TU Dortmund University
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A didactic illustration of writing skill growth through a longitudinal diagnostic classification model
No full textIntroduction: Diagnostic classification models (DCMs) have received increasing attention in cross-sectional studies. However, L2 learning studies, tracking skill development over time, require models suited for longitudinal analyses. Growth DCMs offer a promising framework for such analyses.
Method: This study utilizes writing data from two learner groups: one receiving peer feedback (n = 100) and the other receiving no feedback (n = 100), assessed at three time points. It demonstrates the application of longitudinal DCM via the TDCM package to analyze growth trajectories in four writing subskills: Content, Organization, Grammar, and Vocabulary. The primary focus is on showcasing the package, but substantive findings can also be helpful.
Results: The multi-group analysis revealed similar V-shaped growth trajectories for Grammar and Vocabulary, along with consistent inverted V-shaped patterns for Organization and Content in both groups.
Discussion: The results showed minor differences between the two groups, potentially indicating the limited impact of peer feedback on L2 writing development. This could be attributed to the social dynamics between peers
Evaluable explainability and applications to 3D vision
No full textWith the breakthroughs in the performance of deep neural networks, they are applied in a wide range of fields, including several with high requirements for security. However, these black-box models suffer from potential risks, the most threatening of which is their opaque decision-making process. The recent rise of explainability studies on black-box models is a promising research direction to enhance the trustworthiness of models. Nevertheless, existing explainability studies are still limited, one being that they are difficult to be evaluated objectively due to the lack of ground truth, and the other being that the vast majority of relevant studies are constrained to a particular data format and lack extensibility.
The two main parts of this dissertation address each of these two limitations. In the first half, we aim to improve the evaluability of explainability methods. We optimize the choice of baseline involved in the explanation evaluations and part of the explainability approaches to satisfy the uninformative definition. In addition, we complement the explanation evaluation metrics from three novel perspectives, namely robustness to parameter perturbations, generalizability, and sensitivity consistency. In the latter half, we extend the applicability of the explainability approaches to 3D computer vision field so that the trustworthiness of point cloud models is enhanced. We first extend the perturbation-based approach to point clouds and provide online toolkits to facilitate practical implementation. Subsequently, we propose two activation maximization-based point cloud global explainability approaches, which visualize input instances that are representative for specific categories. Moreover, we propose a non-DNN point cloud classifier that utilizes multi-scale fractal windows to extract distributional information and makes predictions via random forests, which significantly enhances the explainability compared to DNNs. Further, we adversarially analyze the decision sensitivity of point cloud models with the help of saliency maps generated by explainability methods. Finally, we analyze how the model learns 3D geometric features by analyzing the distribution of activations in the intermediate layers. Extensive experiments demonstrate that the proposed method contributes to the explainability evaluation and its adaptability on point clouds
Didaktische Funktionen von Aufgaben in Selbstlernumgebungen am Beispiel von studiVEMINT
No full textAufgaben sind ein zentraler Bestandteil für Lernprozesse in der Mathematik und erfüllen verschiedene didaktische Funktionen, die bisher jedoch wenig erforscht sind. Deshalb werden wir in diesem Paper Aufgaben aus dem studiVEMINT-Brückenkurs nach ihren didaktischen Funktionen kategorisieren. Dafür haben wir bereits bestehende Modelle erweitert und den Fokus auf Selbstlernumgebungen gerichtet, da sie dort neben der traditionellen Rollen auch die Lernenden bei der Steuerung ihres Lernprozesses unterstützen können
Autonomic systems
No full textThe complexity of today’s and tomorrows’ computer-based/cyber-physical systems-of-systems, consisting of very large numbers of elements, must be increasingly autonomous in order to carry out their complex tasks without constant human input. To reach those increasing levels of autonomy, the elements themselves must have the capability to self-manage, that being; self-configure, self-heal, self-optimise and self-protect through the abilities of self-awareness, self-situation (context and environment-awareness), self-monitoring and self-adjusting. This self-management specialisation of Autonomy, is Autonomicity, or the field of Autonomic Computing.
The cumulative contribution of this thesis is several-fold; adding to IBM’s Autonomic Computing initiative by specifying the self-* properties as an Autonomic Computing quality tree and redefining the Autonomic Element and Architecture with these self-* properties and tighter scoping engineering rules;. by engineering dynamics within autonomic responses and multiple loops of control, such as reflex reactions among the autonomic managers and architecture through “Pulse Monitoring” and the associated artifact Pulse Monitor (PBM) to provide that autonomic reflex reaction; engineering such developments to Autonomic Personal Computing; engineering such to NASA and their future (SWARM based) concept missions; engineering such to Autonomic Communications; ‘Inventing’ the field of Apoptotic Computing, inspired by biological cellular pre-programmed ‘self-destruct’ behaviour, as the ultimate security/trust mechanism for Autonomic Systems. All of these have added to the “vision” of Autonomic Computing, as assessed by IBM and the field’s top-cited researcher.
This mix of Autonomic Computing, Autonomic Communications and Apoptotic Computing leads to a more general umbrella term of Autonomic Systems. Sterritt’s 20+ years of Autonomic Computing research with academia and industry has led to more ‘Engineering Self-Management into Computer-Based Systems’ than can be covered in this accumulative thesis, so much so that Autonomic-* becomes the norm with a hypothesis that ‘all Computer-Based Systems Should be Autonomic’. This view results in many future paths for this research, both in improving the paradigm itself and applying/engineering it to other fields. That said, the last 20+ years of Autonomic Systems (AS) has been mostly an (Software and Systems) Engineering accomplishment. As a field, its next level future growth may be part of the latest A.I. incarnation – Generative AI, as it evolves towards Artificial General Intelligence (AGI). Essentially, AS may be considered advanced automation. Gen-AI AS may provide accelerated AI automation in the next decade performing domain-bounded tasks that exhibit three fundamental characteristics: autonomy, learning, and agency and have an equivalent level of industrial success as Gen-AI
Determination of the High Strain Rate Behaviour of a CuCrZr Alloy Using an Electromagnetic Forming Bench Test
No full textA novel electromagnetic forming (EMF) bench test has been developed to characterize the
dynamic behaviour of metallic materials. This paper presents the specific case of a CuCrZr
wrought alloy, detailing both the experimental approach and the inverse numerical
methodology. The primary advantage of the proposed method lies in its ability to calibrate
a dynamic material model, which is particularly relevant for forming applications involving
thin specimens, with thicknesses as low as 0.6 mm. The well-known Johnson-Cook model is
used without consideration of the thermal softening term. The calibration is validated within
the strain rate range of [1-4000]s-1
. It is indeed shown that this method generates a broad
variation of strain rates during the 300 µs test duration. The benefits from using a strain
rate sensitive law as opposed to a quasi-static one are also demonstrated. Analysis of plastic
strains and peak stresses further indicates that the EMF test is particularly well-suited for
ductile materials, whereas brittle materials may fracture prematurely or fail to deform
sufficiently. Limitations regarding the non-uniqueness of the calibrated model and the
incorporation of thermal effects are briefly discussed
Mündliche Prüfungen im Mathematikunterricht – welche Arten des Wissens werden abgefragt?
No full textPrüfungen sind ein wesentlicher Bestandteil des Mathematikunterrichts. Mündliche Prüfungsformate sind insbesondere in Abschlussprüfungen üblich, wurden aber bislang kaum untersucht. Dieses Projekt widmet sich dem Vorkommen und der Bedeutung verschiedener Wissensarten in mündlichen Prüfungen. Dazu soll auf Grundlage videografierter Prüfungsgespräche eine Taxonomie für abgefragte Wissensarten entwickelt werden. Der Vortrag präsentiert die Konzeption sowie erste Ergebnisse einer Vorstudie, die als Basis für eine vertiefte Analyse realer Prüfungen dient
Entwicklung und erste Erprobung von Vignetten zur situationsbezogenen Erfassung von elterlichen Wissensbeständen bei der Hausaufgabenunterstützung beim Thema Brüche
No full textEltern werden oftmals auch von ihren Kindern in Sekundaraschulen um Unterstützung bei Hausaufgaben angefragt. Damit Eltern diese Hilfe fachlich, aber auch fachdidaktisch leisten können, benötigen sie Wissensbestände beispielsweise aus ihrer eigenen Schulzeit. Über dieses fachlich-fachdidaktische Wissen von Eltern ist derzeit aber kaum etwas bekannt. Im Rahmen des vorliegenden Dissertationsprojektes wurde ein Vignetten-Instrument zur Erhebung des implizit-elterlichen Wissens im Fach Mathematik zum Thema Brüche entwickelt, das in Elterninterviews validiert und ergänzt wurde
Über welche Praktiken unterstützen Lehrkräfte Lernende beim Formulieren präziser Wahrscheinlichkeitsaussagen?
No full textDas Formulieren von Zusammenhängen zu bedingten Wahrscheinlichkeiten ist herausfordernd für Lernende. Sie benötigen Unterstützung darin, Zusammenhänge und Wahrscheinlichkeiten präzise zu formulieren. Diese Studie untersucht Gesprächsführungspraktiken von Lehrkräften in Plenumsgesprächen hinsichtlich der Frage: Welche Praktiken aktivieren Lehrkräfte, um Lernende im Übergang zur formaleren Wahrscheinlichkeitssprache beim Formulieren von Wahrscheinlichkeiten zu unterstützen
Incorporation of modified genetic building blocks into nucleic acids and their potential biotechnological application
No full textNatürliche DNA-Modifikationen, insbesondere Veränderungen an Cytosin, spielen eine zentrale Rolle in verschiedenen biologischen Prozessen. Während bei der Erforschung von 5-Methylcytosin (5mC) bedeutende Fortschritte erzielt wurden, ist das seltenere 5-Formylcytosin (5fC) relativ wenig erforscht. Die Reaktion mit Malononitril wandelt 5fC in eine Base um, die von Polymerasen als T/U gelesen wird, wodurch es sich von Cytosin unterscheidet. Diese Methode ist jedoch in ihrer Effizienz begrenzt und kann zu DNA-Schäden führen. In dieser Arbeit wurden verschiedene Reagenzien evaluiert, um eine neue Methode zur selektiven Markierung von 5fC zu entwickeln. Acetylaceton wurde verwendet, um die Umwandlung von 5fC zu Thymin bei der Sequenzierung zu induzieren. Unter optimalen Bedingungen konnte eine quantitative Umwandlung ohne DNA-Schäden erreicht werden. Damit verbessert sich die Präzision und Zuverlässigkeit der 5fC-Detektion in der DNA erheblich und unterstützt weitere epigenetische Studien.
Im zweiten Forschungsprojekt wurde ein programmierbares, pH-responsives Nukleosid entwickelt. Die modifizierte Nukleobase 2-Amino-dideaza-purin (2-Amino-DDP) wurde als Triphosphat (dNTP) und als Phosphoramidit synthetisiert und in die DNA eingebaut. 2-Amino-DDP besitzt die Fähigkeit, je nach pH-Wert zwischen gepaarten und ungepaarten Zuständen zu wechseln. Auf Basis dieser Entdeckung könnten DNA-basierte Nanotechnologien entwickelt und Säure-Base-Katalyse in Nukleinsäureenzymen verbessert werden.
Das dritte Projekt befasste sich mit 2,6-Diamino-dideaza-Purin (2,6-Diamino-DDP). In seiner protonierten Form bildet es ein neues Basenpaar mit drei Wasserstoffbrückenbindungen mit markierten 5fC-Basen, wodurch das genetische Alphabet erweitert wird
