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Instruktionale Texte und Lernvideos – Konzeption und Evaluation zweier multimedialer Lernformate
(2021)
Bei der Konzeption von digitalen Lernmedien sind von Seiten der Entwickler viele Entscheidungen hinsichtlich der Präsentation von Lerninhalten zu treffen, was zum einen die mediale Darstellung und zum anderen die didaktische Aufbereitung der fachlichen Inhalte betrifft. Im vorliegenden Text werden zwei digitale Lernmedien auf der Basis von Einschätzungen von Studierenden wirtschaftswissenschaftlicher und technischer Studiengänge an den Hochschulstandorten Offenburg und Pforzheim analysiert. Die Konzepte der beiden Hochschulen unterscheiden sich deutlich voneinander. Während in Offenburg Lernvideos mit Audiokommentar Verwendung finden, wird in Pforzheim mit statischen instruktionalen Texten und obligatorischen Single-Choice-Übungsaufgaben in einer Moodle-Lernumgebung gearbeitet. Aus Sicht des Aufforderungscharakters, also der Motivation, sich mit den entsprechenden Materialien zu beschäftigen, werden sowohl die instruktionalen Texte als auch die Lernvideos von den Studierenden geschätzt. Es zeigt sich weiterhin, dass Studierende die Lernvideos mit einer gewissen Präferenz lieber allein als zu zweit bearbeiten, während die Bearbeitung der statischen Texte differenzierter betrachtet werden muss. Fokussierende Fragen bewerten nahezu alle Studierenden als lernförderlich für ihren Lernprozess. Allerdings finden sich Hinweise darauf, dass fokussierende Fragen von leistungsschwächeren im Vergleich zu leistungsstärkeren Studierenden als weniger hilfreich angesehen werden. Ebenso lässt sich die Hypothese aufstellen, dass manche Studierende sowohl auf die Unterstützung eines Lernpartners/einer Lernpartnerin als auch auf lernförderliche Fragen verzichten möchten, um ihren Lernprozess möglichst autonom organisieren zu können.
Auch wenn kaum eine andere Branche in Deutschland durch die weltweite Finanzkrise so stark getroffen wurde wie der Maschinenbau, gehört dieser nach wie vor zu den erfolgreichsten Branchen (vgl. VDMA 2010). In vielen Produktsegmenten sind deutsche Maschinenbauer Weltmarktführer. Jedoch stehen sie seit einigen Jahren Herausforderungen gegenüber, die zu einem Umdenken und einer Neuausrichtung führen. Insbesondere das nach wie vor existente Problem der Produktpiraterie sowie die zumeist aus den asiatischen Räumen eingetretenen Wettbewerber, die für einen enormen Preisdruck sorgen, haben in den letzten Jahren dazu geführt, dass Standardmaschinen nur noch eine geringe Profitabilität aufweisen. Mit produktbegleitenden Dienstleistungen (Services) hingegen lasst sich mit durchschnittlich 21 % eine rund viermal so hohe operative Marge realisieren wie mit Maschinen (vgl. Schmiedeberg/Strahle/Bendig 2010, S. 3). Annahmen gehen davon aus, dass Services das Potenzial haben, einen Umsatzanteil von bis zu 35 % und damit einen Gewinnanteil von bis zu 60 % zu erreichen.
Immer turbulenter werdende und härter umkämpfte Märkte stellen Unternehmen besonders seit Beginn des 21. Jahrhunderts vor wachsende Herausforderungen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Zu viele ähnliche und austauschbare Produkte drängen auf die Märkte und zwingen die Erzeuger dazu, sich etwa durch Kommunikation vorteilhaft zu positionieren. Der wirtschaftliche Wettbewerb und der Kampf um Kundschaft findet dabei häufig nicht mehr nur auf der Ebene der Produkte und Dienstleistungen statt, sondern hat sich maßgeblich auf die Kommunikation ausgeweitet. Erfolgreiche Unternehmenskommunikation ist allerdings nicht nur die Kommunikation mit Interessenten und Kunden, sondern auch mit der eigenen Belegschaft. Zwar wird dem Teilbereich der internen Kommunikation häufig noch weniger Beachtung geschenkt als dem der externen, jedoch scheint das Bewusstsein dafür weiter zu steigen. Mangelnde Kommunikation kann im Unternehmen zu Konflikten und Missverständnissen führen und die Effizienz sowie den daraus resultierenden Gewinn beeinträchtigen.
Gegenwärtig ist es zudem nahezu existenziell geworden, als Unternehmen äußerst flexibel aufgestellt zu sein, um auf Veränderungen in der Wirtschaftslage schnell reagieren zu können. Wenn schnelles Handeln gefordert ist, ist es besonders wichtig, dass alle Angestellten wissen, worauf es ankommt, die Unternehmensstrategie kennen und über aktuelle Entwicklungen informiert sind. Auf diese Weise können sie unabhängig und vorausschauend im Sinne des Unternehmens in ihrem Verantwortungsbereich handeln. Vor diesem Hintergrund geben die Autoren in diesem Arbeitspapier einen Überblick über die wichtigsten Instrumente einer internen Unternehmenskommunikation.
Wireless Sensor Networks (WSN) have emerged as interesting topic in the research community due to its manifold applications. One of the main challenges of this field is the energy consumption of the nodes, which typically is quite restricted due to the required lifetime of such WSNs. To solve that problem several energy-saving MAC protocols have been developed so far. One of them recently presented by the authors is the so-called SmartMAC as an extension to the IEEE802.15.4 standard. In this paper, we present the implementation details of the porting of the SmartMAC protocol to the discrete event network simulator NS3. We develop this module for NS3 to simulate the performance, multi node execution, and multi node configuration. Along with this model, we also present an energy model for the evaluation of the energy consumption. The current implementation in NS3 is based on the LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area Networks) as specified by the IEEE802.15.4 (2006) standard. The simulation results show that the SmartMAC with its sleep and wake-up mechanisms for the transceivers, is significantly more efficient than the current NS3 MAC (Medium Access Control) scheme.
Arduino ist weitaus mehr als eine Leiterplatine mit verschiedenen Hardwarekomponenten, welche behilflich sind, die physische Welt zu erfassen und eine Verbindung zur virtuellen Welt herzustellen. Arduino besteht aus Communities, Plattformen und engagierten Entwicklern, die diese Open-Source-Plattform stetig weiterentwickeln. Durch die bereitgestellte Entwicklungsumgebung und der eigenen Programmiersprache können sogar Programmier-Laien mit diesen Boards umgehen und erste Projekte realisieren. Darüberhinaus existieren viele Klone auf dem Markt, welche eine preiswerte Integration eines Mikrocontrollers in ein Projekt ermöglichen und dennoch kompatibel zu Arduino sind und die Entwicklungsumgebung mitsamt den Bibliotheken nutzen lassen. Die Nachfrage nach vernetzten Lösungen zum Beispiel in der Hausautomation wächst unaufhaltsam und ist präsenter denn je. Für Hobbybastler und Entwickler bietet auch Arduino hierzu die geeigneten Hardwareerweiterungen an, um den Arduino in eine vernetzte Umgebung zu integrieren. Hierbei wird das Board nicht nur in Verbindung zur Client/Server-Kommunikation über das Internet verwendet, sondern auch im Funkbereich in Heimnetzwerken. Aufgrund der großen Nachfrage bezüglich Lösungen im Phyiscal- Computing-Bereich, können schon jetzt viele Standards in den genannten Bereichen eingesetzt werden, indem ein entsprechendes Erweiterungs-Shield für Arduino bezogen wird. Durch Bibliotheken ist die Einbindung mit nur geringem Aufwand verbunden und lässt somit experimentell in kurzer Zeit eine Idee in eine prototypische Implementierung umsetzen. Durch verschiedene Sensoren und Aktuatoren kann die Umgebung erfasst werden und zum Beispiel mechanische Komponenten gesteuert werden. In dieser Thesis wurde untersucht, inwiefern ein Arduino-Board als Monitoring-Anwendung im Gesundheitswesen eingesetzt werden kann. Der Anwendungsfall, der dabei durch den Autor festgelegt wurde, befasst sich mit unter Epilepsie leidenden Kindern. Der Prototyp soll hierbei über Sensoren den Schlaf dieser überwachen und die gewonnenen Daten an einen Server übermitteln. Die Implementierung des Boards in eine derartige Anwendung umschließt auch die Integration des Controllers in vernetzte Umgebungen, da für den Heimbereich die über Sensoren erfassten Daten, zum Ermitteln der Vitalfunktionen und Bewegungen, über ein Funknetzwerk übertragen werden und anschließend eine Client/Server-Kommunikation zwischen Arduino und PaaS-Server eine Verbindung über das weltweite Netzwerk abdeckt. Insofern wurden diesbezüglich bei der prototypischen Implementierung zwei vernetzte Umgebungen abgedeckt. Im Zusammenhang mit der Recherche und Implementierung eines Prototypen wird zudem das Potenzial von Arduino aufgezeigt, welches sich in der einfachen Handhabung, guten Konfigurationsmöglichkeiten und umfangreichen Hardwareerweiterungen beweist.
Seit einiger Zeit wird an der Fachhochschule in Offenburg ein Entwicklungsprojekt verfolgt, an dessen Ende ein GPS Empfänger stehen soll. Dabei handelt es sich um einen Satellitenempfänger, mit dem weltweit eine genaue dreidimensionale Standortbestimmung durchgeführt werden kann. Für diesen Empfänger sollte ein Großteil der Analogschaltung, bestehend aus ZF Verstärker, Costas Loop Synchrondemodulator und Pegeldetektor, in das Transistorarray B500a von AEG intgriert werden. Das Chipdesign wurde im Labor für ASIC Design an der FH Offenburg während des Wintersemesters 1990/91 erstellt. Gefertigt wurde der Chip von der Firma AEG in Ulm, wobei die Fertigungszeit des ASIC 6 Wochen betragen hat.
Ein digitaler Sprachassistent soll die Mensch-Maschine-Kommunikation vereinfachen, indem zur Bedienung technischer Geräte und Anwendungen auf einem dem Menschen vertrautes Verständigungsmittel zurückgegriffen wird - die Sprache. Gerade älteren Menschen, welche durch die Technologie unterstützt werden könnten, muss eine einfache und intuitive Bedienung der Geräte und Anwendungen gegeben sein. Die Bedienung derzeitiger Technologien wie Smartphones erfordert technische Affinität und Erfahrungen, welche bei den heute älteren Menschen größtenteils nicht vorhanden sind und aus diesem Grund die Technologie abgelehnt wird. Infolge dessen ist auch die Kommunikationsmöglichkeit mit älteren Familienangehörigen eingeschränkter, als sie es bei der jungen Generation ist. Um dennoch den aktuellen Technologiestand dieser Generation näher zu bringen, erweisen sich digitale Sprachassistenten als optimal, denn bei einer sprachgesteuerten Anwendung wird der Nutzer durch den persönlichen Sprachassistenten bei der Bedienung begleitet und unterstützt. Dies ermöglicht, dass auch Menschen mit einer weniger ausgeprägten technischen Affinität, Sprachassistenten nutzen können.
Um die Akzeptanz und Relevanz von Mailings zu steigern, ist es für Unternehmen wichtig, die Kundeninteressen möglichst gezielt anzusprechen. Bereits jetzt wird die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zusammen mit Recommender Systemen eingesetzt, was das Erstellen und Versenden von E-Mails mit personalisierten Produktempfehlungen ermöglicht. Das notwendige Wissen für den Aufbau und den Betrieb dieser Recommender Systeme liegt dabei jedoch bei (externen) Technologie-Partnern, wodurch höhere Kosten und zusätzliche Abhängigkeiten für Inxmail und seine Kunden entstehen.
Mit dieser Arbeit wurde erforscht, was es für das Unternehmen Inxmail bedeutet, mit Open-Source-Software ein eigenständiges Recommender System aufzubauen und in die E-Mail-Marketing Lösung Inxmail Professional zu integrieren. Hierfür wird Inxmail Professional in einem typischen Kontext mit einem angebundenen Onlineshop System betrachtet. Das Recommender System soll anhand der Daten, die es aus dem Onlineshop System bekommt, individuelle Produktempfehlungen berechnen, um diese automatisiert beim Versand für jeden Empfänger abfragen und in die E-Mail integrieren zu können.
Auf Basis des Machine Learning Servers Harness und der integrierten Universal Recommender Engine wurde ein Recommender System aufgebaut.
Für die Integration des Onlineshop Systems Shopware wurde ein Plugin entwickelt, welches das Recommender System über alle relevanten Benutzeraktionen benachrichtigt. Die Inxmail Professional Integration basiert auf einem Webservice, der implementiert wurde, um die individuellen Produktempfehlungen für einen Kunden/Empfänger beim Recommender System abzufragen und mit den Detailinformationen zu den Produkten aus dem Onlineshop aufzubereiten.
Es konnte gezeigt werden, dass auf der Grundlage von Open-Source-Technologien ein eigenständiges Recommender System aufgebaut, evaluiert und in Inxmail Professional mit angebundenem Onlineshop System integriert werden kann. Der Gesamtprozess für die Evaluation des Systems wurde weitestgehend automatisiert, wodurch viele manuelle und zeitintensive Schritte über Steuerungsskripte abgehandelt werden können. Das System erlaubt die reibungslose Verarbeitung großer Datenmengen (> 19.000.000 Events) auf einem einzelnen Server. Die Vorhersagequalität wurde anhand realer Interaktionsdaten aus öffentlichen E-Commerce-Datensätzen mit Offline-Tests gemessen. Dadurch wurde sichergestellt, dass das System in der Lage ist, bei stetig wachsender Eventmenge zuverlässige aufempfehlungen zu berechnen. Die Tests haben gezeigt, dass bei mehreren Millionen Events von mehreren Tausend Benutzern für mehrere Tausend Produkte, 13 % bis 15 % aller tatsächlichen Käufe in den Top-10 der vom System vorgeschlagenen Empfehlungen enthalten waren.
Damit wurde die Grundlage für den selbstständigen Aufbau und Betrieb eines Recommender Systems gelegt, was eine sinnvolle und kostengünstige Alternative zu externen Systemen sein kann.
Integration eines Shopsystems in Typo3 am Beispiel „Relaunch des Webauftritts Elbe&Flut Edition“
(2013)
Im Rahmen meiner Bachelorarbeit habe ich bei Elbe&Flut, Agentur für Fotografie und Gestaltung in der Hamburger Speicherstadt, eine Neuauflage der Webpräsenz für den Verlag Elbe&Flut Edition erstellt. Themenschwerpunkt der Elbe&Flut Edition ist Hamburgs Viertel zwischen Tradition und Vision — die Speicherstadt mit der wachsenden Hafencity. Ziel der Bachelorthesis war ein ganzheitlicher Webauftritt der Website mit einem Gesamtumfang von circa 25 Seiten, erstellt mit dem Content Management System Typo3 Version 4.5, um das nachträgliche Ändern und Einfügen von Inhalten effizient und simpel zu gestalten. Hinzu wurde ein Online-Shop für die Elbe&Flut Edition integriert, über den Bücher sowie Kalender geordert werden können. Dafür werden verschiedene Web-Shopsysteme wie die Typo3-Erweiterung Commerce und tt_products zu einem funktionalen Vergleich herangezogen. Die Einbindung von JQuery-Elementen wie Slidern, Lightboxes und Popups soll eine ästhetische und angemessene Benutzerfreundlichkeit sinnvoll unterstützen. Ausgangspunkt für die neuen Webpräsenzen war die damalige Website der Elbe&Flut Edition euf-edition.de, von der ein Großteil des Inhaltes übernommen wurde.
A balcony photovoltaic (PV) system, also known as a micro-PV system, is a small PV system consisting of one or two solar modules with an output of 100–600 Wp and a corresponding inverter that uses standard plugs to feed the renewable energy into the house grid. In the present study we demonstrate the integration of a commercial lithium-ion battery into a commercial micro-PV system. We firstly show simulations over one year with one second time resolution which we use to assess the influence of battery and PV size on self-consumption, self-sufficiency and the annual cost savings. We then develop and operate experimental setups using two different architectures for integrating the battery into the micro-PV system. In the passive hybrid architecture, the battery is in parallel electrical connection to the PV module. In the active hybrid architecture, an additional DC-DC converter is used. Both architectures include measures to avoid maximum power point tracking of the battery by the module inverter. Resulting PV/battery/inverter systems with 300 Wp PV and 555 Wh battery were tested in continuous operation over three days under real solar irradiance conditions. Both architectures were able to maintain stable operation and demonstrate the shift of PV energy from the day into the night. System efficiencies were observed comparable to a reference system without battery. This study therefore demonstrates the feasibility of both active and passive coupling architectures.
Blockchain frameworks enable the immutable storage of data. A still open practical question is the so called "oracle" problem, i.e. the way how real world data is actually transferred into and out of a blockchain while preserving its integrity. We present a case study that demonstrates how to use an existing industrial strength secure element for cryptographic software protection (Wibu CmDongle / the "dongle") to function as such a hardware-based oracle for the Hyperledger blockchain framework. Our scenario is that of a dentist having leased a 3D printer. This printer is initially supplied with an amount of x printing units. With each print action the local unit counter on the attached dongle is decreased and in parallel a unit counter is maintained in the Hyperledger-based blockchain. Once a threshold is met, the printer will stop working (by means of the cryptographically protected invocation of the local print method). The blockchain is configured in such a way that chaincode is executed to increase the units again automatically (and essentially trigger any payment processes). Once this has happened, the new unit counter value will be passed from the blockchain to the local dongle and thus allow for further execution of print jobs.
Integration of BACNET OPC UA-Devices Using a JAVA OPC UA SDK Server with BACNET Open Source Library
(2014)
Additive manufacturing processes have evolved rapidly in recent years and now offer a wide range of manufacturing technologies and workable materials. This range from plastics and metals to paper and even polymer plaster composites. Due to the layer by layer structure of the components the additive processes have in comparison with conventional manufacturing processes the advantage of freedom of design, that means the simple implementation of complex geometries. Moreover, the additive processes provide the advantage of reduced consumption of resources, since essentially only the material is consumed, which is required for the actual component, since no waste in the form of chips is produced. In order to use these advantages, the potentials of additive manufacturing and the requirements of sustainable design must already be observed in the product development process. So the design of the components and products must be made so as little as possible construction and supporting material is required for the generative production and therefore little resources are consumed. Also, all steps of the additive manufacturing process must be considered properly, that includes the post processing. This allows components be designed so that for instance the effort for removing the support structure is considerably reduced. This leads to a significant reduction in manufacturing time and thus energy consumption. The implementation of these potentials in product development can be demonstrated by means of a multiple-stages model. A case study shows how this model is applied in the training of Master students in the field of product development. In a workshop the students work as a group while implementing the task of developing a miniature racing car under the rules of sustainable design in compliance with the boundary conditions for an additive manufacturing. In this case, Fused Deposition Modelling FDM using plastics as a building material is applied. The results show how the students have dealt with the different requirements and how they have implemented them in product development and in the subsequent additive manufacturing.
Zu Beginn dieser Arbeit wurde das Problem beschrieben, dass das Ersetzen von einzelnen Modulen innerhalb TYPO3s durch React bisher nicht möglich war. Dadurch ergab sich die Aufgabe eine Lösung zu finden, mit der die Vorteile von React in TYPO3 eingebracht werden können, möglichst ohne große Veränderungen und Aufwände zu betreiben. Als zusätzliche Anforderung wurde definiert, dass React in TypeScript geschrieben werden soll.
Um dem Leser dieser Arbeit die Möglichkeit zu geben, den angefertigten Code verstehen und interpretieren zu können, wurden zunächst Grundlagen in TypeScript, React und TYPO3 geschaffen. Daraufhin wurde der Ist-Stand beschrieben, welcher ein simples TYPO3-Plugin beschreibt. Dies wurde für die grundsätzliche Umwandlung in React möglichst simpel gehalten, war dennoch mit einigen Grundsätzen wie AJAX und Rerendering ausgestattet, um gewisse Vorteile und Problematiken bei der Umsetzung aufzeigen zu können. Daraus ergab sich ein Soll-Stand, welcher zugleich weitere Anforderungen an die spätere Lösung definierte.
Um ein mögliches Lösungskonzept erarbeiten zu können wurden im Kapitel „Stand der Technik“ 2 verwandte Arbeiten und Möglichkeiten vorgestellt. Daraufhin wurden die beiden zu entwickelnden Plugins beschrieben, zunächst das Dummy-TYPO3-Plugin, gefolgt vom in React entwickelten Äquivalent.
In Kapitel 8 wurde ein Konzept erstellt und daraufhin die Umsetzung Schritt für Schritt durchgeführt. Dabei konnte erfolgreich React in TYPO3 aufgesetzt und zur Entwicklung genutzt werden. Das Dummy-Plugin konnte ohne größere Probleme umgesetzt werden und zeigte somit eine mögliche Lösung für die Umwandlung von TYPO3 zu React auf. Um diese Lösung zu validieren, wurde im Folgekapitel das ProofOfConcept entwickelt. Dabei handelte es sich um ein produktiv eingesetztes Projekt, welches auf einer älteren Version basiert und verschiedene Anforderungen mitbrachte. Dies wurde nach Vorstellung des Projektes und Lösungskonzept Schritt für Schritt umgesetzt.
Die Entwicklung der Cyber-Bedrohungslandschaft zwingt Unternehmen zur Auseinandersetzung mit neuen funktionalen Herausforderungen. Da sich die Angriffsoberflächen genauso dynamisch verändern wie die Taktiken und Techniken, sollte die Corporate Governance für ein integratives Cyber-Risikomanagement sorgen, um das Cybersicherheitsmanagement differenziert einzubetten. Dadurch leistet die Corporate Governance einen Beitrag zur Steigerung der Cyber-Resilienz.
The automatic processing of handwritten forms remains a challenging task, wherein detection and subsequent classification of handwritten characters are essential steps. We describe a novel approach, in which both steps - detection and classification - are executed in one task through a deep neural network. Therefore, training data is not annotated by hand, but manufactured artificially from the underlying forms and yet existing datasets. It can be demonstrated that this single-task approach is superior in comparison to the state-of-the-art two task approach. The current study focuses on hand-written Latin letters and employs the EMNIST data set. However, limitations were identified with this data set, necessitating further customization. Finally, an overall recognition rate of 88.28% was attained on real data obtained from a written exam.
eLetter zu "Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands" von Paul D. Marasco et al., veröffentlicht in Science Translational Medicine, Vol. 10, No. 432 (DOI: 10.1126/scitranslmed.aao6990)
Intelligent und nachhaltig
(2013)