Angewandte Informatik und Mathematik

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Forschungsaktivitäten zum Schwerpunktthema Angewandte Informatik und Mathematik befassen sich insbesondere mit praxisnahen Anwendungen in den Bereichen Informatik und Mathematik. Die laufenden Forschungsprojekte sind in der Regel interdisziplinär ausgerichtet und behandeln neben den fachspezifischen Fragestellungen auch fachdidaktische Aspekte. In den Projekten finden vor allem Zukunftsthemen mit hoher Innovationskraft (z. B. Gamification) und mit hohem gesellschaftlichen Einfluss (z. B. Mensch-Computer-Interaktion) Berücksichtigung.

Der Forschungsschwerpunkt Angewandte Informatik und Mathematik besteht aus vier Forschungsfeldern. Die Forschungsfelder und die verantwortlichen Professor:innen sind nachfolgend aufgeführt.

Eine Auswahl der Publikationen zum Forschungsschwerpunkt Angewandte Informatik und Mathematik finden Sie hier:

Applied Gaming

Spielerisch lernen! Das war schon immer die Antwort auf die Frage: „Wie lernt man denn am besten?“ Die Diskussionen in der Informatik zeigen, dass spielerisches Lernen ein Trendthema ist. Warum ist das so? Game Engineering verantwortet unter Umständen das „Wie“ und das „Was“ für anspruchsvolle Interaktions-Anwendungen bezogen auf Usability, Intuition, grafischen Anspruch, Interaktion und vor allem Spaß. Genau das ist es, was auch für spielerisches (e)Lernen verwendet werden kann. Also warum nicht das „Wie“ und das „Was“ für eLearning anwenden? Dies stellt die Hauptherausforderung bei der Anwendung des spielerischen Lernens dar.

Wie kann man ein solches Web-based Training (WBT) in niveauvoller Spielqualität mit fachlich-didaktischen Inhalten implementieren, ohne jedes Mal ein Software-Engineering-Projekt durchzuführen? Genau an dieser Stelle setzt dieses Forschungsfeld an. Es müssen Methoden gefunden und entwickelt werden, mit denen Fachdidakten am Ende selbst ein WBT erstellen können (am besten eingebettet in ein soziales Netzwerk), ohne selbst Programmierer zu sein.

Ergebnisse bisheriger Forschungsaktivitäten sind u. a. ein Ökosystem zur Unterstützung dieser oben genannten Herausforderungen (RAGE Projekt: rageproject.eu/). In diversen Publikationen wurden hierzu bereits Vorschläge unterbreitet, wie beispielsweise Spiel-Module wiederverwendet und erweitert werden können und wie in sozialen Netzwerken das Spiele-Entwickeln maximal unterstützt werden kann. Ein wichtiges Thema bei diesen sogenannten Serious Games ist die Integration von Spielen in Lernmanagementsysteme (LMS), um einen fließenden Übergang zwischen klassischen und Game-basierten eLearning-Kursen zu erhalten.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Michael Fuchs

Software Engineering

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Approximation mit Splinefunktionen

Die Approximationstheorie befasst sich als Teilgebiet der numerischen Mathematik mit der bestmöglichen Annäherung einer gegebenen Funktion oder Datenreihe durch einfachere Funktionen, beispielsweise Polynome. Seit Beginn der 1970er-Jahre kommen auch Splinefunktionen mit festen Knoten zur Anwendung; das sind Funktionen, die durch differenzierbares „Zusammenkleben“ von Polynomstücken entstehen.

Die Theorie der besten Approximation durch diese Funktionen-räume kann als weitgehend abgeschlossen betrachtet werden. Völlig anders ist die Situation bei Splines mit freien Knoten, bei denen die Knoten nicht a priori festliegen, sondern vom Algorithmus bestimmt werden müssen, was ein in hohem Maße nicht-lineares Problem darstellt. Dieses wird im vorliegenden Forschungsfeld behandelt.

Aufbauend auf Vorarbeiten, in denen ein neuartiger Algorithmus entwickelt werden konnte, werden in diesem Forschungsfeld umfangreiche numerische Tests durchgeführt, die die Güte des Algorithmus untermauern und Hinweise auf weitere Verbesserungsmöglichkeiten geben sollen. Eine andere Stoßrichtung wurde in einer im Jahr 2018 publizierten Master-Thesis verfolgt, in der die oben genannten polynomialen Splines durch sogenannte trigonometrische Splines, also stückweise Sinus- und Cosinus-Summen, ersetzt wurden. Auch dieser Ansatz bedarf noch weiterer numerischer Validierung.

Ansprechpartner

Prof. Dr. habil. Guido Walz

Mathematik und Theoretische Informatik

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Digitale Gesundheit

Seit über zehn Jahren beschäftigt sich Professor Breitschwerdt mit den Chancen und Herausforderungen von Mobile bzw. E-Health oder, wie es mittlerweile häufiger heißt, Digital Health, vgl. fg-wi-dh.gi.de. „Dabei stehen für mich die erforderliche Mobilisierung und Prozessorientierung im Gesundheitswesen im Mittelpunkt, zum Beispiel durch Apps. Aber wir beschäftigen uns auch mit weiteren Möglichkeiten, wie man die Gesundheitsversorgung durch IT-Unterstützung verbessern kann“, betont er, dass die Forschung in dem Bereich nur interdisziplinär gelingen kann.

Ergebnisse bisheriger Forschungsaktivitäten liegen u. a. vor über die Zusammenarbeit in externen Promotionen an den Universitäten Osnabrück und Rostock. Die psychiatrische Nachsorge bei Suchtkranken ist dabei ein untersuchtes Feld. Dafür wird eine App zur Aufrechterhaltung des therapeutischen Kontakts entwickelt, die gleichzeitig z. B. Möglichkeiten bieten soll, ein Netzwerk mit anderen Patient:innen aufzubauen. Ein weiterer hoffnungsvoller Ansatz liegt in der künstlichen Intelligenz: Für deren Akzeptanz bei Zielgruppen im Gesundheitskontext die Verständlichkeit von getroffenen Empfehlungen möglichst transparent zu gestalten ist, man spricht dann von erklärbarer oder Explainable Artificial Intelligence (XAI).

Ansprechpartner

Prof. Dr. Rüdiger Breitschwerdt

Wirtschaftsinformatik

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Mensch-Computer-Interaktion, Medieninformatik, Digitale Medien

Sollen zukünftig stärker Erklärvideos, Podcasts und virtuelle Räume und Labore angeboten werden? Erlauben digitale Lernspiele und integrierte spielerische Elemente einen leichteren Erwerb neuen Wissens und neuer Kompetenzen? Sollten sich Dozierende von Chatbots in ihrer Tutoren- und Prüferrolle unterstützen lassen?

Die technischen Möglichkeiten der Zukunft sind vielfältig. Aber was wollen Studierende? Wollen sie diese Möglichkeiten im Studium überhaupt nutzen? Studierende sind mit unterschiedlichen Technologien aufgewachsen. So hatten laut einer deutschlandweiten Umfrage von Pawlik (2020)1 zwischen 2015 und 2019 rund 17 Millionen Personen ab 14 Jahren Interesse an der Computernutzung. Gleichzeitig ist allerdings anzumerken, dass laut Noskova et al. (2021)2 und Wilhelm-Chapin et al. (2020)3 die Vielzahl von digitalen Lernformaten und Informationsquellen von Studierenden nicht vollständig genutzt wird.

Studierende zeigen eine Präferenz zu traditionellen Arbeitsmethoden, elektronischen Texten und Videos. Lernformate, die über die Informationspräsentation als Text hinausgehen, werden aber kaum genutzt. So wird bisher das Potenzial der digitalen Umgebung für Zusammenarbeit, Wissensaustausch und Wissensextraktion aus authentischen Quellen nur unzureichend genutzt. Hierbei sollte allerdings berücksichtigt werden, dass sich Studierende durchaus darin unterscheiden, welche Erwartungen und Wünsche sie an digitale Lernformate haben (siehe Kuzmanović et al. (2019)4). Ein entscheidender Punkt bei der Einführung neuer Lernformate ist die Akzeptanz durch die Studierenden.
In unseren Forschungsarbeiten werden nicht nur Studierende in Kooperation mit weiteren Experten von anderen Universitäten befragt, sondern auch an aktiven Konzepten mit der Anwendung von bspw. VR/AR, Chatbots und Eye-Tracking gearbeitet.

Ansprechpartnerin

Prof. Dr. Zeynep Tuncer

Medieninformatik und Mensch-Computer-Interaktion

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1 Pawlik, V. (2020): Interesse der Bevölkerung in Deutschland an Computernutzung bzw. der Anwendung von Computern von 2016 bis 2020. Statista. Abgerufen von https://de.statista.com/statistik/daten/studie/170905/umfrage/interesse-computernutzung/ [15.04.2021].
2 Noskova T., Pavlova T., Yakovleva O. (2021) ‘A Study of Students’ Preferences in The Information Resources of The Digital Learning Environment’, Journal on Efficiency and Responsi-bility in Education and Science, vol. 14, no. 1, pp. 53-65. http://dx.doi.org/10.7160/eriesj.2021.140105
3 Wilhelm-Chapin, M. K.; Koszalka, T. A. (2020). Graduate Students’ Use and Perceived Value of Learning Resources in Learning the Content in an Online Course. TechTrends, 64(3), 361-372. http://dx.doi.org/10.1007/s11528-019-00464-5
4 Kuzmanović, M.; Andjelković Labrović, J.; Nikodijević, A. (2019). Designing e-Learning Environment Based on Student Preferences: Conjoint Analysis Approach. International Jour-nal of Cognitive Research in Science, Engineering and Education (IJCRSEE), 7(3), 37-47. https://doi.org/10.5937/IJCRSEE1903037K

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