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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/
Der Beitrag beschäftigt sich mit der Frage, ob Schildkröten alleine anhand der Musterung bzw. Struktur ihres Bauch- Rückenpanzers eindeutig identifiziert werden können. Dabei sollen sinnvolle Identifizierungsmerkmale entwickelt werden, die auf der Basis von Fotos ausgewertet werden. Das Besondere an diesem Problem ist, dass es mit Lernenden ganz unterschiedlicher Altersstufen bearbeitet werden kann und dass es eine unheimliche Vielfalt an mathematischen Methoden gibt, die auf dem Weg zu einer Lösung hilfreich sind: Dies reicht von einfachen geometrischen Überlegungen über Analysis (Integration, Kurvendiskussion) bis hin zu mathematischer Bildverarbeitung und Fragen der Robustheit. Genauso breit wie das Spektrum der einsetzbaren mathematischen Werkzeuge ist die Altergruppe, mit der ein derartiges Projekt durchführbar ist: Vom Grundschulalter bis hin zur Masterarbeit ist eine Bearbeitung möglich, und die benötigte Zeitspanne reicht von wenigen Stunden bis hin zu mehreren Monaten. Im Beitrag wird die angesprochene Vielfalt exemplarisch gezeigt, so dass die Leser im Idealfall das Projekt genau an die Bedürfnisse ihrer Lerngruppe anpassen können.
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.
”In contemporary electronics 80% of a chip may perform digital functions but the 20%
of analog functions may take 80% of the development time.” [1]. Aggravating this, the
demands on analog design is increasing with rapid technology scaling. Most designs
have moved away from analog to digital domains, where possible, however, interacting
with the environment will always require analog to digital data conversion. Adding to
this problem, the number of sensors used in consumer and industry related products are
rapidly increasing. Designers of ADCs are dealing with this problem in several ways, the
most important is the migration towards digital designs and time domain techniques.
Time to Digital Converters (TDC) are becoming increasingly popular for robust signal
processing. Biological neurons make use of spikes, which carry spike timing information
and will not be affected by the problems related to technology scaling. Neuromorphic
ADCs still remain exotic with few implementations in sub-micron technologies Table 2.7.
Even among these few designs, the strengths of biological neurons are rarely exploited.
From a previous work [2], LUCOS, a high dynamic range image sensor, the efficiency
of spike processing has been validated. The ideas from this work can be generalized to
make a highly effective sensor signal conditioning system, which carries the promise to
be robust to technology scaling.
The goal of this work is to create a novel spiking neural ADC as a novel form of a
Multi-Sensor Signal Conditioning and Conversion system, which
• Will be able to interface with or be a part of a System on Chip with traditional
analog or advanced digital components.
• Will have a graceful degradation.
• Will be robust to noise and jitter related problems.
• Will be able to learn and adapt to static errors and dynamic errors.
• Will be capable of self-repair, self-monitoring and self-calibration
Sensory systems in humans and other animals analyze the environment using several
techniques. These techniques have been evolved and perfected to help the animal sur-
vive. Different animals specialize in different sense organs, however, the peripheral
neural network architectures remain similar among various animal species with few ex-
ceptions. While there are many biological sensing techniques present, most popularly
used engineering techniques are based on intensity detection, frequency detection, and
edge detection. These techniques are used with traditional analog processing (e.g., colorvi
sensors using filters), and with biological techniques (e.g. LUCOS chip [2]). The local-
ization capability of animals has never been fully utilized.
One of the most important capabilities for animals, vertebrates or invertebrates, is the
capability for localization. The object of localization can be predator, prey, sources of
water, or food. Since these are basic necessities for survival, they evolve much faster
due to the survival of the fittest. In fact, localization capabilities, even if the sensors
are different, have convergently evolved to have same processing methods (coincidence
detection) in their peripheral neurons (for e.g., forked tongue of a snake, antennae of
a cockroach, acoustic localization in fishes and mammals). This convergent evolution
increases the validity of the technique. In this work, localization concepts based on
acoustic localization and tropotaxis are investigated and employed for creation of novel
ADCs.
Unlike intensity and frequency detection, which are not linear (for e.g. eyes saturate in
bright light, loose color perception in low light), localization is inherently linear. This
is mainly because the accurate localization of predator or prey can be the difference
between life and death for an animal.
Figure 1 visually explains the ADC concept proposed in this work. This has two parts.
(1) Sensor to Spike(time) Conversion (SSC), (2) Spike(time) to Digital Conversion(SDC).
Both of the structures have been designed with models of biological neurons. The
combination of these two structures is called SSDC.
To efficiently implement the proposed concept, a comparison of several biological neural
models is made and two models are shortlisted. Various synapse structures are also
studied. From this study, Leaky Integrate and Fire neuron (LIF) is chosen since it
fulfills all the requirements of the proposed structure. The analog neuron and synapse
designs from Indiveri et. al. [3], [4] were taken, and simulations were conducted using
cadence and the behavioral equivalence with biological counterpart was checked. The
LIF neuron had features, that were not required for the proposed approach. A simple
LIF neuron stripped of these features and was designed to be as fast as allowed by the
technology.
The SDC was designed with the neural building blocks and the delays were designed
using buffer chains. This SDC converts incoming Time Interval Code (TIC) to sparse
place coding using coincidence detection. Coincidence detection is a property of spiking
neurons, which is a time domain equivalent of a Gaussian Kernel. The SDC is designed to
have an online reconfigurable Gaussian kernel width, weight, threshold, and refractory
period. The advantage of sparse place codes, which contain rank order coding wasvii
Figure 1: ADC as a localization problem (right), Jeffress model of sound localization
visualized (left). The values t 1 and t 2 indicate the time taken from the source to s1 and
s2 respectively.
described in our work [5]. A time based winner take all circuit with memory was created
based on a previous work [6] for reading out of sparse place codes asynchronously.
The SSC was also initially designed with the same building blocks. Additionally, a
differential synapse was designed for better SSC. The sensor element considered wasviii
a Wheatstone full bridge AMR sensor AFF755 from Sensitec GmbH. A reconfigurable
version of the synapse was also designed for a more generic sensor interface.
The first prototype chip SSDCα was designed with 257 modules of coincidence detectors
realizing the SDC and the SSC. Since the spike times are the most important information,
the spikes can be treated as digital pulses. This provides the capability for digital
communication between analog modules. This creates a lot of freedom for use of digital
processing between the discussed analog modules. This advantage is fully exploited
in the design of SSDCα. Three SSC modules are multiplexed to the SDC. These SSC
modules also provide outputs from the chip simultaneously. A rising edge detecting fixed
pulse width generation circuit is used to create pulses that are best suited for efficient
performance of the SDC. The delay lines are made reconfigurable to increase robustness
and modify the span of the SDC. The readout technique used in the first prototype is
a relatively slow but safe shift register. It is used to analyze the characteristics of the
core work. This will be replaced by faster alternatives discussed in the work. The area
of the chip is 8.5 mm 2 . It has a sampling rate from DC to 150 kHz. It has a resolution
from 8-bit to 13-bit. It has 28,200 transistors on the chip. It has been designed in 350
nm CMOS technology from ams. The chip has been manufactured and tested with a
sampling rate of 10 kHz and a theoretical resolution of 8 bits. However, due to the
limitations of our Time-Interval-Generator, we are able to confirm for only 4 bits of
resolution.
The key novel contributions of this work are
• Neuromorphic implementation of AD conversion as a localization problem based
on sound localization and tropotaxis concepts found in nature.
• Coincidence detection with sparse place coding to enhance resolution.
• Graceful degradation without redundant elements, inherent robustness to noise,
which helps in scaling of technologies
• Amenable to local adaptation and self-x features.
Conceptual goals have all been fulfilled, with the exception of adaptation. The feasibility
for local adaptation has been shown with promising results and further investigation is
required for future work. This thesis work acts as a baseline, paving the way for R&D
in a new direction. The chip design has used 350 nm ams hitkit as a vehicle to prove
the functionality of the core concept. The concept can be easily ported to present
aggressively-scaled-technologies and future technologies.
Der unmögliche Freistoß
(2016)
Die Autoren befassen sich mit der Ableitung und Bearbeitung eines Modellierungsprojektes aus der populären Sportart Fußball: Ein Freistoß wird unter Beachtung der gegebenen physikalischen Effekte mathematisch modelliert und simuliert. Der Fokus liegt auf der möglichen Durchführung dieses Modellierungsprojekts mit Schülerinnen und Schülern der Sekundarstufe II.
Der vorliegende Artikel befasst sich mit der Realisierung eines einfachen Motion Capturing Verfahrens in MATLAB als Vorschlag für eine Umsetzung in der Schule. Die zugrunde liegende Mathematik kann ab der Mittelstufe leicht vermittelt werden. Je nach technischer Ausstattung können mit einfachen Mitteln farbige Marker in Videos oder Webcam-Streams verfolgt werden. Notwendige Konzepte und Algorithmen werden im Artikel beleuchtet.
Continuously improving imaging technologies allow to capture the complex spatial
geometry of particles. Consequently, methods to characterize their three
dimensional shapes must become more sophisticated, too. Our contribution to
the geometric analysis of particles based on 3d image data is to unambiguously
generalize size and shape descriptors used in 2d particle analysis to the spatial
setting.
While being defined and meaningful for arbitrary particles, the characteristics
were actually selected motivated by the application to technical cleanliness. Residual
dirt particles can seriously harm mechanical components in vehicles, machines,
or medical instruments. 3d geometric characterization based on micro-computed
tomography allows to detect dangerous particles reliably and with
high throughput. It thus enables intervention within the production line. Analogously
to the commonly agreed standards for the two dimensional case, we
show how to classify 3d particles as granules, chips and fibers on the basis of
the chosen characteristics. The application to 3d image data of dirt particles is
demonstrated.
In this paper we introduce a binary autoregressive model. In contrast to the typical autoregression framework, we allow the conditional distribution of the observed process to depend on past values of the time series and some exogenous variables. Such processes have
potential applications in econometrics, medicine and environmental sciences. In this
paper, we establish stationarity and geometric ergodicity of these
processes under suitable conditions on the parameters of the model. Such properties are
important for understanding the stability properties of the model as well as for deriving the
asymptotic behavior of the parameter estimators.
Die Planung von Bushaltestellen in Innenstädten ist ein authentisches Thema, welches sich für den Einsatz in einem realitätsbezogenen Unterricht in unterschiedlichen Klassenstufen eignet. Verschiedene Interessen und Gegebenheiten müssen in einem Modell und in einer Lösungsstrategie vereint werden. Durch eine sehr offen gewählte Fragestellung sind verschiedene Ansätze und Modelle möglich. Somit wird mathematisches Modellieren trainiert und das Durchlaufen eines Modellierungsprozesses in einem interessanten Projekt ermöglicht. Die mathematischen Hintergründe sowie das vielseitige Lösungsspektrum von Schülerinnen und Schülern unterschiedlicher Jahrgangsstufen zu derselben Fragestellung werden im Folgenden vorgestellt.
Wissenschaftliche Studien belegen, dass die überwiegende Mehrheit der Geflüchteten in Großstädten wohnen will. Hauptgrund ist die Hoffnung, dort leichter Arbeit und Kontakt zu anderen Geflüchteten zu finden.
Aufgrund geringerer Einkommen, mangelnder Sprachkenntnisse und Diskriminierungen bekommen Geflüchtete allerdings nur schwer Zugang zum Wohnungsmarkt. Befürchtungen, dass gerade Metropolen mit der Unterbringung überfordert sind, führen zu Forderungen, Geflüchtete verstärkt in ländlichen Räumen unterzubringen. Ob eine Integration in ländlichen Regionen jedoch gelingen kann, hängt von der Verfügbarkeit von geeignetem Wohnraum, Arbeitsplätzen, ÖPNV, Kapazitäten im Bildungssystem und einer Akzeptanz von Zuwanderung in der Bevölkerung ab. Das Wohnumfeld nimmt dabei eine entscheidende Rolle für die Integration ein.
Im Poster wird anhand dreier Fallbeispiele in Rheinland-Pfalz dargestellt wo und wie Geflüchtete wohnen, in-wiefern sie von Segregation betroffen sind, welche Einbindung sie in ihr Umfeld haben und was ihnen bei der Unterbringung wichtig ist. Methodisch beruht der Beitrag auf der Auswertung der SOEP-Flüchtlingsstudie – differenziert nach siedlungsstrukturellen Merkmalen - sowie amtlichen Daten aus der kleinen Großstadt Kaiserslau-tern, der Schwarmstadt Mainz und dem ländlichen Landkreis Kusel. Des Weiteren haben wir im Jahr 2018 53 leitfadengestützte Interviews mit Geflüchteten, Anwohnern und Anwohnerinnen sowie Expertinnen und Experten aus drei Untersuchungsräumen geführt.
Der Vergleich von städtischen und ländlichen Räumen zeigt, dass die sozialräumlichen Bedingungen für eine gelungene Integration nicht ausschließlich in Städten vorhanden sind. Multiethnische Quartiere in Metropolen können die Vernetzung begünstigen, sie bergen aber auch die Gefahr einer wachsenden unfreiwilligen Segregation. Die Interviews aus Kusel zeigen, dass Geflüchtete, die zentral im ländlichen Raum wohnen, mit dem Leben dort zufrieden sind. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Geflüchtete – ebenso wie andere Migrantengruppen auch – Quartiere mit dichter Bebauung, einer Nutzung, die Erwerbsmöglichkeiten beinhaltet, und in denen zentrale Angebote zu Bildung, Arbeit und kostenfreien Treffpunkten vorhanden sind, bevorzugen. Diese Quartiere kann es in Metropolen, Mittelstädten, aber auch im ländlichen Raum geben.