Physiklehre im Ingenieurstudium Fokus auf Methoden statt Inhalten - INM - TUHH

Physiklehre im Ingenieurstudium
                   Fokus auf Methoden statt Inhalten

                                      JÜRGEN SUM

               Institut für Naturwissenschaften und Mathematik, INM
                                   HTWG Konstanz

               INM     responsible for all physics courses at HTWG

Jürgen Sum |                TUHH, Juli 2019                           HTWG Konstanz

INM (Institut für Naturwissenschaften und Mathematik):
        Lehrinstitut
        derzeit: 15 Professorinnen und Professoren
                   3 Mitarbeiter

Jürgen Sum:
        seit 2002 an der HTWG Konstanz
        davor Industrie

Bernd Jödicke:

Christian Hettich:

HTWG – eine Hochschule am Seerhein

HTWG – eine Hochschule am Seerhein

Situation an der HTWG - 1

HTWG – Hochschule Konstanz Technik, Wirtschaft und Gestaltung

Ist eine HAW (Hochschule für Angewandte Wissenschaften),
vormals „Fachhochschule“

Etwa:   5000 Studierende
        170 Professorinnen und Professoren
        200 unterstützende Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Ingenieursausbildung – keine Physiker

Die HTWG legt Wert auf praxisnahe Ausbildung
aber mit fundierter theoretischer Basis.

Situation an der HTWG - 2

Lehre der Physik musste / muss verteidigt werden:
        Umbau der curricula im Zuge des Bologna-Prozesses
        (Reduzierung der SWS bei Umstellung
         von Diplom auf Bachelor)

Hinsichtlich der Physik extrem heterogene Gruppen:
         Von Abiturienten mit Schwerpunkt Physik
                  bis hin zu
         Studierenden mit Null Stunden Physik

Verschärfung dieser Situation durch Hochschulzugang für
Techniker und Meister

Lösungsansatz an der HTWG - 1

Gründung des Lehrinstituts INM

Dieses ist fakultätsübergreifend und versteht sich als
Lehr-Dienstleister für die gesamte Hochschule

Physik-Vorlesungen ebenso wie Physik-Labore
konzentrieren sich auf
physikalische Grundlagen und physikalische Methoden

Lehre durch Physiker (!)

Fachvorlesungen bleiben „in den Fakultäten“ und werden meist
von Ingenieurskollegen gehalten.

Lösungsansatz an der HTWG - 2

Zentrale Fragestellung:

•       Was benötigt ein Ingenieur aus der Physik?
•       Welche Inhalte sollen in Physik gelehrt werden,
        die in anderen Vorlesungen benötigt werden,
        aber dort nicht explizit vorkommen?

Unsere Grundthesen:

•       Wir können nicht „die Physik“ lehren
•       Ingenieure können die industriellen Anwendungen
        meist besser lehren als Physiker

        Aber …

Lösungsansatz an der HTWG - 3

… aber …
       Die Stärke der Physik besteht darin,
       dass sie Methoden entwickelt hat,
       die hilfreich in allen Ingenieursdisziplinen eingesetzt werden.
       Deshalb sind in allen Ingenieursdisziplinen
       Physiker erfolgreich tätig.

Also Konzentration auf physikalische Methoden
und physikalisches Denken

Was lehren wir? Was nicht? – 1

Inhaltsverzeichnis eines klassischen Physikbuches:

•       Mechanik starrer Körper
•       Mechanik deformierbarer Körper
•       Mechanische Schwingungen und Wellen
•       Wärmelehre
•       Elektrizitätslehre und Magnetismus
•       Optik
•       Atom- und Kernphysik

Physik typisch im 1. oder 2. Studiensemester
mit 4 oder 6 SWS

Was lehren wir? Was nicht? – 2

Physik an der HTWG:

• Rechnen ohne Taschenrechner
• Umgang mit physikalischen Größen, Dimensionen und Einheiten
• Erkennen und Nutzen von Proportionalitäten
• Modellbildung, Abschätzen (Fermi-Aufgaben)
• Plausibiltätsbetrachtungen
• Erhaltungssätze und ihre Konsequenzen
• Wesensgleichheiten und Analogien
• Messunsicherheitsanalyse und ihre Anwendung
• Experimentieren und Dokumentieren
• …
Die physikalischen Methoden werden
mit Hilfe physikalischer Inhalte und Gesetze transportiert

Erhaltungssätze

Erhaltungssätze

Physik-Labor: LaborTeamCoaching „LabTC“
 Statt:                              Jetzt:

   Physikalische Inhalte                  Physikalische Methoden

 Wasserstoff-Spektrum               Experiment:     Aufbau
                                                    Durchführung
              e/m   Ideales Gas
                                                    Dokumentation
                  Magnetfeld                        Verbesserung
Spezif. Widerstand
                                    Evaluation:     Grafiken
   Wärmetransport                                   Empirische Funktionen
                    Elektrostatik
                                                    Unsicherheitsanalyse
Rotationsenergie                                    Vergleich
                        Diode                       Experiment-Theorie
     Elektron-Photon                Präsentation:   Brief an Chef
     Streuung                                       Poster
                 Supraleitung                       Laborbericht
 Feder-Masse-Oszillator