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Informatik Lehrdiplom Information
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Informatik als 1. Fach
Fachwiss. Vertiefung mit pädagogischem Fokus und weitere Fachdidaktik
Lehrdiplom in 2 Fächern im 1-Schritt-Verfahren: Es müssen keine Lehrveranstaltungen aus dieser Kategorie absolviert werden.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
263-2800-00LDesign of Parallel and High-Performance Computing Information W7 KP3V + 2U + 1AT. Hoefler, M. Püschel
KurzbeschreibungAdvanced topics in parallel / concurrent programming.
LernzielUnderstand concurrency paradigms and models from a higher perspective and acquire skills for designing, structuring and developing possibly large concurrent software systems. Become able to distinguish parallelism in problem space and in machine space. Become familiar with important technical concepts and with concurrency folklore.
Wahlpflicht
Weitere Lehrangebote aus dem Bereich Erziehungswissenschaften sind unter "Studiengang: Ausbildung in Erziehungswissenschaften für Lehrdiplom und DZ" aufgeführt.
» siehe Wahlpflicht Lehrdiplom für Maturitätsschulen
Auflagenfächer (für Studierende mit ETH-Master in Phys/MATH/RW)
Teil 1
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
252-0057-00LTheoretische Informatik Information O8 KP4V + 2U + 1AJ. Hromkovic
KurzbeschreibungKonzepte zur Beantwortung grundlegender Fragen wie: a) Was ist völlig automatisiert machbar (algorithmisch lösbar) b) Wie kann man die Schwierigkeit von Aufgaben (Problemen) messen? c) Was ist Zufall und wie kann er nützlich sein? d) Was ist Nichtdeterminisus und welche Rolle spielt er in der Informatik? e) Wie kann man unendliche Objekte durch Automaten und Grammatiken endlich darstellen?
LernzielVermittlung der grundlegenden Konzepte der Informatik in ihrer geschichtlichen Entwicklung
InhaltDie Veranstaltung ist eine Einführung in die Theoretische Informatik, die die grundlegenden Konzepte und Methoden der Informatik in ihrem geschichtlichen Zusammenhang vorstellt. Wir präsentieren Informatik als eine interdisziplinäre Wissenschaft, die auf einer Seite die Grenzen zwischen Möglichem und Unmöglichem und die quantitativen Gesetze der Informationsverarbeitung erforscht und auf der anderen Seite Systeme entwirft, analysiert, verifiziert und implementiert.

Die Hauptthemen der Vorlesung sind:

- Alphabete, Wörter, Sprachen, Messung der Informationsgehalte von Wörtern, Darstellung von algorithmischen Aufgaben
- endliche Automaten, reguläre und kontextfreie Grammatiken
- Turingmaschinen und Berechenbarkeit
- Komplexitätstheorie und NP-Vollständigkeit
- Algorithmenentwurf für schwere Probleme
SkriptDie Vorlesung ist detailliert durch das Lehrbuch "Theoretische Informatik" bedeckt.
LiteraturBasisliteratur:
1. J. Hromkovic: Theoretische Informatik. 5. Auflage, Springer Vieweg 2014.

2. J. Hromkovic: Theoretical Computer Science. Springer 2004.

Weiterführende Literatur:
3. M. Sipser: Introduction to the Theory of Computation, PWS Publ. Comp.1997
4. J.E. Hopcroft, R. Motwani, J.D. Ullman: Einführung in die Automatentheorie, Formale Sprachen und Komplexitätstheorie.
Pearson 2002.
5. I. Wegener: Theoretische Informatik. Teubner
Weitere Übungen und Beispiele:
6. A. Asteroth, Ch. Baier: Theoretische Informatik
Voraussetzungen / BesonderesWährend des Semesters werden zwei freiwillige Probeklausuren gestellt.
252-0061-00LSystems Programming and Computer Architecture Information O8 KP4V + 2U + 1AT. Roscoe
KurzbeschreibungIntroduction to computer architecture and system programming:

Instruction sets, storage hiearchies, runtime structures with an
emphasis on computers as engines for the execution of compiled
programs. Interaction between system software and the hardware.
Problems that arise from the final respresentation, performance
measurement and tuning, and program portability issues are covered.
LernzielThe objective is to allow students to understand all aspects of the
execution of compiled (C) programs on modern architectures -- the
instruction set, the storage resources (registers, stack, memory),
input/output, the impact of compiler decisions, and the interaction
between the operating system and hardware. Two main themes are
correctness issues (esp. those that arise from the finite
representation of data) and performance issues (incl. measurement and
tuning issues). The interface to the operating system is discussed to
prepare for subsequent classes on more advanced systems topics.

The two key goals are:

1) To equip students with a thorough understanding of how to
write correct programs that run fast on modern computer, and
2) How to write correct and efficient low-level systems code.

This course does not cover how to design or build a processor or
computer.
InhaltThis course provides an overview of "computers" as a
platform for the execution of (compiled) computer programs. This
course provides a programmer's view of how computer systems execute
programs, store information, and communicate. The course introduces
the major computer architecture structures that have direct influence
on the execution of programs (processors with registers, caches, other
levels of the memory hierarchy, supervisor/kernel mode, and I/O
structures) and covers implementation and representation issues only
to the extend that they are necessary to understand the structure and
operation of a computer system.

The course attempts to expose students to the practical issues that
affect performance, portability, security, robustness, and
extensibility. This course provides a foundation for subsequent
courses on operating systems, networks, compilers and many other
courses that require an understanding of the system-level
issues. Topics covered include: machine-level code and its generation
by optimizing compilers, address translation, input and output,
trap/event handlers, performance evaluation and optimization (with a
focus on the practical aspects of data collection and analysis).
LiteraturThe course is based in part on "Computer Systems: A Programmer's Perspective" (2nd Edition) by R. Bryant and D. O'Hallaron, with some additional material.
Voraussetzungen / Besonderes252-0024-00L Parallel Programming,
252-0014-00L Digital Circuits
252-0026-00LAlgorithmen und Datenstrukturen Information O7 KP3V + 2U + 1AP. Widmayer, M. Püschel
KurzbeschreibungEs werden grundlegende Entwurfsmuster für Algorithmen sowie klassische algorithmische Probleme und Datenstrukturen behandelt. Das Zusammenspiel von Algorithmen und Datenstrukturen wird anhand von Geometrie- und Graphenproblemen illustriert. In die Graphentheorie wird kurz eingeführt.
LernzielVerständnis des Entwurfs und der Analyse grundlegender Algorithmen und Datenstrukturen.
InhaltEs werden grundlegende Algorithmen und Datenstrukturen vorgestellt und analysiert. Dazu gehören auf der einen Seite Entwurfsmuster für Algorithmen, wie Induktion, divide-and-conquer, backtracking und dynamische Optimierung, ebenso wie klassische algorithmische Probleme, wie Suchen und Sortieren. Auf der anderen Seite werden Datenstrukturen für verschiedene Zwecke behandelt, darunter verkettete Listen, Hashtabellen, balancierte Suchbäume, verschiedene heaps und union-find-Strukturen. Weiterhin wird Adaptivität bei Datenstrukturen (wie etwa Splay-Bäume) und bei Algorithmen (wie etwa online-Algorithmen) beleuchtet. Das Zusammenspiel von Algorithmen und Datenstrukturen wird anhand von Geometrie- und Graphenproblemen illustriert. Hierfür werden grundlegende Konzepte der Graphentheorie eingeführt.
LiteraturTh. Ottmann, P.Widmayer: Algorithmen und Datenstrukturen, Spektrum-Verlag, 5. Auflage, Heidelberg, Berlin, Oxford, 2011
Teil 2
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
252-0209-00LAlgorithms, Probability, and Computing Information W8 KP4V + 2U + 1AE. Welzl, M. Ghaffari, A. Steger, P. Widmayer
KurzbeschreibungAdvanced design and analysis methods for algorithms and data structures: Random(ized) Search Trees, Point Location, Minimum Cut, Linear Programming, Randomized Algebraic Algorithms (matchings), Probabilistically Checkable Proofs (introduction).
LernzielStudying and understanding of fundamental advanced concepts in algorithms, data structures and complexity theory.
SkriptWill be handed out.
LiteraturIntroduction to Algorithms by T. H. Cormen, C. E. Leiserson, R. L. Rivest;
Randomized Algorithms by R. Motwani und P. Raghavan;
Computational Geometry - Algorithms and Applications by M. de Berg, M. van Kreveld, M. Overmars, O. Schwarzkopf.
Informatik als 2. Fach
WICHTIG: Die Erbringung der fachwissenschaftlichen Zusatzleistungen (Auflagen) bis auf maximal 12 KP ist eine Voraussetzung für die Belegung der fachdidaktischen und berufspraktischen Lehrveranstaltungen zum zweiten Fach.
Fachdidaktik in Informatik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
272-0101-00LFachdidaktik Informatik I Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Lehrdiplom-Studierende müssen diese Lerneinheit zusammen mit dem Einführungspraktikum Informatik - 272-0201-00L - belegen.
O4 KP3GG. Serafini, J. Hromkovic
KurzbeschreibungDie "Fachdidaktik Informatik I" befasst sich mit der überlegten Auswahl von allgemein bildenden Unterrichtsinhalten für den Informatikunterricht, ihrer Zugänglichkeit im entsprechenden Alter sowie mit geeigneten didaktischen Ansätzen für einen erfolgreichen Wissenstransfer.
LernzielDas übergeordnete Lernziel der Lerneinheit besteht darin, die enge Verknüpfung der mathematischen und der algorithmischen Denkweise mit der ingenieurwissenschaftlichen Denkweise aufzuzeigen, sowie deren Nutzen für die Konzeption und die Durchführung eines nachhaltigen Informatikunterrichts zu reflektieren.

Die Studierenden verstehen die grundlegenden Konzepte der Informatik im breiten und tiefen Kontext. Aus diesem Verständnis heraus sind sie in der Lage, Unterrichtsunterlagen zum erfolgreichen Wissenstransfer zu erarbeiten und ihre Begeisterung für das Fach an die Schülerinnen und Schüler weiterzugeben.

Die Studierenden kennen unterschiedliche Unterrichtsmethoden sowie ihre Vor- und Nachteile. Sie können mit den oft stark unterschiedlichen Vorkenntnissen der Lernenden umgehen. Neben dem Klassenunterricht legen die Studierenden Wert auf die Einzelbetreuung von Schülerinnen und Schülern.

Sie fördern die Selbständigkeit der Lernenden. Sie schaffen es, mit verschiedenartigen Zielgruppen zu arbeiten und ein gutes Lernklima aufzubauen.

Die Studierenden sind in der Lage, sich in einer verständlichen und gepflegten Fachsprache mündlich und schriftlich auszudrücken und beherrschen die grundlegenden Begriffe der Informatik. Neben den englischen Fachausdrücken sind ihnen auch die deutschen Benennungen geläufig. Sie sind fähig, ausführliche, ausgereifte, sprachlich einwandfreie und ansprechend gestaltete Unterrichtsunterlagen anzufertigen.
InhaltDie Fachdidaktik Informatik I befasst sich mit allgemein bildenden Inhalten des Informatikunterrichts. Diese fördern einerseits die Entwicklung der Denkweise der Jugendlichen auf einzigartige Art und Weise, und tragen andererseits zum Verständnis unserer Welt sowie zur Hochschulreife bei.

Die Hauptthemen der Fachdidaktik Informatik I sind die Didaktik der Automatentheorie, der formalen Sprachen und der Grundlagen der Programmierung. Im Mittelpunkt der Lerneinheit stehen Informatikinhalte, die allgemeine Bildungswerte vermitteln. Dabei geht es um das Verständnis für Grundbegriffe der Wissenschaft wie Algorithmus, Komplexität, Determinismus, Berechnung, Automat, Verifikation, Testen und Programmiersprache, sowie um deren Einbettung in einen fachlich korrekten und didaktisch nachhaltigen Informatikunterricht.

Im Rahmen einer semesterbegleitenden Übung entwickeln und dokumentieren die Studierenden eine adaptive Unterrichtseinheit für den Informatikunterricht. Dabei lernen sie den Umgang mit den im Unterricht eingeführten Lehrmethoden und -techniken.
SkriptUnterlagen und Folien werden zur Verfügung gestellt.
LiteraturJ. Hromkovic: Sieben Wunder der Informatik: Eine Reise an die Grenze des Machbaren, mit Aufgaben und Lösungen. Vieweg+Teubner; Auflage: 2 (2008).

K. Freiermuth, J. Hromkovic, L. Keller und B. Steffen: Einfuehrung in die Kryptologie: Lehrbuch für Unterricht und Selbststudium. Springer Vieweg; Auflage: 2 (2014).

J. Hromkovic: Berechenbarkeit: Logik, Argumentation, Rechner und Assembler, Unendlichkeit, Grenzen der Automatisierbarkeit. Vieweg+Teubner; Auflage: 1 (2011).

H.-J. Böckenhauer, J. Hromkovic: Formale Sprachen: Endliche Automaten, Grammatiken, lexikalische und syntaktische Analyse. Springer Vieweg; Auflage: 1 (Januar 2013).

J. Hromkovic: Einführung in die Programmierung mit LOGO: Lehrbuch für Unterricht und Selbststudium. Springer Vieweg; Auflage: 3 (2014)
Voraussetzungen / BesonderesLehrdiplom-Studierende müssen diese Lerneinheit zusammen mit dem Einführungspraktikum Informatik - 272-0201-00L - belegen.
272-0103-00LMentorierte Arbeit Fachdidaktik Informatik A Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Mentorierte Arbeit Fachdidaktik Informatik für DZ, Lehrdiplom und Lehrdiplom Informatik als 2. Fach
O2 KP4AJ. Hromkovic, G. Serafini
KurzbeschreibungIn der mentorierten Arbeit in Fachdidaktik setzen die Studierenden Inhalte der Fachdidaktikvorlesungen praktisch um und vertiefen sie. Unter Anleitung erstellen sie lernwirksame Unterrichtsmaterialien und/oder analysieren und reflektieren bestimmte Themen unter fachdidaktischen und pädagogischen Gesichtspunkten.
LernzielDas Ziel ist, dass die Studierenden
- sich in ein Unterrichtsthema einarbeiten können, indem sie verschiedene Quellen sichten, Materialien beschaffen und über die Relevanz des Themas und des von ihnen gewählten Zugangs in fachlicher, fachdidaktischer, pädagogischer und eventuell gesellschaftlicher Hinsicht reflektieren.
- zeigen, dass sie selbstständig eine lernwirksame Unterrichtssequenz erstellen und zur Einsatzreife bringen können.
InhaltThematische Schwerpunkte
Die Gegenstände der mentorierten Arbeit in Fachdidaktik stammen in der Regel aus dem gymnasialen Unterricht.

Lernformen
Alle Studierenden erhalten ein individuelles Thema und erstellen dazu eine eigenständige Arbeit. Sie werden dabei von ihrer Betreuungsperson begleitet. Gegebenenfalls stellen sie ihre Arbeit oder Aspekte daraus in einem Kurzvortrag vor. Die mentorierte Arbeit ist Teil des Portfolios der Studierenden.
LiteraturDie Literatur ist themenspezifisch. Die Studierenden beschaffen sie sich in der Regel selber (siehe Lernziele). In besonderen Fällen wird sie vom Betreuer zur Verfügung gestellt.
Voraussetzungen / BesonderesDie Arbeit sollte vor Beginn des Praktikums abgeschlossen
werden.
272-0104-00LMentorierte Arbeit Fachdidaktik Informatik B Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Mentorierte Arbeit Fachdidaktik Informatik für Lehrdiplom, Lehrdiplom Informatik als 2. Fach und für Studierende, die von DZ zu Lehrdiplom gewechselt haben.
O2 KP4AJ. Hromkovic, G. Serafini
KurzbeschreibungIn der mentorierten Arbeit in Fachdidaktik setzen die Studierenden Inhalte der Fachdidaktikvorlesungen praktisch um und vertiefen sie. Unter Anleitung erstellen sie lernwirksame Unterrichtsmaterialien und/oder analysieren und reflektieren bestimmte Themen unter fachdidaktischen und pädagogischen Gesichtspunkten.
LernzielDas Ziel ist, dass die Studierenden
- sich in ein Unterrichtsthema einarbeiten können, indem sie verschiedene Quellen sichten, Materialien beschaffen und über die Relevanz des Themas und des von ihnen gewählten Zugangs in fachlicher, fachdidaktischer, pädagogischer und eventuell gesellschaftlicher Hinsicht reflektieren.
- zeigen, dass sie selbstständig eine lernwirksame Unterrichtssequenz erstellen und zur Einsatzreife bringen können.
InhaltThematische Schwerpunkte
Die Gegenstände der mentorierten Arbeit in Fachdidaktik stammen in der Regel aus dem gymnasialen Unterricht.

Lernformen
Alle Studierenden erhalten ein individuelles Thema und erstellen dazu eine eigenständige Arbeit. Sie werden dabei von ihrer Betreuungsperson begleitet. Gegebenenfalls stellen sie ihre Arbeit oder Aspekte daraus in einem Kurzvortrag vor. Die mentorierte Arbeit ist Teil des Portfolios der Studierenden.
LiteraturDie Literatur ist themenspezifisch. Die Studierenden beschaffen sie sich in der Regel selber (siehe Lernziele). In besonderen Fällen wird sie vom Betreuer zur Verfügung gestellt.
Voraussetzungen / BesonderesDie Arbeit sollte vor Beginn des Praktikums abgeschlossen
werden.
Berufspraktische Ausbildung in Informatik
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
271-0102-00LUnterrichtspraktikum mit Prüfungslektionen Informatik Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Unterrichtspraktikum Informatik für DZ und Lehrdiplom Informatik als 2. Fach.
Bei Repetition der Prüfungslektionen kann das Praktikum nicht nochmals besucht werden.
O4 KP9PJ. Hromkovic, G. Serafini
KurzbeschreibungDie Studierenden setzen die erworbenen Einsichten, Fähigkeiten und Fertigkeiten im Schulalltag ein: Sie hospitieren 10 Lektionen und erteilen selber 20 Lektionen Unterricht. Zwei davon werden als Prüfungslektionen bewertet.
Lernziel- Die Studierenden nutzen ihre fachwissenschaftliche, erziehungswissenschaftliche und fachdidaktische Expertise zum Entwurf von Unterricht.
- Sie können die Bedeutung von Unterrichtsthemen in ihrem Fach unter verschiedenen - auch interdisziplinären - Blickwinkeln einschätzen und den Schülerinnen und Schülern vermitteln.
- Sie erlernen das unterrichtliche Handwerk.
- Sie üben sich darin, die Balance zwischen Anleitung und Offenheit zu finden, so dass die Lernenden kognitive Eigenleistungen erbringen können und müssen.
- Sie lernen die Leistungen der Schülerinnen und Schüler zu beurteilen.
- Gemeinsam mit der Praktikumslehrperson evaluieren die Studierenden laufend ihre eigene Leistung.
InhaltDie Studierenden sammeln Erfahrungen in der Unterrichtsführung, der Auseinandersetzung mit Lernenden, der Klassenbetreuung und der Leistungsbeurteilung. Zu Beginn des Praktikums plant die Praktikumslehrperson gemeinsam mit dem/der Studierenden das Praktikum und die Arbeitsaufträge. Die schriftlich dokumentierten Ergebnisse der Arbeitsaufträge sind Bestandteil des Portfolios der Studierenden. Anlässlich der Hospitationen erläutert die Praktikumslehrperson ihre fachlichen, fachdidaktischen und pädagogischen Überlegungen, auf deren Basis sie den Unterricht geplant hat und tauscht sich mit dem/der Studierenden aus. Die von dem/der Studierenden gehaltenen Lektionen werden vor- und nachbesprochen.
Die Themen für die beiden Prüfungslektionen am Schluss des Praktikums erfahren die Studierenden in der Regel eine Woche vor dem Prüfungstermin. Sie erstellen eine Vorbereitung gemäss Anleitung und reichen sie bis am Vortrag um 12 Uhr den beiden Prüfungsexperten (Fachdidaktiker/-in, Departementsvertreter/-in) ein. Die gehaltenen Lektionen werden kriteriumsbasiert beurteilt. Die Beurteilung umfasst auch die schriftliche Vorbereitung und eine mündliche Reflexion des Kandidaten/der Kandidatin über die gehaltenen Lektionen im Rahmen eines kurzen Kolloquiums.
SkriptDokument: schriftliche Vorbereitung für Prüfungslektionen.
LiteraturWird von der Praktikumslehrperson bestimmt.
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