Informatikdidaktische Diskussion über das Design eingebetteter Systeme

Die Ausbildung künftiger Entwickler eingebetteter Systeme ist heute geprägt von einer subjektiven, kulturspezifischen Gestaltung von Lehr-Lernprozessen, welche die Ergebnisse der Kompetenzforschung zumeist nicht berücksichtigen. Es besteht Konsens, dass in Kompetenzmodellen strukturierte Kompetenzen –kognitive Fähigkeiten und Fertigkeiten, um bestimmte Probleme zu lösen –notwendig sind, um zwischen abstrakten Bildungszielen und konkreten Lehr-Lernprozessen zu vermitteln. Damit stellen die Erforschung von Kompetenzmodellen und Pfaden der Kompetenzaneignung grundlegende Forschungsbedarfe zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik dar. In dieser Arbeit werden Konzepte zur theoretischen Fundierung von Laborpraktika der technischen Informatik entwickelt, welche auf Ergebnissen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes Kompetenzentwicklung mit eingebetteten Mikro- und Nanosystemen (KOMINA) aufbauen. In der vorliegenden Arbeit wird das Verständnis von eingebetteten Systemen als Teil informatischer Curricula insofern erweitert, als dass sich diese Systeme als Lerngegenstand eignen, um Kompetenzen verschiedener Informatikdisziplinen zu fördern und damit nicht auf die technische Informatik beschränkt sind. Eine Taxonomie zur Vergleichbarkeit fachdidaktischer Publikationen zu eingebetteten Systemen wird weiterentwickelt und angewandt, um institutionelle Besonderheiten sowie die Vielseitigkeit des Praxisfeldes zu erfassen. Forschungsgegenstand ist das im Rahmen von KOMINA entwickelte Entwurfs- und Anwendungspraktikum für eingebettete Systeme. Zielgruppe sind Studierende der Informatik. Es werden typische Lernhürden identifiziert, wodurch neue Erkenntnisse, über die formative Evaluation des unter Beteiligung des Autors entwickelten und durchgeführten Praktikums hinaus, gewonnen werden. Diese Erkenntnisse begründen die Notwendigkeit neuer didaktischer Konzepte und lernförderlicher Software unter Berücksichtigung institutioneller Besonderheiten sowie zielgruppenspezifischer Vorkenntnisse. Kognitive Strukturen als Komponente didaktischer Systeme werden in diesem Forschungsprojekt erforscht. Sie dienen als Basis für die informatikdidaktische Verfeinerung des in KOMINA empirisch evaluierten Kompetenzstrukturmodells für das Entwickeln eingebetteter Mikro- und Nanosysteme. Bislang wurden Erarbeitungsreihenfolgen informatorischer Fachkonzepte in didaktischen Systemen betrachtet, welche drei Funktionen besitzen. Die Orientierung der Lernenden im Fachgebiet, die Organisation zur Planung von Lehr-Lernprozessen sowie die Diskussion didaktischer Entscheidungen. In diesem Beitrag zur Grundlagenforschung zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik steht die Diskussion didaktischer Entscheidungen bei der Gestaltung von Lehr-Lernprozessen und Pfaden der Kompetenzaneignung im Vordergrund. Deshalb werden die Anforderungen an die Darstellung kognitiver Strukturen – Ausdrucksstärke, Übersichtlichkeit und Nachvollziehbarkeit – zugunsten der Diskussion didaktischer Entscheidungen angepasst. Der Autor stellt Forschern zur Hochschuldidaktik der technischen Informatik Konzepte bereit, die es ermöglichen Fachkonzepte und Lehr-Lernprozesse zu analysieren sowie durch Anpassung an institutionelle Besonderheiten theoretisch fundiert zu gestalten. Dies sind insbesondere eine Taxonomie zur Identifikation von Lernhürden, die Methodik zur Ausdifferenzierung von Kompetenzen mit Bezug zu den identifizierten Lernhürden, die Visualisierung kognitiver Strukturen mit diesen Kompetenzen im Zentrum sowie die in der Hauptverantwortung des Autors entwickelte lernunterstützende Software Explorative Learning and Visualization Environment. Diese dient als Beispiel für den Einsatz von Simulationen in Laborpraktika der technischen Informatik. Es wird damit exemplarisch gezeigt, wie die informatikdidaktische Verfeinerung des Kompetenzstrukturmodells in Verbindung mit kognitiven Strukturen und lernförderlicher Software zur Überwindung der mithilfe der entwickelten Taxonomie identifizierten Lernhürden eingesetzt werden können.Today, the education of future developers of embedded systems is characterized by a subjective, culture-specific design of teaching and learning processes. This design, mostly, does not take the results of research on competences into account. There is a consensus that competences – cognitive abilities and skills used to solve specific problems – and competence models are needed to mediate between abstract and concrete educational goals of teaching and learning processes. Therewith, the exploration of competence models and paths of competence acquisition are fundamental research needs for didactics of computer engineering at university. Within this work, based on the results of the project competence development with embedded micro- and nanosystems (KOMINA) funded by the German Research Foundation, approaches for a theoretical foundation of laboratory courses of computer engineering have been developed. Within this thesis, the understanding of embedded systems as a part of computer science curricula has been broadened since it is not limited to computer engineering. While these systems are also suitable as learning objects to promote competences within various computer science disciplines. A taxonomy to foster the comparability of research on didactics of computer engineering is further developed and applied in order to conceive institutional particularities and the versatility of the practice field. The design and application laboratory for embedded systems, developed in the context of KOMINA, is the object of research. Students of computer science are the target group. In addition to the formative evaluation of the developed laboratory the taxonomy enables the identification of typical learning barriers. These findings justify the need for new educational concepts as well as learning software, taking institutional particularities and target group specific knowledge into account. Cognitive structures as a component of Didactic Systems are investigated. As they serve as a basis for the refinement of the empirically evaluated competence structure model for the development of embedded micro- and nanosystems. So far, the sequences of teaching units have been considered in Didactic Systems, which posses three functions. The orientation of the learner in the topic, the organization of the planning of teaching and learning processes as well as the discussion of didactic decisions. In this work, regarding the contribution to basic research on didactics of computer engineering at university, the discussion of didactic decisions in the design of educational processes and paths of competence acquisition has priority. Therefore, the demands on the representation of cognitive structures – expressiveness, clarity and comprehensibility – are adjusted in favor of the discussion of didactic decisions. The author provides concepts which allow researchers to analyze technical concepts as well as to develop educational processes in a theoretically established manner. These are, in particular, a taxonomy to identify learning barriers, the methodology for the differentiation of competences related to the identified learning hurdles, and the visualization of cognitive structures with these competences at center. Additionally, the learning software Exploratory Learning and Visualization Environment, that has been developed with the author’s responsibility, is presented. This software serves as an example for the use of simulations in laboratory courses of computer engineering. Thus, the combination of the refinement of the competence structure model in conjunction with cognitive structures in addition to learning software, which can be applied to overcome the identified learning hurdles, is shown as an example

Ein Petri-Netz-Tabellen-Modell zur Anwendung im klassischen und agilen Projektmanagement

Projektmanagement (PM) und Petri Netze (PN) haben als Gemeinsamkeit, dass Aktivitäten in Abhängigkeit von Ereignissen ausgeführt werden, welche dann selbst wieder Ereignisse erzeugen können. Wenn die Anwendungsdomäne PM und das Modellierungsmittel PN zusammentreffen, besteht die Möglichkeit Synergieeffekte entstehen zu lassen. Um ein Modell des agilen und klassischen PM in ein PN-Modell zu überführen, sind dazu beide Welten zur Modellierung und Simulation zu vereinen. Es existieren durchaus eine Reihe von Ansätzen auf diesem Gebiet, allerdings ohne Berücksichtigung wichtiger Teilaspekte, wie z. B. die der praktischen Anwendbarkeit. Die vorliegende Arbeit legt deshalb einen zyklischen Ablauf zugrunde, der mit strukturierten Tabellen beginnt. Diese kommen dem Vorgehen im praktischen PM entgegen, erreichen aber durch die Systematisierung die Überführbarkeit in das PN-Modell. Das PN-Modell legt eine Variante zugrunde, die aus der Sicht der Anwendungen verschiedene PN-Erweiterungen wie hierarchische, zeitbewertete oder gefärbte Netze unter Verwendung strukturierter Marken aufnimmt. Teilaufgaben werden in hierarchische PN-Konstrukte gekapselt, die anpassbar durch das innere PN, das Verhalten von Objekten des PM beschreiben. Typische Objekte wie Aktivitäten und Ressourcen sind durch Eigenschaften wie Atomarität, Wiederverwendbarkeit und Zeitverbrauch gekennzeichnet. Wechselwirkungen zwischen Konstrukten werden über PN-Elemente beschrieben. Der gesamte Projektplan wird dadurch aus Konstrukten und deren Beziehungen aufgestellt. Das PN bildet dabei die zentrale Ablauflogik. Die Umsetzung beruht darauf, die Dateneingabe von der Planung und den aktuellen Zwischenständen in der Tabellenstruktur vorzunehmen, und im Hintergrund automatisch das PN zu generieren bzw. zustandsabhängig zu verändern. Dafür wird in der Arbeit ein experimentelles Tool beschrieben. Dabei sollen anschließend die Ergebnisse durchgeführter Simulationen mit einem Standard-PN-Tool erneut in die bestehende Tabelle zurückgeführt werden. Diese grundlegenden Vorteile des PN-Konzeptes können so vollumfänglich ausgenutzt und für den Projektmanager auch ohne PN-Kenntnisse Verwendung finden. Dadurch wird die Methode dynamisch und ist für verschiedenste Projekte universell einsetzbar.Project Management (PM) and Petri Nets (PN) have in common that activities are carried out depending on events, which can generate events by themselves. The combination of the application domain PM (agile and traditional) and the modelling tool PN may result in advantageous synergy effects. In order to transform a model of PM into a powerful PN model, these two concepts must be merged for mapping and simulation. There are a number of approaches in this area, with no consideration of important aspects such as practical applicability. The present thesis is therefore based on a cyclic process, starting with structured tables. These are in line with the procedure of practical PM but achieve through systematization the transferability into the PN model. The PN model is based on a powerful model with suitable extensions and necessary interpretations from the field of hierarchical, time-valued or coloured high-level PNs using structured token. Subtasks are encapsulated in hierarchical PN constructs that describe the behavior of PM objects in an adaptable way through the inner PN. Typical objects such as activities and resources are characterized by properties such as atomicity, reusability and time consumption. Interactions between constructs are described by PN elements. The objects of modelling for the entire project plan are based on constructs with their relationships to each other, with the PN forming the single point of processing logic. The implementation is based on entering the data from the planning and the current, intermediate statuses into a fixed, defined table structure and to automatically generate the PN in the background or to change it depending on conditions. The paper describes an experimental tool for this purpose. Afterwards, simulations are to be carried out on the basis of the models, and their results are to be incorporated back into the table. The advantages of the PN concept can thus be fully exploited and can be used by the project manager without requiring special PN knowledge. The method is based on a dynamic consideration and can be used universally for a wide range of projects

Modellgestützte Prozessverbesserung: Entwicklung einer wiederverwendungsorientierten Methode zur durchgängigen Unterstützung der Modellerstellung, -transformation und -nutzung im Rahmen der Prozessverbesserung

Die Gestaltung betrieblicher Prozesse stellt heute einen wichtigen Wettbewerbsfaktor dar. Um am Markt erfolgreich agieren zu können, ist es notwendig, die eigenen Prozesse konsequent an den Bedürfnissen der Kunden auszurichten. Methoden der Prozessverbesserung beschreiben, welche Schritte hierfür durchzuführen sind. Modelle stellen dabei ein wesentliches Werkzeug für die Visualisierung der betrieblichen Abläufe dar. Gleichwohl wird in bestehenden Methoden der Prozessverbesserung nur unzureichend auf die systematische Nutzung und Wiederverwendung von Modellen eingegangen. Dadurch klafft eine Lücke zwischen erwartetem und tatsächlichem Nutzen des Modelleinsatzes im Rahmen der Prozessverbesserung. So wird insbesondere die methodische Nutzung und Auswertung von Modellen bisher entweder gar nicht oder lediglich isoliert von der Prozessverbesserung betrachtet. Damit existiert zwar eine Vielzahl an methodischen Puzzleteilen, eine durchgängige Unterstützung der Modellerstellung und -nutzung im Rahmen der Prozessverbesserung kann jedoch nicht erkannt werden. Die vorliegende Arbeit stellt sich diesem methodischen Defizit und beschreibt Schritt für Schritt, wie die Verwendung von Modellen im Rahmen der Prozessverbesserung systematisiert werden kann. Damit soll die Nutzung von Modellen im betrieblichen Alltag forciert und der Aufwand für die Modellierung langfristig reduziert werden

Entwicklung und prototypische Implementierung einer Methode zur Modellierung mobiler Interaktionsgeräte für intelligente Produktionsumgebungen

The dissertation deals with the conception of a design method for modeling mobile interaction devices with special focus upon intelligent production environments. Main result of the thesis represents a method which identifies and describes the necessary model-based tasks for designing mobile interaction devices (mobile input devices, output devices and communication devices). The method consists of a context model-based modeling tool for configuring work situations in intelligent production environments. The modeling tool enables the generation of design recommendations for product developers in the early phases of product development for creating mobile interaction devices

Dynamische Zeiten - langsamer Wandel: betriebliche Kompetenzentwicklung von Fachkräften in zentralen Tätigkeitsfeldern der deutschen Wirtschaft

Der Bericht befasst sich mit den Perspektiven betrieblicher Kompetenzentwicklung in zentralen Bereichen der deutschen Wirtschaft. Eine beschleunigte Innovationsdynamik, eine gestiegene Volatilität von Märkten, verschärfte Wettbewerbsbedingungen und erhöhte Ansprüche von Kunden stellen Industrie- und Dienstleistungsunternehmen vor neue Herausforderungen gerade auch im Hinblick auf die Optimierung ihres Kompetenzstocks im Sinne der Erschließung und Weiterentwicklung der Wissens- und Kompetenzpotentiale ihrer Belegschaften. Methodisch lässt sich den aufgeworfenen Fragen nur durch eine vertiefte, qualitativ angelegte Empirie nachgehen. Eine solche haben wir durch Auswahl von insgesamt 25 Betriebsfällen in drei Kernsektoren der deutschen Wirtschaft - dem Verarbeitenden Gewerbe (KFZ- und Zulieferindustrie, Maschinenbau, Pharmazeutische Industrie), dem traditionellen Dienstleistungssektor (Handel, Banken und Versicherungen) und dem Feld wissensintensiver Dienstleistungen (Unternehmensberatungen, IT- und Multimediadienstleistungen, Entwicklungs- und Konstruktionsdienstleistungen) - und dort mit einer Fokussierung auf jeweils typische Fachkräfte- und Tätigkeitsgruppen realisieren können. Auf der Basis von insgesamt 163 qualitativen Experteninterviews, einer standardisierten schriftlichen Befragung von insgesamt 555 Facharbeitern, Fach- und hochqualifizierten Angestellten können wir bei aller Vorsicht, die angesichts der von uns in den empirischen Fallstudien nachgezeichneten, teilweise spezifischen Veränderungsdynamiken angezeigt ist, einige allgemeine Aussagen zum gegenwärtigen Stand und zu möglichen Trends im Feld der betrieblichen Kompetenzentwicklung treffen. (ICD2

Modelbased accounting and charging systems for digital products in the e-learning

In der Arbeit wurde ein Konzept entwickelt, das eine modellbasierte Betrachtung des Pricings digitaler Produkte ermöglicht

Proceedings of the Conference on Software & Systems Engineering Essentials 2008 (SEE 2008)

In 2008, the conference "Software & Systems Engineering Essentials" was organized by 4Soft, a software and consulting company from Munich, and the Clausthal University of Technology. These proceedings provide an overview of the conference's purpose and summarize its content

Faktoren, Auswirkungen und Vermeidung von Risiken bei Outsourcing-Entscheidungen

Die Diplomarbeit behandelt das Auftreten und in weiterer Folge die Vermeidung von Risiken in Outsourcing Entscheidungen. Die Arbeit zielt darauf ab, die verschiedensten Risiken und Gefahren - welche während des Entscheidungsprozesses vorkommen können - zu kategorisieren, bzw. einzuordnen. Des Weiteren wird darüber diskutiert, wie man mit den auftretenden Risiken umgeht und wie man diese adäquat einschätzt und evaluiert. Da Risiken im Outsourcing nahezu alle funktionalen Bereiche eines Unternehmens betreffen können, ist der richtige Umgang mit diesen entscheidend, besonders wenn es darum geht, negative Konsequenzen vom Unternehmen abzuhalten. Der Autor hat sich zum Ziel gesetzt, alle vorhandenen, bzw. relevanten Informationen über Outsourcing Risiken zusammenzutragen, zu reorganisieren und in geordnetem Kontext wiederzugeben, um dem Leser einerseits einen größeren Überblick über die Risiken im Outsourcing zu bieten und um ihn andererseits über effiziente Risikomanagementsysteme aufzuklären. Letztlich soll die Arbeit dem Leser gezielte Informationen über den richtigen Umgang mit den Geschäftspartnern vermitteln und ihn auf den Outsourcing Vorgang vorbereiten. Die Aufstellung der Risiken in Verbindung mit einigen aufschlussreichen Unternehmensstudien hat gezeigt, dass sich Risiken im Outsourcing Bereich durchaus unter Kontrolle bringen lassen. In manchen Fällen lassen sich Gefahren durch einen gezielten Einsatz von Präventivmaßnahmen sogar gänzlich ausschließen. Die Praxis hat gezeigt, dass man nicht den Fehler machen sollte und nur der Kostenvorteile wegen, die Auslagerung durchzuführen. Weiters sollte das Unternehmen sehr sorgfältig seine Outsourcing Partner auswählen. Ein ausgefeiltes Risikomanagement unterstützt den Prozess und dient als übergreifende Kontrollinstanz, welche sämtliche Risiken im Auge behält.The diploma thesis deals with the issue of risk and uncertainty in outsourcing arrangements. It aims to categorize and allegorize diverse risks, occurring in the context of outsourcing decision making and discusses existing measures, how to cope with them. Another objective is to propose ways on how to estimate and evaluate risks, in order to mitigate potential negative outcomes. As outsourcing risks can affect almost all functional departments in a company, it will discuss in detail how and what risks arise, in different divisions such as human resources, marketing, production, or research and development. The author tried to provide and to collect some further information on outsourcing risks. Making the right decisions whether to outsource or not and if, which part to outsource, all these questions can have a severe impact on the competitiveness and on the further existence of a firm. Also leading experts point out, that an adequate risk management is vital for the financial survival of a company. The results of the study have shown that an adequate risk management is able to monitor and control possible negative outcomes due to arising risks. In some cases the entrepreneur even could eliminate certain risks with the help of effective preventative measures. It is essential for the outsourcing process that the firm sets value on the process of choosing a right partner. A conceptual risk management can help to supervise all occurring risks and hazards

Benutzerinteraktion in dienstorientierten Architekturen

Ziel der Arbeit ist es, im Rahmen bestehender Entwicklungsvorgehen zur dienstorientierten Unterstützung von Geschäftsprozessen die Anforderungen des Menschen als Benutzer der IT von der Analyse bis zur Implementierung integriert berücksichtigen zu können. Hierbei kommen die Prinzipien der modellgetriebenen Softwareentwicklung zum Einsatz, um (1) eine plattformunabhängige Spezifikation dieser Anforderungen und (2) eine automatisierte Erzeugung der entsprechenden Softwareartefakte zu ermöglichen

Informatikunterricht: Wünsche und Erwartungen von Schülerinnen und Schülern

Schülerinnen und Schüler haben bestimmte Erwartungen an den Informatikunterricht, die sich häufig stark von denen der Lehrer oder Lehrplangestalter unterscheiden. Die Vorstellungen über Themen, Methoden und Wahrnehmung des Unterrichts und die Eigenschaften/Kompetenzen der Lehrpersonen wurden im Jahr 2008 in einer Schülerbefragung (n= 568) ermittelt. Es wird herausgearbeitet, ob sich die subjektiven Wünsche der Schülerinnen und Schüler geschlechtsspezifisch, leistungsspezifisch oder ausbildungsspezifisch unterscheiden und ob sich die Wünsche bezüglich der Inhalte klassifizieren lassen. Alle befragten Schülerinnen und Schüler wünschten sich, dass alle im Fragebogen angebotenen Themen ziemlich gleich häufig im Informatikunterricht behandelt werden sollen. Es wurde kein Thema eindeutig abgewählt und keines klar favorisiert. Schülerinnen und Schüler, die bestimmte Themen im Unterricht häufig oder sehr häufig behandelt haben, legen Wert darauf, dass für diese Themen auch mehr Unterrichtsszeit verwendet wird. Bei den Wünschen zu den Unterrichtsmethoden liegt eine deutliche Streuung vor. Die Schülerinnen und Schüler bevorzugen, im Informatikunterricht etwas praktisch Funktionierendes herzustellen. Partnerarbeit ist die beliebteste Unterrichtsmethode. Schülerinnen und Schüler, die bestimmte Methoden im Unterricht häufig oder sehr häufig erlebt haben, wünschen sich diese Methoden in ihrem Unterricht auch in einem größeren Umfang als die übrigen Befragten. Mädchen, die bereits in der Mittelstufe Informatik/Technikunterricht hatten, hatten eine größere Selbstwirksamkeitserwartung schulbezogener Kompetenz als diejenigen, die erst in der Oberstufe dieses Fach kennengelernt haben