@phdthesis{Schielein2018,
  author    = {Schielein, Richard},
  title     = {Analytische Simulation und Aufnahmeplanung f{\"u}r die industrielle R{\"o}ntgencomputertomographie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-169236},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {R{\"o}ntgencomputertomographie (CT) hat in ihrer industriellen Anwendung ein sehr breites Spektrum m{\"o}glicher Pr{\"u}fobjekte. Ziel einer CT-Messung sind dreidimensionale Abbilder der Verteilung des Schw{\"a}chungskoeffizienten der Objekte mit m{\"o}glichst großer Genauigkeit. Die Parametrierung eines CT-Systems f{\"u}r ein optimales Messergebnis h{\"a}ngt stark vom zu untersuchenden Objekt ab. Eine Vorhersage der optimalen Parameter muss die physikalischen Wechselwirkungen mit R{\"o}ntgenstrahlung des Objektes und des CT-Systems ber{\"u}cksichtigen. Die vorliegende Arbeit befasst sich damit, diese Wechselwirkungen zu modellieren und mit der M{\"o}glichkeit den Prozess zur Parametrierung anhand von G{\"u}temaßen zu automatisieren. Ziel ist eine simulationsgetriebene, automatische Parameteroptimierungsmethode, welche die Objektabh{\"a}ngigkeit ber{\"u}cksichtigt. Hinsichtlich der Genauigkeit und der Effizienz wird die bestehende R{\"o}ntgensimulationsmethodik erweitert. Es wird ein Ansatz verfolgt, der es erm{\"o}glicht, die Simulation eines CT-Systems auf reale Systeme zu kalibrieren. Dar{\"u}ber hinaus wird ein Modell vorgestellt, welches zur Berechnung der zweiten Ordnung der Streustrahlung im Objekt dient. Wegen des analytischen Ansatzes kann dabei auf eine Monte-Carlo Methode verzichtet werden. Es gibt in der Literatur bisher keine eindeutige Definition f{\"u}r die G{\"u}te eines CT-Messergebnisses. Eine solche Definition wird, basierend auf der Informationstheorie von Shannon, entwickelt. Die Verbesserungen der Simulationsmethodik sowie die Anwendung des G{\"u}temaßes zur simulationsgetriebenen Parameteroptimierung werden in Beispielen erfolgreich angewendet beziehungsweise mittels Referenzmethoden validiert.},
  subject      = {Computertomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mueller2013,
  author    = {M{\"u}ller, Thomas M.},
  title     = {Computergest{\"u}tztes Materialdesign: Mikrostruktur und elektrische Eigenschaften von Zirkoniumdioxid-Aluminiumoxid Keramiken},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-110942},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Die Mikrostruktur von Zirkonoxid-Aluminiumoxid Keramiken wurde im Rasterelektronenmikroskop (REM) untersucht und mittels quantitativer Bildanalyse weiter charakterisiert. Die so erhaltenen spezifischen morphologischen Kennwerte wurden mit denen, die an dreidimensionalen Modellstrukturen {\"a}quivalent gewonnen wurden, verglichen. Es wurden modifizierte Voronoistrukturen benutzt, um die beteiligten Phasen in repr{\"a}sentativen Volumenelementen (RVE) auf Voxelbasis zu erzeugen. Poren wurden an den Ecken und Kanten dieser Strukturen nachtr{\"a}glich hinzugef{\"u}g. Nachdem alle relevanten Kennwerte der Modellstrukturen an die realen keramischen Mikrostrukturen angepasst wurden, musste das RVE f{\"u}r die Finite Element Simulationen (FES) geeignet vernetzt werden. Eine einfache {\"U}bernahme der Voxelstrukturen in hexaedrische Elemente f{\"u}hrt zu sehr langen Rechenzeiten, und die erforderliche Genauigkeit der FES konnte nicht erreicht werden. Deshalb wurde zun{\"a}chst eine adaptive Oberfl{\"a}chenvernetzung ausgehend von einem generally classed marching tetrahedra Algorithmus erzeugt. Dabei wurde besonderer Wert auf die Beibehaltung der zuvor angepassten Kennwerte gelegt. Um die Rechenzeiten zu verk{\"u}rzen ohne die Genauigkeit der FES zu beeintr{\"a}chtigen, wurden die Oberfl{\"a}chenvernetzungen dergestalt vereinfacht, dass eine hohe Aufl{\"o}sung an den Ecken und Kanten der Strukturen erhalten blieb, w{\"a}hrend sie an flachen Korngrenzen stark verringert wurde. Auf Basis dieser Oberfl{\"a}chenvernetzung wurden Volumenvernetzungen, inklusive der Abbildung der Korngrenzen durch Volumenelemente, erzeugt und f{\"u}r die FES benutzt. Dazu wurde ein FE-Modell zur Simulation der Impedanzspektren aufgestellt und validiert. Um das makroskopische elektrische Verhalten der polykristallinen Keramiken zu simulieren, mussten zun{\"a}chst die elektrischen Eigenschaften der beteiligten Einzelphasen gemessen werden. Dazu wurde eine Anlage zur Impedanzspektroskopie bis 1000 °C aufgebaut und verwendet. Durch weitere Auswertung der experimentellen Daten unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der Korngrenzeffekte wurden die individuellen Phaseneigenschaften erhalten. Die Zusammensetzung der Mischkeramiken reichte von purem Zirkonoxid (3YSZ) bis zu purem Aluminiumoxid. Es wurde eine sehr gute {\"U}bereinstimmung zwischen den experimentellen und simulierten Werten bez{\"u}glich der betrachteten elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften erreicht. Die FES wurden verwendet, um die Einfl{\"u}sse verschiedener mikrostruktureller Parameter, wie Porosit{\"a}t, Korngr{\"o}ße und Komposition, auf das makroskopische Materialverhalten n{\"a}her zu untersuchen.},
  subject      = {Keramischer Werkstoff},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Galmbacher2007,
  author    = {Galmbacher, Matthias},
  title     = {Lernen mit dynamisch-ikonischen Repr{\"a}sentationen aufgezeigt an Inhalten zur Mechanik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-29271},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2007},
  abstract  = {Im Physikunterricht wurde lange Zeit die Bedeutung quantitativer Zusammenh{\"a}nge f{\"u}r das Physiklernen {\"u}berbewertet, qualitative Zusammenh{\"a}nge spielten dagegen eine eher untergeordnete Rolle. Dies f{\"u}hrte dazu, dass das Wissen der Sch{\"u}ler zumeist ober­fl{\"a}ch­lich blieb und nicht auf neue Situationen angewendet werden konnte. TIMSS und Pisa offenbarten diese Schwierigkeiten. In den Abschlussberichten wurde kritisiert, dass die Sch{\"u}ler kaum in der Lage seien, Lernstoff zu transferieren oder pro­blem­l{\"o}send zu denken. Um physikalische Abl{\"a}ufe deuten und entsprechende Probleme l{\"o}sen zu k{\"o}nnen, ist qua­litativ-konzeptuelles Wissen n{\"o}tig. Dieses kann, wie Forschungs­ergebnisse belegen, am besten durch die konstruktivistisch motivierte Gestaltung von Lern­situationen sowie durch die Inte­gration externer Repr{\"a}sentationen von Versuchs­aussagen in den Schul­unter­richt er­reicht werden. Eine konkrete Umsetzung dieser Bedingungen stellt der Ein­satz rechner­gest{\"u}tzter Experimente dar, der heutzutage ohne allzu großen technischen Aufwand rea­lisiert werden kann. Diese Experimente erleichtern es dem Lernenden, durch den direk­ten Umgang mit realen Abl{\"a}ufen, physikalische Konzepte zu erschließen und somit qua­litative Zusammenh{\"a}nge zu verstehen. W{\"a}hrend man lange Zeit von einer grunds{\"a}tzlichen Lernwirksamkeit animierter Lern­um­gebungen ausging, zeigen dagegen neuere Untersuchungen eher Gegenteiliges auf. Sch{\"u}ler m{\"u}ssen offensichtlich erst lernen, wie mit multicodierten Re­pr{\"a}­sentationen zu arbeiten ist. Die vorliegende Arbeit will einen Beitrag dazu leisten, he­raus­zufinden, wie lernwirksam sogenannte dynamisch-ikonische Repr{\"a}sentationen (DIR) sind, die physikalische Gr{\"o}ßen vor dem Hintergrund konkreter Versuchsabl{\"a}ufe visuali­sieren. Dazu bearbeiteten im Rahmen einer DFG-Studie insgesamt 110 Sch{\"u}ler jeweils 16 Projekte, in denen mechanische Konzepte (Ort, Geschwindigkeit, Beschleu­nigung und Kraft) aufgegriffen wurden. Es zeigte sich, dass die Probanden mit den ein­ge­setzten DIR nicht erfolgreicher lernen konnten als ver­gleich­bare Sch{\"u}ler, die die gleichen Lerninhalte ohne die Unter­st{\"u}tzung der DIR erarbeiteten. Im Gegen­teil: Sch{\"u}ler mit einem geringen visuellen Vorstellungsverm{\"o}gen schnitten aufgrund der Darbietung einer zus{\"a}tzlichen Codierung schlechter ab als ihre Mit­sch{\"u}ler. Andererseits belegen Untersuchungen von Blaschke, dass solche Repr{\"a}sen­ta­tionen in der Erarbeitungsphase einer neu entwickelten Unter­richts­kon­zep­tion auch und gerade von schw{\"a}cheren Sch{\"u}lern konstruktiv zum Wissens­erwerb genutzt werden konnten. Es scheint also, dass die Lerner zun{\"a}chst Hilfe beim Umgang mit neuartigen Re­pr{\"a}­sen­ta­tions­formen ben{\"o}tigen, bevor sie diese f{\"u}r den weiteren Aufbau ad{\"a}qua­ter physi­ka­lischer Modelle nutzen k{\"o}nnen. Eine experimentelle Unter­suchung mit Sch{\"u}­lern der 10. Jahrgangsstufe best{\"a}tigte diese Vermutung. Hier lernten 24 Probanden in zwei Gruppen die mechanischen Konzepte zu Ort, Geschwin­dig­keit und Beschleunigung kennen, bevor sie im Unter­richt behandelt wurden. W{\"a}hrend die Teil­nehmer der ersten Gruppe nur die Simulationen von Bewegungsabl{\"a}ufen und die zuge­h{\"o}rigen Liniendiagramme sahen, wurden f{\"u}r die zweite Gruppe unterst{\"u}tzend DIR eingesetzt, die den Zusammenhang von Bewe­gungs­ablauf und Linien­diagramm veranschaulichen sollten. In beiden Gruppen war es den Probanden m{\"o}glich, Fragen zu stellen und Hilfe von einem Tutor zu erhalten. Die Ergebnis­se zeigten auf, dass es den Sch{\"u}lern durch diese Maßnahme erm{\"o}glicht wurde, die DIR erfolgreich zum Wissens­er­werb einzusetzen und sig­nifikant besser abzuschneiden als die Teilnehmer in der Kon­troll­­gruppe. In einer weiteren Untersuchung wurde abschließend der Frage nachgegangen, ob DIR unter Anleitung eines Tutors eventuell bereits in der Unterstufe sinnvoll eingesetzt werden k{\"o}nnen. Ausgangspunkt dieser {\"U}berlegung war die Tatsache, dass mit der Einf{\"u}hrung des neuen bayerischen G8-Lehrplans wesentliche Inhalte, die Bestand­teil der vorherigen Untersuchungen waren, aus dem Physik­unterricht der 11. Jgst. in die 7. Jahrgangsstufe verlegt wurden. So bot es sich an, mit den Inhalten auch die DIR in der Unterstufe ein­zusetzen. Die Un­tersuchungen einer quasiexperimentellen Feldstudie in zwei siebten Klassen belegten, dass die betrachte­ten Repr{\"a}sentationen beim Aufbau entsprechender Kon­zepte keinesfalls hinderlich, sondern sogar f{\"o}rder­lich sein d{\"u}rften. Denn die Sch{\"u}ler­gruppe, die mit Hilfe der DIR lernte, schnitt im direkten hypothesenpr{\"u}fenden Vergleich mit der Kontrollklasse deutlich besser ab. Ein Kurztest, der die Nachhaltigkeit des Gelernten nach etwa einem Jahr {\"u}berpr{\"u}fen sollte, zeigte zudem auf, dass die Sch{\"u}ler der DIR-Gruppe die Konzepte, die unter Zuhilfenahme der DIR erarbeitet wurden, im Vergleich zu Sch{\"u}lern der Kontrollklasse und zu Sch{\"u}lern aus 11. Klassen insgesamt {\"u}berraschend gut verstanden und behalten hatten.},
  subject      = {Multimedia},
  language  = {de}
}