Hochschulbibliothekszentrum des Landes Nordrhein-Westfalen
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Gestaltung einer integrierten Lernumgebung zur Förderung der Problemlösekompetenz im Physikunterricht - eine Design-Based-Research-Studie
No full textInternationale Bildungsstudien (TIMSS und PISA) offenbarten, dass es deutschen Schülern nur begrenzt gelingt, ihr erworbenes Wissen im Physikunterricht zur Problemlösung in neuen Kontexten zu nutzen. Als Grund nennen die Studien die gering ausgeprägte Kompetenz-erwartung in Bezug zum Fach Physik. Die Folge ist eine geringe Motivation der Lernenden, physikalische Aufgaben zu lösen. Studien zeigen aber auch, dass die Motivation beim Lernen durch den Einsatz digitaler Lernmedien gesteigert werden konnte. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, ob das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten durch das Lernen in einer integrierten Lernumgebung gefördert werden kann. Im Rahmen eines Design-Based-Research-Forschungsansatzes (DBR) wurde eine integrierte Lernumgebung „Wärmelehre“ mit digitalen Lernmedien für den Physikunterricht gestaltet, die dann in zwei Schulformen (IGS und Gymnasium) innerhalb einer quasi-experimentellen Feldstudie erprobt wurde. Im 1. Zyklus des DBR wurden die Wirkungen des selbstständigen Lernens mit digitalen/analogen Medien in Einzelarbeit untersucht. Die Ergebnisse der Wissenstests zeigen einen höheren Lernerfolg bei den Lernenden der Experimentalgruppen, der sich aber nicht signifikant von den Lernenden der Kontrollgruppen (analoge Medien) unterscheidet. Die Lernenden konnten sich in der integrierten Lernumgebung mit Unterstützung beider Medienformate selbstständig Fachwissen aneignen und problembasierte Textaufgaben lösen. Die Ergebnisse der Befragungen der Lernenden zeigen, dass sich die Lerngruppen signifikant in ihrem erlebten Grad der Selbststeuerung unterscheiden. Die Lernenden beider Experimentalgruppen bewerten ihren Handlungsspielraum besser als die Lernenden der beiden Kontrollgruppen. Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass sich die individuellen Lernvoraussetzungen, der Lernstiltyp, das Kompetenzerleben und die Aspekte der Medien-gestaltung wechselseitig beeinflussen und auf den Lernerfolg wirken. Die Ergebnisse der Lernstilanalyse zeigen, dass sich selbst kleine Lerngruppen heterogen zusammensetzen. Demnach scheint es für einen guten Lernerfolg notwendig zu sein, dass die Lehrenden, die Lernumgebung an die individuellen Lernpräferenzen der Lernenden der Lerngruppe anpassen. Aus den Ergebnissen lässt sich als Konsequenz für den Physikunterricht ableiten, dass Selbstlernphasen mit digitalen Lernmedien regelmäßig in den Unterricht integriert werden sollten, um die Problemlöse- und die Selbststeuerungskompetenz zu fördern. Es ist von Vorteil, wenn die Lehrenden für die Gestaltung einer Lernumgebung, das Vorwissen, die individuellen Lernvoraussetzungen und die Zusammensetzung der Lerngruppe (Lernstiltyp) als Qualitätsdimensionen erfassen. Im Re-Design werden Vorschläge unterbreitet, wie die integrierte Lernumgebung lernstilgerecht weiterentwickelt werden kann. Im 2. Zyklus soll dann erforscht werden, ob sich Unterschiede im Lernerfolg und in den untersuchten Aspekten zeigen, wenn die Lernenden in Einzelarbeit, in Partnerarbeit oder in ihrer Lernstilgruppe selbstgesteuert lernen, um die Lernumgebung zyklisch weiterzuentwickeln
Kamerabasierte Assistenz für Nutzfahrzeuge
No full textLastkraftwagen werden weltweit in verschiedenen Konfigurationen für den Transport von Gütern und für Spezialanwendungen genutzt. Das sichere Navigieren solcher Großfahrzeuge stellt eine herausfordernde Aufgabe für den Fahrer und unter Umständen für automatische Steuerungssysteme, z. B. im semi-autonomen oder autonomen Betrieb, dar. Insbesondere in kinematisch schwierigen Situationen, auf unebenem Untergrund oder bei engen Platzverhältnissen steigt die Komplexität des sicheren Steuerns.
Umso verwunderlicher ist es, dass unterstützende Systeme, welche die speziellen Belange von LKW und insbesondere LKW-Gespannen adressieren, im Vergleich zum Angebot auf dem PKW-Markt nur in rudimentärem Maß angeboten werden. Das Gefahrenpotential, dass von Großfahrzeugen ausgeht, wird zunehmend in der aktuellen Tagespolitik diskutiert. Unter anderem wird die verpflichtende Einführung von Fahrerassistenzsystemen gefordert.
In dieser Arbeit werden zwei Themen behandelt, die sich mit den speziellen Anforderungen von Nutzfahrzeugen befassen. Im ersten Themenblock wird die Erfassung der Artikulation in einem LKW-Anhänger-Gespann mit Drehschemelanhänger bearbeitet. Dabei wird ein neuartiges Verfahren vorgestellt, das auf an der Universität Koblenz-Landau geleisteten Vorarbeiten aufbaut. Es ermöglicht die Erfassung von Knickwinkeln in mehreren Dimensionen und ist daher auch für den Einsatz auf unebenem Grund, wie beispielsweise in Baustellen- oder Agrarszenarien geeignet. Das Verfahren nutzt dabei eine Kamera und ein künstliches Muster, um den Gespannzustand zu ermitteln.
Im zweiten Bereich wird die Umfeldvisualisierung durch eine Vogelperspektivenansicht thematisiert. Herkömmliche Systeme weisen systembedingte Verzerrungen auf, die unnatürlich wirkende Ansichten zur Folge haben. Diesem Problem wird durch die Entwicklung einer neuen Herangehensweise begegnet: Mit den Tiefendaten von Stereokameras wird eine Umgebungsmodellierung realisiert, die im nächsten Schritt perspektivisch korrekt mit Kamerabildern fusioniert wird. Mittels einer speziell für diesen Fall erweiterten Stereo-Hinderniserkennung wird zudem eine zusätzliche Umfeldüberwachung ermöglicht.
Die beiden in dieser Dissertation vorgestellten Verfahren beinhalten grundlegende Arbeiten, die für die Entwicklung maßgeschneiderter Assistenzsysteme für LKW angewandt werden können
What impedes Consumers’ Delivery Drone Service Adoption?
Get PDFDespite widespread plans of big companies like Amazon and Google to develop unmanned delivery drones, scholarly research in this field is scarce, especially in the information systems field. From technical and legal perspectives, drone delivery in last-mile scenarios is in a quite mature state. However, estimates of user acceptance are varying between high skepticism and exaggerated optimism. This research follows a mixed method approach consisting both qualitative and quantitative research, to identify and test determinants of consumer delivery drone service adoption. The qualitative part rests on ten interviews among average consumers, who use delivery services on a regular basis. Insights gained from the qualitative part were used to develop an online survey and to assess the influence of associated risks on adoption intentions. The quantitative results show that especially financial and physical risks impede drone delivery service adoption. Delivery companies who are currently thinking about providing a delivery drone service may find these results useful when evaluating usage behaviors in the future market for delivery drones
Nonsuicidal self-injury in adolescents considering personality traits and family factors
No full textDas wissenschaftliche Interesse an nichtsuizidalen Selbstverletzungen (NSSV) von Jugendlichen hat in den letzten zwei Jahrzehnten deutlich zugenommen. Hohe Prävalenz- und Komorbiditätsraten sowie die geringe Lebensqualität und das erhöhte Suizidrisiko betroffener Jugendlicher betonen die Wichtigkeit dieses Forschungszweiges. Die vorliegende Dissertation widmet sich intra- und interpersonellen Faktoren, die sich als relevant für die Entstehung und Aufrechterhaltung von NSSV erwiesen haben.
Ziel der Studie 1 war die Untersuchung der Persönlichkeitsmerkmale von Jugendlichen mit NSSV ohne Borderline-Persönlichkeitsstörung (NSSV-BPS) in Abgrenzung zu Jugendlichen mit NSSV und einer BPS (NSSV+BPS), einer klinischen Kontrollgruppe (KKG) und einer gesunden Kontrollgruppe (GKG). Jugendliche mit NSSV erzielten im Vergleich zur KKG höhere Werte auf den Persönlichkeitsdimensionen Neugierverhalten und Schadensvermeidung und niedrigere Werte auf den Dimensionen Beharrungsvermögen, Selbstlenkungsfähigkeit und Kooperativität. Für Jugendliche mit NSSV+BPS zeigte sich ein ähnliches Persönlichkeitsmus-ter, welches jedoch deutlich ausgeprägter war.
NSSV von Jugendlichen beeinflussen das gesamte Familiensystem und gehen häufig mit Konflikten und einer veränderten Familiendynamik einher. Eltern von betroffenen Jugendlichen berichten von einer hohen Belastung, Unsicherheit und Hilflosigkeit. Jugendliche mit NSSV nehmen im Vergleich zu Jugendlichen ohne NSSV mehr Kritik und Kontrolle und weniger Unterstützung von Seiten der Eltern wahr. In Studie 2 wurde das Erziehungsverhalten in Familien von Jugendlichen mit NSSV untersucht und mit einer KKG und GKG verglichen. Im Vergleich zur GKG berichteten Jugendliche mit NSSV weniger mütterliche Wärme und Unterstützung. Mütter von Jugendlichen mit NSSV erzielten im Vergleich zu Müttern in der GKG höhere Psychopathologiewerte und berichteten weniger Elternzufriedenheit als Mütter der KKG und GKG.
Auch Geschwisterkinder leiden unter der veränderten Familiendynamik. Ziel der Studie 3 war die Untersuchung der Geschwisterbeziehung von Jugendlichen mit NSSV im Vergleich zu einer KKG und GKG. Geschwister von Jugendlichen mit NSSV berichteten von einer Viel-zahl von negativen emotionalen und familiären Konsequenzen bedingt durch die NSSV der Schwester. Im Vergleich zu Geschwistern in der KKG und GKG berichteten sie häufiger von Nötigung/Zwang in der Geschwisterbeziehung. Jugendliche mit NSSV gaben im Vergleich zur GKG höhere Rivalitätswerte und weniger Empathie und Wärme in der Geschwisterbeziehung an. Sowohl für Jugendliche mit NSSV als auch deren Geschwister zeigten sich Zusammenhänge zwischen der geschwisterlichen Beziehungsqualität und internalisierenden Symptomen.
Zur genaueren Untersuchung des familiären Klimas, wurde in Studie 4 das Ausmaß an Expressed Emotion (EE) von Jugendlichen mit NSSV, Jugendlichen einer KKG, einer GKG und deren Müttern erfasst und verglichen. Bisherige Studien zeigen einen Zusammenhang zwischen einem hohen Maß an EE (HEE) der Eltern und NSSV der Jugendlichen. Insbesondere elterliche Kritik scheint mit NSSV assoziiert zu sein. Der Fokus bisheriger Studien lag auf dem EE-Status der Eltern, was womöglich ein unvollständiges Bild darstellt. Aus diesem Grund wurden in dieser Studie auch die EE-Ausprägungen der Jugendlichen miteinbezogen. Jugendliche in der NSSV Gruppe und KKG erfüllten im Vergleich zur GKG häufiger die Kriterien für HEE. Jugendliche mit NSSV äußerten gegenüber ihren Müttern mehr verdeckte Kritik und kritischen Tonfall als Jugendliche der KKG und GKG. HEE der Jugendlichen ging mit Emotionsregulationsschwierigkeiten einher. Für die Gesamtstichprobe zeigte sich eine moderate Übereinstimmung zwischen den HEE-Ausprägungen der Jugendlichen und Mütter.
Die Ergebnisse dieser Arbeit beinhalten wichtige Implikationen für die Behandlung von Jugendlichen mit NSSV. Die Unterschiede in den Persönlichkeitsmerkmalen von Jugendlichen mit NSSV mit und ohne BPS betonen die Relevanz der dimensionalen Persönlichkeitsdiagnostik sowie gezielter Behandlungsprogramme für Jugendliche mit NSSV-BPS. Familiäre Konflikte sind häufige Trigger für NSSV, daher sollten Interventionen für Jugendliche mit NSSV sowohl die Verbesserung der Emotionsregulation als auch der familiären Kommunikation und Interaktion zum Ziel haben. Nebst der Reduktion negativer Beziehungsaspekte, sollte in der Psychotherapie auch an der Steigerung positiver Beziehungsqualitäten gearbeitet werden. Die emotionale Belastung von Familienangehörigen weist auf die Notwendigkeit von Unterstützungsangeboten für Eltern und Geschwister hin.The scientific interest in nonsuicidal self-injury (NSSI) has increased in the last two decades. High prevalence and comorbidity rates, low quality of life and increased risk of suicidality highlight the importance of this research field. The present thesis focuses on intra- and interpersonal factors associated with the development and maintenance of NSSI.
The aim of study 1 was the examination of personality traits of adolescents with NSSI without Borderline Personality Disorder (NSSI-BPD), adolescents with NSSI and BPD (NSSI+BPD), clinical controls (CC) and nonclinical controls (NC). Results showed that adolescents with NSSI disorder scored significantly higher on novelty seeking and harm avoidance and lower on persistence, self-directedness, and cooperativeness than CC. In adolescents with NSSI+BPD this personality pattern was even more pronounced than in adolescents with NSSI-BPD.
Adolescents´ NSSI leads to distress that affects the whole family system, often resulting in conflicts and disrupted family communication and functioning. Parents report feelings of distress, insecurity and helplessness. Adolescents with NSSI report more parental criticism and control and less support than adolescents without NSSI. Study 2 investigated the parenting behavior in families of adolescents with NSSI. Adolescents with NSSI reported less maternal warmth and support than NC adolescents. Mothers of adolescents with NSSI showed higher psychopathology scores than NC mothers and less parental satisfaction than CC and NC mothers.
Siblings are also reported to suffer from changes in family dynamics. The aim of study 3 was to examine the sibling relationship quality of adolescents with NSSI, CC and NC. Siblings reported a wide range of negative emotional and familial consequences as a result of their sister´s NSSI. Siblings of adolescents with NSSI experienced significantly more coercion in the relationship with their sister compared to CC and NC siblings. Adolescents with NSSI reported significantly less warmth and empathy in the sibling relationship and higher rivalry scores between their siblings and themselves than NC adolescents. For both, adolescents with NSSI and their siblings, associations were found between sibling relationship quality and internalizing problems.
Study 4 aimed to further explore the family emotional climate. Therefore, the level of expressed emotion (EE) was assessed in adolescents with NSSI, CC, NC and their mothers. Parental high EE (HEE) is linked to adolescent NSSI, especially parental criticism seems to be strongly associated with NSSI. Previous research into NSSI and EE has focused on parental EE, however, the conceptualization of EE as a unidirectional construct from parent to child may present an incomplete picture. Therefore, the current study included both, adolescent and maternal EE. Adolescents in the NSSI and CC group more often met criteria for HEE than NC. Adolescents with NSSI exhibited significantly more covert criticism and critical tone toward their mothers than CC and NC. HEE of adolescents with NSSI was associated with a range of difficulties in emotion regulation. For the total sample, moderate concordance was found between adolescents and mothers EE-status.
The research presented in this thesis has important clinical implications. The differences in personality traits of adolescents with NSSI with and without BPD underline the need for a dimensional personality assessment as well as specific treatment programs for adolescents with NSSI-BPD. Problems within the family are frequent triggers for NSSI. Therefore, interventions for adolescents with NSSI should include both, the improvement of emotion regulation and family interaction and communication. Along with the reduction of negative relationship aspects, psychotherapy should also focus on the enhancement of positive relationship quality. The emotional burden of family members stresses the need for emotional and practical support for parents and siblings
Spektroskopie zweiatomiger Moleküle bei Einstrahlung ultrakurzer Laserpulse und ihre Anwendung
No full textEven with moderate pulse energies and average powers, ultrashort pulse lasers achieve very high peak powers, whose effect on matter is fundamentally different from that of other light sources. The high electric field strength does not only cause an increase of optically nonlinear effects such as second harmonic generation, but it is also responsible for the “cold“ ablation, which leads to colder plasmas. An investigation of these two circumstances in terms of a simplification of the pulse duration measurement and an improvement of the molecular formation in cooling plasmas is the topic of this work. In this context, it is shown that when selecting suitable process parameters, especially when purposefully defocusing the medium, the use of ultrashort pulse lasers improves the spectroscopy of several emitting molecules such as aluminum oxide. Therefore, their detection is possible even without the time-resolving spectrometers required in literature. In addition, ultrashort pulses enable spatially resolved crystallization of zinc oxide on zinc surfaces prepared by basic means. The resulting wurtzites usually align their c-axis approximately perpendicular to the underlying surface and can be used to generate scattered second harmonics. Fiber-based femtosecond lasers with pulse energies in the microjoule range, pulse durations of a few 100fs and very low maintenance requirements have proven to be a powerful instrument for these purposes. For measuring the pulse duration, the high pulse energy also enables the usage of frequency doublers with much lower conversion eciencies. Despite nonuniform crystal axes, the scattering second harmonic generating aluminum nitride has proven to be particularly suitable for optical autocorrelation. Compared to the commonly used monocrystalline beta-barium borate, the sintered aluminum nitride ceramic plates facilitate the adjustment, simplify the material handling and reduce the expenses by two to three orders of magnitude. The method developed in this work is therefore also suitable for confirmatory measurements of the pulse duration during the production process of such systems – especially when the occurring pulse energies are high or rather too high for beta-barium borate.Durch die Verwendung ultrakurzer Pulse lassen sich selbst bei moderaten Pulsenergien und Durchschnittsleistungen sehr hohe Spitzenleistungen erreichen, deren Wirkung auf Materie sich grundlegend von der anderer Lichtquellen unterscheidet. Die hohe Feldstärke ist hier nicht nur verantwortlich für das vermehrte Auftreten optisch nichtlinearer Effekte wie der Frequenzverdopplung, sondern ist auch hauptverantwortlich für die ”kalte“ Ablation, die zu deutlich kälteren Plasmen führt. Eine Untersuchung dieser beiden Umstände in Hinblick auf eine Vereinfachung der Pulslängenmessung und eine Verbesserung der Molekülbildung in erkaltenden Plasmen ist Thema dieser Arbeit. In diesem Zusammenhang wird gezeigt, dass die Verwendung von Ultrakurzpulslasern bei der Wahl geeigneter Prozessparameter, insbesondere durch gezielte Defokussierung, die Spektroskopie verschiedener emittierender Moleküle wie Aluminiumoxid verbessert, sodass deren Detektion auch ohne die in der Literatur geforderten zeitauflösenden Messinstrumente möglich ist. Darüber hinaus ermöglichen ultrakurze Pulse eine ortsaufgelöste Kristallisation von Zinkoxid auf – mit einfachen Mitteln präparierten – Zinkoberflächen. Die dabei entstandenen Wurtzite richten ihre c-Achse meist annähernd senkrecht zur darunterliegenden Oberfläche aus und können zur Erzeugung von gestreuter Frequenzverdopplung genutzt werden. Hierfür haben sich besonders die in den letzten Jahren entwickelten faserbasierten Femtosekundenlaser mit Pulsenergien im Mikrojoule-Bereich, Pulslängen von wenigen 100fs und äußerst geringem Wartungsaufwand als ein leistungsfähiges Instrument erwiesen. Die hohe Pulsenergie dieser Systeme erlaubt zudem die Verwendung von Frequenzverdopplern mit deutlich geringeren Konversionsezienzen zur Messung der Pulslänge. Trotz uneinheitlicher Kristallachsen hat sich hier das streuend frequenzverdoppelnde Aluminiumnitrid als besonders tauglich für die optische Autokorrelation herausgestellt. Im Vergleich zum üblicherweise verwendeten monokristallinen Beta-Bariumborat, reduzieren die gesinterten Aluminiumnitrid-Keramikplatten den Justageaufwand, vereinfachen durch ihre Robustheit die Handhabung und verringern den Kostenfaktor um zwei bis drei Größenordnungen. Daher eignet sich das hier entwickelte Verfahren auch für die Kontrolle der Pulslänge während des Fertigungsprozesses eines solchen Systems – besonders dann, wenn hohe bzw. für Beta-Bariumborat zu hohe Pulsenergien auftreten können
Das Interventionsverhalten von Studierenden mit divergierender prozessdiagnostischer Fähigkeit "Deuten"
Get PDFEine zutreffende Diagnose über den aktuellen Kenntnisstand der jeweiligen Schülerinnen und Schüler ist notwendig, um adäquat in Gruppenarbeitsprozesse intervenieren zu können. Von diesem Zusammenhang wird in der Literatur weit-gehend ausgegangen, jedoch gibt es bisher kaum empirische Studien, die diesen belegen. Die vorliegende Arbeit widmet sich schwerpunktmäßig dem Interventi-onsverhalten von Studierenden. Dabei wird die prozessdiagnostische Fähigkeit „Deuten“ zugrundegelegt, um unterschiedliches Interventionsverhalten auf diese Fähigkeit zurückführen zu können. Sowohl beim Aufbau diagnostischer Fähig-keiten als auch bei der (Weiter-)Entwicklung des eigenen Lehrerhandelns gilt Reflexion als hilfreich. Entsprechend wird auch das Zusammenspiel von Pro-zessdiagnose und Reflexionsverhalten sowie von Interventionsverhalten und Reflexionsverhalten untersucht.
Für die Erhebung der prozessdiagnostischen Fähigkeit „Deuten“ wurden drei Videovignetten erstellt und in das Videodiagnosetool ViviAn eingebunden. Die Videovignetten zeigen jeweils vier Schülerinnen, die sich mit dem Thema „Ter-me“ beschäftigen. Im Rahmen eines Lehr-Lern-Labores wurden über vier Se-mester hinweg alle teilnehmenden Studierenden dazu angehalten, die Videovig-netten zu bearbeiten. Ebenso konzipierten sie jeweils zu dritt eine Laborstation im Mathematik-Labor „Mathe ist mehr“ und erprobten diese mit einer Schul-klasse. Dabei wurden die Interventionen der Studierenden in die Gruppenarbeits-prozesse der Schülerinnen und Schüler videographiert. Anschließend reflektierten die Studierenden in Kleingruppen über die Erprobungen und über die getätigten Interventionen. Die Reflexionsgespräche wurden ebenfalls videographiert.
Es zeigt sich, dass die Studierenden, die sich zum Zeitpunkt der Erhebung im Masterstudium befanden, noch Entwicklungsspielraum in Bezug auf ihre pro-zessdiagnostische Fähigkeit „Deuten“ besitzen. Im Hinblick auf die Interventio-nen waren responsive Interventionen häufiger angemessen als invasive Interven-tionen, wobei responsive Internvetionen auch vergleichsweise häufiger dazu führten, dass mehr Schülerinnen und Schüler nach der Intervention aktiv waren. Studierende mit höherer prozessdiagnostischer Fähigkeit „Deuten“ intervenierten jedoch häufiger invasiv und tätigten dabei trotzdem angemessenere und aktivie-rendere Interventionen als ihre Kommilitoninnen und Kommilitonen. Entspre-chend scheint sich die prozessdiagnostische Fähigkeit „Deuten“ positiv auf die Interventionen der Studierenden auszuwirken und sollte daher bereits im Rah-men des (Lehramts-)Studiums verstärkt geschult werden
Rendering von blickabhängigen Reflexionen auf der Grafikkarte
Get PDFIn der Computergrafik stellte die Berechnung von Reflexionen lange ein
Problem dar. Doch mit der ständigen Weiterentwicklung der Hardware
und Vorstellung neuer Verfahren ist eine realitätsnahe,
echtzeitfähige(durchschnittlich 60 FPS) Berechnung von Reflexionen möglich. In der folgenden Ausarbeitung werden verschiedene Reflexionsverfahren vorgestellt. Alle mathematischen und physikalischen Grundlagen werden gegeben, um die Algorithmen nachvollziehen zu können. Da eine Reflexion immer das Abtasten eines reflektierten Vektors bedeutet, werden zwei verschiedene Abtastungsverfahren für blickabhängige Reflexionen vorgestellt und anschließend implementiert. Zuletzt werden die Verfahren auf Basis von Qualität und Performance gegenübergestellt
Grundlagen der Systemtheorie zur Anwendung transdisziplinärer Verfahren der Technikfolgenabschätzung
Get PDFDer technische Fortschritt ist in besonderem Maß dafür verantwortlich wie Menschen den Alltag bestreiten. Durch technische Innovationen ergeben sich Gestaltungsmöglichkeiten in allen Lebensbereichen, wodurch Menschen einem kontinuierlichen Anpassungsprozess an neue Produkte, Verfahren und Rahmenbedingungen unterliegen. Dieser Umstand wird im heutigen Zeitalter der zunehmenden Umstellung analoger Verfahren auf digitale Prozesse besonders deutlich. Dabei ist nicht zuverlässig vorhersehbar, ob die technischen Neuerungen nur Chancen aufzeigen oder auch Risiken mit sich bringen. Im Forschungsbereich der Technikfolgenabschätzung wird untersucht, welchen Einfluss technische Neuerungen auf die Gesellschaft haben. Erwünschte und unerwünschte Folgen der Technik sollen zuverlässig prognostiziert werden, sodass eine frühzeitige Reaktion ermöglicht wird. Im Kern dieser Arbeit wird die projektbasierte Vorgehensweise nach MITRE für die Technikfolgenabschätzung erörtert. Gleichzeitig wird untersucht, ob und wie die Ansätze der Systemtheorie für eine Verbesserung der Prognosen in der Technikfolgenabschätzung eingesetzt werden können. Damit wird der Frage nachgegangen, wie sicher Prognosen in diesem Kontext sein können und ob durch den adäquaten Einsatz systemtheoretischer Denkweisen ein Mehrwert in Form zuverlässigerer Prognosen geschaffen werden kann. Als methodische Vorgehensweise wurde eine Literaturanalyse durchgeführt. Zusätzlich wurde ein Experte in einem Interview und weitere per E-Mail befragt, sodass ein Einblick in die praktische Arbeitsweise erlangt werden konnte. Aufbauend auf der erarbeiteten Projektstruktur wurde in den Projektteilen überprüft, ob durch den bewussten Einsatz systemtheoretischer Grundgedanken signifikante Erkenntnisse erlangt werden können. Durch die Analysen in dieser Arbeit hat sich gezeigt, dass die Ergebnisse einer Technikfolgenabschätzung einen höheren Sicherheitsgehalt aufweisen können als eine Untersuchung ohne Berücksichtigung systemtheoretischer Denkweisen. Insbesondere das Erlangen eines Systemverständnisses in der Konzeptionsphase kann maßgeblich für eine erfolgreiche Technikfolgenabschätzung sein. Diese Masterarbeit stellt die theoretische Bearbeitung des Themenkomplexes einer Kombination aus Technikfolgenabschätzung und Systemtheorie dar. Eine Anwendungsprüfung der Resultate in der praktischen Arbeit der Technikfolgenabschätzung wird empfohlen.The technological progress is highly responsible for how people live their everyday life. Technical innovations provide new opportunities to re-design all areas of life and because of that the society has to adjust to these changes permanently. These days, due to the fact that there is a changeover from analog into digital processes, this circumstance is highly relevant. However, it is not always clear whether a technological innovation just entails chances or involves risks, too. The research field of technology assessment pursues the goal to examine the influence of technological innovations on the society. For this purpose, unpredictable consequences of a technology need to be anticipated in advance to provide the opportunity of earlier reactions. The core of this thesis a discussion about a project based approach of technology assessment. Additionally, it is being investigated whether and how systems theory approaches can be used to improve predictions in the research area of technology assessment. Therefore, the question of how reliable forecasts are in this kind of context will be answered. Moreover, there is an investigation if an added-value can be created through performing system thinking. As a methodical approach a literature review has been performed. Furthermore, experts were questioned in an interview and by e-mail to gain an insight in the practical work of technology assessment. Based on the elaborated project structure, for each part of the project was examined if significant results can be maintained through the sophisticated use of principles of the systems theory. The analysis of this paper has shown that the results of a technology assessment may have more reliable forecast value in comparison to an investigation without proper consideration of system thinking. Especially, the understanding of a system during the phase of conception of a project can be crucial for the positive outcome for the results of technology assessment. This master thesis represents the theoretical point of view regarding topics technology assessment and systems theory. An application test for the validation of the results in the practical work of technology assessment is recommended
Data Protection Assurance by Design: Support for Conflict Detection, Requirements Traceability and Fairness Analysis
No full textData-minimization and fairness are fundamental data protection requirements to avoid privacy threats and discrimination. Violations of data protection requirements often result from: First, conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, data protection requirements for the organizational and technical aspects of a system that are currently dealt with separately, giving rise to misconceptions and errors. Third, hidden data correlations that might lead to influence biases against protected characteristics of individuals such as ethnicity in decision-making software. For the effective assurance of data protection needs,
it is important to avoid sources of violations right from the design modeling phase. However, a model-based approach that addresses the issues above is missing.
To handle the issues above, this thesis introduces a model-based methodology called MoPrivFair (Model-based Privacy & Fairness). MoPrivFair comprises three sub-frameworks: First, a framework that extends the SecBPMN2 approach to allow detecting conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, a framework for enforcing an integrated data-protection management throughout the development process based on a business processes model (i.e., SecBPMN2 model) and a software architecture model (i.e., UMLsec model) annotated with data protection requirements while establishing traceability. Third, the UML extension UMLfair to support individual fairness analysis and reporting discriminatory behaviors. Each of the proposed frameworks is supported by automated tool support.
We validated the applicability and usability of our conflict detection technique based on a health care management case study, and an experimental user study, respectively. Based on an air traffic management case study, we reported on the applicability of our technique for enforcing an integrated data-protection management. We validated the applicability of our individual fairness analysis technique using three case studies featuring a school management system, a delivery management system and a loan management system. The results show a promising outlook on the applicability of our proposed frameworks in real-world settings
Nuclear Potential Clustering of Data
Get PDFInitial goal of the current dissertation was the determination of image-based biomarkers sensitive for neurodegenerative processes in the human brain. One such process is the demyelination of neural cells characteristic for Multiple sclerosis (MS) - the most common neurological disease in young adults for which there is no cure yet. Conventional MRI techniques are very effective in localizing areas of brain tissue damage and are thus a reliable tool for the initial MS diagnosis. However, a mismatch between the clinical fndings and the visualized areas of damage is observed, which renders the use of the standard MRI diffcult for the objective disease monitoring and therapy evaluation. To address this problem, a novel algorithm for the fast mapping of myelin water content using standard multiecho gradient echo acquisitions of the human brain is developed in the current work. The method extents a previously published approach for the simultaneous measurement of brain T1, T∗ 2 and total water content. Employing the multiexponential T∗ 2 decay signal of myelinated tissue, myelin water content is measured based on the quantifcation of two water pools (myelin water and rest) with different relaxation times. Whole brain in vivo myelin water content maps are acquired in 10 healthy controls and one subject with MS. The in vivo results obtained are consistent with previous reports. The acquired quantitative data have a high potential in the context of MS. However, the parameters estimated in a multiparametric acquisition are correlated and constitute therefore an ill-posed, nontrivial data analysis problem. Motivated by this specific problem, a new data clustering approach is developed called Nuclear Potential Clustering, NPC. It is suitable for the explorative analysis of arbitrary dimensional and possibly correlated data without a priori assumptions about its structure. The developed algorithm is based on a concept adapted from nuclear physics. To partition the data, the dynamic behavior of electrically even charged nucleons interacting in a d-dimensional feature space is modeled. An adaptive nuclear potential, comprised of a short-range attractive (Strong interaction) and a long-range repulsive term (Coulomb potential), is assigned to each data point. Thus, nucleons that are densely distributed in space fuse to build nuclei (clusters), whereas single point clusters are repelled (noise). The algorithm is optimized and tested in an extensive study with a series of synthetic datasets as well as the Iris data. The results show that it can robustly identify clusters even when complex configurations and noise are present. Finally, to address the initial goal, quantitative MRI data of 42 patients are analyzed employing NPC. A series of experiments with different sets of image-based features show a consistent grouping tendency: younger patients with low disease grade are recognized as cohesive clusters, while those of higher age and impairment are recognized as outliers. This allows for the definition of a reference region in a feature space associated with phenotypic data. Tracking of the individual's positions therein can disclose patients at risk and be employed for therapy evaluation