mar230 - Conceptual Models of Nature (Complete module description)

Module label	Conceptual Models of Nature
Module code	mar230
Credit points	10.0 KP
Workload	300 h
Institute directory	Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment
Applicability of the module	Bachelor's Programme Environmental Science (Bachelor) > Akzentsetzungsmodule
Responsible persons	Blasius, Bernd (module responsibility) Feenders, Christoph (Module counselling) Ryabov, Alexey (Module counselling)
Prerequisites
Skills to be acquired in this module	Das Ziel des Moduls ist die Vermittlung vertiefter Kenntnisse der mathematischen Modellierung mit besonderer Spezialisierung auf Umwelt- und Ökosystemmodelle. Die Studierenden erlernen die Entstehung und Funktionsweise konzeptioneller Modelle, sowie grundlegende Techniken der analytischen und numerischen Modellanalyse. Fachkompetenzen Die Studierenden: erlernen moderne Untersuchungs- und Forschungsmethoden der mathematischen Modellierung können umweltwissenschaftliche Fragestellungen und Probleme, sowie deren mathematische Struktur, erkennen können diese Struktur gezielt in mathematische Modelle umsetzen erlernen grundlegende Methoden und Techniken zur mathematischen Analyse der Modelle können die Regelungsstruktur der Modelle und der resultierenden Dynamik in einfachen graphische Skizzen darstellen und diskutieren erlernen grundlegende Methoden der Modellvereinfachung können diese Struktur gezielt in Computerprogramme zur numerischen Lösung implementieren können die Ergebnisse der Modellauswertung strukturiert darstellen und hinterfragen Methodenkompetenzen Die Studierenden: wenden verschiedene Methoden der Modellanalyse gezielt an können unterscheiden, in welchen Situationen numerische oder analytische Analyse der Modelle zielführend ist Sozialkompetenzen die Studierenden: beschreiben und lösen gegebene Probleme der Modellierung in Kleingruppen Selbstkompetenzen Die Studierenden: reflektieren ihr Handeln bei der Problembeschreibung und der Entwicklung von Lösungsansätzen
Module contents	Mathematische Modellierung II: Vorstellung wichtiger Modellklassen in natürlichen und biologischen Systemen (Räuber-Beute Systeme, Relaxationsoszillatoren, anregbare Systeme, chemische Reaktionen, Enzymkinetik, genetische Netzwerke, Neuronen). Einführung in die Analyse gekoppelte Systeme und Synchronisierung. Grundlegende Analysetechniken (z.B. Bifurkationsanalyse, Zeitskalenseparation, Phasenanalyse). Mathematische Modellierung III Einführung in die Chaostheorie mit Vorstellung grundlegender Modelle (Lorenz Modell, Rössler System, chaotische Räuber-Beute Systeme) und Analysemethoden (Lyapunovspektren, Poincare-Schnitt, Return-Maps). Modellierungsansätze für räumlich ausgedehnte Systeme, partielle Differentialgleichungen, Reaktions-Diffusions-Systeme, Ausbreitung von Fronten, räumliche Strukturbildung, orientiert an Fallstudien mit fachwissenschaftlichem Kontext.
Recommended reading	Ein Vorlesungsskript wird elektronisch bereitgestellt. Weitere Literatur bei Vorlesungsbeginn.
Links
Language of instruction	German
Duration (semesters)	2 Semester
Module frequency	jährlich
Module capacity	unlimited
Reference text

Type of course	SWS	Frequency	Workload of compulsory attendance
Lecture	4	SuSe and WiSe	56
Exercises	4	SuSe and WiSe	56
Total module attendance time			112 h

Examination	Prüfungszeiten	Type of examination
Final exam of module	Klausur am Ende der Veranstaltungszeit oder fachpraktische Übung nach Maßgabe der Dozentin oder des Dozenten	1 Prüfungsleistung: 1 Klausur (2 Std.) oder 1 fachpraktische Übung (testierte Übungsaufgaben) oder 1 mündliche Prüfung (max. 30 min) Regelmäßige, aktive Teilnahme an den Übungen und Bearbeitung der Übungsaufgaben