TY - JOUR A1 - Şahin, Muhittin A1 - Egloffstein, Marc A1 - Bothe, Max A1 - Rohloff, Tobias A1 - Schenk, Nathanael A1 - Schwerer, Florian A1 - Ifenthaler, Dirk T1 - Behavioral Patterns in Enterprise MOOCs at openSAP JF - EMOOCs 2021 Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-517350 SN - 978-3-86956-512-5 VL - 2021 SP - 281 EP - 288 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Özdemir, Paker Doğu A1 - Kurban, Caroline Fell A1 - Pekkan, Zelha Tunç T1 - MOOC-Based Online Instruction BT - A Case Study in Teacher Education JF - EMOOCs 2021 N2 - If taking a flipped learning approach, MOOC content can be used for online pre-class instruction. After which students can put the knowledge they gained from the MOOC into practice either synchronously or asynchronously. This study examined one such, asynchronous, course in teacher education. The course ran with 40 students over 13 weeks from February to May 2020. A case study approach was followed using mixed methods to assess the efficacy of the course. Quantitative data was gathered on achievement of learning outcomes, online engagement, and satisfaction. Qualitative data was gathered via student interviews from which a thematic analysis was undertaken. From a combined analysis of the data, three themes emerged as pertinent to course efficacy: quality and quantity of communication and collaboration; suitability of the MOOC; and significance for career development. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-516900 SN - 978-3-86956-512-5 VL - 2021 SP - 17 EP - 33 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Wolf, Johannes T1 - Analysis and visualization of transport infrastructure based on large-scale geospatial mobile mapping data T1 - Analyse und Visualisierung von Verkehrsinfrastruktur basierend auf großen Mobile-Mapping-Datensätzen N2 - 3D point clouds are a universal and discrete digital representation of three-dimensional objects and environments. For geospatial applications, 3D point clouds have become a fundamental type of raw data acquired and generated using various methods and techniques. In particular, 3D point clouds serve as raw data for creating digital twins of the built environment. This thesis concentrates on the research and development of concepts, methods, and techniques for preprocessing, semantically enriching, analyzing, and visualizing 3D point clouds for applications around transport infrastructure. It introduces a collection of preprocessing techniques that aim to harmonize raw 3D point cloud data, such as point density reduction and scan profile detection. Metrics such as, e.g., local density, verticality, and planarity are calculated for later use. One of the key contributions tackles the problem of analyzing and deriving semantic information in 3D point clouds. Three different approaches are investigated: a geometric analysis, a machine learning approach operating on synthetically generated 2D images, and a machine learning approach operating on 3D point clouds without intermediate representation. In the first application case, 2D image classification is applied and evaluated for mobile mapping data focusing on road networks to derive road marking vector data. The second application case investigates how 3D point clouds can be merged with ground-penetrating radar data for a combined visualization and to automatically identify atypical areas in the data. For example, the approach detects pavement regions with developing potholes. The third application case explores the combination of a 3D environment based on 3D point clouds with panoramic imagery to improve visual representation and the detection of 3D objects such as traffic signs. The presented methods were implemented and tested based on software frameworks for 3D point clouds and 3D visualization. In particular, modules for metric computation, classification procedures, and visualization techniques were integrated into a modular pipeline-based C++ research framework for geospatial data processing, extended by Python machine learning scripts. All visualization and analysis techniques scale to large real-world datasets such as road networks of entire cities or railroad networks. The thesis shows that some use cases allow taking advantage of established image vision methods to analyze images rendered from mobile mapping data efficiently. The two presented semantic classification methods working directly on 3D point clouds are use case independent and show similar overall accuracy when compared to each other. While the geometry-based method requires less computation time, the machine learning-based method supports arbitrary semantic classes but requires training the network with ground truth data. Both methods can be used in combination to gradually build this ground truth with manual corrections via a respective annotation tool. This thesis contributes results for IT system engineering of applications, systems, and services that require spatial digital twins of transport infrastructure such as road networks and railroad networks based on 3D point clouds as raw data. It demonstrates the feasibility of fully automated data flows that map captured 3D point clouds to semantically classified models. This provides a key component for seamlessly integrated spatial digital twins in IT solutions that require up-to-date, object-based, and semantically enriched information about the built environment. N2 - 3D-Punktwolken sind eine universelle und diskrete digitale Darstellung von dreidimensionalen Objekten und Umgebungen. Für raumbezogene Anwendungen sind 3D-Punktwolken zu einer grundlegenden Form von Rohdaten geworden, die mit verschiedenen Methoden und Techniken erfasst und erzeugt werden. Insbesondere dienen 3D-Punktwolken als Rohdaten für die Erstellung digitaler Zwillinge der bebauten Umwelt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Erforschung und Entwicklung von Konzepten, Methoden und Techniken zur Vorverarbeitung, semantischen Anreicherung, Analyse und Visualisierung von 3D-Punktwolken für Anwendungen im Bereich der Verkehrsinfrastruktur. Es wird eine Sammlung von Vorverarbeitungstechniken vorgestellt, die auf die Harmonisierung von 3D-Punktwolken-Rohdaten abzielen, so z.B. die Reduzierung der Punktdichte und die Erkennung von Scanprofilen. Metriken wie bspw. die lokale Dichte, Vertikalität und Planarität werden zur späteren Verwendung berechnet. Einer der Hauptbeiträge befasst sich mit dem Problem der Analyse und Ableitung semantischer Informationen in 3D-Punktwolken. Es werden drei verschiedene Ansätze untersucht: Eine geometrische Analyse sowie zwei maschinelle Lernansätze, die auf synthetisch erzeugten 2D-Bildern, bzw. auf 3D-Punktwolken ohne Zwischenrepräsentation arbeiten. Im ersten Anwendungsfall wird die 2D-Bildklassifikation für Mobile-Mapping-Daten mit Fokus auf Straßennetze angewendet und evaluiert, um Vektordaten für Straßenmarkierungen abzuleiten. Im zweiten Anwendungsfall wird untersucht, wie 3D-Punktwolken mit Bodenradardaten für eine kombinierte Visualisierung und automatische Identifikation atypischer Bereiche in den Daten zusammengeführt werden können. Der Ansatz erkennt zum Beispiel Fahrbahnbereiche mit entstehenden Schlaglöchern. Der dritte Anwendungsfall untersucht die Kombination einer 3D-Umgebung auf Basis von 3D-Punktwolken mit Panoramabildern, um die visuelle Darstellung und die Erkennung von 3D-Objekten wie Verkehrszeichen zu verbessern. Die vorgestellten Methoden wurden auf Basis von Software-Frameworks für 3D-Punktwolken und 3D-Visualisierung implementiert und getestet. Insbesondere wurden Module für Metrikberechnungen, Klassifikationsverfahren und Visualisierungstechniken in ein modulares, pipelinebasiertes C++-Forschungsframework für die Geodatenverarbeitung integriert, das durch Python-Skripte für maschinelles Lernen erweitert wurde. Alle Visualisierungs- und Analysetechniken skalieren auf große reale Datensätze wie Straßennetze ganzer Städte oder Eisenbahnnetze. Die Arbeit zeigt, dass es in einigen Anwendungsfällen möglich ist, die Vorteile etablierter Bildverarbeitungsmethoden zu nutzen, um aus Mobile-Mapping-Daten gerenderte Bilder effizient zu analysieren. Die beiden vorgestellten semantischen Klassifikationsverfahren, die direkt auf 3D-Punktwolken arbeiten, sind anwendungsfallunabhängig und zeigen im Vergleich zueinander eine ähnliche Gesamtgenauigkeit. Während die geometriebasierte Methode weniger Rechenzeit benötigt, unterstützt die auf maschinellem Lernen basierende Methode beliebige semantische Klassen, erfordert aber das Trainieren des Netzwerks mit Ground-Truth-Daten. Beide Methoden können in Kombination verwendet werden, um diese Ground Truth mit manuellen Korrekturen über ein entsprechendes Annotationstool schrittweise aufzubauen. Diese Arbeit liefert Ergebnisse für das IT-System-Engineering von Anwendungen, Systemen und Diensten, die räumliche digitale Zwillinge von Verkehrsinfrastruktur wie Straßen- und Schienennetzen auf der Basis von 3D-Punktwolken als Rohdaten benötigen. Sie demonstriert die Machbarkeit von vollautomatisierten Datenflüssen, die erfasste 3D-Punktwolken auf semantisch klassifizierte Modelle abbilden. Dies stellt eine Schlüsselkomponente für nahtlos integrierte räumliche digitale Zwillinge in IT-Lösungen dar, die aktuelle, objektbasierte und semantisch angereicherte Informationen über die bebaute Umwelt benötigen. KW - 3D point cloud KW - geospatial data KW - mobile mapping KW - semantic classification KW - 3D visualization KW - 3D-Punktwolke KW - räumliche Geodaten KW - Mobile Mapping KW - semantische Klassifizierung KW - 3D-Visualisierung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536129 ER - TY - JOUR A1 - Trautmann, Justin A1 - Zhou, Lin A1 - Brahms, Clemens Markus A1 - Tunca, Can A1 - Ersoy, Cem A1 - Granacher, Urs A1 - Arnrich, Bert T1 - TRIPOD BT - A treadmill walking dataset with IMU, pressure-distribution and photoelectric data for gait analysis JF - Data : open access ʻData in scienceʼ journal N2 - Inertial measurement units (IMUs) enable easy to operate and low-cost data recording for gait analysis. When combined with treadmill walking, a large number of steps can be collected in a controlled environment without the need of a dedicated gait analysis laboratory. In order to evaluate existing and novel IMU-based gait analysis algorithms for treadmill walking, a reference dataset that includes IMU data as well as reliable ground truth measurements for multiple participants and walking speeds is needed. This article provides a reference dataset consisting of 15 healthy young adults who walked on a treadmill at three different speeds. Data were acquired using seven IMUs placed on the lower body, two different reference systems (Zebris FDMT-HQ and OptoGait), and two RGB cameras. Additionally, in order to validate an existing IMU-based gait analysis algorithm using the dataset, an adaptable modular data analysis pipeline was built. Our results show agreement between the pressure-sensitive Zebris and the photoelectric OptoGait system (r = 0.99), demonstrating the quality of our reference data. As a use case, the performance of an algorithm originally designed for overground walking was tested on treadmill data using the data pipeline. The accuracy of stride length and stride time estimations was comparable to that reported in other studies with overground data, indicating that the algorithm is equally applicable to treadmill data. The Python source code of the data pipeline is publicly available, and the dataset will be provided by the authors upon request, enabling future evaluations of IMU gait analysis algorithms without the need of recording new data. KW - inertial measurement unit KW - gait analysis algorithm KW - OptoGait KW - Zebris KW - data pipeline KW - public dataset Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/data6090095 SN - 2306-5729 VL - 6 IS - 9 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - GEN A1 - Trautmann, Justin A1 - Zhou, Lin A1 - Brahms, Clemens Markus A1 - Tunca, Can A1 - Ersoy, Cem A1 - Granacher, Urs A1 - Arnrich, Bert T1 - TRIPOD - A Treadmill Walking Dataset with IMU, Pressure-distribution and Photoelectric Data for Gait Analysis T2 - Postprints der Universität Potsdam : Reihe der Digital Engineering Fakultät N2 - Inertial measurement units (IMUs) enable easy to operate and low-cost data recording for gait analysis. When combined with treadmill walking, a large number of steps can be collected in a controlled environment without the need of a dedicated gait analysis laboratory. In order to evaluate existing and novel IMU-based gait analysis algorithms for treadmill walking, a reference dataset that includes IMU data as well as reliable ground truth measurements for multiple participants and walking speeds is needed. This article provides a reference dataset consisting of 15 healthy young adults who walked on a treadmill at three different speeds. Data were acquired using seven IMUs placed on the lower body, two different reference systems (Zebris FDMT-HQ and OptoGait), and two RGB cameras. Additionally, in order to validate an existing IMU-based gait analysis algorithm using the dataset, an adaptable modular data analysis pipeline was built. Our results show agreement between the pressure-sensitive Zebris and the photoelectric OptoGait system (r = 0.99), demonstrating the quality of our reference data. As a use case, the performance of an algorithm originally designed for overground walking was tested on treadmill data using the data pipeline. The accuracy of stride length and stride time estimations was comparable to that reported in other studies with overground data, indicating that the algorithm is equally applicable to treadmill data. The Python source code of the data pipeline is publicly available, and the dataset will be provided by the authors upon request, enabling future evaluations of IMU gait analysis algorithms without the need of recording new data. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Reihe der Digital Engineering Fakultät - 6 KW - inertial measurement unit KW - gait analysis algorithm KW - OptoGait KW - Zebris KW - data pipeline KW - public dataset Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-522027 IS - 6 ER - TY - THES A1 - Torcato Mordido, Gonçalo Filipe T1 - Diversification, compression, and evaluation methods for generative adversarial networks N2 - Generative adversarial networks (GANs) have been broadly applied to a wide range of application domains since their proposal. In this thesis, we propose several methods that aim to tackle different existing problems in GANs. Particularly, even though GANs are generally able to generate high-quality samples, the diversity of the generated set is often sub-optimal. Moreover, the common increase of the number of models in the original GANs framework, as well as their architectural sizes, introduces additional costs. Additionally, even though challenging, the proper evaluation of a generated set is an important direction to ultimately improve the generation process in GANs. We start by introducing two diversification methods that extend the original GANs framework to multiple adversaries to stimulate sample diversity in a generated set. Then, we introduce a new post-training compression method based on Monte Carlo methods and importance sampling to quantize and prune the weights and activations of pre-trained neural networks without any additional training. The previous method may be used to reduce the memory and computational costs introduced by increasing the number of models in the original GANs framework. Moreover, we use a similar procedure to quantize and prune gradients during training, which also reduces the communication costs between different workers in a distributed training setting. We introduce several topology-based evaluation methods to assess data generation in different settings, namely image generation and language generation. Our methods retrieve both single-valued and double-valued metrics, which, given a real set, may be used to broadly assess a generated set or separately evaluate sample quality and sample diversity, respectively. Moreover, two of our metrics use locality-sensitive hashing to accurately assess the generated sets of highly compressed GANs. The analysis of the compression effects in GANs paves the way for their efficient employment in real-world applications. Given their general applicability, the methods proposed in this thesis may be extended beyond the context of GANs. Hence, they may be generally applied to enhance existing neural networks and, in particular, generative frameworks. N2 - Generative adversarial networks (GANs) wurden seit ihrer Einführung in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt. In dieser Dissertation schlagen wir einige Verfahren vor, die darauf abzielen, verschiedene bestehende Probleme von GANs zu lösen. Insbesondere, fokussieren wir uns auf das Problem das GANs zwar qualitative hochwertige Samples generieren können, aber die Diversität ist oft sub-optimal. Darüber hinaus, stellt die allgemein übliche Zunahme der Anzahl der Modelle unter dem ursprünglichen GAN-Framework, als auch deren Modellgröße weitere Aufwendungskosten dar. Abschließend, ist die richtige Evaluierung einer generierten Menge, wenn auch herausfordernd, eine wichtige Forschungsrichtung, um letztendlich den Generierungsprozess von GANs zu verbessern. Wir beginnen mit der Einführung von zwei Diversifizierungsmethoden die das ursprüngliche GAN-Framework um mehrere Gegenspieler erweitern, um die Diversität zu erhöhen. Um den zusätzlichen Speicher- und Rechenaufwand zu reduzieren, führen wir dann eine neue Kompressionsmethode ein. Diese Methode basiert auf den Monte-Carlo-Methoden und Importance Sampling, für das Quantisieren und Pruning der Gewichte und Aktivierungen von schon trainierten neuronalen Netzwerken ohne zusätzliches Trainieren. Wir erweitern die erwähne Methode zusätzlich für das Quantisieren und Pruning von Gradienten während des Trainierens, was die Kommunikationskosten zwischen verschiedenen sogenannten „Workern“ in einer verteilten Trainingsumgebung reduziert. Bezüglich der Bewertung der generierten Samples, stellen wir mehrere typologie basierte Evaluationsmethoden vor, die sich auf Bild-und Text konzentrieren. Um verschiedene Anwendungsfälle zu erfassen, liefern unsere vorgestellten Methoden einwertige und doppelwertige Metriken. Diese können einerseits dazu genutzt werden, generierte Samples, oder die Qualität und Verteilung der Samples anhand einer Menge von echten Samples zu bewerten. Außerdem, verwenden zwei unserer vorgestellten Metriken so genanntes locality-sensitive Hashing, um die generierten Samples von stark komprimierten GANs genau zu bewerten. Die Analyse von Kompressionseffekten in GANs ebnet den Weg für ihren effizienten Einsatz für reale Anwendungen. Aufgrund der allgemeinen Anwendungsmöglichkeit von GANs, können die in dieser Arbeit vorgestellten Methoden auch über Kontext von GANs hinaus erweitert werden. Daher könnten sie allgemein auf existierende neuronale Netzwerke angewandt werden und insbesondere auf generative Frameworks. KW - deep learning KW - generative adversarial networks KW - erzeugende gegnerische Netzwerke KW - tiefes Lernen Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-535460 ER - TY - JOUR A1 - Topali, Paraskevi A1 - Chounta, Irene-Angelica A1 - Ortega-Arranz, Alejandro A1 - Villagrá-Sobrino, Sara L. A1 - Martínez-Monés, Alejandra T1 - CoFeeMOOC-v.2 BT - Designing Contingent Feedback for Massive Open Online Courses JF - EMOOCs 2021 N2 - Providing adequate support to MOOC participants is often a challenging task due to massiveness of the learners’ population and the asynchronous communication among peers and MOOC practitioners. This workshop aims at discussing common learners’ problems reported in the literature and reflect on designing adequate feedback interventions with the use of learning data. Our aim is three-fold: a) to pinpoint MOOC aspects that impact the planning of feedback, b) to explore the use of learning data in designing feedback strategies, and c) to propose design guidelines for developing and delivering scaffolding interventions for personalized feedback in MOOCs. To do so, we will carry out hands-on activities that aim to involve participants in interpreting learning data and using them to design adaptive feedback. This workshop appeals to researchers, practitioners and MOOC stakeholders who aim to providing contextualized scaffolding. We envision that this workshop will provide insights for bridging the gap between pedagogical theory and practice when it comes to feedback interventions in MOOCs. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-517241 SN - 978-3-86956-512-5 VL - 2021 SP - 209 EP - 217 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Teusner, Ralf T1 - Situational interventions and peer feedback in massive open online courses T1 - Situationsabhängige Interventionen und Peer-Feedback in Massive Open Online Courses BT - narrowing the gap between learners and instructors in online programming education N2 - Massive Open Online Courses (MOOCs) open up new opportunities to learn a wide variety of skills online and are thus well suited for individual education, especially where proffcient teachers are not available locally. At the same time, modern society is undergoing a digital transformation, requiring the training of large numbers of current and future employees. Abstract thinking, logical reasoning, and the need to formulate instructions for computers are becoming increasingly relevant. A holistic way to train these skills is to learn how to program. Programming, in addition to being a mental discipline, is also considered a craft, and practical training is required to achieve mastery. In order to effectively convey programming skills in MOOCs, practical exercises are incorporated into the course curriculum to offer students the necessary hands-on experience to reach an in-depth understanding of the programming concepts presented. Our preliminary analysis showed that while being an integral and rewarding part of courses, practical exercises bear the risk of overburdening students who are struggling with conceptual misunderstandings and unknown syntax. In this thesis, we develop, implement, and evaluate different interventions with the aim to improve the learning experience, sustainability, and success of online programming courses. Data from four programming MOOCs, with a total of over 60,000 participants, are employed to determine criteria for practical programming exercises best suited for a given audience. Based on over five million executions and scoring runs from students' task submissions, we deduce exercise difficulties, students' patterns in approaching the exercises, and potential flaws in exercise descriptions as well as preparatory videos. The primary issue in online learning is that students face a social gap caused by their isolated physical situation. Each individual student usually learns alone in front of a computer and suffers from the absence of a pre-determined time structure as provided in traditional school classes. Furthermore, online learning usually presses students into a one-size-fits-all curriculum, which presents the same content to all students, regardless of their individual needs and learning styles. Any means of a personalization of content or individual feedback regarding problems they encounter are mostly ruled out by the discrepancy between the number of learners and the number of instructors. This results in a high demand for self-motivation and determination of MOOC participants. Social distance exists between individual students as well as between students and course instructors. It decreases engagement and poses a threat to learning success. Within this research, we approach the identified issues within MOOCs and suggest scalable technical solutions, improving social interaction and balancing content difficulty. Our contributions include situational interventions, approaches for personalizing educational content as well as concepts for fostering collaborative problem-solving. With these approaches, we reduce counterproductive struggles and create a universal improvement for future programming MOOCs. We evaluate our approaches and methods in detail to improve programming courses for students as well as instructors and to advance the state of knowledge in online education. Data gathered from our experiments show that receiving peer feedback on one's programming problems improves overall course scores by up to 17%. Merely the act of phrasing a question about one's problem improved overall scores by about 14%. The rate of students reaching out for help was significantly improved by situational just-in-time interventions. Request for Comment interventions increased the share of students asking for help by up to 158%. Data from our four MOOCs further provide detailed insight into the learning behavior of students. We outline additional significant findings with regard to student behavior and demographic factors. Our approaches, the technical infrastructure, the numerous educational resources developed, and the data collected provide a solid foundation for future research. N2 - MOOCs (Massive Open Online Courses) ermöglichen es jedem Interessierten sich in verschiedenen Fachrichtungen online weiterzubilden. Sie fördern die persönliche individuelle Entwicklung und ermöglichen lebenslanges Lernen auch dort, wo geeignete Lehrer nicht verfügbar sind. Unsere Gesellschaft befindet sich derzeit in der sogenannten "digitalen Transformation". Von vielen Arbeitnehmern werden in diesem Zusammenhang zunehmend Fähigkeiten wie abstraktes Denken und logisches Schlussfolgern erwartet. Das Erlernen einer Programmiersprache ist eine geeignete Möglichkeit, diese Fähigkeiten zu erlangen. Obwohl Programmieren als geistige Disziplin angesehen wird, ist es zu einem gewissen Grad auch ein Handwerk, bei dem sich das individuelle Können insbesondere durch stetige praktische Anwendung entwickelt. Um Programmierkenntnisse effektiv in einem MOOC zu vermitteln, sollten daher praktische Aufgaben von vornherein in den Lehrstoff des Kurses integriert werden, um die vorgestellten Konzepte geeignet zu vertiefen und zu festigen. Neben den positiven Aspekten für die Lernenden weisen praktische Programmieraufgaben jedoch auch ein erhöhtes Frustpotential auf. Kryptische Fehlermeldungen und teils unbekannte Syntax überfordern insbesondere diejenigen Teilnehmer, welche zusätzlich mit konzeptionellen Missverständnissen zu kämpfen haben. Im Rahmen dieser Arbeit entwickeln und analysieren wir mehrere Interventionsmöglichkeiten um die Lernerfahrung und den Lernerfolg von Teilnehmern in Programmier-MOOCs zu verbessern. Daten von über 60.000 Teilnehmern aus vier Programmier-MOOCs bilden die Grundlage für eine Analyse von Kriterien für geeignete Programmieraufgaben für spezifische Teilnehmergruppen. Auf Basis von 5 Millionen Codeausführungen von Teilnehmern leiten wir Schwachstellen in Aufgaben und typische Herangehensweisen der Teilnehmer ab. Die Hauptschwierigkeit beim Lernen in einer virtuellen Umgebung ist die durch physische Isolation hervorgerufene soziale Entkopplung. Jeder Teilnehmer lernt alleine vor einem Bildschirm, ein gemeinsamer Stundenplan wie im klassischen Schulunterricht fehlt. Weiterhin präsentieren bestehende online Kurse den Teilnehmern in der Regel lediglich universell einsetzbare Lerninhalte, welche in keiner Weise auf die jeweiligen Bedürfnisse und Vorerfahrungen der individuellen Teilnehmer angepasst sind. Personalisierte Lerninhalte bzw. individuelles Feedback sind in MOOCs aufgrund der großen Anzahl an Teilnehmern und der nur kleinen Anzahl an Lehrenden oft nur schwer bzw. gar nicht zu realisieren. Daraus resultieren wiederum hohe Anforderungen an das individuelle Durchhaltevermögen und die Selbstmotivation der MOOC-Teilnehmer. Die soziale Entkopplung manifestiert sich sowohl zwischen den Teilnehmern untereinander als auch zwischen den Lehrenden und den Teilnehmern. Negative Folgen sind ein häufig verringertes Engagement und damit eine Gefährdung des Lernerfolgs. In dieser Arbeit schlagen wir als Gegenmaßnahme skalierbare technische Lösungen vor, um die soziale Interaktion zu verbessern und inhaltliche Schwierigkeiten zu überwinden. Unsere wissenschaftlichen Beiträge umfassen situationsabhängige Interventionen, Ansätze zur Personalisierung von Lerninhalten, sowie Konzepte und Anreize zur Verbesserung der Kollaboration der Teilnehmer untereinander. Mit diesen Maßnahmen schaffen wir es, kontraproduktive Blockaden beim Lernen zu lösen und stellen damit einen universell einsetzbaren Ansatz zur Verbesserung von zukünftigen Progammier-MOOCs bereit. Die aus unseren Experimenten gesammelten Daten zeigen, dass bei Programmierproblemen gewährtes Feedback von anderen Teilnehmern die Gesamtpunktzahl innerhalb des Teilnehmerfeldes durchschnittlich um bis zu 17% verbessert. Bereits das Formulieren des jeweiligen individuellen Problems verbesserte die Gesamtpunktzahl um etwa 14%. Durch situative Interventionen konnte weiterhin der Anteil der Teilnehmer, die nach Hilfe fragen, um bis zu 158% gesteigert werden. Die gesammelten Daten aus unseren vier MOOCs ermöglichen darüber hinaus detaillierte Einblicke in das Lernverhalten der Teilnehmer. Wir zeigen zusätzlich Erkenntnisse in Bezug auf das Verhalten der Teilnehmer und zu demografischen Faktoren auf. Die in dieser Arbeit beschriebenen Ansätze, die geschaffene technische Infrastruktur, das entworfene Lehrmaterial, sowie der umfangreiche gesammelte Datenbestand bilden darüber hinaus eine vielversprechende Grundlage für weitere zukünftige Forschung. KW - programming KW - MOOC KW - intervention KW - collaboration KW - peer feedback KW - Programmierung KW - MOOC KW - Interventionen KW - Kollaboration KW - Peer-feedback Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-507587 ER - TY - THES A1 - Stojanovic, Vladeta T1 - Digital twins for indoor built environments T1 - Digitale Zwillinge für gebaute Innenumgebungen N2 - One of the key challenges in modern Facility Management (FM) is to digitally reflect the current state of the built environment, referred to as-is or as-built versus as-designed representation. While the use of Building Information Modeling (BIM) can address the issue of digital representation, the generation and maintenance of BIM data requires a considerable amount of manual work and domain expertise. Another key challenge is being able to monitor the current state of the built environment, which is used to provide feedback and enhance decision making. The need for an integrated solution for all data associated with the operational life cycle of a building is becoming more pronounced as practices from Industry 4.0 are currently being evaluated and adopted for FM use. This research presents an approach for digital representation of indoor environments in their current state within the life cycle of a given building. Such an approach requires the fusion of various sources of digital data. The key to solving such a complex issue of digital data integration, processing and representation is with the use of a Digital Twin (DT). A DT is a digital duplicate of the physical environment, states, and processes. A DT fuses as-designed and as-built digital representations of built environment with as-is data, typically in the form of floorplans, point clouds and BIMs, with additional information layers pertaining to the current and predicted states of an indoor environment or a complete building (e.g., sensor data). The design, implementation and initial testing of prototypical DT software services for indoor environments is presented and described. These DT software services are implemented within a service-oriented paradigm, and their feasibility is presented through functioning and tested key software components within prototypical Service-Oriented System (SOS) implementations. The main outcome of this research shows that key data related to the built environment can be semantically enriched and combined to enable digital representations of indoor environments, based on the concept of a DT. Furthermore, the outcomes of this research show that digital data, related to FM and Architecture, Construction, Engineering, Owner and Occupant (AECOO) activity, can be combined, analyzed and visualized in real-time using a service-oriented approach. This has great potential to benefit decision making related to Operation and Maintenance (O&M) procedures within the scope of the post-construction life cycle stages of typical office buildings. N2 - Eine der wichtigsten Herausforderungen im modernen Facility Management (FM) besteht darin, den aktuellen Zustand der gebauten Umgebung digital wiederzugeben und die tatsächliche mit der geplanten Gebäudedarstellung zu vergleichen. Während die Verwendung von Building Information Modeling (BIM) das Problem der digitalen Darstellung lösen kann, erfordert die Generierung und Pflege von BIM-Daten einen erheblichen manuellen Aufwand und Fachkenntnisse. Eine weitere wichtige Herausforderung besteht darin, den aktuellen Zustand der gebauten Umgebung zu überwachen, um Feedback zu geben und die Entscheidungsfindung zu verbessern. Die Notwendigkeit einer integrierten Lösung für alle Daten im Zusammenhang mit dem Betriebslebenszyklus eines Gebäudes wird immer deutlicher, da derzeit Praktiken aus Industrie 4.0 evaluiert und für die FM-Nutzung übernommen werden. Diese Studie präsentiert einen Ansatz zur digitalen Darstellung von Innenräumen in ihrem aktuellen Zustand innerhalb des Lebenszyklus eines bestimmten Gebäudes. Ein solcher Ansatz erfordert die Fusion verschiedener Quellen digitaler Daten. Der Schlüssel zur Lösung eines solch komplexen Problems der Integration, Verarbeitung und Darstellung digitaler Daten liegt in der Verwendung eines Digital Twin (DT). Ein DT ist ein digitales Duplikat der physischen Umgebung, Zustände und Prozesse. Ein DT verschmilzt die entworfenen und gebauten digitalen Darstellungen der gebauten Umwelt mit aktuellen Repräsentationsdaten, typischerweise in Form von Grundrissen, Punktwolken und BIMs, mit zusätzlichen Informationsebenen, die sich auf die aktuellen und vorhergesagten Zustände einer Innenumgebung oder eines kompletten Gebäudes beziehen (z.B. Sensordaten). Das Design, die Implementierung und die ersten Tests prototypischen DT-Software-Dienstleistungen für Innenräume werden vorgestellt und beschrieben. Die DT-Software-Dienstleistungen werden innerhalb eines serviceorientierten Paradigmas implementiert, und ihre Machbarkeit wird durch funktionierende und getestete wichtige Softwarekomponenten in prototypischen SOS-Implementierungen dargestellt. Das Hauptergebnis dieser Forschung zeigt, dass Schlüsseldaten in Bezug auf die gebaute Umgebung semantisch angereichert und kombiniert werden können, um digitale Darstellungen von Innenumgebungen basierend auf dem Konzept eines DT zu ermöglichen. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse dieser Forschung, dass digitale Daten in Bezug auf FM und Architektur, Bauwesen, Ingenieurwesen, Eigentümer- und Insassenaktivitäten mithilfe eines serviceorientierten Ansatzes in Echtzeit kombiniert, analysiert und visualisiert werden können. Dies hat ein großes Potenzial für die Entscheidungsfindung in Bezug auf Betriebsund Wartungsverfahren im Rahmen der Lebenszyklusphasen typischer Bürogebäude nach dem Bau. KW - Digital Twin KW - BIM KW - Point Clouds KW - Service-Oriented Systems KW - 3D Visualization KW - Data Analytics KW - Machine Learning KW - Deep Learning KW - Semantic Enrichment KW - Indoor Point Clouds KW - Real Estate 4.0 KW - Facility Management KW - Building Management KW - Sensor Analytics KW - Visualization KW - 3D-Visualisierung KW - Gebäudeinformationsmodellierung KW - Gebäudemanagement KW - Daten-Analytik KW - Tiefes Lernen KW - Digitaler Zwilling KW - Indoor-Punktwolken KW - Maschinelles Lernen KW - Punktwolken KW - Immobilien 4.0 KW - Semantische Anreicherung KW - Sensor-Analytik KW - Service-Orientierte Systeme KW - Visualisierung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-509134 ER - TY - JOUR A1 - Seng, Cheyvuth A1 - Carlon, May Kristine Jonson A1 - Gayed, John Maurice A1 - Cross, Jeffrey S. T1 - Long-Term Effects of Short-Term Intervention Using MOOCs for Developing Cambodian Undergraduate Research Skills JF - EMOOCs 2021 N2 - Developing highly skilled researchers is essential to accelerate the economic progress of developing countries such as Cambodia in South East Asia. While there is continuing research investigating Cambodia’s potential to cultivate such a workforce, the circumstances of undergraduate students in public provincial universities do not receive ample attention. This is crucial as numerous multinational corporations are participating via foreign direct investments in special economic zones at the border provinces and need talented human resources in Cambodia as well as in neighboring Southeast Asian countries such as Thailand and Vietnam. Student’s research capability growth starts with one’s belief in their capacity to use the necessary information tools and their potential to succeed in research. In this research paper, we look at how such beliefs, specifically research self-efficacy and information literacy, can be developed through a short-term intervention that uses MOOCs and assess their long-term effects. Our previous research has shown that short-term training intervention has immediate positive effects on the undergraduate students’ self-efficacies in Cambodian public provincial universities. In this paper, we present the follow-up study results conducted sixteen months after the said short-term training intervention. Results reveal that from follow-up evaluations that while student’s self-efficacies were significantly higher than before the short-term intervention was completed, they were lower than immediately after the intervention. Thus, while perfunctory interventions such as merely introducing the students to MOOCs and other relevant research tools over as little as three weeks can have significant positive effects, efforts must be made to sustain the benefits gained. This implication is essential to developing countries such as Cambodia that need low-cost solutions with immediate positive results in developing human resources to conduct research, particularly in areas far from more developed capital cities. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-516929 VL - 2021 SP - 49 EP - 62 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - BOOK A1 - Seitz, Klara A1 - Lincke, Jens A1 - Rein, Patrick A1 - Hirschfeld, Robert T1 - Language and tool support for 3D crochet patterns BT - virtual crochet with a graph structure N2 - Crochet is a popular handcraft all over the world. While other techniques such as knitting or weaving have received technical support over the years through machines, crochet is still a purely manual craft. Not just the act of crochet itself is manual but also the process of creating instructions for new crochet patterns, which is barely supported by domain specific digital solutions. This leads to unstructured and often also ambiguous and erroneous pattern instructions. In this report, we propose a concept to digitally represent crochet patterns. This format incorporates crochet techniques which allows domain specific support for crochet pattern designers during the pattern creation and instruction writing process. As contributions, we present a thorough domain analysis, the concept of a graph structure used as domain specific language to specify crochet patterns and a prototype of a projectional editor using the graph as representation format of patterns and a diagramming system to visualize them in 2D and 3D. By analyzing the domain, we learned about crochet techniques and pain points of designers in their pattern creation workflow. These insights are the basis on which we defined the pattern representation. In order to evaluate our concept, we built a prototype by which the feasibility of the concept is shown and we tested the software with professional crochet designers who approved of the concept. N2 - Häkeln ist eine weltweit verbreitete Handarbeitskunst. Obwohl andere Techniken, wie stricken und weben über die Zeit maschinelle Unterstützung erhalten haben, ist Häkeln noch heute ein komplett manueller Vorgang. Nicht nur das Häkeln an sich, sondern auch der Prozess zur Anleitungserstellung von neuen Häkeldesigns ist kaum unterstützt mit digitalen Lösungen. In dieser Arbeit stellen wir ein Konzept vor, das Häkelanleitungen digital repräsentiert. Das entwickelte Format integriert Häkeltechniken, wodurch wir den Prozess des Anleitungschreibens für Designer spezifisch für die Häkeldomäne unterstützen können. Als Beiträge analysieren wir umfassend die Häkeldomäne, entwickeln ein Konzept zur Repräsentation von Häkelanleitungen basierend auf einer Graphenstruktur als domänenspezifische Sprache und implementieren einen projektionalen Editor, der auf der besagten Graphenstruktur aufbaut und weiterhin die erstellten Anleitungen als schematische Darstellung in 2D und 3D visualisiert. Durch die Analyse der Domäne lernen wir Häkeltechniken und Schwachstellen beim Ablauf des Anleitungserstellens kennen. Basierend auf diesen Erkenntnissen entwickeln wir das digitale Format, um Anleitungen zu repräsentieren. Für die Evaluierung unseres Konzepts, haben wir einen Prototypen implementiert, der die Machbarkeit demonstriert. Zudem haben wir die Software von professionellen Häkeldesignern testen lassen, die unsere Herangehensweise gutheißen. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 137 KW - crochet KW - visual language KW - tools KW - computer-aided design KW - Häkeln KW - visuelle Sprache KW - Werkzeuge KW - rechnerunterstütztes Konstruieren Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-492530 SN - 978-3-86956-505-7 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 137 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - THES A1 - Seidel, Karen T1 - Modelling binary classification with computability theory T1 - Binäre Klassifikation modellieren mit Berechenbarkeitstheorie N2 - We investigate models for incremental binary classification, an example for supervised online learning. Our starting point is a model for human and machine learning suggested by E.M.Gold. In the first part, we consider incremental learning algorithms that use all of the available binary labeled training data in order to compute the current hypothesis. For this model, we observe that the algorithm can be assumed to always terminate and that the distribution of the training data does not influence learnability. This is still true if we pose additional delayable requirements that remain valid despite a hypothesis output delayed in time. Additionally, we consider the non-delayable requirement of consistent learning. Our corresponding results underpin the claim for delayability being a suitable structural property to describe and collectively investigate a major part of learning success criteria. Our first theorem states the pairwise implications or incomparabilities between an established collection of delayable learning success criteria, the so-called complete map. Especially, the learning algorithm can be assumed to only change its last hypothesis in case it is inconsistent with the current training data. Such a learning behaviour is called conservative. By referring to learning functions, we obtain a hierarchy of approximative learning success criteria. Hereby we allow an increasing finite number of errors of the hypothesized concept by the learning algorithm compared with the concept to be learned. Moreover, we observe a duality depending on whether vacillations between infinitely many different correct hypotheses are still considered a successful learning behaviour. This contrasts the vacillatory hierarchy for learning from solely positive information. We also consider a hypothesis space located between the two most common hypothesis space types in the nearby relevant literature and provide the complete map. In the second part, we model more efficient learning algorithms. These update their hypothesis referring to the current datum and without direct regress to past training data. We focus on iterative (hypothesis based) and BMS (state based) learning algorithms. Iterative learning algorithms use the last hypothesis and the current datum in order to infer the new hypothesis. Past research analyzed, for example, the above mentioned pairwise relations between delayable learning success criteria when learning from purely positive training data. We compare delayable learning success criteria with respect to iterative learning algorithms, as well as learning from either exclusively positive or binary labeled data. The existence of concept classes that can be learned by an iterative learning algorithm but not in a conservative way had already been observed, showing that conservativeness is restrictive. An additional requirement arising from cognitive science research %and also observed when training neural networks is U-shapedness, stating that the learning algorithm does diverge from a correct hypothesis. We show that forbidding U-shapes also restricts iterative learners from binary labeled data. In order to compute the next hypothesis, BMS learning algorithms refer to the currently observed datum and the actual state of the learning algorithm. For learning algorithms equipped with an infinite amount of states, we provide the complete map. A learning success criterion is semantic if it still holds, when the learning algorithm outputs other parameters standing for the same classifier. Syntactic (non-semantic) learning success criteria, for example conservativeness and syntactic non-U-shapedness, restrict BMS learning algorithms. For proving the equivalence of the syntactic requirements, we refer to witness-based learning processes. In these, every change of the hypothesis is justified by a later on correctly classified witness from the training data. Moreover, for every semantic delayable learning requirement, iterative and BMS learning algorithms are equivalent. In case the considered learning success criterion incorporates syntactic non-U-shapedness, BMS learning algorithms can learn more concept classes than iterative learning algorithms. The proofs are combinatorial, inspired by investigating formal languages or employ results from computability theory, such as infinite recursion theorems (fixed point theorems). N2 - Wir untersuchen Modelle für inkrementelle binäre Klassifikation, ein Beispiel für überwachtes online Lernen. Den Ausgangspunkt bildet ein Modell für menschliches und maschinelles Lernen von E.M.Gold. Im ersten Teil untersuchen wir inkrementelle Lernalgorithmen, welche zur Berechnung der Hypothesen jeweils die gesamten binär gelabelten Trainingsdaten heranziehen. Bezogen auf dieses Modell können wir annehmen, dass der Lernalgorithmus stets terminiert und die Verteilung der Trainingsdaten die grundsätzliche Lernbarkeit nicht beeinflusst. Dies bleibt bestehen, wenn wir zusätzliche Anforderungen an einen erfolgreichen Lernprozess stellen, die bei einer zeitlich verzögerten Ausgabe von Hypothesen weiterhin zutreffen. Weiterhin untersuchen wir nicht verzögerbare konsistente Lernprozesse. Unsere Ergebnisse bekräftigen die Behauptung, dass Verzögerbarkeit eine geeignete strukturelle Eigenschaft ist, um einen Großteil der Lernerfolgskriterien zu beschreiben und gesammelt zu untersuchen. Unser erstes Theorem klärt für dieses Modell die paarweisen Implikationen oder Unvergleichbarkeiten innerhalb einer etablierten Auswahl verzögerbarer Lernerfolgskriterien auf. Insbesondere können wir annehmen, dass der inkrementelle Lernalgorithmus seine Hypothese nur dann verändert, wenn die aktuellen Trainingsdaten der letzten Hypothese widersprechen. Ein solches Lernverhalten wird als konservativ bezeichnet. Ausgehend von Resultaten über Funktionenlernen erhalten wir eine strikte Hierarchie von approximativen Lernerfolgskriterien. Hierbei wird eine aufsteigende endliche Zahl von \emph{Anomalien} (Fehlern) des durch den Lernalgorithmus vorgeschlagenen Konzepts im Vergleich zum Lernziel erlaubt. Weiterhin ergibt sich eine Dualität abhängig davon, ob das Oszillieren zwischen korrekten Hypothesen als erfolgreiches Lernen angesehen wird. Dies steht im Gegensatz zur oszillierenden Hierarchie, wenn der Lernalgorithmus von ausschließlich positiven Daten lernt. Auch betrachten wir einen Hypothesenraum, der einen Kompromiss zwischen den beiden am häufigsten in der naheliegenden Literatur vertretenen Arten von Hypothesenräumen darstellt. Im zweiten Teil modellieren wir effizientere Lernalgorithmen. Diese aktualisieren ihre Hypothese ausgehend vom aktuellen Datum, jedoch ohne Zugriff auf die zurückliegenden Trainingsdaten. Wir konzentrieren uns auf iterative (hypothesenbasierte) und BMS (zustandsbasierte) Lernalgorithmen. Iterative Lernalgorithmen nutzen ihre letzte Hypothese und das aktuelle Datum, um die neue Hypothese zu berechnen. Die bisherige Forschung klärt beispielsweise die oben erwähnten paarweisen Vergleiche zwischen den verzögerbaren Lernerfolgskriterien, wenn von ausschließlich positiven Trainingsdaten gelernt wird. Wir vergleichen verzögerbare Lernerfolgskriterien bezogen auf iterative Lernalgorithmen, sowie das Lernen von aussschließlich positiver oder binär gelabelten Daten. Bereits bekannt war die Existenz von Konzeptklassen, die von einem iterativen Lernalgorithmus gelernt werden können, jedoch nicht auf eine konservative Weise. U-shapedness ist ein in den Kognitionswissenschaften beobachtetes Phänomen, demzufolge der Lerner im Lernprozess von einer bereits korrekten Hypothese divergiert. Wir zeigen, dass iterative Lernalgorithmen auch durch das Verbieten von U-Shapes eingeschränkt werden. Zur Berechnung der nächsten Hypothese nutzen BMS-Lernalgorithmen ergänzend zum aktuellen Datum den aktuellen Zustand des Lernalgorithmus. Für Lernalgorithmen, die über unendlich viele mögliche Zustände verfügen, leiten wir alle paarweisen Implikationen oder Unvergleichbarkeiten innerhalb der etablierten Auswahl verzögerbarer Lernerfolgskriterien her. Ein Lernerfolgskriterium ist semantisch, wenn es weiterhin gilt, falls im Lernprozess andere Parameter ausgegeben werden, die jeweils für die gleichen Klassifikatoren stehen. Syntaktische (nicht-semantische) Lernerfolgskriterien, beispielsweise Konservativität und syntaktische Non-U-Shapedness, schränken BMS-Lernalgorithmen ein. Um die Äquivalenz der syntaktischen Lernerfolgskriterien zu zeigen, betrachten wir witness-based Lernprozesse. In diesen wird jeder Hypothesenwechsel durch einen später korrekt klassifizierten Zeugen in den Trainingsdaten gerechtfertig. Weiterhin sind iterative und BMS-Lernalgorithmen für die semantischen verzögerbaren Lernerfolgskriterien jeweils äquivalent. Ist syntaktische Non-U-Shapedness Teil des Lernerfolgskriteriums, sind BMS-Lernalgorithmen mächtiger als iterative Lernalgorithmen. Die Beweise sind kombinatorisch, angelehnt an Untersuchungen zu formalen Sprachen oder nutzen Resultate aus dem Gebiet der Berechenbarkeitstheorie, beispielsweise unendliche Rekursionstheoreme (Fixpunktsätze). KW - Binary Classification KW - Recursion KW - U-Shaped-Learning KW - Simulation KW - Binäre Klassifikation KW - Rekursion KW - U-Förmiges Lernen KW - Simulation Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-529988 ER - TY - JOUR A1 - Schneider, Sven A1 - Maximova, Maria A1 - Sakizloglou, Lucas A1 - Giese, Holger T1 - Formal testing of timed graph transformation systems using metric temporal graph logic JF - International journal on software tools for technology transfer N2 - Embedded real-time systems generate state sequences where time elapses between state changes. Ensuring that such systems adhere to a provided specification of admissible or desired behavior is essential. Formal model-based testing is often a suitable cost-effective approach. We introduce an extended version of the formalism of symbolic graphs, which encompasses types as well as attributes, for representing states of dynamic systems. Relying on this extension of symbolic graphs, we present a novel formalism of timed graph transformation systems (TGTSs) that supports the model-based development of dynamic real-time systems at an abstract level where possible state changes and delays are specified by graph transformation rules. We then introduce an extended form of the metric temporal graph logic (MTGL) with increased expressiveness to improve the applicability of MTGL for the specification of timed graph sequences generated by a TGTS. Based on the metric temporal operators of MTGL and its built-in graph binding mechanics, we express properties on the structure and attributes of graphs as well as on the occurrence of graphs over time that are related by their inner structure. We provide formal support for checking whether a single generated timed graph sequence adheres to a provided MTGL specification. Relying on this logical foundation, we develop a testing framework for TGTSs that are specified using MTGL. Lastly, we apply this testing framework to a running example by using our prototypical implementation in the tool AutoGraph. KW - formal testing KW - typed attributed symbolic graphs KW - timed graph KW - transformation KW - graph conditions KW - metric temporal graph logic Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1007/s10009-020-00585-w SN - 1433-2779 SN - 1433-2787 VL - 23 IS - 3 SP - 411 EP - 488 PB - Springer CY - Heidelberg ER - TY - BOOK A1 - Schneider, Sven A1 - Maximova, Maria A1 - Giese, Holger T1 - Probabilistic metric temporal graph logic N2 - Cyber-physical systems often encompass complex concurrent behavior with timing constraints and probabilistic failures on demand. The analysis whether such systems with probabilistic timed behavior adhere to a given specification is essential. When the states of the system can be represented by graphs, the rule-based formalism of Probabilistic Timed Graph Transformation Systems (PTGTSs) can be used to suitably capture structure dynamics as well as probabilistic and timed behavior of the system. The model checking support for PTGTSs w.r.t. properties specified using Probabilistic Timed Computation Tree Logic (PTCTL) has been already presented. Moreover, for timed graph-based runtime monitoring, Metric Temporal Graph Logic (MTGL) has been developed for stating metric temporal properties on identified subgraphs and their structural changes over time. In this paper, we (a) extend MTGL to the Probabilistic Metric Temporal Graph Logic (PMTGL) by allowing for the specification of probabilistic properties, (b) adapt our MTGL satisfaction checking approach to PTGTSs, and (c) combine the approaches for PTCTL model checking and MTGL satisfaction checking to obtain a Bounded Model Checking (BMC) approach for PMTGL. In our evaluation, we apply an implementation of our BMC approach in AutoGraph to a running example. N2 - Cyber-physische Systeme umfassen häufig ein komplexes nebenläufiges Verhalten mit Zeitbeschränkungen und probabilistischen Fehlern auf Anforderung. Die Analyse, ob solche Systeme mit probabilistischem gezeitetem Verhalten einer vorgegebenen Spezifikation entsprechen, ist essentiell. Wenn die Zustände des Systems durch Graphen dargestellt werden können, kann der regelbasierte Formalismus von probabilistischen gezeiteten Graphtransformationssystemen (PTGTSs) verwendet werden, um die Strukturdynamik sowie das probabilistische und gezeitete Verhalten des Systems geeignet zu erfassen. Die Modellprüfungsunterstützung für PTGTSs bzgl. Eigenschaften, die unter Verwendung von probabilistischer zeitgesteuerter Berechnungsbaumlogik (PTCTL) spezifiziert wurden, wurde bereits entwickelt. Darüber hinaus wurde das gezeitete graphenbasierte Laufzeitmonitoring mittels metrischer temporaler Graphlogik (MTGL) entwickelt, um metrische temporale Eigenschaften auf identifizierten Untergraphen und ihre strukturellen Änderungen über die Zeit zu erfassen. In diesem Artikel (a) erweitern wir MTGL auf die probabilistische metrische temporale Graphlogik (PMTGL), indem wir die Spezifikation probabilistischer Eigenschaften zulassen, (b) passen unseren MTGL-Prüfungsansatz auf PTGTSs an und (c) kombinieren die Ansätze für PTCTL-Modellprüfung und MTGL-Prüfung, um einen beschränkten Modellprüfungsansatz (BMC-Ansatz) für PMTGL zu erhalten. In unserer Auswertung wenden wir eine Implementierung unseres BMC-Ansatzes in AutoGraph auf ein Beispiel an. T3 - Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Digital Engineering an der Universität Potsdam - 140 KW - cyber-physische Systeme KW - probabilistische gezeitete Systeme KW - qualitative Analyse KW - quantitative Analyse KW - Bounded Model Checking KW - cyber-physical systems KW - probabilistic timed systems KW - qualitative analysis KW - quantitative analysis KW - bounded model checking Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-515066 SN - 978-3-86956-517-0 SN - 1613-5652 SN - 2191-1665 IS - 140 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Schlosser, Rainer A1 - Chenavaz, Régis Y. A1 - Dimitrov, Stanko T1 - Circular economy BT - joint dynamic pricing and recycling investments JF - International journal of production economics N2 - In a circular economy, the use of recycled resources in production is a key performance indicator for management. Yet, academic studies are still unable to inform managers on appropriate recycling and pricing policies. We develop an optimal control model integrating a firm's recycling rate, which can use both virgin and recycled resources in the production process. Our model accounts for recycling influence both at the supply- and demandsides. The positive effect of a firm's use of recycled resources diminishes over time but may increase through investments. Using general formulations for demand and cost, we analytically examine joint dynamic pricing and recycling investment policies in order to determine their optimal interplay over time. We provide numerical experiments to assess the existence of a steady-state and to calculate sensitivity analyses with respect to various model parameters. The analysis shows how to dynamically adapt jointly optimized controls to reach sustainability in the production process. Our results pave the way to sounder sustainable practices for firms operating within a circular economy. KW - Dynamic pricing KW - Recycling investments KW - Optimal control KW - General demand function KW - Circular economy Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2021.108117 SN - 0925-5273 SN - 1873-7579 VL - 236 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - JOUR A1 - Rüther, Ferenc Darius A1 - Sebode, Marcial A1 - Lohse, Ansgar W. A1 - Wernicke, Sarah A1 - Böttinger, Erwin A1 - Casar, Christian A1 - Braun, Felix A1 - Schramm, Christoph T1 - Mobile app requirements for patients with rare liver diseases BT - a single center survey for the ERN RARE-LIVER JF - Clinics and research in hepatology and gastroenterology N2 - Background: More patient data are needed to improve research on rare liver diseases. Mobile health apps enable an exhaustive data collection. Therefore, the European Reference Network on Hepatological diseases (ERN RARE-LIVER) intends to implement an app for patients with rare liver diseases communicating with a patient registry, but little is known about which features patients and their healthcare providers regard as being useful. Aims: This study aimed to investigate how an app for rare liver diseases would be accepted, and to find out which features are considered useful. Methods: An anonymous survey was conducted on adult patients with rare liver diseases at a single academic, tertiary care outpatient-service. Additionally, medical experts of the ERN working group on autoimmune hepatitis were invited to participate in an online survey. Results: In total, the responses from 100 patients with autoimmune (n = 90) or other rare (n = 10) liver diseases and 32 experts were analyzed. Patients were convinced to use a disease specific app (80%) and expected some benefit to their health (78%) but responses differed signifi-cantly between younger and older patients (93% vs. 62%, p < 0.001; 88% vs. 64%, p < 0.01). Comparing patients' and experts' feedback, patients more often expected a simplified healthcare pathway (e.g. 89% vs. 59% (p < 0.001) wanted access to one's own medical records), while healthcare providers saw the benefit mainly in improving compliance and treatment outcome (e.g. 93% vs. 31% (p < 0.001) and 70% vs. 21% (p < 0.001) expected the app to reduce mistakes in taking medication and improve quality of life, respectively). KW - Primary sclerosing cholangitis KW - Primary biliary cholangitis KW - Autoimmune KW - hepatitis KW - European reference networks KW - Mobile applications KW - Patient KW - reported out-come measures Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.clinre.2021.101760 SN - 2210-7401 SN - 2210-741X VL - 45 IS - 6 PB - Elsevier Masson CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Rohloff, Tobias T1 - Learning analytics at scale BT - supporting learning and teaching in MOOCs with data-driven insights N2 - Digital technologies are paving the way for innovative educational approaches. The learning format of Massive Open Online Courses (MOOCs) provides a highly accessible path to lifelong learning while being more affordable and flexible than face-to-face courses. Thereby, thousands of learners can enroll in courses mostly without admission restrictions, but this also raises challenges. Individual supervision by teachers is barely feasible, and learning persistence and success depend on students' self-regulatory skills. Here, technology provides the means for support. The use of data for decision-making is already transforming many fields, whereas in education, it is still a young research discipline. Learning Analytics (LA) is defined as the measurement, collection, analysis, and reporting of data about learners and their learning contexts with the purpose of understanding and improving learning and learning environments. The vast amount of data that MOOCs produce on the learning behavior and success of thousands of students provides the opportunity to study human learning and develop approaches addressing the demands of learners and teachers. The overall purpose of this dissertation is to investigate the implementation of LA at the scale of MOOCs and to explore how data-driven technology can support learning and teaching in this context. To this end, several research prototypes have been iteratively developed for the HPI MOOC Platform. Hence, they were tested and evaluated in an authentic real-world learning environment. Most of the results can be applied on a conceptual level to other MOOC platforms as well. The research contribution of this thesis thus provides practical insights beyond what is theoretically possible. In total, four system components were developed and extended: (1) The Learning Analytics Architecture: A technical infrastructure to collect, process, and analyze event-driven learning data based on schema-agnostic pipelining in a service-oriented MOOC platform. (2) The Learning Analytics Dashboard for Learners: A tool for data-driven support of self-regulated learning, in particular to enable learners to evaluate and plan their learning activities, progress, and success by themselves. (3) Personalized Learning Objectives: A set of features to better connect learners' success to their personal intentions based on selected learning objectives to offer guidance and align the provided data-driven insights about their learning progress. (4) The Learning Analytics Dashboard for Teachers: A tool supporting teachers with data-driven insights to enable the monitoring of their courses with thousands of learners, identify potential issues, and take informed action. For all aspects examined in this dissertation, related research is presented, development processes and implementation concepts are explained, and evaluations are conducted in case studies. Among other findings, the usage of the learner dashboard in combination with personalized learning objectives demonstrated improved certification rates of 11.62% to 12.63%. Furthermore, it was observed that the teacher dashboard is a key tool and an integral part for teaching in MOOCs. In addition to the results and contributions, general limitations of the work are discussed—which altogether provide a solid foundation for practical implications and future research. N2 - Digitale Technologien sind Wegbereiter für innovative Bildungsansätze. Das Lernformat der Massive Open Online Courses (MOOCs) bietet einen einfachen und globalen Zugang zu lebenslangem Lernen und ist oft kostengünstiger und flexibler als klassische Präsenzlehre. Dabei können sich Tausende von Lernenden meist ohne Zulassungsbeschränkung in Kurse einschreiben, wodurch jedoch auch Herausforderungen entstehen. Eine individuelle Betreuung durch Lehrende ist kaum möglich und das Durchhaltevermögen und der Lernerfolg hängen von selbstregulatorischen Fähigkeiten der Lernenden ab. Hier bietet Technologie die Möglichkeit zur Unterstützung. Die Nutzung von Daten zur Entscheidungsfindung transformiert bereits viele Bereiche, aber im Bildungswesen ist dies noch eine junge Forschungsdisziplin. Als Learning Analytics (LA) wird das Messen, Erfassen, Analysieren und Auswerten von Daten über Lernende und ihren Lernkontext verstanden, mit dem Ziel, das Lernen und die Lernumgebungen zu verstehen und zu verbessern. Die riesige Menge an Daten, die MOOCs über das Lernverhalten und den Lernerfolg produzieren, bietet die Möglichkeit, das menschliche Lernen zu studieren und Ansätze zu entwickeln, die den Anforderungen von Lernenden und Lehrenden gerecht werden. Der Schwerpunkt dieser Dissertation liegt auf der Implementierung von LA für die Größenordnung von MOOCs und erforscht dabei, wie datengetriebene Technologie das Lernen und Lehren in diesem Kontext unterstützen kann. Zu diesem Zweck wurden mehrere Forschungsprototypen iterativ für die HPI-MOOC-Plattform entwickelt. Daher wurden diese in einer authentischen und realen Lernumgebung getestet und evaluiert. Die meisten Ergebnisse lassen sich auf konzeptioneller Ebene auch auf andere MOOC-Plattformen übertragen, wodurch der Forschungsbeitrag dieser Arbeit praktische Erkenntnisse über das theoretisch Mögliche hinaus liefert. Insgesamt wurden vier Systemkomponenten entwickelt und erweitert: (1) Die LA-Architektur: Eine technische Infrastruktur zum Sammeln, Verarbeiten und Analysieren von ereignisgesteuerten Lerndaten basierend auf einem schemaagnostischem Pipelining in einer serviceorientierten MOOC-Plattform. (2) Das LA-Dashboard für Lernende: Ein Werkzeug zur datengesteuerten Unterstützung der Selbstregulierung, insbesondere um Lernende in die Lage zu versetzen, ihre Lernaktivitäten, ihren Fortschritt und ihren Lernerfolg selbst zu evaluieren und zu planen. (3) Personalisierte Lernziele: Eine Reihe von Funktionen, um den Lernerfolg besser mit persönlichen Absichten zu verknüpfen, die auf ausgewählten Lernzielen basieren, um Leitlinien anzubieten und die bereitgestellten datengetriebenen Einblicke über den Lernfortschritt darauf abzustimmen. (4) Das LA-Dashboard für Lehrende: Ein Hilfsmittel, das Lehrkräfte mit datengetriebenen Erkenntnissen unterstützt, um ihre Kurse mit Tausenden von Lernenden zu überblicken, mögliche Probleme zu erkennen und fundierte Maßnahmen zu ergreifen. Für alle untersuchten Aspekte dieser Dissertation werden verwandte Forschungsarbeiten vorgestellt, Entwicklungsprozesse und Implementierungskonzepte erläutert und Evaluierungen in Fallstudien durchgeführt. Unter anderem konnte durch den Einsatz des Dashboards für Lernende in Kombination mit personalisierten Lernzielen verbesserte Zertifizierungsraten von 11,62% bis 12,63% nachgewiesen werden. Außerdem wurde beobachtet, dass das Dashboard für Lehrende ein entscheidendes Werkzeug und ein integraler Bestandteil für die Lehre in MOOCs ist. Neben den Ergebnissen und Beiträgen werden generelle Einschränkungen der Arbeit diskutiert, die insgesamt eine fundierte Grundlage für praktische Implikationen und zukünftige Forschungsvorhaben schaffen. KW - Learning Analytics KW - MOOCs KW - Self-Regulated Learning KW - E-Learning KW - Service-Oriented Architecture KW - Online Learning Environments Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-526235 ER - TY - JOUR A1 - Ponce, Eva A1 - Srinath, Sindhu A1 - Allegue, Laura T1 - Integrating Community Teaching in MOOCs JF - EMOOCs 2021 N2 - The MITx MicroMasters Program in Supply Chain Management (SCM) is a Massive Open Online Course (MOOC) based program that aims to impart quantitative and qualitative knowledge to SCM enthusiasts all around the world. The program that started in 2014 with just one course, now offers 5 courses and one final proctored exam, which allows a learner to gain a MicroMasters credential upon completion. While the courses are delivered in the form of pre-recorded videos by the faculty members of Massachusetts Institute of Technology (MIT), the questions and comments posted by learners in discussion forums are addressed by a group of Community Teaching Assistants (CTAs) who volunteer for this role. The MITx staff carefully selects CTAs for each run of the individual courses as they take on a co-facilitator’s role in the program. This paper highlights the importance of community teaching, discusses the profile of CTAs involved with the program, their recruitment, training, tasks and responsibilities, engagement, and rewarding process. In the end we also share a few recommendations based on the lessons learned in community teaching during the last five years of running more than 45 MOOC courses, that could help other MOOC teams deliver a high-touch experience. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-517123 SN - 978-3-86956-512-5 VL - 2021 SP - 95 EP - 109 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Poce, Antonella A1 - Re, Maria Rosaria A1 - Valente, Mara T1 - Evaluating OERs in Museum Education Context BT - A Collaborative Online Experience JF - EMOOCs 2021 N2 - This paper aims to present the results of a higher education experience promoted by the research centres INTELLECT (University of Modena and Reggio Emilia) and CDM (University of Roma Tre), as part of difference master’s degrees programme of the academic years 2018/2019, 2019/2020, and 2020/2021. Through different online activities, 37 students attended and evaluated a MOOC on museum education content, such promoting their professionals and transverse skills, such as critical thinking, and developing their knowledge relative to OERs, within culture and heritage education contexts. Moreover, results from the online evaluation activities support the implementation of the MOOC in a collaborative way: during the academic years, evaluation data have been used by researcher to make changes to the course modules, thus realizing a more effective online path from and educational point of view. Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-517178 SN - 978-3-86956-512-5 VL - 2021 SP - 159 EP - 168 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER - TY - JOUR A1 - Perscheid, Cindy T1 - Comprior BT - Facilitating the implementation and automated benchmarking of prior knowledge-based feature selection approaches on gene expression data sets JF - BMC Bioinformatics N2 - Background Reproducible benchmarking is important for assessing the effectiveness of novel feature selection approaches applied on gene expression data, especially for prior knowledge approaches that incorporate biological information from online knowledge bases. However, no full-fledged benchmarking system exists that is extensible, provides built-in feature selection approaches, and a comprehensive result assessment encompassing classification performance, robustness, and biological relevance. Moreover, the particular needs of prior knowledge feature selection approaches, i.e. uniform access to knowledge bases, are not addressed. As a consequence, prior knowledge approaches are not evaluated amongst each other, leaving open questions regarding their effectiveness. Results We present the Comprior benchmark tool, which facilitates the rapid development and effortless benchmarking of feature selection approaches, with a special focus on prior knowledge approaches. Comprior is extensible by custom approaches, offers built-in standard feature selection approaches, enables uniform access to multiple knowledge bases, and provides a customizable evaluation infrastructure to compare multiple feature selection approaches regarding their classification performance, robustness, runtime, and biological relevance. Conclusion Comprior allows reproducible benchmarking especially of prior knowledge approaches, which facilitates their applicability and for the first time enables a comprehensive assessment of their effectiveness KW - Feature selection KW - Prior knowledge KW - Gene expression KW - Reproducible benchmarking Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1186/s12859-021-04308-z SN - 1471-2105 VL - 22 SP - 1 EP - 15 PB - Springer Nature CY - London ER -