Der beitrag der suggestopädie und der neuen medien zur mehrsprachigkeitsdidaktik : saarbrücker erfahrungen mit der vermittlung romanischer sprachen

Livro de homenagem à professora Maria Emília Ricardo Marque

Automatic calculation and evaluation of flow in complex geometries using finite volume and lattice boltzmann methods

Trotz großen Fortschritts kann die numerische Strömungsmechanik (englisch Computational Fluid Dynamics, CFD) nicht als Blackbox-Verfahren verwendet werden, da Schritte wie die Gittergenerierung oder die Wahl numerischer Parameter vertiefte Kenntnisse der Theorie von CFD erfordert. Eine Verbesserung von CFD in Richtung einer Blackbox-Lösung würde nicht nur die Anwendungsbarriere verringern, weil weniger spezielles Wissen notwendig ist, sondern auch wissenschaftliche Erkenntnisse ermöglichen. Beispielsweise können viel mehr Datenpunkte erzeugt werden, die für die Entwicklung genauer Modelle für manche Fragestellungen notwendig sind. Diese Arbeit veranschaulicht die Vorteile einer automatisierten Berechnung anhand dreier beispielhafter Anwendungen: • Die genaue Vorhersage des Druckverlusts einer Kugelschüttung ist von großer Bedeutung in der Verfahrenstechnik. Für Schüttungen, bei denen die Kugeln relativ groß verglichen mit den Abmessungen des Behälters sind, spielt zudem der Wandeffekt eine wichtige Rolle. Viele Korrelationen, die üblicherweise auf experimentellen Messungen basieren, wurden in der Literatur vorgestellt, zeigen aber Abweichungen von ca. 20 % voneinander. Die Kombination von simulierter Generierung von Kugelschüttung und CFD wird hier verwendet, um den Druckverlust einer großen Anzahl von Kugelpackungen mit unterschiedlichen Kugeldurchmessern und für unterschiedliche Abmessungen des Behälters zu berechnen. Es wird gezeigt, dass der Druckverlust eine nicht-monotone Funktion für kleine Verhältnisse von Kugeldurchmesser zu hydraulischem Durchmesser des Reaktors ist, was die Abweichungen in den experimentellen Ergebnissen erklären kann. • Die Fischer-Tropsch-Synthese ist wieder von wachsendem Interesse, da sie die Herstellung von CO2 neutralen Treibstoffen erlaubt. Transportporen können genutzt werden, um den Stofftransport im benötigten Katalysator zu beschleunigen und somit auch die Ausbeute zu erhöhen. Ein eindimensionales Modell aus der Literatur wird in dieser Arbeit auf drei Dimensionen erweitert. Die Berechnung wird automatisiert wodurch die Katalysatorschichten algorithmisch optimiert werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass für Transportporen mit einem Durchmesser größer als 50 µm eine drei-dimensionale Betrachtung nötig ist. Größere Transportporen mit einem Durchmesser von bis zu 250 µm können ebenfalls verwendet werden, um die Ausbeute pro Zeit und Fläche zu erhöhen, erfordern aber dickere Katalysatorschichten und eine größere Transportporenporosität um die Nachteile der größeren Poren zu kompensieren. • Nasenscheidewandverkrümmungen sind sehr verbreitet in der Bevölkerung, aber es ist unklar, warum einige Betroffene Beschwerden entwickeln während andere hingegen keine Einschränkungen haben. Bisherige Arbeiten setzten den Schwerpunkt auf die Analyse einiger ausgewählter Fälle, was aufgrund der hohen natürlichen Variationen der Nasenscheidewand zu keinen klaren Ergebnissen führte. In dieser Arbeit wird ein vollautomatischer Ansatz zur Berechnung integraler Beiwerte wie Druckverlust und der Strömungsverteilung zwischen den beiden Atemwegen ausgehend von Computertomographie-Aufnahmen vorgestellt. Zusätzlich wird eine Methode zur Verringerung des Rechenaufwandes durch das Entfernen der Nasennebenhöhlen in den CT-Bildern basierend auf maschinellem Lernen vorgeschlagen. Für diesen Anwendungsfall kann die automatische Berechnung und Auswertung verwendet werden, um eine ganze Datenbank von CT-Aufnahmen in strömungsmechanische Kennziffern umzuwandeln, die für eine statistische Analyse verwendet werden können. Weiterhin könnte sie die Anwendung von CFD in der klinischen Praxis ermöglichen. Das Lattice-Boltzmann Verfahren (LBM) ist eine alternative Methode zu „klassischen“, Finite-Volumen basierten Lösern der Navier-Stokes-Gleichungen. Da es eine einfache Generierung von Gittern erlaubt, wird hier eine neue LBM-Implementierung verwendet um die Strömung durch die Kugelschüttung und Nasenhöhle zu berechnen. Die Implementierung bietet gute Portabilität zu unterschiedlichen Systemen und zu unterschiedlicher Hardware wie Grafikkarten (GPUs), die aufgrund ihrer Kosteneffektivität die Anwendbarkeit von CFD erhöhen. Sie kann außerdem Gitterverfeinerung verwenden und es wird ein Algorithmus zur Gittergenerierung, der auch für Grafikkarten geeignet ist, vorgestellt. Um den Flaschenhals langsamer Datenspeicher zu umgehen und die Auswertung zu vereinfachen, wird eine GPU basierte in-situ Verarbeitung implementiert. Der Anwendungsfall der Fischer-Tropsch-Synthese zeigt dennoch, dass „klassische“, Finite-Volumen basierte Löser wie OpenFOAM eine ebenso valide Wahl für automatische Berechnungen sind, wenn strukturierte Gitter verwendet werden. Außerdem ist es für einige Anwendungen einfacher, die Fragestellung mittels partieller Differenzialgleichungen zu modellieren, die mittels Finite-Volumen-Verfahren direkt gelöst werden können.Despite significant progress, computational fluid dynamics (CFD) can still not be used as a “black box approach” as meshing often requires manual intervention and the choosing of numerical parameters deep knowledge of the methods behind CFD. Improving CFD towards such a black box solution not only reduces the barrier of application as less specialized knowledge is required, but also allows for scientific insight. For example, much more data can be generated that is needed to develop accurate models for some problems. This thesis illustrates these benefits with three exemplary applications: • The accurate prediction of the pressure drop of a sphere packed bed is of great importance in engineering. For geometries where the spheres are relatively large compared to the confinement, the wall effect plays another important role. Many correlations have been presented, usually based on experimental measurements that differ in a range of approx. 20 %. Here, the combination of simulated packing generation and CFD is used to evaluate the pressure drop for a very large number of packings with different sphere diameters and different geometries of the confining walls. It is shown that for small ratios of sphere diameter to hydraulic diameter of the reactor the pressure drop is a non-monotonic function which can explain the differences in experimental findings. • The Fischer-Tropsch synthesis is again of increasing interest as it allows the production of carbon-neutral fuel. Transport pores can be added to the catalyst needed for the reaction to enhance transport and consequently the yield. A three-dimensional extension of a one-dimensional model from literature for transport and reaction is presented here. The automation of the calculation is used to enable the algorithmic optimization of the catalyst layers. The results show that for transport pores larger than 50 µm the problem must be treated as three-dimensional. Larger transport pores up to a diameter of 250 µm can also be used to achieve a gain in area-time yield, but thicker catalyst layers and a higher transport pore porosity are needed to overcome the drawbacks of larger pores. • Nasal septum deviation is very common in general population but it is unclear why it causes symptoms for certain patients while others report no discomfort. Previous studies focused on the analysis of few selected cases which did not lead to clear results as the human nose shows high natural variations in geometry. Here, a fully automatic approach for calculating critical parameters like the pressure drop and the flow distribution between the two airways from computed tomography (CT) scans is presented. Furthermore, a method to reduce the computational time by removing paranasal sinuses from the scan incorporating machine learning algorithms is proposed. For this case, fully automatic processing can be used to convert a whole database of CT scans to fluid dynamic parameters that can be used for statistical analysis. Furthermore, it could allow the introduction of CFD analysis to clinical practice. The lattice Boltzmann method (LBM) is an alternative method to “classical” finite-volume based solvers of the Navier-Stokes equations. Since it offers easy generation of grids, a novel LBM implementation is used here to calculate the flow through the sphere packings and the nasal cavity. The implementation features good portability to various systems and hardware like GPUs which due to their cost-effectiveness broaden the applicability of CFD. It can utilize grid refinement and a meshing algorithm suitable for GPUs is presented. To overcome slow IO and to simplify automatic evaluation, GPU assisted co-processing is implemented. Nevertheless, the application case of Fischer-Tropsch synthesis shows that “classical”, finite volume based solvers like OpenFOAM are also valid choice for automatic processing if structured meshes can be used. Furthermore, for some applications, it is easier to model the problem using partial differential equations which can be directly solved using FVM

The roles of Wnt signaling during mitosis

Wnt signaling is crucial for embryonic patterning, the formation of tissues during development, and tissue maintenance in the adult organism. The canonical Wnt pathway induces the transcription of β-catenin target genes, thereby controlling cell cycle progression during G1/S phase, stem cell self-renewal, and stem cell differentiation. However, besides its transcriptional roles, it emerged that Wnt signaling also takes post-translational functions during mitosis. Accordingly, a misregulation of the pathway causes severe mitotic defects, such as chromosome misalignments and chromosome segregation errors, which can ultimately lead to aneuploidy. In this work, I aimed to identify targets of Wnt signaling, which safeguard the correct progression through mitosis, and characterize the underlying molecular mechanisms to explain the emergence of mitotic defects upon Wnt disturbance. First, I revealed that the mitotic kinesin KIF2A is recruited by the Wnt component DVL. DVL localizes KIF2A to the mitotic spindle poles, where it regulates microtubule minus-end dynamics to ensure chromosome alignment before anaphase, both in somatic cells and pluripotent stem cells. This process is supported by the phosphorylation of KIF2A at serine 100 and the interaction with PLK1, which is positively regulated by active Wnt signaling and LRP6 signalosome formation. Second, I verified an S phase-dependent mechanism of Wnt signaling, ensuring the equal segregation of chromosomes in pluripotent stem cells during anaphase. At this, I hypothesize that Wnt signaling contributes to the error-free replication of DNA in S phase, which mediates microtubule plus-end assembly in mitosis, and thereby facilitates faithful chromosome segregation. The validation of both mechanisms in pluripotent stem cells emphasizes their relevance for the understanding of developmental defects, tissue degeneration, and cancer progression, which is often characterized by chromosomal instability. Besides, KIF2A was recruited by DVL also in interphase, indicating that the Wnt-mediated regulation of KIF2A may contribute to processes beyond mitosis, namely ciliogenesis and neurogenesis. Taken together, in my work, I revealed two novel Wnt-dependent mechanisms, which function directly in mitosis or through S phase to control microtubule minus- or plus-end dynamics respectively, ensuring the faithful progression through mitosis, preservation of euploidy, and possibly further post-mitotic processes

Re-examination of log-periodicity observed in the seismic precursors of the 1989 Loma Prieta earthquake

Based on several empirical evidence, a series of papers has advocated the concept that seismicity prior to a large earthquake can be understood in terms of the statistical physics of a critical phase transition. In this model, the cumulative Benioff strain (BS) increases as a power-law time-to-failure before the final event. This power law reflects a kind of scale invariance with respect to the distance to the critical point. A few years ago, on the basis of a fit of the cumulative BS released prior to the 1989 Loma Prieta earthquake, Sornette and Sammis [1995] proposed that this scale invariance could be partially broken into a discrete scale invariance (DSI). The observable consequence of DSI takes the form of log-periodic oscillations decorating the accelerating power law. They found that the quality of the fit and the predicted time of the event are significantly improved by the introduction of log-periodicity. Here, we present a battery of synthetic tests performed to quantify the statistical significance of this claim. We find that log-periodic oscillations with frequency and regularity similar to those of the Loma Prieta case are very likely to be generated by the interplay of the low pass filtering step due to the construction of cumulative functions together with the approximate power law acceleration. Thus, the single Loma Prieta case alone cannot support the initial claim and additional cases and further study are needed to increase the signal-to-noise ratio if any. The present study will be a useful methodological benchmark for future testing of additional events when the methodology and data to construct reliable Benioff strain function become available.Comment: LaTeX, JGR preprint with AGU++ v16.b and AGUTeX 5.0, use packages graphicx and psfrag, 23 eps figures, 17 pages. In press J. Geophys. Re

Are megaquakes clustered?

We study statistical properties of the number of large earthquakes over the past century. We analyze the cumulative distribution of the number of earthquakes with magnitude larger than threshold M in time interval T, and quantify the statistical significance of these results by simulating a large number of synthetic random catalogs. We find that in general, the earthquake record cannot be distinguished from a process that is random in time. This conclusion holds whether aftershocks are removed or not, except at magnitudes below M = 7.3. At long time intervals (T = 2-5 years), we find that statistically significant clustering is present in the catalog for lower magnitude thresholds (M = 7-7.2). However, this clustering is due to a large number of earthquakes on record in the early part of the 20th century, when magnitudes are less certain.Comment: 5 pages, 5 figure

Valine 738 and lysine 735 in the fifth transmembrane domain of rTas1r3 mediate insensitivity towards lactisole of the rat sweet taste receptor

BACKGROUND: The sweet taste inhibitor lactisole acts on the human sweet taste receptor heteromer TAS1R2-TAS1R3 but not on its rodent counterpart. Recently, it was shown that the lactisole sensitivity of the human sweet taste receptor involves the part of TAS1R3 encompassing the seven transmembrane regions but not the huge N-terminal domain. Using mutational analysis we investigated which amino acid residues distinguish lactisole insensitive rat from sensitive human T1R3 receptors. RESULTS: The functional analysis of specific receptor mutants in HEK293T cells revealed that the exchange of valine 738 in the fifth transmembrane domain of rTas1r3 by an alanine is sufficient to confer lactisole sensitivity to the rat sweet taste receptor. The sensitivity of this receptor mutant is ~2 fold lower than the sensitivity of the human sweet taste receptor. Additional substitution of lysine 735 by phenylalanine in rTas1r3 results in a rat sweet taste receptor that is as sensitive to lactisole as its human counterpart. The exchange of valine 738 to alanine was accompanied by a ~50% reduction in receptor efficacy. This effect was seen with all six different sweet compounds examined. CONCLUSION: The lactisole insensitivity of rat sweet taste receptor is caused by only two amino acids in transmembrane region five, which is critical for the interaction of lactisole with the sweet taste receptor. The observation that the mutant receptor simultaneously displays a generally reduced sensitivity towards all agonists suggests that the lactisole insensitivity of the rodent receptor might be more likely caused by the inaccessibility of the lactisole binding site rather then by its direct disruption

Cut Me Some Slack! Slack Resources and Technology-Mediated Human Capital Investments in Entrepreneurship

In this paper, we explore the impact that slack resources and technology can have on individuals\u27 entrepreneurial aspirations. Focusing on human capital investments that individuals make through education and work that involve both slack resources and technology, we explore the relationship among formal online learning opportunities, informal skill development in the gig economy, and entrepreneurial aspirations. Leveraging a novel dataset that merges administrative tax data with a survey of over 8,528 low and moderate-income households, we use machine learning and propensity score weighting to examine the likelihood that individuals who make these technology-mediated human capital investments will have increased odds of entrepreneurial aspirations when compared to similar individuals who do not make these investments. We find that both partaking in online learning and working in the gig economy are significantly associated with increased odds of entrepreneurial aspirations. Furthermore, through a variety of robustness and mechanism checks, we find that technology-mediation is an important factor in these relationships and that informal skill development and career preparation is one way in which gig employment influences entrepreneurial aspirations. We discuss these findings with implications for both policies and practices around online learning and gig employment

Game-Design Paradigmen und Lernprozesse im Digital Game Based Learning

Diese Arbeit untersucht den Einfluss des Game-Design auf ausgelöste Lernprozesse und den Erfolg von Serious Games. Hierzu werden Game-Design Paradigmen entwickelt, die als Richtlinien für Konzeption und Umsetzung eines Serious Game dienen. Als Serious Games werden Videospiele bezeichnet, die zur Wissensvermittlung konzipiert worden sind. Dabei sollen die motivationalen Faktoren eines Videospiels genutzt werden, um einen intrinsisch motivierten Lernprozess auszulösen. Das Bewertungkriterium für den Erfolg einer Spielmechanik ist somit die Erfüllung der Lernziele. Damit dieses Erfolgskriterium genauer untersucht werden kann, werden die ausgelösten Lernprozesse differenziert betrachtet. In der Literatur werden folgende Lernprozesse hervorgehoben: Der Prozess des Erfahrungslernens und metakognitive Prozesse. Darüber hinaus sind Eigenschaften der Zielgruppe, wie Alter oder Geschlecht weitere wichtige Faktoren. Das dieser Arbeit zu Grunde liegende Forschungsframework setzt sich wie folgt zusammen: Lernszenario, Lernprozess und Lernerfolg. Das Lernszenario ist durch folgende Faktoren charakterisiert: Game Characteristics (Eigenschaften des Serious Game), Instructional Content (Arbeitsanweisungen und Trainingsetting) sowie Player Characteristics (Eigenschaften der Zielgruppe). Diese Parameter bedingen den Lernprozess, welcher unter dem Aspekt des Erfahrungslernens und der Metakognition analysiert wird. Eine besondere Problemstellung in den Player Characteristics ergibt sich aus dem sogenannten Net-Generation Konflikt. Mit Net-Generation wird die Generation bezeichnet, welche mit neuen Medien wie Internet und mobiler Kommunikation aufgewachsen ist. Diese besitzt im Unterschied zu älteren Generationen ein anderes Lernverhalten. Um die Aspekte des Net-Generation Konflikts und die Auswirkungen auf den Lernprozesses untersuchen zu können, wird ein Serious Game entwickelt, dessen Spielmechanik sich an folgenden Game-Design Paradigmen ausrichtet: Akzeptanz, Leichte Zugänglichkeit, Spielspaß und die Unterstützung des Lernprozesses. Dieses Serious Game FISS (Fertigungs- und Instandhaltungs-Strategie Simulation) wird bei der Daimler AG seit 2008 zur Ausbildung von Ingenieuren eingesetzt. FISS simuliert eine Fertigungslinie, die mit Hilfe geeigneter Wartungsstrategien und effizientem Personaleinsatz erfolgreich geführt werden soll. Die Spielmechanik orientiert sich an dem Genre der Rundenstrategie und wird in einem Anwesenheitstraining im Team durchgeführt. Hervorzuheben ist, dass die Zielgruppe bezüglich des Alters inhomogen ist und deshalb der Net-Generation Konflikt berücksichtigt werden muss. Im Anschluss wird FISS unter folgenden Aspekten untersucht: Der Prozess des Erfahrungslernens, metakognitive Prozesse und die Integration der Non-Net-Generation. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eigenschaften des Game-Design einen signifikanten Einfluss auf den Prozess des Erfahrungslernens und die Lernerfolge besitzen. Spieler mit einem praktischen Zugang zu Lerninhalten (Concrete Experience) erzielten einen signifikant größeren Wissenzuwachs. Zudem profitierten alle Spieler von FISS, jedoch konnte in einer Vorstudie kein Einfluss metakognitiver Fähigkeiten auf den Wissenzuwachs nachgewiesen werden. Die weitere zentrale Studie dieser Arbeit fokussiert den Net-Generation Konflikt und evaluiert den Erfolg der eingangs aufgestellten Game-Design Paradigmen. Hierzu werden die Teilnehmer nach drei Altersgruppen getrennt betrachtet: Non-Net-Generation, Net-Generation und die dazwischen liegende Crossover-Generation. Es zeigt sich, dass der Lern- und Spielerfolg aller Generationen gleichermaßen signifikant ist und nur innerhalb des zu erwartenden Standardfehlers abweicht. FISS eignet sich folglich für alle Generationen. Diese Ergebnisse können stellvertretend für Serious Games im Genre der Rundenstrategie gesehen werden. Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis der Auswirkungen des Game-Design auf den Lernerfolg. Hiermit können potentielle Schwachstellen eines Serious Game erkannt und vermieden werden. Die Erkenntnisse im Bereich des Erfahrungslernens ermöglichen zudem eine bessere Anpassungen an die Zielgruppe. Für die zukünftige Forschung wurde mit dem in dieser Arbeit entwickelten Framework eine Grundlage geschaffen

The Hidden Role of Non-Canonical Amyloid beta Isoforms in Alzheimer's Disease

Recent advances have placed the pro-inflammatory activity of amyloid β (Aβ) on microglia cells as the focus of research on Alzheimer’s Disease (AD). Researchers are confronted with an astonishing spectrum of over 100 different Aβ variants with variable length and chemical modifications. With the exception of Aβ1-42 and Aβ1-40, the biological significance of most peptides for AD is as yet insufficiently understood. We therefore aim to provide a comprehensive overview of the contributions of these neglected Aβ variants to microglia activation. First, the impact of Aβ receptors, signaling cascades, scavenger mechanisms, and genetic variations on the physiological responses towards various Aβ species is described. Furthermore, we discuss the importance of different types of amyloid precursor protein processing for the generation of these Aβ variants in microglia, astrocytes, oligodendrocytes, and neurons, and highlight how alterations in secondary structures and oligomerization affect Aβ neurotoxicity. In sum, the data indicate that gene polymorphisms in Aβ-driven signaling pathways in combination with the production and activity of different Aβ variants might be crucial factors for the initiation and progression of different forms of AD. A deeper assessment of their interplay with glial cells may pave the way towards novel therapeutic strategies for individualized medicine

“Take my word for it”: Group Texts and Testimonials Enhance State and Federal Student Aid Applications\u27

As the cost of college continues to rise, it has become increasingly important for students to apply for financial aid. However, many students are unaware of the benefits of FAFSA. We launched a field experiment with a non-profit organization to explore the impact of text message interventions on FAFSA application rates. 2,236 potential students were randomized into three groups: a control group that focused on reminders for upcoming deadlines, a treatment group that focused on benefits-framed messaging, and a second treatment group that added social proofing and norming. Each group received 8 text messages from late September 2020 to early March 2021. Treatment group two was 87% more likely to make a FAFSA appointment than the control group. We end with policy and practice implications