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Distribution of Cooling Structures in Water Cooled Electrical Machines using Localized Loss Profiles
(2023)
Cooling is a critical factor for improving power density in electrical appliances, especially in integrated drives for mobile applications. However, the issue of distributed losses in electric machines can lead to hotspots and temperature gradients within the electric drive. Traditional cooling jackets use unidirectional flow without or with evenly distributed cooling structures. This often aggravates the issue of hotspots, resulting in thermal derating and thus limiting the operation range. As well, a non-demand oriented distribution of cooling structures leads to unnecessary pressure losses.
This problem is addressed with a newly elaborated method for distributing cooling elements, i.e., pin fins with varying density distribution inside the cooling channel. Results from previous work, numerical simulations, and measurement data from a planar test bench are used. The approach segments the cooling channel by using a loss profile. This profile and analytic heat transfer calculations are used to determine the required density of cooling elements for dissipating the locally induced losses. For a linear channel with uniformly distributed losses, this results in an increasing number of cooling elements within the channel in fluid flow direction. With localized losses, this will result in an increased density distribution in the respective areas. The method is evaluated by applying it to a planar test channel and investigating the temperature distribution on a test bench. First results indicate that the newly developed cooling element distribution provides an advantageous temperature distribution. The temperature gradient along the cooling channel shows a reduction from 23 K to 9 K with the distributed cooling elements.
The method, previously tested in the linear planar channel, then is applied to the construction of a cooling jacket with a specifically designed two-layer cooling channel. This design is analyzed using CFD, a prototype is currently under production. Tests on the prototype will follow in further investigations.
Die vorliegende Masterarbeit ist im Rahmen des vom Schweizerischen Nationalfonds
(SNF) geförderten Projekts Integrative Förderung auf der Sekundarstufe I (IFCH Sek-I)der Pädagogischen Hochschule Zürich sowie der Universität Fribourg entstanden. Im Fokus steht die förderprozessorientierte Kooperation im Rahmen der Integrativen Förderung.
Auf der Grundlage einer inhaltlich strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse nach Kuckartz und Rädiker (2022) werden anhand von acht ausgewählten Sekundarschulen im Kanton Zürich Voraussetzungen und Vorgaben auf verschiedenen Ebenen des Bildungssystems analysiert und untersucht, wie diese Vorgaben auf der jeweils nachfolgenden Systemebene von den einzelnen Schulen sowie den Lehrpersonen rekontextualisiert und in ihrer Praxis umgesetzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits auf der Makroebene des Bildungssystems klärende Vorgaben für die förderprozessorientierte Kooperation der Regel- und Förderlehrpersonen gemacht werden. Viele Aspekte wie beispielsweise Rollen, Aufgaben und Verantwortlichkeiten sowie die Organisation der Förderplanung und des gemeinsamen Unterrichts werden auf den nachfolgenden Systemebenen, d.h. in den Schulen und in den Klassenteams, weiter geklärt. Andere Vorgaben der Makroebene werden in den Schulen nicht mehr weiter konkretisiert und bleiben daher allgemein. Schliesslich definieren und organisieren die Schulen und Lehrpersonen in der Praxis die Vorgaben zur Kooperation in Abhängigkeit der vorhandenen Rahmenbedingungen und situationalen Gegebenheiten,
wobei für die unterrichtsbezogene Zusammenarbeit vor allem die Beziehung der
Kooperationspartner:innen entscheidend ist. Für eine Steuerung durch die Mesoebene können ein kooperationsförderliches Schulleitungshandeln sowie institutionalisierte Zusammenarbeitsgefässe mit festgelegten Zeitfensterns als zentrale Gelingensbedingungen genannt werden, wobei deren Potential von den Schulen noch nicht ausgeschöpft wird.
Fahrdynamiksimulation von einem Fahrrad mit Anhänger zur Lastenbeförderung in der Mikromobilität
(2023)
Diese Arbeit befasst sich mit der Modellierung und Validierung eines Simulationsmodells in MATLAB/SIMULINK. Es wird untersucht, ob Simulationsergebnisse ähnlich wie in der PKW-Simulation auch für die Mikromobilität (hier Fahrrad plus Anhänger) genutzt werden können. Dafür wurde im Voraus ein Pacjeka Reifen Modell mit der Magic For-mula auf Basis eines Fahrradreifens erstellt. Das Simulationsmodell wurde mit Hilfe eines Anhänger-Prototypen und Realfahrtests validiert. Für die Validierung war es wichtig ein Fahrer-Regler in das System zu integrieren und für die Fahrtests auszulegen. Dieser Fah-rer ist für die Längs- und Querregelung verantwortlich und wurde mit Referenzkurven aus den Messdaten versorgt.
Die Auswertung zeigt eine große Übereinstimmung der Fahrdynamik-Messwerte bei dem hier benutzten Einspurmodell. Um möglichst eindeutige Messergebnisse für den Ver-gleich zu erhalten, muss der Einfluss des Fahrers bei den Testfahrten so klein wie möglich gehalten werden. Es ist möglich ein solches Simulationsmodell mit der Realität zu ver-gleichen und dieses für Fahrdynamik-Regelungen zu nutzen.
Die Diversität schulischer Beratungsanlässe (u.a. Gerich et al., 2014; Grewe, 2015a; Hertel & Schmitz, 2010) stellt Lehrkräfte vor viele Herausforderungen. Um diesen begegnen zu kön-nen, benötigen sie Beratungskompetenz (u.a. Baumert & Kunter, 2011; Hertel, 2009; Sauer, 2019). Die Zahl der Studien, die sich mit allgemeiner schulischer Beratungskompetenz aus-einandersetzen ist gering (Hertel, 2017), gleichzeitig zeigen erste Befunde die Mehrdimen-sionalität schulischer Beratungskompetenz (Bruder et al., 2010; Bülow, 2018; Gerich et al., 2015; Hertel 2009). Bisher wenig erforscht ist, ob auf Grund der Unterschiedlichkeit in den Beratungsanlässen schulische Beratungskompetenz auch situationsspezifisch zu betrachten bzw. zu modellieren ist. Strasser (2020a) postuliert das Erfordernis spezifischer Kompetenz-facetten bezogen auf die jeweiligen Beratungssituationen. Dies steht in Einklang mit den Ergebnissen der Kompetenzforschung, die zeigen, dass Kompetenzen mehrdimensional und situationsspezifisch zu betrachten sind (u.a. Blömeke et al., 2015) und situationsspezifische Handlungssituationen spezifisches Wissen und Fähigkeiten erfordern (u.a. Buiskool & Broek, 2012).
Eine schulische Beratungssituation, für die ein solches Modell denkbar wäre, stellt die Bera-tung bei hoher Begabung dar. Es handelt sich dabei um eine nicht alltägliche, jedoch rele-vante Beratungssituation (Müller-Oppliger, S., 2021; Nguyen & Sliwka, 2021), die im Beson-deren Grundschullehrkräfte adressiert (Hannig & Koop, 2016; Koop et al., 2015; Rothen-busch, 2016). Ziel dieser Arbeit war es daher, ein situationsspezifisches Modell für die Bera-tungskompetenz von Grundschullehrkräften bei hoher Begabung zu entwickeln und zu vali-dieren. Unter Berücksichtigung theoretischer und empirischer Grundlagen wurde ein 4-dimensionales Modell postuliert, welches die Dimensionen Wissen, Einstellungen und Über-zeugungen, Diagnostische Kompetenz und Beratungskompetenz mit jeweils relevanten Kompetenzfacetten (z. B. Förderung und Charakteristika bei hoher Begabung) einschließt.
Präsentiert werden in dieser Studie die Ergebnisse aus einer Online-Befragung von Grund-schullehrkräften zur Überprüfung des postulierten Modells. Zur Validierung der z. T. eigen-ständig entworfenen Instrumente wurde eine zweite Stichprobe, bestehend aus Schulpsy-cholog*innen und Mitarbeitenden externer Beratungsstellen für hohe Begabung, erhoben. Entsprechend der Mehrdimensionalität des Modells und den Erfordernissen zur Kompe-tenzmessung erfolgten die Erhebung und die anschließenden Auswertungen multimethodal. Konkret wurde ein Wissenstest zur Erhebung der Dimension Wissen eingesetzt, welcher über ein nominales IRT Modell (Bock, 1972) ausgewertet wurde. Die Dimension Einstellun-gen und Überzeugungen wurde anhand persönlicher Einschätzungen in Form eines Fragebo-gens, eines semantischen Differenzials und eines bipolaren Fragebogens operationalisiert. Während die Auswertung des semantischen Differenzials und des Fragebogens zur Selbst-einschätzung über Scores bzw. Mittelwerte erfolgte, wurde der aus Single-Items bestehen-de bipolare Fragebogen über eine latente Klassenanalyse ausgewertet. Die Überprüfung der Dimensionen Diagnostische Kompetenz und Beratungskompetenz erfolgte mittels eines Si-tuational Judgment Tests, ausgewertet über einen Vergleich der Antwortoptionen mit den Bewertungen von Expert*innen. Im Anschluss an die Datenaufbereitung wurde eine Analyse anhand einer Strukturgleichungsmodellierung durchgeführt.
Die Ergebnisse stärken die Annahme, dass die Beratung von Kindern mit hoher Begabung durch Grundschullehrkräfte situationsspezifisch zu betrachten ist. Gleichzeitig zeigten sich Verschiebungen im Vergleich zu allgemeinen Modellen schulischer Beratungskompetenz, die dem postulierten Modell zugrunde gelegt wurden (Gerich et al., 2015). So scheint der Perspektivwechsel nicht einer Diagnostischen Kompetenz immanent zu sein, sondern eine eigene Kompetenzfacette darzustellen. Zudem ergeben sich aufgrund des vorliegenden Er-gebnisses Hinweise auf eine mögliche Existenz weiterer situationsspezifischer Modelle schulischer Beratungskompetenz. Dies hat wiederum Konsequenzen für die Anforderungen in anlassbezogenen Beratungssituationen für Grundschullehrkräfte, die kritisch diskutiert werden müssen und vertiefende Forschung zu situativer Beratungskompetenz implizieren.
Das Thema Unterrichtsqualität ist spätestens seit den Ergebnissen der internationalen Schulleistungsstudien PISA und TIMSS aktueller denn je und erhält sowohl in der Öffentlichkeit als auch in der Wissenschaft verstärkt Aufmerksamkeit. Auch wenn die Leistungsstudien wichtige Erkenntnisse zu den Ergebnissen der Bildungssysteme liefern, können sie dennoch keine konkreten Aussagen über die Qualität des Unterrichts und damit über den wesentlichsten Faktor der Schule machen, denn sie untersuchen keine unterrichtlichen Prozessmerkmale (z. B. Helmke, 2005, 2017; Helmke & Schrader, 2006; Reusser, Pauli, & Waldis, 2010). Dabei sind es gerade die Mikroprozesse des Unterrichts, von denen Schüler/innen im Schulalltag am meisten profitieren können (z. B. Helmke & Weinert, 1997; Helmke & Schrader, 1998; Hattie, 2003, 2009; Klieme, 2006).
Inzwischen haben zahlreiche empirische Untersuchungen verschiedenste Merkmale guten, d. h. lernförderlichen Unterrichtens herausgestellt. Diese Ergebnisse verweisen auf die hohe Bedeutung einer strukturierten und effektiven Unterrichtsführung, einer schülerorientierten und individualisierten Unterrichtsgestaltung sowie sämtlicher Merkmale des Lehrerhandeln, die den Lernenden eine vertiefte inhaltliche kognitive Auseinandersetzung mit dem Lerngegenstand ermöglichen (z. B. Helmke & Schrader, 1998; Gruehn, 2000; Einsiedler, 2002; Helmke 2005, 2017; Meyer, 2011; Kunter & Ewald, 2016; Lipowsky & Bleck, 2019). Allerdings sind diese Qualitätsmerkmale bisher fast ausschließlich in lehrerzentrierten Unterrichtsformen untersucht worden und das obwohl der Offene Unterricht aus der heutigen schulpädagogischen Diskussion um guten Unterricht nicht mehr wegzudenken ist und im schulischen Unterrichtsalltag inzwischen als angemessener Unterricht für heterogene Lerngruppen und differenziertes Lernen durchaus verbreitet ist (Brügelmann, 2001; Lipowsky, 2002; Bohl, 2001, 2009; Bohl & Kucharz, 2010; Kansteiner & Traub, 2016).
Die hier vorliegende Studie beschäftigt sich deshalb mit der Erforschung und Erfassung der Durchführungsqualität des derzeit praktizierten Offenen Unterrichts in der Grundschule und der qualitätsdifferenzierenden Prozessbeschreibung offener Unterrichtsrealitäten.
Ethische Bildung ist einerseits die Fähigkeit zu begrifflicher Argumentation, Analyse und zur Begründung ethischer Handlungen. In diesem Text argumentiere ich dafür, dass ethische Bildung noch mehr bedeutet. Die zentralen Begriffe dabei sind Herz, Vernunft des Herzens und Herzensbildung. Diese werden in acht Aspekten erläutert: Herzensbildung hat Beziehungen zur Praxis des guten Lebens, zu Weisheit, zur Philosophie des Leibes/des Körpers, zur Spiritualität etc. Vernunft des Herzens ist, so die Schlussthesen, Sinn für das Unverfügbare und Sinn für Kreatürlichkeit.
Die Studie „Kulturen des Lehrens in der hochschulischen Erstausbildung von Hebammen in
Deutschland“ widmet sich der übergeordneten Frage, wie die Lehre in
Hebammenstudiengängen auf der institutionell-strukturellen und der personellen Ebene
gestaltet wird. Diese Frage wird im Rahmen einer qualitativ-rekonstruktiven Studie und über
eine between-method-triangulation bearbeitet. Dabei werden zwei Synopsen von
Strukturmerkmalen von Studiengängen (2019, 2021), eine Dokumentenanalyse der
Modulhandbücher (2019), Expert*innen-Interviews mit Studiengangsverantwortlichen (2019)
und berufsbiografisch-narrative Interviews mit Lehrenden durchgeführt (2019/2020).
Auf einer institutionell-strukturellen Ebene zeigen die Synopsen, die Dokumentenanalyse und
die Expert*innen-Interviews eine Studienlandschaft, welche sich im Hinblick auf verschiedene
Strukturmerkmale in einem Entwicklungsprozess befindet und personelle und zeitliche
Ressourcen erfordert. Anhand der dokumentarischen Interpretation der berufsbiografischnarrativ Interviews mit den Lehrenden in Hebammenstudiengängen lassen sich drei Lehrtypen rekonstruieren, welche sich in Bezug auf ihre habituellen Muster im berufsbiografischen Werdegang und der handlungsleitenden Orientierungen in Bezug auf die hochschulische Gestaltung von Lehre unterscheiden.
Die Studie beschreibt und rekonstruiert aus verschiedenen Perspektiven Kulturen des Lehrens
in der hochschulischen Erstausbildung von Hebammen und setzt einen Referenzpunkt für
weitere Entwicklungen. Die Ergebnisse betonen sowohl auf institutionell-struktureller Ebene
als auch auf der Ebene der Lehrenden die Relevanz personeller und zeitlicher Ressourcen für
die Implementierung einer kompetenzbasierten, wissenschaftsbasierten und
praxisintegrierenden hochschulischen Erstausbildung. Im Rahmen eines
professionstheoretischen Diskurses betonen die Ergebnisse die Bedeutsamkeit des
Strukturkerns hochschulischen Lehrhandelns für die Herausbildung eines professionellen,
wissenschaftsreflexiven Hochschullehrendenhabitus in Hebammenstudiengängen.
Erfolgreiches Lernen und damit auch eine erfolgreiche Schulkarriere kann als Grundlage für ein gelingendes Leben in einer Industrienation gesehen werden. Motivation und Selbstwirksamkeitsüberzeugungen der Lernenden sind dabei wichtige Grundlagen. In einer immer heterogener werdenden Gesellschaft stellt dies besondere Anforderungen an die Lehrenden. Weitere Herausforderungen ergaben sich durch die Schulschließungen im Zuge der Corona-Pandemie und dem damit verbundenen Fernunterricht. Digitale Medien können hilfreich sein, diesen Herausforderungen gerecht zu werden, sowohl im Präsenz-, als auch im Fernunterricht. In dieser kumulativen Dissertation wurden unterschiedliche Forschungsarbeiten veröffentlicht, die sich mit den skizzierten Anforderungen auseinandersetzen. In einem Review-Artikel wurden bisherige Forschungen auf Basis dieser Grundlagen gesucht und erfasst. Weitere Fachartikel, in denen digitale Medien als Lernbegleiter, Lernwerkzeug oder Experimentalwerkzeug eingesetzt wurden, wurden erarbeitet und veröffentlicht. Basis für diese Forschungen waren die Stärkung von Selbstregulation, Motivation und Lernerfolg in heterogenen Lerngruppen der Sekundarstufe I. Teilweise wurden die Forschungsergebnisse im Präsenzunterricht und teilweise im Fernunterricht erarbeitet. Da die Ergebnisse bereits in den publizierten Artikeln vorgestellt wurden, handelt es sich in dieser Dissertation um eine verkürzte Darstellung der Forschungsergebnisse.
Künstlerische Forschung erweitert unser Wissen anders als wissenschaftliche Forschung. Dies trifft analog auch auf eine nichtszientifische philosophische Forschung zu. Die Verwissenschaftlichung der Philosophie hat Vorteile, aber auch Nachteile: So wurde weitgehend die Perspektive der 1. Person verloren. Für eine philosophische Bildung, die mehr sein möchte als Wissenschaftspropädeutik und auch Arbeit an uns selbst, Charakterbildung und transformative Prozesse anzielt, brauchen wir eine Fachphilosophie, die wieder mehr die Perspektive der 1. Person einbezieht. Hier kann die künstlerische Forschung Impulse geben