Während für viele Anwender dasWissen um die Bedienung vorgefertigterStandardprogramme vollauf ausreicht,wird vom kreativ tätigen Ingenieur mehrerwartet: Er soll in der Lage sein, neueWege zu gehen und die dabei sich stellen-den Probleme effizient zu lösen. Dabeiexistieren vielfach keine vorgefertigtenSchemata - weder Denkschablonen nochfix und fertige Computerprogramme, dieihm helfen könnten, die Nuss zu knacken.Neben allgemeinen Computerkenntnissenwerden daher von vielen Firmen fundierteProgrammierkenntnisse vorausgesetzt.

im 8. Semester schließlich der WorkshopInformatik 3 angeboten, in dem man ler-nen kann, wie man von einem Rechneraus externe Geräte ansteuern kann. DieAbbildung 1 gibt eine Übersicht über Glie-derung und Inhalte der Informatik-Aus-bildung.

Die Grundlagen:Informatik l

Gleich zu Beginn im 1. Semester desStudiums steht das Fach Informatik 1 auf

Informatik ist zu einer Wissenschaftgeworden, die wie keine andere inden letzten Jahrzehnten unsereGesellschaft geprägt und veränderthat. Computer finden sich heute innahezu jedem Haushalt, jeder dritteBundesbürger ist im Internet-zumindest gelegentlich. Und erstrecht im beruflichen Umfeld sindComputer zu einem unentbehrlichenArbeitsmittel geworden. Kein Hand-werksbetrieb oder Geschäft, keinBüro kann heute auf den Einsatz vonPCs verzichten. Und auch für vieleAugenoptiker ist der direkte Online-Kontakt zu den Herstellern oderauch der Einsatz PC-gestützter Mess-verfahren neben der normalen Buch-führung und Kundendatenbank zueinem selbstverständlichen Einsatz-feld der Computertechnik geworden.

Informatik gehört heute zum „Grund-wortschatz" jedes Ingenieurs, genausowie höhere Mathematik, Konstruktions-lehre und Naturwissenschaften. Dem trägtauch die Ausbildung zum Ingenieur derAugenoptik an der Fachhochschule AalenRechnung. Im Folgenden soll ein kurzerEinblick in Umfang und Inhalte der Infor-matik-Ausbildung gegeben werden.

Gliederung derAusbildung

Im Curriculum des Studiengangs Augen-optik der FH Aalen hat die Informatikeinen festen Platz. Gleich zu Anfang desStudiums werden in der Vorlesung Infor-matik 1 grundlegende Kenntnisse derProgrammierung vermittelt. Diese Vorle-sung ist vierstündig und „gipfelt" in einer90-minütigen Klausur. Die weiteren Vor-lesungen laufen im Hauptstudium: Im7. Semester werden im Programmierprak-tikum Informatik 2 grundlegende Kennt-nisse der Windows-Programmierung ver-mittelt. Für interessierte Studenten wird

dem Stundenplan. In wöchentlich vierStunden lernen die Studenten die Grund-lagen aller weiteren Beschäftigung mitdem Computer kennen: Nach einem Aus -flug in die Geschichte des Computers undeinem Überblick über die Funktionsweiseseiner einzelnen Komponenten folgt eineEinführung in Binärzahlarithmetik - sorechnet ein Computer intern. Für Hard-ware-nahe Programmierung ist das wichtig.Darauf folgt der Hauptteil der Vorlesung:Anhand der Programmiersprache FreePas-cal, die es im Internet kostenlos gibt,werden die Studenten mit den Grund-elementen der imperativen Programmie-rung vertraut gemacht: Ein Computerverarbeitet eine lineare Abfolge von Be-fehlen. Bedingte Anweisungen ermög-lichen dabei, dass das Programm flexiblerreagieren kann. Durch verschiedenartigeSchleifenkonstrukte können Programm-teile mehrfach ausgeführt werden. Unter-programme mit den Möglichkeiten derlokalen Datenräume und Parameterüber-gabe dienen nicht nur dazu, häufig ver-wendete Programmteile zu bündeln son-dern insbesondere auch zur Erzielung

Informatikausbildung imStudiengang Augenoptik

der FH Aalen

eines hohen Grades an Übersichtlichkeitdurch Modularisierung. Nach etwa dreiVierteln des Semesters sind die Studentenin der Lage, Probleme mittlerer Komple-xität in ein übersichtlich strukturiertesProgramm umzusetzen.

In den verbleibenden Wochen desSemesters wird eine andere Thematik be-handelt: Die vielfältigen Möglichkeitendes Internet hat jeder Student schon vordem Studium kennen und nutzen gelernt.Aber wie kommen die Informationen insWeb? Die Vorlesung vermittelt einenGrundwortschatz in HTML, der Seiten-beschreibungssprache, in der Webseitenformuliert werden. Erste Gehversuche alsWeb-Designer kann jeder Student bei derGestaltung einer eigenen Homepagemachen, die am Ende des Semesters dann

auf den Webserver des Fachbereichs ge-stellt wird. Wenn Sie sich das einmal an-sehen wollen: Folgen Sie von der Startseitehttp://www.fh-aalen.de/sga ausgehendden Links „Wer sind wir?" → „Studenten"→ „Homepages".

Informatik 1 läuft im Rechner-Pool undnicht in Form von Frontalunterricht: JederStudent hat die Möglichkeit, während derVorlesung das Gehörte sofort auszu-probieren und umzusetzen - und zwar so-lange, bis es tatsächlich funktioniert.

Weiter mit Windows:Informatik 2

Die Vermittlung der Grundelemente derProgrammierung sollte auf möglichst ein-

fache Weise in einer Sprache erfolgen, diemethodisch auf die Belange des Lernen -den zugeschnitten ist: Möglichst wenigSonderfälle, kein überflüssiger Funktions-umfang, Modularisierbarkeit durch sauberimplementierte prozedurale Möglich-keiten (Unterprogrammtechnik). Hierzueignet sich Pascal in idealer Weise undwird daher im ersten Semester verwendet.Dabei sollte auf die Belange des Betriebs-systems möglichst noch keine Rücksichtgenommen werden müssen, denn bevorman Programme schreibt, die aufBetriebssystemsschnittstellen zugreifen,muss man zunächst überhaupt Program -me schreiben können.

Die dabei entstehenden einfachen DOS-Programme entsprechen vom Erschei-nungsbild und von der Benutzerschnitt -stelle her natürlich nicht dem Stand derTechnik und den heutigen Erwartungen.Hier setzt die weiterführende Veranstal-tung Informatik 2 im siebten Semester an.Die Vorlesung findet im zweiwöchent -lichen Turnus vierstündig statt. Nach einerkurzen Einführung in die Prinzipien derobjekt-orientierten Programmierung wer-den nach dem Prinzip „learning by doing"die Grundelemente der Sprache VisualBasic kennengelernt. Die Arbeit mit vorge-fertigten Bausteinen, Objekten, erfordertvon vielen zunächst ein Umdenken. Nacheinigen Wochen beginnt die Programmie-rung aber richtig Spass zu machen - dieGestaltung einer graphischen Benutzer-oberfläche mit Schaltflächen, Schiebe-reglern, Bildern und Textboxen ist kinder-leicht und man sieht das Programm schon

Abbildung 1: Die Gliederung der Informatik-Ausbildung

Abbildung 2: Studenten in der Vorlesung Informatik 1

Abbildung 3: Das Anomaloskop - einProgrammbeispiel aus Informatik 2

während des Programmierens wachsen. ImErgebnis entstehen dabei in kurzer Zeiteinfache Tools mit einem modernen Er-scheinungsbild, wie zum Beispiel das inder Abbildung 3 gezeigte Anomaloskop,das in der dritten Kurseinheit program-miert wird: Mit drei Schiebereglern lässtsich die Farbe des rechten Feldes der zu-fälligen Farbe des linken Feldes möglichstangleichen. Wie weit man vom Sollwertentfernt ist, verrät ein abschließenderMausklick.

Eine derart umfangreiche Sprache wieVisual Basic kann man nicht in einemSemester lernen. Und daher ist eines derZiele der Veranstaltung Informatik 2 die„Hilfe zur Selbsthilfe". Die Entwicklungs-umgebung bietet viele Hilfsmöglichkeiten.Viel Neues kann man mit guter Erfolgsaus-sicht durch Ausprobieren herausbekom-men. Man muss sich nur trauen. In derletzten Stunde können die Studenten an-hand einer Problemstellung, die in derVorlesung nicht behandelt worden ist,dann ausprobieren, ob sie mit den Mög-lichkeiten der Entwicklungsumgebungumgehen können und in der Lage sind,auch neue Features zu erproben und zunutzen. Dafür gibt es dann den erforder-lichen Schein als Leistungsnachweis.

Die Kür:Informatik 3

Mit dem siebten Semester ist der Pflichtteilder Informatikausbildung abgeschlos -sen. Die Studenten sind in der Lage,mittelschwere Problemstellungen durchProgrammierung zu lösen - auch unterWindows. Aber ungefähr ein Drittel derStudenten möchte noch eine weitere Ver-tiefung der Informatikkenntnisse er-reichen. Daher wird im achten Semesterals Wahlfach „Informatik 3" angeboten,ebenfalls vierstündig in zweiwöchigemTurnus.

In „Informatik 3" geht es um Hardware-nahe Programmierung. Viele industrielleGeräte arbeiten entweder gesteuert durcheinen PC oder mit internen Mikroprozes-soren. Welche Möglichkeiten es gibt undwie man ein solches System prinzipiell auf-baut und programmiert, soll in diesemFach vermittelt werden. Am Anfang stehtein Infoblock über die Funktionsweise von

Prozessoren, Bussystemen, l/0-Ports undperipheren Komponenten. Danach gehtes in die Praxis: Als Übungstool steht dasGerät Informatix 3 zur Verfügung, das andie Parallelschnittstelle (Druckerport) einesPCs angeschlossen werden kann. Informa-tix 3 wurde von J. Nolting und W. Schinkoentwickelt und ist modular aufgebaut: Esbeinhaltet verschiedene Komponenten(zum Beispiel Schrittmotor, AD-Wandler,LC-Display), die unabhängig voneinanderangesteuert werden können. Dadurchkönnen die Studenten verschiedene typi-sche Möglichkeiten extern ansteuerbarerPeripherie kennenlernen:• Programmierung von Lauflichtern• Rückmeldung von Tastenbetätigungen an

den PC• Messung elektrischer Spannungen mit

verschiedenen AD-Wandlern• Taktung eines Schrittmotors• Ansteuerung eines LC-Displays

Die Veranstaltung läuft als Workshop inGruppenarbeit: Zur Vorbereitung löst jedeGruppe selbstständig zuhause eine Pro-grammieraufgabe. Die Mitglieder dieserGruppe arbeiten in der Veranstaltungdann als Tutoren, um den Mitstudentenbei der Lösung des Problems als Berater zurSeite zu stehen. Dies fördert ein hohesEigen-Engagement und führt zur Errei -chung des Lernziels bei jedem einzelnenTeilnehmer. Schließlich muss man gegenü-ber seinen Mitstudenten bei der Lösungeiner Programmieraufgabe Rede undAntwort stehen. Zur Vorbereitung kanndie jeweils nächste Tutorengruppe einInformatix-Gerät ausleihen. Damit auchStudenten aus den anderen Gruppen dieVeranstaltung vor- oder nachbereiten kön-nen, wurde eine Software-Emulation desGerätes geschrieben. In einem Windows-Fenster läuft ein „virtuelles" Abbild desGerätes. Das Ansteuerprogramm steuert

Abbildung 4: Für daheim: Das virtuelle Informatix-Gerät

Abbildung 5: Informatix 3 im Einsatz

Abbildung 6: Beispielhafte Diplomarbeitenaus dem Bereich „Computer in der Augen-optik"

dann anstelle des echten Gerätes dieseEmulation - es muss dazu lediglich ein ein-ziger Bibliotheksaufruf ausgetauscht wer-den.

Abbildung 5 gibt einen Eindruck vonder Arbeit im Workshop. Am Ende weißjeder, welche Möglichkeiten existieren,Geräte durch den Einsatz von Mikro-prozessoren zu steuern.

Für Experten:Diplomarbeiten

Ein Diplomarbeitsthema kann jederStudierende in Absprache mit den Profes-

soren frei wählen, und immer wieder fin-den sich Studenten mit einem speziellenInteresse für Arbeiten aus dem Feld„Computer in der Augenoptik". EinigeBeispiele für gelungene Arbeiten zeigt dieAbbildung 6:1. Geo-Optik Toolbox: Eine Sammlung von

nützlichen Optik-Programmen für dasInternet, programmiert in Java [1]

2.Das virtuelle dreidimensionale Augen-modell im Internet, programmiert inVRML [2]

3.Refraktion einer Webcam, der Phorop-terwird über das Internet fernbedient (TurboPascal fü r den Steuerrechner,Visual Basic CGI-Skript für den Webserver,HTML-Bedienseite mit JavaScript-Funktio-nen für den Nutzer im Internet) [3]

4. Ein Generator für dynamisch verrausch-te Sehzeichen, programmiert in Delphi[4]

5.Perimetrie mit dem Cyberhelm, pro-grammiert in Turbo Pascal [5]

6. Geo-Optik SimLab, das virtuelle Labor-praktikum fürs Internet, programmiertin Java [6]

Neue Möglichkeiten:Der Rechner-Pool

Im Herbst 2001 kam der Bescheid:Der Förderantrag des StudiengangsAugenoptik der Fachhochschule Aalenwird bewilligt. Aus dem Programm zur

Förderung von Großinvestitionen nachdem Hochschulbauförderungsgesetz (HBFG)werden die Mittel bereitgestellt zumAufbau eines eigenen Rechner-Pools. In-zwischen sind alle Geräte beschafft, mitBeginn des Sommersemesters 2002 istder Pool in Betrieb gegangen. Dazugehören 16 PCs der oberen GHz-Klasse(Pentium IV) mit je 256 MB RAM undFlachbildschirmen, zwei High-End-PCsmit 1 GB RAM für Bild- und Videobearbei-tung, ein Netzwerkserver, Farblaser-drucker, Flachbettscanner, Diascanner,Diabelichter und Video-Beamer. Abbil -dung 7 zeigt die Konfiguration des Pools.

Über die Standard-Software (MS Office,Visual Basic, Pascal, Corel Draw) hinaus,konnte der Pool mit den Software-PaketenVisual Studio (C++ und Java), Delphi,SPSS, MatLab und Statistica ausgestattetwerden, so dass neben weiterführendenProgrammieraufgaben insbesondere auchAuswertungen und mathematische Ana-lysen für Studien- und Diplomarbeitendurchgeführt werden können. Besonderszu erwähnen ist die Ausrüstung mit demOptik-Programm ZEMAX, so dass es mög-lich wird, Praktika und Übungen in Optik-Design anzubieten.

Der Pool steht außerhalb der Vorle-sungszeit allen Studenten des Studien-gangs für Übungen und Auswertungenoffen und verfügt über die 36-MBit-Stand-leitung der Fachhochschule über eineultraschnelle Anbindung ans Internet.

Prof. Dr. Jürgen Nolting

Literaturverzeichnis

[1] J. Nolting, T. Sroka: „Geo-Optik Toolbox - EineSammlung nützlicher Optikprogramme für dasInternet", DOZ 1/2002: 32-39 (2002)

[2] J. Nolting, U.Barth: „Hier geht's ins Auge! Einvirtuelles dreidimensionales Augenmodell imInternet", DOZ 8/99, 12-17(1999)

[3] N. Lemke: „Phoroptersteuerung über das Internet",Diplomarbeit, Studiengang Augenoptik,Fachhochschule Aalen (2001), Veröffentlichung inder DOZ in Vorbereitung

[4] Ch. Hohmann: „Dynamisch verrauschte Sehzei-chen", Diplomarbeit, Studiengang Augenoptik,Fachhochschule Aalen (2000), Veröffentlichung inder DOZ in Vorbereitung

[5] J. Nolting, Th. Körbe: „Ein Screenmg-Test aus derSpielhalle - Perimetrie mit dem Cyberhelm", DOZ1/2001, 30-35 (2001)

[6] J. Nolting, P. Menne: „Simulation geometrisch-optischer Versuche mit Java", DOZ 7/2001, 26-31(2001)

Abbildung 7: Die Konfiguration des neuen Rechner-Pools des Studiengangs Augenoptikder FH Aalen