University of Kaiserslautern
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Infobrief FBK 77/25
Get PDFInformationen aus dem Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Betriebsorganisatio
Professionelle Unterrichtswahrnehmung in der Lehrpersonenbildung fördern - Videobasierte Analyse motivationsrelevanter Aspekte im Unterricht
Get PDFDie vorliegende Arbeit verbindet zwei zentrale Aspekte erfolgreichen Unterrichts: Motivation und Motivierung sowie die Professionelle Unterrichtswahrnehmung von Lehrpersonen. Motivation gilt als wesentliche Voraussetzung für Lernerfolg, ist jedoch als innerer Prozess nur indirekt beobachtbar und stellt Lehrpersonen vor die Herausforderung, motivationsförderliches Handeln nicht nur zu kennen, sondern im Unterricht auch angemessen umzusetzen. Eine Schlüsselrolle kommt hierbei der Professionellen Unterrichtswahrnehmung zu, die das Wahrnehmen relevanter Unterrichtsereignisse (Noticing) sowie deren wissensbasierte Beschreibung, Erklärung und Vorhersage im Sinne des Knowledge-based Reasonings umfasst.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung eines videobasierten Instruments zur Analyse motivationsrelevanter Aspekte professioneller Unterrichtswahrnehmung. Hierfür wurde das Video-Tool ViviAn „Videovignetten zur Analyse von Unterrichtsprozessen“ um den Themenbereich der Motivierung erweitert. Die entwickelten Videovignetten fokussieren die Aspekte Relevanz, Leistungsdifferenzierung, individuelle Bezugsnormorientierung, Autonomieunterstützung und angemessene Strukturierung des Unterrichts.
Die Validierung erfolgte in einem mehrstufigen Prozess. Ein innovativer Ansatz bestand darin, die Auswahl der Videovignetten nicht über Expert:innenurteile, sondern über die tatsächlich erlebte Motivation der Schüler:innen zu begründen. Die Passung der Analyseaufträge wurde durch Expert:innenratings abgesichert. Mithilfe einer IRT-basierten Raschskalierung konnte die Konstruktvalidität des Instruments nachgewiesen werden, wobei eine Differenzierung zwischen den drei Teilprozessen des Knowledge-based Reasonings mit reliablen Skalenwerten und modellkonformen Itemfitwerten gelang.
Entgegen theoretischer Erwartungen erwies sich das Beschreiben relevanter Unterrichtsaspekte für Noviz:innen als besonders anspruchsvoll. Zudem zeigte sich, dass Studierende im Verlauf des Studiums keinen Fähigkeitszuwachs im Beschreiben und Erklären erzielen, während höhere Semester im Vorhersagen überlegen sind. In einem Pre-Post-Design konnte schließlich eine Änderungssensitivität des Instruments nachgewiesen werden. Insgesamt bestätigt die Arbeit, dass mit ViviAn eine valide, praxisnahe und von den Studierenden als relevant wahrgenommene Lernumgebung zur Analyse professioneller Unterrichtswahrnehmung in der universitären Lehramtsbildung zur Verfügung steht
Optimization and Implementation of DRAM-Based Interleavers for Free-Space Optical Communication Beyond 100 Gbit/s
Get PDFOptical transmission links from low earth orbit (LEO) satellites to earth require interleaving to ensure reliable data transmission. With data rate requirements beyond 100 Gbit/s and channel coherence times in the millisecond range, the capacity of on-chip memory (SRAM) is insufficient to store the symbols of one full interleaving window, and external memory (DRAM) must be used instead. However, with DRAM, bandwidth utilization depends heavily on the access pattern. In the present application case of the right triangle interleaver, a two-dimensional array in the shape of an isosceles triangle is accessed both row-wise and column-wise. When this array is mapped to linear memory addresses in either row-major or columnmajor order, the bandwidth utilization for one of the two access directions is far below the theoretical maximum. This limits the overall throughput of the interleaver. We present an optimized mapping solution that is tailored to the internal DRAM architecture and minimizes the factors that restrict bandwidth utilization in both access directions simultaneously. Furthermore, this mapping solution can be applied to other problem instances involving alternating row- and column-wise accesses, including the more commonly used block interleaver. On the demonstrator platform, the AMD Alveo U280 accelerator card, the worst-case bandwidth utilization across both access directions is increased by 2.45 × for the DDR4 DRAM and 1.38 × for the HBM2 DRAM, while the overhead in FPGA resources is negligible. The complete interleaver design is then implemented on the platform, achieving a maximum data rate of 131.1 Gbit/s with the optimized mapping
Engineering quantum droplet formation by cavity-induced long-range interactions
Get PDFWe investigate a dilute Bose gas with both a short-range contact and an effective long-range interaction between the atoms. The latter is induced by the strong coupling to a cavity light mode and is spatially characterized by a periodic signature and a tunable envelope rooted in the pumping of the cavity. We formulate a Bogoliubov theory based on a homogeneous mean-field description and quantum fluctuations around it. The competition between the repulsive contact interaction and the long-range interaction allows the formation of self-bound quantum droplets. This generic approach is applied to two cavity setups, one without and one with a momentum-conserving effective long-range interaction between the atoms in the form of a driven dispersive cavity mode and a multimode cavity, respectively. For both cases we show analytically how the size and the central density of the cavity-induced quantum droplets depend on the contact interaction strength and on the shape of the spatial envelope of the long-range interaction
A Bright Spiropyran-Based Zinc Sensor for Live-Cell Imaging
Get PDFPools of labile bound zinc ions are essential for signal transduction in the human body. At the cellular level, such pools occur in the cytosol, discrete organelles, and secretory vesicles. These zinc-containing vesicles are found in distinct regions of the central nervous system, modulating calcium ion channels that play an essential role in olfaction, audition, and somatosensory perception. Dysregulation of these receptors is associated with a number of neurodegenerative diseases. To understand the underlying mechanisms at the molecular level, zinc fluorescence sensors are versatile tools. In this report, a new member of the spiropyran-based sensor family SpiroZin, which has proven useful for the investigation of zinc in living cells, is presented: SpiroZin2-COOH. This sensor can be synthesized in a 5-step synthesis and shows superior zinc-sensing properties in cuvette as well as live cell studies. The quantum yield is approximately seven times higher than that of the parent zinc sensor, which also results in an approximately 6-fold higher brightness and a turn-on of 30 at pH 7 in cuvette studies. Another advantage is a significant red-shift of 30 nm in comparison to the parent sensor SpiroZin2. Other basic properties of the SpiroZin family are retained, as revealed by a similar binding constant and negligible pH dependence in zinc sensing. Similar to other members of the SpiroZin family, SpiroZin2-COOH images intracellular zinc pools in living cells. Lysotracker costaining reveals lysosomal localization of SpiroZin2-COOH. The turn-on is determined to be 14.6, which is the highest turn-on within the SpiroZin family reported so far in live-cell studies
Wortarten syntaktisch denken
Get PDFDer Beitrag entfaltet einen primär syntaktischen Zugang zu den Wortarten des Deutschen und zeigt, wie Lernenden
von Beginn an eine funktionale Perspektive auf die Rolle von „Wörtern in Sätzen“ vermittelt werden kann. Mit der
sog. Satzmatrix wird ein Modell für den Grundschulunterricht vorgestellt, das die syntaktischen Kontexte definiert,
in denen die Wörter einer Klasse typischerweise im Satz auftreten. Auf dieser Basis werden Auswahl und
Reihenfolge der einzuführenden Wortarten begründet
Salicylic acid inhibits V-ATPase activity and restricts cell elongation
Get PDFWhile the role of salicylic acid (SA) in plant defence has been investigated for decades, its role in regulating plant growth and development has only come into focus recently. SA application inhibits growth independently of the established “Nonexpressor of Pathogenesis Related” (NPR) receptors. However, the underlying mechanism at the cellular level remains largely elusive. Here, we show that SA induces changes in vacuolar morphology and a significant increase in vacuolar pH in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). We demonstrate SA-mediated inhibition of V-ATPase activity, which is confirmed by experiments using the V-ATPase mutant vha-a2 vha-a3. The observed effects seem to be independent of the phytohormone auxin, which has been reported to crosstalk with SA. By inhibiting V-ATPase activity, SA impacts basic cellular functions such as vesicle trafficking and/or nutrient storage, affecting cell size and growth. Our results reveal a NPR-independent mechanism that attenuates growth, potentially reallocating resources to enhance plant robustness and promote endurance during environmental stresses
Beitrag für eine ereignisorientierte und drohnenbasierte Datenerfassung und Baufortschrittskontrolle auf Grundlage eines 4D-BIM im Brückenbau
Get PDFDie Bauindustrie hat durch die Digitalisierung eine Transformation erfahren, die neue Geschäftsmodelle und innovative Lösungen hervorgebracht hat. Dazu zählen die digitale Abwicklung von Bauprojekten auf Grundlage eines Bauwerksinformationsmodells (BIM) sowie der Einsatz von modernen Erfassungstechnologien. Nichtsdestotrotz ist eine manuelle und isolierte Datenerfassung für eine Fortschrittsmeldung während der operativen Projektabwicklung nach wie vor weit verbreitet. Da diese zeitaufwendig ist und das Risiko menschlicher Fehler birgt, besteht deutlicher Bedarf an der Weiterentwicklung von Methoden für eine (teil )automatisierte Datenerfassung mittels bauzeitlichem BIM (4D-BIM). Die Nutzung einheitlicher Informationen für eine Datenerfassung und insbesondere für eine modellbasierte Baufortschrittskontrolle bietet erhebliche Vorteile, um die Effizienz der Baustelle zu steigern.
Die vorliegende Arbeit widmet sich daher der Entwicklung eines Beitrags für eine ereignisorientierte und drohnenbasierte Datenerfassung und Baufortschrittskontrolle auf Grundlage eines 4D-BIM basierend auf Lean Prinzipien im Brückenbau.
Als Grundlage dieser Entwicklung wird zunächst eine Potenzialanalyse bestehender Erfassungstechnologien durchgeführt. Diese Analyse umfasst eine Nutzwertanalyse und anschließend eine empirische Studie, um zu identifizieren, welche Technologie das größte Potenzial für eine automatisierte Erfassung bietet. Obwohl Drohnen mit Laserscanner auf dem Markt an Akzeptanz gewonnen haben, besteht keine ausreichende Marktdurchdringung. Im Gegensatz dazu sind photo-grammetrische Drohnen weitaus verbreiteter und erfreuen sich im untersuchten Anwendungsbereich deutlich größerer Beliebtheit.
Darauf aufbauend wird eine vorgangsbezogene Initiierung und Planung der Da-tenerfassung auf Grundlage des 4D-BIM durchgeführt, wobei die verknüpfte Vorgangsgeometrie auf sogenannte "kritische Flächen" simplifiziert wird. Eine synthetische Studie, die sich auf Flugparameter der Datenerfassung (Abstand, Überlap-pung und Geschwindigkeit) sowie auf Auswertungsparameter zur Baufortschritts-kontrolle konzentriert, gibt Empfehlungen für diese ab. Die Empfehlungen beinhalten unter anderem den Abstand zur kritischen Fläche auf weniger als 20 m festzulegen und die Drohne mit einer Geschwindigkeit von höchstens einem Meter pro Sekunde fliegen zu lassen. Durch die Anwendung des RANSAC-Algorithmus auf die erfasste vorgangsbezogene Punktmenge wird eine schlanke Baufortschritts-kontrolle umgesetzt, um den Fortschritt auf der Baustelle zu messen und entsprechend in das 4D-BIM zu melden.
Zum Abschluss der Arbeit wird die entwickelte Methodik anhand von zwei Fallstu-dien validiert. Bei der Validierung wurde die zweite Fallstudie neben synthetischen Daten auch durch eine reale Befliegung erprobt. Trotz herausfordernder Wetterbedingungen aufgrund starker Böen und daraus resultierenden Abweichungen in der Flugroute konnte eine drohnenbasierte Datenerfassung und schlanke Baufort-schrittskontrolle unter realen Bedingungen durchgeführt werden. Der Fortschritt wurde innerhalb der Toleranzschwelle von einem Tag gemeldet.
Im Ergebnis hat sich die Methodik als geeignet und praxistauglich erwiesen, da sie erfolgreich dazu beigetragen hat, zunächst eine vorgangsbezogene Datenerfassung zu initiieren und anschließend den Fortschritt im Bauprozess zu identifizieren.The construction industry has undergone a transformation through digitalization, resulting in new business models and innovative solutions. These include the digital execution of construction projects based on a Building Information Model (BIM) and the use of modern data acquisition technologies. Nevertheless, manual, and isolated data acquisition during operational project execution remains common. Since this process is time-consuming and prone to human error, there is a significant need to develop methods for (semi-)autonomous data acquisition using a schedule-based BIM (4D BIM). Utilizing standardized information for data acquisition, particularly for model-based construction progress monitoring, offers substantial advantages in increasing the efficiency of construction sites.
This thesis is dedicated to the development of a contribution for event-driven and drone-based data acquisition and construction progress monitoring based on 4D-BIM in bridge construction, using the principles of Lean.
As a foundation for this development, a potential analysis of existing data acquisition technologies has been initially conducted. This analysis includes a utility value analysis and an empirical study to identify which technology has the greatest potential for automated data acquisition. Although drones with laser scanning have gained acceptance in the market, they do not show sufficient market penetration. In contrast, photogrammetric drones are much more widespread and enjoy significantly greater popularity in the studied application area.
Building on this, a process-oriented initiation and planning of data acquisition based on 4D-BIM has been triggered, with the linked process geometry simplified to so-called "critical surfaces". A synthetic study, focusing on flight parameters for data acquisition (distance, overlap and speed) and evaluation parameters for construction progress monitoring, provides recommendations. Among other things, it is recommended to set the distance to the critical surface to less than 20 meters and to operate the drone at a speed of no more than one meter per second. A lean construction progress control is implemented by applying the RANSAC algorithm to the acquired process-oriented point cloud to measure and report progress on the construction site, integrating the results into the 4D-BIM.
In conclusion of the thesis, the developed method is confirmed through two case studies. In the validation, the second case study was tested not only with synthetic data but also through a real aerial survey. Despite the challenges and deviations caused by strong gusts, progress monitoring was achieved under real conditions through the developed methodology and drone-based data acquisition. The progress was reported within the tolerance threshold of one day.
The results showed that the method is suitable and practical, successfully initiating process-oriented data acquisition and subsequently identifying progress in the construction process
Einfluss biologisch aktiver Naturstoffe auf Pluripotenzmarker in der Zelllinie P19 und Evaluierung potenzieller Wirkstoffe in zellulären Modellen entzündlicher und fibrotischer Erkrankungen
Get PDFDie therapeutische Anwendung von Stammzelltransplantationen zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen des ZNS ist durch Faktoren wie potentiellen tumorigenen Risiken von iPSCs, ethischen Bedenken bei hESCs und der geringen autolog erschließbaren Menge an Stammzellen limitiert. Bioaktive kleine Moleküle zur Verbesserung der Stemness können die Effizienz der iPSC-Reprogrammierung erhöhen, Reprogrammierungs-Transkriptionsfaktoren ersetzen, sowie in vitro-Kulturbedingungen schaffen, welche die Proliferation der Stammzellen erweitern und spontane Ausdifferenzierungen minimieren. Anhand der pluripotenten P19-Zelllinie als etabliertem Modellsystem zur Analyse neuronaler Differenzierungs- und Aktivitätsmechanismen wurde der Einfluss der Macrolactone Oxacyclododecindion, Dehydrocurvularin, S-Curvularin und Galiellalacton, sowie daraus abgeleiteter Derivate, auf eine prolongierte Stemness anhand der Ausprägung pluripotenter Marker wie Oct-4, Nanog und Lin-28, sowie an der „stem cell maintenance“ bzw. Differenzierung beteiligter miRNAs über den neuronalen Differenzierungszeitraum untersucht. Neben einer Steigerung der Oct-4-Promotoraktivität bedingten die Makrolactone Gal, S-Curv und Et-Oxa sowohl auf transkriptioneller, als auch auf translationaler Ebene signifikante Zunahmen der pluripotenten Markergene, wobei die Applikation von 300 nM Et-Oxa den stärksten Effekt aufwies. Ebenso konnte die Expression der Mehrzahl der untersuchten neuronal regulatorischen miRNAs, u.a. Mitglieder der let-7-miRNA-Familie, inhibiert werden. Die Modulation neuronaler miRNAs, sowie Stammzell-Phänotypen durch niedermolekulare Wirkstoffe wie die untersuchten Lactone könnte ein vielversprechendes Therapieziel bieten bzw. die Kultivierungsbedingungen von Stammzellen verbessern.
Ein weiterer Bestandteil dieser Arbeit beinhaltete die Isolation und weitere biologische Charakterisierung von antiinflammatorischen Naturstoffen aus Pflanzen und Pilzen, die nach wie vor als wichtige Quelle neuer Leitstrukturen für Therapeutika dienen. Zwei Verbindungen mit antiinflammatorischer und antifibrotischer Wirkung konnten aus dem Wurzelextrakt von Rubia cordifolia isoliert werden. Das bereits bekannte Anthrachinon Rubiadin sowie eine bis dato unbekannte Omega-9-Fettsäure inhibierten im Wirkungsbereich von 62 µM bis 169 µM die TGF-β-aktivierte Signaltransduktion sowie proinflammatorische Zytokine und Markergene auf transkriptioneller und translationaler Ebene. Für das bereits als selektiven Inhibitor des IL-4 induzierten STAT6-Signalwegs beschriebene Sesquiterpen Cyclonerodiol konnte ein inhibitorischer Einfluss auf die mRNA- und Proteinexpression des an der Aufrechterhaltung des inflammatorischen Milieus bei Asthma bronchiale beteiligten Chemokins Eotaxin-3 nachgewiesen werden, ohne die Bindung von Stat6 an den endogenen Eotaxin-3-Promotor zu beeinträchtigen. Darüber hinaus konnte für die in eigenen Vorarbeiten aus Eurotium herbariorum isolierte Verbindung TWEh-1 eine Inhibition von Transkriptionsfaktoren und Markergenen, beteiligt an der EMT im Rahmen der bronchialen Pathogenese von Asthma, nachgewiesen werden. Weiterhin wurde TWEh-1 als Inhibitor der Lumineszenz-Reaktion der Firefly Luciferase aus Photinus pyralis identifiziert, wobei die O-glykosidisch verknüpfte Furanose wohl als aktives Zentrum dient. Ebenso wurden verschiedene Derivate des potenten antiinflammatorischen Naturstoffs Oxacyclododecindion auf ihre biologische Aktivität hin untersucht. Die Addition einer weiteren Methylgruppe an C-14 erwies sich hierbei als potenteste Derivatisierung, wohingegen der Ersatz der 13-Methylgruppe durch eine 13-Ethylgruppe sowie alternative Halogenierungen die biologische Aktivität abschwächten. Eine erste Funktionalisierung des potentesten Derivates (±)-14-Deoxy-14-Methyl-Oxacyclododecindion mit anschließendem Pulldown und MS-Analysen lieferte Hinweise auf potentielle Interaktionspartner wie die GTPase Ras-related protein Rab-7a und die Glutathion-S-Transferase GSTO-1
Mitarbeiterführung im Zeitalter der Künstlichen Intelligenz – Wird KI die Rolle von Führungskräften verändern?
Get PDFDie vorliegende Arbeit untersucht, welche Auswirkungen die Nutzung von Künstlicher Intelligenz in Unternehmen auf die Mitarbeiterführung und die Rolle von Führungskräften haben wird. Im Rahmen der Arbeit werden Chancen und Herausforderungen analysiert, mit denen die Mitarbeiterführung durch die zunehmende Nutzung von KI in Zukunft konfrontiert wird. Zudem werden die Auswirkungen auf die Personalentwicklung diskutiert