Modulhandbuch Studiengang Master of Education (Lehramt) Naturwissenschaft und Technik, HF Prüfungsordnung:

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Modulhandbuch Studiengang Master of Education (Lehramt) Naturwissenschaft und Technik, HF Prüfungsordnung: Wintersemester 2017/18 Stand: 19. Oktober 2017 Universität Stuttgart Keplerstr
Modulhandbuch Studiengang Master of Education (Lehramt) Naturwissenschaft und Technik, HF Prüfungsordnung: Wintersemester 2017/18 Stand: 19. Oktober 2017 Universität Stuttgart Keplerstr Stuttgart Kontaktpersonen: Stand: 19. Oktober 2017 Seite 2 von 53 Inhaltsverzeichnis 100 Pflichtmodule Vertiefung Informatik Grundlagen der Informatik I+II Informatik II (Programmierung) für Geodäsie und Geoinformatik, Umweltschutztechnik und 8 Erneuerbare Energien Einführung in die Technische Informatik Umweltstatistik und Informatik Statistik und Informatik Vertiefung Erneuerbare Energien Photovoltaik I Windenergie 1 - Grundlagen Windenergie Solarthermie Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse Energie- und Umwelttechnik Vertiefung Technik Bauphysik und Baukonstruktion Geotechnik I: Bodenmechanik Werkstoffkunde I+II mit Werkstoffpraktikum Grundlagen der Mikrotechnik Kraftfahrzeuge I + II Kunststofftechnik - Grundlagen und Einführung Grundlagen der Mechanischen Verfahrenstechnik Bioverfahrenstechnik Medizinische Verfahrenstechnik Leichtbau Betriebspraktikum für NwT Fachdidaktik Vertiefung der Fachdidaktik NwT Stand: 19. Oktober 2017 Seite 3 von 53 100 Pflichtmodule Zugeordnete Module: 110 Vertiefung Informatik 120 Vertiefung Erneuerbare Energien 130 Vertiefung Technik Betriebspraktikum für NwT Stand: 19. Oktober 2017 Seite 4 von 53 110 Vertiefung Informatik Zugeordnete Module: Grundlagen der Informatik I+II Informatik II (Programmierung) für Geodäsie und Geoinformatik, Umweltschutztechnik und Erneuerbare Energien Einführung in die Technische Informatik Umweltstatistik und Informatik Statistik und Informatik Stand: 19. Oktober 2017 Seite 5 von 53 Modul: Grundlagen der Informatik I+II 2. Modulkürzel: Moduldauer: Zweisemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Wintersemester 4. SWS: 6 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Univ.-Prof. Dr. Michael Resch 9. Dozenten: Michael Resch Natalia Currle-Linde Yevgeniya Kovalenko 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: keine 12. Lernziele: Die Studenten verstehen die Grundlagen der Informatik und sind in der Lage diese im folgenden Studium anzuwenden. Die Studenten verstehen die hardwaretechnischen Grundlagen eines Computersystems. Sie sind in der Lage grundsätzliche Leistungsabschätzungen von Computersystemen zu machen. Die Studenten verstehen die softwaretechnischen Grundlagen von Betriebssystemen. Die Studenten verfügen über Grundkenntnisse der allgemeinen Programmierung. Sie beherrschen die gängigen Datentypen und Datenstrukturen. Die Studenten erwerben Kenntnisse in der Programmierung mit Java. Die Studenten verfügen über einen Einblick in die Problematik der Software-Entwicklung. 13. Inhalt: Grundlagen der Informatik Rechnertechnik Betriebssysteme und Programmierung Programmiertechnik Software Entwicklung 14. Literatur: Prof. Dr. Helmut Balzert, Lehrbuch Grundlagen der Informatik, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, ISBN Helmut Herold, Bruno Lurz, Jürgen Wohlrab, Grundlagen der Informatik: Praktisch - Technisch - Theoretisch, Pearson Studium, 2006, ISBN Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Grundlagen der Informatik I Vorlesung Grundlagen der Informatik II Übung Grundlagen der Informatik I Übung Grundlagen der Informatik II 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 60 h Selbststudiumszeit / Nacharbeitszeit: 120 h Gesamt: 180 h 17. Prüfungsnummer/n und -name: Grundlagen der Informatik I+II (PL), Schriftlich oder Mündlich, 90 Min., Gewichtung: Grundlage für... : Stand: 19. Oktober 2017 Seite 6 von 53 19. Medienform: PPT-Präsentation, Tafelanschrieb 20. Angeboten von: Höchstleistungsrechnen Stand: 19. Oktober 2017 Seite 7 von 53 Modul: Informatik II (Programmierung) für Geodäsie und Geoinformatik, Umweltschutztechnik und Erneuerbare Energien 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Sommersemester 4. SWS: 4 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Dr. Stefan Zimmer 9. Dozenten: Maria Unger-Zimmermann Stefan Zimmer 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: 12. Lernziele: Beherrschung der Programmierung von Vereinbarungen, Verzweigungen und Schleifen. Kennen und nutzen von Datentypen und Operatoren in C++. Verstehen der Hauptprinzipien der Objektorientierung. Anwendungsprogramme schreiben unter Nutzung von Klassen, Ein- und Mehrfachvererbung, Polymorphismus und überladen von Operatoren. 13. Inhalt: Einfache Sprachelemente in C++ (Vereinbarungen, Schlüsselworte, Ablaufsteuerung, Operatoren, Datentypen, Zeiger), Unterprogrammtechnik (Zweck, Parameterübergabe, Rückgabewerte), Einführung in das Paradigma der Objektorientierung (Softwarequalität und Faktoren des Software-Engineering, Probleme und Prinzipien der Objektorientiertheit, Objektorientierte Software-Entwicklung), Objektorientierte Programmierung in C++ (Zusätzliche Schlüsselworte in C++, Klassen, Generizität, Vererbung, Abstrakte Klassen, Polymorphismus, Operatoren überladen, Ein-/Ausgabeklassen, Zusammenführung von Objekten, Programmierkonventionen). 14. Literatur: Dieter Roller: Programmieren in C/C++, Expert-Verlag, 2007, ISBN Ulrich Breymann: C++ - Eine Einführung, Hanser Verlag, 4. Auflage, Bjarne Stroustrup: Einführung in die Programmierung mit C++, Pearson Studium, Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Programmierung (Geodäsie und Verkehrsingenieurwesen) Übung Programmierung (Geodäsie und Verkehrsingenieurwesen) Vorlesung Programmierung (Erneuerbare Energien) Übung Programmierung (Erneuerbare Energien) Vorlesung Programmierung Übung Programmierung 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: Stand: 19. Oktober 2017 Seite 8 von 53 17. Prüfungsnummer/n und -name: Informatik II (Programmierung) für Geodäsie und Geoinformatik, Umweltschutztechnik und Erneuerbare Energien (PL), Schriftlich, 60 Min., Gewichtung: 1 [12401] Informatik II (Programmierung) für Geodäsie und Geoinformatik, Umweltschutztechnik und Erneuerbare Energien (PL), schriftliche Prüfung, 60 Min., Gewicht: Grundlage für... : 19. Medienform: Beamer Rechner Tafel 20. Angeboten von: Grundlagen der Informatik Stand: 19. Oktober 2017 Seite 9 von 53 Modul: Einführung in die Technische Informatik 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Wintersemester 4. SWS: 4 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Univ.-Prof. Dr. Otto Eggenberger 9. Dozenten: Otto Eggenberger 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: Keine 12. Lernziele: Der/die Studierende kennt die grundlegende Funktionsweise eines Computers, versteht die elektrotechnischen Grundlagen und Technologien und kann einfache digitale Schaltungen analysieren, entwerfen und optimieren. 13. Inhalt: Grundlegende Funktionsweise eines Computers Informationsdarstellung Zahlendarstellung und Codes Digitale Grundbausteine Logische Funktionen, Speicherelemente Befehlsausführung, Programmablauf Elektrotechnische Grundlagen Physikalische Grundbegriffe Elektrische Spannung, elektrischer Strom Elektrische Netzwerke Halbleiterbauelemente Digitale Grundschaltungen Digitale Schaltungen Schaltnetzwerke Boolesche Algebra und Schaltalgebra Darstellung und Minimierung von Schaltfunktionen Rückkopplung, Zustandsbegriff Automaten und sequentielle Netzwerke Digitale Standardschaltungen Entwurfsmethodik 14. Literatur: Dirk W. Hoffman: Grundlagen der technischen Informatik, Hanser, 2007 Bernd Becker, Rolf Drechsler, Paul Molitor: Technische Informatik, Pearson Studium, 2005 Jörg Keller, Wolfgang J. Paul: Hardware Design, Teubner, 3. Aufl Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Einführung in die Technische Informatik Gruppenübungen Einführung in die Technische Informatik 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: 17. Prüfungsnummer/n und -name: Einführung in die Technische Informatik (PL), Schriftlich, 60 Min., Gewichtung: 1 [14361] Einführung in die Technische Informatik (PL), schriftliche Prüfung, 60 Min., Gewicht: 1.0 Stand: 19. Oktober 2017 Seite 10 von 53 18. Grundlage für... : Rechnerorganisation Medienform: 20. Angeboten von: Grundlagen der Informatik Stand: 19. Oktober 2017 Seite 11 von 53 Modul: Umweltstatistik und Informatik 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Sommersemester 4. SWS: 6 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Dr.-Ing. Joachim Schwarte 9. Dozenten: Joachim Schwarte Andras Bardossy 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: keine 12. Lernziele: Statistik: Nach Abschluß der Veranstaltung Statistik werden von den Studierenden die grundlegenden statistischen Werkzeuge und Methoden beherrscht. Die Teilnehmer kennen die Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Werkzeuge und sind in der Lage, Methoden kritisch zu bewerten und entsprechend den Anforderungen geeignet anzuwenden: Die theoretischen Konzepte von Wahrscheinlichkeit, Zufallsvariable und Stichprobenverteilung werden verstanden und können entsprechend eingeordnet werden. Die Studierenden sind mit Methoden zur Identifizierung nichtlinearer Prozesse und statistischer Artefakte vertraut. Darüber hinaus beherrschen sie die grundlegenden Methoden der Bewertung von Untersuchungsergebnissen, wie z.b. Signifikanztests. Informatik: Die Studierenden können algorithmische Lösungswege für einfache Problemstellungen selbstständig finden und unter Verwendung einer modernen Programmiersprache umsetzen. Sie sind im Stande die Komplexitätsordnung eine Problems bzw. eines Lösungsverfahrens abzuschätzen und somit Aussagen über die praktische Brauchbarkeit der jeweils betrachteten Methoden zu machen. Mit Hilfe von Tabellenkalkulationsprogrammen können Sie typische Aufgabenstellungen wie Massenermittlungen und Kostenberechnungen durchführen. Sie sind mit den wesentlichen Risiken der Informations- und Kommunikationstechnologie sowie mit der Anwendung entsprechender Schutzmethoden vertraut. 13. Inhalt: Statistik: deskriptive Statistik - Darstellung und Interpretation statistischer Daten - lineare und nicht-lineare Regressionsrechnung - Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung, theoretische Verteilungsfunktionen Binomialverteilung, hypergeometrische Verterteilung Poissonverteilung, Exponentialverteilung Normalverteilung und Log-Normalverteilung - schließende Statistik, Konzept der Stichproben und unendlichen Grundgesamtheiten Stand: 19. Oktober 2017 Seite 12 von 53 Konfidenzintervalle für die Momente von Verteilungen Hypothesentests Konfidenzintervalle und Hypothesentests in der bivariaten Statistik Informatik Inhalt der Vorlesung Einführung in die Informatik Algorithmen und Turing-Maschinen Datenstrukturen Computer Programmiersprachen Programmierprinzipien Programmentwicklung mit MatLab Tabellenkalkulation Sicherheit und Datenschutz 14. Literatur: Statistik: Vorlesungsskript Statistik Unterlagen von Übungen und Hausübungen (Downloadbereich der IWS Homepage) Hartung, J : Statistik - Lehr- und Handbuch der angewandten Statistik. 12. Aufl. Oldenburg Verlag. München Sachs, L Angewandte Statistik. 7. Auflage. Springer Auflage. Berlin Moore, D. S. and G. M. McCabe Introduction of the practice of statistics. 4. Auflage. New York. Informatik: Online-Skript innerhalb der Ilias-Umgebung Duden Informatik 15. Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Statistik Übung Statistik Vorlesung Informatik Virtuell unterstützte Gruppenübungen Informatik 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: Umwelts tatistik: Präsenzzeit: Selbststudium: Gesamt: Informatik: Vorlesung: Virtuell unterstütze Gruppenübungen: Nachbereitung der Vorlesung: Nachbereitung der Gruppenübungen: Prüfungsvorbereitung in der vorlesungsfreien Zeit: Gesamt: 42h 48h 90 h 28h 14h 14 h 14 h 20h 90 h 17. Prüfungsnummer/n und -name: Umweltstatistik und Informatik (LBP), Schriftlich, 120 Min., Gewichtung: Grundlage für... : 19. Medienform: Stand: 19. Oktober 2017 Seite 13 von 53 20. Angeboten von: Werkstoffe im Bauwesen Stand: 19. Oktober 2017 Seite 14 von 53 Modul: Statistik und Informatik 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Wintersemester 4. SWS: 6 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Dr.-Ing. Joachim Schwarte 9. Dozenten: Andras Bardossy Joachim Schwarte 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: keine 12. Lernziele: Statistik: Nach Abschluß der Veranstaltung Statistik werden von den Studierenden die grundlegenden statistischen Werkzeuge und Methoden beherrscht. Die Teilnehmer kennen die Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Werkzeuge und sind in der Lage, Methoden kritisch zu bewerten und entsprechend den Anforderungen geeignet anzuwenden: Die theoretischen Konzepte von Wahrscheinlichkeit, Zufallsvariable und Stichprobenverteilung werden verstanden und können entsprechend eingeordnet werden. Die Studierenden sind mit Methoden zur Identifizierung nichtlinearer Prozesse und statistischer Artefakte vertraut. Darüber hinaus beherrschen sie die grundlegenden Methoden der Bewertung von Untersuchungsergebnissen, wie z.b. Signifikanztests. Informatik: Die Studierenden können algorithmische Lösungswege für einfache Problemstellungen selbstständig finden und unter Verwendung einer modernen Programmiersprache umsetzen. Sie sind im Stande die Komplexitätsordnung eine Problems bzw. eines Lösungsverfahrens abzuschätzen und somit Aussagen über die praktische Brauchbarkeit der jeweils betrachteten Methoden zu machen. Mit Hilfe von Tabellenkalkulationsprogrammen können Sie typische Aufgabenstellungen wie Massenermittlungen und Kostenberechnungen durchführen. Unter Verwendung des Softwaresystems Matlab sind die Studierenden im Stande kleinere Anwendungsprogramme und die zugehörigen Benutzeroberflächen (GUIs) systematisch zu entwickeln und zu implementieren. Sie sind mit den wesentlichen Risiken der Informationsund Kommunikationstechnologie sowie mit der Anwendung entsprechender Schutzmethoden vertraut. 13. Inhalt: Statistik: deskriptive Statistik Darstellung und Interpretation statistischer Daten lineare und nicht-lineare Regressionsrechnung Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung, theoretische Verteilungsfunktionen Binomialverteilung, hypergeometrische Verterteilung Poissonverteilung, Exponentialverteilung Normalverteilung und Log-Normalverteilung Stand: 19. Oktober 2017 Seite 15 von 53 schließende Statistik, Konzept der Stichproben und unendlichen Grundgesamtheiten Konfidenzintervalle für die Momente von Verteilungen Hypothesentests Konfidenzintervalle und Hypothesentests in der bivariaten Statistik Informatik: Algorithmen und Turing-Maschinen Datenstrukturen Computer Programmiersprachen Programmierprinzipien Programmentwicklung mit MatLab Tabellenkalkulation Sicherheit und Datenschutz 14. Literatur: Statistik: Vorlesungsskript Statistik Unterlagen von Übungen und Hausübungen (Downloadbereich der IWS Homepage) Hartung, J : Statistik - Lehr- und Handbuch der angewandten Statistik. 12. Aufl. Oldenburg Verlag. München Sachs, L Angewandte Statistik. 7. Auflage. Springer Auflage. Berlin Moore, D. S. and G. M. McCabe Introduction of the practice of statistics. 4. Auflage. New York.. Informatik: Online-Skript innerhalb der Ilias-Umgebung Duden Informatik 15. Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Statistik Vorlesung Einführung in die Informatik Übung Statistik Übung Einführung in die Informatik 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: S tatistik: Präsenzzeit: Selbststudium: Gesamt: Informatik: Vorlesung: Virtuell unterstütze Gruppenübungen: Nachbereitung der Vorlesung: Nachbereitung der Gruppenübungen: Prüfungsvorbereitung in der vorlesungsfreien Zeit: Gesamt: 42h 48h 90 h 28h 14h 14 h 14 h 20h 90 h 17. Prüfungsnummer/n und -name: Statistik und Informatik (PL), Schriftlich, 120 Min., Gewichtung: 1 V Vorleistung (USL-V), Schriftlich oder Mündlich 18. Grundlage für... : 19. Medienform: Stand: 19. Oktober 2017 Seite 16 von 53 20. Angeboten von: Werkstoffe im Bauwesen Stand: 19. Oktober 2017 Seite 17 von 53 120 Vertiefung Erneuerbare Energien Zugeordnete Module: Photovoltaik I Windenergie 1 - Grundlagen Windenergie Solarthermie Einführung in die energetische Nutzung von Biomasse Energie- und Umwelttechnik Stand: 19. Oktober 2017 Seite 18 von 53 Modul: Photovoltaik I 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Sommersemester 4. SWS: 4 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Univ.-Prof. Dr. Jürgen Heinz Werner 9. Dozenten: Jürgen Heinz Werner 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: Grundkenntnisse über Halbleitermaterialien und Halbleiterdioden, z.b. aus Mikroelektronik I 12. Lernziele: Die Studierenden kennen - das Potential der Sonnenstrahlung - die Funktionsweise von Solarzellen - die wichtigsten Technologien der Herstellung von Solarmodulen - die Grundprizipien von Wechselrichtern - die Energieerträge verschiedener Photovoltaik-Technologien - den aktuellen Stand des Photovoltaikmarktes und der Kosten von Photovoltaik-Strom 13. Inhalt: - Der Photovoltaische Effekt (Zelle, Modul, Anlage) - Solarstrahlung und Energieumsatz in Deutschland - Grundprinzip und Kenngrößen von Solarzellen - Ersatzschaltbilder von Solarzellen - Maximaler Wirkungsgrad - Photovoltaik-Materialien und -Technologien - Modultechnik - Photovoltaische Systemtechnik - (Jahres-) Energieerträge von Photovoltaiksystemen 14. Literatur: Goetzberger, Voß, Knobloch, Sonnenenergie: Photovoltaik, Teubner, 1994 P. Würfel, Physik der Solarzellen, Spektrum, 1995 M. A. Green, Solar Cells - Operating Principles, Technology and System Applications, Centre for Photovoltaic Devices and Systems, Sydney, 1986 F. Staiß, Photovoltaik - Technik, Potentiale und Perspektiven der solaren Stromerzeugung, Vieweg, Lehrveranstaltungen und -formen: Vorlesung Photovoltaik I Übungen Photovoltaik I 16. Abschätzung Arbeitsaufwand: Präsenzzeit: 56 h Selbststudium/Nacharbeitszeit: 142 h Gesamt: 180 h 17. Prüfungsnummer/n und -name: Photovoltaik I (PL), Schriftlich, 90 Min., Gewichtung: Grundlage für... : Photovoltaik II 19. Medienform: Powerpoint, Tafel 20. Angeboten von: Physikalische Elektronik Stand: 19. Oktober 2017 Seite 19 von 53 Modul: Windenergie 1 - Grundlagen Windenergie 2. Modulkürzel: Moduldauer: Einsemestrig 3. Leistungspunkte: 6 LP 6. Turnus: Sommersemester 4. SWS: 4 7. Sprache: Deutsch 8. Modulverantwortlicher: Univ.-Prof. Dr. Po Wen Cheng 9. Dozenten: Po Wen Cheng 10. Zuordnung zum Curriculum in diesem Studiengang: 11. Empfohlene Voraussetzungen: Technische Mechanik I 12. Lernziele: Die Studierenden erlangen Kenntnisse über die Grundlagen der Windenergie, insbesondere über die physikalischen und technischen Prinzipien bei modernen Windenergieanlagen. Die Studierenden sind dabei in der Lage einfache physikalische Grundgleichungen und Zusammenhänge herzuleiten und ihre Bedeutung in Bezug auf die Nutzung von Windenergie zu verstehen sowie zu erklären. Ausgehend vom Verständnis der einzelnen Teildisziplinen (Aerodynamik, Strukturdynamik, Elektrotechnik etc.) können die Studierenden den Aufbau und die Funktionsweise des Gesamtsystems Windenergieanlage erläutern und auf ausgewählten Gebieten elementare Auslegungs- und Entwurfsberechnungen durchführen. Nach Abschluss der Lehrveranstaltung haben die Studierenden die wesentlichen Kompetenzen aufgebaut, die sie befähigen sich in Spezialgebiete im Bereich Windenergie (Komponentenauslegung, Modellierung und Simulation, Windparkplanung etc.) einzuarbeiten. 13. Inhalt: Vorlesung Einleitung, Historie und Potenziale, Beschreibung und Charakterisierung des Windes, Ertragsberechnung, Windmessung, Aerodynamische Grundlagen: Impulstheorie, Tragflügeltheorie, Blattauslegung nach Betz und Schmitz, Kennlinien, Typologien, Modellgesetze und Ähnlichkeitsregeln, Strukturdynamik, Konstruktiver Aufbau, Elektrisches System, Betriebsführung und Regelungstechnik. Übung und Versuch Es werden 8 Hörsaalübungen sowie ein Hochlaufversuch im Böenwindkanal angeboten. 14. Literatur: lecture notes R. Gasch und J. Twele, Windkraftanlagen
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