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Photon density wave spectroscopy of titania and silica aggregates – synthesis monitoring and optical modeling
No full textThis cumulative dissertation aims at enabling the investigation of geometrical properties of secondary particles (SPs) consisting of small spherical primary particles (PPs) using photon density wave spectroscopy (PDWS) measurements. This technology allows to determine the reduced scattering coefficient s ′ and the absorption coefficient a of a dispersion of particles or droplets independently without calibration or dilution. To achieve the aspired goal, first, two different types of model SPs were synthesized and characterized using PDWS. The model SPs were titania precipitated from tetraethyl orthotitanate (TEOT) in ethanol and silica precipitated from aqueous solutions of sodium silicate. Additionally, the conducted syntheses were monitored with inline PDWS measurements. Then, an optical model was developed that links geometrical properties of SPs with measured s ′ values. The model is an approximation within the Rayleigh-Debye-Gans-regime and considers the SPs to be fractal aggregates. It includes an analytical expression for the anisotropy factor of fractal aggregates, which was not described in literature before to the best of my knowledge. First PDWS results, initially obtained without the optical model, revealed in combination with reference experiments that the synthesized titania SPs can disintegrate again into their PPs. The application of the optical model to inline PDWS data recorded during a respective synthesis further supported this observation. To the best of my knowledge, the disintegration of titania SPs produced from TEOT in ethanol was also unknown in literature before. When the optical model was applied to PDWS data acquired from steady-state measurements of the model SPs, aggregate sizes were obtained that agreed well with dynamic light scattering reference results. Finally, the application of the optical model to inline PDWS data recorded during a typical silica precipitation confirmed the densification of the SPs which had been suggested in literature before.Diese kumulative Dissertation hat zum Ziel, die Untersuchung von geometrischen Eigenschaften von Sekundärpartikeln (SPs), die aus kleinen, sphärischen Primärpartikeln (PPs) bestehen, mittels Photonendichtewellenspektroskopie (PDWS) zu ermöglichen. Diese Technologie erlaubt es, den reduzierten Streukoeffizienten s ′ und den Absorptionskoeffizienten a einer Dispersion von Partikeln, oder Tröpfchen unabhängig voneinander ohne Kalibration, oder Verdünnung zu bestimmen. Um das angestrebte Ziel zu erreichen, wurden zunächst zwei verschiedene Arten von Modell-SPs synthetisiert und mittels PDWS charakterisiert. Als Modell-SPs dienten Titandioxidpartikel, welche ausgehend von Tetraethylorthotitanat (TEOT) in Ethanol hergestellt wurden, sowie Silicapartikel, die aus wässrigen Lösungen von Natriumsilikat gefällt wurden. Außerdem wurden die durchgeführten Synthesen mit PDWS-Messungen überwacht. Im Weiteren wurde ein optisches Modell entwickelt, welches geometrische Eigenschaften von SPs mit gemessenen s ′ verknüpft. Das Modell stellt eine Näherung innerhalb des Rayleigh Debye-Gans-Regimes dar und beruht auf der Annahme, dass sich die SPs als fraktale Aggregate beschreiben lassen. Ein analytischer Ausdruck für den Anisotropiefaktor fraktaler Aggregate ist im Modell enthalten, der nach meinem besten Wissen noch nicht in der Literatur vorgeschlagen wurde. Erste PDWS-Ergebnisse, die zunächst ohne das optische Modell erhalten wurden, haben in Kombination mit Referenzexperimenten gezeigt, dass sich die synthetisierten Titandioxid-SPs wieder in ihre PPs zersetzen können. Die Anwendung des optischen Modells auf PDWS-Daten, die während einer entsprechenden Synthese aufgenommen wurden, hat diese Beobachtung untermauert. Auch die Zersetzung von Titandioxid-SPs, die aus TEOT in Ethanol hergestellt wurden, war nach meinem besten Wissen noch nicht in der Literatur bekannt. Die Anwendung des optischen Modells auf PDWS-Daten, die aus stationären Messungen der Modell-SPs erhalten wurden, ergab Aggregatgrößen, die gut mit Ergebnissen der dynamischen Lichtstreuung übereinstimmten. Die Anwendung des optischen Modells auf PDWS-Daten, die während einer typischen Silicafällung erhalten wurden, bestätigte die Verdichtung der SPs, die schon zuvor in der Literatur vorgeschlagen wurde
Tracking slow-moving landslides with PlanetScope data
No full textPlanetScope data with daily temporal and 3 m spatial resolution hold an unprecedented potential to quantify and monitor surface displacements from space. Slow-moving landslides, however, are complex and dynamic targets that alter their topography over time. This leads to orthorectification errors, resulting in inaccurate displacement estimates when images acquired from varying satellite perspectives are correlated. These errors become particularly concerning when the magnitude of orthorectification error exceeds the signal from surface displacement, which is the case for many slow-moving landslides with annual velocities of 1–40 m yr−1. This study provides a comprehensive assessment of orthorectification errors in PlanetScope imagery and presents effective mitigation strategies for both unrectified Level 1B (L1B) and orthorectified Level 3B (L3B) data. By implementing these strategies, we achieve sub-pixel accuracy, enabling the estimation of realistic and temporally coherent displacement over landslide surfaces. The improved signal-to-noise ratio results in higher-quality displacement maps, allowing a more detailed analysis of landslide dynamics and their driving factors
Forgotten Gems
No full textIn an era dominated by conventional agricultural practices, underutilized legumes termed “Forgotten Gems” represent a reservoir of untapped benefits with the unique opportunity to diversify agricultural landscapes and enhance global food systems. Underutilized crops are resistant to abiotic environmental conditions such as drought and adapt better to harsh soil and climatic conditions. Underutilized legumes are high in protein and secondary metabolites, highlighting their role in providing critical nutrients and correcting nutritional inadequacies. Their ability to increase dietary variety and food security emerges as a critical component of their importance. Compared to mainstream crops, underutilized legumes have been shown to reduce the environmental impact of climate change. Their capacity for nitrogen fixation and positive impact on soil health make them sustainable contributors to biodiversity conservation and environmental balance. This paper identifies challenges and proposes strategic solutions, showcasing the transformative impact of underutilized legumes on agriculture, nutrition, and sustainability. These “Forgotten Gems” should be recognized, integrated into mainstream agricultural practices, and celebrated for their potential to revolutionize global food production while promoting environmental sustainability
Modellierung des Zustands und der Dynamik der Ionosphäre mit Techniken des maschinellen Lernens
No full textOur society becomes increasingly dependent on reliable space-based observations. For instance, millions of people across the world rely on Global Navigation Satellite Systems (GNSS) for daily navigation. The radio signals transmitted by GNSS can be delayed or advanced by the ionosphere. To correct ionospheric propagation effects, it is essential to provide accurate ionospheric predictions.
Using the dispersive (frequency dependent) characteristics of the ionosphere, the ionospheric delay can be cancelled out using multiple frequencies. However, this technique does not apply to single frequency users who require ionospheric models to correct for this propagation effect. The ever-changing state and dynamics of the ionosphere can be observed by using the total electron content (TEC) which is the line-in-sight number of free electrons, where one TEC unit (TECU) equals 10 to the power of 16 free electrons/m2. The International GNSS Service (IGS) has been providing global ionosphere maps (GIMs) since 1998, covering more than two solar cycles of data, making this large dataset useful for training neural networks (NNs). Space weather events (e.g., geomagnetic storms) can have huge effects in the ionosphere, where increases (or decreases) in TEC of more than 200% have been observed during extreme events. It is, therefore, important that ionospheric models also perform well during periods of geomagnetic disturbance.
In this work several NN-based solutions are deployed for providing predictions of the ionospheric state (TEC), not only during quiet time but also during geomagnetically disturbed conditions. In total, three models have been developed and presented in this dissertation using the feedforward neural network (FNN) or the long short-term memory (LSTM) architecture.
The first model is the global quiet-time model using an FNN architecture. This model is trained using GIMs from the Center for Orbit Determination in Europe (CODE). To reduce the dimensionality of the data, Carrington rotation averages (approximately 27 days) were used. The model uses the solar flux index F10.7, solar zenith angle, geographic longitude, geomagnetic latitude, universal time (UT) and day of year (DOY) as input parameters. The quiet-time model can predict not only large-scale features, such as seasonal behaviour or diurnal variations, but also smallscale features such as the separation of the ionization crests at both sides of the geomagnetic equator and the Nighttime Winter Anomaly (NWA). The ability of the model to reproduce the evolution of the NWA shows how well this approach can learn very small features from the data. The performance of the quiet-time model in terms of root mean square error (RMSE) is in the order of 6 and 2.5 TECU for the high solar activity year 2015 and low solar activity year 2020, respectively. The quiet-time model outperforms the Neustrelitz TEC Model (NTCM) by approximately 1 TECU.
The quiet-time model does not use any geomagnetic indices, and the performance during geomagnetic disturbed periods decreases. Therefore, the second model proposed in this thesis focuses on storm-time modelling. For this work an FNNbased European storm-time model was proposed that predicts the relative TEC with respect to the preceding 27-day median TEC, using the TEC from GIMs produced by the Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). The network uses the median TEC, geographic latitude and longitude, UT, storm time, DOY, F10.7, global storm index SYM-H and geomagnetic activity index Hp30 as driver parameters. The model was trained, validated and tested using a database of about 400 storms. An event was marked as a storm when the disturbance storm-time Dst index was < -50 nanotesla. This model is able to show seasonal storm-related perturbations, i.e., increased TEC values for winter storms, negative storm phases in case of summer storms and a mixture of both during equinox storms. The European storm-time model has an RMSE of 3.38 TECU for the test dataset consisting of 33 storm events during 2015 and 2020, which is a performance increase of approximately 1.3 TECU compared to the quiet-time model. Providing relative TEC values instead of the direct TEC has the advantage that other inputs can be used for the median TEC, e.g., our quiet-time model or other models such as the NTCM.
The last ionospheric model investigated during this work was a global LSTMbased model. This model is able to provide forecasts up to 24 hours ahead and uses only the 3-day historic TEC, geographic latitude and longitude, UT and DOY. The performance of the model was investigated during high and low solar activity conditions as well as during geomagnetic disturbed and quiet periods. The average RMSE for high solar conditions (the year 2015) and low solar conditions (the year 2020) is 3.3 and 1.5 TECU, respectively. During storm conditions, the RMSE increased to 4.2 TECU in 2015 and did not significantly change in case of the year 2020 (0.1 TECU increase). The performance was also compared to the performance of the quiet-time model and the NTCM. Near real-time applications were also investigated by providing the real-time GIMs from IGS as input. The LSTM-based model was outperforming the quiet-time and NTCM model for all cases.
This dissertation demonstrates that NN-based models are capable of providing accurate TEC predictions including small-scale features not previously seen in predictions by other models. It shows that the machine learning-based models can successfully describe storm-related perturbations and have a good accuracy during geomagnetic storms. This work also demonstrates near real-time applications such as using the real-time products from IGS as input for the historical TEC. The findings of this dissertation contribute to a more accurate and stable prediction of the ionospheric TEC that can correct GNSS signals.Weltraumgestützte Technologien werden ein immer wichtigerer Teil unserer modernen Gesellschaft. Zum Beispiel verlassen sich Millionen von Menschen jeden Tag auf satellitengestützte Navigationssysteme (Global Navigation Satellite System, GNSS), um sich im Straßen- oder Schiffsverkehr zu orientieren. Die übertragenen Funksignale der GNSS-Satelliten können durch die Ionosphäre gestört werden. Um diese Effekte zu korrigieren, ist es wichtig, genaue ionosphärische Vorhersagen zu generieren.
Auf Basis der dispersiven (frequenzabhängigen) Eigenschaften der Ionosphäre kann die ionosphärische Verzögerung mit Hilfe mehrerer Frequenzen ausgeglichen werden. Diese Technik kann jedoch nicht von Nutzern einzelner Frequenzen angewandt werden. In diesem Falle werden ionosphärische Modelle benötigt, um diesen Propagationseffekt zu korrigieren. Der sich ständig verändernde Zustand und die Dynamik der Ionosphäre lassen sich anhand des Gesamtelektronengehalts (total electron content, TEC) beobachten, der die Anzahl der freien Elektronen in der Sichtlinie angibt, wobei eine TEC-Einheit (TEC units, TECU) 10 hoch 16 freien Elektronen/m2 entspricht. Der International GNSS Service (IGS) stellt seit 1998 globale Ionosphärenkarten (global ionosphere maps, GIMs) zur Verfügung, die mehr als zwei Sonnenzyklen abdecken und daher für das Training neuronaler Netze (NNs) gut geeignet sind. Weltraumwetterereignisse (z. B. geomagnetische Stürme) können enorme Auswirkungen auf die Ionosphäre haben. Bei extremen Ereignissen wurden TECAnstiege (oder -Abnahmen) von mehr als 200% beobachtet. Daher ist es wichtig, dass Ionosphärenmodelle auch in Zeiten geomagnetischer Störungen gut funktionieren.
In dieser Arbeit werden mehrere NN-basierte Lösungen für die Vorhersage des ionosphärischen Zustands (TEC) eingesetzt, und zwar nicht nur während ruhiger Zeiten, sondern auch bei geomagnetischen Störungen. Insgesamt wurden drei Modelle entwickelt, die entweder auf dem Feedforward Neural Network (FNN) oder der Long Short-Term Memory (LSTM) Architektur basieren.
Das erste Modell ist das globale Quiet-Time-Modell mit einer FNN-Architektur. Dieses Modell wurde mit GIMs des Center for Orbit Determination in Europe (CODE) trainiert. Um die Dimensionalität der Daten zu reduzieren, wurden Durchschnittswerte der Carrington-Rotation (ungefähr 27 Tage) verwendet. Das Modell verwendet den solaren Flussindex F10.7, den solaren Zenitwinkel, die geografische Länge, die geomagnetische Breite, die Universalzeit (universal time, UT) und den Tag des Jahres (day of year, DOY) als Eingabeparameter. Das Ruhezeitmodell kann für Vorhersagen verwendet werden, die nicht nur großskalige Merkmale wie das jahreszeitliche Verhalten oder tageszeitliche Schwankungen, sondern auch detailliertere Merkmale wie den Ionisationscrests auf beiden Seiten des geomagnetischen Äquators und die nächtliche Winteranomalie (NWA) berücksichtigen. Die Fähigkeit des Modells, die Entwicklung der NWA zu reproduzieren, zeigt, wie gut dieser Ansatz sehr kleine Merkmale aus den Daten lernen kann. Die Leistung des Quiet-Time- Modells in Bezug auf den root mean square error (RMSE) liegt in der Größe von 6 und 2,5 TECU für das Jahr 2015 (hoher Sonnenaktivität) und das Jahr 2020 (geringer Sonnenaktivität). Das Quiet-Time-Modell übertrifft das Neustrelitzer TEC Modell (NTCM) um etwa 1 TECU.
Das Quiet-Time-Modell verwendet keine geomagnetischen Indizes, und die Genauigkeit in geomagnetisch gestörten Perioden nimmt deshalb ab. Daher konzentriert sich das zweite in dieser Arbeit vorgestellte Modell auf die Sturmzeitmodellierung. Für diese Arbeit wurde ein auf FNN basierendes europäisches Sturmzeitmodell erstellt, das die relative TEC in Bezug auf den vorangegangenen 27-Tage- Median der TEC vorhersagt, wobei die TEC aus den von der Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) erstellten GIMs verwendet wird. Das Netzwerk verwendet die mediane TEC, die geographische Breite und Länge, UT, Sturmzeit, DOY, F10.7, den globalen Sturmindex SYM-H und den geomagnetischen Aktivitätsindex Hp30 als Inputparameter. Das Modell wurde anhand einer Datenbank mit ungefähr 400 Stürmen trainiert, validiert und getestet, wobei ein Ereignis als Sturm markiert wurde, wenn der Störungsindex Dst < -50 Nanotesla war. Dieses Modell ist in der Lage, saisonale sturmbedingte Störungen aufzuzeigen, d.h. erhöhte TEC-Werte bei Winterstürmen, negative Sturmphasen bei Sommerstürmen und eine Mischung aus beidem bei Äquinoktialstürmen. Das europäische Sturmzeitmodell hat einen RMSE von 3,38 TECU für den Testdatensatz, der aus 33 Stürmen in den Jahren 2015 und 2020 besteht, was eine Leistungssteigerung von etwa 1,3 TECU im Vergleich zum Quiet-Time-Modell darstellt. Die Angabe von relativen TEC-Werten anstelle der direkten TEC hat den Vorteil, dass andere Eingaben für die mediane TEC verwendet werden können, z. B. das oben beschriebene Quiet-Time-Modell oder das NTCM.
Das letzte Ionosphärenmodell, das im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde, war ein globales LSTM-basiertes Modell. Dieses Modell ist in der Lage, Vorhersagen bis zu 24 Stunden im Voraus zu liefern, und verwendet nur den historischen TECWert von drei Tagen, geografische Breite und Länge, UT und DOY. Die Leistung des Modells wurde bei hoher und niedriger Sonnenaktivität sowie bei geomagnetischen Störungen und ruhigen Perioden untersucht und mit der Leistung des Quiet-Time- Modells und des NTCM-Modells verglichen. Der durchschnittliche RMSE bei hoher Sonnenaktivität (2015) und niedriger Sonnenaktivität (2020) beträgt 3,3 TECU und 1,5 TECU. Bei stürmischen Bedingungen stieg der RMSE im Jahr 2015 auf 4,2 TECU und änderte sich im Jahr 2020 nicht wesentlich (Anstieg um 0,1 TECU). Es wurden auch echtzeitnahe Anwendungen untersucht, indem die Echtzeit-GIMs des IGS als Eingabe verwendet wurden. Das LSTM-basierte Modell übertraf in allen Fällen das Quiet-Time- und NTCM-Modell.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass NN-basierte Modelle in der Lage sind, genaue TEC-Vorhersagen zu liefern und dabei auch kleinere Features zu erfassen, die zuvor in den Vorhersagen anderer Modelle nicht berücksichtigt wurden. Auf maschinellem Lernen basierenden Modelle können erfolgreich sturmbedingte Störungen beschreiben und eine gute Genauigkeit während geomagnetischer Stürme aufweisen. Diese Arbeit demonstriert auch Anwendungen, die nahezu in Echtzeit ablaufen wie zum Beispiel die Verwendung der Echtzeitprodukte des IGS als Input für die historische TEC. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen zur genaueren und stabileren Vorhersage der ionosphärischen TEC bei, die GNSS-Signale korrigieren kann
INTERPOL-Measures
No full textIn der Presse hört man des Öfteren von Personen, die mit einem „internationalen Haftbefehl“ weltweit gesucht werden. Oft verbirgt sich hinter dieser umgangssprachlichen Bezeichnung ein sog. “Red Notice“ von INTERPOL, bei dem es sich, wie es noch zu zeigen gilt, nicht um einen tatsächlichen, verbindlichen Haftbefehl handelt. Betrachtet man jedoch die Eingriffsintensität, die diese Maßnahme mitunter für Betroffene haben kann, ist diese durchaus vergleichbar und ggf. sogar weitreichender aufgrund der nahezu weltweiten Nutzung des INTERPOL-Systems durch die nationalen Behörden. Während mit einem nationalen Haftbefehl gesuchten Personen verschiedene Rechtsmittel und gerichtliches Vorgehen gegen diesen offenstehen, gestaltet sich der Versuch einen “Red Notice“ einer gerichtlichen Prüfung zu unterziehen und ggf. unberechtigte, in die Menschenrechte eingreifende Folgen zu beseitigen für Betroffene deutlich schwieriger. Wie dieser Beitrag zeigen wird, ist es Betroffenen sogar unmöglich in effektiver Weise direkt gegen einen “Red Notice“ und Verhalten INTERPOL’s bei einer möglichen Verletzung von ihren Menschenrechten vorzugehen. Hierbei wird näher untersucht, welche Probleme und Hindernisse zu diesem Ergebnis führen, aber auch welche Möglichkeiten den Betroffenen dennoch bleiben. Ein besonderer Fokus wird hierbei auf die Garantien der EMRK und die Kompatibilität des INTERPOL-Systems mit dieser gelegt.In the press, one often hears of people who are wanted worldwide with an "international arrest warrant". This colloquial term usually means a so-called "Red Notice" from INTERPOL, which, as will be shown, is not an actual, binding arrest warrant. However, if one considers the intensity of interference that this measure can sometimes have for those affected, it is quite comparable and possibly even more far-reaching due to the almost worldwide use of the INTERPOL system by the national authorities. While persons wanted with a national arrest warrant have various legal remedies and legal action against it, the attempt to subject a "Red Notice" to a judicial review and possibly to eliminate unjustified consequences that interfere with human rights is much more difficult for those affected. As this article will show, it is even impossible affected persons to take effective action directly against a "Red Notice" and behavior of INTERPOL in the event of a possible violation of their human rights. In this context, it is examined in more detail which problems and obstacles lead to this result, but also what options remain for those affected. A special focus is placed on the guarantees of the ECHR and the compatibility of the INTERPOL system with it
Bildung für nachhaltige Entwicklung als Thema in der Ausbildung angehender Grundschullehrkräfte
No full textSpätestens seit den Lehrplanrevisionen der letzten Jahre ist Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) omnipräsent. Ein Blick in die Lehrpläne (z. B. Sachsen, NRW, Baden-Württemberg) zeigt, dass BNE als Aufgabe u. a. des Sachunterrichts angesehen wird. Dabei weisen die meisten Lehrpläne ein ganzheitliches Verständnis von BNE und ein vielfältiges Spektrum an fachübergreifenden Themen zu Nachhaltigkeit auf. In der Lehrkräftebildung erfolgt die Integration fachbezogen und als Querschnittsaufgabe im Studium. Die Fähigkeiten der Lehrkräfte sind ein entscheidender Schlüssel zur Implementierung von BNE in den Schulen und in der Entwicklung hin zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Im Rahmen einer empirischen Studie wurden Lehramtsstudierende gefragt, was sie unter BNE verstehen, welche Erfahrungen sie in ihrem Studium bisher mit dem Thema gemacht haben und wie wichtig ihnen Nachhaltigkeit in ihrem Alltag ist. Sowohl ihr Vorwissen als auch ihre Einstellung sind wichtige Indikatoren dafür, was und wie später in der Schule gelehrt wird
Die Bildung für nachhaltige Entwicklung im Lehramtsstudium des Faches Sachunterricht
No full textUm zu ergründen, in welchem Umfang die Integration der Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) und verwandter Bildungskonzepte in den Lehramtsstudiengang des Faches Sachunterricht an deutschen Hochschulen bisher erfolgte, wurde eine Dokumentenanalyse durchgeführt. In diesem Kontext wurden die Modulkataloge von 25 deutschen Universitäten und sechs Pädagogischen Hochschulen, die den Lehramtsstudiengang Sachunterricht anbieten, in Hinblick auf inhaltliche und organisatorische Aspekte der Lehrveranstaltungen analysiert. Auf der Basis der Dokumentenanalyse konnte herausgestellt werden, dass innerhalb des Studiengangs an fast jeder Hochschule eine Integration der Thematik zu finden ist. Weiterhin konnte ein heterogenes Bild in Bezug auf die inhaltliche Ausrichtung der Lehrveranstaltungen aufgezeigt werden, in denen die Thematik behandelt wird. An Hochschulen, die Mitglieder eines BNE-Netzwerkes sind, die über Arbeitsgemeinschaften verfügen, in denen die Thematik behandelt wird und/oder die einem ganzheitlichen BNE-Ansatz folgen, ist eine vermehrte Integration der Thematik in den Lehramtsstudiengang des Faches Sachunterricht zu verzeichnen
Digitalisierung in der Lehrkräftebildung Mathematik
No full textIm Rahmen des Projekts „Digitalisierung in der Lehrerbildung Mathematik: Evidenzbasierte Qualitätsentwicklung der Lehre im Lehramtsstudium durch systematische und kontinuierliche Verankerung digitaler Medien als curricularer Gegenstand in fachlichen und fachdidaktischen Lehrveranstaltungen“ an der Universität Potsdam wurden zwei Maßnahmen verfolgt, nämlich (1) Qualitätsverbesserung der Lehre in den Lehramtsstudiengängen durch exemplarische curriculare Verankerung in allen Mathematik-Modulen im Bachelorstudium und deren methodische Weiterentwicklung und (2) Entwicklung der medienpädagogischen (Handlungs-)Kompetenzen angehender Mathematiklehrkräfte. In diesem Beitrag liegt der Fokus auf die zweite Maßnahme, indem die Erfahrungen zur Entwicklung eines Instruments zum Erfassen der medienpädagogischen (Handlungs-)Kompetenzen bei angehenden Mathematiklehrkräften dargelegt werden.Within the framework of the project “Digitization in teacher education in mathematics: Evidence-based quality development of teaching in teacher training programs through systematic and continuous anchoring of digital media as a curricular object in subject-specific and subject-didactic courses”, two goals were pursued, namely (1) quality improvement of teaching in teacher training programs through exemplary curricular anchoring in all mathematics modules in the Bachelor’s program and their further methodological development, and (2) development of media-pedagogical (action-)competences of pre-service mathematics teachers. This article focuses on the second goal by presenting the experiences gathered in the process of developing an instrument to measure the media-pedagogical (action-)competences of pre-service mathematics teachers
Das Mediationsverfahren in Deutschland und Russland: Gemeinsamkeiten und Unterschiede
No full textDas Wort „Mediation“ ist heutzutage in aller Munde. Auf den ersten Blick scheint die Mediation ein Allheilmittel zur Konfliktlösung zu sein. Dem Zeitgeist entsprechend haben sowohl der deutsche als auch der russische Gesetzgeber fast zeitgleich Mediationsgesetze verabschiedet.
Seitdem sind mehr als zehn Jahre vergangen, so dass es Zeit ist, eine wissenschaftlich fundierte Bilanz zu ziehen, ob die Mediation als eine neue Methode der Streitbeilegung in der Mitte der deutschen und russischen Gesellschaft angekommen ist und damit eine Alternative zu den staatlichen Gerichten bietet. Die vorliegende Untersuchung verneint dies. Zudem werden Gemeinsamkeiten und Unterschiede der jeweiligen Regelungsansätze herauskristallisiert und ihre Vor- und Nachteile aufgezeigt.
Die Studie liefert die Antwort auf die Frage, vor welchen Herausforderungen die jeweilige Rechtsordnung aktuell steht. Darüber hinaus werden mit Blick auf die Zukunft konkrete Maßnahmen vorgeschlagen, um die Mediation als alternative Streitbeilegung im Bewusstsein der Menschen sowohl in Deutschland als auch in Russland zu verankern und nachhaltig zu stärken.The word ‘mediation’ is on everyone's lips these days. At first glance, mediation appears to be a panacea for conflict resolution. In keeping with the spirit of the times, both the German and Russian legislatures passed mediation laws almost simultaneously.
More than ten years have passed since then, so it is time to take stock of whether mediation has arrived as a new method of dispute resolution in the centre of German and Russian society and thus offers an alternative to the state courts. The study answers this question in the negative. It also crystallises the similarities and differences between the respective regulatory approaches and highlights their advantages and disadvantages.
The study provides an answer to the question of what challenges the respective legal systems are currently facing. Furthermore, with a view to the future, concrete measures are proposed to anchor and sustainably strengthen mediation as an alternative dispute resolution method in the minds of people in both Germany and Russia
Skalierbare Online-Lehre um die Sensibilisierung für Phishing-Angriffe der Allgemeinbevölkerung zu Verbessern
No full textComputers and information technology, the backbone of our digital society, have always faced threats from cybercrime actors. Recently, cybercriminals have started to focus on human weaknesses in cybersecurity, for example, by sending phishing emails rather than relying on technical vulnerabilities. Furthermore, recent threat reports describe that cybercriminals are increasingly shifting towards private persons as targets for phishing attacks. Various technical methods, such as email filtering or sandboxes, have been developed and implemented to counteract phishing. However, with the development of new attack approaches, such as SMS-based phishing, these protective measures will eventually fail, and users will be confronted with phishing attempts. Hence, users must be appropriately educated to ensure they do not fall victim to the attacks.
This manuscript presents multiple studies on the challenge of user education for phishing, investigating the issue from a real-world perspective and evaluating digital education as a potential solution. I present the first large-scale real-world phishing study on over 4,500 users from private contexts. Building on the employed mixed-methods approach and a Staged Innovation Design study, we derived quantitative insights into participants' socio-demographic features impacting phishing susceptibility. Furthermore, we developed three taxonomies of real-world human phishing investigation behavior building on the human-in-the-loop model for cybersecurity. Investigating possible enhancements for online education approaches, we studied audio-visual education methods with participant groups ranging from 1,500 to 2,500 learners of the online education platform openHPI. From these studies, we derived a blueprint for podcasts alongside Massive Open Online Courses (MOOCs), which we then implemented alongside a six-week course on cybersecurity. During this real-world study, we observed significantly enhanced learning outcomes among participants. Finally, we studied whether educators can impact learning outcomes by varying the video types employed in cybersecurity courses. We observed that animation videos were beneficial for promoting practical skills, such as phishing email identification.
Having assessed a few methods for education in detail, we derived a framework to classify education and assessment methods in cybersecurity. To provide fellow researchers and decision-makers with an overview of currently available methods, we aggregated approximately thirty methods used in practice and contextualized them using our framework. Concluding this manuscript, I outline overarching considerations for cybersecurity educators and technology providers to help users enhance their security posture. Building on these considerations and the experiences from the performed studies, I conceptualize an in-depth MOOC on phishing.
This thesis contributes to the challenge of missing cybersecurity awareness among the population. I contribute to the body of research by investigating the issue from the two perspectives of real-world user behavior and opportunities drawn from online education. Judging from the insights of both perspectives, I elaborate on considerations for researchers, educators, and technology providers to implement in the future. I am confident that applying the presented insights will help to enhance cybersecurity awareness education for the general population.Computer und Informationstechnologie sind das Rückgrat der digitalen Gesellschaft und damit jeher ein Ziel von Cyberkriminalität. In den vergangenen Jahren haben Angreifer vermehrt begonnen sich auf menschliche Schwachstellen zu konzentrieren, anstatt technische Fehler auszunutzen. Ein Beispiel hierfür ist der Versand von Phishing E-Mails, die darauf abzielen menschliches Verhalten zu manipulieren und Fehlverhalten zu provozieren. Laut aktuellen Berichten zielen solche Phishing Angriffe in jüngster Zeit immer stärker auf Privatpersonen ab. Zum Schutz vor Phishing gibt es bereits unterschiedliche technische Maßnahmen, beispielsweise E-Mail Filterung. Aufgrund stetiger Entwicklung der Angriffsmethoden, zum Beispiel zu SMS-basierten Phishing Versuchen, können aktuelle Sicherheitsverfahren jedoch scheitern, wodurch die Nutzer weiterhin mit Phishing konfrontiert sind. Um nicht zum Opfer von Phishing Angriffen zu werden, müssen Nutzer lernen, wie Sie Phishing Angriffe erkennen und mit diesen umgehen sollten.
Dieses Manuskript präsentiert mehrere Studien im Themenbereich der Bildung für Phishing. Die Problematik wird aus einer Realwelt-Perspektive erforscht und digitale Lehrmethoden werden als mögliche Lösung evaluiert. Im Manuskript stelle ich die Ergebnisse der ersten groß angelegten Realwelt Phishing Studie mit mehr als 4.500 teilnehmenden Personen vorgestellt, aus der qualitative sowie quantitative Forschungsergebnisse gewonnen werden. Die quantitativen Ergebnisse bieten Einblick in soziodemografische Einflussvektoren auf die Sensibilität für Phishing Angriffe. Basierend auf den qualitativen Ergebnissen der Studie werden drei Taxonomien vorgestellt, welche eine Übersicht über beobachtete Interaktionen mit den Phishing Inhalten bereitstellen. Im Zuge der Erforschung von Verbesserungspotentialen für online Lehrmethoden haben wir Audio-Visuelle Methoden in Feldstudien mit 1.500 bis 2.500 teilnehmenden Lernenden der Lehrplattform openHPI durchgeführt. Aus diesen Studien haben wir eine Blaupause für Podcasts als Erweiterung von skalierbaren Onlinekursen (MOOCs) entwickelt. In einer Umsetzung der Blaupause entlang eines sechswöchigen MOOCs zum Thema Cybersecurity sind signifikant verbesserte Lernerfolge der Teilnehmenden aufgefallen. Ferner wurde erforscht, ob Lehrende den Lernerfolg durch gezielten Einsatz spezifischer Videotypen steuern können. Wir konnten beobachten, dass im Kontext von Cybersicherheit Animations-Videos die Lernenden besonders gut auf die folgenden praktischen Aufgaben vorbereitet haben.
Nach der Detailbetrachtung einiger Lehrmethoden habe ich ein Rahmenwerk zur Klassifizierung von Lehr- und Bewertungsmethoden entwickelt. Als Grundlage für weitere Forschungsvorhaben beinhaltet das Manuskript eine Übersicht von etwa 30 Lehr- und Bewertungsmethoden, klassifiziert entlang der Dimensionen des Rahmenwerks. Zum Abschluss dieses Manuskripts werden einige übergreifenden Beobachtungen und Vorgehensempfehlungen hervorgehoben, welche aus der Interaktion der Forschungsgebiete Cybersicherheit und digitaler Bildung entstehen. Basierend auf den Beobachtungen und Vorgehensempfehlungen wurde ein Konzept für einen Onlinekurs zum Thema Phishing entwickelt.
Diese Thesis liefert weitere Argumente, Beobachtungen und Empfehlungen um der Herausforderung fehlender Cybersicherheitsbildung entgegenzutreten. Dem Stand der Forschung werden Beiträge aus zwei Perspektiven auf die Problemstellung beigesteuert. Einerseits aus dem Blickwinkel von Realwelt Nutzerverhalten, andererseits in Evaluierung von Methoden der digitalen Bildung. Basierend auf den Erfahrungen und Ergebnissen der unterschiedlichen Forschungsvorhaben sind Vorgehensempfehlungen für Technologieunternehmen, Lehrpersonen und Forschende entwickelt worden. Eine angemessene Umsetzung der Empfehlungen sollte die Sensibilität für Cybersicherheit in der Bevölkerung verbessern