The Interactive Lecture: Teaching and Learning Technologies for Large Classrooms

Conventional lectures in large classrooms are connected to fundamental didactic problems due to a lack of interactivity and feedback opportunities. In an interactive lecture each student is equipped with a light-weight, mobile device that can be used to interact with the lecturer during the lesson, thus creating an additional channel of communication. These devices support new teaching and learning paradigms such as participatory simulations. In this paper, we present our experiences with the usage of mobile devices in lectures. After discussing the didactic benefits of interactive lectures, we introduce the software toolkits used in our scenarios, we highlight selected tools like a quiz tool or a support tool for participatory simulation, and present major results from six studies we have conducted

Model and Proof Theory of Constructive ALC, Constructive Description Logics

Description logics (DLs) represent a widely studied logical formalism with a significant impact in the field of knowledge representation and the Semantic Web. However, they are equipped with a classical descriptive semantics that is characterised by a platonic notion of truth, being insufficiently expressive to deal with evolving and incomplete information, as from data streams or ongoing processes. Such partially determined and incomplete knowledge can be expressed by relying on a constructive semantics. This thesis investigates the model and proof theory of a constructive variant of the basic description logic ALC, called cALC. The semantic dimension of constructive DLs is investigated by replacing the classical binary truth interpretation of ALC with a constructive notion of truth. This semantic characterisation is crucial to represent applications with partial information adequately, and to achieve both consistency under abstraction as well as robustness under refinement, and on the other hand is compatible with the Curry-Howard isomorphism in order to form the cornerstone for a DL-based type theory. The proof theory of cALC is investigated by giving a sound and complete Hilbert-style axiomatisation, a Gentzen-style sequent calculus and a labelled tableau calculus showing finite model property and decidability. Moreover, cALC can be strengthened towards normal intuitionistic modal logics and classical ALC in terms of sound and complete extensions and hereby forms a starting point for the systematic investigation of a constructive correspondence theory.Beschreibungslogiken (BLen) stellen einen vieluntersuchten logischen Formalismus dar, der den Bereich der Wissensrepräsentation und das Semantic Web signifikant geprägt hat. Allerdings basieren BLen meist auf einer klassischen deskriptiven Semantik, die gekennzeichnet ist durch einen idealisierten Wahrheitsbegriff nach Platons Ideenlehre, weshalb diese unzureichend ausdrucksstark sind, um in Entwicklung befindliches und unvollständiges Wissen zu repräsentieren, wie es beispielsweise durch Datenströme oder fortlaufende Prozesse generiert wird. Derartiges partiell festgelegtes und unvollständiges Wissen lässt sich auf der Basis einer konstruktiven Semantik ausdrücken. Diese Arbeit untersucht die Model- und Beweistheorie einer konstruktiven Variante der Basis-BL ALC, die im Folgenden als cALC bezeichnet wird. Die Semantik dieser konstruktiven Beschreibungslogik resultiert daraus, die traditionelle zweiwertige Interpretation logischer Aussagen des Systems ALC durch einen konstruktiven Wahrheitsbegriff zu ersetzen. Eine derartige Interpretation ist die Voraussetzung dafür, um einerseits Anwendungen mit partiellem Wissen angemessen zu repräsentieren, und sowohl die Konsistenz logischer Aussagen unter Abstraktion als auch ihre Robustheit unter Verfeinerung zu gewährleisten, und andererseits um den Grundstein für eine Beschreibungslogik-basierte Typentheorie gemäß dem Curry-Howard Isomorphismus zu legen. Die Ergebnisse der Untersuchung der Beweistheorie von cALC umfassen eine vollständige und korrekte Hilbert Axiomatisierung, einen Gentzen Sequenzenkalkül, und ein semantisches Tableaukalkül, sowie Beweise zur endlichen Modelleigenschaft und Entscheidbarkeit. Darüber hinaus kann cALC zu normaler intuitionistischer Modallogik und klassischem ALC durch vollständige und korrekte Erweiterungen ausgebaut werden, und bildet damit einen Startpunkt für die systematische Untersuchung einer konstruktiven Korrespondenztheorie

Gestaltung nutzerzentrierter Assistenzen im Produktdatenmanagement

Die Verwaltung von Produkt- und Prozessdaten in industrieller Produktentstehung ist seit dem Aufkommen der rechnergestützten Assistenzsysteme einer der großen Hebel bei der Suche nach Effizienzsteigerungen. Neben dem Flugzeugbau ist es insbesondere die Automobilindustrie, an deren komplexen Arbeitsabläufen Neuerungen auf den Gebieten der Datenhaltung, -verwaltung und der prozessübergreifenden Zusammenarbeit erprobt werden. Die rechnergestützte Umsetzung entlang des Produktentstehungsprozesses hat zum Ziel, eine bessere Abbildbarkeit, Durchgängigkeit und Verfolgbarkeit der virtuellen Geschäftsobjekte und letztlich der tatsächlichen Produkte sicherzustellen. [... aus der Einleitung

CAIPI in Practice: Towards Explainable Interactive Medical Image Classification

Would you trust physicians if they cannot explain their decisions to you? Medical diagnostics using machine learning gained enormously in importance within the last decade. However, without further enhancements many state-of-the-art machine learning methods are not suitable for medical application. The most important reasons are insufficient data set quality and the black-box behavior of machine learning algorithms such as Deep Learning models. Consequently, end-users cannot correct the model's decisions and the corresponding explanations. The latter is crucial for the trustworthiness of machine learning in the medical domain. The research field explainable interactive machine learning searches for methods that address both shortcomings. This paper extends the explainable and interactive CAIPI algorithm and provides an interface to simplify human-in-the-loop approaches for image classification. The interface enables the end-user (1) to investigate and (2) to correct the model's prediction and explanation, and (3) to influence the data set quality. After CAIPI optimization with only a single counterexample per iteration, the model achieves an accuracy of $97.48\%$ on the Medical MNIST and $95.02\%$ on the Fashion MNIST. This accuracy is approximately equal to state-of-the-art Deep Learning optimization procedures. Besides, CAIPI reduces the labeling effort by approximately $80\%$.Comment: Manuscript accepted at IFIP AIAI 202

On the Computational Interpretation of CKn for Contextual Information Processing – Ancillary Material

In the journal article we introduce a modal λ-calculus λCKn whose type system corresponds to the constructive multi-modal logic CKn. This logic is a constructive refinement of the classical multi-modal logic CKn which forms the heart of the class of description logics used in semantic information processing. λCKn constitutes the core of a functional language for information processing in this application domain. Being strongly typed, it offers static type checking to support safe contextual reasoning in relational structures like those treated by description logics. Here we provide detailed mathematical proofs for the results presented in [8]. Accordingly, this report is not meant as a self-contained technical exposition of the whys and hows of λCKn. It is merely a collection of ancillary material to complement the main article [8] to which the reader is referred for more information. An early version of this work appeared at the 3rd International Workshop on Logics, Agents and Mobility (LAM 2010). We are grateful for the support by the German Research Council (DFG) who funded this research as part of the project SPACMODL under grant No. ME 1427/4-1

Towards Constructive Description Logics for Abstraction and Refinement

This work explores some aspects of a new and natural semantical dimension that can be accommodated within the syntax of description logics which opens up when passing from the classical truth-value interpretation to a constructive interpretation. We argue that such a strengthened interpretation is essential to represent applications with partial information adequately and to achieve consistency under abstraction as well as robustness under refinement. We introduce a constructive version of ALC, called cALC, for which we give a sound and complete Hilbert axiomatisation and a Gentzen tableau calculus showing finite model property and decidability

Digitale Arbeitsumgebungen in der Produktentstehung: Mit Action Design Research Web- Anwendungen zur produktiven Zusammenarbeit entwickeln

Um effektiv auf neue Marktgegebenheiten reagieren zu können, versuchen Industrieunternehmen ihre internen Geschäftsabläufe schlank und effizient zu halten. Dies stößt jedoch an Grenzen, wenn tradierte Unternehmens-IT im Zuge der digitalen Transformation mit neuen Geschäfts- und Bedienfähigkeiten ausgestattet werden soll. Die Integration von Systemen und Daten sowie die prozessuale Steuerung einer sich neu ordnenden IT-Landschaft verlangt nach neuen Konzepten, die die Besonderheit von kooperativen Wertschöpfungsprozessen berücksichtigen. Der Beitrag stellt die Anwendung der Action Design Research für die Konzeption, Entwicklung, Einführung und Auswertung einer IT-Applikation innerhalb eines Anwendungsfalls der Montageplanung der Automobilproduktion heraus. Dazu wird der Ansatz der Conversational Workflows, ein für die Zusammenarbeit in wissensintensiven, kooperativen Industrieprozessen entwickelter Applikationsaufbau, zur Lösung der Problemstellung herangezogen. Mit Hilfe eines auf den Anwendungsfall angepassten Ablaufs der Action Design Research werden in zwei partizipativen ADR-Zyklen sowohl eine MVP-Version als auch eine produktive Variante einer Web-Applikation für die Materialmodulbereitstellung entwickelt und im Praxissystem erlebbar gemacht. Im Ergebnis konnte sich das Konzept der Conversational Workflows als geeignet herausstellen und lässt zusätzlich Raum für kontinuierliche Weiterentwicklungen. Auf methodischer Seite hat sich gezeigt, dass eine Ergänzung der konzeptionellen ADR-Phasen um Design Thinking zu einer verbesserten Artefaktentwicklung beitragen kann

Calcium-calmodulin does not alter the anion permeability of the mouse TMEM16A calcium-activated chloride channel.

The transmembrane protein TMEM16A forms a Ca(2+)-activated Cl(-) channel that is permeable to many anions, including SCN(-), I(-), Br(-), Cl(-), and HCO3 (-), and has been implicated in various physiological functions. Indeed, controlling anion permeation through the TMEM16A channel pore may be critical in regulating the pH of exocrine fluids such as the pancreatic juice. The anion permeability of the TMEM16A channel pore has recently been reported to be modulated by Ca(2+)-calmodulin (CaCaM), such that the pore of the CaCaM-bound channel shows a reduced ability to discriminate between anions as measured by a shift of the reversal potential under bi-ionic conditions. Here, using a mouse TMEM16A clone that contains the two previously identified putative CaM-binding motifs, we were unable to demonstrate such CaCaM-dependent changes in the bi-ionic potential. We confirmed the activity of CaCaM used in our study by showing CaCaM modulation of the olfactory cyclic nucleotide-gated channel. We suspect that the different bi-ionic potentials that were obtained previously from whole-cell recordings in low and high intracellular [Ca(2+)] may result from different degrees of bi-ionic potential shift secondary to a series resistance problem, an ion accumulation effect, or both