Diplomarbeit

Das Thema meiner Diplomarbeit hatte ich auf ganz andere Weise rund 15 Jahre vorher schon bearbeitet: Photographisch habe ich eine Technik umgesetzt, die ich in einer Photozeitschrift gelesen habe:

Frühe Versuche

Sichtbarmachen des Drucks, Film Nummer 220, Agfachrome CT 100, 36, 2.9.85 Dianummer 3641 bis 3645

Thema der Diplomarbeit

Computeralgebra-Systeme in der Lehre der Ingenieurwissenschaften

Einsatz des CA-Systems MuPAD in der interaktiven Lehreinheit "Maschinenlabor Optische Spannungsanalyse" im Maschinenbau

Die Lehreinheit "Spannungsoptische Untersuchungen mittels der digitalen Bildanalyse" im Maschinenlabor (ML-5) beschäftigt sich mit der optischen Spannungsanalyse.
Dabei wird ein Bauteil aus spannungsoptisch aktivem Material mit einer Kraft F belastet und führt im Polariskop zu einem Isochromatenbild (Isochromaten = Linien gleicher Hauptspannungsdifferenz).
Die Auswertung dieses Bildes mit bestimmten mathematischen Algorithmen führt zu den Spannungsintensitätsfaktoren K I, K II, usw., die eine Aussage über den Spannungszustand im Bauteil und die Entfernung zum kritischen Punkt zulassen.

Die Arbeit soll folgende Punkte behandeln:

  1. Aufbereiten und Umsetzen der mathematischen Inhalte der "Optischen Spannungsanalyse" in MuPAD
  2. Didaktische Aufbereitung der Lerneinheit (ML-5) unter besondere Berücksichtigung der multimedialen Möglichkeiten
  3. Bereitstellen der elektronischen Lerneinheit (ML-5) und Interaktion zwischen Lernendem und Computeralgebra-System MuPAD

Teil 1
Meine Arbeit soll sich zuerst mit der Umsetzung der mathematischen Hintergründe und Algorithmen befassen und diese in einer MuPAD-Notebook-Session realisieren und dokumentieren.
AUSSICHT: Inwiefern lassen sich die verwendeten mathematischen Vorgehensweisen und Algorithmen verbessern oder speziell an das Problem (Lösen eines - wie auch immer gearteten - massiv überbestimmten Gleichungssystems) anpassen. Welche Möglichkeiten bietet hier MuPAD. Dies umfaßt zwei Richtungen:

  1. Ermittlung der Spannungsintensitätsfaktoren K I, K II, usw. mit Hilfe eines spezifischen - eventuell Dialog-geführten - Auswertealgorithmus unter besonderer Berücksichtigung von Anbindung der erforderlichen Ein- und Ausgabemechanismen.
  2. Zur Eingabe der Spannungsintensitätsfaktoren K I, K II, usw. wird das zugehörige Isochromatenbild bzw. die Bilddaten ausgegeben.
    AUSSICHT: Inwiefern läßt sich die Plot-Funktion in MuPAD benutzen oder verbessern. Anbindung eines externen Grafik-Tools.

Teil 2 + 3
Das zur Zeit in Printversion vorliegende Tutorium zum Maschinenlabor ML-5 muß überarbeitet und für die Verwendung im elektronischen Medium angepaßt werden. Das Tutorium ist wie folgt aufgebaut:

Die Lehreinheit des Maschinenlabors soll in elektronische Form umgesetzt werden.
Die Vorbereitung auf das Maschinenlabor soll mittels dieser Einheit von jedem Web-Browser aus möglich sein.
Der mittels MuPAD realisierte mathematische Teil soll dem Studenten die Zusammenhänge visualisieren und die Möglichkeit geben, interaktiv eigene Berechnungen durchführen zu lassen. Dabei soll den Studierenden nicht nur Ergebnisse präsentiert sondern durch MuPAD ein Gefühl für den Zusammenhang der einzelnen Parameter geben werden.
Beide Wege - Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren K I, K II, usw. aus vorgegebenen Isochromatenbildern und die Umkehrung - finden hierbei Berücksichtigung.

Fachlich beteiligte Arbeitsgruppen

Download der Diplomarbeit und des Tutoriums

Diplomarbeit als PDF (1.4 MB)

Maschinenlabor-Tutorim als PDF (0.8 MB)

E-Learning

Neben meinem Job in der Lehrerausbildung an der LMU im Institut für Informatik beschäftige ich mit Fragen der technischen Unterstützung von Lehr- und Lernprozessen in der Erwachsenenbildung.

Übersicht meiner Forschungstätigkeiten

Folgende Seite gibt eine Übersicht über den Werdegang meiner Forschungstätigkeit: Ehem. Homepage in der Arbeitsgruppe LMU IFI TCS HDJ

Ansatz meiner Arbeit

Dazu entwerfe ich ein Szenario, in dem Erwartungen der Lehrer in der Ausbildung - teils Fernstudium mit tutorieller Unterstützung - an technische Unterstützung (allg. E-Learning: Neue Medien, Multimedia, Simulation/Animation, synchrone und asynchrone Kommunikationsunterstützung wie Email, Foren, Chat, White-Board, virtuelle Lerngemeinschaften unterstützt durch Kooperative Werkzeuge im Internet, BSCW und LSCW etc.) im Lehr- und Lernprozeß untersucht werden. Im folgenden soll die Nutzung der Techniken untersucht werden im Hinblick auf Effekte von "Vorbedingungen" wie soziales und berufliches Umfeld, Vorkenntnisse, Motivation, Familienstand etc. und welche der Techniken dann von den Lehrern im Unterricht bei der Vermittlung der Inhalte an Schüler eingesetzt werden.
Verweisen möchte ich hier nur auf meine UNI-Website: http://www.tcs.informatik.uni-muenchen.de/~hdjaeger [30.9.2009]

Entdeckendes Lernen
versus
"Standardunterricht"
Vergleich zweier Unterrichtsumsetzungen
zur Thematik "Wiederholung" (NT 7.2.3)

Zum Inhalt zitiere ich die Zusammenfassung des Berichts; Arbeitsmaterialien stehen zum Herunterladen und Verändern zur Verfügung.

Zusammenfassung

Im Zentrum dieser Untersuchung steht der Vergleich von zwei Unterrichtskonzepten in der siebten Jahrgangsstufe im Fach Natur und Technik/Informatik unter Verwendung der Programmierumgebung Karol: Zum einen der traditionelle Unterricht, zum anderen das Entdeckenden Lernen. Es werden in erster Linie die subjektiven Eindrücke der SuS sowie der Lehrkraft im Unterricht berücksichtigt und ausgewertet.

Ziel dabei ist es, die Meinungen und Einstellungen der SuS (Abk.: Schülerinnen und Schüler) zu den beiden Unterrichtsmethoden in Erfahrung zu bringen; Auslöser dafür war eine bei vielen SuS beobachtete intrinsische Motivation bei der Beschäftigung mit der Programmierumgebung Karol.

In einem Fazit interpretiere ich die Ergebnisse der Befragung der SuS, stelle diese der gängigen Fachliteratur gegenüber und spreche eine Empfehlungen für den Einsatz der Unterrichtsmethode des Entdeckenden Lernens aus.

Ziel der Untersuchung ist nicht die detaillierte Evaluation der beiden Unterrichtsumsetzungen gegen den Lernerfolg. Es bestätigen sich lediglich gängige Forschungsergebnisse (Auswertung der Frage 3). Eine Fortführung dieser Arbeit könnte sein, die subjektiven Eindrücke der SuS in Verbindung zu setzen mit den tatsächlichen Lernerfolgen.

Download des Berichts und der Arbeitsmaterialien

Finale Versionen:

Bericht als PDF (18 MB)

Arbeitsanleitung, Arbeitsblatt und Lösungsvorschläge als odt, doc, PDF (360 KB)

Lehrproben im Referendariat (ohne Anhänge!)

2007: Vilshofen

Einführung der Klasse ABSATZ, Klasse 6, Fach Informatik im Rahmen von Natur und Technik (Darstellung von Informationen in einem Textdokument) PDF (49 KB)

2007: Garmisch-Partenkirchen

Einführung der Kontrollstruktur Wiederholung mit Anfangsbedingung, Klasse 10, Fach Informatik im Rahmen des Additums der Mathematik (Algorithmik) PDF (101 KB)

2008: Passau

Ein Optimierungsproblem als Anwendung der Ableitungsregeln, Klasse 11, Fach Mathematik (Analysis: Ableitungen und Extremwertaufgaben) PDF (48 KB)

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