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Mitteilungsblatt der Universität Koblenz-Landau, Nr. 3/2021
No full textZweite Ordnung zur Änderung der Rahmenprüfungsordnung der Universität Koblenz-Landau im Zusammenhang mit der SARS-CoV-2 (Corona)-Pandemi
Proactive Content Placement in Information-Centric Connected Vehicle Environments
No full textConnected vehicles will have a tremendous impact on tomorrow’s mobility solutions. Such systems will heavily rely on information delivery in time to ensure the functional reliability, security and safety. However, the host-centric communication model of today’s networks questions efficient data dissemination in a scale, especially in networks characterized by a high degree of mobility. The Information-Centric Networking (ICN) paradigm has evolved as a promising candidate for the next generation of network architectures. Based on a loosely coupled communication model, the in-network processing and caching capabilities of ICNs are promising to solve the challenges set by connected vehicular systems. In such networks, a special class of caching strategies which take action by placing a consumer’s anticipated content actively at the right network nodes in time are promising to reduce the data delivery time. This thesis contributes to the research in active placement strategies in information-centric and computation-centric vehicle networks for providing dynamic access to content and computation results. By analyzing different vehicular applications and their requirements, novel caching strategies are developed in order to reduce the time of content retrieval. The caching strategies are compared and evaluated against the state-of-the-art in both extensive simulations as well as real world deployments. The results are showing performance improvements by increasing the content retrieval (availability of specific data increased up to 35% compared to state-of-the-art caching strategies), and reducing the delivery times (roughly double the number of data retrieval from neighboring nodes). However, storing content actively in connected vehicle networks raises questions regarding security and privacy. In the second part of the thesis, an access control framework for information-centric connected vehicles is presented. Finally, open security issues and research directions in executing computations at the edge of connected vehicle networks are presented.Die voranschreitende Vernetzung von Fahrzeugen wird einen erheblichen Einfluss auf die Mobilitätslösungen von Morgen haben. Solche Systeme werden stark auf den zeitnahen Austausch von Informationen angewiesen sein, um die funktionale Zuverlässigkeit, Sicherheit von Fahrfunktionen und somit den Schutz von Insassen zu gewährleisten. Allerdings zeigt sich bei näherer Betrachtung der verwendeten Kommunikationsmodelle heutiger Netzwerke, wie beispielsweise dem Internet, dass diese Modelle einem host-zentrierten Prinzip folgen. Dieses Prinzip stellt das Management von Netzwerken mit einem hohen Grad an mobilen Teilnehmern vor große Herausforderungen hinsichtlich der effizienten Verteilung von Informationen. In den vergangen Jahren hat sich das Information-Centric Networking (ICN) Paradigma als vielversprechender Kandidat für zukünftige datenorientierte mobile Netzwerke empfohlen. Basierend auf einem lose gekoppelten Kommunikationsmodell unterstzützt ICN Funktionen wie das Speichern und Verarbeiten von Daten direkt auf der Netzwerkschicht. Insbesondere das aktive, gezielte Platzieren von Daten nahe der Benutzer stellt einen vielversprechenden Ansatz zur Erhöhung der Datenbereitstellung in mobilen Netzen dar. Die vorliegende Arbeit legt den Fokus auf die Erforschung von Strategien zum orchestrieren und aktiven Platzieren von Daten für Fahrzeuganwendungen im Netzwerk für mobile Teilnehmer. Im Rahmen einer Analyse unterschiedlicher Fahrzeugapplikationen und deren Anforderungen, werden neue Strategien für das aktive Platzieren vorgestellt. Unter Verwendung von Netzwerksimulationen werden diese Strategien umfangreich untersucht und in im Rahmen eines prototypischen Aufbaus unter realen Bedingungen ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen Verbesserungen in der zeitnahen Zustellung von Inhalten (die Verfügbarkeit spezifischer Daten wurde im Vergleich zu existierenden Strategien um bis zu 35% erhöht), während die Auslieferungszeiten verkürzt wurden. Allerdings bedingt das aktive Platzieren und Speichern von Daten auch Risiken der Datensicherheit und Privatsphäre. Auf der Basis einer Sicherheitsanalyse stellt der zweite Teil der Arbeit ein Konzept zur Zugriffskontrolle von gespeicherten Daten in verteilten Fahrzeugnetzwerken vor. Abschließend werden offene Problemstellungen und Forschungsrichtungen im Kontext Sicherheit von verteilten Berechnungsarchitekturen für vernetze Fahrzeugnetzwerke diskutiert
Psychological self-protection in the face of climate change: A need-based empirical investigation of the spectrum of climate denial
Get PDFClimate change is an existential threat to human survival, the social organization of society, and the stability of ecosystems. It is thereby profoundly frightening. In the face of threat, people often want to protect themselves instead of engaging in mitigating behaviors. When psychological resources are insufficient to cope, people often respond with different forms of denial. In this dissertation, I contribute original knowledge to the understanding of the multifaceted phenomenon of climate denial from a psychological perspective.
There are four major gaps in the literature on climate denial: First, the spectrum of climate denial as a self-protective response to the climate crisis has not received attention within psychology. Second, basic psychological need satisfaction, a fundamental indicator of human functioning and the ability to cope with threat, has not been investigated as a predictor of climate denial. Third, relations of the spectrum of climate denial to climate-relevant emotions, specifically climate anxiety, have not been examined empirically. Forth, it has not been investigated how the spectrum of climate denial relates to established predictors of climate denial, namely right-wing ideological convictions and male gender. To address those gaps, I investigate what the spectrum of climate denial looks like in the German context and how it relates to basic psychological need satisfaction and frustration, pro-environmental behavior, climate anxiety, ideological conviction, and gender.
Five manuscripts reveal that climate denial exists on a spectrum in the German context, ranging from the distortion of facts (interpretive climate denial, specifically denial of personal and global outcome severity) to the denial of the implications of climate change (implicatory climate denial, specifically avoidance, denial of guilt, and rationalization of one's own involvement). Across analyses, low basic psychological need satisfaction predicted the spectrum of climate denial, which was negatively related to pro-environmental behavior. Climate denial was generally negatively related to climate anxiety, except for a positive association of avoidance and climate anxiety. Right-wing ideological conviction was the strongest predictor of climate denial across the spectrum. However, low need satisfaction and male gender were additional weaker predictors of implicatory climate denial.
These findings suggest that the spectrum of climate denial serves many psychological functions. Climate denial is possibly both a self-protective strategy to downregulate emotions and to protect oneself from loss of privilege. In short, it represents a barrier to climate action that may only be resolved once people have sufficient psychological resources to face the threat of climate change and cope with their underlying self-protective, emotional responses.Der Klimawandel stellt eine existenzielle Bedrohung für das menschliche Überleben, die soziale Organisation der Gesellschaft und die Stabilität der Ökosysteme dar. Er ist daher zutiefst beängstigend. Im Angesicht von Bedrohungen wollen sich Menschen häufig schützen, anstatt sich proaktiv zu verhalten. Wenn psychologische Ressourcen zur Bewältigung nicht ausreichen, reagieren Menschen oft mit verschiedenen Formen der Leugnung. Diese Dissertation leistet einen Beitrag zum Verständnis des vielschichtigen Phänomens der Klimawandelleugnung aus psychologischer Sicht.
Es gibt vier Forschungslücken in der Literatur zur Klimawandelleugnung: Erstens hat das Spektrum der Klimawandelleugnung als Selbst-schützende Reaktion auf die Klimakrise innerhalb der Psychologie bisher keine Beachtung gefunden. Zweitens wurde psychologische Grundbedürfnisbefriedigung, ein fundamentaler Indikator für menschliches Funktionieren und die Fähigkeit, mit Bedrohungen umzugehen, bisher nicht als Prädiktor für Klimawandelleugnung untersucht. Drittens sind Beziehungen des Spektrums der Klimawandelleugnung zu klimarelevanten Emotionen, insbesondere der Klimaangst, bisher nicht empirisch untersucht worden. Viertens wurde bisher nicht untersucht, wie sich das Spektrum der Klimawandelleugnung zu etablierten Prädiktoren der Klimawandelleugnung, d.h. rechtsideologischen Überzeugungen und männlichem Geschlecht, verhält. Um diese Lücken zu schließen, untersuche ich, wie sich das Spektrum der Klimawandelleugnung im deutschen Kontext manifestiert und wie es mit psychologischer Grundbedürfnisbefriedigung und -frustration, umweltfreundlichem Verhalten, Klimaangst, ideologischer Uberzeugung und Geschlecht zusammenhängt.
Fünf Manuskripte zeigen, dass Klimawandelleugnung im deutschen Kontext auf einem Spektrum existiert, das von der Verzerrung von Fakten (interpretative Leugnung, insbesondere Leugnung der persönlichen und globalen Folgenschwere) bis zur Leugnung von Implikationen reicht (implikatorische Leugnung, insbesondere Vermeidung, Leugnung von Schuld und Rationalisierung der eigenen Beteiligung). Über alle Analysen hinweg war niedrige psychologische Grundbedürfnisbefriedigung Prädiktor für das Spektrum der Klimawandelleugnung, das wiederum mit umweltfreundlichem Verhalten assoziiert war. Klimawandelleugnung stand generell in einem negativen Zusammenhang mit Klimaangst, mit Ausnahme einer positiven Assoziation von Vermeidung und Klimaangst. Rechtsideologische Überzeugung war der stärkste Prädiktor für Klimawandelleugnung über das gesamte Spektrum hinweg. Niedrige Bedürfnisbefriedigung und männliches Geschlecht waren weitere, aber schwächere Prädiktoren für implikatorische Leugnung.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Spektrum der Klimawandelleugnung viele psychologische Funktionen erfüllt. Klimawandelleugnung ist möglicherweise sowohl eine Selbst-schützende Strategie, um Emotionen herunter zu regulieren, als auch um sich vor dem Verlust von Privilegien zu schützen. Kurz gesagt stellt Klimawandelleugnung eine Barriere für Klimaschutzmaßnahmen dar, die möglicherweise erst dann überwunden wird, wenn Menschen über ausreichende psychologische Ressourcen verfügen, um sich der Bedrohung durch den Klimawandel zu stellen und mit zugrundeliegenden Selbst-schützenden, emotionalen Reaktionen umzugehen
Mitigation of plastic consumption
No full textWe are living in a world where environmental crises come to a head. To curb aggravation of these problems, a socio-ecological transformation within society is needed, going along with human behavior change. How to encourage such behavior changes on an individual level is the core issue of this dissertation. It takes a closer look at the role of individuals as consumers resulting in purchase decisions with more or less harmful impact on the environment. By using the example of plastic pollution, it takes up a current environmental problem and focuses on an understudied behavioral response to this problem, namely reduction behavior. More concrete, this dissertation examines which psychological factors can encourage the mitigation of plastic packaging consumption. Plastic packaging accounts for the biggest amount of current plastic production and is associated with products of daily relevance. Despite growing awareness of plastic pollution in society, behavioral responses do not follow accordingly and plastic consumption is still very high. As habits are often a pitfall when implementing more resource-saving behavior, this dissertation further examines if periods of discontinuity can open a ’window of opportunity’ to break old habits and facilitate behavior change. Four manuscripts approach this matter from the gross to the subtle. Starting with a literature review, a summary of 187 studies addresses the topic of plastic pollution and human behavior from a societal-scientific perspective. Based on this, a cross-sectional study (N = 648) examines the deter-minants of plastic-free behavior intentions in the private-sphere and public-sphere by structural equation modeling. Two experimental studies in pre-post design build upon this, by integrating the determinants in intervention studies. In addition, it was evaluated if the intervention presented during Lent (N = 140) or an action month of ‘Plastic Free July’ (N = 366) can create a ‘window of opportunity’ to mitigate plastic packaging consumption. The literature review emphasized the need for research on behavioral solutions to reduce plastic consumption. The empirical results revealed moral and control beliefs to be the main determinants of reduction behavior. Furthermore, the time point of an intervention influenced the likelihood to try out the new behavior. The studies gave first evidence that a ‘window of opportunity’ can facilitate change towards pro-environmental behavior within the application field of plastic consumption. Theoretical and practical implications of creating the right opportunity for individuals to contribute to a socio-ecological transformation are finally discussed.Wir leben in einer Welt, in der sich Umweltkrisen immer weiter zuspitzen. Um diese Krisen zu entschärfen, braucht es einen sozial-ökologischen Wandel, der mit Verhaltensänderungen in verschiedenen Bereichen des täglichen Lebens einhergehen muss. Ausgehend von dieser gesellschaftlichen Aufgabe, befasst sich die vorliegende Dissertation mit der Frage, wie Verhaltensänderungen auf individueller Ebene angestoßen werden können. Mit dem weltweiten Problem von Plastik in der Umwelt wird ein aktuelles und sozialwissenschaftlich wenig erforschtes Themenfeld aufgegriffen. Es wird untersucht, welche psychologischen Faktoren einen Einfluss darauf haben, den eigenen Plastikkonsum zu reduzieren. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf Plastikverpackungen, die den größten Anteil der derzeitigen Plastikproduktion ausmachen. Eine Barriere, die das Aufnehmen von neuen Verhaltensweisen erschwert, stellen die eigenen Gewohnheiten dar. Phasen von Umbrüchen, wie der Umzug in eine neue Stadt, gelten als vielversprechend zur Veränderung von Gewohnheiten. Die Dissertation untersucht daher, ob solche Phasen des Wandels ein Gelegenheitsfenster öffnen können, um alte Gewohnheiten zu durchbrechen und Verhaltensänderungen anzustoßen. Vier Manuskripte nähern sich diesem Thema von einem zunächst breiten Fokus einer Literaturstudie bis hin zu fokussierten Interventionsstudien an. Das Literaturreview (Manuskript 1) fasst 187 Studien zum Umgang mit Plastik aus sozialwissenschaftlicher Perspektive zusammen. Darauf aufbauend, untersucht eine Online-Studie (N = 648) plastikfreie Verhaltensintentionen (Manuskript 2). In einem Strukturgleichungsmodell werden Prädiktoren für Verhaltensintentionen im privaten sowie politischen Bereich analysiert. Zwei Experimentalstudien im Pre-Post-Design schließen an das Verhalten im Privaten an (Manuskript 3 + 4). Es wird untersucht, ob eine Intervention, die während der Fastenzeit (N =140) oder während eines Aktionsmonats (N = 366) präsentiert wird, ein Gelegenheitsfenster zur Konsumreduktion von Plastikverpackungen darstellen kann. Die Ergebnisse der empirischen Arbeiten weisen Moral- und Kontrollüberzeugungen als stärkste Prädiktoren für Verhaltensreduktionen aus. Der Zeitpunkt einer Intervention beeinflusst zudem die Wahrscheinlichkeit ein neues Verhalten auszuprobieren. Die Studien zeigen erste Belege, dass Gelegenheitsfenster umweltfreundliche Verhaltensänderungen im Kontext des Plastikkonsums erleichtern können. Theoretische und praktische Implikationen, wie Gelegenheitsfenstern zu einer sozial-ökologischen Transformation beigetragen können, werden diskutiert
Distribution and mobility of metal(loid)s at the sediment water interface
No full textThe sediments of surface waters are temporary or final depository of many chemical compounds, including trace metals and metalloids (metal(loid)s) from natural and anthropogenic sources. Whether they act as a source or sink of metal(loid)s depends strongly on the dynamics of the biogeochemical processes that take place at the sediment-water interface (SWI). Important information on biogeochemical processes as well as on the exposure, the fate and the transport of pollutants at the SWI can be obtained by determining chemical concentration profiles in the sediment pore water. A major challenge is to conduct experiments with a spatial resolution, which allows to adequately record existing gradients and to log all the parameters needed, to describe and better understand the complex processes at the SWIs. At the same time, it is from major importance to prevent the formation of any artifacts during sampling, which may occur due to the labile nature of the SWIs and the very steep biogeochemical gradients.
In this context, in the first part of this work, a system was developed and tested that enables the automated, minimal invasive sampling of sediment pore water of undisturbed or manipulated sediments while simultaneously recording parameters such as redox potential, oxygen content and pH value. In an incubation experiment the impact of acidification and mechanical disturbance (re-suspension) on the mobility of 13 metal(loid)s was investigated using a triple quadrupole inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-QQQ-MS) multi-element approach. Most metals were released as consequence of sulfide weathering whereas mechanical disturbance had a major impact on the mobility of the oxide forming elements As, Mo, Sb, U and V. Additionally, options were demonstrated to address with the system the size fractionation of metal(loid)s in pore water samples and the speciation of As(III/V) and Sb(III/V).
In the second part, the focus, with a similar experimental design, was placed on the processes leading to the release of metal(loid)s. For this purpose, two incubation experiments with different oxygen supply were conducted in parallel. For the first time the nonmetals carbon, phosphorus and sulfur were analyzed simultaneous to 13 metal(loid)s in sediment pore water by ICP-QQQ-MS. Throughout the experiment metal(loid) size fractionation was monitored. It was confirmed that resuspension promotes the mobility of metalloids such as As, Sb and V, while the release of most metals was largely attributed to pyrite weathering. The colloidal (0.45-16 μm) contribution in terms of mobilization was only relevant for a few elements.
Finally, the sampling system was used as part of a new approach to sediment risk assessment. Undisturbed sediment cores from differently contaminated positions in the Trave estuary were examined, considering 16 metal(loid)s, the non-metals C, P and S and the ions NH4+, PO43- and SO42-. By the first in-depth comparison with in-situ dialysis-based pore water sampling the ability of the suction-based approach to represent field conditions was proven. The pore water studies together with supplementing resuspension experiments in bio-geochemical microcosms and sequential extraction identified the most “pristine” sediment of the study area as posing the greatest risk of metal(loid) release. However, the potentially released amounts per kg of sediment are only a few parts per thousand of the average daily loads of the Trave river.Viele chemische Verbindungen, einschließlich Spurenelemente aus natürlichen und anthropogenen Quellen, verbleiben temporär oder endgültig in den Sedimenten der Oberflächengewässer. Ob diese als Quelle oder Senke von Metallen und Metalloiden (Metall(oid)e) fungieren, hängt von der Dynamik der biogeochemischen Prozesse ab, die an der Wasser-Sediment-Grenzschicht (sediment water interface - SWI) ablaufen. Wichtige Informationen zu biogeochemischen Prozessen sowie zur Exposition, zum Verbleib und zum Transport von Schadstoffen an der SWI lassen sich durch die Ermittlung von Konzentrationsprofilen im Sedimentporenwasser gewinnen. Dabei besteht die Herausforderung zum einen darin eine räumliche Auflösung zu realisieren, die es erlaubt, bestehende Gradienten adäquat zu erfassen und zu gleich hinreichend viele Parameter aufzunehmen, um die komplexen Prozesse zu verstehen. Zum anderen gilt es die Bildung von Probenahme-Artefakten zu verhindern, die durch die labile Natur der SWI sowie die steilen biogeochemischen Gradienten verursacht werden.
Vor diesem Hintergrund wurde im ersten Teil dieser Arbeit ein System zur automatisierten, minimal-invasiven Untersuchung der SWI entwickelt und erprobt. Das System ermöglicht die Beprobung des Sedimentporenwassers ungestörter oder manipulierter Sedimente bei gleichzeitiger Erfassung von Parametern wie Redoxpotential, Sauerstoffgehalt und pH-Wert. Im Rahmen eines Inkubationsexperimentes wurde der Einfluss von Versauerung und mechanischer Störung (Resuspension) auf die Mobilität von 13 Metall(oid)en untersucht, die mittels Tripel-Quadrupol induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-QQQ-MS) quantifiziert wurden. Während die meisten Metalle in Folge von Sulfid-Verwitterung freigesetzt wurden hatte die mechanische Störung einen großen Einfluss auf die Mobilität der oxidbildenden Elemente As, Mo, Sb, U und V. Zusätzlich wurde gezeigt, dass das Probenahme-System zudem Optionen zur Untersuchung der Größenfraktionierung von Metall(oid)en sowie der Speziierung von As(III/V) und Sb(III/V) bietet.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde der Fokus - mit einem ähnlichen experimentellen Design - auf die Prozesse gelegt, die zur Freisetzung von Metall(oid)en führen. Zu diesem Zweck wurden zwei Inkubationsexperimente mit unterschiedlicher Sauerstoffversorgung parallel durchgeführt. Erstmals wurden mittels ICP-QQQ-MS die Nichtmetalle Kohlenstoff, Phosphor und Schwefel in einem Analyselauf gemeinsam mit 13 Metall(oid)en in Sedimentporenwasser quantifiziert. Die Größenfraktionierung der Metall(oid)e wurde über den gesamten Verlauf der Experimente überwacht. Es bestätigte sich, dass Sediment-Resuspension die Mobilität von Metalloiden wie As, Sb und V fördert, während die Freisetzung der meisten Metalle weitgehend auf die Verwitterung von Pyrit zurückzuführen war. Der kolloidale Beitrag (0,45 - 16 μm) zur Mobilisierung war nur für wenige Elemente relevant.
Schließlich wurde das Probenahmesystem im Rahmen eines neuen Ansatzes zur Sedimentbewertung eingesetzt. Dabei wurden ungestörte Sedimentkerne unterschiedlich kontaminierter Positionen im Trave-Ästuar untersucht und neben 16 Metall(oid)en, die Nichtmetalle C, P und S sowie die Ionen NH4+, PO43- und SO42- berücksichtigt. Durch den ersten umfangreichen Vergleich mit in-situ Dialyse-basierter Porenwasserbeprobung wurde die Eignung des entwickelten Ansatzes zur Erfassung der Feldbedingungen nachgewiesen. Die Porenwasseruntersuchungen zusammen mit ergänzenden Resuspensionsexperimenten in biogeochemischen Mikrokosmen und sequentieller Extraktion ergaben, dass das am geringsten „belastetste“ Sediment des Untersuchungsgebiets das größte Risiko für die Freisetzung von Metall(oid)en darstellt. Jedoch betrugen die potenziell freigesetzten Mengen je kg Sediment nur wenige Promille der durchschnittlichen täglichen Fracht der Trave
Geschlechter-Diätetik. Gender und Speisekonventionen
No full textDas Bulletin Esskulturen ist aus dem Verbundprojekt „Esskulturen. Objekte, Praktiken, Semantiken“ hervorgegangen, das im Rahmen der Förderlinie „Sprache der Objekte“ von September 2018 bis August 2021 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert wird. In jeder Ausgabe bildet ein Objekt der Stiftung Bürgerliche Wohnkultur, Sammlung Alex Poignard (Landesmuseum Koblenz) den Ausgangspunkt für eine interdisziplinäre Auseinandersetzung mit unterschiedlichen soziokulturellen Fragen rund um das Thema Essen.
Geschlechter-Diätetik. Gender und Speisekonventionen,
Bulletin Esskulturen, 2. Jahrgang 2020, Mappe II, Faszikel 7-12
Inhalt der Ausgabe
Mira van Leewen, Die Barttasse. Vom Sammlungs- zum Ausstellungsobjekt
Uta Schaffers, Einverleibungen. Fremde – Frauen – Essen
Maria Mothes,
„As fragile as a Tea Glass“. Ein weibliches Identifikationsobjekt in The Bastard of Istanbul von Elif Shafak
Mila Brill, Konventionen in der Halböffentlichkeit. Von verbotenen Früchten und einer angeeigneten Shisha-Zange
Stefan Meier, A wie Adam, Z wie Zacherl – und E wie Eva? Fernsehköche als Repräsentanten eines kulinarischen Lifestyles
Maja Linke, Retrotopie mit Schnurrbarttasse und das Recht, zu gehorchen
Impressu
Lernen in Citizen Science
Get PDFUnsere Welt und die technischen und naturwissenschaftlichen Erkenntnisse verändern sich aktuell sehr schnell. Dies betrifft auch die naturwissenschaftliche Forschung und erfordert vermehrten Einsatz der Wissenschaftskommunikation und der Bildung. Ein Instrument der Wissenschaftskommunikation und eine Erweiterung des schulischen Unterrichts kann die Beteiligung von Freiwilligen bei wissenschaftlichen Arbeiten sein, welches auch als Citizen Science (CS) bezeichnet wird. CS Projekte erfreuen sich einer wachsenden Beliebtheit, unter anderem von Schulen (Burger, 2016). Dabei werden unter anderem die Förderung des Kontextwissens, der Scientific Literacy, der Umwelteinstellung und des –verhaltens versprochen (Peter et al., 2019). Interventionsstudien zu den Bildungspotentialen kommen jedoch zu unterschiedlichen Ergebnissen (Gommermann & Monroe, 2012; Turrini et al., 2018). Diese inkonsistenten Ergebnisse der Studien können auf die unterschiedliche Gestaltung der einzelnen evaluierten CS Projekte zurückgeführt werden. Es wird angenommen, dass Teilnehmende, die in mehr Schritten des wissenschaftlichen Prozesses eingebunden werden, ein größeres Bildungspotential haben, als Teilnehmende, die nur in wenige Schritte eingebunden werden (Burger, 2016; Shirk & Bonney, 2018). Bonney, Ballard et al. (2009) haben dazu ein dreistufiges Modell entwickelt. Das Modell wird unter anderem auch von Shirk et al. (2012) und Jordan et al. (2015) unterstützt, ist jedoch bezüglich der Lernwirksamkeit nicht empirisch überprüft (Edwards et al., 2018; Jordan et al., 2015). Deswegen schließt die Forschungsfrage dieser Studie hier an: Unter welchem Partizipationsansatz sind die Lerneffekte in einem CS Projekt am größten für Schülerinnen und Schüler? Um diese Frage zu beantworten, wurde ein CS Projekt mit drei Experimentalgruppen geplant und durchgeführt. Insgesamt nahmen 199 Schülerinnen und Schüler an dem Projekt teil. Innerhalb der Interventionsstudie wurden die Schülerinnen und Schüler zu drei Testzeitpunkten zur Umwelteinstellung und -verhalten, Nature of Science, Einstellung zur Wissenschaft und dem Kontextwissen befragt. Die Analysen über die Messzeitpunkte zeigen keine statistisch signifikanten Einflüsse der Experimentalgruppen auf die abhängigen Variablen. Jedoch ist die Teststärke bei allen Tests zu gering, um abschließende Aussagen über die Annahmen zu treffen. Wird jedoch die generelle Wirkung der Intervention betrachtet, zeigen sich signifikante Effekte auf alle Schülerinnen und Schüler, unter anderem steigt das Verständnis über Nature of Science. Diese Ergebnisse stimmen mit früheren Schlussfolgerungen von Phillips (2017), Phillips et al. (2019) und Del Bianco (2018) überein, die ebenfalls Zweifel an dem Modell von Bonney, Ballard et al. (2009) äußerten. Innerhalb dieses CS Projektes konnte sich keiner der drei Partizipationsansätze bezüglich des Bildungspotential für Schülerinnen und Schüler hervorheben lassen. Jedoch ist diese Studie unter anderem durch die geringe Teststärke limitiert und endgültige Aussagen bedürfen weiterer systematischer Forschung
Toxicological characterization and screening of neuroactive chemicals and mixtures using zebrafish embryo behavior
No full textDespite the significant presence of neuroactive substances in the environment, bioassays that allow to detect diverse groups of neuroactive mechanisms of action are not well developed and not properly integrated into environmental monitoring and chemical regulation. Therefore, there is a need to develop testing methods which are amenable for fast and high-throughput neurotoxicity testing. The overall goal of this thesis work is to develop a test method for the toxicological characterization and screening of neuroactive substances and their mixtures which could be used for prospective and diagnostic hazard assessment.
In this thesis, the behavior of zebrafish embryos was explored as a promising tool to distinguish between different neuroactive mechanisms of action. Recently, new behavioral tests have been developed including photomotor response (PMR), locomotor response (LMR) and spontaneous tail coiling (STC) tests. However, the experimental parameters of these tests lack consistency in protocols such as exposure time, imaging time, age of exposure, endpoint parameter etc. To understand how experimental parameters may influence the toxicological interpretation of behavior tests, a systematic review of existing behavioral assays was conducted in Chapter 2. Results show that exposure concentration and exposure duration highly influenced the comparability between different test methods and the spontaneous tail coiling (STC) test was selected for further testing based on its relative higher sensitivity and capacity to detect neuroactive substances (Chapter 2).
STC is the first observable motor activity generated by the developing neural network of the embryo which is assumed to occur as a result of the innervation of the muscle by the primary motor neurons. Therefore, STC could be a useful endpoint to detect effect on the muscle innervation and also the on the whole nervous system. Consequently, important parameters of the STC test were optimized and an automated workflow to evaluate the STC with the open access software KNIME® was developed (Chapter 3).
To appropriately interpret the observed effect of a single chemical and especially mixture effects, requires the understanding of toxicokinetics and biotransformation. Most importantly, the biotransformation capacity of zebrafish embryos might be limited and this could be a challenge for assessment of chemicals such as organophosphates which require a bioactivation step to effectively inhibit the acetylcholinesterase (AChE) enzyme. Therefore, the influence of the potential limited biotransformation on the toxicity pathway of a typical organophosphate, chlorpyrifos, was investigated in Chapter 5. Chlorpyrifos could not inhibit AChE and this was attributed to possible lack of biotransformation in 24 hpf embryos (Chapter 5).
Since neuroactive substances occur in the environment as mixtures, it is therefore more realistic to assess their combined effect rather than individually. Therefore, mixture toxicity was predicted using the concentration addition and independent action models. Result shows that mixtures of neuroactive substances with different mechanisms of action but similar effects can be predicted with concentration addition and independent action (Chapter 4). Apart
from being able to predict the combined effect of neuroactive substances for prospective risk assessment, it is also important to assess in retrospect the combined neurotoxic effect of environmental samples since neuroactive substances are the largest group of chemicals occurring in the environment. In Chapter 6, the STC test was found to be capable of detecting neurotoxic effects of a wastewater effluent sample. Hence, the STC test is proposed as an effect based tool for monitoring environmental acute and neurotoxic effects.
Overall, this thesis shows the utility and versatility of zebrafish embryo behavior testing for screening neuroactive substances and this allows to propose its use for prospective and diagnostic hazard assessment. This will enhance the move away from expensive and demanding animal testing. The information contained in this thesis is of great potential to provide precautionary solutions, not only for the exposure of humans to neuroactive chemicals but for the environment at large
The Line Space - a Directional Data Structure for Ray Tracing Acceleration
No full textDie Raytracing-Beschleunigung durch dedizierte Datenstrukturen ist schon lange ein wichtiges Thema der Computergrafik. Im Allgemeinen werden dafür zwei unterschiedliche Ansätze vorgeschlagen: räumliche und richtungsbezogene Beschleunigungsstrukturen. Die vorliegende Arbeit stellt einen innovativen kombinierten Ansatz dieser beiden Bereiche vor, welcher weitere Beschleunigung der Strahlenverfolgung ermöglicht. Dazu werden moderne räumliche Datenstrukturen als Basisstrukturen verwendet und um vorberechnete gerichtete Sichtbarkeitsinformationen auf Basis von Schächten innerhalb einer originellen Struktur, dem Line Space, ergänzt.
Im Laufe der Arbeit werden neuartige Ansätze für die vorberechneten Sichtbarkeitsinformationen vorgeschlagen: ein binärer Wert, der angibt, ob ein Schacht leer oder gefüllt ist, sowie ein einzelner Vertreter, der als repräsentativer Kandidat die tatsächliche Oberfläche approximiert. Es wird gezeigt, wie der binäre Wert nachweislich in einer einfachen, aber effektiven Leerraumüberspringungs-Technik (Empty Space Skipping) genutzt wird, welche unabhängig von der tatsächlich verwendeten räumlichen Basisdatenstruktur einen Leistungsgewinn beim Raytracing von bis zu 40% ermöglicht. Darüber hinaus wird gezeigt, dass diese binären Sichtbarkeitsinformationen eine schnelle Technik zur Berechnung von weichen Schatten und Umgebungsverdeckung auf der Grundlage von Blockerapproximationen ergeben. Obwohl die Ergebnisse einen gewissen Ungenauigkeitsfehler enthalten, welcher auch dargestellt und diskutiert wird, zeigt sich, dass eine weitere Traversierungsbeschleunigung von bis zu 300% gegenüber der Basisstruktur erreicht wird. Als Erweiterung zu diesem Ansatz wird die repräsentative Kandidatenvorberechnung demonstriert, welche verwendet wird, um die indirekte Lichtberechnung durch die Integration von kaum wahrnehmbaren Bildfehlern signifikant zu beschleunigen. Schließlich werden Techniken vorgeschlagen und bewertet, die auf zweistufigen Strukturen und einer Nutzungsheuristik basieren. Diese reduzieren den Speicherverbrauch und die Approximationsfehler bei Aufrechterhaltung des Geschwindigkeitsgewinns und ermöglichen zusätzlich weitere Möglichkeiten mit Objektinstanziierungen und starren Transformationen.
Alle Beschleunigungs- und Speicherwerte sowie die Näherungsfehler werden gemessen, dargestellt und diskutiert. Insgesamt zeigt sich, dass durch den Line Space eine deutliche Erhöhung der Raytracing Leistung auf Kosten eines höheren Speicherverbrauchs und möglicher Annäherungsfehler erreicht wird. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen damit die Leistungsfähigkeit des kombinierten Ansatzes und eröffnen weitere Möglichkeiten für zukünftige Arbeiten.Ray tracing acceleration through dedicated data structures has long been an important topic in computer graphics. In general, two different approaches are proposed: spatial and directional acceleration structures. The thesis at hand presents an innovative combined approach of these two areas, which enables a further acceleration of the tracing process of rays. State-of-the-art spatial data structures are used as base structures and enhanced by precomputed directional visibility information based on a sophisticated abstraction concept of shafts within an original structure, the Line Space.
In the course of the work, novel approaches for the precomputed visibility information are proposed: a binary value that indicates whether a shaft is empty or non-empty as well as a single candidate approximating the actual surface as a representative candidate. It is shown how the binary value is used in a simple but effective empty space skipping technique, which allows a performance gain in ray tracing of up to 40% compared to the pure base data structure, regardless of the spatial structure that is actually used. In addition, it is shown that this binary visibility information provides a fast technique for calculating soft shadows and ambient occlusion based on blocker approximations. Although the results contain a certain inaccuracy error, which is also presented and discussed, it is shown that a further tracing acceleration of up to 300% compared to the base structure is achieved. As an extension of this approach, the representative candidate precomputation is demonstrated, which is used to accelerate the indirect lighting computation, resulting in a significant performance gain at the expense of image errors. Finally, techniques based on two-stage structures and a usage heuristic are proposed and evaluated. These reduce memory consumption and approximation errors while maintaining the performance gain and also enabling further possibilities with object instancing and rigid transformations.
All performance and memory values as well as the approximation errors are measured, presented and discussed. Overall, the Line Space is shown to result in a considerate improvement in ray tracing performance at the cost of higher memory consumption and possible approximation errors. The presented findings thus demonstrate the capability of the combined approach and enable further possibilities for future work
Cultural neighbourhoods, or approaches to quantifying cultural contextualisation in multilingual knowledge repository Wikipedia
No full textAs a multilingual system,Wikipedia provides many challenges for academics and engineers alike. One such challenge is cultural contextualisation of Wikipedia content, and the lack of approaches to effectively quantify it. Additionally, what seems to lack is the intent of establishing sound computational practices and frameworks for measuring cultural variations in the data. Current approaches seem to mostly be dictated by the data availability, which makes it difficult to apply them in other contexts. Another common drawback is that they rarely scale due to a significant qualitative or translation effort. To address these limitations, this thesis develops and tests two modular quantitative approaches. They are aimed at quantifying culture-related phenomena in systems which rely on multilingual user-generated content. In particular, they allow to: (1) operationalise a custom concept of culture in a system; (2) quantify and compare culture-specific content- or coverage biases in such a system; and (3) map a large scale landscape of shared cultural interests and focal points. Empirical validation of these approaches is split into two parts. First, an approach to mapping Wikipedia communities of shared co-editing interests is validated on two large Wikipedia datasets comprising multilateral geopolitical and linguistic editor communities. Both datasets reveal measurable clusters of consistent co-editing interest, and computationally confirm that these clusters correspond to existing colonial, religious, socio economic, and geographical ties. Second, an approach to quantifying content differences is validated on a multilingual Wikipedia dataset, and a multi-platform (Wikipedia and Encyclopedia Britannica) dataset. Both are limited to a selected knowledge domain of national history. This analysis allows, for the first time on the large scale, to quantify and visualise the distribution of historical focal points in the articles on national histories. All results are cross-validated either by domain experts, or external datasets.
Main thesis contributions. This thesis: (1) presents an effort to formalise the process of measuring cultural variations in user-generated data; (2) introduces and tests two novel approaches to quantifying cultural contextualisation in multilingual data; (3) synthesises a valuable overview of literature on defining and quantifying culture; (4) provides important empirical insights on the effect of culture on Wikipedia content and coverage; demonstrates that Wikipedia is not contextfree, and these differences should not be treated as noise, but rather, as an important feature of the data. (5) makes practical service contributions through sharing data and visualisations.Als mehrsprachiges System stelltWikipedia viele Herausforderungen sowohl an Akademiker als auch an Ingenieure. Eine dieser Herausforderungen ist die kulturelle Kontextualisierung der Wikipedia-Inhalte und der Mangel an Ansätzen zu ihrer effektiven Quantifizierung. Außerdem scheint es an der Absicht zu fehlen, solide Berechnungspraktiken und Rahmenbedingungen für die Messung kultureller Variationen in dem Datenmaterial zu schaffen. Die derzeitigen Ansätze scheinen hauptsächlich von der Datenverfügbarkeit diktiert zu werden, was ihre Anwendung in anderen Kontexten erschwert. Ein weiterer häufiger Nachteil ist, dass sie aufgrund eines erheblichen qualitativen oder Übersetzungsaufwands selten skalieren. Um diesen Einschränkungen zu begegnen, werden in dieser Arbeit zwei modulare quantitative Ansätze entwickelt und getestet. Sie zielen darauf ab, kulturbezogene Phänomene in Systemen zu quantifizieren, die auf mehrsprachigem, nutzergeneriertem Inhalt beruhen. Insbesondere
ermöglichen sie es: (1) einen benutzerdefinierten Kulturbegriff in einem System zu operationalisieren; (2) kulturspezifische Inhalts- oder Abdeckungsverzerrungen in einem solchen System zu quantifizieren und zu vergleichen; und (3) eine großräumige Landschaft mit gemeinsamen kulturellen Interessen und Schwerpunkten abzubilden. Die empirische Validierung dieser Ansätze ist in zwei Teile gegliedert. Erstens wird ein Ansatz zur Kartierung von Wikipedia-Gemeinschaften mit gemeinsamen redaktionellen Interessen auf zwei großenWikipedia Datensätzen validiert, die multilaterale geopolitische und sprachliche Redakteursgemeinschaften umfassen. Beide Datensätze zeigen messbare Cluster von konsistenten Mitredaktionsinteressen und bestätigen rechnerisch, dass diese Cluster mit bestehenden kolonialen, religiösen, sozioökonomischen und geographischen Bindungen übereinstimmen.
Zweitens wird ein Ansatz zur Quantifizierung von Inhaltsunterschieden anhand eines mehrsprachigen Wikipedia-Datensatzes und eines Multiplattform-Datensatzes (Wikipedia und Encyclopedia Britannica) validiert. Beide sind auf einen ausgewählten Wissensbereich der Nationalgeschichte beschränkt. Diese Analyse ermöglicht es erstmals im großen Maßstab, die Verteilung der historischen Schwerpunkte in den Artikeln zur Nationalgeschichte zu quantifizieren und zu visualisieren. Alle Ergebnisse werden entweder von Fachexperten oder von externen Datensätzen kreuzvalidiert. Die wichtigsten Beiträge der Dissertation. Diese Dissertation: (1) stellt einen Versuch dar, den Prozess der Messung kultureller Variationen in nutzergeneriertem Datenmaterial zu formalisieren; (2) stellt zwei neue Ansätze zur Quantifizierung der kulturellen Kontextualisierung in mehrsprachigem Datenmaterial vor und testet sie; (3) schafft einen wertvollen Überblick über die Literatur zur Definition und Quantifizierung von Kultur; (4) liefert wichtige empirische Erkenntnisse über die Wirkung von Kultur auf den Inhalt und die Abdeckung von Wikipedia; zeigt, dass Wikipedia nicht kontextfrei ist, und dass diese Unterschiede nicht als Rauschen, sondern als ein wichtiges Merkmal des Datenmaterials behandelt werden sollten. (5) leistet einen praktischen Beitrag durch das Teilen von Datenmaterial und Visualisierungen