Naturwissenschaft und Technik

Informationen zu angebotenen Kursen

Im folgenden sind das Modulhandbuch sowie erläuternde Beschreibungen der jeweiligen Kurse zu finden.


Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

  • Arbeitsblätter, die im Kurs ausgegeben werden
  • Zur Vertiefung: Redwood, Schöffer & Garret: "The 3D Printing Handbook: Technologies, design and applications", 2017, Coers & Roest - 3D Hubs

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_3DDruck


Inhalte:

Elementare Grundlagen der Raumgeometrie (Vektoren, Ebenen, Normalenvektor)
Modellierung dreidimensionaler Objekte mit einfachen CAD Programmen (Tinkercad, SketchUp)

Oberflächenrekonstruktion aus Punktwolken

  • Die Delauny-Triangulierung
  • Der Algorithmus von Hoppe

Erstellung eines 3D-druckbaren Geländemodells aus geologischen Höhendaten

Standardformate dreidimensionaler Datenmodelle

  • Surface Tessellation bzw. Standard Triangulation Language (STL)
  • Das offene Dateiformat OBJ

Datenschnittstellen zwischen CAD- und druckerspezifischer Software (z.B. Cura 3D-Printing)

Übersicht der aktuellen 3D-Druckverfahren

  • Fused Deposition Modeling (FDM)
  • Stereolithographie (SLA)
  • Multi Jet Modeling (MJM)
  • Selektives Lasersintern, Laser- und Elektronenstrahlschmelzen (SLS, SLM, SEBM)
  • 3-Dimensional Printing (3DP)

Projektarbeit

  • Erstellung eines 3D-Objekts angemessener Größe und Komplexität (3D-Modelling bzw. 3DScan mit der Windows-Kinect)
  • Konvertierung in ein druckbares Datenformat
  • Überprüfung und Nachbearbeitung des Modells mit 3D-Gittereditoren (Meshlab, Viewstl)
  • Ausdruck einzelner Modelle am 3D-Drucker
  • Konvertierung des 3D-Modells in ein Datenformat, das die Betrachtung des Objekts mit einer im Kurs bereitgestellten VR-Brille (Oculus Rift) ermöglicht.

Niveau:
Der Kurs ist für Einsteiger in die Thematik des 3D-Drucks geeignet. Vorausgesetzt werden
lediglich elementare Kenntnisse der Raumgeometrie.

In diesem Kurs wird der Workflow für die Erstellung eines 3D-Drucks analysiert und den Studierenden die 3D-Drucktechnologie in Theorie und Praxis nahegebracht. Dabei werden eigene 3D-Modelle mit verschiedenen Programmen und Tools entwickelt und im Anschluss in druckbare Dateiformate konvertiert. Der Ausdruck einzelner Modelle und die Visualisierung der selbsterstellten Objekte mit einer VR-Brille sind weitere Kursziele.

Kenntnisse: 

Studierende verfügen über aktuelles und fundiertes Grundlagenwissen über den Workflow beim 3D-Druck. Sie wissen um die wichtigsten 3D-Druckverfahren sowie gängige 3D-Druckformate.

 

Fertigkeiten:

Studierende können 3D-Modelle entwerfen und diese an einem 3D-Drucker ausdrucken. Sie verstehen die Syntax von 3D-Druckdateien und können somit 3D-Dateien auch ohne CADProgramme (z.B. mit einer Programmierhochsprache wie Java) generieren.

Kompetenzen:

Mit den im Kurs erworbenen Grundlagenkenntnissen fällt es den Studierenden leicht, sich in hochproduktive industrielle Systeme zur Additiven Fertigung von Prototypen und Endprodukten aus Kunststoffen und Metallen einzuarbeiten. Sie wissen um die Vorteile der werkzeuglosen Fertigung und können besser abschätzen, in welchen Situationen dieses Verfahren der herkömmlichen Produktion von z.B. Spezialwerkzeug oder Bauteilen vorzuziehen ist. 

Kommentar:

Der Kurs findet im Computersaal des Domspatzen-Gymnasiums, Reichsstraße 22, 93055
Regensburg statt.

Empfohlene Vorkenntnisse:
Programmiererfahrung (Java) hilfreich, aber nicht notwendig.

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

  • Amateurfunklehrgang: Betriebstechnik und Vorschriften : Autor: Eckart K. W. Moltrecht, 156 Seiten. Format 16,5 x 23 cm, kartoniert, Verlag: VTH, ISBN: 978-3-88180-803-3 ; Dieses Buch sollte mit dem zugehörigen amtlichen Prüfungsfragenkatalog ergänzt werden.
  • Amateurfunklehrgang: Technik (Einsteigerklasse E): Autor: Eckart K.W. Moltrecht, DJ4UF, 8. überarbeitete Auflage, 240 Seiten, Format 16,5 x 23 cm, 300 Abbildungen, Broschur, kartoniert, Verlag: VTH, ISBN: 978-3-88180-364-9
  • Amateurfunklehrgang: Technik (Klasse A): Autor: Eckart K.W. Moltrecht, DJ4UF, 5. überarbeitete Auflage, 304 Seiten, Format 16,5 x 23 cm, 397 Abbildungen, Broschur, kartoniert, Verlag: VTH, ISBN: 978-3-88180-389-2;
  • Betriebliche Kenntnisse und Kenntnisse der Vorschriften der Kl. A + E: Bundesnetzagentur
  • Prüfungsfragenkatalog für den Erwerb des Amateurfunkzeugnisses der Kl. E: Bundesnetzagentur
  • Prüfungsfragenkatalog für den Erwerb des Amateurfunkzeugnisses der Kl. A: Bundesnetzagentur
  • Jahrbuch für den Funkamateur 2018: Autor: Hans Schwarz, DK5JI,

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Funk


Inhalte:

Ziel der Lehrveranstaltung ist die Vorbereitung auf die Amateurfunkprüfung bei der Bundesnetzagentur. Folgende Inhalte werden in der Prüfung behandelt, in der Vorlesung werden einige Themen zusammen mit den Teilnehmern ausgewählt:

  • Technische Grundlagen
  • Mathematische Grundlagen und Einheiten, Spannung, Strom, Wechselspannung
  • Ohmsches Gesetz, Leistung, Arbeit, Widerstand und seine Grundschaltungen
  • Kondensator, Spule, Transformator, Schwingkreis, Filter
  • Elektromagnetisches Feld, Wellenausbreitung
  • Dezibel, Dämpfung, Kabel, Antennentechnik
  • Halbleiter, Diode, Transistor, Verstärker
  • Modulation, Demodulation, Sender- und Empfängertechnik
  • Betriebsarten
  • Messtechnik, EMV und Sicherheit
  • Praktische Übungen
  • Betriebstechnik
  • Internationales Buchstabieralphabet
  • Der Q-Schlüssel, Betriebliche Abkürzungen
  • Rufzeichen und Landeskenner
  • IARU-Bandpläne
  • Betriebsabwicklung auf Kurzwelle, Betriebsabwicklung auf VHF/UHF
  • Digitale Betriebsarten
  • RST-System, Logbuch, QSL-Karte
  • Praktische Übungen
  • Gesetze und Vorschriften
  • Radio Regulations der ITU
  • CEPT Empfehlung T/R 61
  • Das Amateurfunkgesetz
  • Amateurfunkverordnung (AFuV)
  • TKG, FTEG, Sicherheitsvorschriften
  • EMV-Gesetz und EMVU

Kompetenzen:

  • Technisches, beriebstechnisches und rechtliches Wissen, das zur Erlangung des Amateurfunkzeugnisses erforderlich ist.
  • Betriebstechnische Erfahrung zur Erleichterung des Einstiegs in die Ausübung des Amateurfunks
  • Verständnis für den völkerverbindenden Geist des Amateurfunks

Kommentar:

Zusätzlich werden die Einrichtungen des Labors Datenkommunikation für praktische Übungen und Veranschaulichungen genutzt 

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

  • Georg Schwedt,  Chemie im Alltag für Dummies, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; Auflage: 1. Auflage (20. Januar 2010)
  • Günter Wagner, Waschmittel: Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA; Auflage: 5 (5. April 2017)
  • Claude Krier (Herausgeber), M. P. Tombs (Autor), Biotechnologie in der Lebensmittelindustrie, Springer (4. Oktober 1993)

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Chemie


Inhalte:

  • Alkohol: Bier-, Wein- und Sektherstellung, Alkohol-Stoffwechsel, Alkohol-Wirkung: Nutzen und Schaden.
  • Tee und Kaffee: Herstellung, Aroma, Farbe, Coffein mit seinen Wirkungen.
  • Tabak, Rauchen, Rauschmittel: Entwicklung und Wirkungsweisen.
  • Alles Süße: Zucker, Honig, Zuckeraustauschstoffe.
  • Kopfschmerzmittel: Arten und Wirkungsweisen, Toxizität.
  • Milch und Käse: Inhaltsstoffe, Homogenisierung, Haltbarkeit, Käseherstellung.
  • Gifte: Von Giftgas bis zum Schwermetall. Vorkommen und Wirkungsweisen.
  • Waschmittel: Inhaltsstoffe, Wirkungsweisen, Umweltverträglichkeit.

Kenntnisse:

Studierende verfügen über aktuelles und fundiertes Wissen zum Einsatz und die Wirkungsweisen der vielfältigsten „Alltagschemikalien“, von Suchtgiften bis zu Waschmitteln und die Gründe für die Verwendung dieser Substanzen können benannt und erklärt werden

Fertigkeiten:

Studierende können wissenschaftliche Ressourcen und Techniken einsetzen, um ihren Studienerfolg zu unterstützen

Kompetenzen:

Beurteilung biochemischer Wirkungsweisen und Gesundheitseinflüsse beim Gebrauch von AlltagschemikalienBefähigung zum Verständnis der Vergiftungspotentiale von Alltagschemikalien

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: -

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_ETFA


Inhalte:

TA soll helfen die kurz-, mittel- und langfristigen Folgen der Einführung und Nutzung von Technik auf Natur, Menschen und Gesellschaft zu erkennen; darüber hinaus sollen Verfahren entwickelt werden, negative Folgen zu mildern oder zu vermeiden und positive Folgen zu befördern. Stakeholder sollen in die Entwicklung von Technik miteinbezogen werden, um so eine höhere Akzeptanz zu erzielen.

In dem Kurs werden daher Methoden der Abschätzung von Technikfolgen sowie deren Reichweite und Grenzen vorgestellt. Darüber hinaus werden Rahmenbedingungen, Institutionen und Ziele der TA vorgestellt. Anhand von Praxisbeispielen bspw. aus dem Bereich der Energiewende, des Einsatzes von Technik im Gesundheitswesen und der nachhaltigen Mobilität wird die Durchführung von Technikfolgenabschätzungsprojekten dargestellt.

Die Studierenden werden dann selbst einige dieser Methoden anwenden, um ein ausgewähltes Technikfeld zu untersuchen.

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: -

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Luftfahrt


Inhalte:

Folgende Kapitel werden behandelt:

Luftraum, Flugtriebwerke, Aerodynamik, Flugmechanik, Flugführung, Flugzeugentwurfstechnik, Historisches.

Im Vergleich zu Raumfahrttechnik relativ wenig Formeln, mehr allgemeine Technik, auch für Nichttechniker geeignet.

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: -

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Astro


Inhalte:

  • Beobachtungsgeräte: Fernrohre, Okulare, spezielle Aufbauten
  • Astronomische Messmethoden
  • Neue Erkenntnisse über Planeten: Mars, Jupiter, Saturn
  • Kometensonden und ihre Ergebnisse; Meteore
  • Sonne, Sonnenteleskope, Venustransit
  • Beobachtungstechniken und Fotografie von Sternhaufen, Nebeln und Galaxien und neue Erkenntnisse über den daraus resultierenden Aufbau des Universums

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: -

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Universum


Inhalte:

In dieser Vorlesung soll die Struktur und die dem Universum zugrunde liegenden Prinzipien und Gesetze besprochen werden. Dies beginnt mit historischen Vorstellungen, stellt die Frage nach dem Wesen des Lichts, spricht die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie an und versucht die Prinzipien der Quantenmechanik darzustellen. Weitere Schlagworte sind Schwarze Löcher, Inflation des Universums, Elementarteilchen bis hin zu Strings. Dies alles wird ohne Rechnungen möglichst anschaulich erfolgen, so dass sich die Vorlesung an alle interessierten Studenten richtet.

Kenntnisse:

Studierende verfügen über Wissen zu dem Universum zugrunde liegenden Prinzipien und Gesetzen und historischen Vorstellungen, dem Wesen des Lichts und der allgemeinen und speziellen Quantenmechanik. Außerdem begreifen sie Schwarze Löcher, die Inflation des Universums, Elementarteilchen bis hin zu Strings.

Fertigkeiten:

Studierende haben die Fähigkeit Grundlagen zur Natur des Universums zu erklären.

Kompetenzen:

Studierende können kritisch mit dem Wissen und den Erklärungsmodellen umgehen und Bekanntes hinterfragen und sinnvoll einordnen. Insgesamt erhalten Studierende einen offenen Blick auf die Welt.

Kommentar:

Vorkenntnisse sind nicht notwendig. 

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

Skript: Die Folien der Vorlesung werden über GRIPS verfügbar sein

Literatur: 

  • Jaeger, L. (2018). Die zweite Quantenrevolution: Vom Spuk im Mikrokosmos zu neuen Supertechnologien. Springer-Verlag.
  • Homeister, M. (2018). Quantum Computing verstehen: Grundlagen - Anwendungen - Perspektiven. Springer-Verlag.

Bei vertieftem Interesse an der Quantenmechanik:

  • Susskind, L. & Friedman, A. (2015). Quantum Mechanics: The Theoretical Minimum, Penguin-Verlag.

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_QT
 

Inhalte:

Grundlagen der Quantenphysik:

  • Die Geschichte der Quantenmechanik
  • Die Kopenhagener Deutung
  • Fundamentale Experimente der Quantenphysik
  • (Photoeffekt, Doppelspalt & Welle-Teilchen-Dualismus, Tunneleffekt)
  • Schrödingers Katze - Die Superposition sich ausschließender Zustände
  • Einsteins "spukhaften Fernwirkung" - Das 1x1 der Quantenverschränkung

Moderne Anwendungen der Quantenphysik:

  • Laser, Elektronenmikroskop, Rastertunnelmikroskop
  • Quantenteleportation
  • Quantenkryptographie
  • Funktionsweisen universeller und adiabatischer Quantencomputer

In dem zweitägigen Workshop am Ende des Kurses wird die Funktionsweise eines Quantencomputers der Firma D-Wave näher betrachtet. Die Studierenden werden hierbei ein klassisches Optimierungsproblem mathematisch so umformulieren, dass es auf einem Quantencomputer gelöst werden kann.

Kenntnisse:

Studierende verfügen über aktuelles und fundiertes Wissen über die Grundlagen des Quantum Engineerings als ingenieurmäßige Beherrschung von Technologien, die auf Effekten der Quantenmechanik beruhen.

Fertigkeiten:

Studierende können…

  • in der Quantenwelt vorherrschende physikalische Prinzipien (Superposition, Verschränkung, Unschärferelation) nachvollziehen.
  • Anwendungsgebiete von Quantentechnologien der zweiten Generation benennen und einordnen.
  • Optimierungsprobleme mathematisch so aufbereiten, dass sie auf einem (adiabatischen) Quantencomputer gelöst werden können.

Kompetenzen:

Studierende können…

  • Perspektiven und Grenzen von heute bereits eingesetzten Quantentechnologien einschätzen.
  • Funktionsweisen adiabatischer und universeller Quantencomputer überblicken und damit die aktuelle Entwicklung auf diesem Gebiet nachvollziehen.

Kommentar:

Alle erforderlichen mathematischen Grundlagen (Lineare Algebra, komplexe Zahlen, Rechnen mit Matrizen) werden dort wo benötigt im Kurs wiederholt.

Dennoch empfiehlt es sich, diesen Kurs erst in einem höheren Semester zu belegen mit einer entsprechenden Vorbildung und Freude an der Beschäftigung mit mathematischen Themen. 


Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

  • Schneider Bautabellen
  • andere Literatur nach Bedarf in der Vorlesung

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Raumak


Inhalte:

  • Beschreibung der 10 Regeln der Raumakustik
  • Grundprinzip der raumakustischen Gestaltung
  • Reflektoren
  • Absorber
  • Viele praktische Beispiele
  • Wie hält man ein gutes Referat

Kenntnisse:

  • Struktur der raumakustischen Regeln
  • Arten von Reflektoren und Absorbern
  • Anordnung von Reflektoren und Absorbern

Fertigkeiten:

  • akustische Planung von einfachen Räumen
  • Wissen um die Probleme komplizierter Räume
  • akustisches Ausmessen eines Raumes

Kompetenzen:

  • Wissen um die Probleme bei Raumakustik
  • richtige Nutzung eines Raumes
  • Wissen wann ein Gutachter erforderlich istrichtige Nutzung der Schneider Bautabellen

Kommentar:

Die praktischen Beispiele werden von den Studenten als Referat vorgestellt

Am Ende der Lehrveranstaltung gibt es für die anderen Studenten eine Prüfung 

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: -

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_RAC


Inhalte:

Menschen denken schon seit der Antike darüber nach, ob und wie es möglich sei, künstliche Lebewesen zu schaffen, die Ähnlichkeiten zu uns Menschen haben. Diese Gedanken haben sich in Mythen und Sagen niedergeschlagen, ab der Renaissance aber auch im Nachdenken über die Natur des Menschen, in Romanen wie Mary Shelleys "Frankenstein" und zunehmend auch in wissenschaftlichen Texten über die Möglichkeit, künstliches Leben zu erstellen. An dieser Geschichte lässt sich sehr gut erkennen, welches Menschenbild zru jeweiligen Epoche gültig war. Insbesondere im 20. Jahrhundert wird diese Diskussion angesichts der gewachsenen technischen Möglichkeiten sehr intensiv geführt.

Im Kurs soll die Geschichte der Roboter, Androiden & Cyborgs nachvollzogen und die Bedeutung für den Umgang von Menschen mit Menschen verdeutlicht werden. Dafür müssen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer einschlägie Texte lesen, einen Vortrag halten und in Gruppenarbeit ein Poster erstellen.

Umfang: 2 SWS

Lehrwerk/e: 

  • Schrammel, S.: Verfahrenstechnik Brauprozess; Regensburg; aktuelles Skript.
  • Pfaffenstein, D.: Planung, Aufbau und Inbetriebnahme einer Brauereianlage; Regensburg 2003; Diplomarbeit.
  • Krause, U.: Bierbrauen; Südwest Verlag 1995.
  • Kunze; W.: Technologie Brauer und Mälzer, 2007.
  • Lohberg, R.: Das große Lexikon vom Bier; VMA Verlag Wiesbaden.
  • Wiesinger, M.: Die Chemie des Bierbrauens; Straubing 2010; Facharbeit.

WebUntis Bezeichnung: AW_NAT_Brau


Inhalte:

  • Arbeitssicherheit und Biostoffverordnung
  • Geschichte der Bierherstellung
  • Wirtschaftliche Bedeutung des Bieres
  • Roh- und Ausgangsstoffe des Bieres
  • Beschreibung der Anlagentechnik
  • Beschreibung und Durchführung der verfahrenstechnischen Prozesse
    • Verfahren zur Reinigung der Anlage
    • Schroten des Malzes
    • Maischeprozess
    • Abläutern
    • Kochprozess und Hopfenzugabe
    • Gärprozess und Reifung
  • Qualitätskontrollen der einzelnen Teilprodukte
  • Beurteilungsmerkmale des Endprodukte

Kenntnisse:

  • Grundkenntnisse im Bereich Arbeitssicherheit und Biostoffverordnung
  • Kenntnisse welche Rohstoffe und Prozesse bei der Bierherstellung benötigt werden
  • Kenntnisse der erforderlichen Analytik zur Qualitätskontrolle

Fertigkeiten:

  • Fähigkeit zur Anwendung der Methoden der thermischen und mechanischen Verfahrenstechnik
  • Praktische Anwendung solcher Methoden auf die Behandlung verschiedener Stoffe (z. B. Mischen, Trennen)

Kompetenzen:

Kompetenz zur Bierherstellung mit einfachen Mitteln