In dem Kurs "Selbstständiges Erforschen physikalischer Systeme mit numerischen Methoden" bekommen Sie die Möglichkeit, konkrete physikalische Forschung mit flexiblen Niveau des Einstiegs kennenzulernen. Sie können sogar eigenständig Forschungsfragen definieren, oder auch vorhandene Projekte nutzen und ausbauen. Die Modelle sollen Sie mittels einer höheren Programmiersprache (wie z.B. C) implementieren und Computersimulationen durchführen. Zu Beginn des Semesters suchen Sie sich ein Projekt aus (oder formulieren ein Eigenes) und lernen dieses zunächst mit Hilfe zur Verfügung gestellter oder selbst recherchierter Literatur kennen. Die angegebenen Projekte sind als "Baukasten" angelegt und enthalten neben bereits gestellter Literatur, eine Modellbeschreibung und fertigen Programmiercode (bzw. Programmfragmente). Für einige Projekte stehen bereits bearbeitete und dokumentierte Forschungsfragen früherer Teilnehmerinnen und Teilnehmer zur Verfügung, auf deren Ergebnisse Sie für Ihre Forschung aufbauen können. Die Projekte sind so ausgesucht, dass sie praktisch ohne spezielle Vorkenntnisse aus der theoretischen Physik durchführbar sind, da sich viele Modelle (wie zur Bewegung von Teilchen, Bildung von Staus oder Wachstum von Oberflächen) mit geringen mathematischen Aufwand definieren und als Programm implementieren lassen. Sie eignen sich daher sehr, um Ihnen im Bachelorstudium erstmals die Möglichkeit zu geben, eine eigene Forschungsfrage zu bearbeiten, was abgesehen von den Abschlussarbeiten im Physikstudium derzeit nicht vorgesehen ist. Bei der Bearbeitung ihrer selbst definierten und/oder vorgegebenen Fragestellungen werden Sie durch individuelle Betreuung des Projektleiters begleitet. Wichtig ist hierbei, dass der Prozess des Entwickelns und Forschens im Vordergrund steht und weniger das Resultat. Auch ein sehr gut durchgeführtes, aber im Ergebnis gescheitertes Projekt kann eine sehr gute Note ergeben!

Kompetenzziele:
Nach der Teilnahme an der Veranstaltung sind Sie in der Lage für die Bearbeitung spezifischer Forschungsfragen im Kontext physikalischer Modelle geeignete numerische Methoden zu wählen und für Ihre Zwecke (weiter-)zuentwickeln. Sie können diese Methoden in einer höheren Programmiersprache implementieren, Daten simulieren und diese in geeigneter Form darstellen, analysieren und interpretieren. Es werden weiterhin Kompetenzen im Bereich selbstständiges wissenschaftliches Arbeiten, Ausdauer bei der Bearbeitung von Projekten und ggf. Teamfähigkeit und Kommunikation in kleinen Teams erworben.

Inhalte:
Verschiedene physikalische Modelle (Strassenverkehrsmodell, Krankheitsausbreitungsmodell, Jäger-Beute Modell, Ferromagnetismus, Schwarmverhalten, spieltheoretische Modelle, Wachstumsmodelle, Graphenmodelle, nichtlineare Systeme, Himmelsmechanik u.a.) Programmierfähigkeiten (vorzugsweise Programmiersprache C, einfache Datenstrukturen, Datenmanagement), Datenanalyse (Grundlagen statistischer Methoden wie Mittelwert, Varianz, Histogramme, Fehlerechnung, Fitting) und Präsentation (LaTeX, graphische Darstellungen, Diagramme, wissenschaftliches Schreiben).