Beispiele aus dem ETH Lehralltag

Die Grafik zeigt verschiedene Ökosysteme des Planeten Erde. Sie ist grob in vier Bereiche unterteilt: oben links sind die Berge, oben rechts das Meer und der arktische Ozean. Dies sind oberirdische Systeme, die in Kontakt mit der Atmosphäre stehen.

Unten links befinden sich Tropfsteinhöhlen und unten rechts die Unterwasserwelt des Ozeans und marine Sedimente. Dies sind Systeme unterhalb der Oberfläche, die nicht in direktem Kontakt mit der Atmosphäre stehen.

Über der Oberfläche sind drei Quellen des radioaktiven Kohlenstoffisotops Kohlenstoff 14 zu sehen:

• Menschliche Aktivitäten, dargestellt durch ein Atomkraftwerk,
• Atombombentests, dargestellt durch einen Atompilz,
• und kosmische Strahlung aus dem Weltraum, dargestellt durch einen kaskadierenden Teilchenstrahl.

Rechts oben ist auch ein Forschungsschiff zu sehen, das mit einer CTD-Rosette Wasserproben aus dem arktischen Ozean nimmt. Dabei handelt es sich um ein Gerät zur Entnahme von Wasserproben, das in den Ozean hinabgelassen wird, bis es den Meeresboden erreicht.

Ein weiteres Schlüsselelement der Grafik sind die Pfeile, die jeweils einen anderen Weg des Kohlenstoffs 14 von der Quelle durch die verschiedenen Systeme zeigen und wo er schließlich landet.

• Der blaue Pfeil geht von der kosmischen Strahlung aus und gelangt über die Atmosphäre in die Wälder. Von dort reist er den Gebirgsfluss hinunter ins Meer, wo er sich als Meeressediment ablagert.
• Es gibt einen violetten Pfeil, der ebenfalls von der kosmischen Strahlung ausgeht und sich durch die Atmosphäre in die Wälder oberhalb einer Höhle bewegt. Von dort wird es in den Boden und durch Kalkstein gewaschen und kristallisiert in der Höhle zu einem Tropfstein.
• Der dritte und grüne Pfeil, dessen Quelle die kosmische Strahlung ist, bewegt sich durch die Atmosphäre ins Meerwasser und lagert sich als Meeressediment auf dem Meeresboden ab.
• Dann gibt es einen gelben Pfeil, der von der Atombombenwolke ausgeht und in die Wälder oberhalb der gleichen Höhle wie zuvor eindringt. Genau wie beim violetten Pfeil wird er in den Boden gewaschen, durch Kalkstein hindurch und kristallisiert in der Höhle zu einem Tropfstein.
• Der fünfte und letzte Pfeil hat zwei Quellen, von denen er ausgeht. Die Atombombenwolke, die durch die Luft ins Meer gelangt, und der Kernreaktor, der durch den Fluss fließt und mit dem anderen Radiokohlenstoff im Meer zusammentrifft und von dort aus in die Meeresströmungen gelangt.

In der Medizin der Gegenwart wird bei Patient:innen z.B. mit Dickdarmkrebs bei allen die identische Therapie angewandt. Da Krebs aber sehr viele verschiedene Ursachen hat und Menschen unterschiedlich auf eine Therapie reagieren führt dies dazu, dass es neben den erwünschten positiven Wirkungen der Therapie auch viele Patient:innen gibt, bei denen die Therapie keine Wirkung oder sogar in erster Linie unerwünschte Nebenwirkungen zeigt.

In der Medizin der Zukunft wird daher versucht, mit Hilfe von Biomarkern z.B. in Blut, DNA, Urin oder Gewebe die Patient:innen gemäss Krankheitsursache und persönlichen Voraussetzungen in Therapiegruppen aufzuteilen und diesen Gruppen dann die entsprechend passende Therapie zu verordnen. Damit soll erreicht werden, dass bei möglichst vielen Patient:innen die Therapie positive Effekte zeigt.

Unsere Bewegung kommt durch Aktivierung unserer Muskulatur zustande. Diese Muskelaktivität hat aber auch weitere Folgen für unseren Körper, indem bei Aktivierung der Skelettmuskulatur Signalmoleküle, sogenannte Myokine, freigesetzt werden. Diese Myokine beeinflussen den Stoffwechsel und verschiedene Gewebe in unterschiedlicher Weise und auf unterschiedlichen Wegen. In der Abbildung «Der Muskel als endokrines Organ» werden exemplarisch erwähnt:

• Irisin führt zu einer Zunahme der Lipolyse und von Thermogenin (UCP-1)
• IL-15 führt zu einer Abnahme der Fettmasse und einer Zunahme der Muskelmasse
• LIF führt zu einer Verbesserung der Muskelregeneration
• BDNF führt via AMPK zu einer Erhöhung der Fettverbrennung
• FGF-21 führt zu einer Zunahme der Glukose-Aufnahme
• SPARC führt zu einer Abnahme der Neubildung von Fettzellen

Ausserdem werden die Entzündungsreaktionen in den Fettzellen gehemmt.

An dieser Stelle sollen diese Aspekte jedoch nicht im Zentrum stehen

An Stelle des Graphen der zu optimierenden Funktion (Fläche im Raum) betrachten wir eine Kurve im Raum, welche wir wie folgt erhalten: Wir bestimmen alle Punkte im Definitionsbereich, welche die Nebenbedingung erfüllen. Dies gibt uns eine Kurve in der xy-Ebene (im Definitionsbereich). Entlang dieser Kurve in der xy-Ebene werten wir die zu optimierende Funktion aus, was uns schlussendlich eine Kurve im Raum gibt. Die bedingte
Optimierung bedeutet nun, dass wir entlang dieser Kurve im Raum jenen Punkt suchen, welcher die grösste (oder kleinste z-Koordinate (Funktionswert)) besitzt, der also an „höchsten“ (oder „tiefsten“ gelegen ist).

Beachten Sie dazu auch die obige Bemerkung:

Bemerkung:

Die Situation kann geometrisch wie folgt beschrieben werden: Im Definitionsbereich der zu optimieren Funktion f(x, y) (in unserem Fall also die xy-Ebene, in der untenstehenden Graphik grün dargestellt) schränken wir die Punkte, welche wir noch betrachten, ein, nämlich auf diejenigen Punkte, welche zudem die Nebenbedingung g(x, y) = 0 erfüllen. Übrigt bleit also eine Kurve im Definitionsbereich (in der Abbildung unten blau eingezeichnet).
Im drei-dimensionalen Raum entspricht dies der Tatsache, dass nicht mehr der gesamte Graph der zu optimieren Funktion f(x, y) (in der Abbildung gelb dargestellt) betrachtet wird, sondern nur eine Kurve (pink in der Abbildung), welche auf diesem Graphen liegt. In unserem Fall können diese Punkte beschrieben werden durch (x, x^2, -2x + x^2 + 1).

Die bedingte Optimierung kann also geometrisch so beschrieben werden, dass wir danach fragen, an welchem Punkt auf der pinken Kurve der kleinste z-Wert angenommen und wo der grösste z-Wert angenommen wird.

Eine 1-seitige Comic-Illustration in Englischer Sprache zum Thema «Heading Structure» (Überschriftenstruktur). Der in verschiedenen Rottönen gehaltene Comic beginnt mit der Frage «How can a blind person read and interact with digital content?» und der Antwort «Blind people use screen reader software to read and navigate digital user interfaces.». Eine blinde Person in rotem Hemd führt aus (in Sprechblasen): «Screen readers present text to blind people, either in Braille or as synthetic speech.» Im Hintergrund visuell dargestellt sind Braille-Buchstaben und Text («Chapter 12.3: The next…») welcher sich aus einem Lautsprecher in Richtung eines Ohres schlängelt. Im Dritten Teil des Comic werden Beispiele einer sauberen inhaltlichen Strukturierung von Inhalten dargestellt mit eingerückten und nummerierten Überschriften: 1 Animals, 1.1 Vertebrates, 1.1.1 Edible usw. Zum Schluss ist dargestellt, wie sich die gut gelaunte blinde Person, erkennbar an ihrem weissen Stock, durch eine schematisch dargestellte Struktur von Überschriften am Boden bewegt. Sie äussert sich in Sprechblasen «A good heading structure allows me to get an overview and to navigate through content efficiently.» und ergänzt: «Pro-tip: To achieve this in e.g. Word, just get used to using preformatted heading styles.». Der Comic wurde an der ETH Zürich entwickelt und behandelt eines von sieben zentralen Themen für zugängliche Lernmaterialien.

Wie immer ist es hier stark abhängig vom Kontext und im Ermessen der Autorenschaft, welche Informationen als relevant gelten. Eine wesentlich kürzere Textalternative könnte so lauten:

Comic-Illustration zum Thema Überschriften-Struktur in digitalen Lerninhalten. Überschriften und deren Struktur (Überschriftenebenen) sind für Menschen, welche assistive Technologien nutzen, wichtig um sich in digitalen Inhalten zu orientieren und um relevante Inhalte schnell und effizient zu finden. Screenreader, Software, welche geschriebene Inhalte in synthetischer gesprochener Sprache oder in Braille (aka Punkt- oder Blindenschrift) ausgeben, erlauben blinden Personen Überschriften direkt anzuspringen und sich so schnell einen Überblick über die Inhalte zu verschaffen. Nutzen Sie deshalb Formatvorlagen für Überschriften und achten Sie auf eine hierarchisch korrekte Struktur.