Hoppa till huvudinnehållet
Till KTH:s startsida

ED1100 Ingenjörsvetenskap 7,5 hp

Kurs-PM HT 2024-52200

Version 1 – 2024-08-19 14:54:55

Kursomgång

CLGYM (Startdatum 2024-08-26, Svenska)

Undervisningsspråk

Svenska

Kursen ges av

EECS/Elektroteknik

Kurs-PM HT 2024

Administrera Om kursen

Rubriker markerade med en asterisk ( * ) kommer från kursplan version HT 2024

Innehåll och lärandemål

Kursinnehåll

  • Teknikens och naturvetenskapens framväxt.
  • Dynamiska modeller av förlopp i naturen.
  • Storheter, enheter och naturkonstanter.
  • Metodik för konstruktion av matematiska modeller.
  • Hypotetisk-deduktiv forskningsmetodik.
  • Dynamiska iterativa system, ickelinjära system och kaos.
  • Empiriska och teoretiska modeller.
  • Användning av derivator vid modellering.
  • Grafisk modellanpassning.
  • Minsta kvadratmetoden och Chebyshevs metod.
  • Regressionsanalys av stora datamängder.
  • Felkällor vid modellering.
  • Uppskattningar.
  • Rimlighetsbedömningar.
  • Extremfallsanalys.
  • Proportionalitet.
  • Dimensionsanalys för kontroll av beräkningar och för framtagning av nya samband.
  • Simulering.
  • Differentialekvationer vid modellering.
  • Datorverktygen Python och Excel.
  • Historik över kvinnors studier vid högre teknisk utbildning.
  • Föreställningar om ingenjören.
  • Ingenjörens och teknikanvändarens roller i ett genusperspektiv.
  • Introduktion till muntlig presentation och vetenskapligt skrivande.

Lärandemål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna

  • skapa matematiska modeller för givna förlopp i stegen problemidentifiering, antaganden, lösning, tolkning, verifiering och implementering
  • konstruera och grafiskt representera teoretiska och empiriska modeller utifrån empiriska data
  • göra uppskattningar, rimlighetsbedömningar samt utföra dimensionsanalys av erhållna samband
  • använda datorverktygen Python och Excel som stöd vid problemlösning
  • beskriva huvuddragen i teknikens och naturvetenskapens historiska utveckling och resonera kring deras inbördes relation
  • konstruktivt reflektera över manliga och kvinnliga ingenjörers roll i samhället
  • visa grundläggande färdighet i att skriftligt och muntligt kommunicera teknik och naturvetenskap.

Om kursen

Detta är en kurs i Ingenjörsvetenskap, baserad på löpande examination. Avsikten är att motivera dig till aktivt lärande under hela kursens gång. Därmed behöver du inte avvakta tills tentamensdags; examinationen består istället av inlämningsuppgifter, deltagande i seminarier, lektioner och övningar samt ett avslutande didaktiskt presentationsmoment. Din egenaktivitet är viktig. Uppskattningsvis bör du ägna 10-12 timmar i veckan åt kursen utanför schemalagd undervisning. En del föreläsningsmaterial går du igenom själv när du svarar på hemstudiefrågor,
som lämnas in. Även om vi uppmuntrar till samarbete med studiekamraterna är det viktigt att du lämnar in egna lösningar!

Syftet med kursen i Ingenjörsvetenskap är att bygga upp en identitet som ingenjör och naturvetare. Förmågan att skapa och hantera matematiska modeller blir därmed central och är också huvudtemat i kursen. För motivationens skull är det viktigt att hela tiden se tillämpningar. Därför utformar vi föreläsningarna kring tydliga delmål, som vi löser tillsammans. I den här kursen är det ofta tillåtet att göra ”fel”. Att sätta sig in i problemställningarna, diskutera och försöka ta fram lösningar är viktigare än att räkna ”rätt”. Förståelsen är i fokus.

Som du ser nedan har kursen en hel del struktur. Återkom därför gärna regelbundet till detta kurs-PM! Det finns emellertid utrymme för ändringar; två av studenterna kommer tillsammans med kursansvarig att utgöra en kursnämnd under kursens gång. Kan något förbättras under resans gång så försöker vi alltså göra det.

 

Ämnesbeskrivning

Allmänt sett är ingenjörsvetenskap ett vetenskapsområde som behandlar tekniska problem. Och teknik kan helt enkelt definieras som ”människans metoder att tillfredsställa sina önskningar genom användandet av föremål eller andra objekt”.

Genom tiderna har vi alltmer förfinat de tekniska tillämpningarna och våra frågeställningar rör sig idag ofta om modellering och optimering. Tyngdpunkten i denna kurs ligger därför på matematiken som verktyg för att skapa teoretiska modeller inom naturvetenskapen och tekniken. Vi introducerar även datorhjälpmedel som Python och Excel.

Teknik är normalt inte tillämpad naturvetenskap, utan har länge haft en fascinerande utveckling parallellt med naturvetenskapen. Du får detta belyst i seminarierna i teknikhistoria, där även omvärldens och medias ständigt varierande syn på naturvetaren/teknikern diskuteras. Hur vi uppfattar naturvetenskap och teknik beror delvis av vilket kön vi har. Hur detta påverkar lärandet om och utövandet av teknik och din yrkesroll behandlas också i kursen.

 

Undervisningformer

Kursen består av flera olika sorters aktiviteter. Nedan beskrivs syftet med de huvudsakliga aktiviteterna.

 

Föreläsningar

Föreläsningarnas syfte är att orientera om och ge förståelse för teknikvetenskapliga problem och hur dessa kan ges en matematisk beskrivning. Varje föreläsning fokuseras på tydliga målproblem. Vi diskuterar även teorin som hör samman med problemställningen. Du bör studera/skumläsa aktuellt kapitel i kursboken innan du tar del av föreläsningen!

Föreläsningarna ger upphov till ett antal frågeställningar som blir föremål för hemuppgifter. Dessa är tillgängliga på kurshemsidan i samband med veckans första föreläsning. Hemuppgifterna utgör en viktig del av den kontinuerliga examinationen och ger delpoäng för examen.

 

Övningar och lektioner

Syftet är här att se de praktiska tillämpningarna i kursen samt att få träning i att gå från problemformulering till lösningsskiss. Övningarna inleds ofta med en kort summering av senaste genomgångna teorin, varefter lämpliga räkneexempel gås igenom.

Den andra övningstimmen ägnas åt minigrupparbeten, varvid studenterna gruppvis disku-
terar ett givet problem och tar fram en lösningsskiss. Här är förståelse viktigare än att räkna exakt rätt. Minigrupparbetet inlämnas med namnpåskrifter (ger delpoäng till examinationen). OBS! Medtag ALLTID miniräknare, boken MM, Basic Skills + utdelade tabeller/formelblad! Den tredje timmen diskuterar vi lösningen till grupparbetet och rättar varandras hemuppgifter.

Prof. em. Göran Grimvalls (Teoretisk Fysik) inspelade digitala lektioner om Ingenjörsmässiga färdigheter ger träning i uppskattningar, dimensionsanalys och kontroll av erhållna samband.

 

Seminarier

Vad är en ingenjör och vad är skillnaden mellan teknik och naturvetenskap? I två seminarier diskuteras dels ingenjörsutbildningens historia och uppfattningar om ingenjörer med fokus på KTH och dels hur teknik och naturvetenskap utvecklats genom tiderna.

Är det annorlunda att vara manlig respektive kvinnlig teknolog och sedan ingenjör?
Hur var det förr? Uppfattar män och kvinnor lärandesituationen annorlunda? Påverkas synen på teknik av kön/genus? Vad bör jag veta om kön/genus inom naturvetenskap och teknik?

Rapportskrivning / Presentationsteknik
Vi ger en introduktion till skriftlig och muntlig presentation av teknik och naturvetenskap.

 

Studiebesök

Vi besöker även Nobelmuseet. I denna ”extramurala lärmiljö” kommer du att lära dig mer om kreativitet och om manliga och kvinnliga nobelpristagare. En kort historik om kemisten och uppfinnaren Alfred Nobel själv ingår också. (Adress: Stortorget, Gamla Stan).

 

Alumnipresentation

Examinerade CL-studenter berättar om hur det är att arbeta som ingenjör. Ett utmärkt tillfälle att diskutera ingenjörsrollen.

 

Förberedelser inför kursstart

Kurslitteratur

Matematisk modellering

  • A First Course in Mathematical Modeling, F. R. Giordano, W. P. Fox, S. B. Horton och M. D. Weir, Thomson 2014. Benämns MM. Kårbokhandeln, KTH (cirka 900 kr).
  • Basic Skills in Physics and Engineering Science, G. Grimvall, KTH. Benämns GG. Bok, nedladdas från hemsidan som PDF (utan kostnad).

Teknikhistoria/ingenjörsrollen

  • Den Kupade Handen – Historien om människan och tekniken, B. Sundin, Carlssons. Benämns KH. Kårbokhandeln, KTH (cirka 220 kr).
  • Från eftersatt till eftersökt, Anna Karlqvist, KTH. Benämns AK. Utdelas utan kostnad.
  • Ifrågasättanden, Kap 2 – ”Kunskapens miljöer”, Boel Berner. Benämns BB. Utdelas utan kostnad.

Vi ber dig att själv informera kursansvarig om eventuella behov då Funka inte informerar kursansvarig.

Examination och slutförande

Betygsskala

P, F

Examination

  • ANNA - Inlämningsuppgifter, 4,5 hp, Betygsskala: P, F
  • ANNB - Deltagande i seminarier och lektioner, 1,5 hp, Betygsskala: P, F
  • ANNC - Didaktiskt moment, 1,5 hp, Betygsskala: P, F

Examinator beslutar, baserat på rekommendation från KTH:s handläggare av stöd till studenter med funktionsnedsättning, om eventuell anpassad examination för studenter med dokumenterad, varaktig funktionsnedsättning.

Examinator får medge annan examinationsform vid omexamination av enstaka studenter.

Betygsskala P/F.

Avsnittet nedan kommer inte från kursplanen:

ANNA - Inlämningsuppgifter, 4,5 hp

Det här momentet examineras genom inlämning av hemuppgifter och minigrupparbeten. Poängtilldelning sker enligt följande:

  • Varje hemuppgift (totalt 6 st) ger max 5 poäng. Uppgifterna utdelas under respektive veckas första föreläsning. Ska medtagas till övningen samma dag som inlämningsdatum och lämnas in både fysiskt och på Canvas.
  • Minigrupparbeten ger följande poäng om inlämnade och godkända på
    • 5-6 övningar: 10 poäng
    • 3-4 övningar: 7 poäng
    • 2 övningar: 4 poäng
    • 0-1 övning: 0 poäng

Maximalt 40 poäng är alltså tillgängliga. Minst 30 poäng behövs för godkänt moment. OBS! I Hemuppgift 1, 2 och 6 ingår fler obligatoriska moment.

ANNB - Deltagande i seminarier och lektioner, 1,5 hp

Undervisningen i seminarie- och lektionsform samt studiebesök och alumnipresentation är obligatorisk, varför närvaro tas upp vid dessa 5 + 2 + 1 + 1 = 9 tillfällen. Med ”närvaro” på Lektioner avses att fullt besvarade Inlämning 1 och Inlämning 2 laddas upp på kurshemsidan innan respektive deadline. Om du missar fler än två (2) av närvarotillfällena måste du utföra kompletterande examination. Notera dock att Lektionsinlämning 1 och 2 måste göras.

ANNC - Didaktiskt moment, 1,5 hp

För att utveckla den kommunikativa förmågan är det viktigt att redan tidigt reflektera över olika sätt att muntligt presentera ett givet material. Vi kommer därför att ge dig ett sådant tillfälle i slutet av denna kurs. Under utbildningen på CL-programmet kommer du därefter varje år träna på och utveckla muntlig presentation i andra kurser, både på KTH och SU.

Ett par veckor innan slutet av kursen tilldelas du cirka fyra olika ämnen varav två ämnen tas från seminarieserien. Examinationen sker muntligt i grupper om åtta studenter där varje student under cirka 15 minuter ”undervisar” de övriga i ett av ämnena – vilket det blir avgörs först vid presentationstillfället. En otvungen stämning eftersträvas där ”klass” och examinator kan ställa nyfikna frågor. Ett (totalt endast ett!) A4-blad (båda sidorna OK) med stödanteckningar får medföras. Efter presentationen följer en diskussion av pedagogiska aspekter. Gruppindelningen baseras på tidpunkt för anmälan.

Övriga krav för slutbetyg

Inlämningsuppgifter, deltagande i seminarier och lektioner samt presentationsmoment.

Möjlighet till komplettering

Detta gäller de som eventuellt inte uppfyller examinationskraven vid kursens slut.

Hemuppgifter

Kan kompletteras. Detta görs inom sex terminsveckor efter kursslut. Anmäl intresse till kursansvarig så snart som möjligt, efter det examinationsresultaten meddelats, för tilldelning av uppgifter.

Deltagande i seminarier

Kompletteras företrädesvis vid nästa kursomgång läsåret därpå. Alternativt kan annan uppgift utföras i januari (se kurshemsidan). Komplettering av inlämningsuppgifter till lektioner görs i samband med ordinarie kurstillfälle.

Presentationsmoment

Kompletteras vid nästa examinationstillfälle. Det finns också möjlighet att genomföra detta i januari (se kurshemsidan).

Nästa examinationstillfälle

Kursen examineras, förutom vid ordinarie examination efter period 1, också i januari. Se annonsering på kurshemsidan. Intresseanmälan till kursansvarig måste göras.

Etiskt förhållningssätt

  • Vid grupparbete har alla i gruppen ansvar för gruppens arbete.
  • Vid examination ska varje student ärligt redovisa hjälp som erhållits och källor som använts.
  • Vid muntlig examination ska varje student kunna redogöra för hela uppgiften och hela lösningen.

Avsnittet nedan kommer inte från kursplanen:

Om plagiering

Att presentera någon annans arbete som sitt eget, utan att ange källa, är plagiering.

Plagiering är förbjudet på KTH och bestraffas med exempelvis avstängning från studierna. Exempel på plagiering; man

  • kopierar och klipper in något från internet utan att ange källa
  • hämtar något från internet men byter ut några ord
  • samarbetar i en studiegrupp och lämnar in likadana svar/lösningar
  • använder material från tidigare godkänt arbete

Hur undviker man plagiering?

  • skriv med egna ord (visar att du har förstått)
  • ange källa om du (för att förtydliga/exemplifiera) behöver citera någon annans arbete

OBS! I kursen ska du läsa igenom det Hederskodex som kan nås från kurshemsidan. Bekräftelse på att du gjort detta sker genom att du besvarar ett quiz som en del av Hemuppgift 1. Quizzet måste vara besvarat för att Hemuppgift 1 ska ge några poäng till examination.

Ytterligare Information

Läsanvisningar

Angiven text nedan ska studeras noggrant. Se även ”Föreläsningar, översikt” så att du på bästa sätt kan planera studierna.

  • MM (sidhänvisningar gäller 5:e upplagan; även tidigare upplagor kan användas):
    • Kapitel 1: s. 1-32
    • Kapitel 2: s. 58-104
    • Kapitel 3: s. 105-136
    • Kapitel 4: s. 137-169
    • Kapitel 5: s. 185-203
    • Kapitel 6: s. 233-241
    • Kapitel 9: s. 329-355 (från MM upplaga 4, utdelas!)
    • Kapitel 11: s. 458-482
  • GG: Kapitel 1-6 (kapitel 7-9 och essäer kan studeras kursivt)
  • KH: Påbörjas redan första veckan, ska vara läst i sin helhet till Seminarium 4.
  • AK: Börja studera tidigt, ska vara läst i sin helhet till Seminarium 4.
  • BB: Börja studera tidigt, ska vara läst i sin helhet till Seminarium 4.

Kursöversikt

Föreläsningar

Föreläsning Litteratur Innehåll
F1 MM kap 1, GG kap 1-2 Intro till kursen
Vad är Ingenjörsvetenskap? Om kursens syfte och mål. Kursupplägg och examination förklaras. Om att förstå och modellera naturen.
Storheter/enheter
Om naturkonstanterna, de grundläggande och härledda SI-enheterna. Övergång mellan enheter, tio-potenser.
F2 MM kap 1 Förändringsmodeller
För att bättre förklara, och ibland förstå, omvärlden beskriver vi ofta fenomen inom teknik och naturvetenskap med hjälp av matematik. Detta innebär nästan alltid en idealisering av verkligheten; modellen är inte en exakt representation. Denna distinktion diskuteras här. Vidare diskuterar vi begreppet förändring och modellen finita differenser, diskret vs kontinuerlig förändring, grafiska modeller, hypotesprövning. Som en intressant tillämpning av ickelinjära modeller tittar vi på den (ibland kaotiska) logistiska ekvationen, som kan beskriva fiskbeståndet i en sjö.
F3   Python-programmering och datormatematik
Introduktion till programmeringsspråket Python. OBS! Ladda gärna ned Python och JupyterLab till din laptop inför föreläsningen. Instruktioner finns på kurshemsidan.
F4 MM kap 2, GG kap 5 Matematiska modeller, proportionalitet
Vi tar upp de olika stegen i modelleringsprocessen och konstaterar att detta är en iterativ process. Begreppet proportionalitet studeras, bl.a. genom att diskutera hur Kepler resonerade då han tog fram sina rörelselagar för planeterna och genom att konstruera en modell för bromssträckan hos en bil.
F5 MM kap 3, GG kap 6 Anpassning av teoretisk modell till data
I de fall då den naturvetenskapliga modelleringen av ett system tenderar att bli alltför svår (t.ex. lösningen av system av partiella differentialekvationer) väljer vi enklare modeller. Om vi, utifrån förenklande antaganden, tar fram en modell kan vi vilja anpassa denna till datamängder. Finns det då någon anpassningsmodell som är att föredra? Frågeställningen leder oss till minsta kvadratmetoden. Vi undrar också vilka felkällor vi ska ta hänsyn till och diskuterar signifikanta siffror, precision, noggrannhet samt felanalys.
F6 MM kap 3-4 Teoretisk och experimentell modellering
Vi fortsätter från den förra föreläsningen och diskuterar teoretisk modellering, dvs metoder att anpassa vissa förväntade beroenden till datamängder. Vi kommer sedan till följande situation: hur gör vi om vi inte alls har någon förväntan på beroendet mellan empiriska data? Detta är experimentell modellering. Modeller för interpolering mellan datapunkter behövs då. Hur anpassar vi exempelvis ett polynom till data?
F7 MM kap 4 Datormodellering
Introduktion till matematisk modellering med hjälp av programmet Excel. Vi kommer även knyta an till och diskutera tidigare inslag i kursen.
F8 Särtryck, utdelas. GG kap 4 Dimensionsanalys
Vi diskuterar en viktig metod att ta fram matematiska modeller enbart genom att studera de ingående variablernas dimensionalitet! Några belysande exempel ges.
F9 MM kap 6 Linjär regression – modell för stora datamängder
I vissa experimentella situationer förekommer många experimentella värden yi för varje xi . Linjär regression är en utmärkt, statistisk metod för att anpassa en kurva till stora mängder data.
F10 MM kap 5 Simuleringar
Många fenomen inom teknik och naturvetenskap kan vara så pass komplexa att analytiska eller andra symboliska modeller blir alltför svårhanterliga eller intraktabla. Om det ändå anses viktigt att kunna göra förutsägelser kan man genomföra experiment och analysera dessa. Experiment är dock inte alltid möjliga att utföra. I stället kan man simulera dessa system, oftast m.h.a. slumpfunktioner på dator. Monte Carlo-metoder (”rysk roulette”) introduceras.
F11 MM kap 11 Differentialekvationer som modeller
Differentialekvationer spelar en oerhört viktig roll som matematiska modeller inom naturvetenskap och teknik – naturen ter sig nämligen ofta differentiell, både i tid och rum. Vi ska här undersöka några enklare fall där ordinära differentialekvationer utgör utmärkta modeller.
F12   Repetition av kursen
Kursens huvudmoment. Kursmålen.

Lektioner

Samtliga lektioner ges online av professor emeritus Göran Grimvall (GG), Teoretisk Fysik,
KTH, genom förinspelade videor.

Lektion Litteratur Innehåll
Le1 GG kap 1 & 4 Dimensionsbetraktelser
Hur man upptäcker felräkningar genom dimensionsbetraktelser.
Le2 GG kap 6 Extremfallsbetraktelser
Hur man ska upptäcka felräkningar genom att betrakta specialfall.
Le3 GG kap 3 Uppskattningar och rimlighetsbedömningar
Olika sätt att göra uppskattningar, "back-of-the-envelope calculations", tumregler.
Le4   Genomgång och diskussion av lösningar till Inlämningsuppgift 1
Le5   Genomgång och diskussion av lösningar till Inlämningsuppgift 1

Övningar

Övning Innehåll
Ö1 Storheter och enheter
Ö2 Förändringsmodeller
Ö3 Experimentell modellering
Ö4 Dimensionsanalys
Ö5 Linjär regression, kontroll av samband
Ö6 Differentialekvationer som modeller

Seminarier

Seminarium Litteratur Innehåll
Sem1 KH Tekniken och ingenjören, då – och nu
Ingenjörsutbildningens historia med fokus på KTH, naturvetenskap och
teknik.
Föreläsare: Erik Isberg, Skolan för Arkitektur och Samhällsbyggnad, KTH
Sem2 KH Tekniken och ingenjören, då – och nu
Ingenjörsutbildningens historia med fokus på KTH, naturvetenskap och
teknik.
Föreläsare: Erik Isberg, Skolan för Arkitektur och Samhällsbyggnad, KTH
Sem3 AK, BB Tekniken och ingenjören, då – och nu
Genusrelaterade strukturer I
Föreläsare: Erica Blomstrand, INDEK, Skolan för Industriell Teknik och Management, KTH.
Sem4 AK, BB Tekniken och ingenjören, då – och nu
Genusrelaterade strukturer II
Föreläsare: Erica Blomstrand, INDEK, Skolan för Industriell Teknik och Management, KTH.
Sem5   Presentationsteknik
Introduktion till muntlig kommunikation (tips och tankar inför kursens presentationsmoment)
och
Rapportskrivning
Grunder för författande av vetenskapliga rappporter.

Kursutvärdering och kursanalys

Kursutvärderingen är formativ; kursen utvärderas på två sätt under den tid den ges.

Kursnämnden, som består av lärare och två teknologrepresentanter, sammanträder andra och fjärde kursveckan. Åsikter om kursen kan därmed påverka denna under tiden den ges. Det är alltså viktigt att du vet vilka som ingår i kursnämnden. Naturligtvis är kursansvarig tacksam även för direkt framförda åsikter.

Kursenkäter besvaras elektroniskt av alla studenter under kursvecka 2 och 6. Även här kan åsikter om kursen påverka denna under tiden den ges. Enkäterna ger poäng på Hemuppgift 2 och Hemuppgift 6.

Ett kursmöte, där kursnämnden och eventuellt andra lärare och programansvarig, deltar, genomförs när kursen har getts. Därefter utförs en kursanalys som läggs på kursens hemsida. Läs gärna mer om kursens varierande design, utveckling och studentresultat årsvis på https://www.kth.se/student/kurser/kurs/ED1100.

Kursansvarig

Lärare

Lärarassistenter

Examinator

Fakta om kursomgång

Startdatum

2024-08-26

Kursomgång

  • CLGYM HT 2024-52200

Undervisningsspråk

Svenska

Kursen ges av

EECS/Elektroteknik

Kontakter

Kursansvarig

Lärare

Lärarassistenter

Examinator