Electrocardiogram (ECG) data are stored and analyzed in different formats, devices, and computer platforms. There is a need to have an independent platform to support ECG processes among different resources for the purposes of improving the quality of health care and proliferating the results from research. Currently, ECG devices are proprietary. Devices from different manufacturers cannot communicate with each other. It is crucial to have an open standard to manage ECG data for representation and diagnosis. This research explores methods for representation and diagnosis of ECG by developing an Ontology for shared ECG data based on the Health Level Seven (HL7) standard. The developed Ontology bridges the conceptual gap by integrating ECG waveform data, HL7 standard data descriptions, and cardiac diagnosis rules. The Ontology is encoded in Extensible Markup Language (XML) providing human and machine readable format. Thus, the interoperability issue is resolved and ECG data can be shared among different ECG devices and systems. This developed Ontology also provides a mechanism for diagnostic decision support through an automated ECG diagnosis system for a medical technician or physician in the diagnosis of cardiac disease. An experiment was conducted to validate the interoperability of the Ontology, and also to assess the accuracy of the diagnosis model provided through the Ontology. Results showed 100% interoperability from ECG data provided through eight different databases, and a 93% accuracy in diagnosis of normal and abnormal cardiac conditions. / Graduation date: 2006

The fundamental objective of a design engineer in performing tolerance technology is to transform functional requirements into tolerances on individual parts based on existing data and algorithms for design tolerance analysis and synthesis. The transformation of functional requirements into tolerances must also consider the existing process capabilities and manufacturing costs to determine the optimal tolerances and processes. The main objective of this research is to present an integrated but modular system for Computer Aided Tolerance Allocation, Tolerance Synthesis and Process Selection. The module is implemented in AutoCAD using the ARX 1.1 (AutoCAD Runtime Extension Libraries), MFC 4.2, Visual C++ 4.2, Access 7.0, AutoCAD Development System, AutoLISP, and Other AutoCAD Customization tools. The integrated module has two functions: a. Tolerance analysis and allocation: This module uses several statistical and optimization techniques to aggregate component tolerances. Random number generators are used to simulate historical data used by most of the optimization techniques to perform tolerance analysis. Various component tolerance distributions are considered (Beta, Normal, and Uniform). The proposed analysis technique takes into consideration the distribution of each fabrication of the component, this provides designers . The proposed tolerance analysis method takes into consideration the distribution of each fabrication process of the assembly. For assemblies with non-normal natural process tolerance distributions, this method allows designers to assign assembly tolerances that are closer to actual assembly tolerances when compared to other statistical methods. This is verified by comparing the proposed tolerance analysis method to the results of Monte Carlo simulations. The method results in assembly tolerances similar to those provided by Monte Carlo simulation yet is significantly less computationally-intensive. b. Process Selection: This thesis introduces a methodology for concurrent design that considers the allocation of tolerances and manufacturing processes for minimum cost. This methodology brings manufacturing concerns into the design process. A simulated annealing technique is used to solve the optimization problem. Independent, unordered, manufacturing processes are assumed for each assembly. The optimization technique uses Monte Carlo simulation. A simulated annealing technique is used to control the Monte Carlo analysis. In this optimization technique, tolerances are allocated using the cost-tolerance curves for each of the individual components. A cost-tolerance curve is defined for each component part in the assembly. The optimization algorithm varies the tolerance for each component and searches systematically for the combination of tolerances that minimizes the cost. The proposed tolerance allocation/process selection method was found to be superior to other tolerance allocation methods based on manufacturing costs. / Graduation date: 1997

First, we study hard real-time scheduling problems where each task is defined by a four tuple (r, c, p, d): r being its release time, c computation time, p period, and d deadline. The question is whether all tasks can meet their deadlines on one processor. If not, how many processors are needed? For the one-processor problem, we prove two sufficient conditions for a (restricted) periodic task set to meet deadlines. The two conditions can be applied to both preemptive and non-preemptive scheduling, in sharp contrast to earlier results. If a periodic task set can meet deadlines under any algorithm which does not idle the processor as long as there are tasks ready to execute, it must satisfy our second condition. We also prove a necessary condition for a periodic task set to meet deadlines under any scheduling algorithm. We present a method for transforming a sporadic task to an equivalent periodic task. The transformation method is optimal with respect to non-preemptive scheduling. With this method, all results on scheduling periodic task sets can be applied to sets of both periodic and sporadic tasks. For the scheduling problem in distributed memory systems, we propose various heuristic algorithms which try to use as few processors as possible to meet deadlines. Although our algorithms are non-preemptive, our simulation results show that they can outperform the heuristic algorithms based on the famous preemptive rate monotonic algorithm in terms of the number of used processors and processor utilization rate. Second, we describe a hard real-time software development environment, called HaRTS, which consists of a design tool and a scheduling tool. The design tool supports a hierarchical design diagram which combines the control and data flow of a hard real-time application. The design diagram is quite intuitive, and yet it can be automatically translated into Ada��� code and analyzed for scheduleability. The scheduling tool schedules precedence-constrained periodic task sets and simulates the task execution with highly animated user interfaces, which goes beyond the traditional way of examining a schedule as a static Gantt chart. / Graduation date: 1994

Die Tagungsreihe zur Hochschuldidaktik der Informatik HDI wird vom Fachbereich Informatik und Ausbildung / Didaktik der Informatik (IAD) in der Gesellschaft für Informatik e. V. (GI) organisiert. Sie dient den Lehrenden der Informatik in Studiengängen an Hochschulen als Forum der Information und des Austauschs über neue didaktische Ansätze und bildungspolitische Themen im Bereich der Hochschulausbildung aus der fachlichen Perspektive der Informatik. Diese fünfte HDI 2012 wurde an der Universität Hamburg organisiert. Für sie wurde das spezielle Motto „Informatik für eine nachhaltige Zukunft“ gewählt, um insbesondere Fragen der Bildungsrelevanz informatischer Inhalte, der Kompetenzen für Studierende informatisch geprägter Studiengänge und der Rolle der Informatik in der Hochschulentwicklung zu diskutieren.

Internetbasierte Informatiksysteme beeinflussen in steigendem Maße Situationen in unterschiedlichen Lebensbereichen. Kompetenzen zur Verwendung von Internetanwendungen und -diensten müssen explizit erworben werden, weil damit ein notwendiger Einblick in nicht beobachtbare Abläufe und nicht offen sichtbare Strukturen verbunden ist. Bisher gibt es Vorschläge für die Gestaltung schulischer Lehr-Lernprozesse zu ausgewählten Teilaspekten des Internets. Es fehlt eine systematische Analyse des Bildungsbedarfs und ein daraus resultierendes Unterrichtsmodell. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für den Informatikunterricht in der Sekundarstufe II vorgestellt, das zu zielgerichteter und verantwortungsvoller Anwendung des Internets beiträgt. Die vorliegende Arbeit umfasst den Prozess von der Analyse erforderlicher Kompetenzen bis zur Realisierung von Lehr-Lernprozessen im Informatikunterricht in der Sekundarstufe II. Es werden der Beitrag der Informatik zu identifizierten Kompetenzen untersucht und Bildungsanforderungen bestimmt. Bildungsempfehlungen und Forschungsergebnisse zu erfolgreichen Unterrichtseinheiten werden im Hinblick auf die Bildungsziele analysiert. Der Informatikunterricht unterstützt die Kompetenzentwicklung zu internetbasierten digitalen Medien. Es wird die Entwicklung eines Unterrichtsmodells zu Internetworking beschrieben. Dazu wird der Ansatz der Didaktischen Systeme untersucht, weiter entwickelt und auf den Bereich Internetworking übertragen. Der theoretische Ansatz wird dazu in vier Unterrichtsprojekten zu Internetworking in der Praxis realisiert. Beziehungen zwischen Fachkonzepten zu Internetworking werden untersucht und durch Wissensstrukturen zur Planung von Unterrichtsprojekten eingesetzt und in der Praxis erprobt. Die Beschreibung von Lernaktivitäten erfolgt auf der Basis von Aufgabenklassen, die das notwendige Wissen zur Bearbeitung einer Aufgabenstellung repräsentieren. Auf der Grundlage des Ablaufs der Aufgabenbearbeitung werden Eigenschaften von Aufgaben beschrieben und zu deren Gestaltung nutzbar gemacht. Bisher nicht durchführbare Tätigkeiten im Unterricht werden durch die Entwicklung der Lernsoftware Filius ermöglicht. Die Reduktion der komplexen Wirklichkeit durch Simulation realer internetbasierter Informatiksysteme und die Auswahl geeigneter Sichten auf den Untersuchungsgegenstand werden mit Ergebnissen der Informatikdidaktik begründet. Unterrichtsprojekte zu den Zielen werden durchgeführt, um Lehr-Lernprozesse zu erkunden und das entwickelte Didaktische System zu erproben. Ausgehend von der theoretischen Fundierung erfolgt die praktische Realisierung von Lehr-Lernprozessen. Zur Erprobung im Informatikunterricht der Sekundarstufe II in Nordrhein-Westfalen werden Minimalziele aufgrund der Lehrvorgaben bestimmt. Die methodische Gestaltung in der Erprobung erfolgt unter Berücksichtigung der Vorgaben für den Informatikunterricht und allgemeinen Anforderungen der Fachdidaktik. Handlungsorientierte Unterrichtsmittel werden ausgewählt und in der Praxis zur Untersuchung der Lehr-Lernprozesse verwendet. Im Unterricht identifizierte Lernschwierigkeiten führen zur Modifikation der Wissensstrukturen und werden im Entwicklungsprozess von Filius berücksichtigt. Die Erkenntnisse aus Unterrichtsprojekten werden genutzt, um zu bestimmen, zu welchen Aufgabenklassen weitere Aufgaben erforderlich sind und inwieweit das aus den identifizierten Merkmalen abgeleitete Vorgehen zur Entwicklung niveaubestimmender Aufgaben genutzt werden kann. Die Erprobungen bestätigen die Tragfähigkeit des Didaktischen Systems Internetworking und leisten mit der Implementierung in der Praxis einen Beitrag zur Untersuchung von Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht. Mit dem Didaktischen System Internetworking wird ein theoretisch fundiertes und empirisch erprobtes Unterrichtsmodell zur Entwicklung von Kompetenzen zur Einrichtung und Anwendung internetbasierter Informatiksysteme beschrieben. / Internet-based informatics systems increasingly influence real-life situations. Competencies for Internet applications and services have to be explicitly attained because not observable processes and invisible structures have to be considered. There are examples of successful learning processes for selected parts of the Internet. A systematic analysis of educational requirements and a derived didactic concept for general education is missing. An overall didactic concept for informatics in secondary education is presented in this work, which contributes to goal-oriented and responsible application of the Internet. This work comprises the process from analysis of necessary competencies to realisation of learning processes in classes in secondary education. The contribution of informatics to identified competencies is examined and educational requirements are determined. Recommendations for informatics education and research results of successfully introduced classes are analysed with regard to the learning objectives. Informatics courses support the development of competencies related to Internet-based digital media. The development of a didactic concept concerning Internetworking is described. The approach of Didactic Systems is examined, elaborated, and transferred to Internetworking. The theory-based approach is realised in practice during four classroom projects. Relations between concepts about Internetworking are analysed, applied to plan classroom projects, and evaluated by means of knowledge networks. Learning activities are described on the basis of exercise classes, which represent the necessary knowledge to solve an exercise. Properties of exercises are described and utilised. Learning activities that were not realizable up to this point are facilitated by the developed learning software Filius. The reduction of complexity of real informatics systems by simulation and the selection of appropriate views of the object of examination are based on results of didactics of informatics. Classroom projects are performed to explore learning processes and to evaluate the Didactic System Internetworking. Learning processes are put into practice based on the theoretic approach. Minimal objectives for the classroom projects are determined from educational guidelines of informatics in secondary education at North Rhine-Westfalia. The methodical design of the learning processes is based on the guidelines and general requirements of didactics of informatics. Activity-oriented learning material is selected and introduced into practice to examine learning processes. Identified learning difficulties result in modification of the knowledge structures and are considered during the development of Filius. Further findings allow conclusions regarding the necessity of exercises of identified exercise classes and regarding the applicability of determined exercise properties to design assignments to define the outcome of learning processes. The classroom projects confirm the viability of the Didactic System Internetworking and contribute to further analysis of the development of competencies in informatics education. The Didactic System Internetworking provides a theory-based empirically approved didactic concept for the development of competencies to establish and to use Internet-based informatics systems.

Mit der 4. Tagung zur Hochschuldidaktik Informatik wird eine Reihe fortgesetzt, die ihren Anfang 1998 in Stuttgart unter der Überschrift „Informatik und Ausbildung“ genommen hat. Seither dienen diese Tagungen den Lehrenden im Bereich der Hochschulinformatik als Forum der Information und des Diskurses über aktuelle didaktische und bildungspolitische Entwicklungen im Bereich der Informatikausbildung. Aktuell zählen dazu insbesondere Fragen der Bildungsrelevanz informatischer Inhalte und der Herausforderung durch eine stärkere Kompetenzorientierung in der Informatik. Die eingereichten Beiträge zur HDI 2010 in Paderborn veranschaulichen unterschiedliche Bemühungen, sich mit relevanten Problemen der Informatikdidaktik an Hochschulen in Deutschland (und z. T. auch im Ausland) auseinanderzusetzen. Aus der Breite des Spektrums der Einreichungen ergaben sich zugleich Probleme bei der Begutachtung. Letztlich konnten von den zahlreichen Einreichungen nur drei die Gutachter so überzeugen, dass sie uneingeschränkt in ihrer Langfassung akzeptiert wurden. Neun weitere Einreichungen waren trotz Kritik überwiegend positiv begutachtet worden, so dass wir diese als Kurzfassung bzw. Diskussionspapier in die Tagung aufgenommen haben.

Informatics as a school subject has been virtually absent from bilingual education programs in German secondary schools. Most bilingual programs in German secondary education started out by focusing on subjects from the field of social sciences. Teachers and bilingual curriculum experts alike have been regarding those as the most suitable subjects for bilingual instruction – largely due to the intercultural perspective that a bilingual approach provides. And though one cannot deny the gain that ensues from an intercultural perspective on subjects such as history or geography, this benefit is certainly not limited to social science subjects. In consequence, bilingual curriculum designers have already begun to include other subjects such as physics or chemistry in bilingual school programs. It only seems a small step to extend this to informatics. This paper will start out by addressing potential benefits of adding informatics to the range of subjects taught as part of English-language bilingual programs in German secondary education. In a second step it will sketch out a methodological (= didactical) model for teaching informatics to German learners through English. It will then provide two items of hands-on and tested teaching material in accordance with this model. The discussion will conclude with a brief outlook on the chances and prerequisites of firmly establishing informatics as part of bilingual school curricula in Germany.

In this paper we report on our experiments in teaching computer science concepts with a mix of tangible and abstract object manipulations. The goal we set ourselves was to let pupils discover the challenges one has to meet to automatically manipulate formatted text. We worked with a group of 25 secondary school pupils (9-10th grade), and they were actually able to “invent” the concept of mark-up language. From this experiment we distilled a set of activities which will be replicated in other classes (6th grade) under the guidance of maths teachers.

We present a concept of better integration of practical teaching in student teacher education in Computer Science. As an introduction to the workshop different possible scenarios are discussed on the basis of examples. Afterwards workshop participants will have the opportunity to discuss the application of the aconcepts in other settings.

Die Orientierung am Outcome eines Lernprozesses stellt einen wichtigen Pfeiler einer kompetenzorientierten Informatiklehre dar. Im Beitrag werden Konzeption und Erfahrungen eines Projekts zur outcome-orientierten Neuausrichtung der Informatiklehre unter Berücksichtigung der Theorie des Constructive Alignment beschrieben. Nach der theoretischen Fundierung der Kompetenzproblematik wird anhand eines Formulierungsmodells ein Prozess zur Erarbeitung beobachtbarer Lernergebnisse dargestellt. Die Diskussion der Projektziele und Erfahrungen in der Umsetzung und Evaluierung unterstreichen die Chancen und Herausforderungen für eine Steigerung der Studienqualität.