KOMINA

Kompetenzentwicklung mit Eingebetteten Mikro- und Nanosystemen

Eingebettete Systeme bestimmen mehr und mehr den Gegenstandsbereich der Technischen Informatik. Entwicklungskompetenz für Eingebetteten Mikro- und Nanosystemen (EMNS) ist zunehmend als einer der zentralen Themenbereiche von grundständigen Studiengängen in Informatik zu betrachten. Die Hochschulausbildung in Technischer Informatik ist heute von dem klassischen, rein digital motivierten Top-Down-Entwicklungsansatz geprägt, die kaum noch Aspekte einer physikalisch-technischen und damit kontinuierlichen Real-Implementierung berücksichtigt. Wie erste Forschungsergebnisse gezeigt haben, ist dieser Ansatz bei EMNS nicht haltbar. Ziel des von der DFG geförderten KOMINA-Projektes ist es daher, einen Beitrag zur Hochschulausbildung in Technischer Informatik zu leisten, der die zwei kennzeichnenden neuen Aspekte von EMNS als Informatiksysteme thematisiert:

• die Selbstorganisation ausnutzende Bottom-Up-Entwicklungsmethodik für nanostrukturierte Systeme
• und die in allen Phasen der Systementwicklung unverzichtbare Berücksichtigung technisch-physikalischer Constraints.

Beide Aspekte sollen geeignet in ein Hochschulausbildungsprogramm für die Technische Informatik eingeführt werden, dessen Ziel es ist, Entwicklungskompetenz für EMNS zu etablieren.

Das Anwenden von Fachmethoden setzt den sachkundigen Umgang mit Fachwissen und das Verstehen von Verfahren zur Lösung von Problemen voraus. Als Forschungsfeld wurde daher das von Lehrstuhl angebotene Hardwarepraktikum gewählt. Das Ziel dieses Praktikums ist es, den Studierenden fachübergreifende Zusammenhänge zu verdeutlichen. Hierfür ist es nötig, dass die Studierenden ihr bisher gelerntes theoretisches Wissen miteinander verknüpfen, um es dann in praktischen Experimenten anzuwenden. Eine Aufgabe des Projekts wird es sein, die Inhalte des Hardwarepraktikums auf den Bereich EMNS zu übertragen, um Lehrkonzepte zu erweitern und zielgruppenspezifisch aufzubereiten und so zu einem „Entwurfs- und Anwendungspraktikum für EMNS“ zu gelangen. Die Vermittlung der typischen Arbeitsweise von EMNS-Entwicklern, die sich an formalen Vorgehensmodellen orientiert, erfolgt in Form kleiner praktischer Entwurfsaufgaben. Im Bereich von EMNS müssen solche Experimente neu konzipiert werden, um die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse für die Kompetenzentwicklung zu nutzen.

Auf Grundlage von fachwissenschaftlichen Curricula bzw. Empfehlungen und Lehrbüchern sowie Modulbeschreibungen universitärer Lehrveranstaltungen zu EMNS wurde im ersten Arbeitsschritt ein Normatives Kompetenzstrukturmodell (NKSM) für EMNS-Entwickler entwickelt. Die zugrunde liegenden Kompetenzbeschreibungen stammen hierfür aus den Modulbeschreibungen deutscher exzellenter Universitäten der Fächer Eingebetteten Systemen und Technische Informatik, aus dem GI-Curriculum zur Technische Informatik von 2011 und dem ACM/IEEE Computer Science Curriculum von 2008. Um das neu entwickelte NKSM empirisch zu verfeinern, wurden zwei Umfragen bei Experten für EMNS durchgeführt. Die erste Umfrage richtete sich an Hochschullehrer, die das Gebiet in Forschung und Lehre an deutschen Universitäten vertreten. Eine zweite Befragung richtete sich an Hochschullehrer entsprechender Fachrichtungen an Fachhochschulen in Deutschland. Insgesamt lässt sich aus einem gesamten Rücklauf von 58 der 171 verschickten Bögen, was einer Quote von 33,9 % entspricht, erkennen, dass die bearbeitete Thematik auf großes Interesse bei den Experten getroffen ist. Außerdem konnte die empirische Verfeinerung das NKSM nach minimalen Änderungen bestätigen.

Bei der Umgestaltung des Hardwarepraktikums zu einem Entwurfs- und Anwendungspraktikum für EMNS wurden die Ergebnisse dieses EKSM berücksichtig. Erste neu entwickelte Versuchsreihen wurden bereits im Sommersemester 2012 exemplarisch eingesetzt und evaluiert. Für 2013 dient ein vollständiges neu aufgebautes Entwurfs- und Anwendungspraktikum als Untersuchungsobjekt.

Das Projekt wird zusammen mit der Siegener Lehrstuhl Didaktik der Informatik und E-Learning und dem Erlanger Department Computer Science 3 durchgeführt.