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Genome-scale metabolic models are mathematical representations of all known reactions occurring in a cell. Combined with constraints based on physiological measurements, these models have been used to accurately predict metabolic fluxes and effects of perturbations (e.g. knock-outs) and to inform metabolic engineering strategies. Recently, protein-constrained models have been shown to increase predictive potential (especially in overflow metabolism), while alleviating the need for measurement of nutrient uptake rates. The resulting modelling frameworks quantify the upkeep cost of a certain metabolic flux as the minimum amount of enzyme required for catalysis. These improvements are based on the use of in vitro turnover numbers or in vivo apparent catalytic rates of enzymes for model parameterization. In this thesis several tools for the estimation and refinement of these parameters based on in vivo proteomics data of Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, and Chlamydomonas reinhardtii have been developed and applied. The difference between in vitro and in vivo catalytic rate measures for the three microorganisms was systematically analyzed. The results for the facultatively heterotrophic microalga C. reinhardtii considerably expanded the apparent catalytic rate estimates for photosynthetic organisms. Our general finding pointed at a global reduction of enzyme efficiency in heterotrophy compared to other growth scenarios. Independent of the modelled organism, in vivo estimates were shown to improve accuracy of predictions of protein abundances compared to in vitro values for turnover numbers. To further improve the protein abundance predictions, machine learning models were trained that integrate features derived from protein-constrained modelling and codon usage. Combining the two types of features outperformed single feature models and yielded good prediction results without relying on experimental transcriptomic data. The presented work reports valuable advances in the prediction of enzyme allocation in unseen scenarios using protein constrained metabolic models. It marks the first successful application of this modelling framework in the biotechnological important taxon of green microalgae, substantially increasing our knowledge of the enzyme catalytic landscape of phototrophic microorganisms.
Floods continue to be the leading cause of economic damages and fatalities among natural disasters worldwide. As future climate and exposure changes are projected to intensify these damages, the need for more accurate and scalable flood risk models is rising. Over the past decade, macro-scale flood risk models have evolved from initial proof-of-concepts to indispensable tools for decision-making at global-, nationaland, increasingly, the local-level. This progress has been propelled by the advent of high-performance computing and the availability of global, space-based datasets. However, despite such advancements, these models are rarely validated and consistently fall short of the accuracy achieved by high-resolution local models. While capabilities have improved, significant gaps persist in understanding the behaviours of such macro-scale models, particularly their tendency to overestimate risk. This dissertation aims to address such gaps by examining the scale transfers inherent in the construction and application of coarse macroscale models. To achieve this, four studies are presented that, collectively, address exposure, hazard, and vulnerability components of risk affected by upscaling or downscaling.
The first study focuses on a type of downscaling where coarse flood hazard inundation grids are enhanced to a finer resolution. While such inundation downscaling has been employed in numerous global model chains, ours is the first study to focus specifically on this component, providing an evaluation of the state of the art and a novel algorithm. Findings demonstrate that our novel algorithm is eight times faster than existing methods, offers a slight improvement in accuracy, and generates more physically coherent flood maps in hydraulically challenging regions. When applied to a case study, the algorithm generated a 4m resolution inundation map from 30m hydrodynamic model outputs in 33 s, a 60-fold improvement in runtime with a 25% increase in RMSE compared with direct hydrodynamic modelling. All evaluated downscaling algorithms yielded better accuracy than the coarse hydrodynamic model when compared to observations, demonstrating similar limits of coarse hydrodynamic models reported by others. The substitution of downscaling into flood risk model chains, in place of high-resolution modelling, can drastically improve the lead time of impactbased forecasts and the efficiency of hazard map production. With downscaling, local regions could obtain high resolution local inundation maps by post-processing a global model without the need for expensive modelling or expertise.
The second study focuses on hazard aggregation and its implications for exposure, investigating implicit aggregations commonly used to intersect hazard grids with coarse exposure models. This research introduces a novel spatial classification framework to understand the effects of rescaling flood hazard grids to a coarser resolution. The study derives closed-form analytical solutions for the location and direction of bias from flood grid aggregation, showing that bias will always be present in regions near the edge of inundation. For example, inundation area will be positively biased when water depth grids are aggregated, while volume will be negatively biased when water elevation grids are aggregated. Extending the analysis to effects of hazard aggregation on building exposure, this study shows that exposure in regions at the edge of inundation are an order of magnitude more sensitive to aggregation errors than hazard alone. Among the two aggregation routines considered, averaging water surface elevation grids better preserved flood depths at buildings than averaging of water depth grids. The study provides the first mathematical proof and generalizeable treatment of flood hazard grid aggregation, demonstrating important mechanisms to help flood risk modellers understand and control model behaviour.
The final two studies focus on the aggregation of vulnerability models or flood damage functions, investigating the practice of applying per-asset functions to aggregate exposure models. Both studies extend Jensen’s inequality, a well-known 1906 mathematical proof, to demonstrate how the aggregation of flood damage functions leads to bias. Applying Jensen’s proof in this new context, results show that typically concave flood damage functions will introduce a positive bias (overestimation) when aggregated. This behaviour was further investigated with a simulation experiment including 2 million buildings in Germany, four global flood hazard simulations and three aggregation scenarios. The results show that positive aggregation bias is not distributed evenly in space, meaning some regions identified as “hot spots of risk” in assessments may in fact just be hot spots of aggregation bias. This study provides the first application of Jensen’s inequality to explain the overestimates reported elsewhere and advice for modellers to minimize such artifacts.
In total, this dissertation investigates the complex ways aggregation and disaggregation influence the behaviour of risk models, focusing on the scale-transfers underpinning macro-scale flood risk assessments. Extending a key finding of the flood hazard literature to the broader context of flood risk, this dissertation concludes that all else equal, coarse models overestimate risk. This dissertation goes beyond previous studies by providing mathematical proofs for how and where such bias emerges in aggregation routines, offering a mechanistic explanation for coarse model overestimates. It shows that this bias is spatially heterogeneous, necessitating a deep understanding of how rescaling may bias models to effectively reduce or communicate uncertainties. Further, the dissertation offers specific recommendations to help modellers minimize scale transfers in problematic regions. In conclusion, I argue that such aggregation errors are epistemic, stemming from choices in model structure, and therefore hold greater potential and impetus for study and mitigation. This deeper understanding of uncertainties is essential for improving macro-scale flood risk models and their effectiveness in equitable, holistic, and sustainable flood management.
Jews and Muslims have lived in the territory of modern-day Austria for centuries untold, yet often continue to be construed as the essential “other.” This essay explores a selection of sometimes divergent, sometimes convergent historical experiences amongst these two broad population groups, focusing specifically on demographic diversity, community-building, discrimination and persecution, and the post-war situation. The ultimate aim is to illuminate paradigmatically through the Austrian case study the complex multicultural mosaic of historical Central Europe, the understanding of which, so our contention, sheds a critical light on the often divisive present-day debates concerning immigration and diversity in Austria and Central Europe more broadly. It furthermore opens up a hitherto understudied field of historical research, namely the entangled history of Jews and Muslims in modern Europe.
The Jewish museums established in the fin-de-siècle Habsburg Empire postulated the unity of “the Jewish people,” with custodians constructing an “us” (Jews) in distinction to the “other” (non-Jews). In the difference-oriented frenzy of the time, Jewish identity was predominantly presented as Central European, enlightened, not overly religious, and middle-class. Then, when the Viennese Jewish Museum opened its doors in 1895, the painters Isidor Kaufmann and David Kohn created an installation called “Die Gute Stube” (The Parlor). This exhibit housed books, furniture, as well as decorative and ritual objects of the kind that were thought to be found in typical Eastern European Jewish households. However, as this article argues, this attempted visualization of the essence of Judaism and the range of Jewish life worlds promoted a paradigmatic stereotype with which Jewish museums would have to struggle for decades to come.
Even though Salonican Jews are not typically associated with the Habsburg Empire, some of them, nonetheless, lived there. This paper aims to examine the formation of these Salonican Jews’ (self-)identification by studying their social interactions with the local Viennese population such as the Viennese Sephardi or the Greek-Orthodox communities. The change of the milieu within which they found themselves subsequently impacted their self-perception. Thus, the issue of the surrounding environment and their relations with other groups became central to their self-understanding, as will be demonstrated. By examining different aspects, like migration patterns, financial decisions and family ties, one can understand how their intersection influenced Salonica Jews’ self-identification, which, at the same time, shaped and was shaped by the surrounding milieu. Within this framework, these people perceived themselves and were perceived as Salonican, Sephardi, Jewish, and as subjects of the Emperor.
“Domestic Foreigners”
(2024)
This paper examines the relationship between the Sephardic Jewish community of Vienna and the Ottoman and Habsburg Empires in the latter half of the 19th century. The community’s legal status was transformed following the emancipation of Austrian Jews, but very few first-hand accounts of these changes exist today. The primary sources analyzed in this paper are Judezmo-language newspapers published in Vienna at that time. The paper emphasizes the historical and political contexts surrounding these sources, particularly the community’s close ties to the Ottoman and Habsburg regimes.
Shared Spaces
(2024)
Galicia was home to the largest Jewish population of the Cisleithanian part of the Habsburg Empire. After the Josephinian “German-Jewish schools” had closed already in 1806, educational patterns differed from those in Moravia and Bohemia, where Jewish children received a secular education in a more consistent “Jewish” space. In Galicia in the constitutional era (post-1867), however, with mandatory education enforced, public schools became a shared space in which Jews and (Catholic) Christians functioned together. In Galicia, most Jewish children received public education but usually constituted a religious minority in the student body. The article analyzes how the school space, calendar, and routines were adjusted to accommodate the multi-religious character of the student body.
The article analyzes the interdependences between the history of the Habsburg Empire and the names of its Jewish inhabitants. Until today, these names tell stories about this close relationship and they are an everlasting symbol of this era. By focusing on names, this paper shows how state policies towards Jews shifted over time, and how the perspective on names and name regulations can be a tool to connect and investigate both Habsburg and Jewish studies.
This article aims to demonstrate the exceptional potential of Habsburg military records for the study of Jewish history during Europe’s Age of Revolution. We begin with the random discovery of six Jewish veterans of Freikorps Grün Loudon – a unit of mercenary freebooters – which fought for the Habsburgs during the first war against the French Republic (1792 – 97). A careful re-reading of the available archival evidence reveals that these men were the survivors of a much larger group numbering at least two dozen Jewish soldiers. While Jewish conscripts had been drafted into the Habsburg army since 1788, the fact that Jews could also serve – even volunteer – as professional soldiers in that period is completely new to us. When considered together, the personal circumstances and service experiences of the Jewish soldiers of Freikorps Grün Loudon enable us to make several observations about their motivation as well as their position vis-à-vis their non-Jewish comrades.
This article brings two seemingly disconnected historiographic models of periodization into conversation: Habsburg studies and Habsburg Jewish studies. It argues for an expansion of the temporal frameworks of both fields to highlight historical continuities connecting the Holy Roman and Habsburg Empire at least from a structural perspective. These historical continuums are a useful analytical lens when applied to marginalized groups, like early modern Jews, in tandem with a central group of contemporary powerholders, such as the Habsburg nobility. Using Bohemia as a case study, this essay juxtaposes questions of transregional transfer of cultural, economic, and social capital with the challenges of Jewish marginalization and discrimination to highlight the changing yet interconnected imperial landscapes.
During the last decades, therapeutical proteins have risen to great significance in the pharmaceutical industry. As non-human proteins that are introduced into the human body cause a distinct immune system reaction that triggers their rapid clearance, most newly approved protein pharmaceuticals are shielded by modification with synthetic polymers to significantly improve their blood circulation time. All such clinically approved protein-polymer conjugates contain polyethylene glycol (PEG) and its conjugation is denoted as PEGylation. However, many patients develop anti-PEG antibodies which cause a rapid clearance of PEGylated molecules upon repeated administration. Therefore, the search for alternative polymers that can replace PEG in therapeutic applications has become important. In addition, although the blood circulation time is significantly prolonged, the therapeutic activity of some conjugates is decreased compared to the unmodified protein. The reason is that these conjugates are formed by the traditional conjugation method that addresses the protein's lysine side chains. As proteins have many solvent exposed lysines, this results in a somewhat uncontrolled attachment of polymer chains, leading to a mixture of regioisomers, with some of them eventually affecting the therapeutic performance.
This thesis investigates a novel method for ligating macromolecules in a site-specific manner, using enzymatic catalysis. Sortase A is used as the enzyme: It is a well-studied transpeptidase which is able to catalyze the intermolecular ligation of two peptides. This process is commonly referred to as sortase-mediated ligation (SML). SML constitutes an equilibrium reaction, which limits product yield. Two previously reported methods to overcome this major limitation were tested with polymers without using an excessive amount of one reactant.
Specific C- or N-terminal peptide sequences (recognition sequence and nucleophile) as part of the protein are required for SML. The complementary peptide was located at the polymer chain end. Grafting-to was used to avoid damaging the protein during polymerization. To be able to investigate all possible combinations (protein-recognition sequence and nucleophile-protein as well as polymer-recognition sequence and nucleophile-polymer) all necessary building blocks were synthesized. Polymerization via reversible deactivation radical polymerization (RDRP) was used to achieve a narrow molecular weight distribution of the polymers, which is required for therapeutic use.
The synthesis of the polymeric building blocks was started by synthesizing the peptide via automated solid-phase peptide synthesis (SPPS) to avoid post-polymerization attachment and to enable easy adaptation of changes in the peptide sequence. To account for the different functionalities (free N- or C-terminus) required for SML, different linker molecules between resin and peptide were used.
To facilitate purification, the chain transfer agent (CTA) for reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization was coupled to the resin-immobilized recognition sequence peptide. The acrylamide and acrylate-based monomers used in this thesis were chosen for their potential to replace PEG.
Following that, surface-initiated (SI) ATRP and RAFT polymerization were attempted, but failed. As a result, the newly developed method of xanthate-supported photo-iniferter (XPI) RAFT polymerization in solution was used successfully to obtain a library of various peptide-polymer conjugates with different chain lengths and narrow molar mass distributions.
After peptide side chain deprotection, these constructs were used first to ligate two polymers via SML, which was successful but revealed a limit in polymer chain length (max. 100 repeat units). When utilizing equimolar amounts of reactants, the use of Ni2+ ions in combination with a histidine after the recognition sequence to remove the cleaved peptide from the equilibrium maximized product formation with conversions of up to 70 %.
Finally, a model protein and a nanobody with promising properties for therapeutical use were biotechnologically modified to contain the peptide sequences required for SML. Using the model protein for C- or N-terminal SML with various polymers did not result in protein-polymer conjugates. The reason is most likely the lack of accessibility of the protein termini to the enzyme. Using the nanobody for C-terminal SML, on the other hand, was successful. However, a similar polymer chain length limit was observed as in polymer-polymer SML. Furthermore, in case of the synthesis of protein-polymer conjugates, it was more effective to shift the SML equilibrium by using an excess of polymer than by employing the Ni2+ ion strategy.
Overall, the experimental data from this work provides a good foundation for future research in this promising field; however, more research is required to fully understand the potential and limitations of using SML for protein-polymer synthesis. In future, the method explored in this dissertation could prove to be a very versatile pathway to obtain therapeutic protein-polymer conjugates that exhibit high activities and long blood circulation times.
Zum dreißigjährigen Bestehen des Kommunalwissenschaftlichen Instituts an der Universität Potsdam vereint dieser Jubiläumsband kurze Aufsätze von ehemaligen und aktuellen Vorstandsmitgliedern, von Ehrenmitgliedern des Vorstands, langjährigen wissenschaftlichen Mitarbeitern des Instituts und aktuellen wissenschaftlichen Kooperationspartnern. Die insgesamt zwölf Beiträge befassen sich mit den Kommunalwissenschaften und der Geschichte des Kommunalwissenschaftlichen Instituts, mit aktuellen kommunalwissenschaftlichen Fragestellungen und wissenschaftlichen Kooperationen des KWI. Der vom KWI-Vorstand herausgegebene Band soll einen breiten Blick auf 30 Jahre Kommunalwissenschaften in Brandenburg und an der Universität Potsdam werfen und einen Ausblick auf zukünftige kommunalwissenschaftliche Forschung geben.
In this essay I argue that while research in Jewish studies over the last several decades has done much to erode the historical narrative of Jewish/non-Jewish separation and detachment, it has also raised various questions pertaining to the outcome of Jewish/non-Jewish interactions and coexistence as well as the contours of Jewish difference. I contend that employing the concepts of conviviality, ethnic/religious/national indifference, and similarity will greatly facilitate answering these questions.
Habsburg Central Europe
(2024)
Central Europe is characterized by linguistic and cultural density as well as by endogenous and exogenous cultural influences. These constellations were especially visible in the former Habsburg Empire, where they influenced the formation of individual and collective identities. This led not only to continual crises and conflicts, but also to an equally enormous creative potential as became apparent in the culture of the fin-de-siècle.
Arctic climate change is marked by intensified warming compared to global trends and a significant reduction in Arctic sea ice which can intricately influence mid-latitude atmospheric circulation through tropo- and stratospheric pathways. Achieving accurate simulations of current and future climate demands a realistic representation of Arctic climate processes in numerical climate models, which remains challenging.
Model deficiencies in replicating observed Arctic climate processes often arise due to inadequacies in representing turbulent boundary layer interactions that determine the interactions between the atmosphere, sea ice, and ocean. Many current climate models rely on parameterizations developed for mid-latitude conditions to handle Arctic turbulent boundary layer processes.
This thesis focuses on modified representation of the Arctic atmospheric processes and understanding their resulting impact on large-scale mid-latitude atmospheric circulation within climate models. The improved turbulence parameterizations, recently developed based on Arctic measurements, were implemented in the global atmospheric circulation model ECHAM6. This involved modifying the stability functions over sea ice and ocean for stable stratification and changing the roughness length over sea ice for all stratification conditions. Comprehensive analyses are conducted to assess the impacts of these modifications on ECHAM6's simulations of the Arctic boundary layer, overall atmospheric circulation, and the dynamical pathways between the Arctic and mid-latitudes.
Through a step-wise implementation of the mentioned parameterizations into ECHAM6, a series of sensitivity experiments revealed that the combined impacts of the reduced roughness length and the modified stability functions are non-linear. Nevertheless, it is evident that both modifications consistently lead to a general decrease in the heat transfer coefficient, being in close agreement with the observations.
Additionally, compared to the reference observations, the ECHAM6 model falls short in accurately representing unstable and strongly stable conditions.
The less frequent occurrence of strong stability restricts the influence of the modified stability functions by reducing the affected sample size. However, when focusing solely on the specific instances of a strongly stable atmosphere, the sensible heat flux approaches near-zero values, which is in line with the observations. Models employing commonly used surface turbulence parameterizations were shown to have difficulties replicating the near-zero sensible heat flux in strongly stable stratification.
I also found that these limited changes in surface layer turbulence parameterizations have a statistically significant impact on the temperature and wind patterns across multiple pressure levels, including the stratosphere, in both the Arctic and mid-latitudes. These significant signals vary in strength, extent, and direction depending on the specific month or year, indicating a strong reliance on the background state.
Furthermore, this research investigates how the modified surface turbulence parameterizations may influence the response of both stratospheric and tropospheric circulation to Arctic sea ice loss.
The most suitable parameterizations for accurately representing Arctic boundary layer turbulence were identified from the sensitivity experiments. Subsequently, the model's response to sea ice loss is evaluated through extended ECHAM6 simulations with different prescribed sea ice conditions.
The simulation with adjusted surface turbulence parameterizations better reproduced the observed Arctic tropospheric warming in vertical extent, demonstrating improved alignment with the reanalysis data. Additionally, unlike the control experiments, this simulation successfully reproduced specific circulation patterns linked to the stratospheric pathway for Arctic-mid-latitude linkages. Specifically, an increased occurrence of the Scandinavian-Ural blocking regime (negative phase of the North Atlantic Oscillation) in early (late) winter is observed. Overall, it can be inferred that improving turbulence parameterizations at the surface layer can improve the ECHAM6's response to sea ice loss.
We analyze how conventional emissions trading schemes (ETS) can be modified by introducing “clean-up certificates” to allow for a phase of net-negative emissions. Clean-up certificates bundle the permission to emit CO2 with the obligation for its removal. We show that demand for such certificates is determined by cost-saving technological progress, the discount rate and the length of the compliance period. Introducing extra clean-up certificates into an existing ETS reduces near-term carbon prices and mitigation efforts. In contrast, substituting ETS allowances with clean-up certificates reduces cumulative emissions without depressing carbon prices or mitigation in the near term. We calibrate our model to the EU ETS and identify reforms where simultaneously (i) ambition levels rise, (ii) climate damages fall, (iii) revenues from carbon prices rise and (iv) carbon prices and aggregate mitigation cost fall. For reducing climate damages, roughly half of the issued clean-up certificates should replace conventional ETS allowances. In the context of the EU ETS, a European Carbon Central Bank could manage the implementation of cleanup certificates and could serve as an enforcement mechanism.
Improving permafrost dynamics in land surface models: insights from dual sensitivity experiments
(2024)
The thawing of permafrost and the subsequent release of greenhouse gases constitute one of the most significant and uncertain positive feedback loops in the context of climate change, making predictions regarding changes in permafrost coverage of paramount importance. To address these critical questions, climate scientists have developed Land Surface Models (LSMs) that encompass a multitude of physical soil processes. This thesis is committed to advancing our understanding and refining precise representations of permafrost dynamics within LSMs, with a specific focus on the accurate modeling of heat fluxes, an essential component for simulating permafrost physics.
The first research question overviews fundamental model prerequisites for the representation of permafrost soils within land surface modeling. It includes a first-of-its-kind comparison between LSMs in CMIP6 to reveal their differences and shortcomings in key permafrost physics parameters. Overall, each of these LSMs represents a unique approach to simulating soil processes and their interactions with the climate system. Choosing the most appropriate model for a particular application depends on factors such as the spatial and temporal scale of the simulation, the specific research question, and available computational resources.
The second research question evaluates the performance of the state-of-the-art Community Land Model (CLM5) in simulating Arctic permafrost regions. Our approach overcomes traditional evaluation limitations by individually addressing depth, seasonality, and regional variations, providing a comprehensive assessment of permafrost and soil temperature dynamics. I compare CLM5's results with three extensive datasets: (1) soil temperatures from 295 borehole stations, (2) active layer thickness (ALT) data from the Circumpolar Active Layer Monitoring Network (CALM), and (3) soil temperatures, ALT, and permafrost extent from the ESA Climate Change Initiative (ESA-CCI). The results show that CLM5 aligns well with ESA-CCI and CALM for permafrost extent and ALT but reveals a significant global cold temperature bias, notably over Siberia. These results echo a persistent challenge identified in numerous studies: the existence of a systematic 'cold bias' in soil temperature over permafrost regions. To address this challenge, the following research questions propose dual sensitivity experiments.
The third research question represents the first study to apply a Plant Functional Type (PFT)-based approach to derive soil texture and soil organic matter (SOM), departing from the conventional use of coarse-resolution global data in LSMs. This novel method results in a more uniform distribution of soil organic matter density (OMD) across the domain, characterized by reduced OMD values in most regions. However, changes in soil texture exhibit a more intricate spatial pattern. Comparing the results to observations reveals a significant reduction in the cold bias observed in the control run. This method shows noticeable improvements in permafrost extent, but at the cost of an overestimation in ALT. These findings emphasize the model's high sensitivity to variations in soil texture and SOM content, highlighting the crucial role of soil composition in governing heat transfer processes and shaping the seasonal variation of soil temperatures in permafrost regions.
Expanding upon a site experiment conducted in Trail Valley Creek by \citet{dutch_impact_2022}, the fourth research question extends the application of the snow scheme proposed by \citet{sturm_thermal_1997} to cover the entire Arctic domain. By employing a snow scheme better suited to the snow density profile observed over permafrost regions, this thesis seeks to assess its influence on simulated soil temperatures. Comparing this method to observational datasets reveals a significant reduction in the cold bias that was present in the control run. In most regions, the Sturm run exhibits a substantial decrease in the cold bias. However, there is a distinctive overshoot with a warm bias observed in mountainous areas. The Sturm experiment effectively addressed the overestimation of permafrost extent in the control run, albeit resulting in a substantial reduction in permafrost extent over mountainous areas. ALT results remain relatively consistent compared to the control run. These outcomes align with our initial hypothesis, which anticipated that the reduced snow insulation in the Sturm run would lead to higher winter soil temperatures and a more accurate representation of permafrost physics.
In summary, this thesis demonstrates significant advancements in understanding permafrost dynamics and its integration into LSMs. It has meticulously unraveled the intricacies involved in the interplay between heat transfer, soil properties, and snow dynamics in permafrost regions. These insights offer novel perspectives on model representation and performance.
Das Forschungsprojekt „Workflow-Management-Systeme für Open-Access-Hochschulverlage (OA-WFMS)” ist eine Kooperation zwischen der HTWK Leipzig und der Universität Potsdam. Ziel ist es, die Bedarfe von Universitäts- und Hochschulverlagen und Anforderungen an ein Workflow-Management-Systeme (WFMS) zu analysieren, um daraus ein generisches Lastenheft zu erstellen. Das WFMS soll den Publikationsprozess in OA-Verlagen erleichtern, beschleunigen sowie die Verbreitung von Open Access und das nachhaltige, digitale wissenschaftliche Publizieren fördern.
Das Projekt baut auf den Ergebnissen der Projekte „Open-Access-Hochschulverlag (OA-HVerlag)“ und „Open-Access-Strukturierte-Kommunikation (OA-STRUKTKOMM)“ auf. Der diesem Bericht zugrunde liegende Auftaktworkshop fand 2024 in Leipzig mit Vertreter:innen von zehn Institutionen statt. Der Workshop diente dazu, Herausforderungen und Anforderungen an ein WFMS zu ermitteln sowie bestehende Lösungsansätze und Tools zu diskutieren.
Im Workshop wurden folgende Fragen behandelt:
a. Wie kann die Organisation und Überwachung von Publikationsprozessen in wissenschaftlichen Verlagen durch ein WFMS effizient gestaltet werden?
b. Welche Anforderungen muss ein WFMS erfüllen, um Publikationsprozesse optimal zu unterstützen?
c. Welche Schnittstellen müssen berücksichtigt werden, um die Interoperabilität der Systeme zu garantieren?
d. Welche bestehenden Lösungsansätze und Tools sind bereits im Einsatz und welche Vor- und Nachteile haben diese?
Der Workshop gliederte sich in zwei Teile : Teil 1 behandelte Herausforderungen und Anforderungen (Fragen a. bis c.), Teil 2 bestehende Lösungen und Tools (Frage d.). Die Ergebnisse des Workshops fließen in die Bedarfsanalyse des Forschungsprojekts ein.
Die im Bericht dokumentierten Ergebnisse zeigen die Vielzahl der Herausforderungen der bestehenden Ansätze bezüglich des OA-Publikationsmanagements . Die Herausforderungen zeigen sich insbesondere bei der Systemheterogenität, den individuellen Anpassungsbedarfen und der Notwendigkeit der systematischen Dokumentation. Die eingesetzten Unterstützungssysteme und Tools wie Dateiablagen, Projektmanagement- und Kommunikationstools können insgesamt den Anforderungen nicht genügen, für Teillösungen sind sie jedoch nutzbar. Deshalb muss die Integration bestehender Systeme in ein zu entwickelndes OA-WFMS in Betracht gezogen und die Interoperabilität der miteinander interagierenden Systeme gewährleistet werden. Die Beteiligten des Workshops waren sich einig, dass das OA-WFMS flexibel und modular aufgebaut werden soll. Einer konsortialen Softwareentwicklung und einem gemeinsamen Betrieb im Verbund wurde der Vorrang gegeben.
Der Workshop lieferte wertvolle Einblicke in die Arbeit der Hochschulverlage und bildet somit eine solide Grundlage für die in Folge zu erarbeitende weitere Bedarfsanalyse und die Erstellung des generischen Lastenheftes.
We study the effect of energy and transport policies on pollution in two developing country cities. We use a quantitative equilibrium model with choice of housing, energy use, residential location, transport mode, and energy technology. Pollution comes from commuting and residential energy use. The model parameters are calibrated to replicate key variables for two developing country cities, Maputo, Mozambique, and Yogyakarta, Indonesia. In the counterfactual simulations, we study how various transport and energy policies affect equilibrium pollution. Policies may be induce rebound effects from increasing residential energy use or switching to high emission modes or locations. In general, these rebound effects tend to be largest for subsidies to public transport or modern residential energy technology.
We examine how the gender of business-owners is related to the wages paid to female relative to male employees working in their firms. Using Finnish register data and employing firm fixed effects, we find that the gender pay gap is – starting from a gender pay gap of 11 to 12 percent - two to three percentage-points lower for hourly wages in female-owned firms than in male-owned firms. Results are robust to how the wage is measured, as well as to various further robustness checks. More importantly, we find substantial differences between industries. While, for instance, in the manufacturing sector, the gender of the owner plays no role for the gender pay gap, in several service sector industries, like ICT or business services, no or a negligible gender pay gap can be found, but only when firms are led by female business owners. Businesses in male ownership maintain a gender pay gap of around 10 percent also in the latter industries. With increasing firm size, the influence of the gender of the owner, however, fades. In large firms, it seems that others – firm managers – determine wages and no differences in the pay gap are observed between male- and female-owned firms.
The Arctic is the hot spot of the ongoing, global climate change. Over the last decades, near-surface temperatures in the Arctic have been rising almost four times faster than on global average. This amplified warming of the Arctic and the associated rapid changes of its environment are largely influenced by interactions between individual components of the Arctic climate system. On daily to weekly time scales, storms can have major impacts on the Arctic sea-ice cover and are thus an important part of these interactions within the Arctic climate. The sea-ice impacts of storms are related to high wind speeds, which enhance the drift and deformation of sea ice, as well as to changes in the surface energy budget in association with air mass advection, which impact the seasonal sea-ice growth and melt.
The occurrence of storms in the Arctic is typically associated with the passage of transient cyclones. Even though the above described mechanisms how storms/cyclones impact the Arctic sea ice are in principal known, there is a lack of statistical quantification of these effects. In accordance with that, the overarching objective of this thesis is to statistically quantify cyclone impacts on sea-ice concentration (SIC) in the Atlantic Arctic Ocean over the last four decades. In order to further advance the understanding of the related mechanisms, an additional objective is to separate dynamic and thermodynamic cyclone impacts on sea ice and assess their relative importance. Finally, this thesis aims to quantify recent changes in cyclone impacts on SIC. These research objectives are tackled utilizing various data sets, including atmospheric and oceanic reanalysis data as well as a coupled model simulation and a cyclone tracking algorithm.
Results from this thesis demonstrate that cyclones are significantly impacting SIC in the Atlantic Arctic Ocean from autumn to spring, while there are mostly no significant impacts in summer. The strength and the sign (SIC decreasing or SIC increasing) of the cyclone impacts strongly depends on the considered daily time scale and the region of the Atlantic Arctic Ocean. Specifically, an initial decrease in SIC (day -3 to day 0 relative to the cyclone) is found in the Greenland, Barents and Kara Seas, while SIC increases following cyclones (day 0 to day 5 relative to the cyclone) are mostly limited to the Barents and Kara Seas.
For the cold season, this results in a pronounced regional difference between overall (day -3 to day 5 relative to the cyclone) SIC-decreasing cyclone impacts in the Greenland Sea and overall SIC-increasing cyclone impacts in the Barents and Kara Seas. A cyclone case study based on a coupled model simulation indicates that both dynamic and thermodynamic mechanisms contribute to cyclone impacts on sea ice in winter. A typical pattern consisting of an initial dominance of dynamic sea-ice changes followed by enhanced thermodynamic ice growth after the cyclone passage was found. This enhanced ice growth after the cyclone passage most likely also explains the (statistical) overall SIC-increasing effects of cyclones in the Barents and Kara Seas in the cold season.
Significant changes in cyclone impacts on SIC over the last four decades have emerged throughout the year. These recent changes are strongly varying from region to region and month to month. The strongest trends in cyclone impacts on SIC are found in autumn in the Barents and Kara Seas. Here, the magnitude of destructive cyclone impacts on SIC has approximately doubled over the last four decades. The SIC-increasing effects following the cyclone passage have particularly weakened in the Barents Sea in autumn. As a consequence, previously existing overall SIC-increasing cyclone impacts in this region in autumn have recently disappeared. Generally, results from this thesis show that changes in the state of the sea-ice cover (decrease in mean sea-ice concentration and thickness) and near-surface air temperature are most important for changed cyclone impacts on SIC, while changes in cyclone properties (i.e. intensity) do not play a significant role.
Aging is associated with bone loss, which can lead to osteoporosis and high fracture risk. This coincides with the enhanced formation of bone marrow adipose tissue (BMAT), suggesting a negative effect of bone marrow adipocytes on skeletal health. Increased BMAT formation is also observed in pathologies such as obesity, type 2 diabetes and osteoporosis. However, a subset of bone marrow adipocytes forming the constitutive BMAT (cBMAT), arise early in life in the distal skeleton, contain high levels of unsaturated fatty acids and are thought to provide a physiological function. Regulated BMAT (rBMAT) forms during aging and obesity in proximal regions of the bone and contain a large proportion of saturated fatty acids. Paradoxically, BMAT accumulation is also enhanced during caloric restriction (CR), a life-span extending dietary intervention. This indicates, that different types of BMAT can form in response to opposing nutritional stimuli with potentially different functions.
To this end, two types of nutritional interventions, CR and high fat diet (HFD), that are both described to induce BMAT accumulation were carried out. CR markedly increased BMAT formation in the proximal tibia and led to a higher proportion of unsaturated fatty acids, making it similar to the physiological cBMAT. Additionally, proximal and diaphyseal tibia regions displayed higher adiponectin expression. In aged mice, CR was associated with an improved trabecular bone structure. Taken together, these findings demonstrate, that the type of BMAT that forms during CR might provide beneficial effects for local bone stem/progenitor cells and metabolic health. The HFD intervention performed in this thesis showed no effect on BMAT accumulation and bone microstructure. RNA Seq analysis revealed alterations in the composition of the collagen-containing extracellular matrix (ECM).
In order to investigate the effects of glucose homeostasis on osteogenesis, differentiation capacity of immortalized multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) and osteochondrogenic progenitor cells (OPCs) was analyzed. Insulin improved differentiation in both cell types, however, combination of with a high glucose concentration led to an impaired mineralization of the ECM. In the MSCs, this was accompanied by the formation of adipocytes, indicating negative effects of the adipocytes formed during hyperglycemic conditions on mineralization processes. However, the altered mineralization pattern and structure of the ECM was also observed in OPCs, which did not form any adipocytes, suggesting further negative effects of a hyperglycemic environment on osteogenic differentiation.
In summary, the work provided in this thesis demonstrated that differentiation commitment of bone-resident stem cells can be altered through nutrient availability, specifically glucose. Surprisingly, both high nutrient supply, e.g. the hyperglycemic cell culture conditions, and low nutrient supply, e.g. CR, can induce adipogenic differentiation. However, while CR-induced adipocyte formation was associated with improved trabecular bone structure, adipocyte formation in a hyperglycemic cell-culture environment hampered mineralization. This thesis provides further evidence for the existence of different types of BMAT with specific functions.
Moss-microbe associations are often characterised by syntrophic interactions between the microorganisms and their hosts, but the structure of the microbial consortia and their role in peatland development remain unknown.
In order to study microbial communities of dominant peatland mosses, Sphagnum and brown mosses, and the respective environmental drivers, four study sites representing different successional stages of natural northern peatlands were chosen on a large geographical scale: two brown moss-dominated, circumneutral peatlands from the Arctic and two Sphagnum-dominated, acidic peat bogs from subarctic and temperate zones.
The family Acetobacteraceae represented the dominant bacterial taxon of Sphagnum mosses from various geographical origins and displayed an integral part of the moss core community. This core community was shared among all investigated bryophytes and consisted of few but highly abundant prokaryotes, of which many appear as endophytes of Sphagnum mosses. Moreover, brown mosses and Sphagnum mosses represent habitats for archaea which were not studied in association with peatland mosses so far. Euryarchaeota that are capable of methane production (methanogens) displayed the majority of the moss-associated archaeal communities. Moss-associated methanogenesis was detected for the first time, but it was mostly negligible under laboratory conditions. Contrarily, substantial moss-associated methane oxidation was measured on both, brown mosses and Sphagnum mosses, supporting that methanotrophic bacteria as part of the moss microbiome may contribute to the reduction of methane emissions from pristine and rewetted peatlands of the northern hemisphere.
Among the investigated abiotic and biotic environmental parameters, the peatland type and the host moss taxon were identified to have a major impact on the structure of moss-associated bacterial communities, contrarily to archaeal communities whose structures were similar among the investigated bryophytes. For the first time it was shown that different bog development stages harbour distinct bacterial communities, while at the same time a small core community is shared among all investigated bryophytes independent of geography and peatland type.
The present thesis displays the first large-scale, systematic assessment of bacterial and archaeal communities associated both with brown mosses and Sphagnum mosses. It suggests that some host-specific moss taxa have the potential to play a key role in host moss establishment and peatland development.
Schulpraktische Phasen stellen eine bedeutende praxisnahe Lerngelegenheit im Lehramtsstudium dar, da sie Raum für umfangreiche Reflexionen der eigenen Lernerfahrung bieten. Das im Studium erworbene theoretisch-formale Wissen steht hierbei dem praktischen Wissen und Können gegenüber. Mit der professionellen Entwicklung im Referendariat, besonders im Kompetenzbereich des Unterrichtens, kann geschlussfolgert werden, dass sich eine Reflexion über eher fachliche Aspekte unter den Studierenden im Referendariat auf eine Reflexion über eher überfachliche und pädagogische Aspekte weitet. Infolge der Analyse von N = 55 schriftlichen Fremdreflexionen von angehenden Physiklehrkräften aus Studium und Referendariat konnte diese Hypothese für den Bereich der Unterrichtsanalyse und -reflexion unterstützt werden. Weiter wurde aus der Videovignette ein Workshopangebot für Lehrkräfte der zweiten und dritten Phase der Lehrkräftebildung entwickelt, erprobt und evaluiert.
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.
Inwiefern begünstigt die Fähigkeit zur Fremdreflexion die Selbstreflexionsfähigkeit? Welche Rolle spielen affektiv-motivationale Dispositionen der Reflektierenden? Praxisveranstaltungen wird in der Lehrkräftebildung eine bedeutende Rolle zugeschrieben. Eine mögliche Ausgestaltung sind Lehr-Lern-Labore mit iterativen Ansätzen. Studierende führen dabei an mehreren Durchführungstagen in zeitlichem Abstand außerschulischen Unterricht mit kleineren Schüler:innengruppen durch. Zwischen den einzelnen Erprobungen finden Überarbeitungen der verwendeten Materialien und Erklärungen statt. Ergebnisse aus der Forschung erlauben die Interpretation, dass für die Professionalisierung von Lehrpersonen die Qualität der ablaufenden Reflexionsprozesse bedeutsam ist. Die geplante Studie im Rahmen des Lehr-Lern-Labor-Seminars Physik an der Universität Würzburg möchte mögliche Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen Ansätzen der Qualitätsbestimmung genauer beleuchten. Begleitend zum Lehr-Lern-Labor-Seminar mit Phasen intensiver Selbstreflexion werden die Entwicklung von Fremd- und Selbstreflexionsfähigkeit sowie die Reflexionsbereitschaft bei Studierenden erhoben und Zusammenhänge zwischen diesen untersucht.
Der allgegenwärtige Lehrkräftemangel führt deutschlandweit dazu, dass Stellen unbesetzt bleiben und zunehmend angehende Lehrkräfte neben ihrem Studium als Vertretungslehrkräfte (VLK) an Schulen tätig werden. Ziel des geplanten Projekts SuPPort ist es deshalb, die häufig als „unbegleitete Schulpraxiserfahrungen“ bezeichneten Vertretungslehrkrafttätigkeiten der Studierenden für die Professionalisierung der angehenden Lehrkräfte zu nutzen und langfristig die Unterrichtsqualität auch im Vertretungsunterricht zu sichern. Im Projekt wird der Professionalisierungsprozess der VLK mithilfe mehrerer digital vernetzter Angebote, die kurz-, mittel- und langfristig angelegt sind, unterstützt und begleitet. Die Unterstützungsmaßnahmen werden zielgruppenorientiert entwickelt und im Hinblick auf die Qualität für die Professionalisierung im Design-Based-Research-Ansatz in enger Verzahnung mit der Schulpraxis evaluiert und angepasst. Dabei werden insbesondere die Professionalisierungsprozesse in Bezug auf Reflexionskompetenz und Unterrichtsqualität – sowie die Studienmotivation und -zufriedenheit von Lehramtsstudierenden im Kontext unbegleiteter Praxiserfahrungen ausgewertet.
Der Berufsbildungsbericht (BMBF, 2022) verweist darauf, dass inzwischen eine Viertelmillion junger Menschen im spezifischen Ausbildungssegment „Übergangssektor“ münden. Dazu zählen berufsorientierende (Aus-)Bildungsangebote, die u. a. das Nachholen eines allgemeinbildenden Schulabschlusses ermöglichen, jedoch zu keinem anerkannten Ausbildungsabschluss führen. Hierbei handelt es sich längst nicht mehr um einen institutionell gesonderten Bereich der beruflichen Bildung, sondern i. d. R. um einen schulorganisatorisch eigenständigen Bereich. Es gehört somit zum beruflichen Alltag von Lehrkräften der Beruflichen Bildung, in unterschiedlichen (Aus-)Bildungsgängen zu unterrichten. Diese Zielgruppe wird jedoch in der Lehrer:innenbildung kaum berücksichtigt und somit haben auch die Studierenden diese kaum im Blick. Das wirft die Frage auf, wie angehende Lehrkräfte für die besondere Zielgruppe der benachteiligten Jugendlichen in der beruflichen Bildung und die damit verbundenen Anforderungen an eine adressatengerechte Didaktik sensibilisiert werden können ? Der Beitrag stellt sowohl den Aufbau des Seminarkonzepts sowie ausgewählte Ergebnisse der seminarbegleitenden Forschung vor.
Im Rahmen des Projekts „Schnittstellen gestalten“ der Qualitätsoffensive Lehrerbildung von Bund und Ländern wurde an der Universität Bremen im Fach Biologie ein Aufgabenkonzept zur Reflexionsförderung bestehend aus Seminaraufgaben und Unterstützungstools (Prompts) entwickelt und im Wintersemester 2017/2018 eingesetzt. Die Zielsetzung des Aufgabenkonzepts war zum einen, den systematischen Aufbau von biologiedidaktischem Theoriewissen zur Unterrichtsplanung, welches die Grundlage für das Reflektieren fachbezogener Frage- und Problemstellungen in der selbst erlebten Praxis bildet, anzuregen. Zum anderen sollen die Studierenden durch den Einsatz von Prompts gezielt in reflexiven Handlungen unterstützt werden. Die Wirksamkeit des Aufgabenkonzepts wurde anhand der Reflexionsperformanz erhoben (n = 25) und durch Erkenntnisse einer Interviewstudie erweitert. Die nachfolgend vorgestellten Ergebnisse lassen auf ein tragfähiges Aufgabenkonzept schließen. Dieses zeigt insgesamt, wie Anforderungen an das Reflektieren, wie z. B. die Verknüpfung von Theorie und Praxis, hochschuldidaktisch umsetzbar gemacht werden können und erweitert somit das Spektrum diskutierter Förderansätze im Bereich der Reflexionsförderung.
Praxiserfahrungen sind im Studium effektiv, wenn sie auf Grundlage von fundiertem Professionswissen gemacht, zugleich reflektiert und mit bereits vorhandenem Wissen verknüpft werden. Dabei sind insbesondere fachspezifische Qualitätsmerkmale zu reflektieren. Die Vielschichtigkeit von Unterricht stellt für (angehende) Lehrkräfte eine Herausforderung dar. Daher ist ein klar strukturierter, in der Komplexität reduzierter Rahmen förderlich. Diesen Rahmen bieten Beobachtungs- und Reflexionshilfen, welche die individuelle Unterrichtswahrnehmung (Noticing) strukturieren. Hierfür wurde eine digitale Unterstützung entwickelt (BeoReflekt), welche die Beobachtungen von Unterricht auf Grundlage der aus der Unterrichtsqualitätsforschung abgeleiteten generischen und fachspezifischen Dimensionen strukturiert. Nach der Unterrichtsbeobachtung kann das Tool BeoReflekt die Ergebnisse individuell oder gruppenübergreifend durch graphische Repräsentationen visualisieren. Dadurch können subjektive und kulturell beeinflusste Unterrichtswahrnehmungen sichtbar gemacht und reflektiert werden. Die Befragung von Nutzer:innen zeigt, ergänzend zur Analyse der Entwicklung der Reflexionsperformanz, eine positive Einschätzung der Nützlichkeit des Tools für die Beobachtung und Reflexion von Unterricht.
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.
Um universitär vermittelte Inhalte (Theorie) und praktische Anforderungen in der Berufsschule (doppelte Praxis – Unterricht und Beruf) sowie den Einfluss gesellschaftsrelevanter Themen (Nachhaltigkeit und Digitalisierung) kohärent in der Lehrkräftebildung zu verknüpfen, sind innovative Ansätze nötig. Die Kooperationslabore (Ko-Labs) der Technischen Universität Berlin bedienen dieses Anliegen für den Bereich der Aufgabengestaltung. Teil dieses Ansatzes ist eine Checkliste, die es Dozierenden und zukünftigen Lehrkräften ermöglicht, relevante Punkte bei der Gestaltung von Unterrichtsaufgaben adäquat zu berücksichtigen. In diesem Beitrag wird als fachdidaktisches Instrument die Checkliste vorgestellt sowie deren Einsatz in der universitären Lehre nach dem ALACT-Modell reflektiert.
Im Beitrag wird das Lehrkonzept Reflexives Schreiben zur Förderung der Reflexionskompetenz dargestellt, das für die erste Phase der Lehrkräfteausbildung in der Fachdidaktik Deutsch entwickelt und umgesetzt wurde. Reflexives Schreiben wird hier als Schreiben aufgefasst, das sich auf das schreibende Subjekt zurückbezieht und eine Reflexion über sich selbst als Subjekt im Bildungskontext des Fachpraktikums intendiert. Die theoretische Grundlage für das Lehrkonzept bilden schreibwissenschaftliche Ansätze, die das Schreiben in seiner epistemisch-heuristischen Funktion als Denk-/Lernmedium zum Zwecke der Wissenserweiterung auffassen. Zentrale Bedeutung kommt Schreibarrangements zu, die einen situations- und subjektnahen Zugang zu den Gegenständen der Reflexion, d. i. zu Handeln und Affekten der Lehramtsstudierenden im Fachpraktikum, schaffen und mit subjektiven, (auto-)biografischen und kreativen Schreibformen der Herausforderung begegnen, sich selbst als Praktikant:in zu thematisieren. Die Schreibarrangements erweisen sich insofern als reflexionsfördernd, als sie Nähe zu eigenen Erlebnissen und Erfahrungen schaffen und zugleich kritische Distanz zu sich selbst ermöglichen.
Die Potenziale von standardisierten Testverfahren wie VERA werden von Lehrkräften nur selten im vollen Umfang ausgeschöpft. Vor diesem Hintergrund wurde gemeinsam mit dem Institut für Schulqualität Berlin-Brandenburg auf der Grundlage von realen VERA-Ergebnissen die „VERA-Box“ entwickelt. Die Lerngelegenheit soll Erwartungen und Werte von Lehrkräften im Umgang mit Ergebnissen standardisierter Testverfahren, deren Absicht, Unterricht zukünftig unter Bezug auf solche Testergebnisse zu entwickeln, sowie den differenziellen Nutzen dieser Rückmeldeinformationen stärken. Es wurde experimentell variiert, ob zusätzlich entweder die Aufforderung enthalten war, die Relevanz standardisierter Daten für die spätere Lehrtätigkeit zu reflektieren, oder sich mit negativen Argumentationen zu VERA auseinanderzusetzen. An drei Stichproben von insgesamt 763 Lehramtsstudierenden wurde die „VERA-Box“ über drei Semester erprobt und die Wirksamkeit evaluiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Intention, VERA-Rückmeldungen für die eigene Unterrichtsentwicklung zu nutzen, vom ersten zum zweiten Messzeitpunkt in allen Kohorten signifikant gestärkt wurde.
Für die berufliche Lehrkräftebildung werden reflexive Ansätze benötigt, um den Herausforderungen der digitalen Transformation der Berufs- und Arbeitswelt proaktiv zu begegnen. Um hier einen Beitrag zu leisten, erarbeitet das Projekt Teach@TUM4.0 innovative Lehrkonzepte zur Reflexion dieser Veränderungen. Reflexion wird verstanden als strukturiertes Analysieren, das sich auf Kenntnisse, Denken und Handeln auswirken sollte. Die Reflexion erfolgt entlang der Kategorien eines vorstrukturierenden heuristischen Bezugsrahmens. Angesichts des umwälzenden Charakters der digitalen Transformation findet Reflexion auf drei Ebenen statt: methodisch geleitet auf Ebene des Forschungsteams, institutionen- und phasenübergreifend mit Stakeholdern der beruflichen Lehrkräftebildung sowie mit Studierenden in der interdisziplinär angelegten Lehre. Mit den im Projekt entwickelten reflexiven Ansätzen soll die Ausbildung handlungsfähiger Lehrkräfte für die digitale Transformation der Berufs- und Arbeitswelt gesichert werden.
Sich mit dem eigenen Denken und Handeln reflexiv auseinanderzusetzen ist ein zentrales Element im Selbstreifungsprozess von Lehrkräften im Studium, über die Ausbildung bis hin zur Lehrer:innentätigkeit im Alltag. Der Workshop ermöglichte Zugänge zur selbstreflexiven Auseinandersetzung mit den eigenen Handlungsmustern mithilfe vom Autor (weiter)entwickelter Coachingtools, die im Rahmen der seminaristischen Lehrer:innenbildung in der zweiten Phase konzipiert und erprobt wurden.
Wie nicht zuletzt der pandemiebedingte Distanzunterricht deutlich gemacht hat, besteht ein Bedarf an der Förderung von Medienkompetenzen bei (angehenden) Lehrkräften. Diesbezügliche Lerngelegenheiten in der Lehrkräftebildung werden als essenziell angesehen, um eine lernförderliche Anwendung digitaler Medien im Unterricht zu erlernen und dahingehende didaktische Reflexionsprozesse anzustoßen. Hieran anknüpfend wird ein Projekt vorgestellt, in dem ein Selbstlernkurs für Lehramtsstudierende zur digital gestützten Gestaltung von interaktivem Lernmaterial entwickelt und eingesetzt wird. Eingebettet in die universitäre Lehre erhalten Lehramtsstudierende Lerngelegenheiten zum Einüben mediendidaktischer Kompetenzen, indem sie eigenständig Themen als digitale Lerneinheiten aufbereiten und dazu direktes Feedback bekommen. Ziel ist es, dass die Studierenden nicht nur in der technischen Aufbereitung von Lerninhalten unterstützt werden, sondern – verknüpft mit kognitionspsychologischen Lerntheorien und didaktischen Konzepten – interaktive Lernmaterialien derart reflektieren und digital-gestützt aufbereiten können, dass sie adaptiv, motivierend und lernunterstützend eingesetzt werden können.
Im BMBF-Projekt DigiLeG – digitale Lernumgebungen in der Grundschule des Zentrums für Lehrerbildung der Technischen Universität (TU) Chemnitz werden ausgehend von einem gemeinsamen Lehrkonzept in Veranstaltungen der beteiligten Fachdidaktiken gemeinsam mit Studierenden Lernumgebungen entwickelt und reflektiert, die digitale Medien lernförderlich in den Grundschulunterricht einbinden. Im folgenden Beitrag werden zunächst das Lehrkonzept und seine theoretischen Grundlagen vorgestellt. Anschließend wird die praktische Umsetzung am Beispiel der Fachdidaktik Philosophieren mit Kindern (PmK) veranschaulicht. Der Beitrag schließt mit einer Zusammenfassung der Erfahrungen in der Umsetzung des Lehrkonzepts.
Zur Reflexionsförderung wurde 2017/18 ein Aufgabenkonzept für Biologielehramtsstudierende an der Universität Bremen entwickelt, das gezielt im ersten fachdidaktischen Schulpraktikum eingesetzt wurde. Die ausgewerteten e-Portfolios zeigten, dass die studentischen Reflexionen die Dimensionen Theorieeinbezug, Perspektivenübernahme, Handlungsalternativen und Professionalisierung berücksichtigen, jedoch in den einzelnen Dimensionen nur durchschnittliche Ergebnisse in der Tiefe erzielt wurden. Deswegen wurde eine Intervention für die erste Phase der Lehrer:innenbildung entwickelt, die nach dem Design-Based Research-Ansatz (DBR) iterativ adaptiert wird und fremde Unterrichtsvideos einbindet. Ziel der Studie ist es, zu untersuchen, inwieweit die Intervention die fachdidaktische Reflexion in die Tiefe fördert. Als Datengrundlage wurden 28 Reflexionen inhaltsanalytisch ausgewertet. Erste Ergebnisse stellen dar, dass die Reflexionen hinsichtlich der Handlungsalternativen und der Professionalisierung von insgesamt vier Niveaustufen überwiegend die Niveaustufen 2 und 3 erreichen. Die Reflexionsdimensionen Theorieeinbezug und Perspektivenübernahme erfolgen hingegen auf Stufe 2, jedoch selten auf einer höheren Stufe. Die Ergebnisse werden hinsichtlich des weiteren Vorgehens diskutiert.
Die professionelle Entwicklung von Lehrkräften kann durch die Analyse von Unterrichtsvideos gefördert werden. Hierfür benötigte videobasierte Lehr-Lern-Gelegenheiten werden im FOCUS Videoportal der Freien Universität (https://tetfolio.fu-berlin.de/focus) Berlin bereitgestellt. In diesem Beitrag werden neue Lehr-Lern-Gelegenheiten der ersten und zweiten Phase der Lehrkräftebildung vorgestellt, die im Zuge der Weiterentwicklung des FOCUS Videoportals implementiert wurden. Für die erste Phase der Lehrkräftebildung werden Lehr-Lern-Gelegenheiten zu drei fachdidaktischen Schwerpunkten (Didaktik der Chemie, der Philosophie und Ethik sowie der Informatik) vorgestellt. Für die zweite Phase der Lehrkräftebildung wird ein neu entwickeltes Format (der Videozirkel) zur Reflexion eigener Unterrichtspraxis bei Lehramtsanwärter:innen präsentiert.
Reflexion – besser digital?
(2023)
Die Einführung des Praxissemesters in allen Lehramtsstudiengängen in NRW wurde mit der Forderung nach einer theoriegeleiteten Reflexion schulpraktischer Erfahrungen verbunden. Empirische Befunde deuten an, dass mithilfe videografierter Unterrichtsszenen eine Förderung der Reflexionskompetenz von Studierenden möglich ist. Vor diesem Hintergrund wurde im Wintersemester 2020 an der Universität Paderborn eine quasi-experimentelle Studie mit dem Ziel durchgeführt, die Entwicklung der Fähigkeit zur videobasierten Reflexion eigenen Unterrichtshandelns in realen Unterrichtssituationen im Kontrollgruppenvergleich zu untersuchen. Dabei reflektierte eine Versuchsgruppe Videovignetten des eigenen Unterrichts ohne weitere Hilfsmittel während eine andere Versuchsgruppe mithilfe einer digitalen Lernumgebung reflektierte, die die Möglichkeit zum Setzen von Sprungmarken, Annotationen und (kollaborativer) Kommentierung des Videos bot. Eine Kontrollgruppe reflektierte den eigenen Unterricht erinnerungs- und textbasiert. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Nutzung der digitalen Lernumgebung zu einer stärkeren Entwicklung der Reflexionskompetenz beitragen könnte.
Wahrnehmungsvignetten als Zugang zur „Reflexiven Professionalisierung“ in der Lehrkräftebildung
(2023)
Der Beitrag handelt von einer pädagogisch-phänomenologischen Zugangsweise mit Wahrnehmungsvignetten. Diese kleinen Texte beschreiben persönliche Erfahrungen in der pädagogischen Arbeit mit Kindern und Jugendlichen. In den Phasen des Reflexionsprozesses stellen wir die Bezüge zu professioneller inklusionssensibler Haltung her, geben Denkanstöße für inklusiv-partizipatives Handeln im Unterricht und in anderen pädagogischen Kontexten, verknüpfen diese Bezüge mit erlerntem Wissen, bspw. aus Seminaren zu kindlicher Entwicklung, kindlichem Lernen und diagnostischen Fragestellungen. Die Studierenden durchlaufen verschiedene Phasen der Reflexion mit unterschiedlichen Erkenntnisqualitäten, wie Erschließen oder Bewusstmachen des Inhalts bzw. der Aussage einer Wahrnehmungsvignette, Herstellen von Zusammenhängen und Bezügen zur Anthropologie und Entwicklungspsychologie, Begriffsbildung für eine pädagogische Professionalität sowie Erkennen der Angemessenheit räumlicher Strukturen und didaktischen Handelns durch Abgleich mit pädagogischen Fachkenntnissen. Die Reflexionsprozesse unterstützen die Ausbildung einer professionellen Haltung und pädagogische Handlungssensibilität.
Die Fähigkeit zur professionellen Unterrichtsreflexion ist eine Kernkompetenz von Lehrkräften, um den eigenen Unterricht weiterentwickeln zu können. Schon in der Lehramtsausbildung kann diese Kompetenz aufgebaut werden. Das transdisziplinäre Projekt FALKE-e hat das Ziel, die adaptive Erklärkompetenz von Lehramtsstudierenden in sechs unterschiedlichen Fächern zu messen und durch Reflexion videografierter Erkläreinheiten in fachdidaktischen Seminaren zu fördern. In Bezug auf das Reflektieren ergibt sich daraus die Fragestellung, inwiefern sich Zuwächse in der Reflexionskompetenz unterscheiden, wenn Studierende ihre eigenen videografierten Erklärungen (Selbstreflexion) oder die videografierten Erklärungen von Peers reflektieren (Fremdreflexion). In einer ersten Phase entwickeln Studierende in fachdidaktischen Seminaren Erkläreinheiten. Ein Teil der Studierenden (ca. 25 pro Fach) erprobt diese selbst in der Schule und wird dabei videografiert. Die übrigen Studierenden (ca. 25 pro Fach) beobachten die videografierten Erklärungen der anderen. Beide Gruppen reflektieren die Erklärungen und überarbeiten auf Basis der Reflexion die eigenen Erklärungen. Das Vorgehen wird anschließend in einer zweiten Phase von beiden Gruppen analog wiederholt.
Achtsames Erleben unterstützt die Reflexionsfähigkeit, wenn die Aufmerksamkeit entsprechend gelenkt und Raum und Zeit dafür zur Verfügung gestellt werden. Der Beitrag zeigt Achtsamkeit im Kontext der (beruflichen) Lehrkräftebildung als unterstützenden Faktor zur Entwicklung von Reflexionsfähigkeit. Insbesondere im Hinblick auf Selbstwahrnehmung und Beziehungsgestaltung bieten sich hier Potenziale, die der akademisch geprägten ersten Phase der Lehrkräftebildung noch immer weitgehend fremd geblieben sind. Es werden Einblicke in praktische Ansätze gegeben.
Förderung der professionellen Wahrnehmung von angehenden Mathematiklehrkräften durch Reflexion
(2023)
Sowohl Professionelle Wahrnehmung als auch Reflexionskompetenzen sind wichtige Voraussetzungen für die Professionalisierung von (angehenden) Mathematiklehrkräften. Bewährt hat sich zur Förderung der Einsatz von Videovignetten, wobei das Einnehmen einer interpretativen Grundhaltung Studierenden oft schwerfällt. Im vorgestellten Projekt sollen daher Lehramtsstudierende der Grundschule mithilfe von Videovignetten mit Reflexionsanlässen zur Perspektivenübernahme bei der Entwicklung ihrer professionellen Wahrnehmung mathematischer Denk- und Arbeitsprozesse von Kindern unterstützt werden. Methodologisch folgt das Projekt der fachdidaktischen Entwicklungsforschung. Dargestellt werden vier der zentralen Designprinzipien für die Konzeption einer entsprechenden Lernumgebung.
Eine beständige Weiterentwicklung der eigenen pädagogischen und fachdidaktischen Praxis stellt ein zentrales Leitbild für die Arbeit von Lehrkräften dar. Damit dieses Leitbild umgesetzt werden kann, wird angenommen, dass Lehrkräfte ihre eigene Praxis kontinuierlich reflektieren müssen. Reflektieren angehende Lehrkräfte im Kontext von Lehrveranstaltungen, hat dies einerseits Elemente einer Prüfungssituation und andererseits Elemente einer Erkenntnisgewinnungssituation. Für beide Situationen spielen Emotionen eine wichtige Rolle. So können sich beispielsweise negative und deaktivierende Emotionen hinderlich auf den (Lern-)Erfolg auswirken. Allerdings ist bislang wenig darüber bekannt, welche Emotionen beim Reflektieren von videobasierten Fallanalysen auftreten und inwieweit individualisiertes Feedback hier eine Rolle spielt. Es wird daher eine Untersuchung zu den Emotionen von N = 15 Lehramtsstudierenden der Physik zu mehreren Reflexionsanlässen vorgestellt. Hierbei wurde über verschiedene Reflexionsanlässe hinweg Feedback gegeben. Diskutiert werden Implikationen für die Gestaltung von Reflexionsanlässen in der Lehrkräftebildung sowie Perspektiven für zukünftige Forschung.
Im beruflichen Lehramt bilden sowohl der Mangel an Studierenden als auch hohe Abbruchquoten bzw. die Abwanderung in Unternehmen eine permanente Herausforderung, der im Rahmen des Projekts „FACE – Berufliches Lehramt“ (gefördert im Kontext der 3. Phase der Qualitätsoffensive Lehrerbildung) mit unterschiedlichen Maßnahmen begegnet werden soll. Die Entwicklungs- und Unterstützungsmaßnahmen im gewerblich-technischen Lehramt am Standort Freiburg fokussieren insbesondere die Aspekte Kohärenz und Professionsorientierung – zukünftig forciert durch studentische Reflexionsprozesse. Diese werden durch die Entwicklung eines Pilotstudiengangs ergänzt, welcher eine 52-wöchige betriebliche Praxis auf Facharbeiterebene (Facharbeiterbrief) in das Studium integriert. Darüber hinaus finden Facetten von Heterogenität/Inklusion und Deutsch als Zweitsprache/Deutsch als Fremdsprache (DaZ/DaF) als Querschnittskompetenzen Eingang in das Studium. Die in allen Bereichen erworbenen Handlungskompetenzen werden in den Schulpraxisphasen erprobt und anschließend kritisch-konstruktiv in Reflexionsseminaren aufgearbeitet. Im folgenden Beitrag soll kurz auf die Entstehung des Pilotstudiengangs unter reflexiven Aspekten eingegangen werden.
Obwohl der Reflexion von Unterricht eine zentrale Bedeutung für Lehrkräfte zukommt, ist die Reflexionsfähigkeit von Lehramtsstudierenden oftmals nur gering ausgeprägt und wird auch in Praxisphasen nicht automatisch weiterentwickelt. Es besteht also bereits im Studium ein Bedarf, die Studierenden bei der Entwicklung dieser Fähigkeit zu unterstützen. Hier soll die nachfolgend vorgestellte Lernumgebung ansetzen und eine systematische Erfassung, Rückmeldung und Förderung der Reflexionsfähigkeit ermöglichen. Die Lernumgebung ist für das Lehramtsstudium im Fach Physik entwickelt und besteht aus einem Diagnoseinstrument mit daran anschließendem Assessment-Feedback und Fördermaterial. Erste Untersuchungen zur Validität zeigen, dass die Studierenden während der Bearbeitung des Diagnoseinstruments inhaltlich relevante Überlegungen anstellen sowie das erhaltene Assessment-Feedback inhaltlich sinnvoll interpretieren und auch dem Fördermaterial einen Mehrwert für ihre Professionalisierung zusprechen.
Auf der Zeitachse von Zyklusmodellen des Unterrichts wird der Handlungsreflexion eine zentrale Bedeutung zugesprochen: Vor seiner Umsetzung im Unterricht soll das kommende Handeln zunächst in einer antizipierenden Reflexion gedanklich entworfen werden, um seine Erfolgswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Nach dem Unterricht soll es einer retrospektiven Reflexion unterzogen werden, in der die Handlungsumsetzung vor dem Hintergrund der Handlungsplanung evaluiert wird und Konsequenzen für künftige Handlungsplanungen gezogen werden. Trotz der Plausibilität dieses postulierten Zusammenhangs von antizipierender und retrospektiver Reflexion steht seine genauere empirische Untersuchung allerdings noch aus. In einer querschnittlichen Onlineerhebung werden diese beiden Reflexionsformen deshalb als generische Unterrichtsplanungsfähigkeit und Reflexionskompetenz spezifiziert, um ihren Zusammenhang mit Hilfe einer Stichprobe von angehenden Lehrkräften (N = 479) aus zwei Universitäten zu explorieren. Die gefundenen schwachen Zusammenhänge werden vor dem Hintergrund der Operationalisierungen und der Testmotivation der Teilnehmenden diskutiert.
In diesem Beitrag wird ein geplantes digitales Lehrkonzept für die universitäre Begleitung des Praxissemesters in den Fächern Biologie und Mathematik vorgestellt. Darin setzen sich Studierende im Praxissemester selbstständig fachspezifische Schwerpunkte für die Planung, Durchführung und Reflexion von Unterrichtsprojekten in der Schule. Optimalerweise ergibt sich aus den Unterrichtsprojekten auch eine fachbezogene Fragestellung, die von den Studierenden im Zuge Forschenden Lernens ergründet werden kann. Begleitet wird der gesamte Prozess durch systematisch angeleitete E-Peer-Assessments (E-PA). Dabei treten Studierende in Peers in den digitalen, schriftlichen Dialog über Unterricht und durchlaufen gemeinsam Reflexions- und Feedbackschleifen, welche durch die universitäre Seminarleitung instruiert werden.
Die Fachausbildung des Vorbereitungsdiensts im Land Brandenburg bietet Lehramtskandidat:innen (LAK) gemeinsame Fachgruppenarbeit, individuelle Fachkonsultationen sowie Hospitationen als unterstützende Angebote im Entwicklungsprozess. Um diesen Professionalisierungsprozess sichtbar zu machen und Zielperspektiven entwickeln und verfolgen zu können, wurden aus einem Spinnennetzdiagramm zwei Praxistools zur Reflexion und Diagnose entwickelt.
(1) Reflexionstool: Die Übertragung eines tabellarischen Kompetenzprofils (Arnold & Iffert nach MBJS [Ministerium für Bildung, Jugend und Sport des Landes Brandenburg], 2014) in das Spinnennetzdiagramm bietet den LAK niederschwellige Gelegenheit der kontinuierlichen, prozessbegleitenden Selbstreflexion. Die Selbstwahrnehmung von positiven Entwicklungen kann zur Stärkung der Selbstwirksamkeit führen, schafft gleichzeitig jedoch eine Bewusstmachung für einzelne Herausforderungen. Die Abbildung individueller Entwicklungsaufgaben und Professionalisierungsbedarfe ermöglicht eine bedarfsorientierte Gestaltung der Fachgruppenarbeit.
(2) Diagnosetool: Analog wird Fachausbilder:innen durch die Übertragung der Beobachtungskriterien des MBJS (2014) in das Diagramm eine übersichtliche Bestandsaufnahme einzelner Unterrichtssituationen zur Diagnose von Grundkoordinaten des Unterrichts transparent. Auf diese Weise können Fachausbilder:innen mögliche blinde Flecken identifizieren und Feedback zur Auswahl von Beobachtungskriterien geben. Darüber hinaus ergeben sich Aspekte zur Gestaltung von Fachkonsultationen sowie Diskussionsgrundlagen für Gruppenhospitationen.
Kumulativer Aufbau der Reflexionskompetenz in den schulpraktischen Phasen der Lehrkräftebildung
(2023)
Die Reflexionskompetenz wird als zentrale Bedingung zur Professionalisierung im Lehrberuf angesehen. Um diese im Verlauf der Lehrkräftebildung zu entwickeln, müssen Etappenziele beschrieben werden, die sowohl das Lehramtsstudium als auch den Vorbereitungsdienst in den Blick nehmen. Ausbildende beider Phasen der Lehrkräftebildung haben dazu ein Kompetenzraster erarbeitet. Dieses soll einen Beitrag dazu leisten, die Progression der Reflexionskompetenz anhand von Handlungsschritten zu beschreiben. Den Handlungsschritten werden dann wiederum Entwicklungsstufen für die jeweiligen Praxisphasen (Blockpraktikum A, Schulpraktische Übungen, Blockpraktikum B, 2. Phase Ende) zugeordnet, die den Ausprägungsgrad der Reflexionskompetenz darstellen.
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.
Seit 2016 wird ePortfolioarbeit an der Universität Vechta im Rahmen der vom BMBF geförderten Qualitätsoffensive Lehrerbildung (QLB) Projekte (BRIDGES I und II) mit einem eigens dafür entwickelten digitalen Tool konzeptioniert, implementiert und formativ evaluiert. Über entsprechende Aufgabenstellungen wird dabei studiumsbegleitend und insbesondere in Praxisphasen auf die Anregung von Reflexivität, die als grundlegende Schlüsselkompetenz pädagogischer Professionalität verstanden wird, fokussiert. Im Beitrag werden die Konzeptionierung und Implementierung digitaler Portfolioarbeit inkl. Anlassbeispielen zur Anregung von Reflexion in der Lehrkräftebildung vorgestellt. Zudem werden Chancen und Grenzen der Reflexionsanregung unter Zuhilfenahme eines digitalen Portfolios diskutiert. Dabei unterstützt auch die Betrachtung von Gelingensbedingungen für digitale Reflexionsanregung.
Im Rahmen der Förderung sozialer Teilhabe von Schüler:innen im Unterricht benötigen Lehrkräfte Reflexionskompetenzen, die es ihnen ermöglichen, mit den damit verbundenen Antinomien umzugehen. Davon ausgehend wird in diesem Beitrag ein Lehr-/Lernkonzept vorgestellt, welches auf die Förderung von Lehramtsstudierenden im Sinne einer reflexiven Inklusion abzielt. Der Fokus liegt auf dem Einsatz der Methode des Lauten Denkens, welches die Denk- und Problemlösungsprozesse der Studierenden beim Schauen von Unterrichtsvideos introspektiv erfasst. Das laut Gedachte wird anschließend für Metareflexionen genutzt. Inwiefern damit (fehlende) erfahrungsbasierte und wissenschaftliche Formen pädagogischen Wissens thematisiert und prozessbegleitend begegnet werden können, um eine Entwicklung von kritisch-reflexiven Kompetenzen zu fördern, wurde in einer Pilotphase im Rahmen eines Seminars erprobt. Ergänzend wurde die Anwendung des Lauten Denkens bei einzelnen Studierenden videographiert. Dazu werden erste Ergebnisse vorgestellt und ein Ausblick auf die weitere Nutzung und Erforschung der Methode für die Förderung von Reflexionsprozessen bei Lehramtsstudierenden im Seminarkontext gegeben.
Reflexion im Dialog
(2023)
Fast 40 Jahre nach dem Erscheinen von Donald Schöns Buch „The Reflective Practitioner: How Professionals Think In Action“ (1984) ist das Konzept der „reflexiven Kompetenz“ immer noch hochaktuell und wird daher in akademischen Kreisen weiterhin intensiv diskutiert. Der Artikel greift die Diskussionen zu diesem Thema im Bereich der Fremdsprachenlehrkräftebildung auf und unterstreicht sie mit Beispielen aus der universitären Aus- und Fortbildungspraxis für Deutsch als Fremd- und Zweitsprache in Brasilien und Deutschland. Auffällig ist dabei, dass es sowohl bei den Fragestellungen als auch bei den Maßnahmen und Instrumenten zahlreiche Überschneidungen gibt. Reflexion als Ziel in der Lehrkräftebildung kann somit als übergreifendes Thema wahrgenommen und weiterentwickelt werden.
Die Professionalisierung angehender Lehrer:innen für Fragen rund um sprachliche Bildung, Deutsch als Zweitsprache und Mehrsprachigkeit ist in den letzten Jahren verstärkt in den Blick der Praxis und Forschung der Lehrer:innenbildung gerückt. Während der Fachdiskurs im Hinblick auf die Konstrukte (Handlungs-)Kompetenz und Einstellungen bereits vorgeschritten ist, stellen die Modellierung und Erforschung des Konstrukts Reflexion im Fach Deutsch als Fremd- und Zweitsprache (DaF*Z) noch ein Desiderat dar. Im Beitrag wird die Fachspezifik der Reflexion als eines der Qualifizierungsziele der Ausbildung von Lehrer:innen für die sprachlich und kulturell heterogene Schülerschaft diskutiert und eine Modellierung vorgestellt.
Reflexion wird in diesem Artikel als Rückmeldung (Feedback) zu einem Sprachlernstand begriffen. Es soll anhand eines Fallbeispiels (IRF-Sequenz) aus dem Unterricht Deutsch als Zweitsprache (DaZ) der Frage nachgegangen werden, wie sich die Feedback-Interaktion gestaltet und inwiefern sich ihr Gelingen oder Misslingen erklären lässt. Dazu wird die evidenzbasierte Forschung zum effektiven Feedback nach Hattie (u. a. Hattie 2020; Hattie & Zierer 2020; Wisniewski & Zierer 2018) in die Analyse einbezogen. Zu wissen, welche Wirkung Feedbacks erzielen, hilft (angehenden) Lehrer:innen, das eigene Handeln zu reflektieren.
Sprache hat im Unterricht verschiedene Funktionen. Sie ist das Instrument zur Vermittlung von Lehrinhalten, das Medium im Unterrichtsgespräch und in Prüfungen. Sprache ist gleichzeitig auch ein Werkzeug des Denkens und damit des Lernens: beim Nachvollziehen von Prozessen, beim Aufbau innerer Vorstellungsbilder und bei der Verknüpfung von neuem Wissen mit altem. Das an der Universität Würzburg durchgeführte interdisziplinäre, praxisorientierte Projektseminar „Sprachsensibles Unterrichtsgeschehen gestalten“ sollte Studierende unter Bezugnahme auf linguistische Theorien zur Mehrsprachigkeitsforschung und Bildungssprache zu einer Reflexion über diese Herausforderungen anregen: Wie kann eine Förderung der (Bildungs-)Sprache und der emotional-sozialen Entwicklung (esE), die einander bedingen, gleichzeitig gelingen ? Um die Ergebnisse der Reflexionsprozesse in anwendbare Lehrkompetenz zu transferieren, entwickelten die Studierenden Materialien für sprachsensiblen Unterricht und esE-Förderung, die, ergänzt durch begründende Ausführungen, in Form eines Readers veröffentlicht werden. Im Folgenden wird das Lehrkonzept theoretisch hergeleitet, anschließend vorgestellt und sodann kritisch reflektiert.
Im Sinne einer „Meta-Reflexivität“ zielt dieser Beitrag darauf ab, den strukturtheoretischen und kompetenzorientierten Professionalisierungsansatz im Konstrukt der adaptiven Lehrkompetenz zusammenzuführen, was vor allem für inklusionsorientierte Ansätze vielversprechend erscheint: Anhand der Konstruktfacetten adaptiver diagnostischer, didaktischer sowie Sach- und Klassenführungskompetenz werden mögliche Herangehensweisen für eine inklusionsorientierte Lehrkräftebildung formuliert, die sowohl konkrete Kompetenzbereiche benennen als auch die Reflexion entsprechender Spannungsverhältnisse im strukturtheoretischen Sinne voraussetzen. So soll der Beitrag einen knappen theoretischen Aufriss zur Zusammenführung der unterschiedlichen Professionalisierungsansätze unter der Prämisse (mehr) Reflexion für (mehr) Inklusion leisten.
Der Auf- und Ausbau eines inklusiven Bildungssystems vor dem Hintergrund rascher und weitreichender gesellschaftlicher Veränderungen bringt für Lehrkräfte aller Schulformen vielfältige Aufgaben mit sich. Eine der entscheidenden Gelingensbedingungen für die Realisation inklusiver Bildung bildet dementsprechend die Professionalisierung von Lehrkräften. Reflexionskompetenz nimmt beim Auf- und Ausbau einer professionellen Handlungskompetenz von Lehrpersonen einen besonderen Stellenwert ein, allerdings reflektieren Lehramtsstudierende am Anfang ihres Studiums häufig noch auf eher niedrigem Niveau. Im Rahmen des fünfsemestrigen Zertifikatskurses „Handlungswissen Inklusion“ (HWI) an der Universität zu Köln erhalten BA-Studierende die Möglichkeit, ihr Lehramtsstudium inklusionsorientiert(er) auszurichten, um sich auf die anstehenden Herausforderungen in einer inklusiven Schule und Gesellschaft vorzubereiten und gleichzeitig die damit einhergehende domänenspezifische Reflexionskompetenz zu steigern.
Lehrkräfte fühlen sich nicht genug auf inklusiven Unterricht vorbereitet, wenngleich sie allen Schülerinnen und Schülern Zugänge zu Phänomenen, Konzepten, Arbeitsweisen usw. ermöglichen sollen. Im Projekt Nawi-In haben wir u. a. die Fragen adressiert, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika Lehramtsstudierende in ihren eigenen und fremden Unterrichtsvideos wahrnehmen und wie sich ihre Kompetenzen entwickeln. Die Reflexionen des Unterrichts fanden über drei Semester einschließlich der Praxisphase statt. In ausgewählten Videoszenen sollten die Studierenden inklusiv naturwissenschaftliche Charakteristika beschreiben und reflektieren. Ausgewertet wurden die autographierten und transkribierten Reflexionen mit dem KinU, welches systematisch die Charakteristika inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts abbildet. Zu Beginn haben die Studierenden eher allgemeinpädagogische Aspekte und die Lehrkräftepersönlichkeit wahrgenommen. Später haben sie den Fokus auf den Naturwissenschaftsunterricht und die Diversität der Klasse gesetzt. Insgesamt haben die Studierenden zunehmend mehr Charakteristika inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts identifiziert und Handlungsalternativen generiert.
The increasing number of known exoplanets raises questions about their demographics and the mechanisms that shape planets into how we observe them today. Young planets in close-in orbits are exposed to harsh environments due to the host star being magnetically highly active, which results in high X-ray and extreme UV fluxes impinging on the planet. Prolonged exposure to this intense photoionizing radiation can cause planetary atmospheres to heat up, expand and escape into space via a hydrodynamic escape process known as photoevaporation. For super-Earth and sub-Neptune-type planets, this can even lead to the complete erosion of their primordial gaseous atmospheres. A factor of interest for this particular mass-loss process is the activity evolution of the host star. Stellar rotation, which drives the dynamo and with it the magnetic activity of a star, changes significantly over the stellar lifetime. This strongly affects the amount of high-energy radiation received by a planet as stars age. At a young age, planets still host warm and extended envelopes, making them particularly susceptible to atmospheric evaporation. Especially in the first gigayear, when X-ray and UV levels can be 100 - 10,000 times higher than for the present-day sun, the characteristics of the host star and the detailed evolution of its high-energy emission are of importance.
In this thesis, I study the impact of stellar activity evolution on the high-energy-induced atmospheric mass loss of young exoplanets. The PLATYPOS code was developed as part of this thesis to calculate photoevaporative mass-loss rates over time. The code, which couples parameterized planetary mass-radius relations with an analytical hydrodynamic escape model, was used, together with Chandra and eROSITA X-ray observations, to investigate the future mass loss of the two young multiplanet systems V1298 Tau and K2-198. Further, in a numerical ensemble study, the effect of a realistic spread of activity tracks on the small-planet radius gap was investigated for the first time. The works in this thesis show that for individual systems, in particular if planetary masses are unconstrained, the difference between a young host star following a low-activity track vs. a high-activity one can have major implications: the exact shape of the activity evolution can determine whether a planet can hold on to some of its atmosphere, or completely loses its envelope, leaving only the bare rocky core behind. For an ensemble of simulated planets, an observationally-motivated distribution of activity tracks does not substantially change the final radius distribution at ages of several gigayears. My simulations indicate that the overall shape and slope of the resulting small-planet radius gap is not significantly affected by the spread in stellar activity tracks. However, it can account for a certain scattering or fuzziness observed in and around the radius gap of the observed exoplanet population.
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.
Organic-inorganic hybrids based on P3HT and mesoporous silicon for thermoelectric applications
(2024)
This thesis presents a comprehensive study on synthesis, structure and thermoelectric transport properties of organic-inorganic hybrids based on P3HT and porous silicon. The effect of embedding polymer in silicon pores on the electrical and thermal transport is studied. Morphological studies confirm successful polymer infiltration and diffusion doping with roughly 50% of the pore space occupied by conjugated polymer. Synchrotron diffraction experiments reveal no specific ordering of the polymer inside the pores. P3HT-pSi hybrids show improved electrical transport by five orders of magnitude compared to porous silicon and power factor values comparable or exceeding other P3HT-inorganic hybrids. The analysis suggests different transport mechanisms in both materials. In pSi, the transport mechanism relates to a Meyer-Neldel compansation rule. The analysis of hybrids' data using the power law in Kang-Snyder model suggests that a doped polymer mainly provides charge carriers to the pSi matrix, similar to the behavior of a doped semiconductor. Heavily suppressed thermal transport in porous silicon is treated with a modified Landauer/Lundstrom model and effective medium theories, which reveal that pSi agrees well with the Kirkpatrick model with a 68% percolation threshold. Thermal conductivities of hybrids show an increase compared to the empty pSi but the overall thermoelectric figure of merit ZT of P3HT-pSi hybrid exceeds both pSi and P3HT as well as bulk Si.
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.
The origin and structure of magnetic fields in the Galaxy are largely unknown. What is known is that they are essential for several astrophysical processes, in particular the propagation of cosmic rays. Our ability to describe the propagation of cosmic rays through the Galaxy is severely limited by the lack of observational data needed to probe the structure of the Galactic magnetic field on many different length scales. This is particularly true for modelling the propagation of cosmic rays into the Galactic halo, where our knowledge of the magnetic field is particularly poor.
In the last decade, observations of the Galactic halo in different frequency regimes have revealed the existence of out-of-plane bubble emission in the Galactic halo. In gamma rays these bubbles have been termed Fermi bubbles with a radial extent of ≈ 3 kpc and an azimuthal height of ≈ 6 kpc. The radio counterparts of the Fermi bubbles were seen by both the S-PASS telescopes and the Planck satellite, and showed a clear spatial overlap. The X-ray counterparts of the Fermi bubbles were named eROSITA bubbles after the eROSITA satellite, with a radial width of ≈ 7 kpc and an azimuthal height of ≈ 14 kpc. Taken together, these observations suggest the presence of large extended Galactic Halo Bubbles (GHB) and have stimulated interest in exploring the less explored Galactic halo.
In this thesis, a new toy model (GHB model) for the magnetic field and non-thermal electron distribution in the Galactic halo has been proposed. The new toy model has been used to produce polarised synchrotron emission sky maps. Chi-square analysis was used to compare the synthetic skymaps with the Planck 30 GHz polarised skymaps. The obtained constraints on the strength and azimuthal height were found to be in agreement with the S-PASS radio observations.
The upper, lower and best-fit values obtained from the above chi-squared analysis were used to generate three separate toy models. These three models were used to propagate ultra-high energy cosmic rays. This study was carried out for two potential sources, Centaurus A and NGC 253, to produce magnification maps and arrival direction skymaps. The simulated arrival direction skymaps were found to be consistent with the hotspots of Centaurus A and NGC 253 as seen in the observed arrival direction skymaps provided by the Pierre Auger Observatory (PAO).
The turbulent magnetic field component of the GHB model was also used to investigate the extragalactic dipole suppression seen by PAO. UHECRs with an extragalactic dipole were forward-tracked through the turbulent GHB model at different field strengths. The suppression in the dipole due to the varying diffusion coefficient from the simulations was noted. The results could also be compared with an analytical analogy of electrostatics. The simulations of the extragalactic dipole suppression were in agreement with similar studies carried out for galactic cosmic rays.
Arachidonsäurelipoxygenasen (ALOX-Isoformen) sind Lipid-peroxidierenden Enzyme, die bei der Zelldifferenzierung und bei der Pathogenese verschiedener Erkrankungen bedeutsam sind. Im menschlichen Genom gibt es sechs funktionelle ALOX-Gene, die als Einzelkopiegene vorliegen. Für jedes humane ALOX-Gen gibt es ein orthologes Mausgen. Obwohl sich die sechs humanen ALOX-Isoformen strukturell sehr ähnlich sind, unterscheiden sich ihre funktionellen Eigenschaften deutlich voneinander. In der vorliegenden Arbeit wurden vier unterschiedliche Fragestellungen zum Vorkommen, zur biologischen Rolle und zur Evolutionsabhängigkeit der enzymatischen Eigenschaften von Säugetier-ALOX-Isoformen untersucht:
1) Spitzhörnchen (Tupaiidae) sind evolutionär näher mit dem Menschen verwandt als Nagetiere und wurden deshalb als Alternativmodelle für die Untersuchung menschlicher Erkrankungen vorgeschlagen. In dieser Arbeit wurde erstmals der Arachidonsäurestoffwechsel von Spitzhörnchen untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass im Genom von Tupaia belangeri vier unterschiedliche ALOX15-Gene vorkommen und die Enzyme sich hinsichtlich ihrer katalytischen Eigenschaften ähneln. Diese genomische Vielfalt, die weder beim Menschen noch bei Mäusen vorhanden ist, erschwert die funktionellen Untersuchungen zur biologischen Rolle des ALOX15-Weges. Damit scheint Tupaia belangeri kein geeigneteres Tiermodel für die Untersuchung des ALOX15-Weges des Menschen zu sein.
2) Entsprechend der Evolutionshypothese können Säugetier-ALOX15-Orthologe in Arachidonsäure-12-lipoxygenierende- und Arachidonsäure-15-lipoxygenierende Enzyme eingeteilt werden. Dabei exprimieren Säugetierspezies, die einen höheren Evolutionsgrad als Gibbons aufweisen, Arachidonsäure-15-lipoxygenierende ALOX15-Orthologe, während evolutionär weniger weit entwickelte Säugetiere Arachidonsäure-12 lipoxygenierende Enzyme besitzen. In dieser Arbeit wurden elf neue ALOX15-Orthologe als rekombinante Proteine exprimiert und funktionell charakterisiert. Die erhaltenen Ergebnisse fügen sich widerspruchsfrei in die Evolutionshypothese ein und verbreitern deren experimentelle Basis. Die experimentellen Daten bestätigen auch das Triadenkonzept.
3) Da humane und murine ALOX15B-Orthologe unterschiedliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, können Ergebnisse aus murinen Krankheitsmodellen zur biologischen Rolle der ALOX15B nicht direkt auf den Menschen übertragen werden. Um die ALOX15B-Orthologen von Maus und Mensch funktionell einander anzugleichen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Knock-in Mäuse durch die In vivo Mutagenese mittels CRISPR/Cas9-Technik hergestellt. Diese exprimieren eine humanisierte Mutante (Doppelmutation von Tyrosin603Asparaginsäure+Histidin604Valin) der murinen Alox15b. Diese Mäuse waren lebens- und fortpflanzungsfähig, zeigten aber geschlechtsspezifische Unterschiede zu ausgekreuzten Wildtyp-Kontrolltieren im Rahmen ihre Individualentwicklung.
4) In vorhergehenden Untersuchungen zur Rolle der ALOX15B in Rahmen der Entzündungsreaktion wurde eine antiinflammatorische Wirkung des Enzyms postuliert. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob eine Humanisierung der murinen Alox15b die Entzündungsreaktion in zwei verschiedenen murinen Entzündungsmodellen beeinflusst. Eine Humanisierung der murinen Alox15b führte zu einer verstärkten Ausbildung von Entzündungssymptomen im induzierten Dextran-Natrium-Sulfat-Kolitismodell. Im Gegensatz dazu bewirkte die Humanisierung der Alox15b eine Abschwächung der Entzündungssymptome im Freund‘schen Adjuvans Pfotenödemmodell. Diese Daten deuten darauf hin, dass sich die Rolle der ALOX15B in verschiedenen Entzündungsmodellen unterscheidet.
El plateau Andino es el segundo plateau orogénico más grande del mundo y se ubica en los Andes Centrales, desarrollado en un sistema orogénico no colisional. Se extiende desde el sur del Perú (15°S), hasta el norte de Argentina y Chile (27°30´S). A partir de los 24°S y prologándose hacia el sur, el plateau Andino se denomina Puna y está caracterizado por un sistema de cuencas endorreicas y salares delimitados por cordones montañosos. Entre los 26° y 27°30´S, la Puna encuentra su límite austral en una zona de transición entre una zona de subducción normal y una zona de subducción plana o “flat slab” que se prolonga hasta los 33°S. Diversos estudios documentan la ocurrencia de un aumento del espesor cortical, y levantamiento episódico y diacrónico del relieve, alcanzando su configuración actual durante el Mioceno tardío. Posteriormente, el plateau habría experimentado un cambio en el estilo de deformación dominado por procesos extensionales evidenciado por fallas y terremotos de cinemática normal. Sin embargo, en el borde sur del plateau de la Puna y en las áreas delimitadas con el resto del orógeno, la variación del campo de esfuerzo no está del todo comprendida, reflejando una excelente oportunidad para evaluar cómo el campo de esfuerzo puede evolucionar durante el desarrollo del orógeno y cómo puede verse afectado por la presencia/ausencia de un plateau orogénico, así como también por la existencia de anisotropías estructurales propias de cada unidad morfotectónica.
Esta Tesis investiga la relación entre la deformación cortical somera y la evolución en tiempo y espacio del campo de esfuerzos en el sector sur del plateau Andino, durante el cenozoico tardío. Para realizar esta investigación, se utilizaron técnicas de obtención de edades radiométricas con el método Uranio-Plomo (U-Pb), análisis de fallas mesoscópicas para la obtención de tensores de esfuerzos y delimitación de la orientación de los ejes principales de esfuerzos, análisis de anisotropía de susceptibilidad magnética en rocas sedimentarias y volcanoclásticas para estimar direcciones de acortamiento o direcciones de transporte sedimentario, técnicas de modelado cinemático para llegar a una aproximación de las estructuras corticales profundas asociadas a la deformación allí registrada, y un análisis morfométrico para la identificación de indicadores geomorfológicos asociados a deformación producto de la actividad tectónica cuaternaria.
Combinando estos resultados con los antecedentes previamente documentados, el estudio revela una compleja variación del campo de esfuerzo caracterizado por cambios en la orientación y permutaciones verticales de los ejes principales de esfuerzos, durante cada régimen de deformación, durante los últimos ~24 Ma. La evolución del campo de esfuerzos puede ser asociada temporalmente a tres fases orogénicas involucradas con la evolución de los Andes Centrales en esta latitud: (1) una primera fase con un régimen de esfuerzos compresivos de acortamiento E-O documentado desde el Eoceno, Oligoceno tardío hasta el Mioceno medio en el área, coincide con la fase de construcción andina, engrosamiento y crecimiento de la corteza y levantamiento topográfico; (2) una segunda fase caracterizada por un régimen de esfuerzos de transcurrencia, a partir de los ~11 Ma en el borde occidental y compresión y transcurrencia a los~5 Ma en el borde oriental del plateau de la Puna, y un régimen de esfuerzo compresivos en Famatina y las Sierras Pampeanas interpretado como una transición entre la construcción orogénica del Neógeno y la máxima acumulación de deformación y el alzamiento topográfico del plateau de la Puna, y (3) una tercera fase donde el régimen se caracteriza por la transcurrencia en la Puna y en su borde occidental y en su borde oriental con las Sierras Pampeanas, después de ~5-4 Ma, interpretado como un régimen de esfuerzos controlados por el engrosamiento cortical desarrollado a lo largo del borde sur del plateau Altiplano/Puna, previo a un colapso orogénico. Los resultados dejan en evidencia que el borde del plateau experimentó el paso desde un régimen compresivo hacia uno transcurrente, que se diferencia de la extensión documentada hacia el norte en el plateau Andino para el mismo período. Cambios en los esfuerzos similares han sido documentado durante la construcción del plateau Tibetano, en donde un régimen de esfuerzo predominantemente compresivo cambió a un régimen de transcurrente cuando el plateau habría alcanzado la mitad de su elevación actual, y que posteriormente derivó en un régimen extensional, entre 14 y 4 Ma, cuando la altitud del plateau fue superior al 80% respecto a su actitud actual, lo que podría estar indicando que los regímenes transcurrentes representan etapas transicionales entre las zonas externas del plateau bajo compresión y las zonas internas, en las que los regímenes extensionales son más viables de ocurrir.
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.