Jun.-Prof. Dr. Steffi Knorn

Institut für Automatisierungstechnik (IFAT)
Fachgebiet für Autonome Systeme in der Automatisierung

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Projekte

Abgeschlossene Projekte

FACE-IT: Fostering Awarenness on program Contents in higher Education using IT tools
Laufzeit: 01.09.2019 bis 31.08.2022

Fostering high-quality Higher Education (HE) requires strengthened quality assurance in the design, implementation, execution and evaluation of HE programs (HEPs). This quality assurance process involves multiple stakeholders with different perspectives and conceptualizations:
- PROGRAM BOARDS plan and design curricula mostly in terms of ILOs, PLOs and TLAs

- ADMINISTRATORS evaluate programs and communicate with other stakeholders
- TEACHERS develop, revise and implement courses, mostly based on the taught procedures and concepts (PCs)
- STUDENTS are naturally inclined to see course and program contents through PCs.

Unfortunately, the efficacy of quality assuring HE is currently limited by the heterogeneity of the tools and conceptualizations of the stakeholders. To improve this, we identify the need for tools that: 1) aid executing the HE quality assurance processes; 2) support decision makers in maintaining HEPs; 3) clarify the relations between ILOs, PLOs, and TLAs to all stakeholders; 4) promote awareness about program contents and their relations; 5) establish a common language among stakeholders.

Our main objective is to develop tools that solve these needs, improve the quality of education and increase the employability of our candidates by helping:
- students to understand how the contents of different courses connect and expand on each other - teachers and program boards to improve their awareness of how course contents flow within the program and contribute to the PLOs

- administrators to inspect and assess program quality
- all stakeholders to establish a common language to ease their communication.
To achieve our goals we involve participants from STEM faculties from different backgrounds, geographic areas, and academic cultures.

The consortium includes:
- NTNU, hosting several educational centers whose scope and expertise overlap with the intentions of the Face-IT project, has considerable expertise in the development and quality assurance of HEPs, and hosts Norway's largest academic environment within teacher education and educational research at the Department of Teacher Education;

- Uppsala University (UU), renown for its excellence in research and teaching and its long lasting traditions, with broad research and development activities in pedagogy, teaching, and related topics;

- University of Padova, with broad expertise in innovative teaching and learning in the framework of active learning, in the development and creation of MOOCs, and with a constant strive for improving teaching and learning, involving students’ voices and promoting change at different levels.

- Otto-von-Guericke University, with a broad expertise in fostering multi-cultural, multi-gender and disparate student audiences in its teaching, and with multi-disciplinary programs that combine several aspects of modern knowledge;

- the Universite´ Libre de Bruxelles, with its peculiarity of offering several interfaculty programs shared with other HE realities, such as the Solvay Business School, and a wide range of multi-disciplinary projects.

Towards our goals, we plan to introduce a language that enables teachers and students to describe program contents in the intuitive terms of PCs and investigate how to connect them to the associated PLOs, ILOs, and TLAs. This language will enable representing the students’ learning process as flows of PCs, that will capture graphically how course contents are expected to ladder in time, and thus represent entire programs in an alternative and quantitatively analysable fashion.

The developed methods will be implemented in easily usable and interpretable IT tools that provide actionable information and decision-making support to each stakeholder. The tools will be tested on several course- and program-wide field tests. All results will be disseminated through two multiplier events at NTNU and UU, and through scientific open access publications and a dedicated project website.

The project will thus produce intellectual outputs including methods to: derive ontological descriptions of PCs in HEPs; merge PCs with TLAs, ILOs, and PLOs into knowledge flow graphs; represent and analyse courses and programs in terms of these flows graphs. These outputs will thus support defining program contents in a way that every stakeholder can relate to, promoting thus acceptance and usage.

This project will revolutionize how to develop, assess and manage HEPs and courses by empowering and engaging the stakeholders with a particular attention to students and teachers: students will indeed be more aware of why they study what they study, enabling them to perform self- assessment on their knowledge in relation to upcoming courses. Teachers will be supported in implementing constructive alignment principles and maintain overall program consistency. Our tools will also help executing quality assurance operations, and help universities to share information among them and with society.

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Robuste Skalierbarkeit von Multi-Agenten-Systemen
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021

Multiagentensysteme (MAS) werden heute in vielen verschiedenen Bereichen und Formen in vielen technischen Anwendungen eingesetzt und werden in Zukunft noch wichtiger werden. Im Laufe der Jahre ist eine Vielzahl von Arbeiten erschienen, aber viele Schlüsselfragen wurden bisher noch nicht behandelt.

Betrachten wir zum Beispiel ein einfaches Netz von Agenten, bei dem einer von einer Störung betroffen ist. Aufgrund der Kopplung mit anderen Agenten breitet sich die Störung durch das Netz aus. In diesem Projekt wird die Frage untersucht, wann und wie die lokalen Fehler wachsen, während sich die Störung durch das System ausbreitet. Außerdem sollen geeignete Kontrollalgorithmen entwickelt werden, die an den einzelnen Agenten implementiert werden können, um sicherzustellen, dass die Störungen gedämpft und die Fehlersignale unabhängig von der Größe und Struktur des Netzwerks begrenzt werden. Ob und wie dies erreicht werden kann, hängt von der Dynamik der Agenten sowie von der Art der Kopplung und Unvollkommenheiten in der Kommunikation zwischen den Agenten wie Rauschen, Verzögerungen oder Ausfällen ab.

Dieses Problem ist in einigen Netzwerken, z.B. in Fahrzeugverbänden, gut bekannt und wird dort als String-Stabilität bezeichnet. Daher werden wir Methoden, die sich nachweislich für die Untersuchung der String-Stabilität eignen, mit Methoden, die für die Behandlung von Kommunikationsmängeln geeignet sind, und mit Ergebnissen kombinieren, die für allgemeine Multiagentensysteme abgeleitet wurden. Die Forschung in diesem Bereich wird zu Fortschritten bei MAS wie Konsens- und Pinning-Netzen beitragen und den sicheren Betrieb dieser Netze in realistischen Umgebungen ermöglichen.
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Knowledge ladders in engeneering curricula
Laufzeit: 01.07.2019 bis 31.12.2020

In this project, we aim to improve the understanding of how the content and connections between courses in a program contribute to the program learning objectives (PLOs).
For this, we will develop methods to understand, describe, analyse and visualise connections between the contents (such as facts, concepts and procedures), teaching and learning activities and course goals of courses and the PLOs, as well as the relation between courses. We anticipate that this will simplify communication between students, teachers and the program board and facilitate a valuable tool for quality control.

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Hands-on control experiences in high-school: captivating students through balancing robots
Laufzeit: 01.04.2019 bis 31.12.2019

The proposal seeks to develop lab instructions suitable for high school students to conduct a lab project with one of selected balancing robot platforms in order to learn and being exposed to basic control principles in a practical and engaging setting. This is expected to increase interest in control engineering and engineering in general and hence motivate more students to pursue a career in engineering

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CAMPUS: Veränderungen von Ehrgeiz, Motivation und Leistung bei Universitätsstudenten
Laufzeit: 01.05.2019 bis 31.07.2019

Das Projekt zielt darauf ab, zu untersuchen, wie sich Ambitionen, Motivationen, Wahrnehmung und Leistung zwischen Universitätsstudenten unterschiedlichen Geschlechts, Alters, Hintergrunds und Studiengangs unterscheiden und wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Zu diesem Zweck werden Studierende der Ingenieurwissenschaften in vier verschiedenen Studiengängen, nämlich Ingenieurphysik, Informatik und Elektrotechnik (BSc und MSc), während ihrer ersten drei Studienjahre mit Hilfe von Fragebögen, persönlichen Interviews und statistischen Analysen untersucht. Die Ergebnisse sollen unter anderem Aufschluss darüber geben, ob es signifikante Unterschiede zwischen den Studierendenkohorten gibt, für die unterschiedliche Stereotypen existieren, ob Lehrstile und Studienerfahrungen an der Universität zu unterschiedlichen Entwicklungen führen und ob Leistung und Motivation der Studierenden vorhergesagt und verbessert werden können, um Studienzeiten und Abbruchquoten zu verringern.
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Intelligente Wassernetze - Überwachung von Trinkwassernetzen durch fortgeschrittene Datenanalyse
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2019

Erhebliche Mengen an Trinkwasser gehen durch Leckagen aufgrund von Rohrbrüchen verloren. Die Zeit, die benötigt wird, bis Rohre und andere defekte Teile repariert oder ersetzt sind, hängt weitgehend von der Zeit ab, die benötigt wird, um den Fehler zu erkennen und den Ort des Lecks zu finden. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass die Daten häufig manuell und mit einfachen Methoden verarbeitet werden.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die für die Erkennung und Lokalisierung von Fehlern im Trinkwassernetz erforderliche Zeit zu verkürzen. Mithilfe fortschrittlicher Datenanalyse werden Algorithmen zur Verarbeitung von Daten und zur Ermittlung von Trends, die auf Leckagen hinweisen, entwickelt. Dies ermöglicht eine stärker automatisierte Überwachung des Trinkwassernetzes, wodurch die Menge des durch Leckagen verlorenen Trinkwassers reduziert wird.
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PAIGE: Beckenbodenaktivierung durch spielerische Übungen
Laufzeit: 01.07.2018 bis 30.06.2019

Alterung, Schwangerschaften und Geburten verursachen Dysfunktionen der Beckenbodenmuskulatur, die dazu führen, dass eine beträchtliche Anzahl von Frauen an Harninkontinenz (in leichten Fällen) bis hin zu Gebärmuttervorfällen (in extremen Fällen) leidet. Das Training der Beckenbodenmuskulatur (auch bekannt als Kegel-Übungen) würde dem Problem wirksam vorbeugen und es behandeln, aber viele Frauen führen es nicht durch, weil sie schlecht ausgebildet sind, keinen Spaß daran haben und kulturelle Hemmungen haben. Um diese Situation zu ändern, werden wir einen in Neuseeland entwickelten, tragbaren und drahtlos anschließbaren Vaginaldrucksensor nutzen und ein Spiel entwickeln, das die Durchführung von Kegel-Übungen zu einem fesselnden und überzeugenden Erlebnis macht. Das Spiel wird also sowohl spezielle Spielmechanismen als auch medizinisch orientierte Benutzer-Feedback-Systeme enthalten, um die intrinsische Motivation der Benutzer zu erhöhen. Auf diese Weise wird unser System Frauen dazu ermutigen, ein angemessenes Trainingsniveau beizubehalten, um langfristige Vorteile zu erzielen, und indirekt der Gesellschaft helfen, kulturelle Hemmschwellen zu überwinden, indem sie sich mit diesen Themen auseinandersetzt.
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Anpassung der Prüfungsform und Benotung an Komplexität und Anspruchsniveau
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2018

Hauptziel ist die Entwicklung effektiver Lehr- und Prüfungsformen, die den Voraussetzungen und Ambitionen der einzelnen Studierenden gerecht werden, sowie die Verdeutlichung der Lehrveranstaltungsziele und deren Prüfung für die Studierenden. Dies soll zu einem besseren Verständnis des konzeptionellen Beitrags der Lehrveranstaltung zur Ingenieurstätigkeit sowie zu einer verbesserten Selbsteinschätzung der Studierenden bei der Planung ihres Studiums führen. Die Kategorisierung der Lernziele basiert auf der überarbeiteten Bloom'schen Taxonomie und den Lehrmethoden und die Prüfung ist entsprechend der Komplexität der Lernziele gestaltet. Die Wissensziele werden dadurch für die verschiedenen Klassenstufen klarer definiert, was es sowohl den Studierenden, die sich mit einer einfachen Bestanden-Note zufrieden geben, als auch den Studierenden, die höhere Noten anstreben, erleichtert.

Im Rahmen des Projekts wird ein Modell entwickelt, wie der Unterricht in einen zum Bestehen der Lehrveranstaltung erforderlichen Teil und in Teile unterteilt werden kann, die zum Bestehen wünschenswert, aber nicht erforderlich sind und somit zum Erhalt einer höheren Note berechtigen, und es werden Prüfungsformen mit den verschiedenen Teilen verknüpft. Da Studenten aus verschiedenen Ingenieurstudiengängen geprüft werden, wird das Projekt ein breites Wissen darüber vermitteln, wie verschiedene Konzepte, Lehrmethoden/Layouts und die Prüfung für Studenten aus verschiedenen Studiengängen, die sich in ihrem mathematischen Hintergrund erheblich unterscheiden können, zusammenwirken.
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CITE: Entwicklung eines Konzeptinventarisierungswerkzeugs für das Ingenieurwesen
Laufzeit: 01.07.2017 bis 31.12.2018

Das Projekt zielt darauf ab, ein Konzeptinventar zu entwickeln, das den Erwerb wichtiger Konzepte und Programmziele des Studiengangs Elektrotechnik bewertet. Die konsequente Anwendung eines solchen Tests würde den Studierenden eine Rückmeldung darüber geben, wo sie sich auf ihrem Lernweg in Bezug auf den breiteren Kontext ihres Studiengangs befinden; den Lehrenden eine Möglichkeit zur Überwachung der Fortschritte der Studierenden bei der Erreichung bestimmter Studiengangsziele und eine Möglichkeit zur Anpassung des Unterrichts bieten; und der Studiengangsleitung ein effektives Instrument zur Bewertung der Kursinhalte und der Struktur des Studiengangs in Bezug auf die Studiengangsziele.
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Fortschrittliche Systemintegration in der Prozessindustrie: Sensordatenerfassung, drahtlose Vernetzung und Überwachungssteuerung
Laufzeit: 01.07.2015 bis 30.06.2018

Die Projektidee besteht darin, völlig neue Möglichkeiten für die Integration neuartiger Überwachungs-, Wartungs-, Rekonfigurations- und Kontrollfunktionen für drahtlose Steuerungslösungen in der Prozessindustrie zu schaffen. Das Potenzial des Projekts ist insofern immens, als es wahrscheinlich erstklassige Forschungsarbeiten von erheblichem industriellem Wert hervorbringen wird, die überlegene und hochinnovative drahtlose Automatisierungslösungen auf der Grundlage neuer Datenerfassungs- und Sensorkommunikationstechnologien, verbesserter Protokoll- und Leitweglenkungsschemata, fehlertoleranter Überwachungssteuerung und Rekonfigurationen sowie effektiver und effizienter Systemintegration ermöglichen werden. Das Team hinter dem Projekt, das schon früher eng zusammengearbeitet hat, besteht aus der Signals and Sytems Group an der UU unter der Leitung von Prof. Anders Ahle'n, der Network Control Group an der KTH unter der Leitung von Prof. Karl Henrik Johansson, den Control and Communications Groups bei ABB Corporate Research, vertreten durch die Global Research Area Managers Alf Isaksson und Stefan Svensson, und Holmen Iggesund, vertreten durch den Automation Engineer Thomas Lindh. Einige der Forschungsideen, die diesem Projekt zugrunde liegen, wurden vom Team des VINNOVA WiComPI-Projekts entwickelt und sind nun bereit, der Kommerzialisierung näher gebracht zu werden.
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Publikationen

2020

Buchbeitrag

Using different taxonomies to formulate learning outcomes to innovate engineering curriculum towards pbl: Perspectives from engineering educators

Staffas, Kjell; Knorn, Steffi; Carvalho Guerra, Aida Olivia Pereira; Varagnolo, Damiano; Teixeira, André

In: Educate for the future - Aalborg : Aalborg University Press ; Guerra, Aida . - 2020, S. 310-320

2019

Buchbeitrag

Courses-concepts-graphs as a tool to measure the importance of concepts in university programmes

Fjällström, Eva; Forsberg, Christoffer; Trulsson, Felix; Knorn, Steffi; Staffas, Kjell; Varagnolo, Damiano; Wrigstad, Tobias

In: 2019 18th European Control Conference (ECC)/ European Control Conference - [Piscataway, NJ]: IEEE; Garofalo, Franco, S. 3076-3083[Konferenz: 18th European Control Conference, ECC, Naples, Italy, 25-28 June 2019]