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Signale - Prozesse - Systeme

Im Zentrum dieses virtuellen Fachseminars steht aus bereits erläuterten Gründen der Komplex Signale - Prozesse - Systeme. Schon in naher Zukunft werden die Chips der Mikroelektronik, die gesamte Hard- und Software von heute nicht mehr Stand der Technik sein. Was bleibt, ist der eigentliche Schlüssel zur Mikroelektronik/Computertechnik. Sie macht nichts anderes als Signalverarbeitung!

Hochkomplexe Systeme werden (und sind bereits) auf einem einzigen Chip integriert sein, aus denen an die 300 "Beinchen" hervorschauen. Diese Systeme werden auch mit Hilfe von FPGAs auf der Chip-Fläche programmierbar sein. Was sollte es deshalb nutzen, unnötiges Faktenwissen über einige der heute ca. 200 000 verschiedenen ICs anzuhäufen? Wichtig im Hinblick auf berufliche Mobilität sind die tragenden - wissenschaftsorientierten - Ideen und Konzepte. Was z.B. grundlegend die Informationstechnologie verändert hat und weiter revolutionieren wird, ist die digitale Signalverarbeitung realer, analoger Signale.

Zielrichtung des hier vertretenen Konzeptes ist genau dieses Gebiet. Bislang wurde z.B. an Berufsbildenden Schulen über die Digitaltechnik lediglich Ein- und Ausschaltvorgänge der Steuerungstechnik behandelt. Dabei eröffnen sich über die o.a. digitale Signalverarbeitung realer, analoger Signale phantastische neue Möglichkeiten, die mittels Analogtechnik niemals möglich wären. Die Analogtechnik wird nur noch dort eingesetzt werden, wo sie unvermeidbar ist: An der Informationsquelle und -senke sowie beim Übergang ins und vom physikalischen Übertragungsmedium.

Das hier vorgestellte Konzept ist z.T. so radikal neu in seinen unterrichtlichen Konsequenzen, dass Skepsis die erste Reaktion sein dürfte. Es erfordert schon viel Charakter, sein eigenes, über viele Jahre im Unterricht vorgetragenes Konzept kritisch zu hinterfragen. Aus diesem Grunde wurde keine Mühe gescheut, Überzeugungsarbeit zu leisten und auch viele Dinge tiefgründig auszuloten.

Empfohlen wird deshalb, zunächst das Vorwort (vom Mai 2000) bzw. die Einleitung für Schülerinnen und Schüler sowie für Studenten und (Hochschul-)Lehrer zu lesen. Erst danach sollten Sie sich an das eigentliche Konzept im Kapitel 1 wagen. Das Manuskript lebt von den zahlreichen, großflächigen Bildern (z.T. Vektor- format). Sie sind in voller Große in den digitalen Dokumenten (pdf-Dateien) vorhanden.

Nach nunmehr 23-jähriger Arbeit ist das in der 7. deutschen Auflage (Springer-Verlag; Heidelberg) vorliegende Buch/Lernsystem entstanden. 8 Jahre lang wurde es Stück für Stück im Unterricht und in der Lehrerausbildung erprobt bzw. evaluiert. Neue Fachgebiete und Techniken sind inzwischen wichtig geworden und wurden teilweise integriert. Derzeit wird es weltweit zu über 90 % an Hochschulen und Akademien in den Anfangssemestern eingesetzt. Konzipiert wurde das Buch/Lernsystem ursprünglich für Auszubildende und Lehrer an Berufsbildenden Schulen. Herauskristallisiert hat sich inzwischen ein weitaus größerer Adressatenkreis.

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News
Die 7. deutsche Auflage ist im Dezember 2016 erschienen! Neben der gründlichen Überarbeitung des bisherigen “Lernsystems”, einer neuen Softwareversion von DASYLab und einem für Windows 7- 10 geeigneten, einfachen Installationssystems ist ein weiteres Kapitel  hinzugekommen, welches abschließend den Blick lenkt auf Systeme der Natur, der Technik sowie der Wirtschaft und Gesellschaft, in denen Entropie, Selbstorganisation und deterministisches Chaos eine zentrale Rolle spielen.
Wichtig: Der Buchpreis bleibt unverändert!

Die dritte englischsprachige internationale Auflage ist 2013 erschienen. “Signals, Processes and Systems ... An Interactive Multimedia Introduction to Signal Processing” entspricht inhaltlich genau der 6. deutschen Auflage. Überarbeitet wurden jedoch zahlreiche Bilder, Textpassagen sowie zahlreiche der vorprogrammierten signaltechnischen Systeme.

Im November 2008 war die erste chinesische Auflage des Buches/Lernsystems erschienen. Tsinghua University Press in Beijing hatte eine Lizenz von Springer Heidelberg, Berlin, New York, Tokio erworben. Die Übersetzung geschah durch ein Team an der Nanyang Technological University um Prof. Bi Guoan in Singapore. Im digitalen Dokument wird allerdings die englische Version von DASYLab verwendet.

Herr Dr. Joachim Neher (vormals beim Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart) hatte zusätzliche DASYLab-Module für den Einsatz Neuronaler Netze in der Produktionstechnik entwickelt. Diese sowie weitere von ihm entwickelte Module für das neue Kapitel 15 “Dynamische Systeme, Entropie und Selbstorganisation!” wurden auch für das vorliegende Buch/Lernsystem zur Verfügung gestellt.

  • Buch und CD-ROM bilden ein Lernsystem, welches selbsterforschendes Lernen und die Visualisierung komplexer Vorgänge möglich macht. Dahinter steckt ein didaktisches Konzept für die Mikroelektronik/ Computer- und Kommunikationstechnik, welches auf der Visualisierung von Signalen und Prozessen sowie auf die grafische Programmierung signaltechnischer Systeme setzt.
  • Durch die Verwendung einer professionellen und weltweit eingesetzten Software der Mess-, Steuerungs- , Regelungs- bzw. Automatisierungstechnik können verwertbare Applikationen entwickelt, modifiziert und optimiert werden. Die computergestützte Verarbeitung realer Signale über die Soundkarte wird möglich. Es werden ca. 300 vorprogrammierte signaltechnische Systeme und Folienentwürfe geliefert bzw. interaktiv in das elektronische Dokument eingebunden.
  • Mit jeder neuen Auflage kamen neue Themen bzw. Kapitel hinzu:
    • Nach den Wavelet-Grundlagen in der 3. Auflage folgte die Diskrete Wavelet-Transformation DWT als die Methode zur Mustererkennung, Kompression und Rauschbefreiung in der 4. Auflage.
    • In der 5. Auflage sind in Kapitel 14 die Neuronalen Netze hinzu gekommen. Sie stellen gewissermaßen einen Paradigmenwechsel in der Signalverarbeitung dar.
    • In der 6. Auflage ist auf vielfachen Wunsch nun doch die mathematische Modellierung von Signalen, Prozessen und Systemen als abschließendes Kapitel hinzugekommen.
    • In der 7. und letzten Auflage ist nunmehr das Kapitel “Dynamische Systeme, Entropie und Selbstorganisation” hinzugekommen. Es behandelt nichtlineare Systeme, wie sie in Natur, Technik, Wirtschaft und Gesellschaft überwiegen.
  • Die internationale, englischsprachige Parallelausgabe wurde auf der Bildungsmesse Digita 2003 mit dem Deutschen Bildungssoftwarepreis (Studium/Ausbildung) ausgezeichnet.
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