Kerncurriculum Elektrotechnik
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Kerncurriculum Elektrotechnik Das Kerncurriculum wird von den Mitgliedern der Fachkommission Elektrotechnik als Transfereinheit zwischen den Diplomstudiengängen Elektrotechnik der vier beteiligten Hochschulen (Uni Hannover, FH Ingolstadt, FH Aachen, TU Ilmenau) entwickelt. Es besteht aus 12 Referenzmodulen, mit deren Hilfe die Anerkennung von Studienleistungen erleichtert wird. Ausgangspunkt für diesen neutralen Modulkatalog ist die Frage, welche Fächer ein/e Absolvent/in im Studium mindestens belegt haben sollte. Diesem Ansatz folgend werden die wichtigsten Module und Inhalte aufgeführt. Es wird nicht der Anspruch erhoben ein vollständiges Curriculum abzubilden. Je nach Hochschultyp und -ausrichtung gibt es Unterschiede im Curriculum, die im Einzelfall zu prüfen sind. Die ersten beiden Module dienen als exemplarische Referenzmodule. Zurzeit werden hierfür die entsprechenden Inhalte an den einzelnen Hochschulen beschrieben. Modultitel Grundlagen der Elektrotechnik Inhaltsbeschreibung • • • • • • • • • Elektrostatik Magnetisches Feld Stationäres, elektrisches Strömungsfeld Gleichstromkreis (passive Bauelemente, Quellen, Netzwerkanalyse) Wechselstromkreis (komplexe Rechnung, Drehstrom) Drehstrom Schaltvorgänge Leistungsbegriff Messung elektrischer Grundgrößen Elektronik • • • • • • • • Halbleiterelektronik Aktive Bauelemente Passive Bauelemente Schaltungstechnik Integrierte Schaltungen Schaltungen mit Kleinsignalmodellen Operationsverstärker Leistungselektronik Informatik • • • • • Informationsspezifische Grundbegriffe Codierung von Information Rechnerarchitektur und -netze Programmierkonzepte und –techniken Softwaresysteme (Betriebssysteme) FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -1- 24.11.2003 Konstruktion / Mechanik • • • • • • Messtechnik • • • • • • Physik • • • • • • Grundlagen der Maschinenkonstruktion (Maschinenbau und Elektrotechnik, Grundbegriffe der Konstruktionstechnik, Werkstoffkunde, Festigkeitslehre) Konstruktionselemente Kinematik Kinetik Technisches Zeichnen Rechenübungen zu Konstruktionselementen Messprinzipien Messverfahren Messfehler Messgeräte Statische und dynamische Eigenschaften von Messsystemen Messverfahren für Signale und Systeme • Physikalische Größen Festkörperphysik Atom- und Kernphysik Optik Akustik Mechanik Thermodynamik Regelungstechnik • • • • • • Zeitkontinuierliche und digitale Regelungstechnik Regelkreise Zustandsraum Fuzzy Regelung Störgrößenbetrachtung Reglerentwurf Digitaltechnik • • • • Schaltalgebra Schaltnetze, Schaltwerke Mikroprozessor / -systeme Hardwarenahe Programmierung FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -2- 24.11.2003 Signale und Systeme • • Beschreibung von deterministischen kontinuierlichen und diskreten Signalen im Zeit- und Frequenzbereich Transformationen Lineare und nichtlineare Systeme Analoge und digitale Filter Frequenz- und Zeitbereich Digitale Signalverarbeitung Theoretische Elektrotechnik • • • • • • Maxwellsche Gleichung Elektrostatik Stationäre Strömungsfelder Quasi stationäre Strömungsfelder (elektromagnetische) Wellenfelder Leitungstheorie Werkstoffe / Chemie • • • • Aufbau und Eigenschaften der Materie Metalle Halbleiter Dielektrische Werkstoffe, Isolatoren Magnetische Werkstoffe Zahlen und Funktionen Lineare Algebra Polynome und rationale Funktionen Folgen und Reihen Differential- und Integralrechnung Potenzreihen Interpolation Laplacetransformation Fourieranalyse und Fouriertransformation Numerische Methoden Statistik • • • • • Mathematik • • • • • • • • • • • Weitere denkbare Module: • Energieerzeugung und -verteilung • Energieanwendungen (u. a. Antriebstechnik und –systeme) • Kommunikationstechnik • Automatisierungstechnik FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -3- 24.11.2003 Lernzielbestimmung für die Referenzmodule des Kerncurriculums Elektrotechnik Mit Hilfe der „Erläuterungen zur Beschreibung und Abstrahierung von intendierten Lernzielen“ (s. http://www.tu-ilmenau.de/lps/) sind an den einzelnen Hochschulen für die Referenzmodule folgende Lernziele formuliert worden. Sie sind noch nicht beschlossen und stellen den derzeitigen Diskussionsstand dar. Modul / Inhaltsbeschreibung Grundlagen der Elektrotechnik • • • • • • • • Elektrostatik Magnetisches Feld Stationäres, elektrisches Strömungsfeld Gleich- und Wechselstromkreis (passive Bauelemente, Quellen, Netzwerkanalyse, komplexe Rechnung) Drehstrom Schaltvorgänge Leistungsbegriff Messung elektrischer Grundgrößen Lernziele Uni Hannover FH Jülich/Aachen Die Studierenden sollen die Grundgesetze der Elektrostatik, des elektromagnetischen Feldes und des stationären elektrischen Strömungsfeldes verstehen und auf einfache Anordnungen anwenden können. FH Ingolstadt Kennen / Verstehen Die/der Studierende soll in der Lage sein, die Zusammenhänge zwischen elektrischen Größen korrekt zu beschreiben. Anwenden Die/der Studierende soll in der Lage sein, elektrische Gleichstromschaltungen zu analysieren und zu berechnen. Die/der Studierende soll in der Lage sein, für einfache Geometrien elektrische und magnetische Felder zu analysieren und zu berechnen. Die Studierenden sollen Gleich- und Die/der Studierende soll in der Lage sein, das Induktionsgesetz auf einfaWechselstromnetzwerke, Drehstromnetze, transiente che Anordnungen anwenden zu können. FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -4- Die Studierenden sollen die systematische Beschreibbarkeit elektrotechnischer Probleme durch die Grundgesetze der Elektrotechnik erkennen und diese Grundgesetze auf einfache Probleme der Netzwerktheorie und Feldtheorie anwenden können. TU Ilmenau Elektrostatisches Feld 90% B3, 10% V4 Magnetfeld 90% B3, 10% V4 Stationäres Strömungsfeld 90% B3, 10% V4 Gleichstromkreis (Bauelemente, Quellen, Netzwerkanalyse, Leistung) 70% B3, 30% V5 Wechselstromkreis 24.11.2003 Vorgänge sowie Netzwerke mit nichtharmonischen Quellen und nichtlinearen Wiederständen berechnen können. Des Weiteren sollen sie den Zusammenhang zwischen Feld – und Netzwerkphänomenen erkennen. Die Studierenden sollen ihr Wissen um die theoretische und abstrakte Arbeitsweise in die Praxis umsetzen können. Darüber hinaus sollen sie den grundlegenden Umgang mit einfachen elektromagnetischen Geräten zur Messung elektrischer Grundgrößen beherrschen. Bewerten Die/der Studierende soll in der Lage sein, die vorgestellten Lösungsmethoden zu bewerten und auf Probleme der Berechnung von Gleichstromnetzwerken anzuwenden. (Bauelemente, Quellen, Netzwerkanalyse, Leistung, komplexe Rechnung, Ortskurven, Drehstrom, Schaltvorgänge) 70% B3, 30% V5 Kennen / Verstehen Die/der Studierende soll die Maxwell’schen Gleichungen kennen und verstehen. Messung elektrischer (Grund-?)Größen 90% B3, 10% V4 Die Darstellung sinusförmiger Wechselgrößen soll den Studierenden sowohl im Zeitlinienbild als auch im Zeigerdiagramm vertraut sein. Die/der Studierende sollen fundierte Kenntnisse der komplexen Wechselstromrechnung erlangt haben. Die/der Studierende soll mit dem Begriff der Ortskurve vertraut sein. Anwenden Die/der Studierende soll in der Lage sein, Induktivitäten, Energieverteilung und Kräfte in einfachen stromdurchflossenen Anordnungen zu berechnen. Die/der Studierende soll in der Lage sein, elektrische Strömungen in Vakuum und Gasen unter dem Einfluss elektrischer und magnetischer Felder zu berechnen. Die/der Studierende soll in der Lage sein, an einfachen Wechselstromschaltungen für beliebige periodische Spannungen die zugehörigen Ströme ermitteln können, und umgekehrt. Die/der Studierende soll in der Lage sein, Probleme in ein- und mehrphasigen Wechselstromnetzwerken mit Hilfe der komplexen Strom-, Spannungs-, Widerstands-, Leitwert- und Leistungszeiger bearbeiten können. Die/der Studierende soll in der Lage sein, die Kenngrößen periodischer Größen bestimmen und die Zeitfunktionen nach Fourier analysieren können. (F - Faktenwissen, B - Begriffliches Wissen V - Verfahrensorientiertes Wissen M - Metakognitives Wissen 1 – Erinnern 2 – Verstehen 3 – Anwenden 4 – Analysieren 5 – Bewerten 6 - (Er)Schaffen vergl. Anderson L., Krathwohl, D. et. al. (2001): A taxonomy for learning, teaching, and assessing: a revision of Bloom´s taxonomy of educational objectives. Longman. New York.) Die/der Studierende soll in der Lage sein, zu jeder linearen Wechselstromschaltung die Widerstands- und Leitwert-Ortskurven mit der FreFK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -5- 24.11.2003 quenz als Parameter zu entwickeln. FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -6- 24.11.2003 Modul / Inhaltsbeschreibung Elektronik • • • • • • • • Halbleiterelektronik Aktive Bauelemente Passive Bauelemente Schaltungstechnik Integrierte Schaltungen Schaltungen mit Kleinsignalmodellen Operationsverstärker Leistungselektronik Lernziele Uni Hannover FH Jülich/Aachen Die Studierenden sollen den Aufbau und die Funktionsweise passiver und aktiver Bauelemente kennen und verstehen. Sie sollen die wichtigsten aus passiven und aktiven Bauelementen bestehenden Schaltungen kennen, verstehen und mit geeigneten Modellen beschreiben können. FH Ingolstadt Die Studierenden sollen die Kennen/Verstehen Die/der Studierende soll die Eigenschaften realer Bauelemen- Funktionsweise von te (passive Bauelemente, Dioden, bipolare Transistoren, FET, Halbleiterbauelementen auf Basis der Transportvorgänge in Halbleitern Operationsverstärker) kennen und verstehen. verstehen können. Die/der Studierende soll den Ablauf beim Entwickeln einer Schaltung/Platine mit Hilfe von CAE-Software kennen und verstehen. Den Studierenden sind technisch relevante aktive und passive diskrete Bauelemente der Niederfrequenz- und Die/der Studierende soll eine Reihe von Grundschaltungen Leistungselektronik und deren (Transistor, Operationsverstärker, Netzteil, Verstärker, Filter) wichtigste Eigenschaften bekannt. kennen und verstehen. Die Studierenden sollen die wichtigsten Halbleitertechnologien zur Herstellung von integrierten Analysieren Schaltungen kennen. Die/der Studierende soll in der Lage sein, eine gegebene Die Studierenden können integrierte Schaltung zu analysieren und ihr Verhalten zu erkennen Schaltungen anhand verschiedener Kriterien einordnen. Die/der Studierende soll in der Lage sein, eine Problemstellung aus dem Bereich der Elektronik zu analysieren. Die Studierenden sollen durch Anwenden der Grundgesetze der Netzwerktheorie Grundschaltungen der Transistoren, FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -7- TU Ilmenau Passive Bauelemente 80% B3, 20% V5 Halbleiterelektronik 80% B3, 20% V5 Aktive Bauelemente 80% B3, 20% V5 Schaltungen (Kleinsignalmodelle, Schaltungstechnik) 60% B3, 40% V5 Integrierte Schaltungen 80% B3, 20% V5 Operationsverstärker 70% B3, 30% V5 Leistungselektronik 80% B3, 20% V5 (F - Faktenwissen, B - Begriffliches Wissen V - Verfahrensorientiertes Wissen M - Metakognitives Wissen 24.11.2003 Anwenden Die/der Studierende soll in der Lage sein, eingeübte CAEEntwurfstechniken auf andere Problemstellungen zu übertragen. Bewerten Die/der Studierende soll in der Lage sein, verschiedene mögliche Problemlösungen zu vergleichen und unter vorgegebenen Randbedingungen (Schaltungsaufwand, Leistungsbedarf, Platzbedarf, Kosten, etc.) zu bewerten. Operationsverstärker und der Leistungselektronik verstehen. Die Studierenden sind in der Lage sein, einfache TransistorSchaltungen mit Hilfe eines Kleinsignalansatzes zu analysieren. 1 – Erinnern 2 – Verstehen 3 – Anwenden 4 – Analysieren 5 – Bewerten 6 - (Er)Schaffen Komplexere Schaltungen können die vergl. Anderson L., Studierenden durch Zerlegen in Krathwohl, D. et. al. Blöcke einfacherer (2001): A taxonomy for Grundschaltungen analysieren. learning, teaching, and assessing: a revision of Bloom´s taxonomy of eduSchaffen cational objectives. LongDie/der Studierende soll in der Lage sein, einen vorgegebeman. New York.) nen Entwicklungsauftrag selbständig und methodisch durchzuführen. FK Elektrotechnik im BLK-Projekt Leistungspunktesystem Universität Hannover (AP 2) -8- 24.11.2003
