3D druckbare und fräsbare Objekte für den Mathematikunterricht

 

 

Etwas Handfestes braucht der Ingenieur

Ohne Mathematik sind die Ingenieurwissenschaften nicht denkbar. So schön wie die Mathematik auch ist, bleibt sie doch für viele Studierende abstrakt. Damit die Studierenden Funktionen und mathematische Objekte im wahren und besten Sinne ”begreifen”können, hat Prof.Dr. Mathias Moog einige mathematische Objekte für den 3D Druck aufbereitet. Außerdem basteln Ingenieur*innen - und auch manche Mathematiker*innen - gerne. So macht es hoffentlich nicht nur dem Dozenten, sondern auch den Studierenden Freude.

 

 

 

Schablonen für Funktionen

Für einige Funktionen - wie Sinus und Parabeln - gibt es die Schablonen schon lange zu kaufen. Andere sind kaum zu bekommen.

Mit dem 3D Drucker können Schablonen zum Zeichnen auf Papier erstellt werden. Diese lassen sich gut durch die Reihen geben. Für den Einsatz an der Tafel müssen die Schablonen größer sein. Diese sind für den 3D Drucker zu groß und müssen gefräst werden.

 

 

Dreidimensionale Objekte

Wir leben in einer dreidimensionalen Welt, und doch verlässt viele die Anschauung, wenn in der Mathematik dreidimensionale Objekte behandelt werden. Selbst virtuelle Darstelungen, die sich am Bildschirm drehen lassen, sind zu abstrakt.

Durch die 3D Objekte werden die Funktionen begreifbar. Sattelpunkte, Minima und Maxima werden sichtbar und nicht nur Kinder spielen gerne mit Murmeln ...

 

 

Mitmachen

Die Druckvorlagen sind auf Thingiverse zum nachdrucken veröffentlicht. Wer die Objekte modifizieren möchte, findet den Source Code und weitere Erklärungen auf GitHub.

 

 

Ansprechpartner

Prof. Dr. Mathias Moog – Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)

Prof. Dr. Mathias Moog

Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)

0981 4877-315 92.1.44 nach Vereinbarung vCard

Prof. Dr. Mathias Moog

Prof. Dr. Mathias Moog – Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)

Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)

Funktionen:

  • Professor Angewandte Ingenieurwissenschaften (AIW)
  • Prodekan Fakultät Technik
  • Mitglied Fakultätsrat Technik

Lehrgebiete:

  • Angewandte Informatik
  • Ingenieurmathematik
  • Simulation

Vita:

  • Abitur and dem beruflichen Gymnasium in Marburg mit dem Schwerpunkt Elektrotechnik
  • Mathematik Studium an der Philipps-Universität Marburg
    Diplomarbeit über singuläre Lösungen nichtlinearer Systeme
  • Promotion am Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern auf dem Gebiet der numerischen Simulation von Mehrphasenströmungen
  • Industrie Tätigkeiten
    • Entwicklung von Verfahren zur automatischen Klassifikation von Internet Inhalten (Familien Filter) bei Cobion (mittlerweile in IBM aufgegangen)
    • Leiter der Produktentwicklung eines Kunststoffspritzguss Simulationsprogramms (SIGMASOFT)  
  • Seit 2010 Professor an der Hochschule Ansbach

IT als durchgängiges Thema in der Lehre:

Der Einsatz von Software zieht sich durch meine gesamten Lehrveranstaltungen.

Dafür setze ich stark auf freie Software und populäre Entwicklungsumgebungen. Die Studierenden können das gelernte am eigenen Rechner ausprobieren und vertiefen. Hier ein paar Beispiele:

  • Ingenieurmathematik
    • Ich nutze Octave (im PC Pool an der Hochschule auch Matlab) sowohl für numerische Berechnungen als auch für symbolische Rechnungen
    • Für jeden Aufgabentyp aus der Ingenieurmathematik zeige ich exemplarisch wie diese Aufgaben in Octave / Matlab gelöste werden können
  • Statistik
    • Ich setze Excel / LibreOffice / OpenOffice für einfache Statistische Auswertungen ein
    • Octave / Matlab setze ich für komplexere Anwendungen ein
    • Die Beispiele in meinem Kurs greifen Anwendungen aus Ingenieurwissenschaften auf und zeigen exemplarisch wie der Einsatz von Software die Berechnungen unterstützen kann
  • Informatik
    Die Studierenden lernen im ersten Semester Java anhand der Netbeans Entwicklungsumgebung kennen. Auf diesen Grundlagen setzen meine Lehrveranstaltungen und Projektarbeiten auf.
    • Mikrocontroller
      Ich verwende die populäre Arduino Plattform. Die Einstiegshürde ist für Studierende sehr niedrig und das Angebot an günstiger Hardware und frei verfügbarer Software ist sehr groß
    • Robotik
      Wie bei den Mikrocontrollern setze ich auch hier auf die Arduino Plattform. Durch den Einsatz von 3D Druck lassen sich sehr schnell Prototypen und kleine Maschinen bauen.
  • Gebäudeautomation
    Freie Soft- und Hardware öffnet einen Zugang der die Studierenden zu eigenen Entwicklungen angegt. Daneben setze ich in der Lehre auch auf etablierte Standards wie z.B. KNX.
    • Hardware: Raspberry PI als Leitrechner, Arduinos als Sensoren / Aktoren
    • Software: openHAB für die Steuerung und Automatisierung, MySQL als Datenbank

Kommerzielle Software nutze ich wenn dies für die Anwendungen und die Verbindung zu anderen Lehrveranstaltungen von Vorteil ist.

  • Matlab
    Für meine Grundlagenfächer können die Studierenden Matlab oder Octave einsetzen.
  • ETS
    In der Gebäudeautomation  setze ich - neben freier Soft- und Hardware - auf dem KNX Standard mit der entsprechenden Software und Hardware auf.

Je nach Anwendungsgebiet setze ich auf weitere Software wie z.B. LabView, Comsol oder Berkeley Madonna.

Forschungsschwerpunkte:

  • Numerische Mathematik
    • Einsatz von Matlab und Ocatave für ingenieurwissenschaftliche Berechnungen
    • Algorithmen
  • Simulation
    • Modellbildung
    • Kopplung von Simulationsmodellen und Datenanalysen
    • Angewandte Informatik
      • Mikrocontroller Programmierung
      • Softwaretechnik
    • IoT, Smart Home und Gebäudeautomation
      • Wissenschaftlicher Partner bei KNX
      • Einsatz von openHAB in Lehre und Forschung
      • Energiecontrolling