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Zeitzeugengespräch: "Die Arbeit in der Produktion der Nixdorf Computer AG - Erfahrungen einer ehemaligen Mitarbeiterin"
No full textBilla Jäger arbeitete über 40 Jahre in der Produktion der Nixdorf Computer AG. Angefangen in den späten 70er-Jahren, bis hin zur Zeit kurz vor der Corona-Pandemie erlebte sie den Wandel des Unternehmens hautnah mit. In diesem Interview berichtet sie über ihre persönlichen Erfahrungen und Entwicklungen im Unternehmen, wie sie die Umbrüche der Nixdorf Computer AG empfunden hat und wie viel eigentlich ihre Kolleg*innen zur Atmosphäre und dem Wohlbefinden im Arbeitsalltag beigetragen haben.Pia Rustemeier ; Billa JägerDas aufgezeichnete Interview ist unter folgendem Link einsehbar: https://zenodo.org/records/1579155
Künstliche Intelligenz und Arbeit in Europa – eine fertigkeitsbasierte Analyse berufsspezifischer Exposition
Full text linkDie Auswirkungen künstlicher Intelligenz (KI) auf menschliche Arbeit werden in Gesellschaft und Wissenschaft kontrovers diskutiert. Diese Dissertation trägt zu dieser Debatte bei, indem sie eine fertigkeitsbasierte Perspektive auf europäische Berufe einnimmt. Ausgehend von den für die Ausübung von Arbeitsaufgaben erforderlichen Fertigkeiten gemäß dem europäischen ESCO-Datensatz wird die Exposition gegenüber KI anhand von Benchmarks und einschlägiger Literatur bewertet. Anschließend werden für 3.039 Berufe Einflusswerte bestimmt, die das Ausmaß der Exposition je Beruf ausdrücken. Diese Einflusswerte werden zudem aggregiert und zwischen Berufskategorien sowie auf Länderebene verglichen. Entgegen herkömmlichen Annahmen über technologischen Fortschritt wird gezeigt, dass Berufe mit hohen kognitiven Fertigkeitsanforderungen besonders stark exponiert sind, während vorwiegend manuelle Tätigkeiten häufig einen deutlich geringeren Expositionsgrad aufweisen. Dies führt zu Verschiebungen in der Nachfrage nach Fertigkeiten und zu einer potenziellen Obsoleszenz bestimmter Fertigkeiten, mit Implikationen für die Akteure am Arbeitsmarkt sowie für politische Entscheidungsträger.The influence of artificial intelligence on human labor is debated in society and academia. This dissertation contributes to this debate by adopting a skills-based perspective on European occupations. Using the skills required to perform occupational tasks according to the European ESCO dataset, exposure to artificial intelligence is evaluated based on benchmarks and related literature. Exposure scores are determined for 3,039 occupations from the dataset, measuring the extent of exposure for each occupation. These scores are then aggregated and compared across occupational categories and at the country level. Contrary to conventional assumptions about technological progress and the labor market, the analysis shows that occupations with high cognitive skill requirements are particularly strongly exposed, whereas predominantly manual activities are often assigned a substantially lower degree of exposure. This leads to shifts in skill demand and a potential obsolescence of certain skills, with implications for labor market participants as well as policymakers.von Marcel Riepe, M. ScTag der Verteidigung: 31.10.2025Universität Paderborn, Dissertation, 202
Lokale skaleninvariante Konturmerkmale zur Objekterkennung
No full textDie Objekterkennung ist eines der wichtigsten Probleme der digitalen Bildverarbeitung und kann mit verschiedenen Ansätzen und funktionalen Teilkomponenten adressiert werden. Dies umfasst verschiedene Vorverarbeitungsschritte, Merkmalstypen sowie Lern- und Klassifizierungsmethoden, abhängig von der spezifischen Aufgabe und den Einsatzbedingungen. Sowohl traditionelle als auch Deep-Learning-basierte Ansätze erfordern robuste Merkmale, die hinreichend deskriptiv und distinktiv sind, um Objekte oder Klassen zu erkennen und zu unterscheiden. In dieser Arbeit werden zwei neue Methoden zur Extraktion solcher Merkmale vorgestellt: Die erste bestimmt lokale, skalierungsinvariante Konturmerkmale um Krümmungsextrema. Die zweite stellt ein Mehrdeutigkeitsmodell mit Kantenverfolgung dar, um die Merkmale aus binären Kantenbildern zu extrahieren. Abschließend wird vorgeschlagen, die Methoden in einen Deep-Learning-basierten End-to-End-Ansatz zur Merkmalsdetektion zu integrieren. Neben technischen Überlegungen sind die Konturmerkmale von Erkenntnissen zur menschlichen Wahrnehmung motiviert. Insbesondere weisen Krümmungsextrema den größten Informationsgehalt entlang von Objektkonturen und eine hohe Salienz in der menschlichen Wahrnehmung auf. Eine Besonderheit der Merkmale ist die Zuordnung einer charakteristischen Skalierung. Während dies für ansichtenbasierte Merkmale verbreitet ist, fehlt eine robuste Methodik für Krümmungsextrema. Zur Extraktion wird ein skalenraumtheoretischer Ansatz verwendet, der dazu ein formalisiertes Bottom-Up-Framework bietet. Es wird gezeigt, dass die Konturmerkmale auch bei starken Größenänderungen, Rauschen und teilweiser Überdeckung zuverlässig extrahiert werden können. Außerdem werden Boxfilter-Ansätze analysiert und integriert, um Echtzeitfähigkeit zu erzielen, sowie eine neue Padding-Methode für offene Konturen vorgestellt. Binäre Kantenbilder enthalten oft Schnittpunkte, Kreuzungen und andere Strukturen, die die Extraktion kohärenter Objektkonturen erschweren. Diese sind jedoch zur Extraktion der Konturmerkmale sowie für andere Methoden erforderlich. Das in dieser Arbeit vorgestellte Mehrdeutigkeitsmodell wurde entwickelt, um solche Mehrdeutigkeiten zu beschreiben und aufzulösen. Obwohl das Modell nur vier einfache Prinzipien verwendet, kann es komplexe Strukturen in binären Kantenbildern auf intuitive und effektive Weise verarbeiten. Im Vergleich zu bestehenden Methoden bietet das Modell die differenzierteste Segmentierung und reduziert gleichzeitig Redundanzen (doppeltes Einlesen von Kantenpixeln). Es wird gezeigt, dass die Methode komplexe Mehrdeutigkeiten in verschiedenen Anwendungsbeispielen effektiv auflösen kann.Object recognition is one of the most important problems in computer vision and can be addressed using various techniques and functional subcomponents, including different preprocessing steps, feature types, and learning and classification schemes, depending on the specific task and operational conditions. Both traditional and deep learning-based methods require stable features that are sufficiently descriptive and distinctive to recognize and distinguish different objects or classes. In this work, two new methods to extract such features are presented: the first method determines local scale-invariant contour features around curvature extrema, while the second method introduces an ambiguity model with edge tracing to extract these features from binary edge images. At the end of this work, it is proposed to integrate the methods into a deep learning-based end-to-end feature detection approach. Besides technical rationales, the contour features presented in this work are inspired by insights from human vision research. In particular, curvature extrema are the most informative points along contours and highly salient in human vision. A unique aspect of the features is that they are assigned a characteristic scale. While this is a widely adopted approach for appearance-based features, there is no robust methodology for assigning characteristic scales to curvature extrema. The features are extracted using curvature scale-space analysis, which provides a formalized bottom-up framework for this task. Computational experiments demonstrate that the contour features can be reliably detected even under extreme scale changes, noise, and partial occlusion. In the context of this method, box filter approximations are analyzed, and a selected approach is integrated to achieve real-time capability. Furthermore, a new padding method is presented to process open contours. Binary edge images often include intersections, junctions, and other structures that make it difficult to extract coherent object contours. Nevertheless, such contours are required for extracting the contour features presented in this work and other methods. The ambiguity model presented in this work is designed to describe and resolve such ambiguities. Despite using only four straightforward principles, the model can handle complex structures in binary edge images in an intuitive and effective manner. Compared to existing methods, the model provides the most detailed decomposition of binary edge images into meaningful segments while also reducing redundancy (double reading of edge pixels). It is shown that the method can effectively resolve complex ambiguities in different application examples.Markus Hennig ; Erster Gutachter: Prof. Dr. Erdal Kayacan, Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Reinhold Häb-UmbachTag der Verteidigung: 29.10.2025Universität Paderborn, Dissertation, 202
Dual study – integrated learning? : a theoretical and empirical analysis of learning in dual study programmes
No full textDuale Studienangebote verbinden zwei Bildungswege: Berufsausbildung und Studium. Bisherige Forschungsbeiträge zu diesen Studienangeboten untersuchen primär strukturelle Fragen der Angebotsorganisation und des Zusammenspiels der Lernorte. Aus pädagogischer Sicht ist weitgehend unklar, welchen Mehrwert die Studienangebote für Lernende erbringen sollen. Diese unpräzise pädagogische Zielsetzung führt zu Folgeproblemen − bspw. zu wenig zielgerichteten didaktischen Gestaltungsmerkmalen für die Kombination des akademischen und beruflichen Lernens. Die Dissertation adressiert diese Forschungslücke, indem sie studentische Lernprozesse in dualen Studienprogrammen konzeptualisiert, empirisch erfasst und untersucht, wie sie didaktisch unterstützt werden können. Dazu nimmt die Dissertation eine curriculumtheoretisch fundierte Perspektive ein. Das Forschungsdesign ist konsekutiv und multimethodisch angelegt. Es umfasst (1) eine Literaturanalyse, (2) eine hierarchische Clusteranalyse und (3) vier vergleichende Fallstudien. Im Rahmen der kumulativen Dissertation werden zunächst bestehende Forschungslücken mit der Literaturanalyse systematisch identifiziert und pädagogisch eingeordnet. Daran anschließend werden duale Studienangebote empirisch-quantitativ hinsichtlich der Implikationen ihrer Strukturen für Lernende typologisiert. Zudem wird „Integration“ als Kernkonzept für duale Studienangebote theoretisch fundiert. Integration beschreibt demnach die subjektive Verarbeitung akademischer und beruflicher Lernerfahrungen. Diese genuin subjektiven Lernprozesse werden in den Fallstudien rekonstruiert. Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass Integration didaktisch nicht erzeugt werden kann, sondern aus der Interaktion der Studierenden mit strukturellen und lernkulturellen Umgebungen entsteht. Optionen zur Unterstützung der Integration sind vielfältig. Die Dissertation bildet mit dem curricularen Zugang eine Ausgangsbasis, um die pädagogisch-didaktische Forschungsperspektive auf duale Studienangebote zukünftig zu vertiefen und diese hybriden Bildungsangebote weiterzuentwickeln.In Germany, dual study programmes that combine two educational pathways, vocational training and academic study, are a fairly new phenomenon in higher education. Most research on dual study programmes addresses structural aspects such as the programme organisation or the combination of learning sites. To date, it has been largely unclear from a pedagogical perspective what the added value of dual study programmes is for learners. Resultant problems arise from having imprecise pedagogical objectives, for example design features for combining academic and vocational learning are not targeted enough. In light of this research gap, the dissertation conceptually defines learning processes in dual study programmes. It analyses these learning processes empirically and examines how they can be pedagogically supported. To this end the dissertation opens a curricular perspective. Its research design is consecutive and multi-methodical. It comprises (1) a literature review, (2) a hierarchical cluster analysis sampling the (3) four subsequent case studies. This cumulative dissertation starts with the literature review which systematically identifies research gaps and classifies them pedagogically. Subsequently it typologises the study programmes empirically and quantitatively according to the implications of their structures for learners. The dissertation theoretically defines the key concept of “integration” for dual study programmes. Integration describes the subjective processing of academic and vocational learning experiences. These genuinely subjective learning processes are reconstructed through the case studies. The findings indicate that integration cannot be generated didactically but results from students’ interaction with the learning culture and structural environment. There are various ways to support integration. By providing a curricular approach this dissertation offers a foundation for further research into the pedagogical perspective of dual study programmes, both in Germany and internationally.von Lisa Mordhorst ; Erstgutachter: Prof. Dr. Tobias Jenert, Zweitgutachter: Prof. Dr. Karl WilbersTag der Verteidigung: 09.10.2025Universität Paderborn, Dissertation, 202
Journal of Advanced Joining Processes / Comparison of the economic efficiency and sustainability of two debonding processes for structurally bonded sills
No full textIn light of growing demands for resource efficiency and sustainability in vehicle engineering, the environmentally compatible separation of structural adhesive joints is gaining increasing relevance. This study presents acomparative analysis of two physically based debonding methods: the established hot-air process and a cryogenic cold process based on liquid nitrogen (LN2). The primary objective is to assess the ecological impact and process related sustainability of both approaches. Experimental investigations were conducted on a component-representative triple-sheet structure that simulates common automotive flange joints. Thermal input was applied either by convective heating using a hot airgun or by direct cooling through a contact-based LN2 tool. The resulting temperature profiles were recorded using spatially distributed thermocouples. Subsequently, the outer panel was selectively debonded to replicate a repair scenario, and the mechanical integrity of the remaining adhesive joint was evaluated through Mode I testing of l-shaped specimens. Process data served as input for an Life Cycle Assessment (LCA) according to DINEN ISO 14,040. The cryogenic method achieved a 40 % reduction in carbon footprint compared to the hot-air process (0.337kg vs. 0.559 kg CO2-equivalents), primarily due to its shorter process time and more efficient heat transfer. While the hot-air method’s impact is mainly driven by electrical energy use, that of the cold method stems from cryogenic media consumption. Notwithstanding certain disadvantages in specific impact categories, the LN2-based process exhibits a superior overall ecological performance and signifies a promising solution for repair and recycling-oriented adhesive separation in structural vehicle applications.Alex Jordan, Lucas Hermelingmeier, Julian Gilich, Gerson Meschut, Marco De Santis, Alexander Schlüte
Entwicklung kobaltbasierter Photosensibilisatoren für die Photokatalyse : Relation zu Anwendungspotenzialen in der Photochemie und OLED-Technologie
Full text linkDie Knappheit fossiler Brennstoffe sowie der Bedarf der Reduktion von CO2-Emissionen fördern das Interesse an erneuerbaren Energien, wie etwa der Solarenergie. In photokatalytischen Systemen kann diese Technologie eingesetzt werden, um Photosensibilisatoren in einer Photoredoxkatalyse zu nutzen, mit dem Ziel, Wasser in Wasserstoff zu transformieren. Auch in der Optoelektronik, z. B. in OLEDs, finden Metallkomplexe Anwendung, z.B. in der Lochtransport-Schicht (engl.: hole transporting layer, HTL). Trotz ihres Potenzials wurden Co+III-Metallkomplexe als Photosensibilisatoren und in OLED-Systemen wenig erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurde 1-Phenyl-1H-pyrazol (ppz) unter Variation der Substitution als bidentater Ligand eingesetzt, wodurch eine Serie von [Co+III(Rppz)3]-Komplexen entstand. Die Kombination aus σ-donierender Phenyl- und π-akzeptierender Pyrazolgruppe ermöglichte eine gute Variation der EDG- und EWG-Elemente auf das Metall. Spektroskopische Untersuchungen zeigten charakteristische MLCT-Übergänge, die jedoch rasch durch niedrig liegende MC-Zustände deaktiviert wurden, wie TD-DFT-Berechnungen bestätigten. Ergänzend kamen tridentate BIPNMe2-Liganden mit Imidazol- und Pyridin-Einheiten zum Einsatz, die eine starrere oktaedrische Koordination ermöglichten. Außerdem zeigten OLED-Tests für ausgewählte Komplexe erhöhte Leuchtdichten, vermutlich durch die π-Expansion ausgewählter Systeme. Diese Studie unterstreicht das Potenzial von Co+III-Komplexen als nachhaltige Alternative zu Edelmetallen in Photoredoxsystemen und der Optoelektronik.The scarcity of fossil fuels and the need to reduce CO2 emissions are catalysing interest in renewable energies such as solar energy. In photocatalytic systems, the objective can be accomplished by utilising a photosensitiser in photoredox catalysis to yield hydrogen in an aqueous environment. Metal complexes are also used in optoelectronics, e.g. in OLEDs, e.g. in the hole transporting layer (HTL). Despite their potential, Co+III metal complexes have been little explored as photosensitisers and in OLED systems. In this work, 1-phenyl-1H-pyrazole (ppz) was used as a bidentate ligand by changing the substitution, resulting in a series of [Co+III(Rppz)3] complexes. The combination of σ-donating phenyl and π-accepting pyrazole group allowed a good variation of electronic effects on the metal. Spectroscopic studies revealed characteristic MLCT transitions, which were however rapidly deactivated by low-lying MC states, as confirmed by TD-DFT calculations. In addition, tridentate BIPNMe2 ligands with imidazole and pyridine units were used, which allow a more rigid conformation. In addition, OLED tests showed increased luminance for selected complexes, presumably due to π-expansion. This study emphasises the potential of Co+III complexes as a sustainable alternative to precious metals in photoredox systems and optoelectronics.Anabel Miletic ; Prof. Dr. Matthias Bauer Erstgutachter, PD Dr. Hans Egold ZweitgutachterTag der Verteidigung: 27.11.2025Universität Paderborn, Dissertation, 202
Teaming with AI: Human Behavior in AI-Assisted Decision-Making
Full text linkKünstliche Intelligenz (KI) verändert unsere Welt grundlegend, wodurch die Interaktion zwischen Mensch und Maschine neu gestaltet wird. Diese Transformation spiegelt sich in verschiedenen Forschungsarbeiten, politischen Maßnahmen und Medienberichten wider, die darauf hinweisen, dass KI neben bedeutenden Chancen auch komplexe Herausforderungen mit sich bringt. Während die Forschung den technologischen Fortschritt in den Vordergrund stellt, werden die Perspektive der menschlichen Nutzer und deren Einfluss auf die Interaktion mit einem KI-System häufig vernachlässigt. Da sich KI-Systeme aufgrund ihrer Fähigkeiten wie z.B. menschliches Verhalten nachzuahmen oder ihres Potenzials, die menschliche Intelligenz zu übertreffen von früheren Technologien unterscheiden, müssen die aktuellen Grundlagen der Mensch-Computer-Interaktion erweitert werden, um das Potenzial dieser transformativen Technologie voll auszuschöpfen. Diese Dissertation befasst damit, indem sie untersucht, wie Einzelpersonen und Teams mit KI interagieren, wobei der Schwerpunkt auf den soziokognitiven Faktoren liegt, die die Entscheidungsfindung und Zusammenarbeit prägen.Die Dissertation argumentiert, dass KI-Systeme zwar zunehmend in der Lage sind, menschliche Kognition zu replizieren oder zu übertreffen, ihre Wirksamkeit jedoch davon abhängt, wie menschliche Entscheidungsträger KI-generierte Empfehlungen und Erklärungen wahrnehmen, verstehen und mit ihnen umgehen. Obwohl die Forschung im Bereich Mensch-KI-Interaktion Fortschritte gemacht hat, werden die vielfältigen Fachkenntnisse, kognitiven Grenzen und der kollaborative soziale Kontext der Nutzer*innen häufig übersehen.Diese Dissertation leistet daher in vier Forschungsarbeiten wichtige Beiträge zu diesen Themen, indem sie kritische Aspekte der Mensch-KI-Interaktion untersucht: Erklärungsmodalität, Zugänglichkeit von Erklärungen, Algorithmus-Aversion und Dynamik der Teamzusammenarbeit. Durch die Integration interdisziplinärer theoretischer Erkenntnisse bietet diese Dissertation eine mehrstufige Perspektive auf die Mensch-KI-Interaktion. Durch die Kombination von Ansätzen aus der Psychologie, der Informationssystemtheorie und der Teamtheorie untersucht und erklärt die Dissertation kognitive, soziale und strukturelle Mechanismen der Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI. Darüber hinaus liefern sie Ergebnisse hinsichtlich konkreter praktischer Empfehlungen für die Gestaltung von KI-Systemen, deren Erklärungen und die Integration von KI in die Teamdynamik. Zusammenfassend unterstreicht diese Dissertation, dass das Erreichen eines Gleichgewichts zwischen menschlicher und künstlicher Intelligenz nicht nur eine technische, sondern auch eine soziale und psychologische Herausforderung ist.Artificial intelligence (AI) is fundamentally transforming our world, reshaping the interaction between humans and machines. This transformation is reflected in various research papers, policy initiatives, and media reports, which highlight that AI presents significant opportunities alongside complex challenges. While research has primarily focused on technological advancements, the perspective of human users and their influence on interaction with an AI system is often neglected. As AI systems differ from previous technologies due to their abilities, such as emulating human behavior or their potential to surpass human intelligence, the existing frameworks of human-computer interaction must be expanded to fully realize the potential of this transformative technology. This dissertation addresses the research gap by investigating how individuals and teams interact with AI, focusing on the sociocognitive factors that shape decision-making and collaboration. This dissertation argues that while AI systems are increasingly capable of replicating or surpassing human cognition, their effectiveness depends on how human decision-makers perceive, understand, and engage with AI-generated recommendations and explanations. Although research in the field of human-AI interaction is advancing, the diverse expertise, cognitive constraints, and collaborative social context of users are often overlooked. Therefore, this dissertation makes essential contributions to these topics through four research papers, examining critical aspects of human-AI interaction, including explanation modality, accessibility of explanations, algorithm aversion, and the dynamics of team collaboration. By integrating interdisciplinary theoretical insights, this dissertation offers a multi-level perspective on human-AI interaction. By combining approaches from psychology, information systems theory, and team theory, the dissertation examines and explains cognitive, social, and structural mechanisms of collaboration between humans and AI. Furthermore, it provides concrete practical recommendations for the design of AI systems, their explanations, and the integration of AI into team dynamics. In summary, this dissertation emphasizes that achieving a balance between human and artificial intelligence is not only a technical but also a social and psychological challenge.Jörg Papenkordt ; Dekan Prof. Dr. Jens Müller ; Gutachter Prof. Dr. Kirsten Thommes, Prof. Dr. Philip YangTag der Verteidigung: 29.10.2025Kumulative Dissertation Universität Paderborn, Dissertation, 202
Development of an Augmented Reality-based Application as a Preparatory Tool for Electrical Engineering Laboratory Courses
No full textDiese Dissertation behandelt die Entwicklung, Erprobung und Evaluation einer mobilen Augmented Reality Anwendung (mAR-App) namens PEARL (Paderborner Elektrotechnik AR Laborpraktikum), die als Vorbereitungsmaßnahme für elektrotechnische Laborpraktika konzipiert wird. Ziel ist es, Studierenden eine zeitlich und örtlich flexible Möglichkeit zu bieten, den realitätsnahen Umgang mit Laborgeräten - primär dem Oszilloskop - zu erlernen. Die methodische Grundlage bilden der Makrozyklus von Design-Based Research (DBR) als strukturierender Rahmen und das heuristische Modell des Research Pentagons, das die Durchführung auf Mikroebene bestimmt. In insgesamt vier Research Pentagons werden didaktische, technologische, motivationale und evaluative Komponenten systematisch untersucht und weiterentwickelt. Das erste Pentagon fokussiert die Entwicklung eines didaktisch fundierten Konzepts nach dem Prinzip des Constructive Alignment, das Lernziele, Lernaktivitäten und Prüfungsformen in fünf abgestufte Lernlevel überführt. Diese reichen von der initialen Orientierung bis zur eigenständigen Problemlösung in einem freien Experimentiermodus. Im zweiten Research Pentagon wird die technische Machbarkeit von Augmented - und Virtual Reality (VR) im Laborumfeld anhand mehrerer funktionaler Prototypen evaluiert. Während sich VR aufgrund technischer Einschränkungen als ungeeignet erweist, zeigt AR - insbesondere in der markerlosen Ausführung mittels der Software Development Kits (SDKs) ARCore und ARKit - ein hohes Potenzial für den praktischen Einsatz. Im dritten Pentagon entsteht ein Onboarding-Modul, das auf die erste Version der mobilen App (V0.17.01) aufsetzt und grundlegende Funktionen eines realen Oszilloskops digital abbildet. Dabei werden Nutzer:innen schrittweise an das virtuelle Oszilloskop herangeführt und lernen zugleich die zentralen Funktionen der mAR-App kennen. Die Ergebnisse zeigen eine insgesamt neutrale bis leicht positive Nutzungserfahrung, wobei technische Schwächen (z.B. Reaktionszeit oder Objektverankerung) die Effizienz und Steuerbarkeit beeinträchtigen. Im Exkurs-Kapitel erfolgt eine Eye-Tracking-Studie zur Untersuchung visueller Aufmerksamkeit und individueller Lösungsstrategien von Expert:innen und Noviz:innen bei der Arbeit am realen Oszilloskop. Heatmaps und Zeitverläufe in definierten Areas of Interest (AOI) liefern erste Hinweise auf Unterschiede im Blickverhalten zwischen den Gruppen. Die algorithmischen Scanpfadanalysen der Blickverläufe hingegen zeigen eine geringe Trennschärfe. Das Potenzial von Eye-Tracking als Evaluationsmethode wird daher kritisch reflektiert, aber angesichts technologischer Entwicklungen und verfügbarer Eye-Tracker in Mixed Reality (MR) Brillen weiterhin als zukunftsrelevant eingeordnet. Die abschließende summative Evaluation nutzt ein Prä‑Post-Test-Design mit Kontrollgruppenvergleich mit 70 Teilnehmenden, um die Lernwirksamkeit der überarbeiteten mAR-App mit klassischen Materialien wie Videos und Handbüchern zu vergleichen. In der Interventionsgruppe (IG) zeigen sich auf kognitiver und affektiver Ebene signifikant positive Veränderungen: Die Leistungen steigen deutlich, insbesondere in den Taxonomiestufen Anwendung, Verständnis und Analyse; zugleich nehmen experimentelles Selbstkonzept und experimentelles Sachinteresse zu, während Überforderung und Ängstlichkeit im Hinblick auf die Laborpraktika abnehmen. Als Einschränkung zeigt sich, dass die mAR-App keinen klaren Vorsprung gegenüber der Kontrollgruppe (KG) erreicht, was sowohl auf die sehr gut ausgearbeiteten Materialien und Videos der KG als auch auf technische Begrenzungen der mobilen Umsetzung zurückzuführen ist: Kleine Displays, 2D-Oberflächen für 3D-Geräte und unpräzise Touch-Interaktionen erschweren komplexe, feinmotorische Aufgaben. In den begleitenden User Interface (UI) und User Experience (UX) Fragebögen spiegeln sich diese Limitationen in gemischten Bewertungen der App wider. Die Arbeit verdeutlicht, dass die mobile AR-Anwendung trotz technischer Einschränkungen wertvolle Möglichkeiten für die Vorbereitung auf Laborpraktika und das Kennenlernen von Laborgeräten bieten kann. Der Fokus bei der Entwicklung liegt von Beginn an auf einer modularen und flexiblen App-Architektur, um sie mit neuen Geräten und Aufgaben zu erweitern. Der Hauptnutzen liegt perspektivisch nicht in der mobilen Anwendung selbst, sondern in der strategischen Ausrichtung auf zukunftsfähige, skalierbare Lösungen für MR-Brillen. Diese erlauben eine authentische Gestensteuerung und realitätsnahe Interaktionen.This thesis examines the development, testing, and evaluation of a mobile augmented reality application (mAR app), which is designed as a preparation tool for electrical engineering laboratory courses. The aim is to offer students an opportunity to work with laboratory equipment - primarily the oscilloscope - realistically without location and time constraints. The methodological basis is formed by the macrocycle of design-based research (DBR) as a structured framework and the heuristic model of the research pentagon, which specifies the implementation at the micro level. Didactic, technological, motivational, and evaluative components are systematically examined and further developed in a total of four research pentagons. The first pentagon focuses on the development of a didactically sound concept based on the principle of constructive alignment, which incorporates learning objectives, learning activities, and forms of assessment into five graduated learning levels. These range from initial orientation to independent problem-solving in a free experimentation mode. The second phase evaluates the technical feasibility of augmented and virtual reality (VR) in the laboratory environment using several prototypes. While VR turns out to be unsuitable due to technical limitations, AR - especially in the markerless version using the ARCore and ARKit software development kits (SDKs) - shows great potential for everyday use. In the third research pentagon, an onboarding module is created based on the first version of the mobile app (V0.17.01), which digitally maps the basic functions of a real oscilloscope. During this process, users are introduced to the virtual oscilloscope and become familiar with the main functions of the mAR app. The results show an overall neutral to slightly positive user experience, although technical weaknesses (e.g., reaction time and object fixing) negatively impact efficiency and controllability. In the fourth research pentagon, an eye-tracking study is carried out to investigate visual attention and individual solution strategies of expert and novice users when working with real oscilloscopes. Heatmaps and time sequences in defined areas of interest (AOI) provide first indications of differences in gaze behavior between the groups. The algorithmic scan path analysis, on the other hand, reveals a low degree of differentiation. The potential of eye tracking as an evaluation method is therefore critically reflected, but it is still considered to be relevant for future studies in light of technological advancements and the availability of eye trackers in mixed reality (MR) glasses. The final summative evaluation is carried out in the way of a pre-post test design with 70 participants and compares the usage of traditional materials such as videos and manuals with the improved mAR app. In the intervention group (IG), significant improvements emerge on both cognitive and affective levels: performance increases particularly in the areas of application, understanding, and analysis, while experimental self-concept and subject-related interest rise and feelings of overload and anxiety regarding the lab courses decline. As a limitation, the mAR app does not yield a clear advantage over the control group (CG), which can be attributed both to the highly refined materials and videos used in the CG and to technical constraints inherent to the mobile implementation: small displays, 2D interfaces on 3D devices, and imprecise touch interaction limit complex, sensitive motor tasks. These limitations are also reflected in the accompanying user interface (UI) and user experience (UX) questionnaires, which indicate mixed app ratings. Both groups show significant learning gains - particularly in the areas of application, understanding, and analysis. However, a significant advantage of the mAR App cannot be proven. Affective characteristics such as experimental self-concept and general experimental interests increase in both groups, while the feeling of fear before conducting real laboratory work decreases. The app itself achieves average ratings in user interface (UI) and user experience (UX) questionnaires. The thesis demonstrates that, despite technical limitations, the mobile AR application can provide a valuable alternative for preparing students for laboratory courses and familiarizing them with laboratory equipment. From the very beginning, the primary goal during development was a modular and flexible app architecture that can be extended with new devices, tasks, and functions. The main benefit is not in the mobile application itself, but in the strategic direction of future-oriented and scalable solutions for MR glasses, which allow immersive and realistic gesture interactions.Mesut Alptekin ; Gutachter*in Prof. Dr.-Ing. Katrin Temmen, Prof. Dr.-Ing. Dominik MayTag der Verteidigung: 12.12.2025Universität Paderborn, Dissertation, 202
