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The icosahedral non-hydrostatic large eddy model (ICON-LEM) was applied around the drift track of the Multidisciplinary Observatory Study of the Arctic (MOSAiC) in 2019 and 2020. The model was set up with horizontal grid-scales between 100m and 800m on areas with radii of 17.5km and 140 km. At its lateral boundaries, the model was driven by analysis data from the German Weather Service (DWD), downscaled by ICON in limited area mode (ICON-LAM) with horizontal grid-scale of 3 km.
The aim of this thesis was the investigation of the atmospheric boundary layer near the surface in the central Arctic during polar winter with a high-resolution mesoscale model. The default settings in ICON-LEM prevent the model from representing the exchange processes in the Arctic boundary layer in accordance to the MOSAiC observations. The implemented sea-ice scheme in ICON does not include a snow layer on sea-ice, which causes a too slow response of the sea-ice surface temperature to atmospheric changes. To allow the sea-ice surface to respond faster to changes in the atmosphere, the implemented sea-ice parameterization in ICON was extended with an adapted heat capacity term.
The adapted sea-ice parameterization resulted in better agreement with the MOSAiC observations. However, the sea-ice surface temperature in the model is generally lower than observed due to biases in the downwelling long-wave radiation and the lack of complex surface structures, like leads. The large eddy resolving turbulence closure yielded a better representation of the lower boundary layer under strongly stable stratification than the non-eddy-resolving turbulence closure. Furthermore, the integration of leads into the sea-ice surface reduced the overestimation of the sensible heat flux for different weather conditions.
The results of this work help to better understand boundary layer processes in the central Arctic during the polar night. High-resolving mesoscale simulations are able to represent temporally and spatially small interactions and help to further develop parameterizations also for the application in regional and global models.
With Arctic ground as a huge and temperature-sensitive carbon reservoir, maintaining low ground temperatures and frozen conditions to prevent further carbon emissions that contrib-ute to global climate warming is a key element in humankind’s fight to maintain habitable con-ditions on earth. Former studies showed that during the late Pleistocene, Arctic ground condi-tions were generally colder and more stable as the result of an ecosystem dominated by large herbivorous mammals and vast extents of graminoid vegetation – the mammoth steppe. Characterised by high plant productivity (grassland) and low ground insulation due to animal-caused compression and removal of snow, this ecosystem enabled deep permafrost aggrad-ation. Now, with tundra and shrub vegetation common in the terrestrial Arctic, these effects are not in place anymore. However, it appears to be possible to recreate this ecosystem local-ly by artificially increasing animal numbers, and hence keep Arctic ground cold to reduce or-ganic matter decomposition and carbon release into the atmosphere.
By measuring thaw depth, total organic carbon and total nitrogen content, stable carbon iso-tope ratio, radiocarbon age, n-alkane and alcohol characteristics and assessing dominant vegetation types along grazing intensity transects in two contrasting Arctic areas, it was found that recreating conditions locally, similar to the mammoth steppe, seems to be possible. For permafrost-affected soil, it was shown that intensive grazing in direct comparison to non-grazed areas reduces active layer depth and leads to higher TOC contents in the active layer soil. For soil only frozen on top in winter, an increase of TOC with grazing intensity could not be found, most likely because of confounding factors such as vertical water and carbon movement, which is not possible with an impermeable layer in permafrost. In both areas, high animal activity led to a vegetation transformation towards species-poor graminoid-dominated landscapes with less shrubs. Lipid biomarker analysis revealed that, even though the available organic material is different between the study areas, in both permafrost-affected and sea-sonally frozen soils the organic material in sites affected by high animal activity was less de-composed than under less intensive grazing pressure. In conclusion, high animal activity af-fects decomposition processes in Arctic soils and the ground thermal regime, visible from reduced active layer depth in permafrost areas. Therefore, grazing management might be utilised to locally stabilise permafrost and reduce Arctic carbon emissions in the future, but is likely not scalable to the entire permafrost region.
Large parts of the Earth’s interior are inaccessible to direct observation, yet global geodynamic processes are governed by the physical material properties under extreme pressure and temperature conditions. It is therefore essential to investigate the deep Earth’s physical properties through in-situ laboratory experiments. With this goal in mind, the optical properties of mantle minerals at high pressure offer a unique way to determine a variety of physical properties, in a straight-forward, reproducible, and time-effective manner, thus providing valuable insights into the physical processes of the deep Earth. This thesis focusses on the system Mg-Fe-O, specifically on the optical properties of periclase (MgO) and its iron-bearing variant ferropericlase ((Mg,Fe)O), forming a major planetary building block. The primary objective is to establish links between physical material properties and optical properties. In particular the spin transition in ferropericlase, the second-most abundant phase of the lower mantle, is known to change the physical material properties. Although the spin transition region likely extends down to the core-mantle boundary, the ef-fects of the mixed-spin state, where both high- and low-spin state are present, remains poorly constrained.
In the studies presented herein, we show how optical properties are linked to physical properties such as electrical conductivity, radiative thermal conductivity and viscosity. We also show how the optical properties reveal changes in the chemical bonding. Furthermore, we unveil how the chemical bonding, the optical and other physical properties are affected by the iron spin transition. We find opposing trends in the pres-sure dependence of the refractive index of MgO and (Mg,Fe)O. From 1 atm to ~140 GPa, the refractive index of MgO decreases by ~2.4% from 1.737 to 1.696 (±0.017). In contrast, the refractive index of (Mg0.87Fe0.13)O (Fp13) and (Mg0.76Fe0.24)O (Fp24) ferropericlase increases with pressure, likely because Fe Fe interactions between adjacent iron sites hinder a strong decrease of polarizability, as it is observed with increasing density in the case of pure MgO. An analysis of the index dispersion in MgO (decreasing by ~23% from 1 atm to ~103 GPa) reflects a widening of the band gap from ~7.4 eV at 1 atm to ~8.5 (±0.6) eV at ~103 GPa. The index dispersion (between 550 and 870 nm) of Fp13 reveals a decrease by a factor of ~3 over the spin transition range (~44–100 GPa). We show that the electrical band gap of ferropericlase significantly widens up to ~4.7 eV in the mixed spin region, equivalent to an increase by a factor of ~1.7. We propose that this is due to a lower electron mobility between adjacent Fe2+ sites of opposite spin, explaining the previously observed low electrical conductivity in the mixed spin region. From the study of absorbance spectra in Fp13, we show an increasing covalency of the Fe-O bond with pressure for high-spin ferropericlase, whereas in the low-spin state a trend to a more ionic nature of the Fe-O bond is observed, indicating a bond weakening effect of the spin transition. We found that the spin transition is ultimately caused by both an increase of the ligand field-splitting energy and a decreasing spin-pairing energy of high-spin Fe2+.
Leadership plays an important role for the efficient and fair solution of social dilemmas but the effectiveness of a leader can vary substantially. Two main factors of leadership impact are the ability to induce high contributions by all group members and the (expected) fair use of power. Participants in our experiment decide about contributions to a public good. After all contributions are made, the leader can choose how much of the joint earnings to assign to herself; the remainder is distributed equally among the followers. Using machine learning techniques, we study whether the content of initial open statements by the group members predicts their behavior as a leader and whether groups are able to identify such clues and endogenously appoint a “good” leader to solve the dilemma. We find that leaders who promise fairness are more likely to behave fairly, and that followers appoint as leaders those who write more explicitly about fairness and efficiency. However, in their contribution decision, followers focus on the leader’s first-move contribution and place less importance on the content of the leader’s statements.
Access to digital finance
(2024)
Financing entrepreneurship spurs innovation and economic growth. Digital financial platforms that crowdfund equity for entrepreneurs have emerged globally, yet they remain poorly understood. We model equity crowdfunding in terms of the relationship between the number of investors and the amount of money raised per pitch. We examine heterogeneity in the average amount raised per pitch that is associated with differences across three countries and seven platforms. Using a novel dataset of successful fundraising on the most prominent platforms in the UK, Germany, and the USA, we find the underlying relationship between the number of investors and the amount of money raised for entrepreneurs is loglinear, with a coefficient less than one and concave to the origin. We identify significant variation in the average amount invested in each pitch across countries and platforms. Our findings have implications for market actors as well as regulators who set competitive frameworks.
Die Begrenzung systemischer Risiken ist essentieller Bestandteil der neuen internationalen Finanzmarktordnung. Dabei galt es nicht nur die Verflechtung der Banken untereinander, sondern auch die Verbindung zwischen den Staatsfinanzen und der Solvenz der nationalen Bankensysteme (dem sog. Risikoverbund zwischen Staat und Banken) zu durchbrechen. Der Beitrag beleuchtet die Entwicklung der Forderungen gegenüber Staaten in den Bankbilanzen der Euroländer und des Eurosystems im Zeitverlauf sowie den daraus erwachsenden Risiken für die Finanzstabilität. Hierzu werden die Determinanten des Risikoverbunds theoretisch wie empirisch analysiert. Die fiskalische Kapazität der Eurostaaten wird anhand verschiedener Faktoren wie der Verschuldungsquote, dem Leistungsbilanzsaldo und der Kredit-BIP Lücke aufgezeigt; anschließend werden die Strukturen der Bankensysteme im Euroraum untersucht. Im Einzelnen werden die private und staatliche Gesamtverschuldung, die konsolidierte Bankenbilanzsumme und die darin enthaltenen Verbindlichkeiten sowie der Anteil des Bankensektors an der Bruttowertschöpfung in Relation zur Wirtschaftsleistung betrachtet. Außerdem finden NPE-Bestände in den Bankbilanzen sowie die Renditen der emittierten Staatsanleihen und damit in Verbindung stehenden CDS-Spreads Betrachtung. Zusätzlich werden die Konzentration, der Verschuldungsgrad, Liquiditätsziffern sowie länderspezifische Unterschiede in Art und Fristigkeit der Refinanzierung der Bankensektoren abgebildet. Auf Basis der empirischen Befunde werden im Hinblick auf die wechselseitigen Ansteckungseffekte zwischen Banken und Staaten Implikationen für die Finanzmarktregulierung diskutiert.
Earthquake modeling is the key to a profound understanding of a rupture. Its kinematics or dynamics are derived from advanced rupture models that allow, for example, to reconstruct the direction and velocity of the rupture front or the evolving slip distribution behind the rupture front. Such models are often parameterized by a lattice of interacting sub-faults with many degrees of freedom, where, for example, the time history of the slip and rake on each sub-fault are inverted. To avoid overfitting or other numerical instabilities during a finite-fault estimation, most models are stabilized by geometric rather than physical constraints such as smoothing.
As a basis for the inversion approach of this study, we build on a new pseudo-dynamic rupture model (PDR) with only a few free parameters and a simple geometry as a physics-based solution of an earthquake rupture. The PDR derives the instantaneous slip from a given stress drop on the fault plane, with boundary conditions on the developing crack surface guaranteed at all times via a boundary element approach. As a side product, the source time function on each point on the rupture plane is not constraint and develops by itself without additional parametrization. The code was made publicly available as part of the Pyrocko and Grond Python packages. The approach was compared with conventional modeling for different earthquakes. For example, for the Mw 7.1 2016 Kumamoto, Japan, earthquake, the effects of geometric changes in the rupture surface on the slip and slip rate distributions could be reproduced by simply projecting stress vectors. For the Mw 7.5 2018 Palu, Indonesia, strike-slip earthquake, we also modelled rupture propagation using the 2D Eikonal equation and assuming a linear relationship between rupture and shear wave velocity. This allowed us to give a deeper and faster propagating rupture front and the resulting upward refraction as a new possible explanation for the apparent supershear observed at the Earth's surface.
The thesis investigates three aspects of earthquake inversion using PDR: (1) to test whether implementing a simplified rupture model with few parameters into a probabilistic Bayesian scheme without constraining geometric parameters is feasible, and whether this leads to fast and robust results that can be used for subsequent fast information systems (e.g., ground motion predictions). (2) To investigate whether combining broadband and strong-motion seismic records together with near-field ground deformation data improves the reliability of estimated rupture models in a Bayesian inversion. (3) To investigate whether a complex rupture can be represented by the inversion of multiple PDR sources and for what type of earthquakes this is recommended.
I developed the PDR inversion approach and applied the joint data inversions to two seismic sequences in different tectonic settings. Using multiple frequency bands and a multiple source inversion approach, I captured the multi-modal behaviour of the Mw 8.2 2021 South Sandwich subduction earthquake with a large, curved and slow rupturing shallow earthquake bounded by two faster and deeper smaller events. I could cross-validate the results with other methods, i.e., P-wave energy back-projection, a clustering analysis of aftershocks and a simple tsunami forward model.
The joint analysis of ground deformation and seismic data within a multiple source inversion also shed light on an earthquake triplet, which occurred in July 2022 in SE Iran. From the inversion and aftershock relocalization, I found indications for a vertical separation between the shallower mainshocks within the sedimentary cover and deeper aftershocks at the sediment-basement interface. The vertical offset could be caused by the ductile response of the evident salt layer to stress perturbations from the mainshocks.
The applications highlight the versatility of the simple PDR in probabilistic seismic source inversion capturing features of rather different, complex earthquakes. Limitations, as the evident focus on the major slip patches of the rupture are discussed as well as differences to other finite fault modeling methods.
Properties of Arctic aerosol in the transition between Arctic haze to summer season derived by lidar
(2023)
During the Arctic haze period, the Arctic troposphere consists of larger, yet fewer, aerosol particles than during the summer (Tunved et al., 2013; Quinn et al., 2007). Interannual variability (Graßl and Ritter, 2019; Rinke et al., 2004), as well as unknown origins (Stock et al., 2014) and properties of aerosol complicate modeling these annual aerosol cycles. This thesis investigates the modification of the microphysical properties of Arctic aerosols in the transition from Arctic haze to the summer season. Therefore, lidar measurements of Ny-Ålesund from April 2021 to the end of July 2021 are evaluated based on the aerosols’ optical properties. An overview of those properties will be provided. Furthermore, parallel radiosonde data is considered for indication of hygroscopic growth.
The annual aerosol cycle in 2021 differs from expectations based on previous studies from Tunved et al. (2013) and Quinn et al. (2007). Developments of backscatter, extinction, aerosol depolarisation, lidar ratio and color ratio show a return of the Arctic haze in May. The haze had already reduced in April, but regrew afterwards.
The average Arctic aerosol displays hygroscopic behaviour, meaning growth due to water uptake. To determine such a behaviour is generally laborious because various meteorological circumstances need to be considered. Two case studies provide further information on these possible events. In particular, a day with a rare ice cloud and with highly variable water cloud layers is observed.
Zentrale Aufgaben von Kommunen in Deutschland umfassen die Gewährleistung der Daseinsvorsorge, des öffentlichen Verkehrs, Wirtschaftsförderung, Zugang zu ausreichender Breitbandinfrastruktur, gesundheitliche und soziale Betreuung und Zugang zu kulturellem Leben. Kommunen in ländlichen Regionen stehen gleichzeitig vor zahlreichen gesellschaftlichen, wirtschaftlichen, sozialen und politischen Herausforderungen. Neuartige Ansätze und innovative Akteure und Netzwerke werden daher im Kontext der Schaffung von sozialen oder digitalen Innovationen von den Kommunen als Antwort auf diese Herausforderungen begrüßt, stoßen aber auch teilweise auf Barrieren.
In dem Sammelband wird von den Herausgebenden die Frage untersucht, wie sich digitale Vorreiter:innen, die wir „Digitale Pioniere“ nennen, in ländlichen Regionen vernetzen, um einen positiven Beitrag zur ländlichen Regionalentwicklung zu leisten. Dabei liegt der Fokus hauptsächlich auf der kommunalpolitischen Ebene und auf der Frage, wie Digitale Pioniere als Schlüsselakteure in der ländlichen Governance agieren. Die Forschungsergebnisse kommunaler Governance sind anhand ländlicher Untersuchungsteilregionen in Baden-Württemberg und Mecklenburg-Vorpommern im Rahmen des Forschungsprojekts „DigPion – Digitale Pioniere in der ländlichen Regionalentwicklung“ (2020–2023) erarbeitet worden. Abschließend wird überprüft, wie die Erkenntnisse und erarbeiteten Handlungsempfehlungen für das Bundesland Brandenburg zu übertragen sind.
Supporting reflection in preservice during university-based training is, without doubt, a crucial aspect in attaining teacher professionalism. Therefore, an on-campus seminar designed to relate theory to practice and vice versa – the so-called ‘Lehr-Lern-Labor-Seminar (LLLS)’ – was implemented over the course of five terms to stimulate reflective skills of English and Physics teacher trainees. Investigations on the effectiveness of three types of the LLLS (no video and two types of video-supported reflections) compared to a parallel group (PG) and a control group (CG) occurred in a mixed methods quasi-experimental study. Reflective skills were elicited with vignettes, relevant covariates with questionnaires. Reflective development was then traced in the dimensions depth and breadth employing a qualitative content analysis. MANCOVA (Multivariate Analysis of Covariance) and regression analyses revealed a substantive increase of reflective depth for English and Physics teacher trainees and breadth development for English LLLS-participants in contrast to both, a PG and a CG, even when controlling for the subjects’ individual prerequisites.
Dieser Beitrag untersucht, welche latente Struktur sich in der Reflexivität von Lehramtsstudierenden identifizieren lässt. Es wird gefragt, inwieweit sich entlang eines Kohortenvergleichs differente Strukturen in der Reflexivität erkennen lassen und wie Lehramtsstudierende die Notwendigkeit und die Häufigkeit der Reflexion sowie die aus der Reflexion hervorgehenden Einsichten einschätzen. Hierfür werden Daten von Studierenden des Lehramts für Grund-, Sekundar-, Förderschulen und Gymnasien der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg genutzt. Bei der Operationalisierung von Reflexivität wurde die IRIS-Skala in einer auf den Schulkontext modifizierten Variante adaptiert sowie einzelne Items neu entwickelt. Die Faktorenanalyse repliziert die angenommene Mehrdimensionalität der Reflexivität mit vier Faktoren. Zudem zeigen sich kohortenspezifisch differente Strukturen in der Reflexivität, die auf Umstrukturierungs-, Verdichtungs- und Weiterentwicklungsprozesse im Bereich implizites Wissen und Reflexivität verweisen, wie in der Kompetenzentwicklungsphasentheorie und in entwicklungs- und berufsbiographietheoretischen Ansätzen postuliert wird. Mittelwertvergleiche zwischen den Studierendengruppen verweisen auf tendenzielle Zuwächse in den Dimensionen.
Selbstreflexion ist erklärtes Ziel der Eignungsabklärung und ein intendierter Effekt von Online Self Assessments (OSA). In Deutschland setzen die lehrkräftebildenden Hochschulen OSA nahezu flächendeckend ein, um Studieninteressierten der Lehrämter eine Unterstützung bei der Studienwahl zu bieten. Es erscheint lohnenswert, die Selbstreflexion von Studienanfängern zu betrachten und Zusammenhänge und Unterschiede hinsichtlich verschiedener Merkmale wie Geschlecht, Alter und angestrebtes Lehramt zu untersuchen. In einer Querschnittserhebung per Fragebogen bei (n = 3741) Erstsemesterstudierenden der Lehrämter an n = 10 Hochschulstandorten kann gezeigt werden, 1) dass angehende Lehrkräfte sich hinsichtlich ihrer Selbstreflexion hoch einschätzen, 2) dass es einen signifikanten altersbezogenen Unterschied bei der Selbstreflexion gibt, 3) dass sich weibliche Studierende signifikant selbstreflektierter einschätzen als ihre männlichen Kollegen und 4) dass Studierende unterschiedlicher Lehrämter sich in ihrer selbsteingeschätzten Selbstreflexion signifikant unterscheiden.
Ein Modellseminar, welches deutschdidaktische mit digitalisierungsbezogenen Kompetenzerwerbsprozessen konsequent vernetzte, wurde im Rahmen einer Aktionsforschung untersucht. Hierbei wurde die Lösung eines komplexen Problems (Entwicklung eines digitalen, interaktiven Lernbuchs für einen medienintegrativen Literaturunterricht mit der Open Source Software H5P) von den Studierenden eingefordert und der Lösungsprozess anhand von sog. Digital Narratives (digitalen, auditiven Erzählungen) reflektiert. Die so entstandenen Reflexionspodcasts sollten Einblick in die persönlich bedeutsamen Lerngeschichten der Studierenden geben und erstens für die Dozentin eine systematische Reflexion der eigenen Lehrpraxis in Form einer Aktionsforschung ermöglichen. Zweitens waren sie ein Reflexionsanlass für die Studierenden hinsichtlich ihrer eigenen Problemlöseprozesse, wobei dieser Fokus hier skizziert, aber nicht fokussiert wird. Die Podcasts wurden anhand thematischer Analysen qualitativ ausgewertet. Die Daten gaben Hinweise darauf, dass besonders die eingeforderte Verknüpfung von fachdidaktischen und medialen Aspekten für die Studierenden eine Hürde war. Ebendiese regte aber auch zum vertieften Nachdenken über gute Aufgabensets in einem medienintegrativen Literaturunterricht an. Ein Großteil der Studierenden war nach dem Projekt motiviert, im eigenen Deutschunterricht zukünftig mit digitalen Tools zu arbeiten, wobei auch eine Sensibilisierung hinsichtlich Nutzens und Grenzen solcher stattfand. Aus der datengestützten Beobachtung, Deutung und Ursachenidentifikation leitet die Dozentin Konsequenzen für die Weiterentwicklung des Modellseminars und persönliche Professionalisierung ab.
Der Beitrag fragt nach einer Bildungsrelevanz Forschenden Lernens in der Lehrkräftebildung und richtet diese auf ein sinn- und verantwortungsvolles Sich-ins-Verhältnis-Setzen zu unterrichtsrelevanten Szenarien aus. Damit erschöpft sich Forschendes Lernen nicht in datenfokussierten Untersuchungen, sondern leistet einen Beitrag zum Aufbau einer Lehrer:innenpersönlichkeit, die sich in transformatorischen Bildungsprozessen dem Wagnis einer Konfrontation mit Kontingenz aussetzt und durch Irritation des Erfahrungshorizonts Unterrichtssituationen differenziert und nachhaltig reflektiert. Plädiert wird für eine Situationssensibilität jenseits des vermeintlichen In-den-Begriff-Bekommens durch Datafizierung und schematische Verhaltensmuster.
Dieser theoretisch ausgerichtete Beitrag schlägt eine weltbeziehungssoziologische Ergänzung des strukturtheoretischen Verständnisses von Reflexion als Befremdung des eigenen Blicks vor und diskutiert die Frage, inwiefern weltbeziehungssoziologische Annahmen das Konzept der Reflexion durch das Einfangen seiner Ambivalenz schärfen können. Hierzu wird ein empirisches Fallbeispiel herangezogen, in welchem eine reflexive Umgangsweise mit widersprüchlichen Anforderungen an die schulische Praxis – das doppelte Distanzieren – sichtbar wird. Mit Bezug auf die Weltbeziehungssoziologie wird die rekonstruierte Umgangsweise als situative Entfremdung theoretisiert. Ausblickhaft werden Konsequenzen für Forschung und Lehre skizziert.
Wiederkehrend wird die Interaktion zwischen Studierenden als Gelingensbedingung für eine Reflexionsförderung angenommen. Allerdings besteht ein Desiderat darin, Reflexion als in der Interaktion hervorgebrachtes Phänomen zu beforschen. Der Beitrag greift dieses Desiderat auf und begründet zunächst die Notwendigkeit einer interaktionsorientierten Perspektive für die Gestaltung und Beforschung von Reflexionsanlässen. Am Beispiel einer Design-Based-Research-Studie zur Reflexion künstlerisch-ästhetischer Überzeugungen von Musikstudierenden wird im Beitrag dargelegt, wie die Interaktion gezielt für die Gestaltung von Reflexionsanlässen berücksichtigt werden kann. Die empirischen Ergebnisse der Studie zeigen auf, wie hochtransaktive Redebeiträge in Studierendengesprächen als Gelingensmerkmale für die gemeinsame Hervorbringung von Reflexionsprozessen verstanden werden können.
In diesem Beitrag werden aus einer Metaperspektive vier verschiedene Reflexionsformate aus dem Bielefelder Projekt „BiProfessional“ der Qualitätsoffensive Lehrerbildung gegenübergestellt. Gemeinsamkeiten und Unterschiede werden mit Blick auf das Reflexionsverständnis, den Reflexionsgegenstand und den jeweiligen Zugang beschrieben. Am Ende des Beitrags werden Konsequenzen für eine multiparadigmatische Lehrkräftebildung aufgezeigt.
Ausgehend von der Diskussion um die Zentralität von Reflexionen in der Lehrkräftebildung wird die Vielschichtigkeit des Konstrukts Reflexion kritisch beleuchtet. Es wird darin einerseits ausgeführt, welche möglichen Konsequenzen die oft fehlende Trennschärfe des Reflexionsbegriffs haben kann. Ein Augenmerk wird dabei auch auf Bereitschaft zur Reflexion gelegt, z. B. in der Frage, ob es nicht sinnvoll ist, Reflexionen in bestimmten Situationen absichtsvoll zu vermeiden. Andererseits wird aufgezeigt, dass dem Reflektieren im Professionalisierungsprozess eine doppelte Funktion zukommt: Lernen von Reflexion und Lernen durch Reflexion; das Reflektieren ist also sowohl ein Mittel zur Erreichung spezifischer Professionalisierungsziele als auch ein eigenständiges Professionalisierungsziel. Im Beitrag wird zudem an verschiedenen Stellen auf die Herausforderungen eingegangen, die sich aus den jeweiligen Überlegungen für Forschung und Lehre ergeben.
Seit John Dewey und Donald Schön besteht weitgehender Konsens, dass Reflexivität eine wichtige Kompetenz von Lehrkräften darstellt und die Reflexion in den Unterrichtsalltag einer Lehrkraft integriert sein sollte. Es wird davon ausgegangen, dass Reflexion, wenn sie absichtsvoll und zielgerichtet eingesetzt wird, die berufliche Entwicklung einer Lehrkraft positiv beeinflussen kann. Überzeugungen, Einstellungen und Verhaltensweisen können durch die Reflexion bewusster wahrgenommen und verändert werden. Sie regt Lernprozesse an, stärkt Eigenverantwortung und Autonomie und steigert die Berufszufriedenheit. Allerdings birgt die Förderung von Reflexivität im Rahmen der Lehrkräftebildung einige Schwierigkeiten und trotz nunmehr über 40 Jahren theoretischer sowie empirischer Erörterung bleiben bis heute auch verschiedene Fragen unbeantwortet. Im Beitrag werden auf Grundlage der aktuellen Diskussion das Konzept der Reflexion sowie Möglichkeiten und Grenzen der Förderung von Reflexivität dargelegt und es wird aufgezeigt, welche besonderen Herausforderungen der Lehrberuf hierbei birgt. Abschließend wird erörtert, welche aktuellen Forschungslücken und -desiderate bestehen.
Reflexion – unhinterfragt eines der wichtigsten Worte im Kontext der Lehrkräftebildung. Fest verankert in den bundesdeutschen Bildungsstandards sind in Forschung und Lehre die Suche nach Evidenz und die Unterstützung (angehender) Lehrkräfte ständiger Antrieb unzähliger Akteur:innen aller Phasen der Lehrkräftebildung. Wenngleich begriff liche Unklarheiten die Kommunikation von Forschungsergebnissen nicht immer intuitiv und die Unterstützung in der Lehre nicht immer praktikabel werden lassen, besteht Einigkeit darüber, dass ein Diskurs zur reflexiven Professionalisierung von Lehrkräften geführt werden muss. Aus diesem Grund veranstalteten die beiden QLB-Projekte PSI-Potsdam der Universität Potsdam und K2teach der Freien Universität Berlin vom 5. bis 7. Oktober 2022 die Onlinetagung „Reflexion in der Lehrkräftebildung. Empirisch – Phasenübergreifend – Interdisziplinär“. Ausgehend von den verschiedensten Fachdisziplinen diskutierten Akteur:innen aller Phasen der Lehrkräftebildung unterschiedlicher Standorte Ergebnisse empirischer Studien und Erfahrungen aus der Arbeit mit (angehenden) Lehrkräften. Beiträge der Tagung sind in diesem Buch festgehalten und sind als Momentaufnahme eines sich ständig entwickelnden Themenfelds zu verstehen. Forschende und Lehrende haben mit dieser Momentaufnahme die Möglichkeit, Eindrücke für die eigene Arbeit aufzunehmen und weiterzuentwickeln.
In the present thesis, AC electrokinetic forces, like dielectrophoresis and AC electroosmosis, were demonstrated as a simple and fast method to functionalize the surface of nanoelectrodes with submicrometer sized biological objects. These nanoelectrodes have a cylindrical shape with a diameter of 500 nm arranged in an array of 6256 electrodes. Due to its medical relevance influenza virus as well as anti-influenza antibodies were chosen as a model organism. Common methods to bring antibodies or proteins to biosensor surfaces are complex and time-consuming. In the present work, it was demonstrated that by applying AC electric fields influenza viruses and antibodies can be immobilized onto the nanoelectrodes within seconds without any prior chemical modification of neither the surface nor the immobilized biological object. The distribution of these immobilized objects is not uniform over the entire array, it exhibits a decreasing gradient from the outer row to the inner ones. Different causes for this gradient have been discussed, such as the vortex-shaped fluid motion above the nanoelectrodes generated by, among others, electrothermal fluid flow. It was demonstrated that parts of the accumulated material are permanently immobilized to the electrodes. This is a unique characteristic of the presented system since in the literature the AC electrokinetic immobilization is almost entirely presented as a method just for temporary immobilization. The spatial distribution of the immobilized viral material or the anti-influenza antibodies at the electrodes was observed by either the combination of fluorescence microscopy and deconvolution or by super-resolution microscopy (STED). On-chip immunoassays were performed to examine the suitability of the functionalized electrodes as a potential affinity-based biosensor. Two approaches were pursued: A) the influenza virus as the bio-receptor or B) the influenza virus as the analyte. Different sources of error were eliminated by ELISA and passivation experiments. Hence, the activity of the immobilized object was inspected by incubation with the analyte. This resulted in the successful detection of anti-influenza antibodies by the immobilized viral material. On the other hand, a detection of influenza virus particles by the immobilized anti-influenza antibodies was not possible. The latter might be due to lost activity or wrong orientation of the antibodies. Thus, further examinations on the activity of by AC electric fields immobilized antibodies should follow. When combined with microfluidics and an electrical read-out system, the functionalized chips possess the potential to serve as a rapid, portable, and cost-effective point-of-care (POC) device. This device can be utilized as a basis for diverse applications in diagnosing and treating influenza, as well as various other pathogens.
Im Rahmen des PSI-Projekts wurde eine Lehrveranstaltung konzipiert, die Lehramtsstudierenden einen vertieften Einblick sowohl in den Ablauf von Forschung als auch eine Bearbeitung einer eigenen experimentellen Forschungsaufgabe ermöglichen soll. Anlass waren die Berücksichtigung eines „Wissens über Erkenntnisgewinnung in der Disziplin“ im Modell des „Erweiterten Fachwissens für den schulischen Kontext“ (PSI) sowie Erkenntnisse empirischer Studien, die die Relevanz eigener Forschungserfahrung für das Unterrichten naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnungsprozesse zeigen. Hier stellen wir eine neue Lehrveranstaltung (4 SWS) vor, die den angehenden Lehrkräften Forschungserfahrung ermöglicht (Seminar und Praktikum). Die Lehrveranstaltung vermittelt Einblicke in Forschung und die „Natur der Naturwissenschaften“, ermöglicht das Durchführen eigener wissenschaftlicher und schulrelevanter Experimente und bietet eine angemessene Reflexion über die verschiedenen Kurselemente. Die Evaluationsergebnisse sind überwiegend positiv, zeigen aber auch, dass für die Studierenden die wahrgenommene Schulrelevanz und die fachdidaktischen Aspekte ein wichtiges Kriterium für die positive Bewertung sind.
Algorithmen als Dozierende?
(2023)
Auf maschinellem Lernen basierende Tools haben schon längst Einzug in unseren Alltag gefunden und so konnten auch in der Lehrkräftebildung erste Anwendungen entwickelt, erprobt und evaluiert werden. Im Teilprojekt Physikdidaktik des Schwerpunktes 2 „Schulpraktische Studien“ wurden auf Basis eines Rahmenmodells für Reflexion (Nowak et al., 2019) automatisierte Analysemethoden (Wulff et al., 2020) entwickelt und fanden Einzug in universitäre fachdidaktische Lehre (Mientus et al., 2021a). Mit dem Projekt konnten Potenziale KI-basierter Unterstützung aufgezeigt und verstetigt sowie spezifische Herausforderungen identifiziert werden. Dieser Beitrag skizziert ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten und weiterführende Forschungen unter dem Gesichtspunkt der Akzeptanz computerunterstützter Lehre.
Reflexion ist eine Schlüsselkategorie für die professionelle Entwicklung von Lehrkräften, welche als Ausbildungsziel in den Bildungsstandards für die Lehrkräftebildung verankert ist. Eine Verstetigung universitär geprägter Forschung und Modellierung in der praxisnahen Anwendung im schulischen Kontext bietet Potentiale nachhaltiger Professionalisierung. Die Stärkung reflexionsbezogener Kompetenzen durch Empirie und Anwendung scheint eine phasenübergreifende Herausforderung der Lehrkräftebildung zu sein, die es zu bewältigen gilt. Ziele des Tagungsbandes Reflexion in der Lehrkräftebildung sind eine theoretische Schärfung des Konzeptes „Reflexive Professionalisierung“ und der Austausch über Fragen der Einbettung wirksamer reflexionsbezogener Lerngelegenheiten in die Lehrkräftebildung. Forschende und Lehrende der‚ drei Phasen (Studium, Referendariat sowie Fort- und Weiterbildung) der Lehrkräftebildung stellen Lehrkonzepte und Forschungsprojekte zum Thema Reflexion in der Lehrkräftebildung vor und diskutieren diese. Gemeinsam mit Teilnehmenden aller Phasen und von verschiedenen Standorten der Lehrkräftebildung werden zukünftige Herausforderungen identifiziert und Lösungsansätze herausgearbeitet.
Für die Entwicklung professioneller Handlungskompetenzen angehender Lehrkräfte stellt die Unterrichtsreflexion ein wichtiges Instrument dar, um Theoriewissen und Praxiserfahrungen in Beziehung zu setzen. Die Auswertung von Unterrichtsreflexionen und eine entsprechende Rückmeldung stellt Forschende und Dozierende allerdings vor praktische wie theoretische Herausforderungen. Im Kontext der Forschung zu Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelte Methoden bieten hier neue Potenziale. Der Beitrag stellt überblicksartig zwei Teilstudien vor, die mit Hilfe von KI-Methoden wie dem maschinellen Lernen untersuchen, inwieweit eine Auswertung von Unterrichtsreflexionen angehender Physiklehrkräfte auf Basis eines theoretisch abgeleiteten Reflexionsmodells und die automatisierte Rückmeldung hierzu möglich sind. Dabei wurden unterschiedliche Ansätze des maschinellen Lernens verwendet, um modellbasierte Klassifikation und Exploration von Themen in Unterrichtsreflexionen umzusetzen. Die Genauigkeit der Ergebnisse wurde vor allem durch sog. Große Sprachmodelle gesteigert, die auch den Transfer auf andere Standorte und Fächer ermöglichen. Für die fachdidaktische Forschung bedeuten sie jedoch wiederum neue Herausforderungen, wie etwa systematische Verzerrungen und Intransparenz von Entscheidungen. Dennoch empfehlen wir, die Potenziale der KI-basierten Methoden gründlicher zu erforschen und konsequent in der Praxis (etwa in Form von Webanwendungen) zu implementieren.
Lehramtsstudierende äußern vielfach den Wunsch nach umfangreichen praktischen Lerngelegenheiten. Insbesondere fallbasierte Lehr-Lern-Konzepte scheinen diesen Ansprüchen gerecht zu werden. Dieser Beitrag stellt ein an der Universität Potsdam entwickeltes Seminarkonzept vor, welches diesen Transfer zu fördern versucht. Die Basis des Konzepts bildet der Einsatz erfahrungsbasiert entwickelter Textvignetten pädagogischer Situationen. Im Rahmen der Begleitseminare zum Praktikum in pädagogisch-psychologischen Handlungsfeldern (PppH) wurde die kollegiale Fallbesprechung als eine Form zur angestrebten Transferförderung in dieses Seminarkonzept integriert. Dieser Beitrag skizziert zunächst die erfahrungsbasierte Entwicklung der Vignetten sowie die theoretischen Grundlagen des Seminarkonzepts. Im Anschluss werden die praktische Implementation und erfahrungsbasierte konzeptionelle Änderung (design-based-research) in der Lehre beschrieben sowie erste Ergebnisse der systematischen empirischen Erprobung im Rahmen des PppH vorgestellt. Abschließend diskutieren die Autoren die Herausforderungen der praktischen Umsetzung auch mit Blick auf das Verstetigungsvorhaben.
Late-type stars are by far the most frequent stars in the universe and of fundamental interest to various fields of astronomy – most notably to Galactic archaeology and exoplanet research. However, such stars barely change during their main sequence lifetime; their temperature, luminosity, or chemical composition evolve only very slowly over the course of billions of years. As such, it is difficult to obtain the age of such a star, especially when it is isolated and no other indications (like cluster association) can be used. Gyrochronology offers a way to overcome this problem.
Stars, just like all other objects in the universe, rotate and the rate at which stars rotate impacts many aspects of their appearance and evolution. Gyrochronology leverages the observed rotation rate of a late-type main sequence star and its systematic evolution to estimate their ages. Unlike the above-mentioned parameters, the rotation rate of a main sequence star changes drastically throughout its main sequence lifetime; stars spin down. The youngest stars rotate every few hours, whereas much older stars rotate only about once a month, or – in the case of some late M-stars – once in a hundred days. Given that this spindown is systematic (with an additional mass dependence), it gave rise to the idea of using the observed rotation rate of a star (and its mass or a suitable proxy thereof) to estimate a star’s age. This has been explored widely in young stellar open clusters but remains essentially unconstrained for stars older than the sun, and K and M stars older than 1 Gyr.
This thesis focuses on the continued exploration of the spindown behavior to assess, whether gyrochronology remains applicable for stars of old ages, whether it is universal for late-type main sequence stars (including field stars), and to provide calibration mileposts for spindown models. To accomplish this, I have analyzed data from Kepler space telescope for the open clusters Ruprecht 147 (2.7 Gyr old) and M 67 (4 Gyr). Time series photometry data (light curves)
were obtained for both clusters during Kepler’s K2 mission. However, due to technical limitations and telescope malfunctions, extracting usable data from the K2 mission to identify (especially long) rotation periods requires extensive data preparation.
For Ruprecht 147, I have compiled a list of about 300 cluster members from the literature and adopted preprocessed light curves from the Kepler archive where available. They have been cleaned of the gravest of data artifacts but still contained systematics. After correcting them for said artifacts, I was able to identify rotation periods in 31 of them.
For M 67 more effort was taken. My work on Ruprecht 147 has shown the limitations imposed by the preselection of Kepler targets. Therefore, I adopted the time series full frame image directly and performed photometry on a much higher spatial resolution to be able to obtain data for as many stars as possible. This also means that I had to deal with the ubiquitous artifacts in Kepler data. For that, I devised a method that correlates the artificial flux variations with the ongoing drift of the telescope pointing in order to remove it. This process was a large success and I was able to create light curves whose quality match and even exceede those that were created by the Kepler mission – all while operating on higher spatial resolution and processing fainter stars. Ultimately, I was able to identify signs of periodic variability in the (created) light curves for 31 and 47 stars in Ruprecht 147 and M 67, respectively. My data connect well to bluer stars of cluster of the same age and extend for the first time to stars redder than early-K and older than 1 Gyr. The cluster data show a clear flattening in the distribution of Ruprecht 147 and even a downturn for M 67, resulting in a somewhat sinusoidal shape. With that, I have shown that the systematic spindown of stars continues at least until 4 Gyr and stars continue to live on a single surface in age-rotation periods-mass space which allows gyrochronology to be used at least up to that age. However, the shape of the spindown – as exemplified by the newly discovered sinusoidal shape of the cluster sequence – deviates strongly from the expectations.
I then compiled an extensive sample of rotation data in open clusters – very much including my own work – and used the resulting cluster skeleton (with each cluster forming a rip in color-rotation period-mass space) to investigate if field stars follow the same spindown as cluster stars. For the field stars, I used wide binaries, which – with their shared origin and coevality – are in a sense the smallest possible open clusters. I devised an empirical method to evaluate the consistency between the rotation rates of the wide binary components and found that the vast majority of them are in fact consistent with what is observed in open clusters. This leads me to conclude that gyrochronology – calibrated on open clusters – can be applied to determine the ages of field stars.
Viele Studieneingangs- und Eignungstests haben zum Ziel, für den entsprechenden Studiengang geeignete Studierende zu finden, die das Studium erfolgreich beenden können. Gerade in der Informatik ist aber häufig unklar, welche Eigenschaften geeignete Studierende haben sollten – auch stimmen mutmaßlich nicht alle Dozierenden in ihren Erwartungen an Studienanfänger*innen überein; Untersuchungen hierzu fehlen jedoch bislang. Um die Erwartungen von Dozent*innen an Studienanfänger*innen im Fach Informatik an deutschen Hochschulen zu analysieren, hat das Projekt MINTFIT im Sommer 2019 eine deutschlandweite Online-Befragung durchgeführt, an der 588 Hochschuldozent* innen aus allen Bundesländern teilnahmen. Die Umfrage hat gezeigt, dass überwiegend allgemeine Fähigkeiten, wie Motivation und logisches Denkvermögen, und nur wenig fachliches Vorwissen, wie Programmieren oder Formale Sprache, erwartet wird. Nach Einschätzung der Dozent*innen sind die problembehafteten Bereiche überwiegend in der theoretischen Informatik und in formellen Aspekten (z. B. Formale Sprache) zu finden. Obwohl Tendenzen erkennbar sind, zeigt die Umfrage, dass bei Anwendung strenger Akzeptanzkriterien keine Fähigkeiten und Kenntnisse explizit vorausgesetzt werden, was darauf hindeutet, dass noch kein deutschlandweiter Konsens unter den Lehrenden vorhanden ist.
Peer-Reviews werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Lehrszenarien eingesetzt. In diesem Paper wird untersucht, inwieweit das Peer- Review die Auseinandersetzung mit den Inhalten eines Grundlagenmoduls in einem präsenzfreien Lehrszenario befördern kann. Dabei scheint in den Ergebnissen die Qualität der selbst erstellten Reviews einer der wichtigsten Einflussfaktoren für den Lernerfolg zu sein, während Experten-Feedback und weitere Faktoren deutlich untergeordnet erscheinen. Die Fähigkeit ausführliche Peer-Reviews zu verfassen geht einher mit dem Erwerb von fachlicher Kompetenz bzw. entsprechenden fachlichen Vorkenntnissen.
1,7 Milliarden Studierende waren von der ad hoc Umstellung der Lehre an Hochschulen durch den Ausbruch der COVID-19-Pandemie im Jahr 2020 betroffen. Innerhalb kürzester Zeit mussten Lehr- und Lernformate digital transformiert werden, um ein Distanzlernen für Studierende überall auf der Welt zu ermöglichen. Etwa zwei Jahre später können die Erfahrungen aus der Entwicklung von digitalen Lehr- und Lernformaten dazu genutzt werden, um Blended Learning Formate zielgerecht weiterzuentwickeln. Die nachfolgende Untersuchung zeigt einerseits einen Prozess der evolutionären Entwicklung am Beispiel eines Inverted Classrooms auf. Andererseits wird das Modell des Student Engagement genutzt, um die Einflussfaktoren, im Speziellen die des Verhaltens, zielgerecht anzupassen und so die Outcomes in Form von besseren Noten und einer erhöhten Zufriedenheit bei den Studierenden zu erzielen. Grundlage für die Untersuchung bildet die Lehrveranstaltung Projektmanagement, die an einer deutschen Hochschule durchgeführt wird.
Forschendes Lernen ist eine Lehr-Lernform, in der Studierende einen eigenen Forschungsprozess vollständig durchlaufen. In Informatikstudiengängen und insbesondere in Informatikbachelorstudiengängen ist die Forschungsorientierung allerdings nur gering ausgeprägt: Forschendes Lernen wird kaum eingesetzt, obwohl dies möglich und sinnvoll ist. Dieser Artikel stellt ein Konzept für ein Seminar Software Engineering im Bachelorstudium vor und beschreibt dessen Durchführung. Abschließend wird das Konzept diskutiert und sowohl aus Studierenden- als auch aus Lehrendensicht positiv evaluiert.
Lehrkräfte aller Fächer benötigen informatische Kompetenzen, um der wachsenden Alltagsrelevanz von Informatik und aktuell gültigen Lehrplänen gerecht zu werden. Beispielsweise verweist in Sachsen der Lehrplan für das Fach Gemeinschaftskunde, Rechtserziehung und Wirtschaft am Gymnasium mit dem für die Jahrgangsstufe 11 vorgesehenem Thema „Digitalisierung und sozialer Wandel“ auf Künstliche Intelligenz (KI) und explizit auf die Bedeutung der informatischen Bildung. Um die nötigen informatischen Grundlagen zu vermitteln, wurde für Lehramtsstudierende des Faches Politik ein Workshop erarbeitet, der die Grundlagen der Funktionsweise von KI anhand von überwachtem maschinellen Lernen in neuronalen Netzen vermittelt. Inhalt des Workshops ist es, mit Bezug auf gesellschaftliche Implikationen wie Datenschutz bei Trainingsdaten und algorithmic bias einen informierten Diskurs zu politischen Themen zu ermöglichen. Ziele des Workshops für Lehramtsstudierende mit dem Fach Politik sind: (1) Aufbau informatischer Kompetenzen in Bezug zum Thema KI, (2) Stärkung der Diskussionsfähigkeiten der Studierenden durch passende informatische Kompetenzen und (3) Anregung der Studierenden zum Transfer auf passende Themenstellungen im Politikunterricht. Das Evaluationskonzept umfasst eine Pre-Post-Befragung zur Zuversicht zur Vermittlungskompetenz unter Bezug auf maschinelles Lernen in neuronalen Netzen im Unterricht, sowie die Analyse einer abschließenden Diskussion. Für die Pre-Post-Befragung konnte eine Steigerung der Zuversicht zur Vermittlungskompetenz beobachtet werden. Die Analyse der Diskussion zeigte das Bewusstsein der Alltagsrelevanz des Themas KI bei den Teilnehmenden, aber noch keine Anwendung der informatischen Inhalte des Workshops zur Stützung der Argumente in der Diskussion.
Ethical issues surrounding modern computing technologies play an increasingly important role in the public debate. Yet, ethics still either doesn’t appear at all or only to a very small extent in computer science degree programs. This paper provides an argument for the value of ethics beyond a pure responsibility perspective and describes the positive value of ethical debate for future computer scientists. It also provides a systematic analysis of the module handbooks of 67 German universities and shows that there is indeed a lack of ethics in computer science education. Finally, we present a principled design of a compulsory course for undergraduate students.
A degree course in IT and business administration solely for women (FIW) has been offered since 2009 at the HTW Berlin – University of Applied Sciences. This contribution discusses student motivations for enrolling in such a women only degree course and gives details of our experience over recent years. In particular, the approach to attracting new female students is described and the composition of the intake is discussed. It is shown that the women-only setting together with other factors can attract a new clientele for computer science.
Viele Studierende stoßen im Rahmen ihres Informatikstudiums auf Probleme und benötigen individuell bedarfsgerechte Unterstützung, um beispielsweise trotz gewisser Startschwierigkeiten ihr Studium erfolgreich zu Ende zu führen. In die damit verbundene Lern- bzw. Studienberatung fließen Empfehlungen zur weiteren Studienverlaufsplanung ein. Anhand einer Datenanalyse über den Prüfungsleistungsdaten der Studierenden überprüfen wir die hinter diesen Empfehlungen liegenden Hypothesen und leiten aus den dabei gewonnenen Erkenntnissen Konsequenzen für die Beratung ab.
Insgesamt zeigt sich, dass sich nach den ersten Semestern ein mittlerer Bereich von Studierenden identifizieren lässt, bei denen Studienabbruch und Studienerfolg etwa gleich wahrscheinlich sind. Für diese Personengruppe ist Beratungsbedarf dringend gegeben. Gleichzeitig stößt die Datenanalyse auch an gewisse Grenzen, denn es zeigen sich insgesamt keine echt trennscharfen Muster, die frühzeitig im Studium eindeutig Erfolg oder Misserfolg prognostizieren. Dieses Ergebnis ist jedoch insofern erfreulich, als es bedeutet, dass jede:r Studierende:r auch nach einem suboptimalen Start ins Studium noch eine Chance auf einen Abschluss hat.
Informatikstudiengänge verzeichnen hohe Abbruchquoten innerhalb der ersten beiden Semester, die häufig mit Leistungsdefiziten oder Motivationsproblemen begründet werden. Eine Ursache dafür, dass trotz intensiver Bemühungen um bessere Lehre und motivationsfördernde Maßnahmen diese Situation imWesentlichen unverändert bleibt, könnte darin liegen, dass nicht die eine Maßnahme oder der eine Ansatz das Problem im Ganzen lösen kann, sondern dass eine heterogene Studierendenschaft vielmehr nach unterschiedlichen Maßnahmen verlangt. Bisher findet sich wenig Forschung zu differenzierten Studierendentypen in der Informatik. Wir stellen in dieser Arbeit einen Ansatz dafür vor, die Heterogenität der Informatikstudierenden zu ergründen, und beschreiben die Ergebnisse erster Versuche mit diesem Ansatz. Um die große Anzahl von Studierenden auf eine überschaubare Anzahl von Typen mit jeweils ähnlichen Bedürfnissen und Erwartungen zu reduzieren, wird dazu die im Produktmanagement bewährte Personas-Methode adaptiert. Im Rahmen einer Befragung von 170 Informatikstudierenden konnten hierzu bereits einige Personas mit unterschiedlichen Merkmalshäufungen ausgearbeitet werden, die eine gute Grundlage darstellen, um auf dieser Basis differenzierte Interventionen zur Förderung und Motivation der Informatikstudierenden zu entwickeln.
Both horizontal-to-vertical (H/V) spectral ratios and the spatial autocorrelation method (SPAC) have proven to be valuable tools to gain insight into local site effects by ambient noise measurements. Here, the two methods are employed to assess the subsurface velocity structure at the Piano delle Concazze area on Mt Etna. Volcanic tremor records from an array of 26 broadband seismometers is processed and a strong variability of H/V ratios during periods of increased volcanic activity is found. From the spatial distribution of H/V peak frequencies, a geologic structure in the north-east of Piano delle Concazze is imaged which is interpreted as the Ellittico caldera rim. The method is extended to include both velocity data from the broadband stations and distributed acoustic sensing data from a co-located 1.5 km long fibre optic cable. High maximum amplitude values of the resulting ratios along the trajectory of the cable coincide with known faults. The outcome also indicates previously unmapped parts of a fault. The geologic interpretation is in good agreement with inversion results from magnetic survey data. Using the neighborhood algorithm, spatial autocorrelation curves obtained from the modified SPAC are inverted alone and jointly with the H/V peak frequencies for 1D shear wave velocity profiles. The obtained models are largely consistent with published models and were able to validate the results from the fibre optic cable.
Reactive eutectic media based on ammonium formate for the valorization of bio-sourced materials
(2023)
In the last several decades eutectic mixtures of different compositions were successfully used as solvents for vast amount of chemical processes, and only relatively recently they were discovered to be widely spread in nature. As such they are discussed as a third liquid media of the living cell, that is composed of common cell metabolites. Such media may also incorporate water as a eutectic component in order to regulate properties such as enzyme activity or viscosity. Taking inspiration form such sophisticated use of eutectic mixtures, this thesis will explore the use of reactive eutectic media (REM) for organic synthesis. Such unconventional media are characterized by the reactivity of their components, which means that mixture may assume the role of the solvent as well as the reactant itself.
The thesis focuses on novel REM based on ammonium formate and investigates their potential for the valorization of bio-sourced materials. The use of REM allows the performance of a number of solvent-free reactions, which entails the benefits of a superior atom and energy economy, higher yields and faster rates compared to reactions in solution. This is evident for the Maillard reaction between ammonium formate and various monosaccharides for the synthesis of substituted pyrazines as well as for a Leuckart type reaction between ammonium formate and levulinic acid for the synthesis of 5-methyl-2-pyrrolidone. Furthermore, reaction of ammonium formate with citric acid for the synthesis of yet undiscovered fluorophores, shows that synthesis in REM can open up unexpected reaction pathways.
Another focus of the thesis is the study of water as a third component in the REM. As a result, the concept of two different dilution regimes (tertiary REM and in REM in solvent) appears useful for understanding the influence of water. It is shown that small amounts of water can be of great benefit for the reaction, by reducing viscosity and at the same time increasing reaction yields.
REM based on ammonium formate and organic acids are employed for lignocellulosic biomass treatment. The thesis thereby introduces an alternative approach towards lignocellulosic biomass fractionation that promises a considerable process intensification by the simultaneous generation of cellulose and lignin as well as the production of value-added chemicals from REM components. The thesis investigates the generated cellulose and the pathway to nanocellulose generation and also includes the structural analysis of extracted lignin.
Finally, the thesis investigates the potential of microwave heating to run chemical reactions in REM and describes the synergy between these two approaches. Microwave heating for chemical reactions and the use of eutectic mixtures as alternative reaction media are two research fields that are often described in the scope of green chemistry. The thesis will therefore also contain a closer inspection of this terminology and its greater goal of sustainability.
The Lyman-𝛼 (Ly𝛼) line commonly assists in the detection of high-redshift galaxies, the so-called Lyman-alpha emitters (LAEs). LAEs are useful tools to study the baryonic matter distribution of the high-redshift universe. Exploring their spatial distribution not only reveals the large-scale structure of the universe at early epochs, but it also provides an insight into the early formation and evolution of the galaxies we observe today. Because dark matter halos (DMHs) serve as sites of galaxy formation, the LAE distribution also traces that of the underlying dark matter. However, the details of this relation and their co-evolution over time remain unclear. Moreover, theoretical studies predict that the spatial distribution of LAEs also impacts their own circumgalactic medium (CGM) by influencing their extended Ly𝛼 gaseous halos (LAHs), whose origin is still under investigation. In this thesis, I make several contributions to improve the knowledge on these fields using samples of LAEs observed with the Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) at redshifts of 3 < 𝑧 < 6.
Adaption von Lernwegen in adaptierten Lehrmaterialien für Studierende mit Berufsausbildungsabschluss
(2023)
Obwohl immer mehr Menschen nicht direkt ein Studium aufnehmen, sondern zuvor eine berufliche Ausbildung absolvieren, werden die in der Ausbildung erworbenen Kompetenzen von den Hochschulen inhaltlich und didaktisch meist ignoriert. Ein Ansatz, diese Kompetenzen zu würdigen, ist die formale Anrechnung von mitgebrachten Kompetenzen als (für den Studienabschluss erforderliche) Leistungspunkte. Eine andere Variante ist der Einsatz von speziell für die Zielgruppe der Studierenden mit Vorkenntnissen adaptiertem Lehr-Lernmaterial. Um darüber hinaus individuelle Unterschiede zu berücksichtigen, erlaubt eine weitere Adaption individueller Lernpfade den Lernenden, genau die jeweils fehlenden Kompetenzen zu erwerben. In diesem Beitrag stellen wir die exemplarische Entwicklung derartigen Materials anhand des Kurses „Datenbanken“ für die Zielgruppe der Studierenden mit einer abgeschlossenen Ausbildung zum Fachinformatiker bzw. zur Fachinformatikerin vor.
Viele Informatikstudierende sammeln bereits vor ihrem Studium berufliche Erfahrungen im Informatikbereich, ohne dass diese inhaltlich und didaktisch im Studium berücksichtigt werden. Dieser Beitrag geht der Frage nach, welche Kompetenzen aus beruflichen Vorqualifikationen bei Informatikstudierenden existieren und wie diese in Bezug zu Anerkennungsoptionen gesetzt werden können. Betrachtet werden: die pauschale Anerkennung, die auf erworbenen Zertifikaten beruht; die individuelle Anerkennung, bei der individuell erworbene Kompetenzen nachgewiesen werden; die Adaption von individuellen Lernwegen, die Teilkompetenzen der Studierenden berücksichtigt. Es wird eine Interviewstudie vorgestellt, in der Kompetenzen für ein Sample von Informatikstudierenden mit Vorqualifikation als Fachinformatiker/in erhoben und eine Zuordnung zu den Anerkennungsoptionen vorgenommen wurde. Für die präzisere Gestaltung von Anerkennungsprozessen und zur kritischen Reflexion der eingesetzten hochschuldidaktischen Konzepte wurde eine empirische Basis geschaffen. Die vorhandenen Konzepte richten sich traditionell an Abiturienten/ innen mit sehr geringem Informatikhintergrund und berücksichtigen die tatsächlich existierende Heterogenität der Studienanfänger/innen nicht angemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Befragten aus ihrer Vorqualifikation relevante fachliche Kompetenzen mitbringen, die mit den Anerkennungsoptionen korrespondieren und deren Weiterentwicklung dienen können. Darüber hinaus werden aus überfachlichen Kompetenzen wie Selbststeuerungskompetenzen weitere Erkenntnisse zur Studiengestaltung gewonnen.
Barrierefreiheit kann durch Methoden der Informatik hergestellt und ausgebaut werden. Dieser eingeladene Beitrag stellt die Anforderungen von Menschen mit den umfangreichsten Benutzererfordernissen an Software vor, die z. B. eigene Schriftsysteme wie Braille und entsprechende taktile Ausgabegeräte verwenden. Assistive Technologien umfassen dabei auch Software verschiedenster Art. Es werden die wichtigsten Kompetenzen dafür vorgestellt. Im Curriculum der Informatik können diese Kompetenzen im Rahmen von speziellen Vorlesungen und Übungen vermittelt werden oder sie werden in die jeweiligen Fachgebiete integriert. Um den Studienbetrieb ebenfalls barrierefrei zu gestalten, sind weitere Anstrengungen notwendig, die Lehrende, Verwaltung und die Hochschulleitung einbeziehen.
Diversity is a term that is broadly used and challenging for informatics research, development and education. Diversity concerns may relate to unequal participation, knowledge and methodology, curricula, institutional planning etc. For a lot of these areas, measures, guidelines and best practices on diversity awareness exist. A systemic, sustainable impact of diversity measures on informatics is still largely missing. In this paper I explore what working with diversity and gender concepts in informatics entails, what the main challenges are and provide thoughts for improvement. The paper includes definitions of diversity and intersectionality, reflections on the disciplinary basis of informatics and practical implications of integrating diversity in informatics research and development. In the final part, two concepts from the social sciences and the humanities, the notion of “third space”/hybridity and the notion of “feminist ethics of care”, serve as a lens to foster more sustainable ways of working with diversity in informatics.
Der neurodegenerativen Erkrankung Morbus Parkinson (MP) liegt der Zerfall von Neuronen in den Basalganglien (BG) zugrunde, der mitunter zu kognitiv-sprachlichen Einschränkungen führt. Dies betrifft beispielsweise die Lautstärkeproduktion und -wahrnehmung. Betroffene sprechen signifikant leiser und weisen eine verringerte Wahrnehmungsspanne für Lautstärke auf. Dieses Wahrnehmungsdefizit und die Tatsache, dass die BG die betroffene neurologische Struktur bei MP sind, lässt eine Beteiligung dieser bei der Lautstärkeverarbeitung von Gesunden vermuten.
Um die Rolle der BG bei der Lautstärkeverarbeitung zu untersuchen, wurde eine generalisierte lineare Modellanalyse durchgeführt. Anhand von fMRT-Daten von gesunden Proband*innen, erhoben von Erb et al. (2020), wurde nach linearen Regressionen zwischen den präsentierten Lautstärkewerten und dem BOLD-Signal in acht BG-Regionen gesucht. Hierfür wurden Daten von 63 Proband*innen im Alter zwischen 18 und 78 Jahren (Durchschnitt: 43,4 Jahre) genutzt.
Im linken und rechten Putamen angrenzend zum Globus pallidus pars externa war eine positive lineare Regression beobachtbar. Eine negative lineare Regression zeigte sich im Kopf des Nucleus caudatus beider Hemisphären.
Teile der BG scheinen somit möglicherweise eine Rolle bei der Verarbeitung von Lautstärke zu spielen. In Bezug auf MP besteht die Möglichkeit, dass ihre neuronale Degeneration mitursächlich für die Wahrnehmungseinschränkungen ist. Dies sowie der Einfluss dieses rezeptiven Lautstärkedefizits auf die produktiven sprachlichen Einschränkungen sollten Gegenstand zukünftiger Untersuchungen sein. Es ist gut möglich, dass die Ursache der produktiven Lautstärkedefizite nicht motorischer, sondern rezeptiver Natur ist. Dies hätte einen großen Einfluss auf künftige sprachtherapeutische Konzepte bei der Behandlung produktiver Sprachstörungen bei MP.
Der Sachverständigenrat zur Begutachtung der Entwicklung im Gesundheitswesen forderte bereits 2007 eine verbesserte Zusammenarbeit der Gesundheitsberufe und beschreibt in seinem Gutachten „Kooperation und Verantwortung als Voraussetzung einer zielorientierten Gesundheitsversorgung“ (S. 25). Mit der vorgestellten Arbeit wird untersucht, welche Modelle der berufsübergreifenden Kooperation in der ambulanten sprachtherapeutischen Praxis Anwendung finden und wie diese Kooperationen von Sprachtherapeut*innen bewertet werden. Zu diesem Zweck wurde ein Online-Fragebogen konzipiert. Anschließend wurden die Antworten von insgesamt 30 teilnehmenden Sprachtherapeut*innen ausgewertet. Dabei wurde deutlich, dass die viel diskutierte und häufig geforderte interprofessionelle Zusammenarbeit in der Praxis nur selten zu finden ist. Vielmehr arbeiten die befragten Sprachtherapeut*innen nach multiprofessionellen Modellen. Es fehlen berufsübergreifende Besprechungen, und der fachliche Austausch ist noch viel zu oft dem Engagement einzelner Personen überlassen. Auch die Bewertung der Kooperationen zeigt Verbesserungspotenzial: Die Befragten bewerteten die Zusammenarbeit mit angrenzenden Berufsgruppen durchschnittlich als „befriedigend“.
In diesem Beitrag werden das Konzept der „Virtuellen Runden Tische“ (ViRuTi) sowie Ergebnisse ihrer Pilotierung und Perspektiven für die Implementierung vorgestellt. Dabei geht es um die ressourcenfreundliche, digitale Umsetzung und niederschwellige Durchführung der ViRuTi. Inklusive Bestrebungen sind fest mit der Notwendigkeit interdisziplinärer Fallbesprechungen verknüpft. Akteure aus Kita, Schule und Gesundheitswesen können mit Bezugspersonen des betreffenden Kindes gemeinsam am runden Tisch Perspektiven austauschen und Entscheidungen treffen, bspw. zur Einleitung und Evaluierung von Sprachförder- oder -therapiemaßnahmen. Eine durch ein Konzept vorgegebene Struktur erleichtert den Austausch und die Fokussierung der Beteiligten auf die Ressourcen und Bedürfnisse des Kindes. Außerdem ist dieser interprofessionelle bzw. transdisziplinäre Austausch auch digital möglich.
Entgegen noch immer bestehender Annahmen schränkt Gebärdensprache, wenn sie frühzeitig und uneingeschränkt zugänglich ist, den Lautspracherwerb nicht ein; sie kann diesen sogar erleichtern. Bimodale Bilingualität beschreibt ein „Sowohl-als-auch“ von Lautsprache und der visuell-gestischen Gebärdensprache in der Sprachentwicklung hörbeeinträchtigter Kinder. Für hörende Eltern von hörbeeinträchtigten Kindern in Deutschland ist der Zugang zu Informationen über bimodale Bilingualität, d. h. deutsche Lautsprache und Deutsche Gebärdensprache (DGS), erschwert. Daher wurde in dieser Arbeit auf Grundlage einer umfassenden Literaturrecherche, Hospitationen und der qualitativen Analyse semi-strukturierter Expert*innen-Interviews ein Informationsflyer konzipiert. Dieser stellt erste wichtige Informationen bereit und zeigt konkrete regionale Anlauf- und Kontaktstellen auf. Ziel ist es, betroffenen Familien die bimodale Bilingualität als alternativen Kommunikationsweg vorzustellen und somit Kindern von Geburt an die Möglichkeit der grenzenlosen Kommunikation zu ermöglichen.
Die Maßnahmen zur Eindämmung der COVID-19-Pandemie gingen mit Schulschließungen und variablen Unterrichtsformen einher, was laut Studienlage zum Thema viele Schüler:innen vor große Herausforderungen gestellt hat und noch immer stellt. Es werden Leistungsabfälle und negative Auswirkungen auf die psychische Gesundheit diskutiert. Da besonders die Lesekompetenz eine grundlegende Ressource für schulische Leistungssituationen ist, soll sie im Fokus dieser Studie stehen.
Die Daten der längsschnittlich angelegten BLab-Studie, die den Erwerbsverlauf von Lese- und Rechtschreibleistungen über die Klassenstufen 1 bis 10 untersucht, wurden dazu genutzt, Unterschiede zwischen den Leseleistungen (operationalisiert aus den normierten und standardisierten Untertests zur Lesekompetenz aus ELFE 1 – 6 und SLRT-II) und vier Skalen des Fragebogens zur Erfassung von schulrelevanten Einstellungen und Sichtweisen von Grundschüler:innen FEESS 3 – 4 (Schuleinstellung, Anstrengungsbereitschaft, Lernfreude und Selbstkonzept) statistisch zu analysieren. Dazu wurden die Testergebnisse von N = 174 Viertklässler:innen zweier Kohorten ausgewertet, von denen eine vom variablen Unterrichtsmodus während der COVID-19-Pandemie betroffen war.
Die Ergebnisse der Gruppenvergleiche stellen sich heterogen dar und müssen differenziert betrachtet werden. Insgesamt scheinen die hier einbezogenen Schüler:innen mit den schulbezogenen Maßnahmen zur Eindämmung der COVID-19-Pandemie gut zurechtgekommen zu sein.
Nach Erkenntnissen der Sprachheilpädagogik bzw. Sprachtherapie laufen logopädische Leistungen derzeit überwiegend isoliert vom Bildungsgeschehen ab. Im sogenannten Pull-Out-Modell der Leistungserbringung gibt es keine räumliche, zeitliche und inhaltliche Verbindung mit dem Unterricht in der Grundschule (Reber, 2012). Eine Verknüpfung beider Leistungsdomänen erscheint aber in Bezug auf eine erfolgreiche Inklusion und Teilhabe von Kindern mit Sprach- und Sprechstörungen äußerst sinnvoll. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Frage nachgegangen, in welcher Quantität und Qualität ein Austausch zwischen beiden Bereichen aus der Sicht von Grundschullehrkräften in Berlin derzeit erfolgt. Für die Untersuchung wurde ein Befragungswerkzeug entwickelt, womit die Perspektive der Lehrkräfte im Rahmen einer onlinegestützten Umfrage untersucht werden kann. Innerhalb einer Pilotierung konnten erste Daten gewonnen werden, die darauf hinweisen, dass es derzeit tatsächlich selten zu einer Zusammenarbeit kommt. Als wichtigste Hürde konnten dabei die fehlenden zeitlichen Ressourcen identifiziert werden. Anhand der Pilotierung konnten Vorschläge für eine verbesserte Anpassung des Befragungstools erarbeitet werden, so dass dieses nun die Grundlage für eine breiter angelegte Untersuchung bietet.
Die alleinige Ursache von Stottern ist weiterhin nicht abschließend geklärt. Auf neurofunktioneller und -morphologischer Ebene zeigen stotternde Personen Abweichungen in den Arealen, welche nicht nur für die Initiierung von sprechmotorischen Programmen, sondern auch für die Produktion und Perzeption von musikalischen Rhythmen zuständig sind. Unterschiede zu flüssigsprechenden Personen treten jedoch nicht nur im verbalen, sondern auch im nonverbal sensomotorischen Bereich auf, was auf eine Störung domänenübergreifender auditiv-motorischer Koordinationsprozesse hindeutet. Ausgehend davon wurde in einigen Studien postuliert, dass dem Störungsbild Stottern ein domänenübergreifendes Rhythmusdefizit zugrunde liegt. Im Gegensatz zu anderen Störungsbildern, welche auch Probleme in rhythmischen Aufgaben aufweisen, gibt es bis dato jedoch keine Intervention, welche dieses Defizit angeht. Es soll untersucht werden, ob ein nonverbales rhythmisches Training bei stotternden Kindern im Alter von zehn bis zwölf Jahren eine Verbesserung der sensomotorischen Synchronisationsfähigkeiten zur Folge hat. Zudem soll erforscht werden, ob es Transfereffekte auf die Sprechmotorik und Sprechflüssigkeit gibt. Für die vorliegende einfach verblindete Pilotstudie sollen 20 Kinder rekrutiert werden. Zehn davon werden randomisiert der Experimentalgruppe zugewiesen, welche das rhythmische Spiel Rhythm Workers über drei Wochen daheim auf einem Tablet spielen sollen. Die Kontrollgruppe spielt ein nicht-rhythmisches Bubble-Shooter-Spiel namens Frozen Bubble. Diese Studie könnte somit den Weg ebnen für technologieunterstützte Rehabilitationsmaßnahmen, welche darauf abzielen die rhythmisch-motorischen Defizite bei Stottern zu lindern.