Übungskonzept für technische Grundlagen der Informatik

Abstract

Fundierte Kenntnisse der technischen Grundlagen sind im Bereich der Informatik ein Charakteristikum einer qualitativ hochwertigen Ausbildung. Im Rahmen des universitären Studiums werden sie in der Regel in den ersten beiden Semestern, dem sogenannten Grundstudium, vermittelt.<br />Das Grundstudium kennzeichnet sich durch verhältnismäßig hohe Teilnehmendenzahlen bei den zugehörigen Lehrveranstaltungen.<br />Gleichzeitig bestehen Einschränkungen in Bezug auf Personal- und Raumkapazitäten sowie stark ausgeprägte Unterschiede hinsichtlich Vorwissen und Motivation der Teilnehmenden.<br />In dieser Arbeit wird ein Übungskonzept präsentiert, das ausgehend von den Grundlagen der Computernumerik und Booleschen Algebra zunächst Schaltnetze, Schaltwerke und schließlich einfache Mikroprozessoren praxisnah aufbereitet. In weiterer Folge werden mit Pipelining, unterschiedlichen Strategien der Speicherverwaltung und Scheduling weitergehende Aspekte vermittelt. Für die einzelnen Übungseinheiten werden unter Berücksichtigung nationaler Bildungsstandards für Hochschuldidaktik Übungsaufgaben konzipiert, die die einzelnen Themengebiete auf unterschiedlichen Kompetenzebenen praxisorientiert behandeln.<br />Zunächst wurden Teile des Übungskonzeptes mit FFG-PraktikantInnen getestet.<br />Die vollständige Umsetzung erfolgte dann im Rahmen der Lehrveranstaltung "Technische Grundlagen der Informatik (VU)", die im Wintersemester 2011/12 erstmals an der TU Wien durchgeführt wurde. Für den Übungsteil meldeten sich im gesamten Studienjahr 2011/12 über 1500 Studierende an.<br />Die Durchführung wurde einerseits von einer kontinuierlichen Evaluierung der einzelnen Übungseinheiten begleitet, andererseits fand am Semesterende die gesetzlich vorgeschriebene Lehrveranstaltungsbewertung statt, bei der überdurchschnittlich gute Ergebnisse erzielt wurden.

Profound knowledge of the technical fundamentals is a characteristic of a high-quality education in computer science. At university, the basics of computer engineering are commonly taught within the first year, which is referred to as the basic studies.<br />In general, courses belonging to the basic studies are attended by a relatively high number of participants whereat teaching staff and classroom capacities are limited. Additionally, previous knowledge and motivation differ strongly among the participants.<br />In this work, a practice-oriented teaching concept is presented: It intends to train basic computer numerics and Boolean algebra, as well as the design of combinational and sequential circuits. Subsequently, the handling of simple microprocessors and techniques for pipelining, memory organization and scheduling are covered.<br />The practical exercises for each topic are designed in accordance with national education standards and competency-based learning techniques.<br />In a first step, parts of the teaching concept were tested with FFG-trainees. In a second step, the concept as a whole was implemented within the practical part of the course "Fundamentals of Computer Engineering" at Vienna University of Technology. This course was held for the first time in winter semester 2011/12. Throughout the academic year 2011/12, more than 1500 students registered for the course's practical part.<br />Course delivery was accompanied by a continuous exercise-based evaluation on the one hand and a statutory overall evaluation at the end of semester on the other hand. Within the latter, outperforming results were achieved.