (Köln): Die Lehramttheorie behandelt das Grundgerüst für die Mathematik. Die Begriffbildung steht im Mittelpunkt. (Wie man baut ein Grundgerüst für ein Fachwerkhaus). Die Frage ist, ob man das übernimmt und mit einer weiteren Vorlesungen die Inhalte vertieft. (Man füllt die Wände vom Fachwerkhaus). Oder man beginnt vom neuen und zieht die Mathematik von Grund auf neu auf. Man leitet die Sachen axiomatisch her. Mechanik ist Grenzfall der Quantenmechanik, diese wird über die Feldtheorie aufgezogen. (Man baut ein neues Haus, neben den Grundgerüst vom Fachwerkhaus).

Floco (TUW): Der axiomatische Ansatz kann sehr überfordernd sein, wenn man wenig Ahnung hat.

Katrin (TUM): Ist spannend, man kann sich nicht vorstellen, wie es aufgebaut wird. Es sollte erst später sein, nicht zu früh.

Stefan (Köln): Einige Profs machen es schon im ersten Semester.

Lennart (Bonn): Zuerst das Grundgesrüst aufbauen und später axiomatisch zu machen ist sehr interessant.

Kroni (TUW): In Elektrodynamik gibt es einen Prof der die Maxwellgelichungen axiomatisch herleitet.

Valle (Köln): Es würden zuerst die Physiker die gleichen Vorlesungen wie das Lehramt machen und später dann das ganze neu aufbauen.

Stefan (Köln): Findet es interessant, dass auch auf anderen Unis die Profs darüber streiten, wie man es angeht, historisch oder axiomatisch. Durch den Streit fehlt oft der Zusammenhang, zwischen der klassischen Herleitung und der axiomatischen Herleitung. Interessant ist es, wieso es beim Lehramt funktioniert, die theoretische Physik schneller zu machen, bzw. was dafür wegegslassen wurde.

Lennart (Bonn): Bei ihm ist die Störungstheorie wegefallen.

Vismaya (FUB): Es gibt einen Wahlpflichtbereich, der Vertiefend sein soll. Man kann die Pflichtmodule das Fachwerkhaus bauen lassen über den klassichen Weg und bei den Vertiefungen den axiomatischen Ansatz wählen.

Stefan (Köln): Die Frage ist, wie gut der Anschluss funktioniert. Weil oft die Profs meinen, sie machen den axiomatischen Ansatz, weil der andere falsch ist.

Valle (Köln): Es ist schwierig, weil es teilweise einen großen Unterschied zwischen den Profs gibt und für das axiomatische oft Verständnis fehlt.

Stefan (Köln): Es sollen nicht alle das Gleiche lernen, sonst müsste man viel streichen.

Debatte war spannend. Nur weil LVAs gleich heißen, heißt es nicht, dass das gleiche drinnen ist.

Leseempfehlungen

Zur Gestaltung von Methoden-Vorlesungen, die keine sind: http://www.cambridgeblog.org/2019/01/teaching-mathematics-to-physicists-can-we-do-better/

und:

https://studienreform-forum.de/de/forum-2019/beitraege-2019/2019/03/22/mathematische-methoden-und-theoretische-physik-fuers-lehramt-nur-fuers-lehramt/

Ausblick

Lennart (Bonn): Sehr interessant konkret zu entwickeln, was die drei Hauser behandeln.

Soll es in ein nachfolgendes AK geben oder sollen sich ein paar zusammentun und ins Studienreform-Forum einen Text schreiben?

Vismaya (FUB): Folge-AK um mehr Input zu bekommen und dann einen Text schreiben ist besser.

-> Es soll einen folge AK geben um das Thema zu vertiefen. -> Dann kann man ein Handbuch für das Studienreform-Forum schreiben.