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Praxissemester im Ausland an der Universität Potsdam – Fach Sport
No full textVor dem Hintergrund der zunehmenden Digitalisierung im universitären Lehrbetrieb sowie der Internationalisierung wurde an der Universität Potsdam das Projekt „Blended Learning im Praxissemester Sport“ ins Leben gerufen. Das Ziel des Projekts ist es, Lehramtsstudierenden die Möglichkeit zu geben, ihr verpflichtendes Praxissemester im Ausland zu absolvieren und dabei gleichzeitig eine zielgruppenspezifische und bedarfsgerechte Betreuung zu erhalten. Das Blended-Learning-Konzept umfasst eine modulare Onlinebetreuung, digitale Präsenzlehre sowie Hospitationen im Mentoring Format. Für das Projekt wurden speziell Videos, Podcasts und digitale Lehr-Lern-Aufgaben entwickelt, die den Studierenden auf einer Onlinelernplattform zur Verfügung gestellt wurden und zeitunabhängig sowie bedarfsgerecht ausgewählt werden konnten. Die Präsenzlehre sowie die Reflexion der Hospitationen wurden aufgrund der räumlichen und zeitlichen Distanz mithilfe von Onlinemeetings realisiert. Um das Seminarkonzept kontinuierlich zu verbessern und weiterzuentwickeln, wurde das Projekt einer qualitativen und quantitativen Evaluation unterzogen. Insgesamt nahmen sieben Studierende an der Evaluation teil. Sechs Studierende füllten einen Onlinefragebogen aus. Basierend auf den Ergebnissen wurde das Seminarkonzept anschließend überarbeitet. Die Studierenden wurden hinsichtlich der drei Aspekte (1) Onlinelernplattform, (2) Onlinemeetings und (3) Praxissemester befragt. Insgesamt zeigte sich eine positive Resonanz in Bezug auf das Blended-Learning-Konzept, jedoch konnten auch Optimierungsmöglichkeiten identifiziert werden. Die Befragten bewerteten insbesondere die Kommunikation und Lernatmosphäre, die Praxisrelevanz der Lerninhalte, die Offenheit und Transparenz der gestellten Aufgaben sowie die methodische Gestaltung des Praxissemesters positiv. Als Verbesserungspotenzial wurden die Regelmäßigkeit der Onlinemeetings und die Verbindlichkeit bei der Aufgabenbewältigung genannt
Monadische Rückwärtsinduktion und Erhaltung extensionaler Gleichheit in Intensionaler Typentheorie
No full textThis thesis is concerned with theoretical and applied aspects of Intensional Type Theory (ITT). ITT is a variant of Martin-Löf Type Theory (MLTT), a constructive foundational theory that has its roots in the controversies about the consistency of mathematics at the beginning of the 20th century. First proposed by Martin-Löf in 1972, it provides an alternative to set theory, and is inspired by Brouwer’s intuitionistic logic, by earlier type theories (Russell, Church) and by Church’s λ-calculus. As such, MLTT is particularly well-suited for computer science, since its logical propositions correspond to data types, proofs to terminating programs, and proof transformations to program evaluation. It thus offers a unified framework for specification, programming and proving. By now, the theory is well-established and there are several mature implementations of MLTT- variants in theorem provers (or dependently typed programming languages) like Coq, NuPRL, Agda, Idris or Lean, providing a huge body of formalised mathematics and computer science. Yet there are still many theoretical and practical aspects of MLTT, its variants and its implementations to be better understood. The present thesis seeks to contribute to this objective. It involves both theory and application of dependently typed programming languages based on (the intensional variant) ITT. As a syntax we use the implementation of ITT in Idris, and the thesis manuscript is compiled from “literate” Idris source code. Consequently, our results are fully formalised and machine-checkable (they are moreover additionally formalised in Coq, where it is relevant due to nuances of the theory).
In the first part of the thesis, we use ITT as mathematical meta-theory to establish a correctness result for monadic backward induction (MBI). By so doing, we build on a line of work by Botta, Jansson and Ionescu in the context of dynamical systems science and control theory, in particular with application to climate science and climate policy. Central to the work of Botta et al. is the use of monads to capture a generic notion of “uncertainty”, and they introduce MBI as a generalised version of Bellman’s 1957 backward induction algorithm for solving monadic sequential decision problems (MSDPs). These decision problems generalise their deterministic, non-deterministic and stochastic counterparts, and allow to recover any of the standard notions by instantiation with an appropriate monad (and some further ingredients like a measure function).
Botta et al. provide a partial verification result for MBI, but, as we show in the first part of this thesis (based on a collaboration with Nicola Botta), this result is not sufficient to guarantee that MBI is well-behaved for arbitrary MSDPs. Nevertheless, we can formulate reasonable correctness conditions, identifying a class of MSDPs for which MBI is indeed correct. These conditions moreover allow for a neat category-theoretical description in terms of Eilenberg-Moore algebras. The main theorem of this part of the thesis is the correctness proof for MBI which is a new original result.
We however observe that the formal proof in ITT requires – besides the general correctness conditions for MBI – an additional property of the monad, or, more precisely, of the underlying functor. This property concerns the preservation of extensional equality and is different from the other conditions since it depends on the meta-theory. If the theory validates function extensionality (functions are propositionally equal if they coincide on all inputs), then this property is provable for any functor. In standard mathematics and often also in computer science, function extensionality is assumed per default. But it is independent of ITT, and some of the models which refute function extensionality seem particularly relevant for computer science because they involve functions carrying additional information. Interestingly, even if we cannot prove in ITT that arbitrary functors preserve extensional equality, we can prove this property for individual concrete functors, like the List functor. Such functors have been called extensional functors by Matthes. The observation that there are provably extensional functors in ITT, allows for a more local approach to dealing with extensionality.
The contribution of the second part of the thesis (based on a collaboration with Nicola Botta, Patrik Jansson and Tim Richter) is therefore to explore and illustrate the relevance of extensional functors for designing abstract data types and proving properties of generic programs in ITT. We show, for example, that extensionality is needed for proving closure properties for functors, or proving different representations of monads equivalent. The last part of the thesis contributes a clarification of the relation between extensional functors and function extensionality. We show that the logical statement expressing “all functors are extensional” is independent of ITT because it is equivalent to function extensionality for simple functions of the form A → B. But in ITT, there are also dependent functions, corresponding to universally quantified statements of the form ∀x:A,Px. What about these? It has been shown by Voevodsky that in ITT, function extensionality for simple functions implies function extensionality for dependent functions. The original proof is however strongly inspired by homotopy theory and difficult to follow without a background in this domain (or in Homotopy Type Theory).
The last contribution of this thesis is therefore the development of a stand-alone proof of the result, emphasising the role of extensional functors and of notions that are familiar from generic functional programming. It turns out that the proof of dependent function extensionality neatly factors through the preservation of equivalences by extensional functors – which provides an interesting new perspective on this result.In der vorliegenden Dissertation geht es um theoretische und angewandte Aspekte Intensionaler Typentheorie (“Intensional Type Theory”, ITT). ITT ist eine Variante von Martin-Löf Typentheorie (MLTT), einer konstruktiven Grundlagentheorie, deren Wurzeln in den großen Kontroversen um die logischen Grundlagen und die Widerspruchsfreiheit der Mathematik zu Beginn des 20. Jahrhunderts liegen. Sie ist sowohl inspiriert von Brouwers intuitionistischer Logik, als auch von früheren Typentheorien (etwa von Russell oder Church) und Churchs λ-Kalkül (dem theoretischen Prototyp funktionaler Programmiersprachen). Nach ihrer Einführung in den 1970er Jahren spielte MLTT zunächst vor allem in der konstruktiven Mathematik und theoretischen Informatik eine Rolle. Die Theorie ist deshalb so relevant für die Informatik, weil es eine Korrespondenz zwischen konstruktiven logischen Beweisen und funktionalen Computerprogrammen gibt. Dadurch bietet MLTT einen einheitlichen Rahmen für die Spezifikation von Programmeigenschaften, das Schreiben von Programmen und das Beweisen der Korrektheit dieser Programme. Inwischen ist Typentheorie auch in weiteren Kreisen auf Interesse gestoßen, nicht zuletzt dank großer Formalisierungsprojekte wie Voevodskys “Univalent Foundations”- Programm und Scholzes “Liquid Tensor Experiment”.
Obwohl MLTT heutzutage eine etablierte Theorie ist und viele verschiedene Implementierungen besitzt (in Form von Theorembeweisern und abhängig-getypten Programmiersprachen, z.B. Coq, NuPRL, Agda, Idris und Lean), gibt es weiterhin viele theoretische und praktische Aspekte der Theorie und ihrer Varianten, die noch besser erforscht werden müssen. Die vorliegende Dissertation bemüht sich, dazu einen Beitrag zu leisten. Inhaltlich setzt sie sich aus drei Teilen zusammen und ist vollständig in Idris formalisiert und verifiziert (z.T. zusätzlich in Coq, wo es aufgrund von Nuancen der Theorie relevant ist).
Der erste Teil der Arbeit ist angewandter Natur und benutzt ITT als Metatheorie, sowohl für die formale Spezifikation als auch den Korrektheitsbeweis eines Optimierungsalgorithmus’ (“Monadic Backward Induction”, MBI) für monadische sequentielle Entscheidungsprobleme (MSDP). Solche Entscheidungsprobleme treten in vielen Anwendungsbereichen auf. Der Algorithmus MBI, um den es in dieser Dissertation geht, basiert auf Arbeiten von Botta, Jansson und Ionescu, die sich insbesondere für Anwendungen in der Klimafolgenforschung interessieren. Der Begriff der Monade (in diesem Sinne) stammt aus der Kategorientheorie und wird in der funktionalen Programmierung oft zur Modellierung von Seiten-Effekten benutzt. In Botta et al.’s Arbeiten dient er als generischer Begriff für verschiedene Formen von “Unsicherheit” in dynamischen Systemen und Entscheidungsprozessen (z.B. Nicht-Determinismus oder Stochastizität ergeben sich dann durch geeignete Instanziierungen). MBI ist eine Verallgemeinerung von Bellmans Algorithmus, und Botta et al. hatten bereits einen partiellen Korrektheitsbeweis geliefert. Es stellte sich jedoch heraus, dass für eine vollständige Verifikation des Algorithmus’ ein substantieller Teil fehlte. Wir zeigen nun, dass dieser fehlende Teil tatsächlich sehr wichtig ist: Insbesondere ist MBI nicht für beliebige MSDP korrekt, sondern nur für eine Teilklasse. Wir formulieren angemessene Korrektheitsbedingungen (die sich kategorientheoretisch anhand von Eilenberg-Moore-Algebren beschreiben lassen) und entwickeln einen vollständigen Korrektheitsbeweis für diejenigen MSDP, die diese Bedigungen erfüllen.
Im Zuge der Formalisierung des Beweises in ITT fällt auf, dass es eine weitere Bedingung für die Korrektheit des Algorithmus’ gibt. Diese Bedingung ist allerdings anderer Natur als die bisher identifizierten Bedingungen: Sie hängt von den Eigenschaften der verwendeten Metatheorie ab (hier also ITT). Sofern die Metatheorie das logische Prinzip der Extensionalität von Funktionen (FE) (zwei Funktionen sind gleich, wenn sie sich auf allen Eingaben gleich verhalten) als Axiom oder Theorem enthält, ist diese zusätzliche Bedingung für beliebige MSDP erfüllt. Dies ist allerdings hier nicht der Fall: FE ist unabhängig von ITT (d.h. es kann in der Theorie weder bewiesen noch widerlegt werden). Jedoch gibt es die Möglichkeit, alternativ zu FE ein Prinzip der Erhaltung von extensionaler Gleichheit (“extensional equality preservation”) zu benutzen, das für viele Instanzen auch in ITT beweisbar ist. Dies liefert einen “lokalen” Ansatz zum Umgang mit Extensionalität, dessen Relevanz wir im zweiten Teil der Arbeit in verschiedenen Anwendungsbereichen demonstrieren (z.B. für Beweise über Abschlusseigenschaften bei Funktoren oder Äquivalenz verschiedener Repräsentationen von Monaden).
Der dritte Teil der Arbeit widmet sich dem genauen Zusammenhang zwischen der Erhaltung von extensionaler Gleichheit durch beliebige Funktoren und FE. Wir beweisen, dass die beiden Prinzipien in dieser Allgemeinheit tatsächlich äquivalent sind. Abschließend entwickeln wir eine eigenständige Beweisvariante für ein Resultat von Voevodsky, welches besagt, dass in ITT aus FE für einfache Funktionen (der Form A → B), auch FE für abhängig-getypte Funktionen folgt (wobei letztere universell quantifizierten logische Aussagen der Form ∀x:A,Px entsprechen). Dabei zeigt sich, dass die Betrachtung der Erhaltung von extensionaler Gleichheit eine interessante neue Perspektive auf dieses Ergebnis bietet
Oscillation and adaptation as mechanisms of neuromuscular control and regulation processes
No full textNeuromuskuläre Regulationsprozesse sind für die Anpassung an Lebensbedingungen essenziell. Die Erforschung des Zusammenspiels von Muskel-Skelett- und Nervensystem (Neuromechanik) umfasst u.a. Adaptations- und Regelprozesse sowie Veränderungen dieser bei Verletzungen, Beschwerden oder Erkrankungen. Grundlegend dafür ist das neuro- und muskelphysiologische Verständnis der Muskelaktionen. Als Theoriebasis dient daher eine Übersicht wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Neurophysiologie muskulärer Steuerung.
Ziel der präsentierten Studien ist, zum Erkenntniszuwachs neuromuskulärer Steuerung und Regulation sowie zum Verständnis von Pathomechanismen beizutragen und neue Wege in der Diagnostik zu erschließen. Fokussiert wurden neuromuskuläre Oszillationen und die Anpassungsfähigkeit als Reaktion auf interne oder externe Stimuli sowie bei Erkrankungen. Die wenig verbreiteten Fragestellungen wurden mittels neuartiger, z.T. eigens entwickelter Methoden und Auswertealgorithmen untersucht.
Es konnte gezeigt werden, dass bei isometrischer Muskelaktion die kapillare Sauerstoffversorgung des Muskels aufrechterhalten werden kann, obgleich diese aufgrund hoher intramuskulärer Spannung – theoretisch – unterbrochen werden müsste. Dabei kristallisieren sich zwei Regulationstypen heraus.
Relevant sind ferner Fragestellungen bzgl. Steuer- und Regelmechanismen, die sich auf Koordination zwischen Muskeln einer, aber auch zwischen zwei Personen beziehen. Letzteres blieb bislang völlig unbeachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass mechanische Muskelschwingungen (erfasst mittels Mechanomyografie; MMG) zweier neuromuskulärer Systeme während isometrischer Interaktion kohärentes Verhalten entwickeln können.
Die neurodegenerative Erkrankung Parkinson (PD) zeichnet sich u.a. durch motorische Symptome aus. Die Degeneration entsteht jedoch vor Auftreten dieser. Daher erscheint die Untersuchung muskulärer Oszillationen in prämotorischen Stadien relevant. PD-Patienten ohne Tremor zeigten in einem neuartigen bilateralen Setting signifikant abweichende muskuläre Oszillationsmuster (MMG) im Vergleich zu Controls.
Muskeloszillationen regen die zugehörige Sehne zu Schwingungen an. Eine Methode zur Erfassung dieser wurde entwickelt (Mechanotendographie; MTG). Damit untersuchte Achillodynie-Patienten zeigten signifikant geringere Variation in MTG-Signalen in einem Setting unter Vorspannung und Belastung der muskulotendinösen Strukturen. Die Studien an PD- und Achillodynie-Patienten könnten weiterführende Erkenntnisse bzgl. Pathophysiologie und neuartiger Diagnostik-Ansätze liefern.
Eine Fragestellung zur Erforschung isometrischer Muskelaktion ergibt sich daraus, dass sich subjektiv zwei Modi unterscheiden lassen: Man kann isometrisch halten oder drücken. Eine solche Unterteilung ist bislang nicht vorgesehen. Die Studienergebnisse sprechen auch für das Vorhandensein von objektiven Unterschieden. Auf Basis dessen wird eine Differenzierung der isometrischen Muskelaktion in eine haltende und eine drückende Form vorgeschlagen.
Im Haltemodus muss das neuromuskuläre System auf externe Kräfte reagieren. Insb. bei veränderlicher Last erfordert das einen ständigen Spannungs-Längen-Abgleich zwischen Muskel und Steuerzentren. Diese Anpassungsfähigkeit ist bei Aktivitäten im Alltag und Sport notwendig, um adäquat auf externe Bedingungen reagieren zu können; wurde bislang jedoch kaum berücksichtigt. Sie wurde vom Team als Adaptive Force (AF) eingeführt. Mangels geeigneter Messsysteme wurden solche entwickelt und evaluiert. Plausibel ist, dass es für die Anpassung an veränderliche Kräfte einer komplexeren Steuerung bedarf als beim isometrischen Drücken. Auf Basis neurophysiologischen Wissens lässt sich vermuten, dass die AF durch interne oder externe Reize moduliert werden kann. Diese neuromuskuläre Funktion wird seit Jahrzehnten mit manuellen klinischen Tests geprüft. Zur Objektivierung wurde ein Handheld-Gerät zur AF-Erfassung entwickelt und evaluiert. Pilotmessungen zur Reaktion der AF auf olfaktorische Inputs, Imaginationen sowie Nozizeption weisen darauf hin, dass sich die muskuläre Adaptationsfähigkeit durch störende Inputs verändern kann. Dies könnte ein Schlüssel für das Verständnis von Verletzungsmechanismen und Muskel-Skelett-Beschwerden sein. Da die AF bislang weder wissenschaftlich noch anwendungspraktisch erschlossen ist, erscheint es lohnenswert, diesem Thema perspektivisch mehr Aufmerksamkeit zu widmen. Aus Sicht der Autorin besteht hier eine Lücke im Theoriengebäude der Bewegungswissenschaft, die es zu schließen gilt. Wenn gesichert ist, dass seelischer Stress immunologische, vegetative und hormonelle Auswirkungen hat – wieso dann nicht auch motorische? Dieser Idee folgend eröffnen sich neue Perspektiven und Erklärungsansätze für bisher wenig verstandene Somatisierungen (z.B. Zusammenhang Rückenschmerz und seelischer Stress).
Gegenstand der Trainingswissenschaft ist u.a. Leistungssteigerung, aber auch Resilienz gegen Verletzungen. Die AF bildet aufgrund der adaptiven Komponente Aktivitäten im Sport besonders gut ab. Eine Studie zur explosiven AF ergab, dass eine geringe muskuläre Vorspannung vor einer impulsartigen Kraftapplikation zu einer unmittelbaren Erhöhung der AF führt. Dies eröffnet neue Ansätze für Training mit höheren Lasten, das wegen vorhandener Adaptation zur Verletzungsprävention beitragen könnte.
Zur weiteren Erforschung des postulierten Potenzials dieser besonderen Steuer- und Regelprozesse wird ein enger interdisziplinärer Austausch zwischen Sport-, Bewegungs-, Gesundheits-, Neurowissenschaften sowie Medizin vorgeschlagen. Im Falle einer Verifizierung sollten die Ansätze in die entsprechenden Wissenschaftsfelder sowie in die medizinische Diagnostik und Therapieverlaufskontrolle implementiert werden.Neuromuscular regulatory processes are essential for adapting to life conditions. Research on the interplay between the musculoskeletal and the nervous system (neuromechanics) includes, among others, adaptation and regulation processes, as well as changes to these due to injuries, complaints, or diseases. A neurophysiological and muscle physiological understanding of muscle actions is fundamental to this. An overview of scientific findings on the neurophysiology of muscle control therefore serves as a theoretical basis.
The aim of the studies presented is to contribute to the increase of knowledge in neuromuscular control and regulation, as well as to the understanding of pathomechanisms and to uncover new diagnostic approaches. The focus was on neuromuscular oscillations and adaptability in response to internal or external stimuli, as well as in diseases. The less common research questions were examined using innovative, partly specially developed methods and evaluation algorithms.
It has been shown that the capillary oxygen supply to the muscle can be maintained during isometric muscle action, although this should—theoretically—be interrupted due to high intramuscular tension. Two types of regulation have emerged.
Also relevant are questions regarding control and regulation mechanisms that relate to coordination between muscles of the same person, but also between two individuals. The latter has so far remained completely unnoticed. The results showed that mechanical muscle oscillations (measured by mechanomyography, MMG) of two neuromuscular systems can develop coherent behavior during isometric interaction.
The neurodegenerative Parkinson’s disease (PD) is characterized by motor symptoms, among others. However, degeneration occurs before these symptoms appear. Therefore, investigating muscle oscillations in premotor stages seems relevant. It has been shown that patterns of muscle oscillations (MMG) assessed in a novel bilateral setting differ significantly between PD patients without tremor and controls.
Muscles stimulate the corresponding tendon to oscillate. A method for recording these was developed (mechanotendography, MTG). Patients with Achilles tendinopathy showed significantly less variation in MTG signals in a setting involving pre-tensioning and loading of the musculotendinous structures. The studies on patients with PD and tendinopathy could provide further insights into pathophysiology and novel diagnostic approaches.
Another question for the study of isometric muscle action arises from the fact that two modes can be distinguished subjectively: one can either hold or push isometrically. Such a distinction has not yet been made. The study results also indicate the existence of objective differences. Based on this, a distinction between a holding and a pushing type of isometric muscle action is proposed.
In holding mode, the neuromuscular system must react to external forces. Especially when the load varies, this requires constant tension-length adjustment between the muscle and control centers. This adaptability is necessary in everyday activities and sports in order to react adequately to external conditions; however, it has been rarely considered. The team introduced the term of Adaptive Force (AF) for this special neuromuscular function. Due to the lack of suitable measurement systems, these were developed and evaluated. It is plausible that adapting to changing forces requires more complex control processes than isometric pushing. Based on neurophysiological knowledge, it can be assumed that the AF can be modulated by internal or external stimuli. This neuromuscular function has been tested clinically for decades using manual clinical tests. To objectify this, a handheld device for measuring AF was developed and evaluated. Pilot measurements on the response of AF to olfactory inputs, imaginations, and nociception suggest that muscle adaptability can be altered by disturbing inputs. This could be key to understanding injury mechanisms and musculoskeletal complaints. As AF has not yet been explored either scientifically or in terms of practical application, it seems worthwhile devoting more attention to this topic in the future. From the author's point of view, there is a gap in the theoretical framework of movement science that needs to be closed. If it is established that mental distress has immunological, autonomous, and hormonal effects, why not motor effects as well? Following this idea opens up new perspectives and explanatory approaches for poorly understood somatizations (e.g., the connection between back pain and mental distress).
The focus of training science includes not only performance enhancement but also resilience against injuries, among others. Due to its adaptive component, AF is particularly close to activities in sports. A study on explosive AF showed that low muscular pre-tension before an impulse-like force application leads to an immediate increase in AF. This opens up new approaches for training with higher loads, which could contribute to injury prevention due to the existing adaptation.
For further exploration of the postulated potential of these special control and regulation processes, close interdisciplinary collaboration between sports, movement and health sciences, neuroscience and medicine is recommended. In the event of verification, these approaches should be implemented in the relevant scientific fields as well as in medical diagnostics and therapy monitoring
Räumliche Aufmerksamkeit und numerische Assoziationen im Griffkraftsignal
No full textNumbers, as abstract entities, lack direct sensory experience, yet embodied cognition suggests their grounding in sensorimotor experiences, notably through spatial representation. The Mental Number Line (MNL) hypothesis posits a spatial-numerical association (SNA) where smaller numbers align with the left and larger numbers with the right. While SNAs support the MNL hypothesis, their role in number processing remains debated. Alternative models attribute SNAs to response-related rather than conceptual processes, with inconsistent findings on their link to mathematical proficiency and prevalence among individuals. To address these issues, this thesis employs passive holding force registration, a novel method capturing continuous, high-resolution data without explicit motor responses.
In the initial experiments, the thesis validates this novel method for studying lateralized semantics. Experiments demonstrate that spatial attention and semantics influence passive holding force, independent of explicit tasks. Importantly, force fluctuations precede motor responses, suggesting sensitivity to early cognitive processes.
Further experiments apply this method to study SNAs in numerical cognition. Shallow and deep semantic tasks elicited MNL-compatible force patterns, with smaller numbers increasing left-hand force and larger numbers increasing right-hand force. These effects emerged early (180 ms) in deeper tasks, aligning with conceptual processing rather than response-related mechanisms. Results indicate SNAs reflect genuine number-space associations, modulated by task demands.
This work supports the MNL hypothesis, showing SNAs emerge rapidly during conceptual number processing, reinforcing the embodied cognition view of numerical concepts. Passive holding force registration proves a powerful tool for investigating cognitive processes underlying abstract representations like numbers.Zahlen, als abstrakte Konzepte, entziehen sich direkter sensorischer Erfahrung. Dennoch deutet der Ansatz der verkörperten Kognition auf ihre Verankerung in sensorimotorischen Erfahrungen hin, insbesondere durch räumliche Repräsentation. Die Hypothese der mentalen Zahlenlinie (Mental Number Line, MNL) postuliert eine räumlich-numerische Assoziation (Spatial-Numerical Association, SNA), bei der kleinere Zahlen mit der linken und größere Zahlen mit der rechten Seite verbunden sind. Während SNAs die MNL-Hypothese stützen, bleibt ihre Rolle in der Zahlenverarbeitung umstritten. Alternative Modelle führen SNAs auf reaktionsbezogene statt konzeptuelle Prozesse zurück, wobei die Befunde zu ihrem Zusammenhang mit mathematischen Fähigkeiten und ihrer Prävalenz bei Individuen uneinheitlich sind. Zur Klärung dieser Fragen verwendet die vorliegende Arbeit die Registrierung passiver Haltekräfte, eine neuartige Methode, die kontinuierliche, hochauflösende Daten ohne explizite motorische Reaktionen erfasst.
In den ersten Experimenten wird diese Methode zur Untersuchung lateralisiert-semantischer Prozesse validiert. Die Experimente zeigen, dass räumliche Aufmerksamkeit und Semantik die passive Haltekraft beeinflussen, unabhängig von expliziten Aufgaben. Bemerkenswert ist, dass Kraftfluktuationen motorischen Reaktionen vorausgehen, was auf eine Sensitivität gegenüber frühen kognitiven Prozessen hinweist.
Weitere Experimente wenden diese Methode an, um SNAs in der numerischen Kognition zu untersuchen. Sowohl oberflächliche als auch tiefere semantische Aufgaben lösten MNL-kompatible Kraftmuster aus, bei denen kleinere Zahlen eine stärkere Haltekraft in der linken Hand und größere Zahlen eine stärkere Haltekraft in der rechten Hand bewirkten. Diese Effekte traten bei tiefergehenden Aufgaben früh (180 ms) auf und korrelierten mit konzeptuellen Prozessen, nicht mit reaktionsbezogenen Mechanismen. Die Ergebnisse zeigen, dass SNAs wahre Zahl-Raum-Assoziationen widerspiegeln, die durch die Anforderungen der Aufgabe moduliert werden.
Diese Arbeit unterstützt die MNL-Hypothese, da SNAs früh während der konzeptuellen Zahlenverarbeitung auftreten, und stärkt somit die Perspektive der verkörperten Kognition abstrakter numerischer Konzepte. Die Registrierung passiver Haltekräfte erweist sich als ein vielversprechende Methode zur Untersuchung kognitiver Prozesse, die abstrakten Repräsentationen wie Zahlen zugrunde liegen
Mobiles Eye-Tracking: Generalisierbarkeit und Grenzen des Paradigmas der statischen Betrachtung visueller Szenen
No full textVisual perception and gaze control are complex, dynamic processes that determine how we perceive and interact with our environment. Eye movement behavior can reveal rich insights into the underlying cognitive mechanisms of attentional control. Real-world scene perception is typically studied in the laboratory using static pictures viewing on a screen which imposes several limitations, such as restrained head position. Consequently, the generalizability of results obtained in this paradigm to real-world scenarios has been questioned. In this thesis, we investigate in a series of experiments the influence of (i) viewing tasks and (ii) posture variations on gaze control during scene exploration by using a mobile eye-tracking system in a less restricted setup. The experimental data are used to adapt a dynamic model for the generation of fixation sequences (scanpath) at the level of individual participants. Results show that gaze behavior varies strongly between and within subjects and is strongly affected by the current viewing task, even in less constrained setups, while postural influences are more subtle. We demonstrate that mobile eye trackers allow for precise investigation of the transferability of results from highly controlled laboratory setting to more natural setups.Die visuelle Wahrnehmung und die Steuerung unseres Blickes sind komplexe dynamische Prozesse und bestimmen, wie wir die Welt um uns herum wahrnehmen und mit ihr interagieren. Blickverhalten kann umfangreiche Aufschlüsse über die zugrundeliegenden kognitiven Mechanismen der Aufmerksamkeitssteuerung geben. Szenenwahrnehmung wird in der Regel durch das Betrachten statischer Bilder auf einem Bildschirm im Labor unter Restriktionen wie dem Fixieren des Kopfes untersucht. Die Generalisierbarkeit der im Labor gemessenen Ergebnisse auf natürliches Blickverhalten wird daher kritisch hinterfragt. In dieser Arbeit wird in einer Serie von Experimenten durch den Einsatz eines mobilen Eye-Tracking-Systems in einem weniger restriktiven Experimentalaufbau der Einfluss von (I) Blickaufgaben und (II) verschiedenen Körperhaltungen auf die Blicksteuerung während der Szenenexploration untersucht. Die experimentellen Daten werden für die Anpassung eines dynamischen Modells verwendet, mit welchem wir Fixationssequenzen auf der Ebene einzelner Versuchspersonen modellieren. Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch in weniger restriktiven Versuchsumgebungen Blickverhalten innerhalb einer Person und zwischen Versuchspersonen stark von der Blickaufgabe moduliert wird. Verschiedene Körperhaltungen haben hingegen nur subtilen Einfluss auf die Blicksteuerung. Wir zeigen, dass mithilfe mobiler Eye Tracker die Generalisierbarkeit von Ergebnissen aus restriktiven Laborbedingungen auf natürlichere Umgebungen, durch das schrittweise Messen einzelner Einflussfaktoren, untersucht werden kann
Das Potenzial von Perowskiten entfesseln: Synergistische Optimierung von Zusammensetzung, Grenzflächen und eingebauter Spannung für Hochleistungs-Solarzellen
No full textThis thesis focuses on the development of high-performance perovskite solar cells, a promising photovoltaic technology with the potential to meet increasing global energy demands. Perovskite solar cells have garnered significant attention due to their exceptional properties and rapid advancements in recent years. While perovskite solar cells have shown impressive efficiencies in laboratory settings, further improvements are needed to surpass existing commercial technologies like silicon-based solar cells. This thesis explores the fundamental principles of solar energy conversion and perovskite solar cell operation and presents key findings from experimental investigations aimed at enhancing device efficiency and understanding the underlying physics.
A brief overview of solar energy conversion and semiconductor physics is provided, covering essential concepts such as blackbody radiation, band theory, charge carrier dynamics, and p-n junction behavior. The unique properties of perovskite materials are highlighted, including their excellent light absorption capabilities, long charge carrier diffusion lengths, and tunable bandgap energy. The importance of interface engineering in perovskite solar cells is emphasized, as interfaces play a critical role in charge extraction, recombination losses, and overall device stability. The impact of mobile ions within perovskites is also discussed, along with strategies for mitigating ion migration and enhancing device stability.
The experimental work presented in this thesis focuses on three main areas. First, a novel fabrication method for large-grain double-cation perovskite films is demonstrated. These films exhibit an impressive 18.2 µs carrier lifetime and high external photoluminescence quantum yields of 20%, indicating excellent optoelectronic quality. Incorporating these films into inverted perovskite solar cell architectures leads to improved device performance, achieving short-circuit currents exceeding 24 mAcm-2. Intensity-dependent measurements suggest an implied efficiency of 28.4% is achievable in the neat material by minimizing interfacial recombination and optical losses.
Next, the thesis investigates the effects of incorporating methylammonium chloride into two-step double-cation perovskite solar cells. Results show that MACl enhances both the photoluminescence quantum yield and PCE of these devices, with fabricated solar cells exhibiting PCEs ranging from 15-21%. The observed improvements are attributed to several factors, including increased grain size, enhanced light soaking stability, and a slight blue-shift in the perovskite bandgap energy. Devices with higher MACl content also show faster VOC saturation under illumination, indicating improved stability.
Finally, the thesis addresses the VBI in perovskite solar cells, a crucial aspect of device operation. By employing layer-by-layer SPV measurements, the study provides insights into the contribution of individual layers to the overall VBI. Results indicate that the largest contribution to the SPV originates from the top metal electrode, suggesting that the VBI in these devices is largely determined by the work function difference of the electrodes.
This thesis contributes to the understanding and development of efficient and stable perovskite solar cells by exploring novel fabrication techniques, investigating the impact of material modifications, and elucidating the role of the VBI in device operation. The findings presented here pave the way for further advancements in perovskite photovoltaic technology, bringing us closer to a future powered by clean and sustainable energy.Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung leistungsstarker Perowskit-Solarzellen, einer vielversprechenden Photovoltaik-Technologie mit dem Potenzial, den steigenden globalen Energiebedarf zu decken. Perowskit-Solarzellen haben aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften und schnellen Fortschritte in den letzten Jahren erhebliches Interesse geweckt. Obwohl Perowskit-Solarzellen im Labor beeindruckende Wirkungsgrade gezeigt haben, sind weitere Verbesserungen erforderlich, um bestehende kommerzielle Technologien wie Silizium-basierte Solarzellen zu übertreffen. Diese Arbeit untersucht die grundlegenden Prinzipien der Solarenergiekonversion und den Betrieb von Perowskit-Solarzellen und präsentiert wichtige Erkenntnisse aus experimentellen Untersuchungen zur Effizienzsteigerung und zum Verständnis der zugrunde liegenden Physik.
Ein kurzer Überblick über die Solarenergiekonversion und die Halbleiterphysik wird gegeben, wobei wesentliche Konzepte wie Schwarzkörperstrahlung, Bändertheorie, Ladungsträgerdynamik und das Verhalten der p-n Übergänge behandelt werden. Die einzigartigen Eigenschaften von Perowskit-Materialien werden hervorgehoben, einschließlich ihrer hervorragenden Lichtabsorptionsfähigkeit, langen Ladungsträgerdiffusionslängen und einstellbaren Bandlückenenergie. Die Bedeutung des Interface-Engineering in Perowskit-Solarzellen wird betont, da Grenzflächen eine entscheidende Rolle bei der Ladungsextraktion, Rekombinationsverlusten und der allgemeinen Stabilität des Geräts spielen. Der Einfluss mobiler Ionen innerhalb der Perowskite wird ebenfalls diskutiert, zusammen mit Strategien zur Minderung der Ionenmigration und zur Verbesserung der Stabilität des Geräts.
Die experimentelle Arbeit in dieser Dissertation konzentriert sich auf drei Hauptbereiche. Erstens wird eine neuartige Herstellungsmethode für großkörnige Doppel-Kation-Perowskit-Filme demonstriert. Diese Filme zeigen eine beeindruckende Ladungsträgerlebensdauer von 18,2 μs und hohe externe Photolumineszenz-Quantenausbeuten von 20 %, was auf eine hervorragende optoelektronische Qualität hinweist. Die Einbindung dieser Filme in invertierte Perowskit-Solarzellen-Architekturen führt zu einer verbesserten Geräteleistung und erreicht Kurzschlussströme von über 24 mAcm⁻². Intensitätsabhängige Messungen deuten darauf hin, dass eine implizierte Effizienz von 28,4 % im reinen Material erreichbar ist, indem Grenzflächenrekombination und optische Verluste minimiert werden.
Im nächsten Schritt untersucht die Arbeit die Auswirkungen der Zugabe von Methylammoniumchlorid (MACl) in zweistufige Doppel-Kation-Perowskit-Solarzellen. Die Ergebnisse zeigen, dass MACl sowohl die Photolumineszenz-Quantenausbeute als auch den Wirkungsgrad (PCE) dieser Geräte verbessert, wobei hergestellte Solarzellen PCE-Werte im Bereich von 15–21 % aufweisen. Die beobachteten Verbesserungen werden auf mehrere Faktoren zurückgeführt, einschließlich erhöhter Korngröße, verbesserter Lichtstabilität und einer leichten Blauverschiebung der Perowskit-Bandlückenenergie. Geräte mit höherem MACl-Gehalt zeigen auch eine schnellere VOC-Sättigung unter Beleuchtung, was auf eine verbesserte Stabilität hindeutet.
Abschließend befasst sich die Arbeit mit der internen Spannungsverteilung (VBI) in Perowskit-Solarzellen, einem entscheidenden Aspekt des Gerätebetriebs. Durch die Anwendung von Schicht-für-Schicht-SPV-Messungen liefert die Studie Einblicke in den Beitrag der einzelnen Schichten zur gesamten VBI. Die Ergebnisse zeigen, dass der größte Beitrag zur SPV von der oberen Metallelektrode stammt, was darauf hindeutet, dass die VBI in diesen Geräten weitgehend durch den Unterschied der Arbeitsfunktionen der Elektroden bestimmt wird.
Diese Dissertation trägt zum Verständnis und zur Entwicklung effizienter und stabiler Perowskit-Solarzellen bei, indem sie neuartige Herstellungstechniken erforscht, die Auswirkungen von Materialmodifikationen untersucht und die Rolle der VBI im Gerätebetrieb beleuchtet. Die hier vorgestellten Ergebnisse ebnen den Weg für weitere Fortschritte in der Perowskit-Photovoltaik-Technologie und bringen uns der Zukunft einer sauberen und nachhaltigen Energieversorgung näher
Das Rechtslexikon
No full textKompetenz im handlichen Format in über 1.400 Stichwörtern, 26 Tabellen und Schaubildern zu allen wichtigen Rechtsgebieten: Zivilrecht (z. B. Familien- und Erbrecht, Versicherungsrecht), Arbeitsrecht, Öffentliches Recht (z. B. Baurecht, Staats- und Verfassungsrecht, Umweltrecht, Verwaltungsrecht), Sozialrecht (z. B. Arbeitslosen- und Rentenversicherung), Strafrecht (einschließlich Jugendstrafrecht und Ordnungswidrigkeiten) sowie ihren europa- und völkerrechtlichen Bezügen.
Das Rechtslexikon ist in seiner 2. Auflage ergänzt worden um zahlreiche neue und aktuelle Begriffe wie Impfpflicht, Quarantäne, Radwegbenutzung, Schutzpflicht, Crowdworking, Homeoffice/mobiles Arbeiten, Datenschutzgrundverordnung, Mediation, Smart Contract u.v.a.m. Das Lexikon erklärt außerdem Normen und Grundsätze des deutschen und europäischen Rechts, knapp, zuverlässig und verständlich. Grundlegende Fragen und Zusammenhänge werden in besonderen Überblicksartikeln erläutert. Querverweise machen auf verwandte Themen im Lexikon aufmerksam.
Ein Lexikon für juristisch interessierte Laien, Studierende sowie Schülerinnen und Schüler
From curriculum innovation to science communication
No full textIm Rahmen einer explorativen Entwicklung wurde in der vorliegenden Studie ein Konzept zur Wissenschaftskommunikation für ein Graduiertenkolleg, in dem an photochemischen Prozessen geforscht wird, erstellt und anschließend evaluiert. Der Grund dafür ist die immer stärker wachsende Forderung nach Wissenschaftskommunikation seitens der Politik. Es wird darüber hinaus gefordert, dass die Kommunikation der eigenen Forschung in Zukunft integrativer Bestandteil des wissenschaftlichen Arbeitens wird. Um junge Wissenschaftler bereits frühzeitig auf diese Aufgabe vorzubereiten, wird Wissenschaftskommunikation auch in Forschungsverbünden realisiert.
Aus diesem Grund wurde in einer Vorstudie untersucht, welche Anforderungen an ein Konzept zur Wissenschaftskommunikation im Rahmen eines Forschungsverbundes gestellt werden, indem die Einstellung der Doktoranden zur Wissenschaftskommunikation sowie ihre Kommunikationsfähigkeiten anhand eines geschlossenen Fragebogens evaluiert wurden. Darüber hinaus wurden aus den Daten Wissenschaftskommunikationstypen abgeleitet. Auf Grundlage der Ergebnisse wurden unterschiedliche Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen entwickelt, die sich in der Konzeption, den Rezipienten, sowie der Form der Kommunikation und den Inhalten unterscheiden.
Im Rahmen dieser Entwicklung wurde eine Lerneinheit mit Bezug auf die Inhalte des Graduiertenkollegs, bestehend aus einem Lehr-Lern-Experiment und den dazugehörigen Begleitmaterialien, konzipiert. Anschließend wurde die Lerneinheit in eine der Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen integriert. Je nach Anforderung an die Doktoranden, wurden die Maßnahmen durch vorbereitende Workshops ergänzt.
Durch einen halboffenen Pre-Post-Fragebogen wurde der Einfluss der Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen und der dazugehörigen Workshops auf die Selbstwirksamkeit der Doktoranden evaluiert, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie sich die Wahrnehmung der eigenen Kommunikationsfähigkeiten durch die Interventionen verändert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die einzelnen Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen die verschiedenen Typen in unterschiedlicher Weise beeinflussen. Es ist anzunehmen, dass es abhängig von der eigenen Einschätzung der Kommunikationsfähigkeit unterschiedliche Bedürfnisse der Förderung gibt, die durch dedizierte Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen berücksichtigt werden können.
Auf dieser Grundlage werden erste Ansätze für eine allgemeingültige Strategie vorgeschlagen, die die individuellen Fähigkeiten zur Wissenschaftskommunikation in einem naturwissenschaftlichen Forschungsverbund fördert.As part of an exploratory research approach a concept for science communication was developed and evaluated for a research training group that focuses on photochemical processes. The increasing demand for science communication by politics justifies this approach. Furthermore, for future scientists the communication of their own research is demanded to be an integrative part of good scientific practice. To prepare young researchers for the upcoming task at an early stage, science communication is also required in research associations.
Hence, a preliminary study was conducted to first investigate the requirements of a science communication concept by evaluating doctoral students’ attitudes towards science communication and their communication skills using a questionnaire comprising closed questions. Moreover, science communication types where derived from the data. Based on these results multiple science communication measures that differ in the conception, the recipients, the form of the communication and their content were developed.
With reference to the content of the graduate program an experiment and the accompanying material for teaching was designed. It can be used in schools and extracurricular learning settings. Subsequently, the teaching unit was implemented into one measure. Depending on the requirements of each science communication measure for the doctoral students the measures were complemented by preparatory workshops.
Through a semi-open pre-post questionnaire, the impact of the science communication measures and the associated workshops on the doctoral students’ self-efficacy was evaluated. Also, conclusions about how the perception of their own communication skills changed as a result of the intervention could be drawn. The results suggest that the individual science communication measures affect the different types in various ways. It is likely that depending on one’s assessment of communication skills, there are different funding needs that can be addressed through dedicated measures.
In this way, a generally applicable strategy which promotes individual science communication skills in a scientific research association will be proposed
Preparing for Society 5.0 with MOOC Capabilities Extension
No full textAcademia-industry collaborations are beneficial when both sides bring strengths to the partnership and the collaboration outcome is of mutual benefit. These types of collaboration projects are seen as a low-risk learning opportunity for both parties. In this paper, government initiatives that can change the business landscape and academia-industry collaborations that can provide upskilling opportunities to fill emerging business needs are discussed. In light of Japan’s push for next-level modernization, a Japanese software company took a positive stance towards building new capabilities outside what it had been offering its customers. Consequently, an academic research group is laying out infrastructure for learning analytics research. An existing learning analytics dashboard was modularized to allow the research group to focus on natural language processing experiments while the software company explores a development framework suitable for data visualization techniques and artificial intelligence development. The results of this endeavor demonstrate that companies working with academia can creatively explore collaborations outside typical university-supported avenues