TU Dortmund University
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Silver-based grating structures for label-free biomolecule detection
No full textAddressing global healthcare challenges, including emerging diseases, antibiotic resistance, and environmental threats, requires innovative diagnostic tools. Biosensors based on label-free detection have gained attention for their rapid, sensitive, and cost-effective analysis. Among them, Surface Plasmon Resonance (SPR) stands out as a powerful technique for real-time biomolecular interaction monitoring. However, traditional prism-based SPR systems face limitations in integration and portability, spurring interest in grating-based alternatives.
This thesis explores the theoretical, computational, fabrication, and experimental aspects of grating-based SPR systems for label-free biosensing. It introduces key principles including surface plasmon polaritons (SPPs), and grating-coupling mechanisms. A literature review covers recent advances in plasmonic materials, microfabrication methods, and performance optimization.
Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations are used to design grating structures, evaluate refractive index sensitivity, and validate results experimentally. Gratings are fabricated using electron beam lithography and deposition on Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS)-compatible substrates, with microchannel integration enabling real-time biosensing. Experimental results show high sensitivity and strong agreement with simulation.
The study also investigates two-dimensional (2D) and gradient grating period (GGP) structures for multiplexed sensing and evaluates durability enhancements like protective coatings. Inverted gratings on glass offer environmental resilience but exhibit reduced coupling efficiency.
In summary, this work advances grating-based SPR sensor technology through modeling, fabrication, and experimental validation. The findings support their potential for compact, sensitive, and versatile biosensing, with future integration into semiconductor-based systems promising further miniaturization
Kompetenzbasierte Wissensräume als testtheoretische Grundlage für förderorientierte Diagnoseplattformen
No full textDieser Beitrag beleuchtet kompetenzbasierte Wissensräume als Grundlage digitaler Plattformen für förderorientierte Kompetenzdiagnostik im Mathematikunterricht. Diese ermöglichen eine feingranulare Abbildung individueller Lernstände und Lernwege, die in netzwerkartige Strukturen visualisiert werden können. Im Vortrag wird anhand des Projekts SaTiM eine beispielhafte praktische Umsetzung dieser testtheoretischen Ansätze für die Lineare Funktionen vorgestellt und deren Potenziale sowie daraus resultierende Anforderungen an die Kompetenzmodellierung und Itementwicklung diskutiert
Entwicklung eines Kompetenzstufenmodells für die Schulalgebra der Sekundarstufe I
No full textDie Algebra ist ein zentraler Lerngegenstand der Sekundarstufe I. Aber selbst auf höheren Bildungsstufen werden algebraische Basiskompetenzen noch oft unzureichend beherrscht. Auf Basis von Pilotierungsdaten von Studierenden mathematikhaltiger Studiengänge wurde ein Kompetenzstufenmodell entwickelt, das die Schulalgebra der Sekundarstufe I in Terme, Gleichungen und Funktionen gliedert und verschiedene Niveaustufen beschreibt. Das Modell soll der Diagnose individueller Kompetenzen und der Ableitung von Fördermaßnahmen dienen und künftig auf die Oberstufe erweitert werden
Was lernen Studierende durch die Entwicklung und Erprobung digitaler, mathematischer Escape Games?
No full textUm angehende Lehrkräfte auf die vielfältigen Anforderungen ihres zukünftigen Mathematikunterrichts vorzubereiten, müssen sie alle Wissensfacetten des TPACK-Frameworks entwickeln. In dieser Studie entwickelten und erprobten 58 Lehramtsstudierende der Primar- und Sekundarstufe digitale, mathematische Escape Games. In einer onlinebasierten Erhebung berichten sie von deren subjektiven Lernzuwächsen. Die Studierenden nennen einen Lernzuwachs in allen Wissensfacetten, v.a. aber in PCK, TK und TPCK
(Digital) game-based learning im Mathematikunterricht
No full textDer Beitrag „(digital) game-based learning im Mathematikunterricht“ zeigt Potenziale des spielbasierten Unterrichtens auf. Am Beispiel des Lernspiels „Paintball – the puzzle game“ werden Aspekte von Motivation und Selbstwirksamkeit ebenso erörtert, wie die Möglichkeit Videospiele für fächerverbindendes Arbeiten zu nutzen, sowie kreativ gestalterisch tätig zu werden und Sozialkompetenzen zu trainieren.
In die anschließende Diskussion dürfen gerne auch eigene Beispiele für Lernspiele eingebracht werden
Vorgehensmodell zur Integration von Automatisierungssystemen in die elektrische Verteilnetzebene
No full textDie Energiewende in Deutschland führt zu einer dezentralen Energieerzeugung mit einem stetig wachsenden Anteil erneuerbarer Energien und dem vermehrten Aufkommen neuartiger Verbraucher. Dies stellt das Energiesystem vor neuen Herausforderungen, da insbesondere die elektrischen Verteilnetze künftig immer häufiger Last- und Erzeugungsspitzen ausgesetzt sein könnten, für die sie ursprünglich nicht ausgelegt wurden. Zur Erkennung solcher Belastungssituationen wird verstärkt der Einsatz von Messtechnik in Ortsnetzstationen vorangetrieben. Mit der fortschreitenden Digitalisierung nimmt gleichzeitig das Datenaufkommen im Verteilnetz zu, dessen kontinuierliche Verarbeitung zur rechtzeitigen Ergreifung von Maßnahmen zu einer erhöhten Systemkomplexität führt. Automatisierungssysteme können hierbei einen Beitrag zur Beherrschung dieser Komplexität leisten.
In der Verteilnetzebene fehlt bislang eine systematische Methodik zur Integration derartiger Systeme. Die vorliegende Dissertation schließt diese Forschungslücke durch die Anwendung eines Vorgehensmodells, das dazu dient, Phasen und Prozesse zur einheitlichen Beschreibung und Integration von Automatisierungssystemen in die Verteilnetzebene zu definieren. Innerhalb dieses Modells kommen Analyse-, Engineering- und Prüfverfahren zur Auslegung und Validierung von Automatisierungssystemen zum Einsatz.
Eine zentrale Funktion des Automatisierungssystems stellt hierbei die Netzzustandsberechnung dar. Hierfür wurde ein neuartiger Algorithmus entwickelt, der auch in Netzen mit geringer Messdatendichte eingesetzt werden kann. Das entworfene Gesamtsystem und die zugehörigen Funktionen wurden anschließend im Rahmen von Labor- und Feldtests erprobt
Normen im Mathematikunterricht: Die Rolle von Schülerinitiativen und zugehörigen Lehrkraftreaktionen im Aushandlungsprozess
No full textDer Artikel beleuchtet die Rolle von Schülerinitiativen und den darauf folgenden Lehrkraftreaktionen im Aushandlungsprozess von Normen im Mathematikunterricht. Es wird ein Fallbeispiel aus dem Mathematikunterricht einer fünften Klasse analysiert, in dem ein Schüler durch Initiativen versucht, Unklarheiten anzusprechen, dabei jedoch auf normative Einschränkungen und ambivalente Rückmeldungen der Lehrkraft stößt. Die Ergebnisse zeigen, wie soziale und fachliche Erwartungen der Lehrkraft das Verhalten des Schülers prägen und welche Dynamiken bei der Normetablierung beobachtet werden können
Organisational, human, and technological perspectives on the adoption of data-driven human resources decision-making
No full textDie digitale Transformation führt zu einer zunehmenden Nutzung von Daten für die Entscheidungsfindung im Personalmanagement (HRM); gleichzeitig gibt es jedoch noch wenige empirische Studien in diesem Bereich, insbesondere aus praktischen Anwendungsszenarien. Diese Dissertation untersucht die Einführung datengestützter Personalentscheidungen auf der Grundlage von drei empirischen Studien, die unterschiedliche organisatorische Kontexte und Stufen der Analytics-Reife aufweisen. Die erste und zweite Studie untersuchen die Einführung prädiktiver Analytics zur Vorhersage der freiwilligen Mitarbeiterfluktuation in einer deutschen Bundesbehörde. Die dritte Studie befasst sich mit temporären Managern, die von Organisationen in Krisensituationen eingestellt werden und Personalentscheidungen treffen. Die in dieser Studie befragten Manager verwenden in erster Linie deskriptive Analytics für ihre Entscheidungsfindung.
Die Ergebnisse der drei Studien legen nahe, dass technologische, organisatorische und menschliche Faktoren für die erfolgreiche Einführung datengestützter Personalentscheidungen von zentraler Bedeutung sind. Außerdem zeigen die Ergebnisse dieser Dissertation, dass die Einführung datengestützter Personalpraktiken ein komplexer, interdisziplinärer Prozess ist, der einen ganzheitlichen Ansatz erfordert. Technische Gegebenheiten allein reichen nicht aus, um datengestützte Personalentscheidungsprozesse angemessen einzuführen. Eine effektive Implementierung scheint auch von unterstützenden Organisationsstrukturen und -kulturen sowie von menschlichen Überzeugungen und Denkweisen abzuhängen. Fünf Bereiche ergeben sich für Empfehlungen zu praktischen Maßnahmen zur Unterstützung von Organisationen im Adoptionsprozess: Förderung einer datenge¬steuerten Kultur, Entwicklung einer Digitalisierungsstrategie, Bereitstellung von Fachwissen, Bereitstellung einer geeigneten IT-Infrastruktur und die Einrichtung eines Governance-Systems.
Letztendlich zeigt diese Dissertation, dass es keine Einheitslösungen für die Einführung datengestützter Personalentscheidungen gibt. Stattdessen sind kontextspezifische Strategien erforderlich, die die technologischen, organisatorischen und menschlichen Dimensionen dynamisch und adaptiv aufeinander abstimmen – und so einen langfristigen Mehrwert für Unternehmen und Mitarbeitende sicherstellen.The digital transformation is leading to an increasing use of data for decision-making in Human Resource Management (HRM); but at the same time, there are still few empirical studies in this area, particularly from practical application scenarios. This dissertation explores the adoption of data-driven Human Resource (HR) decision-making based on three empirical studies that feature different organisational contexts and stages of analytics maturity. The first and second studies examine the adoption of predictive analytics in a German federal agency to predict voluntary employee turnover. The third study considers the perspectives of temporary managers hired by organisations in crises and taking HR decisions. The temporary managers interviewed in this study primarily use descriptive analytics.
The results of the three studies suggest that technological, organisational, and human perspectives are central to the successful adoption of data-driven HR decision-making. Furthermore, the findings of this dissertation demonstrate that adopting data-driven HR practices is a complex, interdisciplinary process that necessitates a holistic approach. Technological foundations alone are not enough to adequately adopt data-driven HR decision-making. Effective adoption also seems to depend on supportive organisational structures and culture as well as on the salient beliefs and thinking patterns of individuals. Five areas emerge for recommendations for practical measures to support organisations in the adoption process: fostering a data-driven culture, developing a digital strategy, providing expertise, providing appropriate Information Technology (IT) infrastructure, and establishing a governance system.
Ultimately, this dissertation highlights that there are no one-size-fits-all solutions for adopting data-driven HR decision-making. Instead, it requires context-specific strategies that dynamically and adaptively align technological, organisational, and human dimensions – thereby ensuring long-term value for organisations and employees
Extracting economic narratives using natural language processing
No full textAs our society has become increasingly digitized across the last decades, the need to analyze unstructured data sources has grown in many sectors. In particular, economic and political researchers have been interested in quantitatively uncovering information found in texts, as theoretical research in these fields points towards the great effects of narratives on economic decision making. While such economic narratives can follow a myriad of definitions, they can generally be described as sense-making stories that can influence the reader's economic or political decisions in the future. Developing quantitative methods that can extract and analyze narratives from texts is therefore a major step to better understand market behavior or the decisions of policy makers, among others.
In this cumulative dissertation, I outline the research I have conducted concerning economic and political narratives with a particular focus on using diachronic language modeling that enables me to analyze narratives not in a vacuum, but rather observe narrative shifts over time. To do this, I first properly define economic narratives and provide an overview of language models I used in my research. I then proceed to summarize the methodology and contributions to the current research proposed in my papers, starting with works that do not consider a temporal component when extracting narratives from texts. These works show the development of narrative extraction techniques over time, starting from an unsupervised text classification method and a large pipeline of models specifically designed to handle the task, and ending with the use of state-of-the-art Large Language Models to extract narratives utilizing their great language understanding capabilities.
After covering atemporal narrative extraction methods, I focus on my works that utilize diachronic language modeling. I present two diachronic change detection methods, designed to identify points in time at which we can suspect a narrative shift. The first method uses the frequency of mentions of an entity in the media over time to detect a change, enabling an analysis of narratives surrounding that entity. The second method detects changes in the topics of the topic model LDA, allowing for an analysis of the corpus at large rather than a specific entity. I then propose a method to combine temporal and atemporal methods, with atemporal methods extracting narratives (or narrative shifts) and the detected change points. I further present software publications that contain all diachronic methods proposed in my works. Lastly, I conclude by giving an outlook on future research
Neubauinduziertes Umzugsgeschehen in schrumpfenden Städten. Analysen am Beispiel von Remscheid
No full textBislang wurden die Wirkungen von Neubauprojekten nur sel-ten in Städten mit entspanntem Wohnungsmarkt untersucht.Im Beitrag wird am Beispiel der Stadt Remscheid der Fragenachgegangen, welches Umzugsgeschehen die Errichtung vonNeubausiedlungen in den Bestandsquartieren einer (lange)schrumpfenden Stadt auslöst. Ausgangspunkt der präsentier-ten Analysen sind zwei ganz unterschiedlich geartete Gebiete:ein größeres städtebauliches Entwicklungsgebiet mit zeit-lich gestaffelter Errichtung und Grundstücksvergabe durchdie Kommune und ein kleineres reines Wohngebiet mit On-line-Vermarktung über einen Investor. Mithilfe kleinräumigerUmzugsdaten über zehn Jahre werden drei aus dem bishe-rigen Stand der Forschung abgeleitete Hypothesen geprüft.Untersucht wird, ob die Neubaugebiete von den dorthin Um-ziehenden zum ,Hochwohnen‘ genutzt werden, ob der Zuzugvor allem aus nahegelegenen Stadtteilen erfolgt und ob die indie Neubausiedlungen ziehenden älteren Menschen größereWohnungen für Familien freimachen.Up to now, the effects of new-build projects have only rarely been analysed in cities with a relaxed housing market. Using the city of Remscheid (Germany) as an example, this paper examines the relocation behaviour that is triggered by the construction of new housing estates in the existing neighbourhoods of a (long) shrinking city. The analyses presented here are based on two very different areas: a larger urban development area with staggered construction and land allocation by the municipality and a smaller purely residential area with online marketing via an investor. With the help of small-scale relocation data over ten years, three hypotheses derived from the current state of research are tested. It is being investigated whether the new housing estates are being used by those moving in to improve their housing situation, whether the influx is mainly coming from the surrounding quarters and whether the influx of older people into the new housing estates is freeing up larger apartments for families