Einführung in die Programmierung (HS Deggendorf, Fak. ET), anteilig 2 SWS, 2 ECTS

Transkript

1 Aufgabenbeschreibung im Rahmen der Ausschreibung 2012-II der Virtuellen Hochschule Bayern Da es durchaus möglich sein kann, dass das Lehrangebot an den beteiligten Hochschulen unterschiedlich eingesetzt wird, sind bei jedem Punkt sämtliche eventuellen Varianten aufzuführen. 1. Beteiligte Hochschulen: Konsortialführende Hochschule der Hochschule Regensburg Trägerhochschule Straße, Nr. Prüfeninger Straße 58 Postleitzahl, Ort Regensburg Verantwortlicher Ansprechpartner der Bedarfsanmeldung Prof. Dr. Jürgen Mottok Telefon-Nr. +49 (0) 160 / Fax-Nr. +49 (0) 941/ juergen.mottok@hs-regensburg.de Studiengangsverantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Thomas Fuhrmann Fakultät/Department Elektro- und Informationstechnik Telefon-Nr. +49 (0) 941/ Fax-Nr. +49 (0) 941/ thomas.fuhrmann@hs-regensburg.de Hochschule 2 der Hochschule Deggendorf Trägerhochschule Straße, Nr. Edlmairstraße 6 und 8 Postleitzahl, Ort Deggendorf Verantwortlicher Ansprechpartner der Bedarfsanmeldung Prof. Dr. Peter Jüttner Telefon-Nr. +49 (0) Fax-Nr. +49 (0) peter.juettner@hdu-deggendorf.de Studiengangsverantwortlicher Prof. Dr.-Ing. Andreas Grzemba Fakultät/Department Elektro- und Medientechnik Telefon-Nr. +49 (0) Fax-Nr. +49 (0) andreas.grzemba@hdu-deggendorf.de Hochschule 3 der Hochschule Landshut - Fachhochschule Trägerhochschule Straße, Nr. Am Lurzenhof 1 Postleitzahl, Ort Landshut Aufgabenbeschreibung 2012-II - 1 -

2 Verantwortlicher Ansprechpartner der Bedarfsanmeldung Prof. Dr. Reimer Studt Telefon-Nr. +49 (0) Fax-Nr. +49 (0) Studiengangsverantwortlicher Prof. Dr. Carsten Röh Fakultät/Department Elektrotechnik / Wirtschaftsingenieurwesen Telefon-Nr. 0871/ Fax-Nr. 0871/ roeh@fh-landshut.de 2. Titel des zu realisierenden Lehrangebots: Praktikum/Übung Informatik ("Programmieren in C") 3 a) Art des Lehrangebots: (online-vorlesung, -Seminar, -Übung, -Praktikum) "C-Programmierung für technische Systeme": Praktikum Informatik 1 (2 SWS, 2 ECTS) für die dazugehörige Vorlesung (4 SWS) Einführung in die Programmierung (HS Deggendorf, Fak. ET), anteilig 2 SWS, 2 ECTS Informatik II (HS Landshut, Fak. Elektrotechnik/Wirtschaftsingenieurwesen): 6 ECTS, davon 48h Präsenz, 102h virtuelles Angebot und Selbststudium 3 b) Umfang des Lehrangebots: Zahl der SWS:2 Leistungspunkte nach ECTS:2 4. Inhalt: (ausführliche Beschreibung des benötigten Inhalts einschließlich der Prüfungsanforderungen: Ziele, Zielgruppe Lerner, Rolle/Einbindung der Lehrenden) Das Praktikum Programmieren in C ist an den Hochschulen Deggendorf, Landshut und Regensburg in den jeweiligen Modulhandbüchern bezüglich der Lernziele beschrieben. Die Lernenden sollen die Fähigkeit entwickeln C-Programme zu entwerfen, Algorithmen zu entwickeln bzw. anzuwenden und eine geeignete Verifikation ihrer selbst entwickelten C- Programme durchführen (Fachkompetenz). Dieser Kurs soll nicht bloß Wissen in der Programmiersprache C vermitteln, sondern auch beim Aufbau der Kompetenzen der Lernenden helfen. In selbstorganisierten Lerneinheiten (siehe im Folgenden die fachdidaktische Ansätze des vorgeschlagenen Kursangebotes und Nutzung spezieller e-learning Lernmethoden) entsteht ein Lernarrangement, das Anwendungs-, Methoden-, Sozial- und Selbstkompetenz auch aufbauen hilft. Aufgabenbeschreibung 2012-II - 2 -

3 Fachdidaktiktische Ansätze Exemplarisches Lernen an den Fallstudien von C-Programmen: Begriffe und Konzepte der Programmiersprache C, sowie Grundlagen von Algorithmen werden beispielhaft in Fallstudien eingeführt und ggf. erst später formal vollständig erklärt. Die Studierenden sollen sich Fähigkeiten zur Induktion (Abstrahierung), Deduktion (Konkretisierung) und Analogiebildung aneignen. Dabei soll der zu lernende Sachverhalt schrittweise mit geführten Übungen durchdrungen werden. Deduktiver Ansatz der Erkenntnisgewinns: Nach dem mehrere Beispiele zu einem Sachverhalt verstanden wurden, werden zusammenfassende und vollständige Erklärungen zu Sprachkonzepten der Programmiersprache C und der Implementierung von Algorithmen gegeben. Systemischer Top-Down-Ansatz: Bei der Programmierung liegt der Schwerpunkt zunächst in den ersten Übungsaufgaben auf dem Programmieren und Verwenden von (auch rekursiven) Funktionen sowie auf der adäquaten Verwendung von Datentypen. Erst im späteren Verlauf der Vorlesung werden Algorithmen mit Schleifen und eine schrittweise Detailvertiefung der einzelnen Konzepte bzw. Sprachelemente erfolgen. Dies entspricht einer Inversion der Vorgehensweise wie diese in klassischen Lehrbüchern des Programmierens in C verfolgt wird. Hierdurch soll die Fähigkeit der Studenten zur Deduktion und damit zum Zurechtfinden mit teilweise unbekannten Begrifflichkeiten gefördert werden. Blended Learning: Das vorlesungsbegleitende Lernarrangement Praktikum Informatik 1 (C-Programmierung) wird neben Einheiten des selbstgesteuerten Lernens in E-Learning durch Präsenzveranstaltungen mit dem Dozenten ergänzt. Präsenztreffen fördern den Teamprozess der Lernenden. Die Nachhaltigkeit dieses Ansatzes wird durch neuere Erkenntnisse der Neuro-Didaktik belegt. Kontinuierliche prozessbegleitende und abschließende Evaluation: Sowohl das Feedback der Studierenden hinsichtlich ihres eigenen Lernprozesses, als auch eine Evaluation der studentischen Kompetenzaneignung soll kontinuierlich während der Lernveranstaltung erfolgen und nicht wie üblich erst zum Semesterende. Lernzirkel: Das vorlesungsbegleitende Lernarrangement soll auch die Methode des Lernzirkels (Lernen an Stationen) nutzen. Grundidee dieses Lernens an Stationen besteht darin, dass ein Thema in Teilgebiete untergliedert wird, die von den Studierenden an verschiedenen Stationen (E- Learning, CIP-Pool Präsenz, Selbstgesteuert in Seminarraum und Bibliothek, Präsenz im Seminarraum, ) eigenständig bearbeitet werden. Ausbau der kommunikativen Kompetenz der Lernenden: o Die Studierenden sollen im E-Learning Anteil des Kurses ihre schriftliche Ausdrucksfähigkeit im Lerngegenstand verfeinern (z.b. Anwendung der Briefmethode aus dem konstruktivistischen Methodenpool). o Die Studierenden sollen während der Präsenzveranstaltung durch Elemente des aktivierenden Lernens ihre eigene mündliche sprachliche Ausdrucksfähigkeit im Lerngegenstand verfeinern. Reflexion: Die Lernenden führen ein Lerntagebuch. Das Führen von Lerntagebüchern ist eine bewährte Methode, die eigene Lernpraxis zu dokumentieren, zu erkunden, zu überprüfen und möglicherweise zu verändern. (Bem. Die Lerntagebücher können im Forschungsprojekt EVELIN in Regensburg als eine weitere Form der Datenerhebung zur Evaluation genutzt werden.) Aufgabenbeschreibung 2012-II - 3 -

4 Forschendes Lernen/Wissenschaftliches Arbeiten: Mindestens eine Übungsaufgabe in der E-Learning Plattform soll einewissenschaftliche Publikation zur Programmiersprache C bzw. Algorithmen nutzen um eine Problemstellung zu lösen. Situatives und Praktisches Lernen: In einer berufsnahen Situation soll mindestens eine Übungsaufgabe mit einem Codebeispiel mit qualitativen Defiziten der Einsatz der MISRA C Coding Guideline erprobt werden. Die MISRA C Coding Guideline soll in einer geeigneten Auswahl bereitgestellt werden. Bereits im Praktikum Informatik 1 soll die Methode des Code Reviews als Rollenspiel erprobt werden. Hierzu wird die zugehörige Präsenzveranstaltung des E-Learningkurses genutzt. Es bietet sich an, bereits in diesem Kontext den Umgang mit Versionsverwaltswerkzeugen in den Kursablauf zu integrieren, um zu einem intutitiven und gewohnheitsmäßigen Umgang mit dieser Technologie hinzuführen. Eine Vertiefung des Verständnisses und der komplexen Anforderungen an kollaborative Softwareentwicklung erfolgen in höheren Semestern auf dieser Basis. Erhöhung der Lernautonomie durch selbstgesteuertes und konstruktivistisches Lernen: Der e-learning-kurs soll einen größeren Ausgabenpool enthalten als es Übungseinheiten in einem Semester gibt. Der Lernende soll seinen eigenen Lernweg durch das Stoffgebiet der Programmiersprache C, sowie Algorithmen finden. Flankierende Empfehlungen der Lehrenden unterstützen dabei die Entscheidungsfindung des Lernenden darin welche Übungsaufgabe für welche Kompetenzaneignung nützlich ist. Just in Time Teaching (JiTT): JiTT aktiviert Studierende durch webbasierte Aufgaben (Leseaufträge und Übungsaufgaben), die diese zur Vorbereitung der nächsten Lehrveranstaltung bearbeiten. Studierenden wird ein Mehrwert geboten in der interaktiven Lehrveranstaltung zu erscheinen, wo Probleme und Fragen geklärt werden, die sie in ihrer eigeständigen Vorbereitung gefunden haben (Siehe auch Blended Learning). Inhaltstruktur (in der Reihenfolge der Lerneinheiten): Inhaltestruktur im systemischen Top-Down-Ansatz: Die Inhaltestruktur ist im Wesentlichen in Fallstudien (Exemplarisches Lernen an C- Programmen und Algorithmen) sowie einer folgenden Vertiefung zur umfassenden Darstellung von Sprachkonzepten der Programmiersprache C bzw. der vorgestellten Algorithmen dargestellt. Damit stellt sich der gewählte systemische Top-Down-Ansatz als ein Wechselspiel von Fallstudien und dazugehörigen Vertiefungen dar. Die Übungen des Praktikums erfolgen im Kontext der Fallstudien. 1. Einführung in die Informatik 2. Fallstudien Einfache Datentypen und (rekursive) Funktionen in Anwendung 3. Vertiefung - Datentypen 4. Vertiefung Funktionen incl. Funktionspointer 5. Vertiefung: Operatoren (Konzepte: Unär/binar/ternär; Wert und Seiteneffekt; Prioritäten) 6. Fallstudien Spezielle Algorithmen a. Zahlendarstellung b. Automaten c. Sortieren d. Suchen e. Zufallszahlen f. Monte-Carlo Algorithmen g. Simulationen 7. Vertiefung - Kontrollstrukturen Aufgabenbeschreibung 2012-II - 4 -

5 8. Vertiefung Pointer und Arrays 9. Vertiefung - Zahlendarstellung und Rechnen in Zahlensystemen 10. Vertiefung - Komplexität von Algorithmen 11. Fallstudien Benutzerdefinierte Datentypen 12. Vertiefung Benutzerdefinierte Datentypen Indirektionen / Strukturen / Bitfelder / Arrays 13. Fallstudien Klassische Datenstrukturen der Informatik a. Listen b. Queues c. Bäume 14. Vertiefung - Klassische Datenstrukturen der Informatik 15. Fallstudie Hardwarenahe Programmierung 16. Vertiefung - hardwarenahe Programmierung 17. Fallstudien Geometrische Algorithmen 18. Fallstudien Numerische Mathematik a. Matrix-Inversion b. Nullstellen-Iterationen c. Integrationsverfahren 19. Vertiefung - Numerische Stabilität 20. Fallstudie: Wahrscheinlichkeitsrechnung 21. Vertiefung - Verteilungsfunktionen 22. Fallstudien Objektorientierung in C a. Practical State Chart Modeling (Miro Samek) 23. Vertiefung - Objektorientierung 5. Mediendidaktische Anforderungen: (unter Angabe der Medien, die für die gewählten Lehr- und Lernmethoden wie z. B. Problemorientiertes Lernen erforderlich sind) Die Lernplattform moodle soll in diesem Lehr- und Lernangebot genutzt werden. Die eingesetzten Lernarrangements sind bereits in Kapitel 4 genannt. Im Anschluss folgen noch spezielle e-learning Lernmethoden die eingesetzt werden sollen. Nutzung spezieller e-learning Lernmethoden Wiki-Web: Die Studierenden erstellen Lernende Text, wobei jeder Besucher jede Seite verändern kann. Die Lernenden Texte behandeln Fragen in Übungsblättern des e-learning und gehen über die eigentliche Programmierung einer Übungsaufgabe deutlich hinaus. Die Übungsblätter sollen damit mehr als nur die reine Programmier kompetenz der Lernenden fördern. Frequently Asked Questions (FAQ): Die Lehrenden stellen den Lernenden Antworten auf häufig gestellte Fragen zur Verfügung. Während des Seminars werden von Lehrenden und Lernenden weitere Fragen gesammelt und damit die FAQ erweitert Diskussionsforen: Kontroverse Positionen hinsichtlich Programmierung/Algorithmen werden in Diskussionforen vertieft diskutiert. Eine weiterer Ausgangspunkt für Diskussionen ist beispielsweise der C Bug of the month (Quelle: Kollaboratives Software Engineering mit Kreativitätstechnik Cyberstorming: Aufgabenbeschreibung 2012-II - 5 -

6 Kollaborative Lernumgebungen stellen Lernumgebungen dar, in denen Lernen in einer Gruppe stattfindet. Wissen und/oder Informationen über die Programmierung in C bzw. Algorithmen können dabei auf die einzelnen Lernenden aufgeteilt sein, aber die Gruppe erledigt die Aufgabe gemeinsam. Als eine Kreativitätsmethode im virtuellen Raum soll Cyberstorming als Online-Brainstorming benutzt werden. Diese Form des kollaborativen Lernens soll genutzt werden um eine komplexe Problemstellung der Programmiersprache C/Algorithmen zu lösen. Der Austausch aller Kursteilnehmer im virtuellen Raum ist hier angestrebt. Quiz zur kontinuierlichen Wissenskontrolle: Am Beginn einer jeden e-learning Lerneinheit steht ein Quiz in dem grundlegendes Wissen zur Bearbeitung der Übungsaufgabe wiederholt und vertieft werden soll. Probeklausurfragen im Kreisgespräch als Online Chat: In einer festgelegten Reihenfolge der Wortmeldungen konzentrieren sich die Teilnehmer auf das Geschriebene. Insbesondere Studierende die sich nur spärlich einbringenden Studierenden werden hier aktiviert. Das Kreisgespräch soll für eine Aufgabenstellung aus der Programmiersprache C/Algorithmen als Ergebnis eine Musterlösung hervorbringen. Methode (Nutzung der e-learningplattform bzw. moodle): Ein Problem in der Programmiersprache C/Algorithmen ist definiert. Die Studierenden sind aufgefordert in Kleingruppen von 6 Personen 3 Lösungsvorschläge innerhalb von 24 Stunden je Studierenden zu finden. Innerhalb von 24 Stunden schickt der Studierende eine an den nächsten Studierenden. Nachdem jeder Studierende die Lösungen aller anderen weiterentwickelt hat wird die Lösung an den ursprünglich Studierenden gesendet und von diesem werden alle Lösungen an seine Kleingruppe verteilt. Instant Messaging: Hier erfolgt der der Informationsaustausch zwischen verschiedenen Lernenden nahezu zeitgleich. Instant Messaging ist eine synchrone Kommunikation. Diese kann zum Beispiel bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben durch die Lernenden genutzt werden. 6. Technische Anforderungen: (sofern Vorgaben notwendig: ausführliche Beschreibung der benötigten Anforderungen an die ContentManagementSysteme, die einzelnen Tools und die LearningManagementSysteme) Die Lernplattform moodle ist an der Hochschule Regensburg verfügbar. Das Rechenzentrum administriert die hochschulweite verfügbare Lernplattform moodle. Weitere Moodle-Standorte werden im Rahmen des Projekts evaluiert. 7. Anforderungen an die Betreuung: (Soll die Betreuung für alle beteiligten Hochschulen gemeinsam oder separat erfolgen? Wer soll die Betreuung übernehmen? Qualifikation der Tutoren) Musterlösungen zu den Übungsaufgaben werden wöchentlich ausgegeben. Eine Korrektur der studentischen Übungen im Wochenrythmus findet nicht statt. Am Ende des Semesters erfolgt eine Klausur. Tutoren sind Studierende höherer Semester, die als studentische Hilfskraft beschäftigt sind. Ebenso können Masterstudierende sowie Doktoranden die Aufgabe des Tutors übernehmen. Aufgabenbeschreibung 2012-II - 6 -

7 Die Betreuung der Studierenden ist separat geplant. 8. Besondere Anforderungen: Keine. 9. Zeitvorgabe: Vom Konsortium gewünschter Ersteinsatz (Bitte unbedingt Semester angeben.) WS 2013/2014 oder SS Erklärungen der beteiligten Trägerhochschulen: Konsortialführende Hochschule der Trägerhochschule Das von der konsortialführenden Hochschule benannte und beschriebene Lehrangebot wird nach Fertigstellung in das Curriculum des nebenstehenden Studiengangs bzw. die Curricula der nebenstehenden Studiengänge eingefügt als Pflichtfach als Wahlpflichtfach und zwar als vollständiger Ersatz als teilweiser Ersatz als Ergänzung (Zutreffendes bitte ankreuzen). Hochschule Regensburg Bachelor Elektro- und Informationstechnik Bachelor Mechatronik Bachelor Regenerative Energien und Energieeffizienz ( des Studiengangs/der Studiengänge) Die Hochschule verpflichtet sich, die Entwicklung des Lehrangebots zu begleiten und insbesondere an den Projekttreffen teilzunehmen. Diese Funktion übernimmt der unter Punkt 1 benannte Studiengangsverantwortliche. Regensburg, Ort, Datum Prof. Dr.-Ing. Thomas Fuhrmann und Unterschrift der/des Studiengangsverantwortlichen bzw. der Studiendekanin/des Studiendekans Hochschule 2 der Trägerhochschule Das von der konsortialführenden Hochschule benannte und beschriebene Lehrangebot wird nach Fertigstellung in das Curriculum des nebenstehenden Studiengangs bzw. die Curricula der nebenstehenden Studiengänge eingefügt als Pflichtfach als Wahlpflichtfach und zwar Hochschule Deggendorf Angewandte Informatik ( des Studiengangs/der Studiengänge) Aufgabenbeschreibung 2012-II - 7 -

8 als vollständiger Ersatz als teilweiser Ersatz als Ergänzung (Zutreffendes bitte ankreuzen). Die Hochschule verpflichtet sich, die Entwicklung des Lehrangebots zu begleiten und insbesondere an den Projekttreffen teilzunehmen. Diese Funktion übernimmt der unter Punkt 1 benannte Studiengangsverantwortliche. Deggendorf, Ort, Datum Prof. Dr.-Ing. Andreas Grzemba und Unterschrift der/des Studiengangsverantwortlichen bzw. der Studiendekanin/des Studiendekans Hochschule 3 der Trägerhochschule Das von der konsortialführenden Hochschule benannte und beschriebene Lehrangebot wird nach Fertigstellung in das Curriculum des nebenstehenden Studiengangs bzw. die Curricula der nebenstehenden Studiengänge eingefügt als Pflichtfach als Wahlpflichtfach und zwar als vollständiger Ersatz als teilweiser Ersatz als Ergänzung (Zutreffendes bitte ankreuzen). Hochschule Landshut Berufsbegleitender Bachelor Wirtschaftsingenieurwesen ( des Studiengangs/der Studiengänge) Die Hochschule verpflichtet sich, die Entwicklung des Lehrangebots zu begleiten und insbesondere an den Projekttreffen teilzunehmen. Diese Funktion übernimmt der unter Punkt 1 benannte Studiengangsverantwortliche. Landshut, Ort, Datum Prof. Dr. Carsten Röh und Unterschrift der/des Studiengangsverantwortlichen bzw. der Studiendekanin/des Studiendekans Aufgabenbeschreibung 2012-II - 8 -