8. Workshop - Bildungsportal Thüringen

8. Workshop „Multimedia für Bildung und Wirtschaft“
Lehrsoftware im Fachgebiet Technische Mechanik
K. Zimmermann, M. Weiss, S. Stauche, TU Ilmenau
Abstract. In einem Fach wie Technische Mechanik, bei der die Wissensanwendung unmittelbar
mit der Umsetzung mathematischer Kenntnisse und rechnergestützter Methoden
verbunden ist, sind natürlich Versuche unternommen worden, auch die Wissensaneignung
rechnerunterstützt zu realisieren. In der überwiegenden Mehrzahl der Arbeiten wird dabei
Software vorgestellt, die im wesentlichen den formalen Rechenprozeß (z.B.: das Lösen
von Gleichungssystemen, das Integrieren von Differentialgleichungen etc.) erleichtern
soll. Der wesentliche Schwerpunkt bei der Erarbeitung der vorliegenden Software liegt in
der Vermittlung der notwendigen (und immer wieder schwierigen) Lehrinhalte im Zusammenhang
mit der Modellbildung.
Ausgangspunkt
Der Computer hat sich zum dominierenden Werkzeug für den Ingenieur entwickelt. Sein Einsatz erstreckt
sich im Entwicklungsprozess technischer Systeme wesentlich auf die Modellberechnung, in der
Phase der Modellfindung wird jedoch vor allem das Fachwissen des Ingenieurs verlangt. Er muss in
einem Abstraktionsprozess ein dem realen System adäquates Modell entsprechend der Aufgabenstellung
ableiten.
Die Multimedia-Software, die in den vergangenen Jahren im Fachgebiet Technischen Mechanik entwickelt
wurden, zeigen dem Nutzer den Weg vom technischen System über das mechanische Modell
zur mathematischen Lösung. Der geforderte Abstraktionsprozeß kann somit trainiert werden.
Ausgewählte Problemstellungen aus dem Fachgebiet Technische Mechanik, Mechatronik und Biomechatronik
werden durch die didaktisch aufbereitete Kombination von Text, Bild, Video, Animation
und Ton anschaulich erläutert. Ein aktives Auseinandersetzen mit dem Lehrstoff ist durch den Einbau
interaktiver Elemente (z. B. Verschieben von Kraftpfeilen, Eingabe von Kennwerten, Vorwärtsbewegen
eines Wurmes) gegeben. Zum universellen Einsatz für unterschiedlichste Lehrveranstaltungen und
Lernformen werden die einzelnen Teilgebiete der Ingenieurtechnik multimedial in Form modularer
Bausteine aufbereitet. Die einzelnen Bausteine werden in einem Gesamtprogramm vereint, sind aber
jederzeit erweiterbar zur Online- und Offline-Nutzung aufgebaut.
Ergebnisse
Im Fachbuchverlag Leipzig wird seit März 2000 ein Übungsbuch inklusive der Multimedia-Software
"Modellbildung in der Technischen Mechanik" vertrieben. Auf der CD-ROM ist ein umfassendes Lehrmaterial
aus Aufgaben, Formelsammlung, computergestützten Lösungen und mathematischen Grundlagen
enthalten.
In den letzten Jahren wurden im Fachgebiet Technische
Mechanik nach dem beschriebenen Konzept
weitere Lehrprogramme entwickelt: Modellbildung in
der Technischen Mechanik, Schwingungstechnik,
Mechatronik, Biomechatronik, Robotik.
Technische Mechanik
Die „Geführte Tour“ zeigt am Beispiel einer Brücke
wie aus dem gleichen technischen System für die
Lösung unterschiedlicher Aufgabenstellungen
unterschiedliche Modelle entwickelt werden müssen.
Für die Ermittlung der Lagerreaktionen (Statik) wird
die Brücke zum starren Körper, für die
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