@article{DamnikGierlProskeetal.2018, author = {Damnik, Gregor and Gierl, Mark and Proske, Antje and K{\"o}rndle, Hermann and Narciss, Susanne}, title = {Automatische Erzeugung von Aufgaben als Mittel zur Erh{\"o}hung von Interaktivit{\"a}t und Adaptivit{\"a}t in digitalen Lernressourcen}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42184}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421842}, pages = {5 -- 16}, year = {2018}, abstract = {Digitale Medien enthalten bislang vor allem Inhalte in verschiedenen Darstellungsformen. Dies allein erzeugt jedoch nur einen geringen Mehrwert zu klassischen Lernressourcen, da die Kriterien der Interaktivit{\"a}t und Adaptivit{\"a}t nicht mit einbezogen werden. Dies scheitert jedoch oft an dem damit verbundenen Erstellungsaufwand. Der folgende Beitrag zeigt, wie durch die automatische Erzeugung von Aufgaben ein hochwertiger Wissenserwerb mit digitalen Medien erm{\"o}glicht wird. Ferner werden Vor- und Nachteile der automatischen Erstellung von Aufgaben er{\"o}rtert.}, language = {de} } @article{MarianiJaisli2018, author = {Mariani, Ennio and Jaisli, Isabel}, title = {Didaktische Herausforderungen bei der Erstellung eines frei verf{\"u}gbaren Onlinekurses}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42192}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421924}, pages = {29 -- 40}, year = {2018}, abstract = {Die Ver{\"o}ffentlichung eines global frei verf{\"u}gbaren Onlinekurses abseits der großen MOOC Plattformen bringt spezielle Herausforderungen mit sich. Neben technischen Herausforderungen sind eine effiziente Wissensvermittlung und die Erhaltung der Lernmotivation zentral. Der folgende Beitrag stellt Techniken zur Steigerung der Lerneffizienz und -motivation anhand des ARCS Modells vor. Er zeigt auf, wie die verschiedenen Techniken in der Entwicklung des Onlinekurses „Designing Sustainable Food Systems" umgesetzt wurden und inwieweit sie erfolgreich waren.}, language = {de} } @article{TscherejkinaMorgielMoebert2018, author = {Tscherejkina, Anna and Morgiel, Anna and Moebert, Tobias}, title = {Computergest{\"u}tztes Training von sozio-emotionalen Kompetenzen durch Minispiele}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42193}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421937}, pages = {41 -- 52}, year = {2018}, abstract = {Das Training sozioemotionaler Kompetenzen ist gerade f{\"u}r Menschen mit Autismus n{\"u}tzlich. Ein solches Training kann mithilfe einer spielbasierten Anwendung effektiv gestaltet werden. Zwei Minispiele, Mimikry und Emo-Mahjong, wurden realisiert und hinsichtlich User Experience evaluiert. Die jeweiligen Konzepte und die Evaluationsergebnisse sollen hier vorgestellt werden.}, language = {de} } @article{HerbstreitMaekerSzalai2018, author = {Herbstreit, Stephanie and M{\"a}ker, Daniela and Szalai, Cynthia}, title = {Einsatz einer mobilen Lern-App - Ein Werkzeug zur Verbesserung von klinisch-praktischem Unterricht}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42194}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421942}, pages = {53 -- 63}, year = {2018}, abstract = {Der Unterricht am Krankenbett ist im Medizinstudium eine wertvolle M{\"o}glichkeit klinisch-praktische Fertigkeiten zu erlernen. Eine optimale Vorbereitung der Studierenden ist dabei Voraussetzung. Eine mobile Lern-App wurde entwickelt, die den Studierenden, neben Lernzielen, Kursinhalte und Anleitungen zu Untersuchungstechniken bietet, um die Vorbereitung auf einen klinisch-praktischen Kurs zu f{\"o}rdern und Kurzinformationen auch w{\"a}hrend des Kurses zur Verf{\"u}gung zu stellen. 175 Studierende hatten die M{\"o}glichkeit die App parallel zu einem klinischen Untersuchungs-Kurs im Semester zu nutzen. Im Anschluss beantworteten die Studierenden einen Fragebogen zur N{\"u}tzlichkeit und Vielseitigkeit der App und zur Zufriedenheit mit der App unter Verwendung eine 5-Punkt-Likert-Skala und zwei offenen Fragen. In diesem Beitrag wird das Kurskonzept zusammen mit der Lern-App, die Ergebnisse aus dem Fragebogen und unsere Schlussfolgerungen daraus vorgestellt. Studierende bewerteten die App grunds{\"a}tzlich als hilfreich. Sie sollte dabei gr{\"u}ndlich eingef{\"u}hrt werden. Patienten sollten {\"u}ber die Nutzung von Smartphones im Studentenunterricht zu Lernzwecken informiert werden.}, language = {de} } @article{BraunKappHaraetal.2018, author = {Braun, Iris and Kapp, Felix and Hara, Tenshi and Kubica, Tommy}, title = {Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Audience Response Systemen in der universit{\"a}ren Lehre}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42195}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421959}, pages = {65 -- 67}, year = {2018}, abstract = {Der vorliegende Beitrag berichtet auf der Grundlage von Erfahrungen mit dem Audience Response System (ARS) „Auditorium Mobile Classroom Service" von Erfolgsfaktoren f{\"u}r den Einsatz in der universit{\"a}ren Lehre. Dabei werden sowohl die technischen Rahmenbedingungen und Herausforderungen der Anwendungen ber{\"u}cksichtigt, als auch die unterschiedlichen didaktischen Konzepte und Ziele der beteiligten Akteure (Studierende, Lehrende und Institution). Ziel ist es, Einflussfaktoren f{\"u}r den erfolgreichen Einsatz sowohl f{\"u}r die Praxis als auch die wissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung der Systeme zu benennen und ein heuristisches Framework f{\"u}r Chancen und Herausforderungen beim Einsatz von ARS anzubieten.}, language = {de} } @article{Stumpf2018, author = {Stumpf, Sarah}, title = {Digitale Kompetenzen im Lehramtsstudium}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42196}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421968}, pages = {69 -- 71}, year = {2018}, abstract = {Der Beitrag skizziert ein Modell, das die Entwicklung digitaler Kompetenzen im Lehramtsstudium f{\"o}rdern soll. Zwar wird das Kompetenzmodell aus der Deutschdidaktik heraus entwickelt, nimmt aber auch fach{\"u}bergreifende Anforderungen in den Bereichen Informationskompetenz, medientechnischer Kompetenzen, F{\"a}higkeiten der Medienanalyse und -reflexion sowie Sprachhandlungskompetenz in den Blick. Damit wird das Ziel verfolgt, die besonderen Anforderungen angehender Lehrkr{\"a}fte als Mediator*innen digitaler Kompetenzen darzustellen. Das beschriebene Modell dieser Vermittlungskompetenz dient der Verankerung digitaler Lehr-Lernkonzepte als wesentlicher Bestandteil der modernen Lehrer*innenbildung.}, language = {de} } @phdthesis{Przybylla2018, author = {Przybylla, Mareen}, title = {From Embedded Systems to Physical Computing: Challenges of the "Digital World" in Secondary Computer Science Education}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418339}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xvii, 277}, year = {2018}, abstract = {Physical computing covers the design and realization of interactive objects and installations and allows learners to develop concrete, tangible products of the real world, which arise from their imagination. This can be used in computer science education to provide learners with interesting and motivating access to the different topic areas of the subject in constructionist and creative learning environments. However, if at all, physical computing has so far mostly been taught in afternoon clubs or other extracurricular settings. Thus, for the majority of students so far there are no opportunities to design and create their own interactive objects in regular school lessons. Despite its increasing popularity also for schools, the topic has not yet been clearly and sufficiently characterized in the context of computer science education. The aim of this doctoral thesis therefore is to clarify physical computing from the perspective of computer science education and to adequately prepare the topic both content-wise and methodologically for secondary school teaching. For this purpose, teaching examples, activities, materials and guidelines for classroom use are developed, implemented and evaluated in schools. In the theoretical part of the thesis, first the topic is examined from a technical point of view. A structured literature analysis shows that basic concepts used in physical computing can be derived from embedded systems, which are the core of a large field of different application areas and disciplines. Typical methods of physical computing in professional settings are analyzed and, from an educational perspective, elements suitable for computer science teaching in secondary schools are extracted, e. g. tinkering and prototyping. The investigation and classification of suitable tools for school teaching show that microcontrollers and mini computers, often with extensions that greatly facilitate the handling of additional components, are particularly attractive tools for secondary education. Considering the perspectives of science, teachers, students and society, in addition to general design principles, exemplary teaching approaches for school education and suitable learning materials are developed and the design, production and evaluation of a physical computing construction kit suitable for teaching is described. In the practical part of this thesis, with "My Interactive Garden", an exemplary approach to integrate physical computing in computer science teaching is tested and evaluated in different courses and refined based on the findings in a design-based research approach. In a series of workshops on physical computing, which is based on a concept for constructionist professional development that is developed specifically for this purpose, teachers are empowered and encouraged to develop and conduct physical computing lessons suitable for their particular classroom settings. Based on their in-class experiences, a process model of physical computing teaching is derived. Interviews with those teachers illustrate that benefits of physical computing, including the tangibility of crafted objects and creativity in the classroom, outweigh possible drawbacks like longer preparation times, technical difficulties or difficult assessment. Hurdles in the classroom are identified and possible solutions discussed. Empirical investigations in the different settings reveal that "My Interactive Garden" and physical computing in general have a positive impact, among others, on learner motivation, fun and interest in class and perceived competencies. Finally, the results from all evaluations are combined to evaluate the design principles for physical computing teaching and to provide a perspective on the development of decision-making aids for physical computing activities in school education.}, language = {en} } @article{WahlHoelscher2018, author = {Wahl, Marina and H{\"o}lscher, Michael}, title = {Und am Wochenende Blended Learning}, series = {E-Learning Symposium 2018}, journal = {E-Learning Symposium 2018}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42191}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421910}, pages = {17 -- 27}, year = {2018}, abstract = {Berufsbegleitende Studieng{\"a}nge stehen vor besonderen Schwierigkeiten, f{\"u}r die der Einsatz von Blended Learning-Szenarien sinnvoll sein kann. Welche speziellen Herausforderungen sich dabei ergeben und welche L{\"o}sungsans{\"a}tze dagegen steuern, betrachtet der folgende Artikel anhand eines Praxisberichts aus dem Studiengang M. P. A. Wissenschaftsmanagement an der Universit{\"a}t Speyer.}, language = {de} } @inproceedings{KeilKonertDamniketal.2018, author = {Keil, Reinhard and Konert, Johannes and Damnik, Gregor and Gierl, Mark J. and Proske, Antje and K{\"o}rndle, Hermann and Narciss, Susanne and Wahl, Marina and H{\"o}lscher, Michael and Mariani, Ennio and Jaisli, Isabel and Tscherejkina, Anna and Morgiel, Anna and Moebert, Tobias and Herbstreit, Stephanie and M{\"a}ker, Daniela and Szalai, Cynthia and Braun, Iris and Kapp, Felix and Hara, Tenshi C. and Kubica, Tommy and Stumpf, Sarah}, title = {E-Learning Symposium 2018}, editor = {Lucke, Ulrike and Strickroth, Sven}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, doi = {10.25932/publishup-42071}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-420711}, pages = {71}, year = {2018}, abstract = {In den vergangenen Jahren sind viele E-Learning-Innovationen entstanden. Einige davon wurden auf den vergangenen E-Learning Symposien der Universit{\"a}t Potsdam pr{\"a}sentiert: Das erste E-Learning Symposium im Jahr 2012 konzentrierte sich auf unterschiedliche M{\"o}glichkeiten der Studierendenaktivierung und Lehrgestaltung. Das Symposium 2014 r{\"u}ckte vor allem die Studierenden ins Zentrum der Aufmerksamkeit. Im Jahr 2016 kam es durch das Zusammengehen des Symposiums mit der DeLFI-Tagung zu einer Fokussierung auf technische Innovationen. Doch was ist aus den Leuchtt{\"u}rmen von gestern geworden, und brauchen wir {\"u}berhaupt noch neue Leuchtt{\"u}rme? Das Symposium setzt sich in diesem Jahr unter dem Motto „Innovation und Nachhaltigkeit - (k)ein Gegensatz?" mit mediengest{\"u}tzten Lehr- und Lernprozessen im universit{\"a}ren Kontext auseinander und reflektiert aktuelle technische sowie didaktische Entwicklungen mit Blick auf deren mittel- bis langfristigen Einsatz in der Praxis. Dieser Tagungsband zum E-Learning Symposium 2018 an der Universit{\"a}t Potsdam beinhaltet eine Mischung von Forschungs- und Praxisbeitr{\"a}gen aus verschiedenen Fachdisziplinen und er{\"o}ffnet vielschichtige Perspektiven auf das Thema E-Learning. Dabei werden die Vielfalt der didaktischen Einsatzszenarien als auch die Potentiale von Werk-zeugen und Methoden der Informatik in ihrem Zusammenspiel beleuchtet. In seiner Keynote widmet sich Reinhard Keil dem Motto des Symposiums und geht der Nachhaltigkeit bei E-Learning-Projekten auf den Grund. Dabei analysiert und beleuchtet er anhand seiner {\"u}ber 15-j{\"a}hrigen Forschungspraxis die wichtigsten Wirkfaktoren und formuliert Empfehlungen zur Konzeption von E-Learning-Projekten. Im Gegensatz zu rein auf Kostenersparnis ausgerichteten (hochschul-)politischen Forderungen proklamiert er den Ansatz der hypothesengeleiteten Technikgestaltung, in der Nachhaltigkeit als Leitfrage oder Forschungsstrategie verstanden werden kann. In eine {\"a}hnliche Richtung geht der Beitrag von Iris Braun et al., die {\"u}ber Erfolgsfaktoren beim Einsatz von Audience Response Systemen in der universit{\"a}ren Lehre berichten. Ein weiteres aktuelles Thema, sowohl f{\"u}r die Bildungstechnologie als auch in den Bildungswissenschaften allgemein, ist die Kompetenzorientierung und -modellierung. Hier geht es darum (Probleml{\"o}se-)F{\"a}higkeiten gezielt zu beschreiben und in den Mittelpunkt der Lehre zu stellen. Johannes Konert stellt in einem eingeladenen Vortrag zwei Projekte vor, die den Prozess beginnend bei der Definition von Kompetenzen, deren Modellierung in einem semantischen maschinenlesbaren Format bis hin zur Erarbeitung von Methoden zur Kompetenzmessung und der elektronischen Zertifizierung aufzeigen. Dabei geht er auf technische M{\"o}glichkeiten, aber auch Grenzen ein. Auf einer spezifischeren Ebene besch{\"a}ftigt sich Sarah Stumpf mit digitalen bzw. mediendidaktischen Kompetenzen im Lehramtsstudium und stellt ein Framework f{\"u}r die F{\"o}rderung ebensolcher Kompetenzen bei angehenden Lehrkr{\"a}ften vor. Der Einsatz von E-Learning birgt noch einige Herausforderungen. Dabei geht es oft um die Verbindung von Didaktik und Technik, den Erhalt von Aufmerksamkeit oder den Aufwand f{\"u}r das Erstellen von interaktiven Lehr- und Lerninhalten. Drei Beitr{\"a}ge in diesem Tagungsband besch{\"a}ftigen sich mit dieser Thematik in unterschiedlichen Kontexten und zeigen Best-Practices und L{\"o}sungsans{\"a}tze auf: Der Beitrag von Martina Wahl und Michael H{\"o}lscher behandelt den besonderen Kontext von Blended Learning-Szenarien in berufsbegleitenden Studieng{\"a}ngen. Um die Ver{\"o}ffentlichung eines global frei verf{\"u}gbaren Onlinekurses abseits der großen MOOC Plattformen und den didaktischen Herausforderungen auch hinsichtlich der Motivation geht es im Beitrag von Ennio Marani und Isabel Jaisli. Schließlich schlagen Gregor Damnik et al. die automatische Erzeugung von Aufgaben zur Erh{\"o}hung von Interaktivit{\"a}t und Adaptivit{\"a}t in digitalen Lernressourcen vor, um den teilweise erheblichen Erstellungsaufwand zu reduzieren. Zum Thema E-Learning z{\"a}hlen auch immer mobile Apps bzw. Spiele. Gleich zwei Beitr{\"a}ge besch{\"a}ftigen sich mit dem Einsatz von E-Learning-Tools im Gesundheitskontext: Anna Tscherejkina und Anna Morgiel stellen in ihrem Beitrag Minispiele zum Training von sozio-emotionalen Kompetenzen f{\"u}r Menschen mit Autismus vor, und Stephanie Herbstreit et al. berichten vom Einsatz einer mobilen Lern-App zur Verbesserung von klinisch-praktischem Unterricht.}, language = {de} } @inproceedings{SeegererRomeikeTillmannetal.2018, author = {Seegerer, Stefan and Romeike, Ralf and Tillmann, Alexander and Kr{\"o}mker, Detlef and Horn, Florian and Gattinger, Thorsten and Weicker, Karsten and Schmitz, Dennis and Moldt, Daniel and R{\"o}pke, Ren{\´e} and Larisch, Kathrin and Schroeder, Ulrik and Keverp{\"u}tz, Claudia and K{\"u}ppers, Bastian and Striewe, Michael and Kramer, Matthias and Grillenberger, Andreas and Frede, Christiane and Knobelsdorf, Maria and Greven, Christoph}, title = {Hochschuldidaktik der Informatik HDI 2018}, series = {Commentarii informaticae didacticae (CID)}, booktitle = {Commentarii informaticae didacticae (CID)}, number = {12}, editor = {Bergner, Nadine and R{\"o}pke, Ren{\´e} and Schroeder, Ulrik and Kr{\"o}mker, Detlef}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-435-7}, issn = {1868-0844}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-413542}, pages = {161}, year = {2018}, abstract = {Die 8. Fachtagung f{\"u}r Hochschuldidaktik der Informatik (HDI) fand im September 2018 zusammen mit der Deutschen E-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI) unter dem gemeinsamen Motto „Digitalisierungswahnsinn? - Wege der Bildungstransformationen" in Frankfurt statt. Dabei widmet sich die HDI allen Fragen der informatischen Bildung im Hochschulbereich. Schwerpunkte bildeten in diesem Jahr u. a.: - Analyse der Inhalte und anzustrebenden Kompetenzen in Informatikveranstaltungen - Programmieren lernen \& Einstieg in Softwareentwicklung - Spezialthemen: Data Science, Theoretische Informatik und Wissenschaftliches Arbeiten Die Fachtagung widmet sich ausgew{\"a}hlten Fragestellungen dieser Themenkomplexe, die durch Vortr{\"a}ge ausgewiesener Experten und durch eingereichte Beitr{\"a}ge intensiv behandelt werden.}, language = {de} } @phdthesis{AbdelwahabHusseinAbdelwahabElsayed2019, author = {Abdelwahab Hussein Abdelwahab Elsayed, Ahmed}, title = {Probabilistic, deep, and metric learning for biometric identification from eye movements}, doi = {10.25932/publishup-46798}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-467980}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vi, 65}, year = {2019}, abstract = {A central insight from psychological studies on human eye movements is that eye movement patterns are highly individually characteristic. They can, therefore, be used as a biometric feature, that is, subjects can be identified based on their eye movements. This thesis introduces new machine learning methods to identify subjects based on their eye movements while viewing arbitrary content. The thesis focuses on probabilistic modeling of the problem, which has yielded the best results in the most recent literature. The thesis studies the problem in three phases by proposing a purely probabilistic, probabilistic deep learning, and probabilistic deep metric learning approach. In the first phase, the thesis studies models that rely on psychological concepts about eye movements. Recent literature illustrates that individual-specific distributions of gaze patterns can be used to accurately identify individuals. In these studies, models were based on a simple parametric family of distributions. Such simple parametric models can be robustly estimated from sparse data, but have limited flexibility to capture the differences between individuals. Therefore, this thesis proposes a semiparametric model of gaze patterns that is flexible yet robust for individual identification. These patterns can be understood as domain knowledge derived from psychological literature. Fixations and saccades are examples of simple gaze patterns. The proposed semiparametric densities are drawn under a Gaussian process prior centered at a simple parametric distribution. Thus, the model will stay close to the parametric class of densities if little data is available, but it can also deviate from this class if enough data is available, increasing the flexibility of the model. The proposed method is evaluated on a large-scale dataset, showing significant improvements over the state-of-the-art. Later, the thesis replaces the model based on gaze patterns derived from psychological concepts with a deep neural network that can learn more informative and complex patterns from raw eye movement data. As previous work has shown that the distribution of these patterns across a sequence is informative, a novel statistical aggregation layer called the quantile layer is introduced. It explicitly fits the distribution of deep patterns learned directly from the raw eye movement data. The proposed deep learning approach is end-to-end learnable, such that the deep model learns to extract informative, short local patterns while the quantile layer learns to approximate the distributions of these patterns. Quantile layers are a generic approach that can converge to standard pooling layers or have a more detailed description of the features being pooled, depending on the problem. The proposed model is evaluated in a large-scale study using the eye movements of subjects viewing arbitrary visual input. The model improves upon the standard pooling layers and other statistical aggregation layers proposed in the literature. It also improves upon the state-of-the-art eye movement biometrics by a wide margin. Finally, for the model to identify any subject — not just the set of subjects it is trained on — a metric learning approach is developed. Metric learning learns a distance function over instances. The metric learning model maps the instances into a metric space, where sequences of the same individual are close, and sequences of different individuals are further apart. This thesis introduces a deep metric learning approach with distributional embeddings. The approach represents sequences as a set of continuous distributions in a metric space; to achieve this, a new loss function based on Wasserstein distances is introduced. The proposed method is evaluated on multiple domains besides eye movement biometrics. This approach outperforms the state of the art in deep metric learning in several domains while also outperforming the state of the art in eye movement biometrics.}, language = {en} } @misc{Fandinno2019, author = {Fandinno, Jorge}, title = {Founded (auto)epistemic equilibrium logic satisfies epistemic splitting}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1060}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-46968}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469685}, pages = {671 -- 687}, year = {2019}, abstract = {In a recent line of research, two familiar concepts from logic programming semantics (unfounded sets and splitting) were extrapolated to the case of epistemic logic programs. The property of epistemic splitting provides a natural and modular way to understand programs without epistemic cycles but, surprisingly, was only fulfilled by Gelfond's original semantics (G91), among the many proposals in the literature. On the other hand, G91 may suffer from a kind of self-supported, unfounded derivations when epistemic cycles come into play. Recently, the absence of these derivations was also formalised as a property of epistemic semantics called foundedness. Moreover, a first semantics proved to satisfy foundedness was also proposed, the so-called Founded Autoepistemic Equilibrium Logic (FAEEL). In this paper, we prove that FAEEL also satisfies the epistemic splitting property something that, together with foundedness, was not fulfilled by any other approach up to date. To prove this result, we provide an alternative characterisation of FAEEL as a combination of G91 with a simpler logic we called Founded Epistemic Equilibrium Logic (FEEL), which is somehow an extrapolation of the stable model semantics to the modal logic S5.}, language = {en} } @misc{AguadoCabalarFandinnoetal.2019, author = {Aguado, Felicidad and Cabalar, Pedro and Fandinno, Jorge and Pearce, David and Perez, Gilberto and Vidal, Concepcion}, title = {Revisiting explicit negation in answer set programming}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1104}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-46969}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-469697}, pages = {908 -- 924}, year = {2019}, abstract = {A common feature in Answer Set Programming is the use of a second negation, stronger than default negation and sometimes called explicit, strong or classical negation. This explicit negation is normally used in front of atoms, rather than allowing its use as a regular operator. In this paper we consider the arbitrary combination of explicit negation with nested expressions, as those defined by Lifschitz, Tang and Turner. We extend the concept of reduct for this new syntax and then prove that it can be captured by an extension of Equilibrium Logic with this second negation. We study some properties of this variant and compare to the already known combination of Equilibrium Logic with Nelson's strong negation.}, language = {en} } @misc{Strickroth2019, author = {Strickroth, Sven}, title = {PLATON}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {804}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-44188}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-441887}, pages = {28}, year = {2019}, abstract = {Lesson planning is both an important and demanding task—especially as part of teacher training. This paper presents the requirements for a lesson planning system and evaluates existing systems regarding these requirements. One major drawback of existing software tools is that most are limited to a text- or form-based representation of the lesson designs. In this article, a new approach with a graphical, time-based representation with (automatic) analyses methods is proposed and the system architecture and domain model are described in detail. The approach is implemented in an interactive, web-based prototype called PLATON, which additionally supports the management of lessons in units as well as the modelling of teacher and student-generated resources. The prototype was evaluated in a study with 61 prospective teachers (bachelor's and master's preservice teachers as well as teacher trainees in post-university teacher training) in Berlin, Germany, with a focus on usability. The results show that this approach proofed usable for lesson planning and offers positive effects for the perception of time and self-reflection.}, language = {en} } @phdthesis{Schneider2019, author = {Schneider, Jan Niklas}, title = {Computational approaches for emotion research}, doi = {10.25932/publishup-45927}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459275}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xv, 145}, year = {2019}, abstract = {Emotionen sind ein zentrales Element menschlichen Erlebens und spielen eine wichtige Rolle bei der Entscheidungsfindung. Diese Dissertation identifiziert drei methodische Probleme der aktuellen Emotionsforschung und zeigt auf, wie diese mittels computergest{\"u}tzter Methoden gel{\"o}st werden k{\"o}nnen. Dieser Ansatz wird in drei Forschungsprojekten demonstriert, die die Entwicklung solcher Methoden sowie deren Anwendung auf konkrete Forschungsfragen beschreiben. Das erste Projekt beschreibt ein Paradigma welches es erm{\"o}glicht, die subjektive und objektive Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung zu messen. Dar{\"u}ber hinaus erm{\"o}glicht es die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Emotionskategorien im Vergleich zu den {\"u}blichen sechs Kategorien der Basisemotionen. Die Ergebnisse deuten auf eine Zunahme der Schwierigkeiten bei der Wahrnehmung von Emotionen mit zunehmendem Alter der Darsteller hin und liefern Hinweise darauf, dass junge Erwachsene, {\"a}ltere Menschen und M{\"a}nner ihre Schwierigkeit bei der Wahrnehmung von Emotionen untersch{\"a}tzen. Weitere Analysen zeigten eine geringe Relevanz personenbezogener Variablen und deuteten darauf hin, dass die Schwierigkeit der Emotionswahrnehmung vornehmlich durch die Auspr{\"a}gung der Wertigkeit des Ausdrucks bestimmt wird. Das zweite Projekt zeigt am Beispiel von Arousal, einem etablierten, aber vagen Konstrukt der Emotionsforschung, wie Face-Tracking-Daten dazu genutzt werden k{\"o}nnen solche Konstrukte zu sch{\"a}rfen. Es beschreibt, wie aus Face-Tracking-Daten Maße f{\"u}r die Entfernung, Geschwindigkeit und Beschleunigung von Gesichtsausdr{\"u}cken berechnet werden k{\"o}nnen. Das Projekt untersuchte wie diesen Maße mit der Arousal-Wahrnehmung in Menschen mit und ohne Autismus zusammenh{\"a}ngen. Der Abstand zum Neutralgesicht war pr{\"a}diktiv f{\"u}r die Arousal-Bewertungen in beiden Gruppen. Die Ergebnisse deuten auf eine qualitativ {\"a}hnliche Wahrnehmung von Arousal f{\"u}r Menschen mit und ohne Autismus hin. Im dritten Projekt stellen wir die Partial-Least-Squares-Analyse als allgemeine Methode vor, um eine optimale Repr{\"a}sentation zur Verkn{\"u}pfung zweier hochdimensionale Datens{\"a}tze zu finden. Das Projekt demonstriert die Anwendbarkeit dieser Methode in der Emotionsforschung anhand der Frage nach Unterschieden in der Emotionswahrnehmung zwischen M{\"a}nnern und Frauen. Wir konnten zeigen, dass die emotionale Wahrnehmung von Frauen systematisch mehr Varianz der Gesichtsausdr{\"u}cke erfasst und dass signifikante Unterschiede in der Art und Weise bestehen, wie Frauen und M{\"a}nner einige Gesichtsausdr{\"u}cke wahrnehmen. Diese konnten wir als dynamische Gesichtsausdr{\"u}cke visualisieren. Um die Anwendung der entwickelten Methode f{\"u}r die Forschungsgemeinschaft zu erleichtern, wurde ein Software-Paket f{\"u}r die Statistikumgebung R geschrieben. Zudem wurde eine Website entwickelt (thisemotiondoesnotexist.com), die es Besuchern erlaubt, ein Partial-Least-Squares-Modell von Emotionsbewertungen und Face-Tracking-Daten interaktiv zu erkunden, um die entwickelte Methode zu verbreiten und ihren Nutzen f{\"u}r die Emotionsforschung zu illustrieren.}, language = {en} } @phdthesis{Boehne2019, author = {B{\"o}hne, Sebastian}, title = {Different degrees of formality}, doi = {10.25932/publishup-42379}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-423795}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {VI, 167}, year = {2019}, abstract = {In this thesis we introduce the concept of the degree of formality. It is directed against a dualistic point of view, which only distinguishes between formal and informal proofs. This dualistic attitude does not respect the differences between the argumentations classified as informal and it is unproductive because the individual potential of the respective argumentation styles cannot be appreciated and remains untapped. This thesis has two parts. In the first of them we analyse the concept of the degree of formality (including a discussion about the respective benefits for each degree) while in the second we demonstrate its usefulness in three case studies. In the first case study we will repair Haskell B. Curry's view of mathematics, which incidentally is of great importance in the first part of this thesis, in light of the different degrees of formality. In the second case study we delineate how awareness of the different degrees of formality can be used to help students to learn how to prove. Third, we will show how the advantages of proofs of different degrees of formality can be combined by the development of so called tactics having a medium degree of formality. Together the three case studies show that the degrees of formality provide a convincing solution to the problem of untapped potential.}, language = {en} } @misc{HollmannFrohmeEndrullatetal.2020, author = {Hollmann, Susanne and Frohme, Marcus and Endrullat, Christoph and Kremer, Andreas and D'Elia, Domenica and Regierer, Babette and Nechyporenko, Alina}, title = {Ten simple rules on how to write a standard operating procedure}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {9}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-52587}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525877}, pages = {12}, year = {2020}, abstract = {Research publications and data nowadays should be publicly available on the internet and, theoretically, usable for everyone to develop further research, products, or services. The long-term accessibility of research data is, therefore, fundamental in the economy of the research production process. However, the availability of data is not sufficient by itself, but also their quality must be verifiable. Measures to ensure reuse and reproducibility need to include the entire research life cycle, from the experimental design to the generation of data, quality control, statistical analysis, interpretation, and validation of the results. Hence, high-quality records, particularly for providing a string of documents for the verifiable origin of data, are essential elements that can act as a certificate for potential users (customers). These records also improve the traceability and transparency of data and processes, therefore, improving the reliability of results. Standards for data acquisition, analysis, and documentation have been fostered in the last decade driven by grassroot initiatives of researchers and organizations such as the Research Data Alliance (RDA). Nevertheless, what is still largely missing in the life science academic research are agreed procedures for complex routine research workflows. Here, well-crafted documentation like standard operating procedures (SOPs) offer clear direction and instructions specifically designed to avoid deviations as an absolute necessity for reproducibility. Therefore, this paper provides a standardized workflow that explains step by step how to write an SOP to be used as a starting point for appropriate research documentation.}, language = {en} } @misc{SahlmannClemensNowaketal.2020, author = {Sahlmann, Kristina and Clemens, Vera and Nowak, Michael and Schnor, Bettina}, title = {MUP}, series = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Postprints der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1094}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-48901}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-489013}, pages = {23}, year = {2020}, abstract = {Message Queuing Telemetry Transport (MQTT) is one of the dominating protocols for edge- and cloud-based Internet of Things (IoT) solutions. When a security vulnerability of an IoT device is known, it has to be fixed as soon as possible. This requires a firmware update procedure. In this paper, we propose a secure update protocol for MQTT-connected devices which ensures the freshness of the firmware, authenticates the new firmware and considers constrained devices. We show that the update protocol is easy to integrate in an MQTT-based IoT network using a semantic approach. The feasibility of our approach is demonstrated by a detailed performance analysis of our prototype implementation on a IoT device with 32 kB RAM. Thereby, we identify design issues in MQTT 5 which can help to improve the support of constrained devices.}, language = {en} } @article{LuckeHaferHartmann2020, author = {Lucke, Ulrike and Hafer, J{\"o}rg and Hartmann, Niklas}, title = {Strategieentwicklung in der Hochschule als partizipativer Prozess}, series = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, journal = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, number = {6}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-498-2}, issn = {2192-1075}, doi = {10.25932/publishup-49276}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-492764}, pages = {99 -- 117}, year = {2020}, abstract = {Die Setzung strategischer Ziele sowie die Zuordnung und Umsetzung dazugeh{\"o}render Maßnahmen sind ein wesentliches Element, um die Innovationsf{\"a}higkeit von Organisationen zu erhalten. In den vergangenen Jahren ist auch an Hochschulen die Strategiebildung deutlich vorangetrieben worden. Dies betrifft verschiedene Handlungsfelder, und es werden verschiedene Ans{\"a}tze verfolgt. Der vorliegende Beitrag greift am Beispiel der Universit{\"a}t Potsdam drei in den vergangenen Jahren adressierte Strategiebereiche heraus: IT, E-Learning und Forschungsdaten. Die damit verbundenen Prozesse waren in unterschiedlichem Maß von Partizipation gepr{\"a}gt. Die gesammelten Erfahrungen werden reflektiert, und es werden Empfehlungen f{\"u}r Strategieentwicklungsprozesse abgeleitet.}, language = {de} } @article{StrickrothKiy2020, author = {Strickroth, Sven and Kiy, Alexander}, title = {E-Assessment etablieren}, series = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, journal = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, number = {6}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-498-2}, issn = {2192-1075}, doi = {10.25932/publishup-49303}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-493036}, pages = {257 -- 272}, year = {2020}, abstract = {Elektronische Lernstandserhebungen, sogenannte E-Assessments, bieten f{\"u}r Lehrende und Studierende viele Vorteile z. B. hinsichtlich schneller R{\"u}ckmeldungen oder kompetenzorientierter Fragenformate, und erm{\"o}glichen es, unabh{\"a}ngig von Ort und Zeit Pr{\"u}fungen zu absolvieren. In diesem Beitrag werden die Einf{\"u}hrung von summativen Lernstandserhebungen, sogenannter E-Klausuren, am Beispiel der Universit{\"a}t Potsdam, der Aufbau einer l{\"a}nder{\"u}bergreifenden Initiative f{\"u}r E-Assessment sowie technische M{\"o}glichkeiten f{\"u}r dezentrale elektronische Klausuren vorgestellt. Dabei werden der aktuelle Stand, die Ziele und die gew{\"a}hlte stufenweise Umsetzungsstrategie der Universit{\"a}t Potsdam skizziert. Darauf aufbauend folgt eine Beschreibung des Vorgehens, der Kooperationsm{\"o}glichkeiten f{\"u}r den Wissens- und Erfahrungsaustausch sowie Herausforderungen der E-Assessment- Initiative. Abschließend werden verschiedene E-Klausurformen und technische M{\"o}glichkeiten zur Umsetzung komplexer Pr{\"u}fungsumgebungen klassifiziert sowie mit ihren charakteristischen Vor- und Nachteilen diskutiert und eine integrierte L{\"o}sung vorgeschlagen.}, language = {de} } @article{LuckeStrickroth2020, author = {Lucke, Ulrike and Strickroth, Sven}, title = {Digitalisierung in Lehre und Studium}, series = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, journal = {Potsdamer Beitr{\"a}ge zur Hochschulforschung}, number = {6}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-498-2}, issn = {2192-1075}, doi = {10.25932/publishup-49302}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-493024}, pages = {235 -- 255}, year = {2020}, abstract = {Das gr{\"o}ßte der f{\"a}cher{\"u}bergreifenden Projekte im Potsdamer Projekt Qualit{\"a}tspakt Lehre hatte die fl{\"a}chendeckende Etablierung von digitalen Medien als einen integralen Bestandteil von Lehre und Studium zum Gegenstand. Im Teilprojekt E-Learning in Studienbereichen (eLiS) wurden daf{\"u}r Maßnahmen in den Feldern Organisations-, technische und Inhaltsentwicklung zusammengef{\"u}hrt. Der vorliegende Beitrag pr{\"a}sentiert auf Basis von Ausgangslage und Zielsetzungen die Ergebnisse rund um die Digitalisierung von Lehre und Studium an der Universit{\"a}t Potsdam. Exemplarisch werden f{\"u}nf Dienste n{\"a}her vorgestellt, die inzwischen gr{\"o}ßtenteils in den Regelbetrieb der Hochschule {\"u}bergegangen sind: die Videoplattform Media.UP, die mobile App Reflect.UP, die pers{\"o}nliche Lernumgebung Campus. UP, das Self-Service-Portal Cook.UP und das Anzeigesystem Freiraum.UP. Dabei wird jeweils ein technischer Blick „unter die Haube" verbunden mit einer Erl{\"a}uterung der Nutzungsm{\"o}glichkeiten, denen eine aktuelle Einsch{\"a}tzung von Lehrenden und Studierenden der Hochschule gegen{\"u}bergestellt wird. Der Beitrag schließt mit einer Einbettung der vorgestellten Entwicklungen in einen gr{\"o}ßeren Kontext und einem Ausblick auf die weiterhin anstehenden Aufgaben.}, language = {de} } @phdthesis{Nordmann2020, author = {Nordmann, Paul-Patrick}, title = {Fehlerkorrektur von Speicherfehlern mit Low-Density-Parity-Check-Codes}, doi = {10.25932/publishup-48048}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-480480}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {IV, 99, XII}, year = {2020}, abstract = {Die Fehlerkorrektur in der Codierungstheorie besch{\"a}ftigt sich mit der Erkennung und Behebung von Fehlern bei der {\"U}bertragung und auch Sicherung von Nachrichten. Hierbei wird die Nachricht durch zus{\"a}tzliche Informationen in ein Codewort kodiert. Diese Kodierungsverfahren besitzen verschiedene Anspr{\"u}che, wie zum Beispiel die maximale Anzahl der zu korrigierenden Fehler und die Geschwindigkeit der Korrektur. Ein g{\"a}ngiges Codierungsverfahren ist der BCH-Code, welches industriell f{\"u}r bis zu vier Fehler korrigiere Codes Verwendung findet. Ein Nachteil dieser Codes ist die technische Durchlaufzeit f{\"u}r die Berechnung der Fehlerstellen mit zunehmender Codel{\"a}nge. Die Dissertation stellt ein neues Codierungsverfahren vor, bei dem durch spezielle Anordnung kleinere Codel{\"a}ngen eines BCH-Codes ein langer Code erzeugt wird. Diese Anordnung geschieht {\"u}ber einen weiteren speziellen Code, einem LDPC-Code, welcher f{\"u}r eine schneller Fehlererkennung konzipiert ist. Hierf{\"u}r wird ein neues Konstruktionsverfahren vorgestellt, welches einen Code f{\"u}r einen beliebige L{\"a}nge mit vorgebbaren beliebigen Anzahl der zu korrigierenden Fehler vorgibt. Das vorgestellte Konstruktionsverfahren erzeugt zus{\"a}tzlich zum schnellen Verfahren der Fehlererkennung auch eine leicht und schnelle Ableitung eines Verfahrens zu Kodierung der Nachricht zum Codewort. Dies ist in der Literatur f{\"u}r die LDPC-Codes bis zum jetzigen Zeitpunkt einmalig. Durch die Konstruktion eines LDPC-Codes wird ein Verfahren vorgestellt wie dies mit einem BCH-Code kombiniert wird, wodurch eine Anordnung des BCH-Codes in Bl{\"o}cken erzeugt wird. Neben der allgemeinen Beschreibung dieses Codes, wird ein konkreter Code f{\"u}r eine 2-Bitfehlerkorrektur beschrieben. Diese besteht aus zwei Teilen, welche in verschiedene Varianten beschrieben und verglichen werden. F{\"u}r bestimmte L{\"a}ngen des BCH-Codes wird ein Problem bei der Korrektur aufgezeigt, welche einer algebraischen Regel folgt. Der BCH-Code wird sehr allgemein beschrieben, doch existiert durch bestimmte Voraussetzungen ein BCH-Code im engerem Sinne, welcher den Standard vorgibt. Dieser BCH-Code im engerem Sinne wird in dieser Dissertation modifiziert, so dass das algebraische Problem bei der 2-Bitfehler Korrektur bei der Kombination mit dem LDPC-Code nicht mehr existiert. Es wird gezeigt, dass nach der Modifikation der neue Code weiterhin ein BCH-Code im allgemeinen Sinne ist, welcher 2-Bitfehler korrigieren und 3-Bitfehler erkennen kann. Bei der technischen Umsetzung der Fehlerkorrektur wird des Weiteren gezeigt, dass die Durchlaufzeiten des modifizierten Codes im Vergleich zum BCH-Code schneller ist und weiteres Potential f{\"u}r Verbesserungen besitzt. Im letzten Kapitel wird gezeigt, dass sich dieser modifizierte Code mit beliebiger L{\"a}nge eignet f{\"u}r die Kombination mit dem LDPC-Code, wodurch dieses Verfahren nicht nur umf{\"a}nglicher in der L{\"a}nge zu nutzen ist, sondern auch durch die schnellere Dekodierung auch weitere Vorteile gegen{\"u}ber einem BCH-Code im engerem Sinne besitzt.}, language = {de} } @phdthesis{Hecher2021, author = {Hecher, Markus}, title = {Advanced tools and methods for treewidth-based problem solving}, doi = {10.25932/publishup-51251}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-512519}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xv, 184}, year = {2021}, abstract = {In the last decades, there was a notable progress in solving the well-known Boolean satisfiability (Sat) problem, which can be witnessed by powerful Sat solvers. One of the reasons why these solvers are so fast are structural properties of instances that are utilized by the solver's interna. This thesis deals with the well-studied structural property treewidth, which measures the closeness of an instance to being a tree. In fact, there are many problems parameterized by treewidth that are solvable in polynomial time in the instance size when parameterized by treewidth. In this work, we study advanced treewidth-based methods and tools for problems in knowledge representation and reasoning (KR). Thereby, we provide means to establish precise runtime results (upper bounds) for canonical problems relevant to KR. Then, we present a new type of problem reduction, which we call decomposition-guided (DG) that allows us to precisely monitor the treewidth when reducing from one problem to another problem. This new reduction type will be the basis for a long-open lower bound result for quantified Boolean formulas and allows us to design a new methodology for establishing runtime lower bounds for problems parameterized by treewidth. Finally, despite these lower bounds, we provide an efficient implementation of algorithms that adhere to treewidth. Our approach finds suitable abstractions of instances, which are subsequently refined in a recursive fashion, and it uses Sat solvers for solving subproblems. It turns out that our resulting solver is quite competitive for two canonical counting problems related to Sat.}, language = {en} } @phdthesis{Moebert2021, author = {Moebert, Tobias}, title = {Zum Einfluss von Adaptivit{\"a}t auf die Wahrnehmung von Komplexit{\"a}t in der Mensch-Technik-Interaktion}, doi = {10.25932/publishup-49992}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-499926}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {449}, year = {2021}, abstract = {Wir leben in einer Gesellschaft, die von einem stetigen Wunsch nach Innovation und Fortschritt gepr{\"a}gt ist. Folgen dieses Wunsches sind die immer weiter fortschreitende Digitalisierung und informatische Vernetzung aller Lebensbereiche, die so zu immer komplexeren sozio-technischen Systemen f{\"u}hren. Ziele dieser Systeme sind u. a. die Unterst{\"u}tzung von Menschen, die Verbesserung ihrer Lebenssituation oder Lebensqualit{\"a}t oder die Erweiterung menschlicher M{\"o}glichkeiten. Doch haben neue komplexe technische Systeme nicht nur positive soziale und gesellschaftliche Effekte. Oft gibt es unerw{\"u}nschte Nebeneffekte, die erst im Gebrauch sichtbar werden, und sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen komplexer vernetzter Technologien f{\"u}hlen sich oft orientierungslos. Die Folgen k{\"o}nnen von sinkender Akzeptanz bis hin zum kompletten Verlust des Vertrauens in vernetze Softwaresysteme reichen. Da komplexe Anwendungen, und damit auch immer komplexere Mensch-Technik-Interaktionen, immer mehr an Relevanz gewinnen, ist es umso wichtiger, wieder Orientierung zu finden. Dazu m{\"u}ssen wir zuerst diejenigen Elemente identifizieren, die in der Interaktion mit vernetzten sozio-technischen Systemen zu Komplexit{\"a}t beitragen und somit Orientierungsbedarf hervorrufen. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um ein strukturiertes Reflektieren {\"u}ber die Komplexit{\"a}t vernetzter sozio-technischer Systeme im gesamten Konstruktionsprozess zu erm{\"o}glichen. Dazu wird zuerst eine Definition von Komplexit{\"a}t und komplexen Systemen erarbeitet, die {\"u}ber das informatische Verst{\"a}ndnis von Komplexit{\"a}t (also der Kompliziertheit von Problemen, Algorithmen oder Daten) hinausgeht. Im Vordergrund soll vielmehr die sozio-technische Interaktion mit und in komplexen vernetzten Systemen stehen. Basierend auf dieser Definition wird dann ein Analysewerkzeug entwickelt, welches es erm{\"o}glicht, die Komplexit{\"a}t in der Interaktion mit sozio-technischen Systemen sichtbar und beschreibbar zu machen. Ein Bereich, in dem vernetzte sozio-technische Systeme zunehmenden Einzug finden, ist jener digitaler Bildungstechnologien. Besonders adaptiven Bildungstechnologien wurde in den letzten Jahrzehnten ein großes Potential zugeschrieben. Zwei adaptive Lehr- bzw. Trainingssysteme sollen deshalb exemplarisch mit dem in dieser Arbeit entwickelten Analysewerkzeug untersucht werden. Hierbei wird ein besonderes Augenmerkt auf den Einfluss von Adaptivit{\"a}t auf die Komplexit{\"a}t von Mensch-Technik-Interaktionssituationen gelegt. In empirischen Untersuchungen werden die Erfahrungen von Konstrukteur*innen und Nutzer*innen jener adaptiver Systeme untersucht, um so die entscheidenden Kriterien f{\"u}r Komplexit{\"a}t ermitteln zu k{\"o}nnen. Auf diese Weise k{\"o}nnen zum einen wiederkehrende Orientierungsfragen bei der Entwicklung adaptiver Bildungstechnologien aufgedeckt werden. Zum anderen werden als komplex wahrgenommene Interaktionssituationen identifiziert. An diesen Situationen kann gezeigt werden, wo aufgrund der Komplexit{\"a}t des Systems die etablierten Alltagsroutinen von Nutzenden nicht mehr ausreichen, um die Folgen der Interaktion mit dem System vollst{\"a}ndig erfassen zu k{\"o}nnen. Dieses Wissen kann sowohl Konstrukteur*innen als auch Nutzer*innen helfen, in Zukunft besser mit der inh{\"a}renten Komplexit{\"a}t moderner Bildungstechnologien umzugehen.}, language = {de} } @phdthesis{Dehne2021, author = {Dehne, Julian}, title = {M{\"o}glichkeiten und Limitationen der medialen Unterst{\"u}tzung forschenden Lernens}, doi = {10.25932/publishup-49789}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-497894}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xvii, 404}, year = {2021}, abstract = {Forschendes Lernen und die digitale Transformation sind zwei der wichtigsten Einfl{\"u}sse auf die Entwicklung der Hochschuldidaktik im deutschprachigen Raum. W{\"a}hrend das forschende Lernen als normative Theorie das sollen beschreibt, geben die digitalen Werkzeuge, alte wie neue, das k{\"o}nnen in vielen Bereichen vor. In der vorliegenden Arbeit wird ein Prozessmodell aufgestellt, was den Versuch unternimmt, das forschende Lernen hinsichtlich interaktiver, gruppenbasierter Prozesse zu systematisieren. Basierend auf dem entwickelten Modell wurde ein Softwareprototyp implementiert, der den gesamten Forschungsprozess begleiten kann. Dabei werden Gruppenformation, Feedback- und Reflexionsprozesse und das Peer Assessment mit Bildungstechnologien unterst{\"u}tzt. Die Entwicklungen wurden in einem qualitativen Experiment eingesetzt, um Systemwissen {\"u}ber die M{\"o}glichkeiten und Grenzen der digitalen Unterst{\"u}tzung von forschendem Lernen zu gewinnen.}, language = {de} } @phdthesis{Hitz2021, author = {Hitz, Michael}, title = {Modellierung und Generierung kombinierbarer Benutzungsschnittstellenvarianten und deren gemeinschaftliche Nutzung in Dienst-Ökosystemen}, doi = {10.25932/publishup-50022}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-500224}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {viii, 313}, year = {2021}, abstract = {Digitalisierung erm{\"o}glicht es uns, mit Partnern (z.B. Unternehmen, Institutionen) in einer IT-unterst{\"u}tzten Umgebung zu interagieren und T{\"a}tigkeiten auszuf{\"u}hren, die vormals manuell erledigt wurden. Ein Ziel der Digitalisierung ist dabei, Dienstleistungen unterschiedlicher fachlicher Dom{\"a}nen zu Prozessen zu kombinieren und vielen Nutzergruppen bedarfsgerecht zug{\"a}nglich zu machen. Hierzu stellen Anbieter technische Dienste bereit, die in unterschiedliche Anwendungen integriert werden k{\"o}nnen. Die Digitalisierung stellt die Anwendungsentwicklung vor neue Herausforderungen. Ein Aspekt ist die bedarfsgerechte Anbindung von Nutzern an Dienste. Zur Interaktion menschlicher Nutzer mit den Diensten werden Benutzungsschnittstellen ben{\"o}tigt, die auf deren Bed{\"u}rfnisse zugeschnitten sind. Hierzu werden Varianten f{\"u}r spezifische Nutzergruppen (fachliche Varianten) und variierende Umgebungen (technische Varianten) ben{\"o}tigt. Zunehmend m{\"u}ssen diese mit Diensten anderer Anbieter kombiniert werden k{\"o}nnen, um dom{\"a}nen{\"u}bergreifend Prozesse zu Anwendungen mit einem erh{\"o}hten Mehrwert f{\"u}r den Endnutzer zu verkn{\"u}pfen (z.B. eine Flugbuchung mit einer optionalen Reiseversicherung). Die Vielf{\"a}ltigkeit der Varianten l{\"a}sst die Erstellung von Benutzungsschnittstellen komplex und die Ergebnisse sehr individuell erscheinen. Daher werden die Varianten in der Praxis vorwiegend manuell erstellt. Dies f{\"u}hrt zur parallelen Entwicklung einer Vielzahl sehr {\"a}hnlicher Anwendungen, die nur geringes Potential zur Wiederverwendung besitzen. Die Folge sind hohe Aufw{\"a}nde bei Erstellung und Wartung. Dadurch wird h{\"a}ufig auf die Unterst{\"u}tzung kleiner Nutzerkreise mit speziellen Anforderungen verzichtet (z.B. Menschen mit physischen Einschr{\"a}nkungen), sodass diese weiterhin von der Digitalisierung ausgeschlossen bleiben. Die Arbeit stellt eine konsistente L{\"o}sung f{\"u}r diese neuen Herausforderungen mit den Mitteln der modellgetriebenen Entwicklung vor. Sie präsentiert einen Ansatz zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen und deren automatischer Generierung f{\"u}r digitale Dienste in einem verteilten Umfeld. Die Arbeit schafft eine L{\"o}sung zur Wiederverwendung und gemeinschaftlichen Nutzung von Benutzungsschnittstellen {\"u}ber Anbietergrenzen hinweg. Sie f{\"u}hrt zu einer Infrastruktur, in der eine Vielzahl von Anbietern ihre Expertise in gemeinschaftliche Anwendungen einbringen k{\"o}nnen. Die Beitr{\"a}ge bestehen im Einzelnen in Konzepten und Metamodellen zur Modellierung von Benutzungsschnittstellen, Varianten und Kompositionen sowie einem Verfahren zu deren vollst{\"a}ndig automatisierten Transformation in funktionale Benutzungsschnittstellen. Zur Umsetzung der gemeinschaftlichen Nutzbarkeit werden diese erg{\"a}nzt um eine universelle Repr{\"a}sentation der Modelle, einer Methodik zur Anbindung unterschiedlicher Dienst-Anbieter sowie einer Architektur zur verteilten Nutzung der Artefakte und Verfahren in einer dienstorientierten Umgebung. Der Ansatz bietet die Chance, unterschiedlichste Menschen bedarfsgerecht an der Digitalisierung teilhaben zu lassen. Damit setzt die Arbeit Impulse f{\"u}r zuk{\"u}nftige Methoden zur Anwendungserstellung in einem zunehmend vielf{\"a}ltigen Umfeld.}, language = {de} } @misc{Reuss2021, type = {Master Thesis}, author = {Reuß, Florian}, title = {Entwicklung eines Prototyps einer Lernumgebung f{\"u}r interaktive Funktionsanalyse-{\"U}bungen nach einem Gamification- Ansatz}, doi = {10.25932/publishup-51904}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-519041}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {VII, 71}, year = {2021}, abstract = {In vielen Studieng{\"a}ngen kommt es durch die oft heterogenen Vorkenntnisse in der Studieneingangsphase zu mangelnder Motivation durch {\"U}ber- oder Unterforderung. Dieses Problem tritt auch in der musiktheoretischen Grundausbildung an Hochschulen auf. Durch Einsatz von Elementen, die aus dem Unterhaltungskontext gel{\"a}ufig sind, kann eine Steigerung der Motivation erreicht werden. Die Nutzung solcher Elemente wird als Gamification bezeichnet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, am Fallbeispiel der musiktheoretischen Grundausbildung zu analysieren, ob Lerngelegenheiten durch einen gamifizierten interaktiven Prototyp einer Lernumgebung unterst{\"u}tzt werden k{\"o}nnen. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Inwieweit wirkt Gamification auf die Motivation bei den Lernenden zur Besch{\"a}ftigung mit dem Thema (musikalische) Funktionsanalyse? Um die Forschungsfragen zu beantworten, wurde zun{\"a}chst ein systematisches, theoriegeleitetes Vorgehensmodell zur Gamification von Lernumgebungen entwickelt und angewandt. Der so entstandene Prototyp wurde anschließend um alle Game-Design-Elemente reduziert und im Rahmen einer experimentellen Studie mit zwei unabh{\"a}ngigen Versuchsgruppen mit der gamifizierten Variante verglichen. Die Untersuchung zeigte, dass die Gamification einer Lernanwendung nach dem entwickelten Vorgehensmodell grunds{\"a}tzlich das Potenzial besitzt, manche Aspekte des Nutzungserlebnisses (UX) positiv zu beeinflussen. Insbesondere hatte die Gamification positive Effekte auf die Joy of Use und die Immersivit{\"a}t. Allerdings blieb das Ausmaß der beobachteten Effekte deutlich hinter den Erwartungen zur{\"u}ck, die auf Basis verschiedener Motivationstheorien getroffen wurden. Daher erscheint Gamification besonders in außeruniversit{\"a}ren Kontexten vielversprechend, in denen der Fokus auf einer Erh{\"o}hung der Joy of Use oder einer Steigerung der Immersivit{\"a}t liegt. Allerdings lassen sich durch die Untersuchung neue Erkenntnisse zur emotionalen Wirkung von Gamification und zu einem systematischen Vorgehen bei der Gamification von Lernanwendungen herausstellen. Weiterf{\"u}hrende Forschung k{\"o}nnte an diese Erkenntnisse ankn{\"u}pfen, indem sie die emotionale Wirkung von Gamification und deren Einfluss auf die Motivation n{\"a}her untersucht. Dar{\"u}ber hinaus sollte sie Gamification auch aus einer entscheidungstheoretischen Perspektive betrachten und Analysemethoden entwickeln, mit denen entschieden werden kann, ob der Einsatz von Gamification zur Motivationssteigerung in einem spezifischen Anwendungsfall zielf{\"u}hrend ist. Unter Verwendung des entwickelten Vorgehensmodells kann es sinnvoll sein, n{\"a}her zu untersuchen, welche Faktoren insgesamt f{\"u}r das Gelingen einer Gamification-Maßnahme in Bildungskontexten entscheidend sind. Die Erkenntnisse einer solchen Untersuchung k{\"o}nnten entscheidend zur Verbesserung und Validierung des Vorgehensmodells beitragen. }, language = {de} } @phdthesis{Zoerner2021, author = {Zoerner, Dietmar}, title = {F{\"o}rderung von Aufmerksamkeit und Motivationserhalt durch digitale spielbasierte Lernsysteme mit spezifischer Eignung bei Autismus}, doi = {10.25932/publishup-52372}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-523725}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xvi, 324}, year = {2021}, abstract = {Institutionelle Bildung ist f{\"u}r autistische Lernende mit vielgestaltigen und spezifischen Hindernissen verbunden. Dies gilt insbesondere im Zusammenhang mit Inklusion, deren Relevanz nicht zuletzt durch das {\"U}bereinkommen der Vereinten Nationen {\"u}ber die Rechte von Menschen mit Behinderung gegeben ist. Diese Arbeit diskutiert zahlreiche lernrelevante Besonderheiten im Kontext von Autismus und zeigt Diskrepanzen zu den nicht immer ausreichend angemessenen institutionellen Lehrkonzepten. Eine zentrale These ist hierbei, dass die ungew{\"o}hnlich intensive Aufmerksamkeit von Autist*innen f{\"u}r ihre Spezialinteressen daf{\"u}r genutzt werden kann, das Lernen mit fremdgestellten Inhalten zu erleichtern. Darauf aufbauend werden L{\"o}sungsans{\"a}tze diskutiert, welche in einem neuartigen Konzept f{\"u}r ein digitales mehrger{\"a}tebasiertes Lernspiel resultieren. Eine wesentliche Herausforderung bei der Konzeption spielbasierten Lernens besteht in der ad{\"a}quaten Einbindung von Lerninhalten in einen fesselnden narrativen Kontext. Am Beispiel von {\"U}bungen zur emotionalen Deutung von Mimik, welche f{\"u}r das Lernen von sozioemotionalen Kompetenzen besonders im Rahmen von Therapiekonzepten bei Autismus Verwendung finden, wird eine angemessene Narration vorgestellt, welche die st{\"o}rungsarme Einbindung dieser sehr speziellen Lerninhalte erm{\"o}glicht. Die Effekte der einzelnen Konzeptionselemente werden anhand eines prototypisch entwickelten Lernspiels untersucht. Darauf aufbauend zeigt eine quantitative Studie die gute Akzeptanz und Nutzerfreundlichkeit des Spiels und belegte vor allem die Verst{\"a}ndlichkeit der Narration und der Spielelemente. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der minimalinvasiven Untersuchung m{\"o}glicher St{\"o}rungen des Spielerlebnisses durch den Wechsel zwischen verschiedenen Endger{\"a}ten, f{\"u}r die ein innovatives Messverfahren entwickelt wurde. Im Ergebnis beleuchtet diese Arbeit die Bedeutung und die Grenzen von spielbasierten Ans{\"a}tzen f{\"u}r autistische Lernende. Ein großer Teil der vorgestellten Konzepte l{\"a}sst sich auf andersartige Lernszenarien {\"u}bertragen. Das daf{\"u}r entwickelte technische Framework zur Realisierung narrativer Lernpfade ist ebenfalls darauf vorbereitet, f{\"u}r weitere Lernszenarien, gerade auch im institutionellen Kontext, Verwendung zu finden.}, language = {de} } @phdthesis{Weise2021, author = {Weise, Matthias}, title = {Auswahl von Selektions- und Manipulationstechniken f{\"u}r Virtual Reality-Anwendungen}, doi = {10.25932/publishup-53458}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534586}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {iii, 218}, year = {2021}, abstract = {Die stetige Weiterentwicklung von VR-Systemen bietet neue M{\"o}glichkeiten der Interaktion mit virtuellen Objekten im dreidimensionalen Raum, stellt Entwickelnde von VRAnwendungen aber auch vor neue Herausforderungen. Selektions- und Manipulationstechniken m{\"u}ssen unter Ber{\"u}cksichtigung des Anwendungsszenarios, der Zielgruppe und der zur Verf{\"u}gung stehenden Ein- und Ausgabeger{\"a}te ausgew{\"a}hlt werden. Diese Arbeit leistet einen Beitrag dazu, die Auswahl von passenden Interaktionstechniken zu unterst{\"u}tzen. Hierf{\"u}r wurde eine repr{\"a}sentative Menge von Selektions- und Manipulationstechniken untersucht und, unter Ber{\"u}cksichtigung existierender Klassifikationssysteme, eine Taxonomie entwickelt, die die Analyse der Techniken hinsichtlich interaktionsrelevanter Eigenschaften erm{\"o}glicht. Auf Basis dieser Taxonomie wurden Techniken ausgew{\"a}hlt, die in einer explorativen Studie verglichen wurden, um R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Dimensionen der Taxonomie zu ziehen und neue Indizien f{\"u}r Vor- und Nachteile der Techniken in spezifischen Anwendungsszenarien zu generieren. Die Ergebnisse der Arbeit m{\"u}nden in eine Webanwendung, die Entwickelnde von VR-Anwendungen gezielt dabei unterst{\"u}tzt, passende Selektions- und Manipulationstechniken f{\"u}r ein Anwendungsszenario auszuw{\"a}hlen, indem Techniken auf Basis der Taxonomie gefiltert und unter Verwendung der Resultate aus der Studie sortiert werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @phdthesis{Sahlmann2021, author = {Sahlmann, Kristina}, title = {Network management with semantic descriptions for interoperability on the Internet of Things}, doi = {10.25932/publishup-52984}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-529846}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {x, 272}, year = {2021}, abstract = {The Internet of Things (IoT) is a system of physical objects that can be discovered, monitored, controlled, or interacted with by electronic devices that communicate over various networking interfaces and eventually can be connected to the wider Internet. [Guinard and Trifa, 2016]. IoT devices are equipped with sensors and/or actuators and may be constrained in terms of memory, computational power, network bandwidth, and energy. Interoperability can help to manage such heterogeneous devices. Interoperability is the ability of different types of systems to work together smoothly. There are four levels of interoperability: physical, network and transport, integration, and data. The data interoperability is subdivided into syntactic and semantic data. Semantic data describes the meaning of data and the common understanding of vocabulary e.g. with the help of dictionaries, taxonomies, ontologies. To achieve interoperability, semantic interoperability is necessary. Many organizations and companies are working on standards and solutions for interoperability in the IoT. However, the commercial solutions produce a vendor lock-in. They focus on centralized approaches such as cloud-based solutions. This thesis proposes a decentralized approach namely Edge Computing. Edge Computing is based on the concepts of mesh networking and distributed processing. This approach has an advantage that information collection and processing are placed closer to the sources of this information. The goals are to reduce traffic, latency, and to be robust against a lossy or failed Internet connection. We see management of IoT devices from the network configuration management perspective. This thesis proposes a framework for network configuration management of heterogeneous, constrained IoT devices by using semantic descriptions for interoperability. The MYNO framework is an acronym for MQTT, YANG, NETCONF and Ontology. The NETCONF protocol is the IETF standard for network configuration management. The MQTT protocol is the de-facto standard in the IoT. We picked up the idea of the NETCONF-MQTT bridge, originally proposed by Scheffler and Bonneß[2017], and extended it with semantic device descriptions. These device descriptions provide a description of the device capabilities. They are based on the oneM2M Base ontology and formalized by the Semantic Web Standards. The novel approach is using a ontology-based device description directly on a constrained device in combination with the MQTT protocol. The bridge was extended in order to query such descriptions. Using a semantic annotation, we achieved that the device capabilities are self-descriptive, machine readable and re-usable. The concept of a Virtual Device was introduced and implemented, based on semantic device descriptions. A Virtual Device aggregates the capabilities of all devices at the edge network and contributes therefore to the scalability. Thus, it is possible to control all devices via a single RPC call. The model-driven NETCONF Web-Client is generated automatically from this YANG model which is generated by the bridge based on the semantic device description. The Web-Client provides a user-friendly interface, offers RPC calls and displays sensor values. We demonstrate the feasibility of this approach in different use cases: sensor and actuator scenarios, as well as event configuration and triggering. The semantic approach results in increased memory overhead. Therefore, we evaluated CBOR and RDF HDT for optimization of ontology-based device descriptions for use on constrained devices. The evaluation shows that CBOR is not suitable for long strings and RDF HDT is a promising candidate but is still a W3C Member Submission. Finally, we used an optimized JSON-LD format for the syntax of the device descriptions. One of the security tasks of network management is the distribution of firmware updates. The MYNO Update Protocol (MUP) was developed and evaluated on constrained devices CC2538dk and 6LoWPAN. The MYNO update process is focused on freshness and authenticity of the firmware. The evaluation shows that it is challenging but feasible to bring the firmware updates to constrained devices using MQTT. As a new requirement for the next MQTT version, we propose to add a slicing feature for the better support of constrained devices. The MQTT broker should slice data to the maximum packet size specified by the device and transfer it slice-by-slice. For the performance and scalability evaluation of MYNO framework, we setup the High Precision Agriculture demonstrator with 10 ESP-32 NodeMCU boards at the edge of the network. The ESP-32 NodeMCU boards, connected by WLAN, were equipped with six sensors and two actuators. The performance evaluation shows that the processing of ontology-based descriptions on a Raspberry Pi 3B with the RDFLib is a challenging task regarding computational power. Nevertheless, it is feasible because it must be done only once per device during the discovery process. The MYNO framework was tested with heterogeneous devices such as CC2538dk from Texas Instruments, Arduino Y{\´u}n Rev 3, and ESP-32 NodeMCU, and IP-based networks such as 6LoWPAN and WLAN. Summarizing, with the MYNO framework we could show that the semantic approach on constrained devices is feasible in the IoT.}, language = {en} } @phdthesis{Andjelkovic2021, author = {Andjelkovic, Marko}, title = {A methodology for characterization, modeling and mitigation of single event transient effects in CMOS standard combinational cells}, doi = {10.25932/publishup-53484}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-534843}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xxiv, 216}, year = {2021}, abstract = {With the downscaling of CMOS technologies, the radiation-induced Single Event Transient (SET) effects in combinational logic have become a critical reliability issue for modern integrated circuits (ICs) intended for operation under harsh radiation conditions. The SET pulses generated in combinational logic may propagate through the circuit and eventually result in soft errors. It has thus become an imperative to address the SET effects in the early phases of the radiation-hard IC design. In general, the soft error mitigation solutions should accommodate both static and dynamic measures to ensure the optimal utilization of available resources. An efficient soft-error-aware design should address synergistically three main aspects: (i) characterization and modeling of soft errors, (ii) multi-level soft error mitigation, and (iii) online soft error monitoring. Although significant results have been achieved, the effectiveness of SET characterization methods, accuracy of predictive SET models, and efficiency of SET mitigation measures are still critical issues. Therefore, this work addresses the following topics: (i) Characterization and modeling of SET effects in standard combinational cells, (ii) Static mitigation of SET effects in standard combinational cells, and (iii) Online particle detection, as a support for dynamic soft error mitigation. Since the standard digital libraries are widely used in the design of radiation-hard ICs, the characterization of SET effects in standard cells and the availability of accurate SET models for the Soft Error Rate (SER) evaluation are the main prerequisites for efficient radiation-hard design. This work introduces an approach for the SPICE-based standard cell characterization with the reduced number of simulations, improved SET models and optimized SET sensitivity database. It has been shown that the inherent similarities in the SET response of logic cells for different input levels can be utilized to reduce the number of required simulations. Based on characterization results, the fitting models for the SET sensitivity metrics (critical charge, generated SET pulse width and propagated SET pulse width) have been developed. The proposed models are based on the principle of superposition, and they express explicitly the dependence of the SET sensitivity of individual combinational cells on design, operating and irradiation parameters. In contrast to the state-of-the-art characterization methodologies which employ extensive look-up tables (LUTs) for storing the simulation results, this work proposes the use of LUTs for storing the fitting coefficients of the SET sensitivity models derived from the characterization results. In that way the amount of characterization data in the SET sensitivity database is reduced significantly. The initial step in enhancing the robustness of combinational logic is the application of gate-level mitigation techniques. As a result, significant improvement of the overall SER can be achieved with minimum area, delay and power overheads. For the SET mitigation in standard cells, it is essential to employ the techniques that do not require modifying the cell structure. This work introduces the use of decoupling cells for improving the robustness of standard combinational cells. By insertion of two decoupling cells at the output of a target cell, the critical charge of the cell's output node is increased and the attenuation of short SETs is enhanced. In comparison to the most common gate-level techniques (gate upsizing and gate duplication), the proposed approach provides better SET filtering. However, as there is no single gate-level mitigation technique with optimal performance, a combination of multiple techniques is required. This work introduces a comprehensive characterization of gate-level mitigation techniques aimed to quantify their impact on the SET robustness improvement, as well as introduced area, delay and power overhead per gate. By characterizing the gate-level mitigation techniques together with the standard cells, the required effort in subsequent SER analysis of a target design can be reduced. The characterization database of the hardened standard cells can be utilized as a guideline for selection of the most appropriate mitigation solution for a given design. As a support for dynamic soft error mitigation techniques, it is important to enable the online detection of energetic particles causing the soft errors. This allows activating the power-greedy fault-tolerant configurations based on N-modular redundancy only at the high radiation levels. To enable such a functionality, it is necessary to monitor both the particle flux and the variation of particle LET, as these two parameters contribute significantly to the system SER. In this work, a particle detection approach based on custom-sized pulse stretching inverters is proposed. Employing the pulse stretching inverters connected in parallel enables to measure the particle flux in terms of the number of detected SETs, while the particle LET variations can be estimated from the distribution of SET pulse widths. This approach requires a purely digital processing logic, in contrast to the standard detectors which require complex mixed-signal processing. Besides the possibility of LET monitoring, additional advantages of the proposed particle detector are low detection latency and power consumption, and immunity to error accumulation. The results achieved in this thesis can serve as a basis for establishment of an overall soft-error-aware database for a given digital library, and a comprehensive multi-level radiation-hard design flow that can be implemented with the standard IC design tools. The following step will be to evaluate the achieved results with the irradiation experiments.}, language = {en} } @phdthesis{Boeken2022, author = {B{\"o}ken, Bj{\"o}rn}, title = {Improving prediction accuracy using dynamic information}, doi = {10.25932/publishup-58512}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-585125}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xii, 160}, year = {2022}, abstract = {Accurately solving classification problems nowadays is likely to be the most relevant machine learning task. Binary classification separating two classes only is algorithmically simpler but has fewer potential applications as many real-world problems are multi-class. On the reverse, separating only a subset of classes simplifies the classification task. Even though existing multi-class machine learning algorithms are very flexible regarding the number of classes, they assume that the target set Y is fixed and cannot be restricted once the training is finished. On the other hand, existing state-of-the-art production environments are becoming increasingly interconnected with the advance of Industry 4.0 and related technologies such that additional information can simplify the respective classification problems. In light of this, the main aim of this thesis is to introduce dynamic classification that generalizes multi-class classification such that the target class set can be restricted arbitrarily to a non-empty class subset M of Y at any time between two consecutive predictions. This task is solved by a combination of two algorithmic approaches. First, classifier calibration, which transforms predictions into posterior probability estimates that are intended to be well calibrated. The analysis provided focuses on monotonic calibration and in particular corrects wrong statements that appeared in the literature. It also reveals that bin-based evaluation metrics, which became popular in recent years, are unjustified and should not be used at all. Next, the validity of Platt scaling, which is the most relevant parametric calibration approach, is analyzed in depth. In particular, its optimality for classifier predictions distributed according to four different families of probability distributions as well its equivalence with Beta calibration up to a sigmoidal preprocessing are proven. For non-monotonic calibration, extended variants on kernel density estimation and the ensemble method EKDE are introduced. Finally, the calibration techniques are evaluated using a simulation study with complete information as well as on a selection of 46 real-world data sets. Building on this, classifier calibration is applied as part of decomposition-based classification that aims to reduce multi-class problems to simpler (usually binary) prediction tasks. For the involved fusing step performed at prediction time, a new approach based on evidence theory is presented that uses classifier calibration to model mass functions. This allows the analysis of decomposition-based classification against a strictly formal background and to prove closed-form equations for the overall combinations. Furthermore, the same formalism leads to a consistent integration of dynamic class information, yielding a theoretically justified and computationally tractable dynamic classification model. The insights gained from this modeling are combined with pairwise coupling, which is one of the most relevant reduction-based classification approaches, such that all individual predictions are combined with a weight. This not only generalizes existing works on pairwise coupling but also enables the integration of dynamic class information. Lastly, a thorough empirical study is performed that compares all newly introduced approaches to existing state-of-the-art techniques. For this, evaluation metrics for dynamic classification are introduced that depend on corresponding sampling strategies. Thereafter, these are applied during a three-part evaluation. First, support vector machines and random forests are applied on 26 data sets from the UCI Machine Learning Repository. Second, two state-of-the-art deep neural networks are evaluated on five benchmark data sets from a relatively recent reference work. Here, computationally feasible strategies to apply the presented algorithms in combination with large-scale models are particularly relevant because a naive application is computationally intractable. Finally, reference data from a real-world process allowing the inclusion of dynamic class information are collected and evaluated. The results show that in combination with support vector machines and random forests, pairwise coupling approaches yield the best results, while in combination with deep neural networks, differences between the different approaches are mostly small to negligible. Most importantly, all results empirically confirm that dynamic classification succeeds in improving the respective prediction accuracies. Therefore, it is crucial to pass dynamic class information in respective applications, which requires an appropriate digital infrastructure.}, language = {en} } @misc{PrasseIversenLienhardetal.2022, author = {Prasse, Paul and Iversen, Pascal and Lienhard, Matthias and Thedinga, Kristina and Herwig, Ralf and Scheffer, Tobias}, title = {Pre-Training on In Vitro and Fine-Tuning on Patient-Derived Data Improves Deep Neural Networks for Anti-Cancer Drug-Sensitivity Prediction}, series = {Zweitver{\"o}ffentlichungen der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Zweitver{\"o}ffentlichungen der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-57734}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-577341}, pages = {1 -- 14}, year = {2022}, abstract = {Large-scale databases that report the inhibitory capacities of many combinations of candidate drug compounds and cultivated cancer cell lines have driven the development of preclinical drug-sensitivity models based on machine learning. However, cultivated cell lines have devolved from human cancer cells over years or even decades under selective pressure in culture conditions. Moreover, models that have been trained on in vitro data cannot account for interactions with other types of cells. Drug-response data that are based on patient-derived cell cultures, xenografts, and organoids, on the other hand, are not available in the quantities that are needed to train high-capacity machine-learning models. We found that pre-training deep neural network models of drug sensitivity on in vitro drug-sensitivity databases before fine-tuning the model parameters on patient-derived data improves the models' accuracy and improves the biological plausibility of the features, compared to training only on patient-derived data. From our experiments, we can conclude that pre-trained models outperform models that have been trained on the target domains in the vast majority of cases.}, language = {en} } @misc{AlLabanRegerLucke2022, author = {Al Laban, Firas and Reger, Martin and Lucke, Ulrike}, title = {Closing the Policy Gap in the Academic Bridge}, series = {Zweitver{\"o}ffentlichungen der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, journal = {Zweitver{\"o}ffentlichungen der Universit{\"a}t Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe}, number = {1310}, issn = {1866-8372}, doi = {10.25932/publishup-58357}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583572}, pages = {22}, year = {2022}, abstract = {The highly structured nature of the educational sector demands effective policy mechanisms close to the needs of the field. That is why evidence-based policy making, endorsed by the European Commission under Erasmus+ Key Action 3, aims to make an alignment between the domains of policy and practice. Against this background, this article addresses two issues: First, that there is a vertical gap in the translation of higher-level policies to local strategies and regulations. Second, that there is a horizontal gap between educational domains regarding the policy awareness of individual players. This was analyzed in quantitative and qualitative studies with domain experts from the fields of virtual mobility and teacher training. From our findings, we argue that the combination of both gaps puts the academic bridge from secondary to tertiary education at risk, including the associated knowledge proficiency levels. We discuss the role of digitalization in the academic bridge by asking the question: which value does the involved stakeholders expect from educational policies? As a theoretical basis, we rely on the model of value co-creation for and by stakeholders. We describe the used instruments along with the obtained results and proposed benefits. Moreover, we reflect on the methodology applied, and we finally derive recommendations for future academic bridge policies.}, language = {en} } @misc{Cichalla2022, type = {Master Thesis}, author = {Cichalla, Anika Katleen}, title = {Ein konstruktivistisches Modell f{\"u}r die Didaktik der Informatik im Bachelorstudium}, doi = {10.25932/publishup-55071}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-550710}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {66}, year = {2022}, abstract = {Lehrende in der Lehrkr{\"a}fteausbildung sind stets damit konfrontiert, dass sie den Studierenden innovative Methoden modernen Schulunterrichts traditionell rezipierend vorstellen. In Deutschland gibt es circa 40 Universit{\"a}ten, die Informatik mit Lehramtsbezug ausbilden. Allerdings gibt es nur wenige Konzepte, die sich mit der Verbindung von Bildungswissenschaften und der Informatik mit ihrer Didaktik besch{\"a}ftigen und keine Konzepte, die eine konstruktivistische Lehre in der Informatik verfolgen. Daher zielt diese Masterarbeit darauf ab, diese L{\"u}cke aufgreifen und anhand des „Didaktik der Informatik I" Moduls der Universit{\"a}t Potsdam ein Modell zur konstruktivistischen Hochschullehre zu entwickeln. Dabei soll ein bestehendes konstruktivistisches Lehrmodell auf die Informatikdidaktik {\"u}bertragen und Elemente zur Verbindung von Bildungswissenschaften, Fachwissenschaften und Fachdidaktiken mit einbezogen werden. Dies kann eine Grundlage f{\"u}r die Planung von Informatikdidaktischen Modulen bieten, aber auch als Inspiration zur {\"U}bertragung bestehender innovativer Lehrkonzepte auf andere Fachdidaktiken dienen. Um ein solches konstruktivistisches Lehr-Lern-Modell zu erstellen, wird zun{\"a}chst der Zusammenhang von Bildungswissenschaften, Fachwissenschaften und Fachdidaktiken erl{\"a}utert und anschließend die Notwendigkeit einer Vernetzung hervorgehoben. Hieran folgt eine Darstellung zu relevanten Lerntheorien und bereits entwickelten innovativen Lernkonzepten. Ankn{\"u}pfend wird darauf eingegangen, welche Anforderungen die Kultusminister- Konferenz an die Ausbildung von Lehrkr{\"a}ften stellt und wie diese Ausbildung f{\"u}r die Informatik momentan an der Universit{\"a}t Potsdam erfolgt. Aus allen Erkenntnissen heraus werden Anforderungen an ein konstruktivistisches Lehrmodell festgelegt. Unter Ber{\"u}cksichtigung der Voraussetzungen der Studienordnung f{\"u}r das Lehramt Informatik wird anschließend ein Modell f{\"u}r konstruktivistische Informatikdidaktik vorgestellt. Weiterf{\"u}hrende Forschung k{\"o}nnte sich damit auseinandersetzen, inwiefern sich die Motivation und Leistung im vergleich zum urspr{\"u}nglichen Modul {\"a}ndert und ob die Kompetenzen zur Unterrichtsplanung und Unterrichtsgestaltung durch das neue Modulkonzept st{\"a}rker ausgebaut werden k{\"o}nnen.}, language = {de} } @masterthesis{Repp2023, type = {Bachelor Thesis}, author = {Repp, Leo}, title = {Extending the automatic theorem prover nanoCoP with arithmetic procedures}, doi = {10.25932/publishup-57619}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-576195}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {52}, year = {2023}, abstract = {In dieser Bachelorarbeit implementiere ich den automatischen Theorembeweiser nanoCoP-Ω. Es handelt sich bei diesem neuen System um das Ergebnis einer Portierung von Arithmetik-behandelnden Prozeduren aus dem automatischen Theorembeweiser mit Arithmetik leanCoP-Ω in das System nanoCoP 2.0. Dazu wird zuerst der mathematische Hintergrund zu automatischen Theorembeweisern und Arithmetik gegeben. Ich stelle die Vorg{\"a}ngerprojekte leanCoP, nanoCoP und leanCoP-Ω vor, auf dessen Vorlage nanoCoP-Ω entwickelt wurde. Es folgt eine ausf{\"u}hrliche Erkl{\"a}rung der Konzepte, um welche der nicht-klausale Konnektionskalk{\"u}l erweitert werden muss, um eine Behandlung von arithmetischen Ausdr{\"u}cken und Gleichheiten in den Kalk{\"u}l zu integrieren, sowie eine Beschreibung der Implementierung dieser Konzepte in nanoCoP-Ω. Als letztes folgt eine experimentelle Evaluation von nanoCoP-Ω. Es wurde ein ausf{\"u}hrlicher Vergleich von Laufzeit und Anzahl gel{\"o}ster Probleme im Vergleich zum {\"a}hnlich aufgebauten Theorembeweiser leanCoP-Ω auf Basis der TPTP-Benchmark durchgef{\"u}hrt. Ich komme zu dem Ergebnis, dass nanoCoP-Ω deutlich schneller ist als leanCoP-Ω ist, jedoch weniger gut geeignet f{\"u}r gr{\"o}ßere Probleme. Zudem konnte ich feststellen, dass nanoCoP-Ω falsche Beweise liefern kann. Ich bespreche, wie dieses Problem gel{\"o}st werden kann, sowie einige m{\"o}gliche Optimierungen und Erweiterungen des Beweissystems.}, language = {en} } @inproceedings{DeselOpelSiegerisetal.2023, author = {Desel, J{\"o}rg and Opel, Simone and Siegeris, Juliane and Draude, Claude and Weber, Gerhard and Schell, Timon and Schwill, Andreas and Thorbr{\"u}gge, Carsten and Sch{\"a}fer, Len Ole and Netzer, Cajus Marian and Gerstenberger, Dietrich and Winkelnkemper, Felix and Schulte, Carsten and B{\"o}ttcher, Axel and Thurner, Veronika and H{\"a}fner, Tanja and Ottinger, Sarah and Große-B{\"o}lting, Gregor and Scheppach, Lukas and M{\"u}hling, Andreas and Baberowski, David and Leonhardt, Thiemo and Rentsch, Susanne and Bergner, Nadine and Bonorden, Leif and Stemme, Jonas and Hoppe, Uwe and Weicker, Karsten and Bender, Esther and Barbas, Helena and Hamann, Fabian and Soll, Marcus and Sitzmann, Daniel}, title = {Hochschuldidaktik Informatik HDI 2021}, series = {Commentarii informaticae didacticae}, booktitle = {Commentarii informaticae didacticae}, number = {13}, editor = {Desel, J{\"o}rg and Opel, Simone and Siegeris, Juliane}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-548-4}, issn = {1868-0844}, doi = {10.25932/publishup-56507}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565070}, pages = {299}, year = {2023}, abstract = {Die Fachtagungen HDI (Hochschuldidaktik Informatik) besch{\"a}ftigen sich mit den unterschiedlichen Aspekten informatischer Bildung im Hochschulbereich. Neben den allgemeinen Themen wie verschiedenen Lehr- und Lernformen, dem Einsatz von Informatiksystemen in der Hochschullehre oder Fragen der Gewinnung von geeigneten Studierenden, deren Kompetenzerwerb oder auch der Betreuung der Studierenden widmet sich die HDI immer auch einem Schwerpunktthema. Im Jahr 2021 war dies die Ber{\"u}cksichtigung von Diversit{\"a}t in der Lehre. Diskutiert wurden beispielsweise die Einbeziehung von besonderen fachlichen und {\"u}berfachlichen Kompetenzen Studierender, der Unterst{\"u}tzung von Durchl{\"a}ssigkeit aus nichtakademischen Berufen, aber auch die Gestaltung inklusiver Lehr- und Lernszenarios, Aspekte des Lebenslangen Lernens oder sich an die Diversit{\"a}t von Studierenden adaptierte oder adaptierende Lehrsysteme. Dieser Band enth{\"a}lt ausgew{\"a}hlte Beitr{\"a}ge der 9. Fachtagung 2021, die in besonderer Weise die Konferenz und die dort diskutierten Themen repr{\"a}sentieren.}, language = {de} } @phdthesis{Middelanis2023, author = {Middelanis, Robin}, title = {Global response to local extremes—a storyline approach on economic loss propagation from weather extremes}, doi = {10.25932/publishup-61112}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-611127}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {vii, 237}, year = {2023}, abstract = {Due to anthropogenic greenhouse gas emissions, Earth's average surface temperature is steadily increasing. As a consequence, many weather extremes are likely to become more frequent and intense. This poses a threat to natural and human systems, with local impacts capable of destroying exposed assets and infrastructure, and disrupting economic and societal activity. Yet, these effects are not locally confined to the directly affected regions, as they can trigger indirect economic repercussions through loss propagation along supply chains. As a result, local extremes yield a potentially global economic response. To build economic resilience and design effective adaptation measures that mitigate adverse socio-economic impacts of ongoing climate change, it is crucial to gain a comprehensive understanding of indirect impacts and the underlying economic mechanisms. Presenting six articles in this thesis, I contribute towards this understanding. To this end, I expand on local impacts under current and future climate, the resulting global economic response, as well as the methods and tools to analyze this response. Starting with a traditional assessment of weather extremes under climate change, the first article investigates extreme snowfall in the Northern Hemisphere until the end of the century. Analyzing an ensemble of global climate model projections reveals an increase of the most extreme snowfall, while mean snowfall decreases. Assessing repercussions beyond local impacts, I employ numerical simulations to compute indirect economic effects from weather extremes with the numerical agent-based shock propagation model Acclimate. This model is used in conjunction with the recently emerged storyline framework, which involves analyzing the impacts of a particular reference extreme event and comparing them to impacts in plausible counterfactual scenarios under various climate or socio-economic conditions. Using this approach, I introduce three primary storylines that shed light on the complex mechanisms underlying economic loss propagation. In the second and third articles of this thesis, I analyze storylines for the historical Hurricanes Sandy (2012) and Harvey (2017) in the USA. For this, I first estimate local economic output losses and then simulate the resulting global economic response with Acclimate. The storyline for Hurricane Sandy thereby focuses on global consumption price anomalies and the resulting changes in consumption. I find that the local economic disruption leads to a global wave-like economic price ripple, with upstream effects propagating in the supplier direction and downstream effects in the buyer direction. Initially, an upstream demand reduction causes consumption price decreases, followed by a downstream supply shortage and increasing prices, before the anomalies decay in a normalization phase. A dominant upstream or downstream effect leads to net consumption gains or losses of a region, respectively. Moreover, I demonstrate that a longer direct economic shock intensifies the downstream effect for many regions, leading to an overall consumption loss. The third article of my thesis builds upon the developed loss estimation method by incorporating projections to future global warming levels. I use these projections to explore how the global production response to Hurricane Harvey would change under further increased global warming. The results show that, while the USA is able to nationally offset direct losses in the reference configuration, other countries have to compensate for increasing shares of counterfactual future losses. This compensation is mainly achieved by large exporting countries, but gradually shifts towards smaller regions. These findings not only highlight the economy's ability to flexibly mitigate disaster losses to a certain extent, but also reveal the vulnerability and economic disadvantage of regions that are exposed to extreme weather events. The storyline in the fourth article of my thesis investigates the interaction between global economic stress and the propagation of losses from weather extremes. I examine indirect impacts of weather extremes — tropical cyclones, heat stress, and river floods — worldwide under two different economic conditions: an unstressed economy and a globally stressed economy, as seen during the Covid-19 pandemic. I demonstrate that the adverse effects of weather extremes on global consumption are strongly amplified when the economy is under stress. Specifically, consumption losses in the USA and China double and triple, respectively, due to the global economy's decreased capacity for disaster loss compensation. An aggravated scarcity intensifies the price response, causing consumption losses to increase. Advancing on the methods and tools used here, the final two articles in my thesis extend the agent-based model Acclimate and formalize the storyline approach. With the model extension described in the fifth article, regional consumers make rational choices on the goods bought such that their utility is maximized under a constrained budget. In an out-of-equilibrium economy, these rational consumers are shown to temporarily increase consumption of certain goods in spite of rising prices. The sixth article of my thesis proposes a formalization of the storyline framework, drawing on multiple studies including storylines presented in this thesis. The proposed guideline defines eight central elements that can be used to construct a storyline. Overall, this thesis contributes towards a better understanding of economic repercussions of weather extremes. It achieves this by providing assessments of local direct impacts, highlighting mechanisms and impacts of loss propagation, and advancing on methods and tools used.}, language = {en} } @article{SchellSchwill2023, author = {Schell, Timon and Schwill, Andreas}, title = {„Es ist kompliziert, alles inklusive Privatleben unter einen Hut zu bekommen"}, series = {Hochschuldidaktik Informatik HDI 2021 (Commentarii informaticae didacticae)}, journal = {Hochschuldidaktik Informatik HDI 2021 (Commentarii informaticae didacticae)}, number = {13}, publisher = {Universit{\"a}tsverlag Potsdam}, address = {Potsdam}, isbn = {978-3-86956-548-4}, issn = {1868-0844}, doi = {10.25932/publishup-61388}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-613882}, pages = {53 -- 71}, year = {2023}, abstract = {Eine {\"u}bliche Erz{\"a}hlung verkn{\"u}pft lange Studienzeiten und hohe Abbrecherquoten im Informatikstudium zum einen mit der sehr gut bezahlten Nebent{\"a}tigkeit von Studierenden in der Informatikbranche, die deutlich studienzeitverl{\"a}ngernd sei; zum anderen werde wegen des hohen Bedarfs an Informatikern ein formeller Studienabschluss von den Studierenden h{\"a}ufig als entbehrlich betrachtet und eine Karriere in der Informatikbranche ohne abgeschlossenes Studium begonnen. In dieser Studie, durchgef{\"u}hrt an der Universit{\"a}t Potsdam, untersuchen wir, wie viele Informatikstudierende neben dem Studium innerhalb und außerhalb der Informatikbranche arbeiten, welche Erwartungen sie neben der Bezahlung damit verbinden und wie sich die T{\"a}tigkeit auf ihr Studium und ihre sp{\"a}tere berufliche Perspektive auswirkt. Aus aktuellem Anlass interessieren uns auch die Auswirkungen der Covid-19-Pandemie auf die Arbeitst{\"a}tigkeiten der Informatikstudierenden.}, language = {de} } @phdthesis{SchulzHanke2023, author = {Schulz-Hanke, Christian}, title = {BCH Codes mit kombinierter Korrektur und Erkennung}, doi = {10.25932/publishup-61794}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-617943}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {ii, 191}, year = {2023}, abstract = {BCH Codes mit kombinierter Korrektur und Erkennung In dieser Arbeit wird auf Grundlage des BCH Codes untersucht, wie eine Fehlerkorrektur mit einer Erkennung h{\"o}herer Fehleranzahlen kombiniert werden kann. Mit dem Verfahren der 1-Bit Korrektur mit zus{\"a}tzlicher Erkennung h{\"o}herer Fehler wurde ein Ansatz entwickelt, welcher die Erkennung zus{\"a}tzlicher Fehler durch das parallele L{\"o}sen einfacher Gleichungen der Form s_x = s_1^x durchf{\"u}hrt. Die Anzahl dieser Gleichungen ist linear zu der Anzahl der zu {\"u}berpr{\"u}fenden h{\"o}heren Fehler. In dieser Arbeit wurde zus{\"a}tzlich f{\"u}r bis zu 4-Bit Korrekturen mit zus{\"a}tzlicher Erkennung h{\"o}herer Fehler ein weiterer allgemeiner Ansatz vorgestellt. Dabei werden parallel f{\"u}r alle korrigierbaren Fehleranzahlen spekulative Fehlerkorrekturen durchgef{\"u}hrt. Aus den bestimmten Fehlerstellen werden spekulative Syndromkomponenten erzeugt, durch welche die Fehlerstellen best{\"a}tigt und h{\"o}here erkennbare Fehleranzahlen ausgeschlossen werden k{\"o}nnen. Die vorgestellten Ans{\"a}tze unterscheiden sich von dem in entwickelten Ansatz, bei welchem die Anzahl der Fehlerstellen durch die Berechnung von Determinanten in absteigender Reihenfolge berechnet wird, bis die erste Determinante 0 bildet. Bei dem bekannten Verfahren ist durch die Berechnung der Determinanten eine faktorielle Anzahl an Berechnungen in Relation zu der Anzahl zu {\"u}berpr{\"u}fender Fehler durchzuf{\"u}hren. Im Vergleich zu dem bekannten sequentiellen Verfahrens nach Berlekamp Massey besitzen die Berechnungen im vorgestellten Ansatz simple Gleichungen und k{\"o}nnen parallel durchgef{\"u}hrt werden.Bei dem bekannten Verfahren zur parallelen Korrektur von 4-Bit Fehlern ist eine Gleichung vierten Grades im GF(2^m) zu l{\"o}sen. Dies erfolgt, indem eine Hilfsgleichung dritten Grades und vier Gleichungen zweiten Grades parallel gel{\"o}st werden. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass sich eine Gleichung zweiten Grades einsparen l{\"a}sst, wodurch sich eine Vereinfachung der Hardware bei einer parallelen Realisierung der 4-Bit Korrektur ergibt. Die erzielten Ergebnisse wurden durch umfangreiche Simulationen in Software und Hardwareimplementierungen {\"u}berpr{\"u}ft.}, language = {de} } @phdthesis{Schrape2023, author = {Schrape, Oliver}, title = {Methodology for standard cell-based design and implementation of reliable and robust hardware systems}, doi = {10.25932/publishup-58932}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-589326}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {xi, 181}, year = {2023}, abstract = {Reliable and robust data processing is one of the hardest requirements for systems in fields such as medicine, security, automotive, aviation, and space, to prevent critical system failures caused by changes in operating or environmental conditions. In particular, Signal Integrity (SI) effects such as crosstalk may distort the signal information in sensitive mixed-signal designs. A challenge for hardware systems used in the space are radiation effects. Namely, Single Event Effects (SEEs) induced by high-energy particle hits may lead to faulty computation, corrupted configuration settings, undesired system behavior, or even total malfunction. Since these applications require an extra effort in design and implementation, it is beneficial to master the standard cell design process and corresponding design flow methodologies optimized for such challenges. Especially for reliable, low-noise differential signaling logic such as Current Mode Logic (CML), a digital design flow is an orthogonal approach compared to traditional manual design. As a consequence, mandatory preliminary considerations need to be addressed in more detail. First of all, standard cell library concepts with suitable cell extensions for reliable systems and robust space applications have to be elaborated. Resulting design concepts at the cell level should enable the logical synthesis for differential logic design or improve the radiation-hardness. In parallel, the main objectives of the proposed cell architectures are to reduce the occupied area, power, and delay overhead. Second, a special setup for standard cell characterization is additionally required for a proper and accurate logic gate modeling. Last but not least, design methodologies for mandatory design flow stages such as logic synthesis and place and route need to be developed for the respective hardware systems to keep the reliability or the radiation-hardness at an acceptable level. This Thesis proposes and investigates standard cell-based design methodologies and techniques for reliable and robust hardware systems implemented in a conventional semi-conductor technology. The focus of this work is on reliable differential logic design and robust radiation-hardening-by-design circuits. The synergistic connections of the digital design flow stages are systematically addressed for these two types of hardware systems. In more detail, a library for differential logic is extended with single-ended pseudo-gates for intermediate design steps to support the logic synthesis and layout generation with commercial Computer-Aided Design (CAD) tools. Special cell layouts are proposed to relax signal routing. A library set for space applications is similarly extended by novel Radiation-Hardening-by-Design (RHBD) Triple Modular Redundancy (TMR) cells, enabling a one fault correction. Therein, additional optimized architectures for glitch filter cells, robust scannable and self-correcting flip-flops, and clock-gates are proposed. The circuit concepts and the physical layout representation views of the differential logic gates and the RHBD cells are discussed. However, the quality of results of designs depends implicitly on the accuracy of the standard cell characterization which is examined for both types therefore. The entire design flow is elaborated from the hardware design description to the layout representations. A 2-Phase routing approach together with an intermediate design conversion step is proposed after the initial place and route stage for reliable, pure differential designs, whereas a special constraining for RHBD applications in a standard technology is presented. The digital design flow for differential logic design is successfully demonstrated on a reliable differential bipolar CML application. A balanced routing result of its differential signal pairs is obtained by the proposed 2-Phase-routing approach. Moreover, the elaborated standard cell concepts and design methodology for RHBD circuits are applied to the digital part of a 7.5-15.5 MSPS 14-bit Analog-to-Digital Converter (ADC) and a complex microcontroller architecture. The ADC is implemented in an unhardened standard semiconductor technology and successfully verified by electrical measurements. The overhead of the proposed hardening approach is additionally evaluated by design exploration of the microcontroller application. Furthermore, the first obtained related measurement results of novel RHBD-∆TMR flip-flops show a radiation-tolerance up to a threshold Linear Energy Transfer (LET) of 46.1, 52.0, and 62.5 MeV cm2 mg-1 and savings in silicon area of 25-50 \% for selected TMR standard cell candidates. As a conclusion, the presented design concepts at the cell and library levels, as well as the design flow modifications are adaptable and transferable to other technology nodes. In particular, the design of hybrid solutions with integrated reliable differential logic modules together with robust radiation-tolerant circuit parts is enabled by the standard cell concepts and design methods proposed in this work.}, language = {en} } @phdthesis{Chen2023, author = {Chen, Junchao}, title = {A self-adaptive resilient method for implementing and managing the high-reliability processing system}, doi = {10.25932/publishup-58313}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-583139}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {XXIII, 167}, year = {2023}, abstract = {As a result of CMOS scaling, radiation-induced Single-Event Effects (SEEs) in electronic circuits became a critical reliability issue for modern Integrated Circuits (ICs) operating under harsh radiation conditions. SEEs can be triggered in combinational or sequential logic by the impact of high-energy particles, leading to destructive or non-destructive faults, resulting in data corruption or even system failure. Typically, the SEE mitigation methods are deployed statically in processing architectures based on the worst-case radiation conditions, which is most of the time unnecessary and results in a resource overhead. Moreover, the space radiation conditions are dynamically changing, especially during Solar Particle Events (SPEs). The intensity of space radiation can differ over five orders of magnitude within a few hours or days, resulting in several orders of magnitude fault probability variation in ICs during SPEs. This thesis introduces a comprehensive approach for designing a self-adaptive fault resilient multiprocessing system to overcome the static mitigation overhead issue. This work mainly addresses the following topics: (1) Design of on-chip radiation particle monitor for real-time radiation environment detection, (2) Investigation of space environment predictor, as support for solar particle events forecast, (3) Dynamic mode configuration in the resilient multiprocessing system. Therefore, according to detected and predicted in-flight space radiation conditions, the target system can be configured to use no mitigation or low-overhead mitigation during non-critical periods of time. The redundant resources can be used to improve system performance or save power. On the other hand, during increased radiation activity periods, such as SPEs, the mitigation methods can be dynamically configured appropriately depending on the real-time space radiation environment, resulting in higher system reliability. Thus, a dynamic trade-off in the target system between reliability, performance and power consumption in real-time can be achieved. All results of this work are evaluated in a highly reliable quad-core multiprocessing system that allows the self-adaptive setting of optimal radiation mitigation mechanisms during run-time. Proposed methods can serve as a basis for establishing a comprehensive self-adaptive resilient system design process. Successful implementation of the proposed design in the quad-core multiprocessor shows its application perspective also in the other designs.}, language = {en} } @misc{Schroeter2024, type = {Master Thesis}, author = {Schr{\"o}ter, Alexander}, title = {Erstellung und Evaluation eines Fragebogens zur Erfassung von komplexen Interaktionssituationen in Software-Entwicklungsprojekten}, doi = {10.25932/publishup-63187}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-631873}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {75}, year = {2024}, abstract = {Die fortschreitende Digitalisierung durchzieht immer mehr Lebensbereiche und f{\"u}hrt zu immer komplexeren sozio-technischen Systemen. Obwohl diese Systeme zur Lebenserleichterung entwickelt werden, k{\"o}nnen auch unerw{\"u}nschte Nebeneffekte entstehen. Ein solcher Nebeneffekt k{\"o}nnte z.B. die Datennutzung aus Fitness-Apps f{\"u}r nachteilige Versicherungsentscheidungen sein. Diese Nebeneffekte manifestieren sich auf allen Ebenen zwischen Individuum und Gesellschaft. Systeme mit zuvor unerwarteten Nebeneffekten k{\"o}nnen zu sinkender Akzeptanz oder einem Verlust von Vertrauen f{\"u}hren. Da solche Nebeneffekte oft erst im Gebrauch in Erscheinung treten, bedarf es einer besonderen Betrachtung bereits im Konstruktionsprozess. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag geleistet werden, um den Konstruktionsprozess um ein geeignetes Hilfsmittel zur systematischen Reflexion zu erg{\"a}nzen. In vorliegender Arbeit wurde ein Analysetool zur Identifikation und Analyse komplexer Interaktionssituationen in Software-Entwicklungsprojekten entwickelt. Komplexe Interaktionssituationen sind von hoher Dynamik gepr{\"a}gt, aus der eine Unvorhersehbarkeit der Ursache-Wirkungs-Beziehungen folgt. Hierdurch k{\"o}nnen die Akteur*innen die Auswirkungen der eigenen Handlungen nicht mehr {\"u}berblicken, sondern lediglich im Nachhinein rekonstruieren. Hieraus k{\"o}nnen sich fehlerhafte Interaktionsverl{\"a}ufe auf vielf{\"a}ltigen Ebenen ergeben und oben genannte Nebeneffekte entstehen. Das Analysetool unterst{\"u}tzt die Konstrukteur*innen in jeder Phase der Entwicklung durch eine angeleitete Reflexion, um potenziell komplexe Interaktionssituationen zu antizipieren und ihnen durch Analyse der m{\"o}glichen Ursachen der Komplexit{\"a}tswahrnehmung zu begegnen. Ausgehend von der Definition f{\"u}r Interaktionskomplexit{\"a}t wurden Item-Indikatoren zur Erfassung komplexer Interaktionssituationen entwickelt, die dann anhand von geeigneten Kriterien f{\"u}r Komplexit{\"a}t analysiert werden. Das Analysetool ist als „Do-It-Yourself" Fragebogen mit eigenst{\"a}ndiger Auswertung aufgebaut. Die Genese des Fragebogens und die Ergebnisse der durchgef{\"u}hrten Evaluation an f{\"u}nf Softwarentwickler*innen werden dargestellt. Es konnte festgestellt werden, dass das Analysetool bei den Befragten als anwendbar, effektiv und hilfreich wahrgenommen wurde und damit eine hohe Akzeptanz bei der Zielgruppe genießt. Dieser Befund unterst{\"u}tzt die gute Einbindung des Analysetools in den Software-Entwicklungsprozess.}, language = {de} } @misc{Ziemann2024, type = {Master Thesis}, author = {Ziemann, Felix}, title = {Entwicklung und Evaluation einer prototypischen Lernumgebung f{\"u}r das systematische Debugging logischer Fehler in Quellcode}, doi = {10.25932/publishup-63273}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-632734}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {x, 98}, year = {2024}, abstract = {Wo programmiert wird, da passieren Fehler. Um das Debugging, also die Suche sowie die Behebung von Fehlern in Quellcode, st{\"a}rker explizit zu adressieren, verfolgt die vorliegende Arbeit das Ziel, entlang einer prototypischen Lernumgebung sowohl ein systematisches Vorgehen w{\"a}hrend des Debuggings zu vermitteln als auch Gestaltungsfolgerungen f{\"u}r ebensolche Lernumgebungen zu identifizieren. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Wie verhalten sich die Lernenden w{\"a}hrend des kurzzeitigen Gebrauchs einer Lernumgebung nach dem Cognitive Apprenticeship-Ansatz mit dem Ziel der expliziten Vermittlung eines systematischen Debuggingvorgehens und welche Eindr{\"u}cke entstehen w{\"a}hrend der Bearbeitung? Zur Beantwortung dieser Forschungsfrage wurde orientierend an literaturbasierten Implikationen f{\"u}r die Vermittlung von Debugging und (medien-)didaktischen Gestaltungsaspekten eine prototypische Lernumgebung entwickelt und im Rahmen einer qualitativen Nutzerstudie mit Bachelorstudierenden informatischer Studieng{\"a}nge erprobt. Hierbei wurden zum einen anwendungsbezogene Verbesserungspotenziale identifiziert. Zum anderen zeigte sich insbesondere gegen{\"u}ber der Systematisierung des Debuggingprozesses innerhalb der Aufgabenbearbeitung eine positive Resonanz. Eine Untersuchung, inwieweit sich die Nutzung der Lernumgebung l{\"a}ngerfristig auf das Verhalten von Personen und ihre Vorgehensweisen w{\"a}hrend des Debuggings auswirkt, k{\"o}nnte Gegenstand kommender Arbeiten sein.}, language = {de} } @phdthesis{Frank2024, author = {Frank, Mario}, title = {On synthesising Linux kernel module components from Coq formalisations}, doi = {10.25932/publishup-64255}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-642558}, school = {Universit{\"a}t Potsdam}, pages = {IX, 78}, year = {2024}, abstract = {This thesis presents an attempt to use source code synthesised from Coq formalisations of device drivers for existing (micro)kernel operating systems, with a particular focus on the Linux Kernel. In the first part, the technical background and related work are described. The focus is here on the possible approaches to synthesising certified software with Coq, namely the extraction to functional languages using the Coq extraction plugin and the extraction to Clight code using the CertiCoq plugin. It is noted that the implementation of CertiCoq is verified, whereas this is not the case for the Coq extraction plugin. Consequently, there is a correctness guarantee for the generated Clight code which does not hold for the code being generated by the Coq extraction plugin. Furthermore, the differences between user space and kernel space software are discussed in relation to Linux device drivers. It is elaborated that it is not possible to generate working Linux kernel module components using the Coq extraction plugin without significant modifications. In contrast, it is possible to produce working user space drivers both with the Coq extraction plugin and CertiCoq. The subsequent parts describe the main contributions of the thesis. In the second part, it is demonstrated how to extend the Coq extraction plugin to synthesise foreign function calls between the functional language OCaml and the imperative language C. This approach has the potential to improve the type-safety of user space drivers. Furthermore, it is shown that the code being synthesised by CertiCoq cannot be used in kernel space without modifications to the necessary runtime. Consequently, the necessary modifications to the runtimes of CertiCoq and VeriFFI are introduced, resulting in the runtimes becoming compatible components of a Linux kernel module. Furthermore, justifications for the transformations are provided and possible further extensions to both plugins and solutions to failing garbage collection calls in kernel space are discussed. The third part presents a proof of concept device driver for the Linux Kernel. To achieve this, the event handler of the original PC Speaker driver is partially formalised in Coq. Furthermore, some relevant formal properties of the formalised functionality are discussed. Subsequently, a kernel module is defined, utilising the modified variants of CertiCoq and VeriFFI to compile a working device driver. It is furthermore shown that it is possible to compile the synthesised code with CompCert, thereby extending the guarantee of correctness to the assembly layer. This is followed by a performance evaluation that compares a naive formalisation of the PC speaker functionality with the original PC Speaker driver pointing out the weaknesses in the formalisation and possible improvements. The part closes with a summary of the results, their implications and open questions being raised. The last part lists all used sources, separated into scientific literature, documentations or reference manuals and artifacts, i.e. source code.}, language = {en} }