Aufgabenstellung Lehrbuchbeitrag File

PHSAV1 HS15
Version 13.09.2015
Aufgabenstellung: Lehrbuch-Beitrag zum Thema
„Einführung in die Systemdynamik anhand eines
Modellierungsbeispieles“
Der obenstehende Titel umreisst die Aufgabe, die im ersten Projekt der Projektschiene Aviatik im
Fach „Physik & Systemwissenschaften“ zu leisten ist. In einem Lehrbuch-Beitrag wird anhand
eines selbst gewählten Beispieles aufgezeigt und erläutert, wie mit dem Programm Berkeley
Madonna ein systemdynamisches Modell erstellt werden kann und wie eine systemdynamische
Simulation funktioniert.
Systemdynamische Modellierung (Physikpraktikum)
Sie lernen am Beispiel der Hydrodynamik, wie man komplexe Systeme modelliert und simuliert. Sie
wissen, wie eine Menge (Volumen oder Masse) bilanziert wird, wie konstitutive Gesetze (Speicherund Widerstandsverhalten) formuliert werden und wie man die Energie berechnet. Diese
Fähigkeiten sollen Sie mit dieser Arbeit vertiefen, reflektieren und kommunizieren.
Sprachlich-kommunikative Ergänzung (Projektschiene)
Parallel zum Physikpraktikum verfassen Sie in der ersten Semesterhälfte im sprachlichkommunikativen Teil in 3er-Gruppen den Lehrbuchbeitrag/Anleitungstext. Dieser soll auf der Basis
eigener Recherche und eines ausgewählten Modellierungsbeispiels in das Thema der
Systemdynamik und des Modellierens einführen. Ziel des Auftrags ist, die Grundelemente der
Systemphysik (Was ist eine Volumenbilanz? Was ist eine Energiebilanz? Zusammenhang
zwischen Stromstärke und Volumen / konstitutive Gesetze) für das Zielpublikum fassbar zu
machen und aufzuzeigen, wie Systemdynamik funktioniert und wie mit Berkeley Madonna konkret
modelliert wird.
Lernziele
1. Die Studierenden verstehen die systemdynamische Modellbildung. Aufgrund der eigenen
Recherche können sie selbständig anhand eines Beispiels aufzeigen, wie mit einer
systemdynamischen Modellierung Zusammenhänge dargestellt und simuliert werden.
2. Durch das Verfassen des Textes wird der eigene Verständnisprozess gefestigt. Wenn man
erklären kann, wie etwas gemacht wird, hat man es auch verstanden. Besonderes Gewicht
bekommt dabei die Bild-/Textkommunikation.
Thema
Wählen Sie aus der folgenden Liste pro Gruppe ein Thema aus:
1. Kommunizierende Gewässer (z. B. Seeland oder Bodensee)
2. Pumpspeicherwerk (z. B. Vianden, Luxemburg)
3. Wasserversorgung mit mindestens zwei Reservoirs
4. Hochwasserschutz mit mindestens zwei Rückhaltebecken
5. Brunnen mit mindestens zwei Trögen (z. B. Judd-Brunnen in Winterthur)
6. Heronsbrunnen
7. Hydrauliksystem mit Blasenspeicher
8. Luftbetankung eines Flugzeuges
9. Betanken einer Cessna mit zwei Flügeltanks
10. eigenes Thema (nach Absprache mit den Dozierenden)
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Aufbau des Lehrbuch-Beitrages
Eigener Titel (Über-/Untertitel)
Einleitung (ca. ¼-Seite)
Zweck / Ziele des Lehrbuch-Beitrages (Was soll gezeigt werden?
Wie soll es gezeigt werden?)
Hauptteil (ca. 3 – 3 ½-Seiten inkl.
Screen-Shots und Illustrationen)
Anleitung: Wie wird ein Modell erstellt? (Analyse, Bestimmen der
Speicher, Ströme, Widerstände, Potenziale, Wahl der
Modellparameter, Bilanzieren / Volumenbilanz / Energiebilanz
(Einheiten nicht vergessen!).
Anleitung & Ergebnisse
.
In diesem Teil wird schrittweise und stets anhand des konkreten
Beispieles erläutert, wie mit Berkeley Madonna ein
systemdynamisches Modell erstellt wird. Geachtet werden sollte
dabei auf eine möglichst konkrete Gestaltung, d.h. es sollte auch
mit Screenshots z.B. von Befehlszeilen gearbeitet werden.
Ergebnisse: Um die Funktionsweise eines systemdynamischen
Modelles fassbar zu machen, sollte das Modell so weit lauffähig
sein, dass ein paar Simulationsergebnisse in Graphen dargestellt
und gezeigt werden können. Für diese Aufgabenstellung muss die
Simulation jedoch nur grössenordnungsmässig der Realität
entsprechen; die Parameter sollen somit realitätsnah abgeschätzt
werden, ohne dass eine umfassende Recherche z. B. bei
Elektrizitätswerken vorgenommen wird.
Fazit: Diskussion & Ausblick (ca. ¼Seite)
Kurze Einschätzung zur Genauigkeit und Aussagekraft des
dargestellten Modelles sowie zu möglichen Modellerweiterungen.
Umfang und Form
- 4 Seiten A4, inkl. Illustrationen, einspaltig formatiert
- Das Dokument soll als gefaltetes A3-Papier den Studierenden des ersten Semesters abgegeben
werden können.
Abgabetermin
Semesterwoche 7, genaue Daten und Form der Abgabe werden von den einzelnen Dozierenden
bestimmt.
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Bewertungskriterien
Der Lehrbuchbeitrag wird von den Physik- und Sprachdozierenden gemeinsam bewertet.
Die Note entspricht 10 % der Modulnote.
Bewertungsraster Physik
Modellbildung
- Erklärung des Kernmodells (Reservoir mit Flows)
- Erklärung der andern Elemente (Arc, Formla, Globals)
- Bezüge zur Mathematik (was macht der Computer mit dieser Struktur?)
Simulation
- Voreinstellungen (Zeit, Parameter, Integrationsverfahren)
- Ergebnissse (Auswahl und Darstellung)
- Interpretation (Interpretation der Ergebnisse, Plausibilität, Zusammenhänge, mögliche
Modellverfeinerung)
Sprachlich-kommunikative Bewertungskriterien
Inhalt und Aufbau:
- Ist die Gesamtstruktur nachvollziehbar und sinnvoll?
- Sind die Aussagen und Absätze gut gegliedert und verständlich verknüpft?
- Besteht ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Bild und Text?
- Sind die Bilder und Grafiken angemessen und der Textfunktion dienlich?
Stil:
- Sind Titel und Untertitel prägnant und eingängig formuliert?
- Werden Bezüge und Verweise deutlich markiert?
- Ist eine Leserlenkung erkennbar?
- Ist die Satzstruktur überzeugend?
- Werden Sachverhalte und Begriffe prägnant und verständlich erklärt?
Formales:
- Formulierungsprobleme und -unsicherheiten
- sprachformale Fehler (Grammatik, Rechtschreibung, Zeichensetzung)
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