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This review discusses picosecond ultrasonics experiments using ultrashort hard x-ray probe pulses to extract the transient strain response of laser-excited nanoscopic structures from Bragg-peak shifts. This method provides direct, layer-specific, and quantitative information on the picosecond strain response for structures down to few-nm thickness. We model the transient strain using the elastic wave equation and express the driving stress using Gruneisen parameters stating that the laser-induced stress is proportional to energy density changes in the microscopic subsystems of the solid, i.e., electrons, phonons and spins. The laser-driven strain response can thus serve as an ultrafast proxy for local energy-density and temperature changes, but we emphasize the importance of the nanoscale morphology for an accurate interpretation due to the Poisson effect. The presented experimental use cases encompass ultrathin and opaque metal-heterostructures, continuous and granular nanolayers as well as negative thermal expansion materials, that each pose a challenge to established all-optical techniques.
Background:
Contamination detection is a important step that should be carefully considered in early stages when designing and performing microbiome studies to avoid biased outcomes. Detecting and removing true contaminants is challenging, especially in low-biomass samples or in studies lacking proper controls. Interactive visualizations and analysis platforms are crucial to better guide this step, to help to identify and detect noisy patterns that could potentially be contamination. Additionally, external evidence, like aggregation of several contamination detection methods and the use of common contaminants reported in the literature, could help to discover and mitigate contamination.
Results:
We propose GRIMER, a tool that performs automated analyses and generates a portable and interactive dashboard integrating annotation, taxonomy, and metadata. It unifies several sources of evidence to help detect contamination. GRIMER is independent of quantification methods and directly analyzes contingency tables to create an interactive and offline report. Reports can be created in seconds and are accessible for nonspecialists, providing an intuitive set of charts to explore data distribution among observations and samples and its connections with external sources. Further, we compiled and used an extensive list of possible external contaminant taxa and common contaminants with 210 genera and 627 species reported in 22 published articles.
Conclusion:
GRIMER enables visual data exploration and analysis, supporting contamination detection in microbiome studies. The tool and data presented are open source and available at https://gitlab.com/dacs-hpi/grimer.
An increasing number of clinicians (i.e., nurses and physicians) suffer from mental health-related issues like depression and burnout. These, in turn, stress communication, collaboration, and decision- making—areas in which Conversational Agents (CAs) have shown to be useful. Thus, in this work, we followed a mixed-method approach and systematically analysed the literature on factors affecting the well-being of clinicians and CAs’ potential to improve said well-being by relieving support in communication, collaboration, and decision-making in hospitals. In this respect, we are guided by Brigham et al. (2018)’s model of factors influencing well-being. Based on an initial number of 840 articles, we further analysed 52 papers in more detail and identified the influences of CAs’ fields of application on external and individual factors affecting clinicians’ well-being. As our second method, we will conduct interviews with clinicians and experts on CAs to verify and extend these influencing factors.
Oxygen (O-2) availability in soils is vital for plant growth and productivity. The transport and consumption of O-2 in the root zone is closely linked to soil moisture content, the spatial distribution of roots, as well as structure and heterogeneity of the surrounding soil. In this study, we measure three-dimensional root system architecture and the spatiotemporal dynamics of soil moisture (& theta;) and O-2 concentrations in the root zone of maize (Zea mays) via non-invasive imaging, and then construct and parameterize a reactive transport model based on the experimental data. The combination of three non-invasive imaging methods allowed for a direct comparison of simulation results with observations at high spatial and temporal resolution. In three different modeling scenarios, we investigated how the results obtained for different levels of conceptual complexity in the model were able to match measured & theta; and O-2 concentration patterns. We found that the modeling scenario that considers heterogeneous soil structure and spatial variability of hydraulic parameters (permeability, porosity, and van Genuchten & alpha; and n), better reproduced the measured & theta; and O-2 patterns relative to a simple model with a homogenous soil domain. The results from our combined imaging and modeling analysis reveal that experimental O-2 and water dynamics can be reproduced quantitatively in a reactive transport model, and that O-2 and water dynamics are best characterized when conditions unique to the specific system beyond the distribution of roots, such as soil structure and its effect on water saturation and macroscopic gas transport pathways, are considered.
BackgroundIn spring of 2020, the Sars-CoV-2 incidence rate increased rapidly in Germany and around the world. Throughout the next 2 years, schools were temporarily closed and social distancing measures were put in place to slow the spread of the Covid-19 virus. Did these social restrictions and temporary school lockdowns affect children's physical fitness? The EMOTIKON project annually tests the physical fitness of all third-graders in the Federal State of Brandenburg, Germany. The tests assess cardiorespiratory endurance (6-min-run test), coordination (star-run test), speed (20-m sprint test), lower (powerLOW, standing long jump test), and upper (powerUP, ball-push test) limbs muscle power, and static balance (one-legged stance test with eyes closed). A total of 125,893 children were tested in the falls from 2016 to 2022. Primary analyses focused on 98,510 keyage third-graders (i.e., school enrollment according to the legal key date, aged 8 to 9 years) from 515 schools. Secondary analyses included 27,383 older-than-keyage third-graders (i.e., OTK, delayed school enrollment or repetition of a grade, aged 9 to 10 years), who have been shown to exhibit lower physical fitness than expected for their age. Linear mixed models fitted pre-pandemic quadratic secular trends, and took into account differences between children and schools.ResultsThird-graders exhibited lower cardiorespiratory endurance, coordination, speed and powerUP in the Covid pandemic cohorts (2020-2022) compared to the pre-pandemic cohorts (2016-2019). Children's powerLOW and static balance were higher in the pandemic cohorts compared to the pre-pandemic cohorts. From 2020 to 2021, coordination, powerLOW and powerUP further declined. Evidence for some post-pandemic physical fitness catch-up was restricted to powerUP. Cohen's |ds| for comparisons of the pandemic cohorts 2020-2022 with pre-pandemic cohorts 2016-2019 ranged from 0.02 for powerLOW to 0.15 for coordination. Within the pandemic cohorts, keyage children exhibited developmental losses ranging from approximately 1 month for speed to 5 months for cardiorespiratory endurance. For powerLOW and static balance, the positive pandemic effects translate to developmental gains of 1 and 7 months, respectively. Pre-pandemic secular trends may account for some of the observed differences between pandemic and pre-pandemic cohorts, especially in powerLOW, powerUP and static balance. The pandemic further increased developmental delays of OTK children in cardiorespiratory endurance, powerUP and balance.ConclusionsThe Covid-19 pandemic was associated with declines in several physical fitness components in German third-graders. Pandemic effects are still visible in 2022. Health-related interventions should specifically target those physical fitness components that were negatively affected by the pandemic (cardiorespiratory endurance, coordination, speed).
Design thinking is a well-established practical and educational approach to fostering high-level creativity and innovation, which has been refined since the 1950s with the participation of experts like Joy Paul Guilford and Abraham Maslow. Through real-world projects, trainees learn to optimize their creative outcomes by developing and practicing creative cognition and metacognition. This paper provides a holistic perspective on creativity, enabling the formulation of a comprehensive theoretical framework of creative metacognition. It focuses on the design thinking approach to creativity and explores the role of metacognition in four areas of creativity expertise: Products, Processes, People, and Places. The analysis includes task-outcome relationships (product metacognition), the monitoring of strategy effectiveness (process metacognition), an understanding of individual or group strengths and weaknesses (people metacognition), and an examination of the mutual impact between environments and creativity (place metacognition). It also reviews measures taken in design thinking education, including a distribution of cognition and metacognition, to support students in their development of creative mastery. On these grounds, we propose extended methods for measuring creative metacognition with the goal of enhancing comprehensive assessments of the phenomenon. Proposed methodological advancements include accuracy sub-scales, experimental tasks where examinees explore problem and solution spaces, combinations of naturalistic observations with capability testing, as well as physiological assessments as indirect measures of creative metacognition.
The study explores differences between three user types in the top tweets about the 2015 “refugee crisis” in Germany and presents the results of a quantitative content analysis. All tweets with the keyword “Flüchtlinge” posted for a monthlong period following September 13, 2015, the day Germany decided to implement border controls, were collected (N = 763,752). The top 2,495 tweets according to number of retweets were selected for analysis. Differences between news media, public and private actor tweets in topics, tweet characteristics such as tone and opinion expression, links, and specific sentiments toward refugees were analyzed. We found strong differences between the tweets. Public actor tweets were the main source of positive sentiment toward refugees and the main information source on refugee support. News media tweets mostly reflected traditional journalistic norms of impartiality and objectivity, whereas private actor tweets were more diverse in sentiments toward refugees.
Starch has been a convenient, economically important polymer with substantial applications in the food and processing industry. However, native starches present restricted applications, which hinder their industrial usage. Therefore, modification of starch is carried out to augment the positive characteristics and eliminate the limitations of the native starches. Modifications of starch can result in generating novel polymers with numerous functional and value-added properties that suit the needs of the industry. Here, we summarize the possible starch modifications in planta and outside the plant system (physical, chemical, and enzymatic) and their corresponding applications. In addition, this review will highlight the implications of each starch property adjustment.
Dieser Beitrag beschäftigt sich mit den Herausforderungen der Professionalisierung angehender Lehrkräfte im Rahmen der universitären Lehrkräftebildung und nimmt dabei kasuistische Lehrformate als wichtige Elemente hochschuldidaktischer Konzeptionen in den Blick. In diesem Zusammenhang wird das Modul „Außerunterrichtliches Pädagogisches Praktikum“ (AuPP) als ein zentrales Element der Praxisphasen des Lehramtsstudiums an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) vorgestellt. Im Rahmen dieses Moduls wird versucht, durch die Arbeit an konkreten Fällen aus der pädagogischen Praxis – gemeint sind vor allem Beobachtungsprotokolle und Transkripte von Interviewauszügen aus unterschiedlichen (sozial-)pädagogischen Handlungsfeldern – einen reflexiven Zugang zu Spannungsmomenten, Problem- und Krisendynamiken, Orientierungsmustern der Akteur:innen sowie Gelingensbedingungen pädagogischer Praxis für angehende Lehrpersonen zu eröffnen und darüber einen reflexiven Habitus anzubahnen, der für die weitere Berufsbiografie und Professionalisierung essenziell erscheint.
Portfolioarbeit ist ein gesetzlich verankerter Bestandteil der Lehramtsausbildung in Nordrhein-Westfalen. Über alle Praxisphasen hinweg führen Lehramtsstudierende ein Portfolio und dokumentieren darin ihren individuellen Professionalisierungsweg und reflektieren ihre Studien- und Berufswahl, ihre schulpraktischen Beobachtungen und Erfahrungen sowie ihre individuelle Kompetenzentwicklung. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Arbeit mit dem ePortfolio in der Lehrkräftebildung an der Universität zu Köln (UzK). Dabei werden zunächst die Potenziale von Portfolioarbeit aufgeführt und Herausforderungen herausgestellt. Im Anschluss erfolgt eine konkrete Erläuterung der Notwendigkeit einer kohärenten Einbindung des ePortfolios in die Seminararbeit und eine kurze Darstellung der Weiterentwicklung im Rahmen des Verbundprojekts ePort.nrw.
Das Konstrukt des erweiterten Fachwissens für den schulischen Kontext, welches in der ersten Förderphase von PSI-Potsdam entwickelt wurde, diente als Grundlage für die Entwicklung von Aufgaben, Lehrformate sowie einem Laborpraktikum im Bereich organischer Chemie. Eine Delphi-Studie wurde zur Validierung der Anwendung des Konstruktes auf die organische Chemie durchgeführt. Alle Aufgaben und Lehrformate wurden in Mixed-Methods-Studien evaluiert. Es zeigte sich, dass die Studierenden sowohl die Aufgaben als auch die Lehrformate und das Praktikum als relevant für ihren späteren Beruf als Chemielehrkräfte bewerteten.
Das Ganze erfassen
(2023)
Der Wissenschaftshistoriker Eberhard Knobloch beschäftigt sich seit rund zwanzig Jahren mit Leben und Werk Alexander von Humboldts. Er zeigt, dass Humboldts Wissenschaftstheorie vom Naturbild der pythagoreischen Schule inspiriert war, seine wissenschaftliche Methode hingegen dem Vorbild der Himmelsmechanik Laplaces folgte. Humboldt entwickelte aus diesen Quellen ein auf Zahlenverhältnisse und Mittelwerte gegründetes Erkenntnismodell, das wegweisend für die datenbasierten Bio- und Geowissenschaften wurde. Die wechselseitige Verbundenheit der verschiedenen Naturphänomene visualisierte Humboldt in seinem ‚Tableau physique des Andes‘. In mehreren Aufsätzen entschlüsselte Eberhard Knobloch auf anschauliche Weise diesen komplexen Blick ins Ganze der Natur.
Der Beitrag widmet sich der Baugeschichte des Gebäudes der Preußischen Seehandlung bis zu seinem Abriss und dem Neubau in den Jahren 1901–1903, um dann die Veränderungen dieses Bauwerkes bis in die Gegenwart zu verfolgen. In einem zweiten Schritt wird versucht, die Stellung dieser Gebäude im urbanen Kontext zu verorten. Der dritte Teil rekonstruiert an Beispielen, welch markanten Beitrag die Preußische Seehandlung für die Berliner Museen und insbesondere für die im Berliner Schloss lozierte Kunstkammer wie auch für das Museum für Naturkunde geleistet hat, indem seine Großsegler Meteor und Princess Louise von ihren Weltreisen jeweils reich beladen mit naturkundlichen und völkerkundlichen Exponaten zurückkamen, die durch Austausch oder Kauf oder auch als Geschenk erworben worden waren.
Das Jahr 1772
(2023)
Im Jahr 1772 beschäftigten drei Dinge, die lange Zeit ihre Bedeutung behalten sollten, den preußischen König Friedrich den Großen. Zunächst war dies die Adelsrepublik Polen. Polen beabsichtigte er zusammen mit der Zarin Katharina II. von Russland und Kaiserin Maria Theresia zu zerteilen. Dies geschah am 5. August des Jahres. Der geraubte Landgewinn führte bei Friedrich II. zu wirtschaftlichen Überlegungen. Mit und in den annektierten Gebieten wollte er den preußischen Handel intensivieren, zuvörderst den Salzhandel, und zwar am liebsten mit Spanien, einem Land, mit dem er schon seit geraumer Zeit versuchte, einen Handelsvertrag abzuschließen. Dazu gründete er u. a. die Preußische Seehandlungs-Gesellschaft, die, um sich zu behaupten, verschiedene weitreichende Privilegien erhielt. Ein schneller Erfolg der Bemühungen blieb jedoch aus. Trotz aller gewährten Privilegien florierten die Geschäfte der Seehandlungs-Gesellschaft in den ersten Jahren nach ihrer Gründung nicht in dem erhofften Maß. Zu Lebzeiten des Königs kam auch kein Handelsvertrag mit Spanien zustande. Bis die Seehandlung durch die Vorteile, die sie aus dem annektierten Polen ziehen konnte, profitierte, dauerte es noch einige Jahre.
Das Vorsorgeprinzip ist ein mittlerweile weit verbreiteter und etablierter Grundsatz des internationalen und europäischen Umweltrechts. Demnach sollen auch in Situationen wissenschaftlicher Unsicherheit präventive Maßnahmen ergriffen werden, um schwerwiegende Umweltschäden zu vermeiden. Dieser Beitrag untersucht die Rolle des Vorsorgeprinzips im Zusammenhang mit menschenrechtlichen Klimaklagen, die aufgrund langsamer politischer Fortschritte und erfolgreicher Gerichtsentscheidungen zunehmend an Popularität gewinnen.
Zunächst wird ein Überblick über die Entwicklung und den materiellen Gehalt des Vorsorgeprinzips im internationalen und europäischen Recht gegeben. Obwohl das Vorsorgeprinzip seit den 1980er Jahren ein fixer Bestandteil des internationalen Umweltrechts ist, bestehen über dessen genauen Inhalt und Rechtsnatur nach wie vor Kontroversen. Im Unionsrecht wurde das Vorsorgeprinzip insbesondere durch die Rechtsprechung des EuGH konkretisiert.
Im nächsten Teil des Beitrags wird beleuchtet, welche Bedeutung der EGMR dem Vorsorgeprinzip in umweltrechtlichen Fällen bisher zugemessen hat. Hierbei steht die Entscheidung Tǎtar gegen Rumänien im Mittelpunkt. Gegenstand dieser Entscheidung war der Goldabbau in der rumänischen Stadt Baia Mare, der unter anderem unter dem Einsatz von Natriumzyanid erfolgte und zu wesentlichen Schadstoffbelastungen führte. Der EGMR bejahte unter Verweis auf das Vorsorgeprinzip eine Verletzung von Art. 8 EMRK, obwohl der Beschwerdeführer die Kausalität zwischen der Schadstoffbelastung und der behaupteten Schädigung nicht nachweisen konnte. Eine Analyse der nachfolgenden Entscheidungen veranschaulicht jedoch, dass sich das Vorsorgeprinzip noch nicht als fixer Bestandteil in der Rechtsprechung des EGMR etablieren konnte.
Abschließend wird gezeigt, welchen Beitrag das Vorsorgeprinzip zu der bisher wohl erfolgreichsten Klimaklage „Urgenda“ leistete. Das Vorsorgeprinzip wurde vom niederländischen Höchstgericht in diesem Fall insbesondere herangezogen, um Schutzpflichten aus Art. 2 und Art. 8 EMRK abzuleiten und den staatlichen Ermessenspielraum einzuschränken.
Eine reflexive Haltung gegenüber der eigenen Lehrtätigkeit gilt als Schlüsselqualifikation in Bezug auf die Professionalisierung von Lehrer:innen in allen Didaktiken (GFD, 2004, S. 4). Das universitäre Seminarformat Lehr-Lern-Labor (LLLS) kann diese Haltung fördern (Rehfeldt et al., 2018). Das Lehrformat eignet sich außerdem zur Steigerung des Professionswissens und der unterrichtlichen Handlungsfähigkeit angehender Lehrer:innen (Rehfeldt et al., 2020; Brämer & Köster, 2021). Dieser Beitrag stellt, neben der grundsätzlichen Konzeption des Seminarformats, dessen Implementierung in vier verschiedenen Fachdidaktiken (Didaktiken des Englischen, der Geschichte, der Physik und Sachunterricht und seine Didaktik) vor. Ein Fokus liegt dabei auf der unterschiedlichen Umsetzung der Reflexionsphasen.
In the context of persistent images of self-perpetuated technologies, we discuss the interplay of digital technologies and organisational dynamics against the backdrop of systems theory. Building on the case of an international corporation that, during an agile reorganisation, introduced an AI-based personnel management platform, we show how technical systems produce a form of algorithmic contingency that subsequently leads to the emergence of formal and informal interaction systems. Using the concept of datafication, we explain how these interactions are barriers to the self-perpetuation of data-based decision-making, making it possible to take into consideration further decision factors and complementing the output of the platform. The research was carried out within the scope of the research project ‘Organisational Implications of Digitalisation: The Development of (Post-)Bureaucratic Organisational Structures in the Context of Digital Transformation’ funded by the German Research Foundation (DFG).
Defining the metaverse
(2023)
The term Metaverse is emerging as a result of the late push by multinational technology conglomerates and a recent surge of interest in Web 3.0, Blockchain, NFT, and Cryptocurrencies. From a scientific point of view, there is no definite consensus on what the Metaverse will be like. This paper collects, analyzes, and synthesizes scientific definitions and the accompanying major characteristics of the Metaverse using the methodology of a Systematic Literature Review (SLR). Two revised definitions for the Metaverse are presented, both condensing the key attributes, where the first one is rather simplistic holistic describing “a three-dimensional online environment in which users represented by avatars interact with each other in virtual spaces decoupled from the real physical world”. In contrast, the second definition is specified in a more detailed manner in the paper and further discussed. These comprehensive definitions offer specialized and general scholars an application within and beyond the scientific context of the system science, information system science, computer science, and business informatics, by also introducing open research challenges. Furthermore, an outlook on the social, economic, and technical implications is given, and the preconditions that are necessary for a successful implementation are discussed.