SystemModeler und Mathematica: Modelle für den Ingenieursunterricht
Dr. Yehuda Ben-Shimol, Ben-Gurion University of the Negev
„Ich beschloss, alles mit Mathematica und Wolfram SystemModeler zu machen: Folien, Hausaufgaben – einschließlich theoretischer Aufgaben, Simulationen und Untersuchungen von Systemen.“
Als Dr. Yehuda Ben-Shimol gebeten wurde, die Vorlesung „Einführung in die Kommunikationstheorie“ an der Ben-Gurion-Universität zu unterrichten, war ihm klar, dass er dafür ein gut integriertes Tool benötigen würde, das interaktive Modelle in seinen Vorlesungsunterlagen vorführen kann, es seinen Studierenden aber auch ermöglicht, ihre eigenen Modelle zu untersuchen und dadurch eine virtuelle Laborerfahrung zu machen.
Er entschied sich für den Einsatz von Mathematica und Wolfram SystemModeler, um Themen wie die Darstellung von Basisbandsignalen im Zeit- und Frequenzbereich (Fourier-basierte Analyse), analoge Modulationsschemata ohne Rauschen und analoge Modulationsschemata in Verbindung von weißem Rauschen zu unterrichten.
SystemModeler erwies sich dabei als so intuitiv, dass Dr. Ben-Shimols Studierende nur eine kurze einführende Laborübung benötigten, um sich mit dem Modellierungs- und Simulationswerkzeug vertraut zu machen.
„Ich habe eine zweistündige Sondervorlesung gehalten, um den Studierenden eine Einführung in den SystemModeler zu geben und die Möglichkeiten der Software mit einer sehr kurzen, praktischen Übung in unserem Computerlabor vorzustellen“, erklärt Dr. Ben-Shimol. „Die Studierenden benutzten Wolfram SystemModeler in web-gestützten Lehrübungen. Sie mussten alle im Kurs behandelten analogen System-Modulatoren und -Demodulatoren konstruieren.“
Bislang wurde Dr. Ben-Shimols Ingenieurskurs im dritten Jahr als reiner Theoriekurs unterrichtet, der sich stark auf Whiteboard-Präsentationen stützte. Dr. Ben-Shimol stellte jedoch fest, dass die Verwendung von Mathematica und Wolfram SystemModeler für seine Studierenden interessanter und spannender war. So mussten die Studierenden nicht mehr die grundlegenden Systemgleichungen auf Komponentenebene durcharbeiten, um Verbesserungen an Schaltungen zu untersuchen.
Infolgedessen wurde die Vorlesung durch den Einsatz der Wolfram-Technologien erheblich verbessert. Jede theoretische Einheit wurde von einem computergestützten Modell begleitet, um die Theorie besser erklären zu können. Die Studierenden konnten mit dem SystemModeler hierarchische Modellierung anwenden und so einen Workflow kennenlernen, der bereits dem ähnelt, den sie nach ihrem Abschluss in ihrem Berufsleben durchführen werden.
Dr. Ben-Shimol hat sich für eine breitere Verwendung von Wolfram-Technologien in der Bildung eingesetzt und sie als „virtuelle Laborumgebung“ bezeichnet, die Experimente in Bereichen wie Elektrotechnik, Maschinenbau und in Programmen, die Technik und Biologie kombinieren, ermöglicht.
Originaltext: Wolfram Research, Wolfram Customer Stories: SystemModeler and Mathematica: Models of Engineering Instruction