Modul Ausgewählte Kapitel Informatik 1, Informatik (Bachelor) (SPO 5)

Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen der mobilen Anwendungsentwicklung anhand der Android-Plattform. Hierfür werden verschiedene Konzepte behandelt, die für die Erstellung einer Android-App von Bedeutung sind. Dazu zählen allgemeine Elemente, wie das Android Studio, Gradle, Activity, LifeCycle und Kotlin sowie die Verwendung des neuen UI-Frameworks Compose und weitere essenzielle Komponenten wie Architektur, ViewModel, Datenbank, Netzwerk und Coroutines. Ziel der Vorlesung ist es, den Studierenden das eigenständige Entwickeln einer einfachen Android-App zu ermöglichen. Begleitend dazu wird auch der unterstützende Einsatz von KI-Assistenten wie Github Copilot beleuchtet, bspw. für die Codevervollständigung und -generierung oder das Erklären von Codeabschnitten und Logik. Darüber hinaus werden Themen wie Tools, Profiling und Testing angesprochen.

• Vorlesungsfolien

Seminaristischer Unterricht mit Übungsaufgaben und Bonusaufgabe

Das Modul "Augmented & Virtual Reality" behandelt verschiedene Aspekte dieser aufstrebenden Technologien. Der theoretische Teil der Vorlesungen vermittelt ein grundlegendes Verständnis des Mediums, einschließlich Dimensionen der Realität, menschlicher Aspekte, Tracking, Interaktion & Interface, Bewegung, Stereoskopie und Content Creation.

Das Modul kombiniert theoretische Vorlesungen mit praktischen Übungen, um den Studierenden ein umfassendes Verständnis und praktische Fähigkeiten im Umgang mit Augmented & Virtual Reality zu vermitteln. Es werden Lehrmethoden wie Vorlesungen, Diskussionen, praktische Übungen, Projektarbeit und Kooperationen mit externen Institutionen verwendet. Zur Umsetzung der praktischen Übungen kommen verschiedene Technologien und Tools wie 360° Film-Erstellung, 3D-Modellierung, Licht & Texturierung, Unity-Entwicklungsumgebung, VR-Umsetzung mit HTC Vive oder Meta Quest und AR-Umsetzung mit Smartphones, jeweils mit Unity, zum Einsatz.

Das Modul zielt darauf ab, den Studierenden ein fundiertes Verständnis von Augmented & Virtual Reality zu vermitteln und sie mit praktischen Fähigkeiten auszustatten, um eigene Inhalte in diesen Technologien zu erstellen. Durch die theoretischen Kenntnisse und praktischen Erfahrungen sollen die Studierenden in die Lage versetzt werden, innovative und immersive AR- und VR-Anwendungen zu konzipieren, zu entwickeln und zu evaluieren. Am Ende des Moduls sollen die Studierenden in der Lage sein, eigenständig komplexe AR- und VR-Inhalte zu erstellen und zu präsentieren, um die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologien in verschiedenen Bereichen zu demonstrieren.

• Matthias Wölfel, Immersive Virtuelle Realität: Grundlagen, Technologien, Anwendungen, Springer Vieweg Berlin, Heidelberg, Link: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-66908-2
• Folien zur Vorlesung
• Jason Jerald, The VR Book: Human-Centered Design for Virtual Reality, Morgan & Claypool Publishers-ACM, 2015
• Joseph LaViola,‎ Doug Bowman,‎ Ernst Kruijff,‎ Ivan Poupyrev & Ryan P. McMahan, 3D User Interfaces: Theory and Practice, Pearson Education, 2017
• Holger Tauer, Stereo-3D, Schiele & Schoen, 2010

Die Vorlesung findet teilweise in immersiver virtueller Realität statt. Es werden dafür VR-Brillen an die Studierenden ausgeteilt.

Im Bildverarbeitungslabor werden die Inhalte der Vorlesung Computer Vision in praktischen Übungen angewandt und vertieft.

• Für das Labor stehen neben den Aufgabenbeschreibungen Frameworks und Beispielbilder zur Verfügung, die jeweils unter ILIAS abrufbar sind.
• D. L. Baggio, S. Emami, D. M. Escriva, K. Ievgen, N. Mahmood, J. Saragih, R. Shilkrot, "Mastering OpenCV with Practical Computer Vision Projects", 2012.

Für das Labor besteht zu allen Terminen Anwesenheitspflicht.

Das Modewort "Cloud" vertritt eine Reihe interessanter Technologien, die aus dem Arbeiten eines Informatikers kaum noch wegzudenken sind. Diese werden umfassend gesammelt, ergründet, erklärt und verstanden. Dabei steht der Nutzen für die Studierenden im Vordergrund, egal ob sie in die Rolle des Anwenders, des Entwicklers, des Administrators oder des Entrepreneurs schlüpfen. Ziele der Veranstaltung sind das Verstehen der Hintergründe des weiten Begriffs "Cloud Computing" unter vielen Blickwinkeln: Definition, Use Cases, Technologische Grundlagen, Anbieter, APIs, Skalierung, Redundanz uvm.

• Powerpoint-Folien
• Tafelmitschrift

Vorlesung

Im ersten Teil der Vorlesung werden elementare Grundlagen der Bildverarbeitung von lokalen Punktoperationen bis zu Filtertechniken und geometrischen Operationen behandelt. Im zweiten Teil werden vermehrt Techniken des maschinellen Sehens, wie z.B. 3D-Techniken und die Hinführung zu Situationsbeschreibungen besprochen.

• Skripte in Folienform
• R. C. Gonzalez, R. E. Woods, "Digital Image Processing", Prentice Hall International. 2008
• Wilhelm Burger, Mark J. Burge, "Principles of Digital Image Processing: Fundamental Techniques", Springer-Verlag London, 2009

Vorlesung mit integrierten Einheiten der Gruppenarbeit.

Es werden die wichtigsten Frameworks für die "klassische" Anwendungsentwicklung an jeweils einem durchgängigen Beispiel vorgestellt:

• FastAPI: Ein modernes Micro-Framework mit ca. 88.000 Stars bei GitHub für REST- und GraphQL-Schnittstellen (durch Strawberry) einschl. Validierung durch Pydantic sowie Authentifizierung und Token-basierte Autorisierung mit Keycloak
• Flask: Ein populäres Micro-Framework mit ca. 70.000 Stars bei GitHub für REST- und GraphQL-Schnittstellen (durch Strawberry) einschl. Validierung durch Marshmallow sowie Authentifizierung und Token-basierte Autorisierung mit Keycloak
• Django: Ein mächtiges, sehr weit verbreitetes Web-Framework.

In einem fließenden Übergang zwischen Vorlesungen und Übungen wird für jedes Framework ein durchgängiges Beispiel bereitgestellt, und zwar von der Schnittstelle (REST, GraphQL) bis zur Datenbank (PostgreSQL, MySQL, SQLite). Das objektrelationale Mapping wird durch SQLAlchemy umgesetzt. Weiterhin wird jedes Beispielprojekt als Docker-Image gebaut und mit Docker Compose als Container zum Laufen gebracht. Die Beispiele werden gemeinsam auf den studentischen Notebooks mit VS Code installiert und erläutert.

Bei diesen angeleiteten Übungen mit fertigen und lauffähigen Anwendungen werden die Studierenden auch mit der notwendigen Infrastruktur für Python vertraut gemacht. Dazu gehört z.B.

• uv (mit pyproject.toml) als Package und Project Manager
• Integrationstests mit pytest und requests
• Codeanalyse, Security-Analyse und Formatierer durch uv
• Generierung der API-Dokumentation mit mkdocs mit Material Design zzgl. PlantUML für UML- und ER-Diagramme
• Lasttests mit locust

• FastAPI https://fastapi.tiangolo.com
• Flask https://flask.palletsprojects.com
• SQLAlchemy https://www.sqlalchemy.org
• Strawberry https://strawberry.rocks
• Pydantic https://github.com/pydantic/pydantic
• Marshmallow https://marshmallow.readthedocs.io
• Keycloak https://www.keycloak.org

Das Wahlpflichtfach findet 14-tägig freitags im 3. und 4. Block statt; Beginn ist in der 2. Vorlesungswoche. Es wird vorerst nur im Sommersemester angeboten.

• Warum spielen wir?
• Spielen als Kompetenzerwerb
• gestalterische Aspekte, "Lenses" zur Beurteilung der Qualität von Spielen
• Ethik in Computerspielen, Belohnungsmechanismen und psychologische Wirkungsweisen
• Architektur von Computerspielen: Game View, Game Logik und Spielschleife
• Aufbau von Gaming Engines, Beispiele dazu. Event Management in Games. Physics Engines und ihre Programmierung. Modellierungssprachen X3D, COLLADA.

• Lehrbücher nach aktueller Vorstellung zu Veranstaltungsbeginn.

Vorlesungsteilnahme, ggf. Bonusaufgaben (Entwurf und Programmierung eigener Spiele).

Im Rahmen der Vorlesung werden zunächst die Begrifflichkeiten des Geschäftsprozessmanagements geklärt, bevor dann unterschiedliche Konzepte zur Geschäftsprozessaufnahme und -modellierung dargestellt und untersucht werden. Hierbei wird auch auf die Unterstützung durch geeignete Vorgehensmodelle und Software-Tools eingegangen. Auch neuere Konzepte, wie etwa das Process Mining, werden hier behandelt. Mithilfe entsprechender Tools werden Geschäftsprozesse aufgenommen und anschließend im Rahmen einer Fallstudie simuliert. Abschließend werden Aspekte der Qualitätssicherung von Prozessen, der Bewertung der Leistungsfähigkeit von Prozessen sowie der Prozesskostenrechnung behandelt. Die Studiernden sollen dabei in die Lage versetzt werden, eigenständig die Prozesse im Unternehmensumfeld bearbeiten zu können (Erfassung, Modellierung, Analyse).

Im Überblick:

• Der Prozessbegriff und Prozessarten
• Vorgehensmodelle im Prozessmanagement
• Prozessanalyse (Aufnahme von Prozessen)
• Prozessmodellierung (Veränderung von Prozessen)
• Werkzeuge der Prozessmodellierung
• Prozesssimulation
• Process Mining
• Kennzahlen zur Bewertung von Geschäftsprozessen

• Skript
• Übungsaufgaben
• Fallstudien (im ILIAS-System der Hochschule Karlsruhe)
• Zugang zu verschiedenen Werkzeugen

Seminaristischer Unterricht: Vorlesung, Fallstudien, Übungen

Grafisch-geometrische Algorithmen lösen Probleme, die auf geometrische Objekte wie Punkte, Linien, Flächen und Körpern im zwei- oder mehrdimensionalen Raum basieren (Algorithmische Geometrie, computational geometry). Diese Algorithmen und ihre zugrundeliegenden Datenstrukturen werden unter anderen in den Bereichen der Computergrafik, Robotik und Geoinformationssysteme angewendet. 

Studenten lernen typische Algorithmen aus der Algorithmischen Geometrie, deren Enturfsprinzipien und Anwendungsbereiche kennen. 
Sie werden befähigt die Algorithmen hinsichtlich ihrer Korrektheit, des Resourcenverbrauchs und Robustheit zu untersuchen und zu vergleichen.

Unter anderem werden folgenden Probleme exemplarisch behandelt:
Berechnung konvexer Hüllen, Schnitt- und Abstandsprobleme, Triangulierung von Polygonen, Geometrische Datenstrukturen wie kd-Bäume.
 

Mark de Berg, Otfried Cheong, Marc van Kreveld, Mark Overmars: "Computational Geometry: Algorithms and Applications", 2008, 3. Auflage, Springer-Verlag
Franco P. Preparata, Michael Shamos: "Computational Geometry: An Introduction", 1985, Springer-Verlag
Spezielle weiterführende Literatur wird in der Vorlesung bekannt gegeben. 

HsKAmpus soll umfassende Funktionen für Studierende aller Fakultäten der HsKA bereitstellen:

• https://www.h-ka.de/hskampus/
• https://www.youtube.com/watch?v=OcyRZrwXzVM

Hierzu gehören vorrangig Funktionen aus den sogen. Online-Services auf Basis des LSF-Servers (Veranstaltungen/Stundenplan, Einrichtungen, Personen, Studentisches Leben), des QIS-Servers (Notenansicht) und anderer Server (Mensa, KIT, KVV, …). Weitere Formate und Funktionen sind möglich:

• Erstellung bzw. Weiterentwicklung für Android, iOS, Windows, Web und unseren Broker/Server sowie die neue Ersti-Hilfe
• Bereitstellung in Google Play, Apple App Store, Microsoft Windows Store und als Web-App
• Marketing auf verschiedenen Kanälen (WebSite, FaceBook, Instagram, HsKA Site, Werbemittel, …)
• Benutzersupport
• Kommunikation an der Hochschule (Campustag).

http://www.hskampus.de

https://www.facebook.com/hskampus

https://www.instagram.com/hskampus/

Start-up Veranstaltung, Bildung von Gruppen, Projektplan, Projektmeetings, Entwicklung, Begleitung in allen Projektphasen

Zunächst erhalten die Studierenden einen Überblick über den internationalen Consultingmarkt und lernen die methodische Grundlagen dieser Branche sowie die Arbeitsschwerpunkte des IT-Consultings kennen. Es wird auf verschiedene Ansätze der Strategieberatung, Prozessberatung und IT-Systemberatung mit den jeweiligen Beratungswerkzeugen und -methoden eingegangen. 

• Vorlesungsmaterial vollständig in Powerpoint-Folien
• Tafelaufschrieb bei interaktiver Erarbeitung von Kernproblemstellungen
• Vorgaben zu Case Study Material

Teilnahme Vorlesung, Bearbeiten von Case Studie in der Gruppe zur Anwendung und Vertiefung verschiedener Beratungsansätze

Technische und topologische Mechanismen zur Netzwerksicherung, Angriffsmuster und Abwehrstrategien, Grundlagen, Ausprägungen und Abwehr von malicious Software, Analyse und Beurteilung von Sicherheit und sicherheitstechnischen Vorgängen. Am Ende der Vorlesungsveranstaltung werden praktische Fallbeispiele geübt, die einen Eindruck von der Anwendung der Vorlesungsinhalte bieten.

• Powerpoint-Folien

Vorlesung mit gewünschten Zwischenfragen; praktische Übungen im Netzwerklabor unter Anleitung der Dozenten

In der Vorlesung werden Rechtsfragen im Informationstechnologie- und Medienrecht behandelt, die den Studierenden im beruflichen Alltag begegnen. Die Studierenden lernen z.B. die Grundlagen beim Umgang mit urheberrechtlich geschützten Werken, Daten, Marken, Designs oder Persönlichkeitsrechten sowie bei der rechtssicheren Ausgestaltung von Internetseiten, Webshops und Apps kennen.

• Grundzüge des Urheberrechts und der relevanten gewerblichen Schutzrechte
• (IT-)Vertragsrecht 
• KI und Datenschutz
• Vertragsschluss im Internet
• Allgemeine rechtliche Anforderungen an Webseiten
• Internet- und E-Mail-Marketing
• Rechtsbeziehungen bei Apps
• Rechtliche Besonderheiten bei Social Media

• PowerPoint-Folien zum Referat
• Herzog, Recht für Designer, 2. Auflage 2022

RA Josua Neudeck (https://www.vogel-partner.eu/team/josua-neudeck/)

RA Jeremias Held (https://www.vogel-partner.eu/team/jeremias-held/)

Die Studierenden verfügen über umfassende theoretische und praktische Kenntnisse in der Konzeption, Gestaltung und Präsentation von interaktiven Projekten. Sie simulieren anhand von Webseitenprojekten oder Applikationen für mobile Endgeräte den Arbeitsalltag der Kreativabteilungen von Multimedia-Agenturen.

Sie lernen an Beispielen, wie Gestaltungsaufträge in der Praxis umgesetzt werden. Dazu gehören Arbeitsschritte wie Kundenbriefing, Brainstorming, Designkonzept, Moodboard, Entwurfsgestaltung, Prototypenbau und Präsentation der Projekte.

• Vorlesungsunterlagen
• Fallbeispiele aus der Praxis

Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben.

In der Vorlesung „Mobilkommunikation“ lernen die Studierenden die grundlegenden Prinzipien und Technologien mobiler Kommunikationssysteme kennen. Nach Abschluss der Veranstaltung können sie Problemstellungen mobiler Netzwerke wie drahtlose Signalübertragung, Medienzugriff und Mobilitätsmanagement beschreiben, Lösungsbausteine zur Lösung dieser Probleme identifizieren und anwenden sowie bestehende Lösungen bewerten. Außerdem sind sie in der Lage, die Eigenschaften und Anwendungen verschiedener drahtloser Systeme wie WLAN, Bluetooth, Mobilfunktechnologien (z. B. GSM, UMTS, LTE, 5G) und deren zugrunde liegenden Protokolle und Architekturen zu analysieren.

Die Vorlesung behandelt folgende Inhalte:

• Grundlagen mobiler Kommunikation: Drahtlose Signalübertragung, Multiplexing-Techniken, Bandspreizverfahren, OFDM, MIMO und Mehrwegeausbreitung.
• Medienzugriff: Verfahren wie Aloha, Carrier Sense Multiple Access (CSMA) und zeitschlitzbasierte Protokolle.
• Mobilitätsmanagement: Positionsmanagement, Handover und Routing in mobilen Netzen.
• Technologien und Standards: WLAN (IEEE 802.11), Bluetooth, Mobilfunknetze (GSM, UMTS, LTE, 5G).

Die Veranstaltung wird im Flipped Classroom-Format durchgeführt. Die Studierenden bereiten sich eigenständig mit Vorlesungsfolien und Erklärvideos auf die Live-Termine vor. In den Präsenzveranstaltungen werden die Inhalte durch Fallstudien und praktische Übungen vertieft. Die Prüfungsleistung besteht je nach Vereinbarung aus einer mündlichen Prüfung oder einer schriftlichen Klausur. Der Gesamtarbeitsaufwand beträgt 60 Stunden, wovon 20 Stunden auf asynchrones Lernen, 20 Stunden auf Präsenzveranstaltungen und 20 Stunden auf die Prüfungsvorbereitung entfallen.

• Foliensammlung und Erklärvideos im ILIAS-System
• Jochen Schiller, Mobilkommunikation. Pearson Studium, 2003
• Martin Sauter, Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, 8. Auflage, 2022 (als E-Book über die KIT-Bibliothek verfügbar)
• Weitere Hinweise in ILIAS und in der Vorlesung

Studierende erhalten einen Einblick in modell-basierte Methoden/Tools und deren Anwendung im Softwareentwicklungs Prozess (Kompilation und Programm Analyse),

Behandelte Themen sind:

• Syntax Analyse (Parser Tools/Generatoren)
• Semantik von Programmen
  • Typsysteme
  • Operationale Semantik
  • Interpreter/Virtuelle Maschinen
• Programm Analyse

• Foliensammlung
• Tafelmitschrift
• Ausgearbeitete Beispiele und Übungen
• Online Referenzen

Voraussetzung:

• Programmierkenntnisse
• Logik (zumindest Aussagenlogik)

Seminaristischer Unterricht, ein Drittel der Vorlesung als betreute Projektarbeit (Labor) um die Anwendung des theoretischen Wissens zu ermöglichen.

Neben Java als Plattform für Frameworks, wie z.B. Spring, hat sich JavaScript etabliert und wird von renommierten Unternehmen, wie z.B. PayPal, Netflix und Facebook nicht nur auf der Clientseite, sondern auch auf der Serverseite erfolgreich eingesetzt; dazu hat auch Express beigetragen. Außerdem ist JavaScript als schwach typisierte Programmiersprache anfällig für Laufzeitfehler. Seit TypeScript und VS Code jeweils von Microsoft veröffentlicht wurden, hat sich das grundlegend geändert. Bis auf wenige Ausnahmen sind alle großen und etablierten JavaScript-Frameworks und -Bibliotheken mittlerweile in TypeScript implementiert. Konsequenterweise gibt es auch eine Initiative, die einen Großteil der Typisierung durch TypeScript als Standard in JavaScript vorschlägt https://github.com/tc39/proposal-type-annotations.

Die Veranstaltung gliedert sich in einen Server- und einen Client-Teil (WAS):

• Nest als modernes Framework für Serveranwendungen, das in TypeScript implementiert ist und in vielfacher Weise dem Spring Framework für die Java-Plattform ähnelt.
• Angular (von Google) und React (von Meta) als führende Frameworks bzw. Bibliotheken für Webapps.

Mit einem lauffähigen Beispiel werden für Nest folgende Features erläutert (WOMIT):

• REST- und GraphQL-Schnittstelle
• Zugriff auf relationale DB-Systeme (PostgreSQL und MySQL) durch TypeORM als OR-Mapper
• Authentifizierung und Token-basierte Autorisierung mit Keycloak

An weiteren lauffähigen Beispielen werden Angular und React erläutert und ihre Unterschiede herausgearbeitet (WOMIT):

• Angular als Framework mit objektorientierten UI-Komponenten und objektorientierter Programmierung in TypeScript
• React als leichtgewichtige Bibliothek mit funktionalen UI-Komponenten und funktionaler Programmierung sowie zusätzlichen Bibliotheken z.B. für Routing, Formulare oder den Zugriff auf Backend-Systeme

Dadurch erwerben die Studierenden die Kompetenz, um einerseits den Einsatz von einem JavaScript-basierten Framework für die Serverentwicklung abzuwägen und andererseits zu entscheiden, ob für die Client-Entwicklung ein Framework wie Angular oder eine leichtgewichtige Bibliothek wie React angemessen ist (WOZU).

• TypeScript https://www.typescriptlang.org
• Nest https://nestjs.com
• GraphQL https://graphql.org
• TypeORM https://typeorm.io
• Angular https://angular.io
• React https://reactjs.org
• Bootstrap https://getbootstrap.com

Die Teilnehmer werden in die Lage versetzt, sich in einem Rechenzentrumsbetrieb mit internen und externen Schnittstellen zurechtzufinden und ihren persönlichen Beitrag gemäß ihren Fähigkeiten in einer solchen Organisation einzubringen. 

• Mitschrift
• Vertiefung im eLearning-System

Unterricht; Übungen im eLearning-System

• Vorlesungsskript
• Fallbeispiele aus der Praxis

Seminaristische Vorlesung mit Übungsaufgaben