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Bicycle-drawn cargo trailers with an electric drive to enable the transportation of high cargo loads are used as part of the last-mile logistics. Depending on the load, the total mass of a trailer can vary between approx. 50 and 250 kg, potentially more than the mass of the towing bicycle. This can result in major changes in acceleration and braking behavior of the overall system. While existing systems are designed primarily to provide sufficient power, improvements are needed in the powertrain control system in terms of driver safety and comfort. Hence, we propose a novel prototype that allows measurement of the tensile force in the drawbar which can subsequently be used to design a superior control system. In this context, a sinusoidal force input from the cyclist to the trailer according to the cadence of the cyclist is observed. The novelty of this research is to analyze whether torque impulses of the cyclist can be reduced with the help of Model Predictive Control (MPC). In addition, the powertrain of the trailer is intended to support the braking process of the system with regenerative braking. In the context of this research, a first MPC controller design is carried out and analyzed with the help of a Hardware-in-the-Loop (HIL) approach where the microcontroller of the power electronics is included as hardware to ensure the vehicle dynamics control interacts properly with the lower-level field-oriented control. The battery and motor subsystems are simulated in a Typhoon HIL 604, which is supplemented by a vehicle dynamics model of the trailer that is integrated as a Functional Mock-Up Unit (FMU). First results indicate that the MPC longitudinal dynamics controller supports the driver during acceleration, attenuates the sinusoidal oscillations and reduces the force with which the trailer pushes the bicycle during braking.
In today's AI-driven era, computer vision, including autonomous driving, robotics, and healthcare, is prevalent. How-ever, acquiring ample data while managing resources and privacy constraints is challenging. This article proposes a solution: synthetic data generation. We use CAD software to craft intricate 3D models, process them in Blender, and evaluate quality using metrics like Structural Similarity and PSNR (Peak Signal to Noise Ratio). Synthetic data achieves up to 90% similarity with real data and an average PSNR of 21dB. Our method offers a streamlined, dependable ap-proach for enhancing computer vision, especially in object detection, addressing data acquisition challenges.
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.
In this report, we present a system architecture and technical infrastructure that allows for a seamless integration of a standard e-portfolio platform, suitable AI-based tool chains, and interactive dashboard applications for students and teachers. This is followed by a description of how the architecture's components interact in a typical analysis workflow. Furthermore, we examine the development of an integrated knowledge architecture for guiding the semantic analysis of e-portfolios considering two different knowledge resources. The proposed architecture is the first draft of an AI-supported e-portfolio analysis system to be used in real-life scenarios at the University of Education in Weingarten.
This report provides an in-depth analysis of the state-of-the-art research and technologies of e-portfolio analysis, and elicit the current situation and the needs of students and teachers in the context of e-portfolios in higher education. It summarizes the results of this problem and context analysis within the AISOP project and builds the foundation for developing a user-centred tool infrastructure for AI-based e-portfolio analysis.
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.
Die Entwicklung von TPACK bei angehenden Lehrkräften durch medienbezogene Lernprozesse im Makerspace
(2022)
Um Technologien zielgerichtet und lernwirksam in den modernen Unterricht integrieren zu können, müssen Lehrkräfte heutzutage über komplexes technologisches, pädagogisches und inhaltsbezogenes Wissen (TPACK) verfügen (Mishra & Koehler, 2006). TPACK sollte deshalb frühzeitig als Teil der universitären Lehrerkräftebildung gefördert werden. Hierfür scheint die projektbezogene Arbeit in einem pädagogischen Makerspace vielversprechend, da er eine konstruktivistische Lehr-Lernumgebung zur selbstgesteuerten, technologie-gestützten Konzeption und Erstellung (digitaler) Lehr-Lernmaterialen für den Fachunterricht darstellt. Allerdings wurde die potentielle TPACK-Förderung durch projektbezogenes Arbeiten in einem Makerspace bislang nur unzureichend empirisch untersucht.
Die vorliegende Dissertation leistet daher einen wichtigen Beitrag zum bisherigen Forschungsstand, insb. der TPACK-Forschung in der Lehrkräftebildung, indem evaluiert werden sollte, inwieweit sich (1) ein pädagogischer Makerspace für die Entwicklung von TPACK – auch unter Berücksichtigung möglicher personeller Kontextfaktoren – bei angehenden Lehrkräften eignet, (2) wie aussagekräftig die in der Forschung hauptsächlich verwendeten standardisierten Selbsteinschätzungsskalen zur Messung des anwendungsbezogenen TPACK sind und (3) auf welche Herausforderungen angehende Lehrkräfte bei der Arbeit im pädagogischen Makerspace stoßen.
Um diese Ziele zu verfolgen und abgeleitete Forschungsfragen zu beantworten, wurde das Arbeiten im Makerspace als Intervention mit mehreren Kohorten angehender Lehrkräfte der Naturwissenschaften realisiert. TPACK wurde als Prä-Post-Variable einerseits mittels einer standardisierten Selbsteinschätzungsskala und andererseits mittels eines selbst entwickelten vignettenbasierten Leistungstest auf Basis von Fremdeinschätzungen gemessen. Darüber hinaus dienten prozessbegleitete Interviews der Identifikation wahrgenommener Herausforderungen und Problemlösestrategien der Studienteilnehmer.
Insgesamt zeigen die der Dissertationsarbeit zugrundeliegenden Studien einen pädagogischen Makerspace als vielversprechende Umgebung zur Förderung von TPACK auf. Außerdem lassen die vorliegenden Ergebnisse aus der Triangulation der Selbst- und Fremdeinschätzung von TPACK darauf schließen, dass Selbsteinschätzungsskalen mit Bedacht verwendet und im Rahmen empirischer Forschung um ein objektives Maß ergänzt werden sollten um die Validität der Schlussfolgerungen zu erhöhen. Die Ergebnisse werden unter Berücksichtigung sowohl der pandemiebedingten Einschränkungen als auch der von den angehenden Lehrkräften wahrgenommenen Herausforderungen während der Studiendurchführung hinsichtlich des Potenzials eines pädagogischen Makerspace kritisch diskutiert, und Empfehlungen zur Optimierung dieses Unterstützungspotenzials abgeleitet.