Storyboard

Anfang der 2010er Jahre begann ich auch an der Universidad Austral de Chile in Valdivia zu unterrichten. Zunächst reiste ich regelmäßig von Santiago aus an, um meine Kurse zu unterrichten, bis ich später eine feste akademische Stelle annahm und dauerhaft nach Valdivia zog.

Diese neue Phase war durch die Entwicklung und Integration innovativer Lehrmethoden gekennzeichnet, die sich insbesondere an Berufsstudenten richteten, deren Ausbildung nicht direkt mit der Physik verbunden war und die in vielen Fällen nur über eine begrenzte mathematische Vorbereitung verfügten. Die Herausforderung bestand darin, komplexe physikalische Konzepte zu vermitteln, ohne die wissenschaftliche Genauigkeit zu opfern, und die Präsentationsform an die Bedürfnisse der einzelnen Disziplinen anzupassen.

Die Ergebnisse waren sehr positiv und ermöglichten die Vermittlung von Lehrveranstaltungen auf einem soliden physikalischen Niveau und stellten gleichzeitig sicher, dass die Studierenden dieses Wissen verstanden und im Kontext ihrer jeweiligen Berufsfelder erfolgreich anwenden konnten.

ID:('ky', 1786)

Storyboard

Ende der 2000er Jahre begann für mich eine neue akademische Phase, indem ich als Lehrer an die Universidad Austral de Chile in Valdivia wechselte. Von Anfang an war meine Arbeit hauptsächlich darauf ausgerichtet, Physik für Studenten anderer Berufsfelder als Physik und Ingenieurwissenschaften zu unterrichten, wie z. B. Medizin, Kinesiologie, Zahnmedizin, Agrarwissenschaften, Naturwissenschaften, Architektur und andere Fachgebiete, in denen die Physik ein grundlegendes Werkzeug zum Verständnis der Phänomene jeder Disziplin darstellt.

Diese Herausforderung stellte eine besondere Schwierigkeit dar. Die meisten Studenten hatten nur eine begrenzte Ausbildung in Physik und Mathematik, während die Phänomene, die sie verstehen mussten Biomechanik, Physiologie, Biophysik, Wärmeübertragung, Strömungsmechanik, Optik oder Elektromagnetismus Bereichen von beträchtlicher Komplexität entsprechen. Traditionell führte dies zu einer übermäßigen Vereinfachung der Inhalte, einer Beschränkung des Unterrichts auf sehr grundlegende Prinzipien und dem Verzicht auf viele in der beruflichen Praxis tatsächlich verwendete Modelle.

ID:('gp', 581)

Storyboard

Um diese Einschränkung zu überwinden, habe ich eine Methodik entwickelt, die auf der schrittweisen Konstruktion wissenschaftlicher Modelle basiert. Anstatt mit abstrakten Gleichungen zu beginnen, begann der Prozess mit der Beobachtung der Natur und der Identifizierung relevanter Variablen. Jede Variable wurde wie ein LEGO-Stück in das Modell integriert, sodass die Schüler visualisieren konnten, wie jedes neue Element die Erklärungsfähigkeit des Systems erweiterte. Diese Beziehungen wurden später in mathematische Gleichungen übersetzt, die als Netzwerk miteinander verbundener Modelle organisiert waren und schließlich in Computertools implementiert werden konnten, um Berechnungen, Simulationen und Analysen realer Szenarien durchzuführen.



Dieser Ansatz ermöglichte es, die anfängliche mathematische Hürde erheblich zu verringern, ohne an wissenschaftlicher Genauigkeit zu verlieren. Die Studierenden lernten zunächst die physikalische Struktur des Problems und erst dann die zur Beschreibung erforderliche mathematische Formulierung. Dadurch war es möglich, wesentlich komplexere Phänomene zu behandeln, als sie traditionell in Einführungsveranstaltungen vermittelt werden, wobei stets ein enger Bezug zu den Anwendungen des jeweiligen Berufsfelds und zur Art und Weise gewahrt blieb, wie diese Modelle in Forschung und Berufspraxis eingesetzt werden.

ID:('gp', 582)

Storyboard

Zu Beginn des wissenschaftlichen Modellierungsprozesses ist das Konzept der Variablen eines der am schwierigsten zu verstehenden Konzepte. Um diese Idee zu erleichtern, wird eine sehr einfache Analogie verwendet: Jede Variable wird so dargestellt, als wäre sie ein LEGO-Stein. So wie ein Baustein mit anderen verbunden werden kann, um eine immer komplexere Struktur zu bilden, kann jede Variable durch eine Gleichung mit anderen in Beziehung gesetzt werden, um einen Teil des Modells zu bilden.

In dieser Darstellung wird eine Gleichung zunächst nicht als mathematischer Ausdruck dargestellt, sondern als Zusammenstellung der Variablen, aus denen sie besteht. Jede neue Gleichung fügt eine Reihe zuvor definierter Teile zusammen, um eine größere Struktur zu bilden. Anschließend können diese neuen Strukturen wieder mit anderen kombiniert werden, sodass das Modell in geordneter Weise wachsen kann, bis es das gesamte Phänomen darstellt.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Analogie nur als Lehrmittel zu Beginn des Lernens verwendet wird. Wir arbeiten nicht mit echten LEGO-Blöcken und beabsichtigen auch nicht, alle Aspekte des Modellierungsprozesses durch sie darzustellen. Sein einziger Zweck besteht darin, zu verstehen, dass eine Variable ein Grundelement des Modells darstellt und dass die Gleichungen die Art und Weise darstellen, wie diese Elemente nach und nach zusammengesetzt werden, um immer vollständigere wissenschaftliche Modelle zu erstellen.

ID:('gp', 583)

Storyboard

Der erste Schritt beim Aufbau eines wissenschaftlichen Modells besteht darin, das Phänomen, das Sie beschreiben möchten, klar zu definieren. In diesem Beispiel besteht das Ziel darin, die gleichmäßige geradlinige Bewegung eines Körpers zu modellieren, der sich auf einer Laborschiene bewegt. Mit dieser Definition beginnt ein systematischer Prozess zur Identifizierung der Variablen, die zur Darstellung des Phänomens durch ein mathematisches Modell erforderlich sind.



Zunächst werden die grundlegenden Variablen identifiziert, die den Zustand des Systems beschreiben. In diesem Fall entsprechen sie der Position des Körpers $s$ und der Zeit $t$. Als nächstes werden die notwendigen Parameter einbezogen, um die Bewegung vollständig zu charakterisieren, wie z. B. die Anfangsposition $s_0$, die Anfangszeit $t_0$ und die konstante Geschwindigkeit $v$. Jede dieser Variablen ist klar definiert und einem Symbol zugeordnet, das später Teil des Modells sein wird.

Nachdem die Variablen identifiziert wurden, besteht der nächste Schritt darin, die Gleichungen zu bestimmen, die erforderlich sind, um sie in Beziehung zu setzen. Für dieses Beispiel werden zunächst die Gleichungen eingeführt, die die Berechnung der verstrichenen Zeit $\Delta t=tt_0$ und der zurückgelegten Strecke $\Delta s=ss_0$ ermöglichen. Schließlich wird die Gleichung, die beide Größen in Beziehung setzt, durch die Durchschnittsgeschwindigkeit $v=\Delta s/\Delta t$ einbezogen. Damit wird ein vollständiges Modell definiert, das die gleichmäßige Bewegung des Körpers quantitativ beschreiben kann.

ID:('gp', 598)

Storyboard

Zu Beginn des wissenschaftlichen Modellierungsprozesses ist das Konzept der Variablen eines der am schwierigsten zu verstehenden Konzepte. Um diese Idee zu erleichtern, wird eine sehr einfache Analogie verwendet: Jede Variable wird so dargestellt, als wäre sie ein LEGO-Stein. So wie ein Baustein mit anderen verbunden werden kann, um eine immer komplexere Struktur zu bilden, kann jede Variable durch eine Gleichung mit anderen in Beziehung gesetzt werden, um einen Teil des Modells zu bilden.

In dieser Darstellung wird eine Gleichung zunächst nicht als mathematischer Ausdruck dargestellt, sondern als Zusammenstellung der Variablen, aus denen sie besteht. Jede neue Gleichung fügt eine Reihe zuvor definierter Teile zusammen, um eine größere Struktur zu bilden. Anschließend können diese neuen Strukturen wieder mit anderen kombiniert werden, sodass das Modell in geordneter Weise wachsen kann, bis es das gesamte Phänomen darstellt.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Analogie nur als Lehrmittel zu Beginn des Lernens verwendet wird. Wir arbeiten nicht mit echten LEGO-Blöcken und beabsichtigen auch nicht, alle Aspekte des Modellierungsprozesses durch sie darzustellen. Sein einziger Zweck besteht darin, zu verstehen, dass eine Variable ein Grundelement des Modells darstellt und dass die Gleichungen die Art und Weise darstellen, wie diese Elemente nach und nach zusammengesetzt werden, um immer vollständigere wissenschaftliche Modelle zu erstellen.

ID:('gp', 584)

Storyboard

Nachdem alle Variablen definiert und die Gleichungen zur Beschreibung ihrer Beziehungen aufgestellt wurden, ist das Endergebnis des Modellierungsprozesses eine Liste von Variablen und ein Gleichungsnetzwerk, das die vollständige Struktur des Modells darstellt. Jede Gleichung verbindet eine Reihe von Variablen und bildet zusammen mit den anderen ein Netzwerk, das das Verhalten des untersuchten Systems beschreiben kann.



Dieses Netzwerk wird in ein Rechentool geladen, das es grafisch darstellt. Die Knoten entsprechen Variablen und Gleichungen, während die Verbindungen die Abhängigkeiten zwischen ihnen zeigen. Die Darstellung ist vollständig interaktiv: Der Benutzer kann das Diagramm mit der Maus verschieben und die Arme des Netzwerks passen sich dynamisch in alle Richtungen an, um die Beziehungen zwischen seinen Komponenten sichtbar zu halten.

Im Laufe der Zeit begannen die Schüler, diese Darstellung liebevoll den Oktopus zu nennen, aufgrund der Erscheinung, die das Netzwerk annahm, als es sich ausdehnte und seine Verbindungen auf dem Bildschirm bewegte. Der Ausdruck wurde auf natürliche Weise in die Alltagssprache des Kurses integriert und es war üblich, Sätze zu hören wie: Jetzt lasst uns das Problem mit dem Oktopus lösen.

Dieser Name war nie ein formales Konzept des Kurses, sondern vielmehr ein Spitzname, der spontan unter den Studierenden selbst entstand, um sich auf das grafische Werkzeug zu beziehen, mit dem sie die während des Lernprozesses erstellten Modelle erkundeten und nutzten.

ID:('gp', 585)

Storyboard

Die erste Verwendung des Gleichungsnetzes erfolgt als Hilfsmittel zur manuellen Problemlösung, ergänzt durch ein Arbeitsblatt, das der Schüler handschriftlich ausfüllen kann. Das Ziel besteht nicht darin, die Berechnung zu automatisieren, sondern darin, die für die Lösung erforderlichen Überlegungen systematisch anzuleiten.



Der Prozess beginnt mit dem Lesen der Problemstellung und der Identifizierung der Variablen, die Sie berechnen möchten. Dieser wird im Netzwerk als Zielknoten markiert (roter Knoten). Anschließend werden die Variablen, deren Werte durch die Anweisung angegeben werden, identifiziert und als bekannte Daten (grüne Knoten) markiert.

Anhand dieser Informationen können wir anhand der Struktur des Netzwerks selbst bestimmen, welche Zwischenvariablen berechnet werden müssen, um das Ziel zu erreichen. Während des gesamten Prozesses wird eine sehr einfache Regel eingehalten: Jede Gleichung kann nur verwendet werden, wenn sie eine einzige Unbekannte enthält. Auf diese Weise schreitet der Schüler Schritt für Schritt voran und berechnet nacheinander die Zwischenvariablen (gelbe Knoten), bis er schließlich den gewünschten Wert erhält.

Obwohl diese Regel restriktiv erscheinen mag, stellt sie in der Praxis keine Einschränkung dar. Das Netzwerk enthält bereits alle zuvor identifizierten möglichen Pfade zwischen den Gleichungen, einschließlich derjenigen, die Gleichungssysteme beinhalten. Dadurch kann sich der Schüler auf das physikalische Denken und die logische Abfolge von Berechnungen konzentrieren, ohne die mathematische Struktur des Modells für jedes Problem erneut analysieren zu müssen.

ID:('gp', 586)

Storyboard

Sobald das manuelle Lösungsverfahren mithilfe des Gleichungsnetzwerks verstanden ist, wird eine Computerversion der Arbeitsform eingeführt. Dieses Tool behält die gleiche Logik wie bei der manuellen Auflösung bei, erleichtert jedoch die Handhabung von Variablen, Gleichungen und Konvertierungen während der Entwicklung der Übungen.

Die Anwendung ist in zwei Hauptbereiche unterteilt. Der erste Abschnitt entspricht dem Abschnitt Variablen, in dem der Schüler alle Variablen im Modell einsehen, bekannte Werte eingeben und einen integrierten Einheitenumrechner verwenden kann. Auf diese Weise können Mengen in den verfügbaren Einheiten eingegeben werden, während das System automatisch die notwendigen Umrechnungen durchführt, um die Konsistenz des Modells zu wahren.

Der zweite Teil entspricht dem Berechnungsabschnitt, der für die Arbeit mit den Gleichungen gedacht ist. Es gibt Felder zur Eingabe jeder Gleichung in ihrer Originalform und auch in der entsprechenden gelöschten Version, sodass Sie über alle für die Durchführung der Berechnungen erforderlichen Formulare verfügen. Dies erleichtert die Konstruktion und Dokumentation des Modells und sorgt für eine explizite Darstellung der verwendeten mathematischen Beziehungen.

Das Tool reproduziert das gleiche Verfahren wie in der manuellen Form, bietet jedoch eine besser organisierte Umgebung zum Aufzeichnen von Variablen, Verwalten von Einheiten und Dokumentieren der Gleichungen, die Teil des wissenschaftlichen Modells sind.

ID:('gp', 587)

Storyboard

Sobald die digitale Form eingebunden ist, ist es möglich, sie mit symbolischen Algebra-Tools wie wxMaxima zu ergänzen, die es ermöglichen, Operationen wie das Lösen von Gleichungen automatisch durchzuführen. Auf diese Weise kann der Schüler die verschiedenen algebraischen Formen einer Gleichung erhalten, ohne alle Transformationen manuell durchführen zu müssen.

Der Zweck dieser Unterstützung besteht nicht darin, das Erlernen der Algebra zu ersetzen, sondern zu verhindern, dass die Schwierigkeiten, die sich aus unzureichender Übung im Umgang mit Gleichungen ergeben, zu einem Hindernis für das Studium der Physik werden. In vielen Fällen entspricht die Beherrschung algebraischer Arbeiten den in früheren Mathematikkursen erworbenen Fähigkeiten und ist nicht das Hauptziel des Physikkurses.

Durch ein Werkzeug, das Gleichungen automatisch löst, kann sich der Schüler darauf konzentrieren, das physikalische Phänomen zu verstehen, das geeignete Modell auszuwählen, die relevanten Variablen zu identifizieren und die erhaltenen Ergebnisse richtig zu interpretieren. Auf diese Weise bleibt die Aufmerksamkeit auf das physikalische Denken und die Modellkonstruktion gerichtet, während routinemäßige algebraische Operationen bei Bedarf von der Software unterstützt werden.

ID:('gp', 588)

Storyboard

Der nächste Schritt besteht darin, das offene Arbeitsblatt durch ein besser geführtes Tool zu ersetzen, in dem der Schüler direkt die Gleichung auswählen kann, die er verwenden möchte, und die Variable, die er lösen muss. Das System ist dafür verantwortlich, automatisch die entsprechende algebraische Form darzustellen und so den Berechnungsvorgang zu vereinfachen.

Mit dieser Entwicklung liegt der Schwerpunkt des Lernens nicht mehr auf der manuellen Manipulation der Gleichungen, sondern auf den wirklich wichtigen Teil des Prozesses: das Verständnis des Problems, die korrekte Identifizierung der beteiligten Variablen und die Auswahl der geeigneten Gleichungen zur Beschreibung des physikalischen Phänomens.

Je mehr mechanische Aufgaben das Werkzeug übernimmt, desto mehr Zeit verbringt der Schüler mit dem physikalischen Denken und weniger mit Routineoperationen. Die größte Herausforderung besteht darin, zu entscheiden, welche Informationen relevant sind, wie sich die Variablen zueinander verhalten und welche logische Abfolge von Gleichungen zur Lösung führt. Sobald diese Elemente identifiziert sind, reduziert sich der Berechnungsprozess auf die Ausführung der notwendigen Operationen, um das Endergebnis zu erhalten.

ID:('gp', 589)

Storyboard

Der letzte Schritt besteht darin, alle vorherigen Elemente in ein einziges Tool zu integrieren, das auf dem Gleichungsnetzwerk oder Oktopus basiert. Der Benutzer identifiziert zunächst die bekannten Variablen und gibt deren Werte und Einheiten ein. Basierend auf diesen Informationen nutzt das System die Netzwerkstruktur, um automatisch die Variablen und Gleichungen anzuzeigen, die sich auf das zu lösende Problem beziehen.

Der Oktopus selbst wird zum zentralen Arbeitselement. Von dort aus werden die Variablen ausgewählt, die an jeder Berechnung beteiligt sind, und die erforderlichen Operationen werden nacheinander ausgeführt, um zum Endergebnis zu gelangen. Jede durchgeführte Berechnung wird protokolliert, wodurch eine vollständige Dokumentation des durchgeführten Verfahrens entsteht und die Herkunft jedes ermittelten Werts anschließend überprüft werden kann.

Da den Variablen während des gesamten Prozesses ihre jeweiligen Einheiten zugeordnet bleiben, ermöglicht das System die Durchführung der erforderlichen Umrechnungen in jeder Phase der Berechnung, ohne dass die Konsistenz des Modells verloren geht. Auf diese Weise integriert das Tool die Identifizierung von Variablen, die Auswahl von Gleichungen, die Ausführung der Berechnungen und die vollständige Registrierung der Lösung in einer einzigen Umgebung, wobei die Struktur des physikalischen Modells, das zu den Ergebnissen führt, stets sichtbar bleibt.

ID:('gp', 590)

Storyboard

Die vollständig integrierte Version des Systems ermöglicht es dem Studenten, wissenschaftliche Modelle auf eine sehr ähnliche Weise zu nutzen, wie es ein Profi tun würde. Bei einem Problem besteht die erste Herausforderung darin, das geeignete Modell zur Beschreibung des Phänomens zu ermitteln. Jedes im Kurs entwickelte Thema umfasst normalerweise zwischen 10 und 20 Modelle, die jeweils eine bestimmte physikalische Situation darstellen sollen.

Sobald das Modell ausgewählt ist, identifiziert der Student die bekannten Variablen, definiert ihre Einheiten und führt die erforderlichen Umrechnungen durch. Anschließend legt es die Lösungsstrategie fest und legt die Reihenfolge der Zwischenberechnungen fest, die zum Erreichen der Zielvariablen erforderlich sind. Das System begleitet diesen Prozess mithilfe des Gleichungsnetzes, um die Anwendung des Modells zu unterstützen, bis schließlich das Ergebnis vorliegt und in den gewünschten Einheiten ausgedrückt wird.

Folglich liegt der Schwerpunkt des Unterrichts nicht mehr auf der mechanischen Ausführung von Berechnungen, sondern auf die wirklich relevanten Aspekte des Physiklernens: das Verständnis natürlicher Phänomene, die Identifizierung der beteiligten Mechanismen und das Verständnis der Gleichungen, die sie beschreiben. Die Funktion des Oktopus besteht darin, eine Umgebung zu schaffen, in der der Schüler zeigen kann, dass er in der Lage ist, das Modell richtig auszuwählen, die Variablen zu erkennen und das erworbene Wissen angemessen anzuwenden, um das gestellte Problem zu lösen.

ID:('gp', 591)

Storyboard

Der Kurs Physik der Kinesiologie führt in die Grundprinzipien der Physik ein, die es uns ermöglichen, menschliche Bewegungen zu verstehen, zu quantifizieren und zu analysieren. Ziel ist es, den Studierenden eine wissenschaftliche Grundlage für die Interpretation der Funktionsweise des Bewegungsapparates, die Bewertung der funktionellen Leistung und das Verständnis zu vermitteln, wie physikalische Gesetze sowohl normale Fortbewegungs- als auch Rehabilitationsprozesse steuern.



Der Inhalt behandelt die wichtigsten physikalischen Phänomene der menschlichen Biomechanik. Untersucht werden die Bewegungsmechanik, die Erzeugung und Übertragung von Muskelkräften, der Gang, das Haltungsgleichgewicht, die Stabilität, die Gelenkmechanik, der Energiestoffwechsel und der Flüssigkeitstransport im Körper. Der Kurs führt auch in Konzepte im Zusammenhang mit der Rehabilitationstechnik ein, einschließlich unterstützender Technologien, Prothesen, Orthesen und Analysetools für die klinische Bewertung.

Der Ansatz integriert physikalische Modelle, quantitative Analysen und Beispiele, die auf reale kinesiologische Situationen angewendet werden, und ermöglicht es, Konzepte wie Kraft, Energie, Impuls, Druck, Fluss und Gleichgewicht mit der normalen und pathologischen Funktion des menschlichen Körpers in Beziehung zu setzen. Auf diese Weise ist die Physik nicht länger eine Sammlung abstrakter Prinzipien, sondern wird zu einem Werkzeug, das es uns ermöglicht, Bewegungen zu verstehen, klinische Entscheidungen zu unterstützen und die Funktionsweise des Bewegungsapparates objektiv zu analysieren.

ID:('gp', 592)

Storyboard

Im Kurs Physik der Meeresbiologie werden die physikalischen Prinzipien vorgestellt, die die Funktionsweise der Ozeane und deren Einfluss auf Meeresorganismen bestimmen. Ziel ist es, den Studierenden ein quantitatives Verständnis der Prozesse zu vermitteln, die die Meeresumwelt regulieren, und wie die Gesetze der Physik die Verteilung, das Verhalten und die Anpassung des Lebens im Meer bestimmen.



Die Inhalte umfassen die Dynamik großer Meeresströmungen, die Entstehung und Ausbreitung von Wellen, die Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre, Küstenprozesse, die Schichtung und Vermischung von Wassermassen sowie die physikalischen Mechanismen der Fortbewegung, des Auftriebs und des kollektiven Verhaltens mariner Organismen. Analysiert werden auch der Wärme-, Massen- und Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre sowie die Transportprozesse, die die biologische Produktivität und Funktion mariner Ökosysteme bestimmen.

Der Kurs integriert Konzepte aus der Strömungsmechanik, Thermodynamik, Wärmeübertragung, Wellendynamik, Hydrodynamik und Umweltphysik, um Phänomene zu erklären, die von der globalen Zirkulation der Ozeane bis zur Interaktion von Fischen und Meeressäugetieren mit ihrer Umwelt reichen. Auf diese Weise erwerben die Studierenden eine ganzheitliche Sicht auf die Physik als grundlegendes Werkzeug zum Verständnis der Prozesse, die das Meeresleben und die Dynamik der Meeresökosysteme unterstützen.

ID:('gp', 593)

Storyboard

Der Kurs Physik der Forstwissenschaften führt in die physikalischen Prinzipien ein, die es uns ermöglichen, die Funktionsweise von Waldökosystemen und die Wechselwirkungen zwischen Boden, Vegetation, Atmosphäre und Klima zu verstehen. Ziel ist es, eine quantitative Grundlage für die Analyse der Prozesse bereitzustellen, die das Waldwachstum, die Baumstabilität, den Wasserkreislauf und die Reaktion von Ökosystemen auf Umweltbedingungen regulieren.

Die Inhalte umfassen Bodenmechanik und Hangstabilität, den Wasserfluss im Boden, die Aufnahme und den Transport von Wasser durch Pflanzen, die Biomechanik von Bäumen, Waldmeteorologie und den Energie-, Wasser- und Impulsaustausch zwischen Wald und Atmosphäre. Ebenso werden die Wechselwirkungen zwischen Klima und Waldökosystemen untersucht, darunter Kohlenstoffbilanz, Evapotranspiration, Albedo, Kohlenstoffspeicherung und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Produktivität, Verteilung und Stabilität von Wäldern.

Der Kurs integriert Konzepte aus der Mechanik, Strömungsmechanik, Thermodynamik, Wärmeübertragung, Umweltphysik und Biomechanik, um die physikalischen Prozesse zu erklären, die das Funktionieren von Waldökosystemen unterstützen. Auf diese Weise erwerben die Studierenden ein wissenschaftliches Verständnis für die Mechanismen, die die Entwicklung, Stabilität und Dynamik von Wäldern steuern, sowie für ihre Rolle im Wasserkreislauf, im Klimasystem und im Umweltschutz.

ID:('gp', 594)

Storyboard

Der Kurs Physik in der Medizin führt in die physikalischen Prinzipien ein, die die Funktionsweise des menschlichen Körpers erklären und die Grundlage zahlreicher Diagnose-, Überwachungs- und Behandlungstechniken in der medizinischen Praxis bilden. Ziel ist es, den Studierenden ein quantitatives Verständnis der wichtigsten physiologischen Prozesse zu vermitteln und zu zeigen, wie die Gesetze der Physik es uns ermöglichen, das Verhalten der verschiedenen Systeme des Organismus zu beschreiben und zu analysieren.

Die Inhalte umfassen die Dynamik des Blutflusses, die Mechanik der Atmung, die Thermodynamik des Stoffwechsels und die Regulierung der Körpertemperatur, die Biomechanik des Bewegungsapparates, die Optik des Auges, die Akustik des Hörsystems, die elektrische Aktivität des Herzens und die elektrophysiologischen Grundlagen des Nervensystems. Jedes dieser Themen wird anhand physikalischer Modelle untersucht, die es uns ermöglichen, physiologische Variablen mit den Mechanismen in Beziehung zu setzen, die für ihre normale Funktion und ihre Veränderungen verantwortlich sind.

Der Kurs integriert Konzepte aus den Bereichen Mechanik, Strömungsmechanik, Thermodynamik, Optik, Akustik, Elektrizität und Elektromagnetismus, um eine einheitliche Vision der auf die Medizin angewendeten Physik zu bieten. Auf diese Weise erwerben die Studierenden eine wissenschaftliche Grundlage, die es ihnen ermöglicht, sowohl die physiologischen Prozesse als auch die physikalischen Grundlagen zahlreicher Technologien zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten zu verstehen.

ID:('gp', 595)

Storyboard

Der Studiengang Medizintechnik vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen, die die Entwicklung und den Betrieb der in der modernen Medizin eingesetzten Technologien unterstützen. Ziel ist es, den Studierenden eine ganzheitliche Vorstellung davon zu vermitteln, wie Physik, Ingenieurwesen und biomedizinische Wissenschaften bei der Gestaltung, dem Betrieb, der Bewertung und der Optimierung von Geräten und Systemen für die Diagnose, Überwachung, Behandlung und Rehabilitation von Patienten zusammenwachsen.



Die Inhalte umfassen die Erfassung und Verarbeitung biomedizinischer Signale, die wichtigsten medizinischen Bildgebungsmodalitäten wie Radiographie, Computertomographie, Magnetresonanz, Ultraschall, PET und SPECT , biomedizinische Instrumente und ihre Messsysteme, in Implantaten und Prothesen verwendete Biomaterialien, auf den menschlichen Körper angewendete Biomechanik, therapeutische Technologien, Modellierung physiologischer Systeme und die Prinzipien der klinischen Technik, einschließlich Technologiemanagement, Patientensicherheit und Qualitätssicherung medizinischer Geräte.

Der Kurs integriert Konzepte aus den Bereichen Elektronik, Signalverarbeitung, Mechanik, Materialwissenschaften, Bildphysik, automatische Steuerung und biomedizinische Technik, um ein quantitatives Verständnis der im Gesundheitsbereich verwendeten Technologien zu vermitteln. Auf diese Weise erwerben die Studierenden eine wissenschaftliche Grundlage, die es ihnen ermöglicht, sowohl die physikalische Funktionsweise medizinischer Geräte als auch die Prinzipien zu verstehen, die deren korrekte Leistung, Sicherheit und klinische Anwendung gewährleisten.

ID:('gp', 596)

Storyboard

Der Kurs Grundlegende Mechanik vermittelt die Grundlagen der klassischen Mechanik und bildet die Grundlage, auf der später die meisten anderen Bereiche der Physik entwickelt werden. Der Zweck besteht darin, dass die Studierenden die Gesetze verstehen, die die Bewegung, Kräfte, Energie und Dynamik physikalischer Systeme beschreiben, und eine quantitative Vorstellung von den mechanischen Phänomenen entwickeln, die sowohl in der Natur als auch in zahlreichen Anwendungen der Technik und Wissenschaft vorkommen.



Die Inhalte umfassen die Kinematik der Bewegung in einer und mehreren Dimensionen, Newtons Gesetze und Teilchendynamik, Arbeit und Energie, Impulserhaltung, Teilchensysteme, Rotationsdynamik, einfache harmonische Bewegung, die Grundlagen der Lagrange-Mechanik und die Beschreibung von Bewegung in nichtinertialen Bezugssystemen. Im Verlauf des Kurses werden die wichtigsten physikalischen Größen, mathematische Modelle und Erhaltungssätze vorgestellt, die die Analyse einer Vielzahl mechanischer Probleme ermöglichen.

Der Kurs integriert Konzepte aus Geometrie, Differentialrechnung, Vektoralgebra und physikalischer Modellierung, um eine genaue Beschreibung des Verhaltens von Körpern zu liefern, die Kräften ausgesetzt sind. Dieses Wissen bildet die Grundlage für nachfolgende Kurse in Thermodynamik, Strömungsmechanik, Elektromagnetismus, statistischer Physik, Biomechanik und zahlreichen anderen Bereichen, in denen die Mechanik den Ausgangspunkt für die Konstruktion wissenschaftlicher Modelle darstellt.

ID:('gp', 597)