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Die Lehre von physikalisch-chemischen Inhalten in der universitären Lehramtsausbildung und im gymnasialen Chemieunterricht ist herausfordernd. Mögliche Ursachen hierfür sind das teils hohe Abstraktionsniveau und fehlende Messgeräte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden kostengünstige Messgeräte entwickelt, mit denen Lernende in typische physikochemische Methoden und deren Anwendungen experimentell eingeführt werden können. Durch offen gestaltete und kontextbezogene Experimente zu Themenfeldern der Spektroskopie, Thermodynamik und Kinetik sollen Lernende einen phänomenologischen Zugang zur physikalischen Chemie finden. Durch eine entsprechende didaktische und experimentelle Aufarbeitung der Konzepte sollen insbesondere Schülerinnen und Schüler ohne größeres Vorwissen für physikalisch-chemische Inhalte im Sinne eines modernen und experimentell orientierten Chemieunterrichts begeistert werden., Creating an understanding for physical chemistry is one of the most demanding challenges in chemical education on university and secondary school level. Possible causes are the high level of abstraction and the lack of measuring devices. In this contribution, inexpensive measuring devices were designed and developed with which learners can be introduced to typical physico-chemical methods and their applications. Openly designed and context-related experiments on the topics of spectroscopy, thermodynamics, and kinetics allow learners to get a phenomenological approach to physical chemistry. Appropriate didactic and experimental processing of the concepts is intended to inspire especially secondary school students with no prior knowledge of physical chemistry in the sense of modern and experimental chemistry lessons.

In the area of manufacturing and process automation in industrial applications, technical energy management systems are mainly used to measure, collect, store, analyze and display energy data. In addition, PLC programs on the control level are required to obtain the energy data from the field level. If the measured data is available in a PLC as a raw value, it still has to be processed by the PLC, so that it can be passed on to the higher layers in a suitable format, e.g. via OPC UA. In plants with heterogeneous field device installations, a high engineering effort is required for the creation of corresponding PLC programs. This paper describes a concept for a code generator that can be used to reduce this engineering effort.

Beim thermoelektrischen Energy-Harvesting wird ein Temperaturgradient genutzt, um kontinuierlich elektrische Energie zu erzeugen. Da bei vielen technischen Anwendungen Abw��rme anf��llt, bietet diese Art der Energiegewinnung die M��glichkeit, kleinere Verbraucher, wie Mess- oder Regelsysteme ohne den Einsatz von Batterien oder kabelgebundene Energieversorgung zu betreiben. Durch die Verwendung eines elektrochemischen oder elektrostatischen Zwischenspeichers kann die Ausgangsleistung eines Energy-Harvesting-Systems die kontinuierlich erzeugte Leistung deutlich ��bersteigen. Somit k��nnen Verbraucher mit relativ hoher Leistungsaufnahme, periodisch betrieben werden. Diese Diplomarbeit besch��ftigt sich mit der Entwicklung eines autonomen Sensorsystems, bestehend aus einem Energy-Harvesting-Modul und einem Mess- und Sendemodul, welches mit der erzeugten elektrischen Energie betrieben wird. Durch den Einsatz von Funktechnologie arbeiten Harvesting- und Messeinheit ohne Verkabelung - weder f��r die Energieversorgung noch zur Daten��bermittlung.Ein bestehendes Konzept einer vorhergehenden Diplomarbeit [1] wurde als Ausgangspunkt verwendet. Die Mess- und Sendeeinheit wurde vollkommen neu designt, w��hrend das Energy-Harvesting-Modul ��berarbeitet und bez��glich seiner Effizienz verbessert wurde., Thermoelectric energy harvesting is using a temperature gradient to produce a continuous flow of electric energy. A lot of technical processes produce waste heat Thermoelectric energy conversion provides a mean to use this energy to power small electrical loads without the use of batteries or tethered energy sources. An electrochemical or electrostatic buffer storage enables such an energy harvesting module to temporary produce a much higher power output then the one provided by the thermoelectric element. In the course of this diploma thesis such a miniaturized, autonomous sensor unit, consisting of energy harvesting module and a measure and RF-module powered by the harvesting module, was developed. Because of the use of RF-technology, the unit is able to work without any tethering. For this purpose an already existing concept, that was used in a preceding thesis, was used as a starting point. The measure and RF-module was designed from scratch whereas the energy harvesting module was revised and optimized in regard to its energy efficiency.

Die Möglichkeit, Bewegungen verschiedenster Objekte durch einen digitalen Videoclip festzuhalten und anschließend zu analysieren, ist spätestens seit der Vorstellung der Programme DIVA, GALILEO etc. bekannt. Dabei werden die Koordinaten der Objekte in jedem Einzelbild per Mausklick bestimmt. Speziell für längere Videosequenzen wurde nun im Rahmend er vorliegenden Examensarbeit das Programm VIANA entwickelt, welches die Position eines Objektes automatisch erkennen und kontinuierlich verfolgen kann. Die gewonnenen Daten können anschließend auf vielfältige Art und Weise dargestellt und ausgewertet werden.

Ill., graph. Darst.

Computer und deren Anwendungen sind in den letzten Jahrzehnten Standardwerkzeuge in Wissenschaft und Technik bis hinein ins alltägliche Leben geworden. Auch in die Schullandschaft hat die elektronische Datenverarbeitung Einzug gefunden. Die denkbaren Nutzungsmöglichkeiten von Computern im Unterricht sind vielfältig. Das Erfassen von Messgrößen aus Experimenten gehört zu den Grundlagen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. In einem experimentzentrierten Unterricht kommt Computerunterstützten Messwerterfassungssystemen als technisches Hilfsmittel speziell zur Aufnahme und Weiterverarbeitung der Messwerte daher eine große Bedeutung zu. In diesem Bereich hat die Entwicklung der jüngsten Zeit zu einer nahezu unüberschaubaren Vielzahl von Soft- und Hardwarepaketen geführt. Dabei variieren die existierenden Systeme von einfachen Anwendungen der Standard-Computerperipherie bis hin zu komplexen, baugruppenartig erweiterbaren Schnittstellensystemen. Sowohl Funktionsprinzip als auch Funktionsumfang und Bedienung unterscheiden sich zum Teil beträchtlich. Eine wichtige Aufgabe der gegenwärtigen fachdidaktischen Forschung ist, die Vergleichbarkeit Computerunterstützter Messwerterfassungssysteme im Physikunterricht zu untersuchen. Dabei muss ihrer Nutzbarkeit – zumindest als technisches Hilfsmittel zur Messdatenerfassung – analysiert werden. Die vorliegende Arbeit leistet hierzu einen Beitrag. Ihr Ziel ist es, einen Katalog möglichst objektiv erfassbarer Kriterien zu finden, anhand deren die „Nutzbarkeit“ von Computerunterstützten Messwerterfassungsystemen im Physikunterricht komparativ analysiert werden kann. Eine Reihe solcher Messwerterfassungsysteme ist in den Bestand des Medienlabors des Fachbereichs Physik – Didaktik der Physik – der Universität Siegen integriert und unter unterrichtspraktischen Bedingungen auf ihre „Nutzbarkeit“ verglichen worden. Basierend auf den gewonnenen Ergebnissen wurde ein Analysebogen entwickelt, der es Lehrenden und Lernenden nun erleichtert ermöglicht, Computerunterstützte Messwerterfassungssysteme zielgerichtet zu erproben und zu beurteilen.

Drahtlose Sensornetze können Zustände physikalischer Größen messen und an eine Basisstation (Datensenke) melden. Durch die geographische Verteilung der Sensorknoten und die Bedingungen bei der Mehrwegeausbreitung kann die Situation auftreten, dass nicht alle Sensorknoten direkten Kontakt zur Basisstation aufbauen können. Sie müssen andere Sensorknoten als Vermittlungsstation in Anspruch nehmen, um die Nachrichten an die Basisstation zu befördern. Um den Energieverbrauch zu verringern, werden Nachrichten zum einen ereignisbasiert generiert und zum anderen zeitbasiert vermittelt. Dabei beschreibt der Arbeitszyklus den Anteil der Vermittlungsaktivität am Gesamtzyklus. Derzeit verfügbare Methoden berücksichtigen allerdings nicht die Verknüpfung zwischen dem von der Anwendung generierten Verkehr und der Vermittlungshäufigkeit. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Arbeitszyklus zur Laufzeit automatisch eingestellt werden kann. Dafür wird in der Vermittlungsstation die Verkehrscharakteristik gemessen und für die Einstellung des Arbeitszyklus benutzt. Die Leistungsfähigkeit der Anpassung des Arbeitszyklus wird mit Simulationen untersucht. Sie zeigen, wie sich der Ansatz bei verschiedener Parametrierung in statischen und dynamischen Szenarien verhält. Um dem späteren Anwender der Anpassung eine Abschätzung des Verhaltens zu ermöglichen, werden zusätzlich analytische Modelle für die Analyse des statischen und dynamischen Verhaltens entwickelt. Ferner wird gezeigt, dass der entwickelte Ansatz für etablierte Standardtechniken (z. B. IEEE 802.15.4) eingesetzt werden kann. Wireless Sensor Networks support flexible measuring of physical values. Due to the geographical distribution and multipath scattering the base station in such a network might not be reached by all sensors. Hence, other sensor nodes have to work as relay stations. At the same time, each sensor node is forced to consume as low energy as possible. In order to save energy the messages are generated event based in each sensor node and forwarded with a time triggered approach. Thereby, the duty cycle describes the portion of the relay activities in relation to the overall cycle. Currently available approaches do not properly adapt these two paradigms, event and time triggered, to each other. In this work a method to adapt the duty cycle according to the traffic is proposed. Therefore, the traffic is monitored and evaluated for traffic adaptation. Furthermore, the performance of the duty cycle adaptation is assessed using simulations. They show the behavior of the adaptation algorithm in static and dynamic scenarios with different parametrizations. The supplemental analytical models enable to easily estimate the behavior of the adaptation, in static as well as in dynamic scenarios. Also, it is shown how the duty cycle adaptation can be deployed for standard technologies like IEEE 802.15.4.

Ill., graph. Darst.

(de)Decommissioning, dismantling, in-situ-gamma-scanning, building, free releases, automatic, documentation, Ill., graph. Darst

Das Praktikum unterscheidet sich von allen anderen Unterrichtsformen zum Erlernen von Naturwissenschaften. Beim Experimentieren greifen die Lernenden aktiv in ihre Umwelt ein. Indem sie ihr Wissen über Physik zur Steuerung ihrer Handlungen benutzen, können sie bekannte Gesetzmäßigkeiten überprüfen oder neue Gesetzmäßigkeiten entdecken und verstehen, und damit neues Wissen erwerben. Viele Autoren sind allerdings der Meinung, dass bestehende Praktika dem Anspruch, das theoretische Wissen der Lernenden mit experimentellen Erfahrungen zu verbinden, nicht gerecht werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Lernen im physikalischen Anfängerpraktikum an der Universität. Es wird untersucht, ob die Studierenden durch die Durchführung eines Praktikumsexperiments physikalisches und experimentelles Wissen erwerben, und welcher Zusammenhang zwischen dem Wissenserwerb und den Handlungen im Praktikum besteht. Damit werden zum einen Anspruch und Wirklichkeit physikalischer Anfängerpraktika verglichen. Zum anderen wird untersucht, inwieweit der Einsatz des Computers zur Messwerterfassung und zur Modellbildung eine Veränderung in der Handlungsregulation und im Wissen der Studierenden bewirken kann. Theoretische Basis der Untersuchung bilden konstruktivistische Ansätze der Lernpsychologie. Sie werden mit handlungstheoretischen Konzepten verknüpft, wobei fachdidaktische Aspekte berücksichtigt werden. Videoaufzeichnungen der Praktikumsarbeit werden über eine speziell dafür entwickelte kategoriegeleitete Analyse ausgewertet. Als Wissenstest werden Begriffsnetze erhoben und anhand eines Referenznetzes ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass das traditionelle physikalische Anfängerpraktikum an der Universität keine für die Anwendung und den aktiven Erwerb physikalischen Wissens besonders geeignete Lernumgebung darstellt, und dass in diesem Kontext auch der Einsatz des Computers kaum Auswirkungen auf die Handlungsregulation und den Wissenserwerb der Studierenden hat. Anhand der Untersuchungsergebnisse werden Wege zur Verbesserung physikalischer Praktika aufgezeigt und diskutiert, This work deals with learning in the beginners' physics laboratory at the university level in Germany. It examines whether the students acquire knowledge of physics and of scientific experimentation by performing a laboratory experiment, and if a relationship exists between the students' knowledge acquisition and their actions during laboratory work. Thus, the learning expectations are compared with the actual results of beginners' physics laboratories. Furthermore, it is examined to what extent the use of the computer for data capture and model building can affect students' action regulation and learning outcomes. Constructivist theories of learning constitute the theoretical basis for the investigation. They are used in combination with concepts of action theory, with aspects of physics education taken into account. Video recordings of laboratory work are analysed by a category-based analysis, which was specifically developed for this research. Concept maps are used for investigating students' knowledge and are analysed on the basis of a reference map. The research results show that the traditional beginners' physics laboratory at the university level is not a learning environment particularly well suited for applying and acquiring knowledge of physics actively, and that in this context the use of the computer hardly effects either the students' action regulation or knowledge acquisition. Based on the results of this research, ways to improve the effectiveness of physics laboratory work are discussed.