New Trends in Networking, Computing, E-learning, Systems Sciences, and Engineering

This book provides the latest in a series of books growing out of the International Joint Conferences on Computer, Information and Systems Sciences and Engineering. It includes chapters in the most advanced areas of Computing, Informatics, Systems Sciences and Engineering. It has accessible to a wide range of readership, including professors, researchers, practitioners and students. This book includes a set of rigorously reviewed world-class manuscripts addressing and detailing state-of-the-art research projects in the areas of Computer Science, Informatics, and Systems Sciences, and Engineering. It includes selected papers form the conference proceedings of the Ninth International Joint Conferences on Computer, Information, and Systems Sciences, and Engineering (CISSE 2013). Coverage includes topics in: Industrial Electronics, Technology & Automation, Telecommunications and Networking, Systems, Computing Sciences and Software Engineering, Engineering Education, Instructional Technology, Assessment, and E-learning.

Erfahrbares Programmieren durch den zielgerichten Einsatz von Flugdrohnen im Informatikunterricht

Informatik- und insbesondere Programmierunterricht sind heute ein wichtiger Bestandteil der schulischen Ausbildung. Vereinfachte Entwicklungsumgebungen, die auf die Abstraktion typischer Programmierkonzepte in Form von grafischen Bausteinen setzen, unterstützen diesen Trend. Zusätzliche Attraktivität wird durch die Verwendung exotischer Laufzeitumgebungen (z. B. Roboter) geschaffen. Die in diesem Paper vorgestellte Plattform “ScratchDrone” führt ergänzend zu diesen Angeboten eine moderne Flugdrohne als innovative Laufzeitumgebung für Scratch-Programme ein. Die Programmierung kann dabei dank modularer Systemarchitektur auf verschiedenen Abstraktionsebenen erfolgen, abhängig vom Lernfortschritt der Schüler. Kombiniert mit einem mehrstufigen didaktischen Modell, der Herausforderung der Bewegung im 3D-Raum sowie der natürlichen menschlichen Faszination für das Fliegen wird so eine hohe Lernmotivation bei jungen Programmieranfängern erreicht.

E-Learning Systems, Environments and Approaches

The volume consists of twenty-five chapters selected from among peer-reviewed papers presented at the CELDA (Cognition and Exploratory Learning in the Digital Age) 2013 Conference held in Fort Worth, Texas, USA, in October 2013 and also from world class scholars in e-learning systems, environments and approaches. The following sub-topics are included: Exploratory Learning Technologies (Part I), e-Learning social web design (Part II), Learner communities through e-Learning implementations (Part III), Collaborative and student-centered e-Learning design (Part IV). E-Learning has been, since its initial stages, a synonym for flexibility. While this dynamic nature has mainly been associated with time and space it is safe to argue that currently it embraces other aspects such as the learners’ profile, the scope of subjects that can be taught electronically and the technology it employs. New technologies also widen the range of activities and skills developed in e-Learning. Electronic learning environments have evolved past the exclusive delivery of knowledge. Technology has endowed e-Learning with the possibility of remotely fomenting problem solving skills, critical thinking and team work, by investing in information exchange, collaboration, personalisation and community building.

Social-Software-Portfolios im Einsatz

Die Dissertationsschrift widmet sich der Erforschung des Online-Lernens mittels Weblogs unter Anwendung der E-Portfolio Methode als einer seit mehreren Jahren verstärkt aufkommenden Lern- und Präsentationsform im Bildungskontext. Über mehrere Lehrveranstaltungen des Studiengangs "Angewandte Medien- und Kommunikationswissenschaft" an der Technischen Universität Ilmenau hinweg wurden drei Fallstudien gebildet. Innerhalb dieser wurde das Führen von eigenen E-Portfolio Blogs durch Studierende über einen Zeitraum von etwa drei Jahren evaluiert. Als Evaluationsziel wurde anhand spezifischer Fragestellungen ermittelt, wie das damit einhergehende selbstgesteuert-konnektive Lernen zu entsprechendem Erfolg führen kann. Hierbei wurde insbesondere die Teildimension Medienkompetenz im Spannungsfeld von Lernaktivität, Wissenserwerb und Informations-/Wissensmanagement betrachtet sowie weitere intervenierende Variablen, wie zum Beispiel Aufwand oder Akzeptanz, berücksichtigt. Inhaltlich wurden zunächst begriffliche Grundlagen dargestellt, die Nutzung von E-Portfolios in Theorie und Praxis beschrieben, Medienkompetenz-Ansätze detailliert aufgezeigt sowie in den Kontext von E-Portfolios gebracht und schließlich eine umfangreiche Analyse des Forschungsstandes aufbereitet. Diese gingen mit Erkenntnissen aus einer qualitativen Vorstudie in Form von fünf leitfadengestützten Experteninterviews einher. Die darauf aufbauende Hauptstudie widmete sich anschließend der Erhebung und Auswertung quantitativer Daten anhand von Online-Befragungen mit den Studierenden zu fünf Zeitpunkten aus intra- und interindividueller Perspektive. Als markanteste empirische Erkenntnis der Arbeit kann festgehalten werden, dass es durch das selbstgesteuert-konnektive Lernen mit E-Portfolio Blogs zu einer nachhaltigen Förderung der Medienkompetenz kommt, die sich auch in signifikanten Zusammenhängen mit den anderen Teildimensionen und intervenierenden Variablen widerspiegelt. Darüber hinaus bieten sich aber auch Potenziale für eine steigende Lernaktivität, einen ansteigenden Wissenserwerb und ein verbessertes Informations-/Wissensmanagement, die es aber noch weiterführend zu erforschen gilt. Demgegenüber können allerdings der entstehende und kontinuierlich hohe Aufwand sowie die erforderliche (Eigen-) Motivation als entscheidende Herausforderungen dieser Lernmethode identifiziert werden.

Abstrahierendes Lernen durch aktive Modellbildung: Evaluation eines Prozesses und einer Lernumgebung

Die Fähigkeit zum Lernen durch Abstraktion aus Erfahrungen unterscheidet Experten von Novizen. Wir stellen einen Prozess für individuelles abstrahierendes Lernen und eine diesen Prozess unterstützende Lernumgebung vor. Die Ergebnisse einer Pilotstudie zeigen, dass Lernende unter Nutzung der Lernumgebung aus Fallbeispielen ein abstraktes Modell erstellen und über ihren Prozess reflektieren konnten. Dies fiel ihnen leichter, wenn die Fallbeispiele wenige gemeinsame Oberflächenmerkmale aufwiesen. Im Gegensatz zum intendierten Lernprozess wandten manche Lernende einen anderen Prozess an.

Against the Tide

In his most recent publication, Against the Tide: Critics of Digitalisation, Otto Peters brings together some of the most formidable and critical voices and compelling perspectives on the potential hazards of digitalization. The viewpoints presented range from personal, anthropological, and pedagogical to more scientific and technical, and arise from multiple disciplines. Peters has long been a respected scholar in the field of distance education, and while Peters’ earlier work has advocated the affordances of digitalization, this latest book is an abrupt shift to the darker side of digitalization. The assembly of critics Peters has gathered come from around the world and different walks of life: journalists, educators, scientists, philosophers, lawyers, mathematicians, and computer scientists, to name a few. Their one shared bond is a deep-seated belief that digitalization will have a profound and lasting impact on humankind – and not only in positive ways. ...

Building an Academic Cloud for 500,000 Users

Under the brand name “sciebo – the Campuscloud” (derived from “science box”) a consortium of more than 20 research and applied science universities started a large scale cloud service for about 500,000 students and researchers in North Rhine-Westphalia, Germany’s most populous state. Starting with the much anticipated data privacy compliant sync & share functionality, sciebo offers the potential to become a more general cloud platform for collaboration and research data management which will be actively pursued in upcoming scientific and infrastructural projects. This project report describes the formation of the venture, its targets and the technical and the legal solution as well as the current status and the next steps.

Blended Learning in der Musiklehrerbildung. Erfahrungen und Perspektiven am Beispiel eines Praxisprojekts

In der Lehrerbildung zu Beginn des 21. Jahrhunderts wird einem hohen Bezug zum Berufsfeld Schule, phasenübergreifender Zusammenarbeit und lebenslangem Lernen zunehmend Bedeutung geschenkt. Mehr und mehr kommt in Veröffentlichungen und auf den Internetseiten von Lehrerbildungszentren deutscher Universitäten ein umfassendes Verständnis von Lehrerbildung zum Ausdruck, das alle Phasen der Aus- und Fortbildung von Lehrkräften einschließt: Studium, Vorbereitungsdienst („Referendariat“) und Fortbildungen für Lehrkräfte im Schuldienst. Wenn Lehrerbildung in diesem Sinne gestaltet und nicht reduziert wird auf eine Phase der Ausbildung, die der Tätigkeit im Schuldienst vorangeht, wenn neben den Qualifizierungsmaßnahmen in Studium und Vorbereitungsdienst auch Fortbildungsangebote für bereits im Beruf stehende Lehrkräfte als Selbstverständlichkeit im Rahmen eines lebenslangen Lernprozesses aufgefasst werden, eröffnet die Implementierung digitaler Medien besondere Chancen – etwa im Hinblick auf kooperatives Lernen sowie auf die Arbeit mit und den Zugriff auf Unterrichtsmaterialien. Am Beispiel eines interdisziplinär angelegten Projekts, dessen Ausgangspunkt und Zentrum das Fach Musik bildet und in dem phasenverbindendes und lebenslanges Lernen einen hohen Stellenwert einnehmen, thematisiert dieser Beitrag Möglichkeiten, Perspektiven und Herausforderungen von Blended Learning in der Lehrerbildung. Es handelt sich um einen Einblick in die Verknüpfung von Präsenz- und Online-Anteilen des Projekts und in erste Ergebnisse aus der Projektevaluation. Vorgestellt werden Teilergebnisse aus einer explorativen Studie zur Bedeutung von Kooperationen und phasenübergreifender Vernetzung, im Rahmen derer unter anderem die Akzeptanz und die Relevanz des E-Learning-Angebots thematisiert wird.

J-Quizmaker

Lehrvideos erfreuen sich dank aktueller Entwicklungen im Bereich der Online-Lehre (Videoplattformen, MOOCs) auf der einen Seite und einer riesigen Auswahl sowie einer einfachen Produktion und Distribution auf der anderen Seite großer Beliebtheit bei der Wissensvermittlung. Trotzdem bringen Videos einen entscheidenden Nachteil mit sich, welcher in der Natur des Datenformats liegt. So sind die Suche nach konkreten Sachverhalten in einem Video sowie die semantische Aufbereitung zur automatisierten Verknüpfung mit weiteren spezifischen Inhalten mit hohem Aufwand verbunden. Daher werden die lernerfolg-orientierte Selektion von Lehrsegmenten und ihr Arrangement zur auf Lernprozesse abgestimmten Steuerung gehemmt. Beim Betrachten des Videos werden unter Umständen bereits bekannte Sachverhalte wiederholt bzw. können nur durch aufwendiges manuelles Spulen übersprungen werden. Selbiges Problem besteht auch bei der gezielten Wiederholung von Videoabschnitten. Als Lösung dieses Problems wird eine Webapplikation vorgestellt, welche die semantische Aufbereitung von Videos hin zu adaptiven Lehrinhalten ermöglicht: mittels Integration von Selbsttestaufgaben mit definierten Folgeaktionen können auf Basis des aktuellen Nutzerwissens Videoabschnitte automatisiert übersprungen oder wiederholt und externe Inhalte verlinkt werden. Der präsentierte Ansatz basiert somit auf einer Erweiterung der behavioristischen Lerntheorie der Verzweigten Lehrprogramme nach Crowder, die auf den Lernverlauf angepasste Sequenzen von Lerneinheiten beinhaltet. Gleichzeitig werden mittels regelmäßig eingeschobener Selbsttestaufgaben Motivation sowie Aufmerksamkeit des Lernenden nach Regeln der Programmierten Unterweisung nach Skinner und Verstärkungstheorie gefördert. Durch explizite Auszeichnung zusammengehöriger Abschnitte in Videos können zusätzlich die enthaltenden Informationen maschinenlesbar gestaltet werden, sodass weitere Möglichkeiten zum Auffinden und Verknüpfen von Lerninhalten geschaffen werden.

The Future of Ubiquitous Learning

This book explores emerging pedagogical perspectives based on the design of new learning spaces supported by digital technologies and brings together some of the best research in this field. The book is divided into three themes: foundations of emerging pedagogies, learning designs for emerging pedagogies and, adaptive and personalized learning. The chapters provide up-to-date information about new pedagogical proposals, and examples for acquiring the requisite skills to both design and support learning opportunities that improve the potential of available technologies.

Rahmenwerk für zielgruppenorientiertes Blended E-Learning im MINT-Bereich im Kontext des Lebenslangen Lernens

Das heutige Leben der Menschen ist vom Internet durchdrungen, kaum etwas ist nicht „vernetzt“ oder „elektronisch verfügbar“. Die Welt befindet sich im Wandel, die „Informationsgesellschaft“ konsumiert in Echtzeit Informationen auf mobilen Endgeräten, unabhängig von Zeit und Ort. Dies gilt teilweise auch für den Aus- und Weiterbildungssektor: Unter „E-Learning“ versteht man die elektronische Unterstützung des Lernens. Gelernt wird „online“; Inhalte sind digital verfügbar. Zudem hat sich die Lebenssituation der sogenannten „Digital Natives“, der jungen Individuen in der Informationsgesellschaft, verändert. Sie fordern zeitlich und räumlich flexible Ausbildungssysteme, erwarten von Bildungsinstitutionen umfassende digitale Verfügbarkeit von Informationen und möchten ihr Leben nicht mehr Lehr- und Zeitplänen unterordnen – das Lernen soll zum eigenen Leben passen, lebensbegleitend stattfinden. Neue „Lernszenarien“, z.B. für alleinerziehende Teilzeitstudierende oder Berufstätige, sollen problemlos möglich werden. Dies soll ein von der europäischen Union erarbeitetes Paradigma leisten, das unter dem Terminus „Lebenslanges Lernen“ zusammengefasst ist. Sowohl E-Learning, als auch Lebenslanges Lernen gewinnen an Bedeutung, denn die (deutsche) Wirtschaft thematisiert den „Fachkräftemangel“. Die Nachfrage nach speziell ausgebildeten Ingenieuren im MINT-Bereich soll schnellstmöglich befriedigt, die „Mitarbeiterlücke“ geschlossen werden, um so weiterhin das Wachstum und den Wohlstand zu sichern. Spezielle E-Learning-Lösungen für den MINT-Bereich haben das Potential, eine schnelle sowie flexible Aus- und Weiterbildung für Ingenieure zu bieten, in der Fachwissen bezogen auf konkrete Anforderungen der Industrie vermittelt wird. Momentan gibt es solche Systeme allerdings noch nicht. Wie sehen die Anforderungen im MINT-Bereich an eine solche E-Learning-Anwendung aus? Sie muss neben neuen Technologien vor allem den funktionalen Anforderungen des MINTBereichs, den verschiedenen Zielgruppen (wie z.B. Bildungsinstitutionen, Lerner oder „Digital Natives“, Industrie) und dem Paradigma des Lebenslangen Lernens gerecht werden, d.h. technische und konzeptuelle Anforderungen zusammenführen. Vor diesem Hintergrund legt die vorliegende Arbeit ein Rahmenwerk für die Erstellung einer solchen Lösung vor. Die praktischen Ergebnisse beruhen auf dem Blended E-Learning-System des Projekts „Technische Informatik Online“ (VHN-TIO).

Learning in Virtual Worlds: Research and Applications

Three-dimensional (3D) immersive virtual worlds have been touted as being capable of facilitating highly interactive, engaging, multimodal learning experiences. Much of the evidence gathered to support these claims has been anecdotal but the potential that these environments hold to solve traditional problems in online and technology-mediated education—primarily learner isolation and student disengagement—has resulted in considerable investments in virtual world platforms like Second Life, OpenSimulator, and Open Wonderland by both professors and institutions. To justify this ongoing and sustained investment, institutions and proponents of simulated learning environments must assemble a robust body of evidence that illustrates the most effective use of this powerful learning tool. In this authoritative collection, a team of international experts outline the emerging trends and developments in the use of 3D virtual worlds for teaching and learning. They explore aspects of learner interaction with virtual worlds, such as user wayfinding in Second Life, communication modes and perceived presence, and accessibility issues for elderly or disabled learners. They also examine advanced technologies that hold potential for the enhancement of learner immersion and discuss best practices in the design and implementation of virtual world-based learning interventions and tasks. By evaluating and documenting different methods, approaches, and strategies, the contributors to Learning in Virtual Worlds offer important information and insight to both scholars and practitioners in the field. AU Press is an open access publisher and the book is available for free in PDF format as well as for purchase on our website: http://bit.ly/1W4yTRA

Ultrasound of the axillary arch muscle in children

Purpose: Unilateral or bilateral axillary masses in children are often of clinical concern for malignancies. Our review illustrates a normal variant of the axilla mimicking clinically an axillary mass. Methods and Materials: Systematic review of our PACS and RIS with the keyword “axilla” and the modality “ultrasound” in children under 16 years of age from 1.12.2009 until 30.11.2012. 19 axillary ultrasound examinations in 16 patients (7m/9f, age 3 months to 15 years) were included. One patient was examined 2 and one patient 3 times. In 6 patients a prominent muscle was noted overlying the humeral head in an abducted position. The muscle diameter was measured in cm and compared with the contralateral side. In one patient photographs of the axilla were available. Results: In 16 examinations a lymphadenopathy (n=5), abscess formation (n=5), seroma or hematoma (n=1) or lymphangioma (n=1) and no diagnosis (n=1) was found. In 4 patients (25%) a unilateral muscle variant and in 2 patients a bilateral muscle variant (axillary arch muscle) was noted. In one patient a duplication of the muscle was found. In 4 patients the muscle was larger than the contralateral side. Conclusion: An axillary mass in children without other clinical complaints may be related to a normal variant, the axillary arch muscle. Ultrasound is the first modality of choice if imaging is required. Radiologists should be aware of this normal variant since no other workup is necessary in asymptomatic children.

Development of automated image analysis tools for verification of radiotherapy field accuracy with an electronic portal imaging device

The successful management of cancer with radiation relies on the accurate deposition of a prescribed dose to a prescribed anatomical volume within the patient. Treatment set-up errors are inevitable because the alignment of field shaping devices with the patient must be repeated daily up to eighty times during the course of a fractionated radiotherapy treatment. With the invention of electronic portal imaging devices (EPIDs), patient's portal images can be visualized daily in real-time after only a small fraction of the radiation dose has been delivered to each treatment field. However, the accuracy of human visual evaluation of low-contrast portal images has been found to be inadequate. The goal of this research is to develop automated image analysis tools to detect both treatment field shape errors and patient anatomy placement errors with an EPID. A moments method has been developed to align treatment field images to compensate for lack of repositioning precision of the image detector. A figure of merit has also been established to verify the shape and rotation of the treatment fields. Following proper alignment of treatment field boundaries, a cross-correlation method has been developed to detect shifts of the patient's anatomy relative to the treatment field boundary. Phantom studies showed that the moments method aligned the radiation fields to within 0.5mm of translation and 0.5$\sp\circ$ of rotation and that the cross-correlation method aligned anatomical structures inside the radiation field to within 1 mm of translation and 1$\sp\circ$ of rotation. A new procedure of generating and using digitally reconstructed radiographs (DRRs) at megavoltage energies as reference images was also investigated. The procedure allowed a direct comparison between a designed treatment portal and the actual patient setup positions detected by an EPID. Phantom studies confirmed the feasibility of the methodology. Both the moments method and the cross-correlation technique were implemented within an experimental radiotherapy picture archival and communication system (RT-PACS) and were used clinically to evaluate the setup variability of two groups of cancer patients treated with and without an alpha-cradle immobilization aid. The tools developed in this project have proven to be very effective and have played an important role in detecting patient alignment errors and field-shape errors in treatment fields formed by a multileaf collimator (MLC). ^

Clutter elimination for deep clinical optoacoustic imaging using localised vibration tagging (LOVIT)

This paper investigates a novel method which allows clutter elimination in deep optoacoustic imaging. Clutter significantly limits imaging depth in clinical optoacoustic imaging, when irradiation optics and ultrasound detector are integrated in a handheld probe for flexible imaging of the human body. Strong optoacoustic transients generated at the irradiation site obscure weak signals from deep inside the tissue, either directly by propagating towards the probe, or via acoustic scattering. In this study we demonstrate that signals of interest can be distinguished from clutter by tagging them at the place of origin with localised tissue vibration induced by the acoustic radiation force in a focused ultrasonic beam. We show phantom results where this technique allowed almost full clutter elimination and thus strongly improved contrast for deep imaging. Localised vibration tagging by means of acoustic radiation force is especially promising for integration into ultrasound systems that already have implemented radiation force elastography.