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Der Sammelband „(Selbst-)Lernkompetenzen Studierender stärken: Unterstützungsangebote – Beratung – Lernräume“ enthält Beiträge von Akteur:innen an deutschen und österreichischen Hochschulen, die auf der Online-Fachtagung „(Selbst-)Lernunterstützung an Hochschulen – wieso noch mal?“ im Oktober 2020 an der Technischen Universität Kaiserslautern (seit 1.1.2023 Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau) vorgestellt und diskutiert wurden. Ausgerichtet wurde die Tagung vom Projekt „Selbstlernförderung als Grundlage“ (Website: https://www.uni-kl.de/slzprojekt/).
Der Sammelband enthält 26 Beiträge und 18 Poster zu diesen thematischen Schwerpunkten:
I. Übergreifende Überlegungen zur zukunftsfähigen Hochschule
II. (Selbst-)Lernräume – physisch und virtuell
III. Angebote zur Unterstützung von (Selbst-)Lernkompetenzen – fachbezogen oder fächerübergreifend
IV. Beratung – individuell und institutionell.
Didaktische Formate und Unterstützungsstrukturen an deutschen Hochschulen haben sich in den letzten zwei Jahrzehnten vor dem Hintergrund veränderter gesellschaftlicher Bedarfe, neuer Zielgruppen, didaktischer Impulse und politischer Rahmenbedingungen gewandelt. Auf der Fachtagung ebenso wie im vorliegenden Sammelband präsentieren Vertreter:innen unterschiedlicher Hochschulstandorte ihre theoretischen, empirischen und praktischen Erkenntnisse im Hinblick auf Angebotsgestaltung, Wirksamkeit und Akzeptanz von Maßnahmen zur Stärkung der (Selbst-)Lernkompetenzen Studierender.
Die Beiträge geben einen Einblick in die Konzeption und Durchführung von überfachlichen Unterstützungs- und Beratungsangeboten und in die Gestaltung physischer und virtueller Lernräume für Studierende. So werden vielfältige Good Practices vorgestellt, kritisch diskutiert und hinsichtlich der Tragfähigkeit für die Hochschule der Zukunft reflektiert. Hierbei fließen insbesondere die Erfahrungen ein, die im Zuge der Covid-19-Pandemie und der (zeitweisen) Umstellung in den Online- und -Hybrid-Modus an den Hochschulen gemacht wurden. In ihre Ausarbeitung der Beiträge für den vorliegenden Sammelband haben die Autor:innen die neueren Erfahrungswerte aus dem Zeitraum Sommersemester 2020 bis Wintersemester 2021/22 eingearbeitet. Das Zukunftspotenzial der Angebote für Studierende in der Zeit während der Pandemie und in der Zeit des Pandemie-Nachklangs im „New Normal“-Betrieb wird somit kritisch beleuchtet. Dies wird gerahmt durch übergreifende, pädagogische und hochschulstrategische Betrachtungen zum Thema „zukunftsfähige Hochschule“.
Der Sammelband wird herausgegeben von Monika Haberer (Geschäftsführerin des Zentrums für Innovation und Digitalisierung in Studium und Lehre, ZIDiS), Dr. Dorit Günther und Janina Köhler (wissenschaftliche Mitarbeiterinnen des ZIDiS). Website: zidis.rptu.de/
In the face of the Covid‐19 crisis, the city model of the new Leipzig Charter of the EU was re‐evaluated. The existing urban
development model of a mixed and compact city is to be mainly maintained because the urban density or building typology
does not influence the spread of Covid‐19. But the pandemic has made it clear how important green space and recreation
areas are for inner city residential areas. This green space also becomes more important regarding climate adaptation
measures to provide cooler air and ventilation. In the framework of the Leipzig Charter of the EU, the German ministry
for building adopted the memorandum on Urban Resilience in May 2021. Resilience in this context means that we should
not only repair the damage of disasters but also adapt to future crises and make our cities more resilient and sustainable.
For this, we need to strengthen preventive strategies in urban development planning connected with urban renewal
approaches and ask for extended city models. Planning shapes the future, including counteracting undesirable scenarios
with preventive planning. In this sense, future planning and disaster control have common objectives—they take an interdisciplinary
approach to prepare for future change, they want to anticipate and prevent danger, protect and expand the
infrastructure, and serve the common good. In this article, I will point out how integrated urban development concepts
should be extended with aspects of urban resilience, and which city models are important for the future.
The Influence of Case and Word Order in Child and Adult
Processing of Relative Clauses in Greek
(2022)
Previous cross-linguistic studies have shown that object relative clauses (ORCs) are typically harder to parse than subject relative clauses (SRCs). The cause of difficulty, however, is still under debate, both in the adult and in the developmental literature. The present study investigates the on-line processing of SRCs and ORCs in Greek-speaking 11- to 12-year-old children and adults, and provides evidence on relative clause processing in Greek—a free word order language. We conducted a self-paced listening task in which we manipulated the type of relative clause (SRC vs. ORC), the RC internal word order (canonical vs. scrambled), and the type of relativizer (relative pronoun vs. complementizer). The results showed that SRCs were overall processed faster than ORCs, providing evidence that children follow similar processing strategies to adults. In addition, accusative case marking facilitated the processing of non-canonical structures in adults but less so in children. Children showed heavy reliance on word order, as they processed nominative and accusative pre-verbal NPs in exactly the same way, while they were strongly garden-pathed in ORCs with post-verbal nominative NPs. We argue that these results are compatible with the Competition Model.
Diese Dissertation widmet sich der fertigungsintegrierten spektroskopischen Prozessanalytik
zur technischen Qualitätssicherung struktureller Glasklebungen. Glas als Werkstoff mit
seiner einzigartigen Eigenschaft der Transparenz ist in vielen Bereichen unverzichtbar. Wichtig
zur Verbesserung der Festigkeit und Langzeitbeständigkeit von Glasklebungen ist eine
Vorbehandlung der Oberfläche. Aufgrund des chemischen Aufbaus und der Reaktivität der
Glasoberfläche muss diese in einen für die Klebung geeigneten Zustand versetzt werden.
Die Applikation von Haftvermittlern und die Einhaltung der Prozessparameter sind für die
Qualität der Klebung entscheidend. Bislang fehlen Methoden zur zerstörungsfreien Qualitätssicherung
von Klebungen. Das Konzept zur prozessintegrierten Qualitätssicherung von
Glasklebungen soll Analyseverfahren zur Beurteilung der Reinigungswirkung (Kontaminationsfreiheit)
und zur Wirksamkeit der klebtechnischen Funktionalisierung bereitstellen. Die
Hypothese unterstellt, dass sich die Qualität der Oberflächenvorbehandlung und somit die
Qualität der Glasklebung hinsichtlich Zuverlässigkeit und Beständigkeit mit spektroskopischer
Analysetechnik überwachen lässt. Als spektroskopische zerstörungsfreie Analysemethoden
werden die UV-Fluoreszenzanalyse, die Infrarotspektroskopie und die Röntgenfluoreszenzanalyse
eingesetzt. Die Forschungsergebnisse bieten die Möglichkeit Klebprozesse mit
Glaswerkstoffen robust und qualitätssicher auszulegen.
Deep learning has achieved significant improvements in a variety of tasks in computer vision applications with an open image dataset which has a large amount of data. However, the acquisition of a large number of the dataset is a challenge in real-world applications, especially if they are new eras for deep learning. Furthermore, the distribution of class in the dataset is often imbalanced. The data imbalance problem is frequently bottlenecks of the neural network performance in classification. Recently, the potential of generative adversarial networks (GAN) as a data augmentation method on minority data has been studied.
This dissertation investigates using GAN and transfer learning to improve the performance of the classification under imbalanced data conditions. We first propose a classification enhancement generative adversarial networks (CEGAN) to enhance the quality of generated synthetic minority data and more importantly, to improve the prediction accuracy in data imbalanced condition. Our experiments show that approximating the real data distribution using CEGAN improves the classification performance significantly in data imbalanced conditions compared with various standard data augmentation methods.
To further improve the performance of the classification, we propose a novel supervised discriminative feature generation method (DFG) for minority class dataset. DFG is based on the modified structure of Generative Adversarial Network consisting of four independent networks: generator, discriminator, feature extractor, and classifier. To augment the selected discriminative features of minority class data by adopting attention mechanism, the generator for class-imbalanced target task is trained while feature extractor and classifier are regularized with the pre-trained ones from large source data. The experimental results show that the generator of DFG enhances the augmentation of label-preserved and diverse features, and classification results are significantly improved on the target task.
In this thesis, these proposals are deployed to bearing fault detection and diagnosis of induction motor and shipping label recognition and validation for logistics. The experimental results for bearing fault detection and diagnosis conclude that the proposed GAN-based framework has good performance on the imbalanced fault diagnosis of rotating machinery. The experimental results for shipping label recognition and validation also show that the proposed method achieves better performance than many classical and state-of-the-art algorithms.
Wearable systems have been applied in various studies as a convenient and efficient solution for
monitoring health and fitness. There is a large number of commercial products in the growing market
of wearable systems that can be worn as wristbands, clasps, or in the form of clothing. However,
these systems only provide general information about the intensity and possibly the type of
user activity, which is not sufficient for monitoring strength and conditioning exercises. To achieve
optimal muscular development and reduce the risk of exercise-related injury, a wearable system
should provide reliable biomechanical details of body movements as well as real-time feedback
during training. In addition, it should be an affordable, comfortable, and easy-to-use platform for
different types of users with different levels of movement intensity and work autonomously over
long periods of time. These requirements impose many challenges on the design of such systems.
This study presents most of these challenges and proposes solutions.
In this work, a low-cost and light-weight tracking suit is designed and developed, which integrates
multiple Inertial measurement units (IMUs). A novel data acquisition approach is proposed to
improve the energy efficiency of the system without the use of additional devices.
Given a valid calibration, IMUs, comprising inertial sensors and magnetometers, can provide accurate
orientation in three dimensions (3D). Unlike the inertial sensors, magnetometer measurements
are easily disturbed by ferromagnetic materials in the vicinity of the sensor, either inside the IMU
casing or in the final mounting position. Therefore, this work proposes a practical method for
in-field magnetometer calibration and alignment to the coordinate system of an IMU. This method
is verified experimentally in terms of magnitude deviation, heading error, plane projections, and
repeatability. The results show a higher accuracy compared to the related works.
Sensor to body calibration is a critical requirement for capturing accurate body movements.
Therefore, a theoretical analysis of an existing method is carried out, showing its limited applicability
for hip and knee joints. On this basis, by applying geometric constraints, a method is
proposed for estimating the positions of three IMUs (mounted on the pelvis, upper leg, and lower
leg) simultaneously. The result of experiments with different types of movements and arbitrary
intensity shows that the proposed method outperforms the previous method.
Moreover, two real-time tracking algorithms based on the extended Kalman filter (EKF) are proposed
for lower body motion estimation. The first approach provides an estimate of the pelvis
orientation. The second approach estimates the position of IMUs and the joint angles with respect
to the pelvis by incorporating the result of body-IMU calibration. The modeling of the biomechanical
constraint compensates for lack of a reliable horizontal reference, e.g. Earth’s magnetic field.
Experiments to track strength exercises such as squat and hip abduction/adduction show promising
results.
In order to finally provide a monitoring application in which users can follow the exercises according
to the instructions and taking into account their health status, this work proposes an approach
for the identification of exercises based on an online template matching algorithm, which detects
the correct performance using a previously recorded exercise in the presence of a supervisor.
Therefore, unlike most identification algorithms, no large datasets are required for training. The
algorithm is optimized here to reduce execution time while maintaining the accuracy. Experiments
show that for the specific application of this study, i.e. squat exercise monitoring, the proposed
method outperforms the related works in optimization of online template matching.
Der moderne Schulbau verlangt nach neuen Wegen, um veränderte pädagogische und architektonische Anfor-derungen mit den präskriptiven Vorgaben bisheriger Bauweisen in Einklang zu bringen. Im Zyklus der ständigen Anpassung geltender Bauvorschriften an die Veränderungen der Gesellschaft und den Stand der Technik, gilt es, den Wunsch nach neuen Schulbauformen aufzugreifen und ingenieurmäßig und baurechtlich fortzuentwickeln. Basierend auf den Leitlinien neuer Schulbauformen und den darauf aufbauenden, mit ingenieurmäßiger Argumentation entwickelten Geometrien, werden diese, mittels rechnerischer Verfahren des Brandschutzingenieurwesens, konkretisiert. Um die These der Gleichwertigkeit des Sicherheitsniveaus von konventionellen und neuen pädagogischen Schulbauformen zu verifizieren, werden konventionelle Schulen als Grenzwertmodelle nach Maßgabe präskriptiver Vorgaben entwickelt und mithilfe eines Handrechenverfahrens werden die Grund-lagen von Personenströmen in Gebäuden ermittelt. Die Anwendung des Handrechenverfahrens auf konventionelle Schulmodelle liefert Erkenntnisse über die Leistungsfähigkeit der einzelnen Rettungswegelemente. Zusätzlich wird deutlich, dass das Verfahren sehr aufwändig ist und insbesondere bei paralleler graphischer Er-mittlung, es einer intensiven Auseinandersetzung mit dem Rechenverfahren bedarf. Für das Verständnis inge-nieurmäßiger Räumungsnachweise, stellt das Handrechenverfahren eine wichtige und notwendige Voraussetzung dar, um Computer unterstützte Individualmodelle korrekt anzuwenden und deren Ergebnisse sinnvoll interpretieren zu können. Es wird auch deutlich, dass das Handrechenverfahren aufgrund des hohen Aufwandes nicht dazu geeignet ist, um umfangreiche Parameterstudien durchzuführen.
Auf der Grundlage pädagogischer und architektonischer Leitlinien erfolgen Modellentwicklungen unterschiedlicher Raumformen. Das hierfür entwickelte Rettungswegsystem wird, unter Zuhilfenahme eines Computer unterstützen Individualmodells, mittels Parameterstudien zur Verifizierung ungünstigster Randbedingungen untersucht. Die ungünstigste Raumgeometrie bildet die Grundlage zur Fortentwicklung ganzer Gebäudegrundrisse und die Entwicklung unterschiedlich großer Schulgebäudekörper. Die Ergebnisse der Parameterstudien alter und neuer Schulbauformen, aus mehr als 8000 Simulationsdurchläufen, werden als bewertender Vergleich der Risikosituation, zu unterschiedlichen Schulmodellen herangezogen. Als wesentliche Vergleichsgröße dient die Anzahl der Agenten (Personen), welche bei der Gegenüberstellung konventioneller und neuer Schulbauformen, jeweils gleich ist.
Aus den Ergebnissen der Untersuchungen werden die Kapazitätsgrenzen konventioneller Schulbauformen nach Maßgabe präskriptiver Vorgaben verdeutlicht. Insbesondere die Bestimmung des ungünstigsten Szenarios unter Beachtung temporärer Zustände und die Berücksichtigung von Ausfallszenarien baulicher Rettungswege, verdeutlichen die Relevanz einer ingenieurmäßigen Betrachtung des Themas.
Zusätzlich zu den Vergleichsbetrachtungen zwischen konventionellen und neuen Schulbauformen wird ein Instrument entwickelt, welches die Qualität der Rettungswege hinsichtlich gegenläufiger Ströme berücksichtigt. Es erfolgt eine Betrachtung, die unter Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs die gegenläufige Bewegung von Flüchtenden Personen und den Kräften des abwehrenden Brandschutzes betrachtet. Die Instrumente zur Bestimmung der Qualität der Rettungswege sind dazu geeignet, allgemeingültig auf Gebäude besonderer Art und Nutzung zu übertragen.
Although today’s bipeds are capable of demonstrating impressive locomotion skills, in many aspects, there’s still a big gap compared to the capabilities observed in humans. Partially, this is due to the deployed control paradigms that are mostly based on analytical approaches. The analytical nature of those approaches entails strong model dependencies – regarding the robotic platform as well as the environment – which makes them prone to unknown disturbances. Recently, an increasing number of biologically-inspired control approaches have been presented from which a human-like bipedal gait emerges. Although the control structures only rely on proprioceptive sensory information, the smoothness of the motions and the robustness against external disturbances is impressive. Due to the lack of suitable robotic platforms, until today the controllers have been mostly applied to
simulations.
Therefore, as the first step towards a suitable platform, this thesis presents the Compliant Robotic Leg (CARL) that features mono- as well as biarticular actuation. The design is driven by a set of core-requirements that is primarily derived from the biologically-inspired behavior-based bipedal locomotion control (B4LC) and complemented by further functional aspects from biomechanical research. Throughout the design process, CARL is understood as a unified dynamic system that emerges from the interplay of the mechanics, the electronics, and the control. Thus, having an explicit control approach and the respective gait in mind, the influence of each subsystem on the characteristics of the overall system is considered
carefully.
The result is a planar robotic leg whose three joints are driven by five highly integrated linear SEAs– three mono- and two biarticular actuators – with minimized reflected inertia. The SEAs are encapsulated by FPGA-based embedded nodes that are designed to meet the hard application requirements while enabling the deployment of a full-featured robotic framework. CARL’s foot is implemented using a COTS prosthetic foot; the sensor information is obtained from the deformation of its main structure. Both subsystems are integrated into a leg structure that matches the proportions of a human with a size of 1.7 m.
The functionality of the subsystems, as well as the overall system, is validated experimentally. In particular, the final experiment demonstrates a coordinated walking motion and thereby confirms that CARL can produce the desired behavior – a natural looking, human-like gait is emerging from the interplay of the behavior-based walking control and the mechatronic system. CARL is robust regarding impacts, the redundant actuation system can render the desired joint torques/impedances, and the foot system supports the walking structurally while it provides the necessary sensory information. Considering that there is no movement of the upper trunk, the angle and torque profiles are comparable to the ones found in humans.
Maschinenbetten und -gestelle werden vorwiegend aus Grauguss und als Stahlschweißkonstruktion gefertigt. Aufgrund technischer und wirtschaftlicher Vorteile haben sich seit den 80er Jahren zusätzlich Mineralguss oder epoxidharzgebundener Polymerbeton etabliert. Seit mehreren Jahren wird Ultra High Performance Concrete – UHPC – erfolgreich bei Werkzeugmaschinen eingesetzt. Auf diesen Grundgestellen aus Beton werden neben Gehäusen, Getrieben, Werkzeughaltern, Trafos usw. vor allem die beweglichen Teile der Maschine befestigt. Gängige Praxis hierfür ist die Verwendung von Linearführungsschienen.
Diese Arbeit untersucht die vorgespannte, geschraubte Befestigung der Linearführung auf geschliffenen Betonoberfläche mit Hilfe von speziellen Gewindehülsen. In rechnerischen Voruntersuchungen mittels der FE-Methode wurde der Kraftfluss von der Linearführung über die Befestigungsschraube zur Gewindehülse bis in den Betonuntergrund untersucht und darauf aufbauend ein Versuchsprogramm festgelegt. Probekörper aus hochfestem Beton des Marktführers wurden hergestellt und experimentell untersucht. Nach der Auswertung der Versuche wurde ein Bemessungskonzept entwickelt und in Form einer schrittweisen Anleitung festgehalten. Mehrere Beispiele zeigen die Anwendung des Verfahrens.
Berechnungen, Versuchskonzeption, Durchführung der Versuche, Versuchsauswertung sowie die Entwicklung des Bemessungskonzeptes erfolgten durch den Verfasser. Die Versuche wurden in seiner Anwesenheit in seinem Betrieb, in spezialisierten Unternehmen mit entsprechender Geräteausstattung und zum größten Teil an der TU Kaiserslautern durchgeführt. Die hier betrachteten Untersuchungen und Bemessungsvorschläge betrachten ausschließlich Maschinenbauteile und dürfen nicht auf Situationen im Bauwesen übertragen werden.
Planar force or pressure is a fundamental physical aspect during any people-vs-people and people-vs-environment activities and interactions. It is as significant as the more established linear and angular acceleration (usually acquired by inertial measurement units). There have been several studies involving planar pressure in the discipline of activity recognition, as reviewed in the first chapter. These studies have shown that planar pressure is a promising sensing modality for activity recognition. However, they still take a niche part in the entire discipline, using ad hoc systems and data analysis methods. Mostly these studies were not followed by further elaborative works. The situation calls for a general framework that can help push planar pressure sensing into the mainstream.
This dissertation systematically investigates using planar pressure distribution sensing technology for ubiquitous and wearable activity recognition purposes. We propose a generic Textile Pressure Mapping (TPM) Framework, which encapsulates (1) design knowledge and guidelines, (2) a multi-layered tool including hardware, software and algorithms, and (3) an ensemble of empirical study examples. Through validation with various empirical studies, the unified TPM framework covers the full scope of application recognition, including the ambient, object, and wearable subspaces.
The hardware part constructs a general architecture and implementations in the large-scale and mobile directions separately. The software toolkit consists of four heterogeneous tiers: driver, data processing, machine learning, visualization/feedback. The algorithm chapter describes generic data processing techniques and a unified TPM feature set. The TPM framework offers a universal solution for other researchers and developers to evaluate TPM sensing modality in their application scenarios.
The significant findings from the empirical studies have shown that TPM is a versatile sensing modality. Specifically, in the ambient subspace, a sports mat or carpet with TPM sensors embedded underneath can distinguish different sports activities or different people's gait based on the dynamic change of body-print; a pressure sensitive tablecloth can detect various dining actions by the force propagated from the cutlery through the plates to the tabletop. In the object subspace, swirl office chairs with TPM sensors under the cover can be used to detect the seater's real-time posture; TPM can be used to detect emotion-related touch interactions for smart objects, toys or robots. In the wearable subspace, TPM sensors can be used to perform pressure-based mechanomyography to detect muscle and body movement; it can also be tailored to cover the surface of a soccer shoe to distinguish different kicking angles and intensities.
All the empirical evaluations have resulted in accuracies well-above the chance level of the corresponding number of classes, e.g., the `swirl chair' study has classification accuracy of 79.5% out of 10 posture classes and in the `soccer shoe' study the accuracy is 98.8% among 17 combinations of angle and intensity.