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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.
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.
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.
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.
Large parts of the Earth’s interior are inaccessible to direct observation, yet global geodynamic processes are governed by the physical material properties under extreme pressure and temperature conditions. It is therefore essential to investigate the deep Earth’s physical properties through in-situ laboratory experiments. With this goal in mind, the optical properties of mantle minerals at high pressure offer a unique way to determine a variety of physical properties, in a straight-forward, reproducible, and time-effective manner, thus providing valuable insights into the physical processes of the deep Earth. This thesis focusses on the system Mg-Fe-O, specifically on the optical properties of periclase (MgO) and its iron-bearing variant ferropericlase ((Mg,Fe)O), forming a major planetary building block. The primary objective is to establish links between physical material properties and optical properties. In particular the spin transition in ferropericlase, the second-most abundant phase of the lower mantle, is known to change the physical material properties. Although the spin transition region likely extends down to the core-mantle boundary, the ef-fects of the mixed-spin state, where both high- and low-spin state are present, remains poorly constrained.
In the studies presented herein, we show how optical properties are linked to physical properties such as electrical conductivity, radiative thermal conductivity and viscosity. We also show how the optical properties reveal changes in the chemical bonding. Furthermore, we unveil how the chemical bonding, the optical and other physical properties are affected by the iron spin transition. We find opposing trends in the pres-sure dependence of the refractive index of MgO and (Mg,Fe)O. From 1 atm to ~140 GPa, the refractive index of MgO decreases by ~2.4% from 1.737 to 1.696 (±0.017). In contrast, the refractive index of (Mg0.87Fe0.13)O (Fp13) and (Mg0.76Fe0.24)O (Fp24) ferropericlase increases with pressure, likely because Fe Fe interactions between adjacent iron sites hinder a strong decrease of polarizability, as it is observed with increasing density in the case of pure MgO. An analysis of the index dispersion in MgO (decreasing by ~23% from 1 atm to ~103 GPa) reflects a widening of the band gap from ~7.4 eV at 1 atm to ~8.5 (±0.6) eV at ~103 GPa. The index dispersion (between 550 and 870 nm) of Fp13 reveals a decrease by a factor of ~3 over the spin transition range (~44–100 GPa). We show that the electrical band gap of ferropericlase significantly widens up to ~4.7 eV in the mixed spin region, equivalent to an increase by a factor of ~1.7. We propose that this is due to a lower electron mobility between adjacent Fe2+ sites of opposite spin, explaining the previously observed low electrical conductivity in the mixed spin region. From the study of absorbance spectra in Fp13, we show an increasing covalency of the Fe-O bond with pressure for high-spin ferropericlase, whereas in the low-spin state a trend to a more ionic nature of the Fe-O bond is observed, indicating a bond weakening effect of the spin transition. We found that the spin transition is ultimately caused by both an increase of the ligand field-splitting energy and a decreasing spin-pairing energy of high-spin Fe2+.
Leadership plays an important role for the efficient and fair solution of social dilemmas but the effectiveness of a leader can vary substantially. Two main factors of leadership impact are the ability to induce high contributions by all group members and the (expected) fair use of power. Participants in our experiment decide about contributions to a public good. After all contributions are made, the leader can choose how much of the joint earnings to assign to herself; the remainder is distributed equally among the followers. Using machine learning techniques, we study whether the content of initial open statements by the group members predicts their behavior as a leader and whether groups are able to identify such clues and endogenously appoint a “good” leader to solve the dilemma. We find that leaders who promise fairness are more likely to behave fairly, and that followers appoint as leaders those who write more explicitly about fairness and efficiency. However, in their contribution decision, followers focus on the leader’s first-move contribution and place less importance on the content of the leader’s statements.
Access to digital finance
(2024)
Financing entrepreneurship spurs innovation and economic growth. Digital financial platforms that crowdfund equity for entrepreneurs have emerged globally, yet they remain poorly understood. We model equity crowdfunding in terms of the relationship between the number of investors and the amount of money raised per pitch. We examine heterogeneity in the average amount raised per pitch that is associated with differences across three countries and seven platforms. Using a novel dataset of successful fundraising on the most prominent platforms in the UK, Germany, and the USA, we find the underlying relationship between the number of investors and the amount of money raised for entrepreneurs is loglinear, with a coefficient less than one and concave to the origin. We identify significant variation in the average amount invested in each pitch across countries and platforms. Our findings have implications for market actors as well as regulators who set competitive frameworks.
Die Begrenzung systemischer Risiken ist essentieller Bestandteil der neuen internationalen Finanzmarktordnung. Dabei galt es nicht nur die Verflechtung der Banken untereinander, sondern auch die Verbindung zwischen den Staatsfinanzen und der Solvenz der nationalen Bankensysteme (dem sog. Risikoverbund zwischen Staat und Banken) zu durchbrechen. Der Beitrag beleuchtet die Entwicklung der Forderungen gegenüber Staaten in den Bankbilanzen der Euroländer und des Eurosystems im Zeitverlauf sowie den daraus erwachsenden Risiken für die Finanzstabilität. Hierzu werden die Determinanten des Risikoverbunds theoretisch wie empirisch analysiert. Die fiskalische Kapazität der Eurostaaten wird anhand verschiedener Faktoren wie der Verschuldungsquote, dem Leistungsbilanzsaldo und der Kredit-BIP Lücke aufgezeigt; anschließend werden die Strukturen der Bankensysteme im Euroraum untersucht. Im Einzelnen werden die private und staatliche Gesamtverschuldung, die konsolidierte Bankenbilanzsumme und die darin enthaltenen Verbindlichkeiten sowie der Anteil des Bankensektors an der Bruttowertschöpfung in Relation zur Wirtschaftsleistung betrachtet. Außerdem finden NPE-Bestände in den Bankbilanzen sowie die Renditen der emittierten Staatsanleihen und damit in Verbindung stehenden CDS-Spreads Betrachtung. Zusätzlich werden die Konzentration, der Verschuldungsgrad, Liquiditätsziffern sowie länderspezifische Unterschiede in Art und Fristigkeit der Refinanzierung der Bankensektoren abgebildet. Auf Basis der empirischen Befunde werden im Hinblick auf die wechselseitigen Ansteckungseffekte zwischen Banken und Staaten Implikationen für die Finanzmarktregulierung diskutiert.
Earthquake modeling is the key to a profound understanding of a rupture. Its kinematics or dynamics are derived from advanced rupture models that allow, for example, to reconstruct the direction and velocity of the rupture front or the evolving slip distribution behind the rupture front. Such models are often parameterized by a lattice of interacting sub-faults with many degrees of freedom, where, for example, the time history of the slip and rake on each sub-fault are inverted. To avoid overfitting or other numerical instabilities during a finite-fault estimation, most models are stabilized by geometric rather than physical constraints such as smoothing.
As a basis for the inversion approach of this study, we build on a new pseudo-dynamic rupture model (PDR) with only a few free parameters and a simple geometry as a physics-based solution of an earthquake rupture. The PDR derives the instantaneous slip from a given stress drop on the fault plane, with boundary conditions on the developing crack surface guaranteed at all times via a boundary element approach. As a side product, the source time function on each point on the rupture plane is not constraint and develops by itself without additional parametrization. The code was made publicly available as part of the Pyrocko and Grond Python packages. The approach was compared with conventional modeling for different earthquakes. For example, for the Mw 7.1 2016 Kumamoto, Japan, earthquake, the effects of geometric changes in the rupture surface on the slip and slip rate distributions could be reproduced by simply projecting stress vectors. For the Mw 7.5 2018 Palu, Indonesia, strike-slip earthquake, we also modelled rupture propagation using the 2D Eikonal equation and assuming a linear relationship between rupture and shear wave velocity. This allowed us to give a deeper and faster propagating rupture front and the resulting upward refraction as a new possible explanation for the apparent supershear observed at the Earth's surface.
The thesis investigates three aspects of earthquake inversion using PDR: (1) to test whether implementing a simplified rupture model with few parameters into a probabilistic Bayesian scheme without constraining geometric parameters is feasible, and whether this leads to fast and robust results that can be used for subsequent fast information systems (e.g., ground motion predictions). (2) To investigate whether combining broadband and strong-motion seismic records together with near-field ground deformation data improves the reliability of estimated rupture models in a Bayesian inversion. (3) To investigate whether a complex rupture can be represented by the inversion of multiple PDR sources and for what type of earthquakes this is recommended.
I developed the PDR inversion approach and applied the joint data inversions to two seismic sequences in different tectonic settings. Using multiple frequency bands and a multiple source inversion approach, I captured the multi-modal behaviour of the Mw 8.2 2021 South Sandwich subduction earthquake with a large, curved and slow rupturing shallow earthquake bounded by two faster and deeper smaller events. I could cross-validate the results with other methods, i.e., P-wave energy back-projection, a clustering analysis of aftershocks and a simple tsunami forward model.
The joint analysis of ground deformation and seismic data within a multiple source inversion also shed light on an earthquake triplet, which occurred in July 2022 in SE Iran. From the inversion and aftershock relocalization, I found indications for a vertical separation between the shallower mainshocks within the sedimentary cover and deeper aftershocks at the sediment-basement interface. The vertical offset could be caused by the ductile response of the evident salt layer to stress perturbations from the mainshocks.
The applications highlight the versatility of the simple PDR in probabilistic seismic source inversion capturing features of rather different, complex earthquakes. Limitations, as the evident focus on the major slip patches of the rupture are discussed as well as differences to other finite fault modeling methods.
Properties of Arctic aerosol in the transition between Arctic haze to summer season derived by lidar
(2023)
During the Arctic haze period, the Arctic troposphere consists of larger, yet fewer, aerosol particles than during the summer (Tunved et al., 2013; Quinn et al., 2007). Interannual variability (Graßl and Ritter, 2019; Rinke et al., 2004), as well as unknown origins (Stock et al., 2014) and properties of aerosol complicate modeling these annual aerosol cycles. This thesis investigates the modification of the microphysical properties of Arctic aerosols in the transition from Arctic haze to the summer season. Therefore, lidar measurements of Ny-Ålesund from April 2021 to the end of July 2021 are evaluated based on the aerosols’ optical properties. An overview of those properties will be provided. Furthermore, parallel radiosonde data is considered for indication of hygroscopic growth.
The annual aerosol cycle in 2021 differs from expectations based on previous studies from Tunved et al. (2013) and Quinn et al. (2007). Developments of backscatter, extinction, aerosol depolarisation, lidar ratio and color ratio show a return of the Arctic haze in May. The haze had already reduced in April, but regrew afterwards.
The average Arctic aerosol displays hygroscopic behaviour, meaning growth due to water uptake. To determine such a behaviour is generally laborious because various meteorological circumstances need to be considered. Two case studies provide further information on these possible events. In particular, a day with a rare ice cloud and with highly variable water cloud layers is observed.
Zentrale Aufgaben von Kommunen in Deutschland umfassen die Gewährleistung der Daseinsvorsorge, des öffentlichen Verkehrs, Wirtschaftsförderung, Zugang zu ausreichender Breitbandinfrastruktur, gesundheitliche und soziale Betreuung und Zugang zu kulturellem Leben. Kommunen in ländlichen Regionen stehen gleichzeitig vor zahlreichen gesellschaftlichen, wirtschaftlichen, sozialen und politischen Herausforderungen. Neuartige Ansätze und innovative Akteure und Netzwerke werden daher im Kontext der Schaffung von sozialen oder digitalen Innovationen von den Kommunen als Antwort auf diese Herausforderungen begrüßt, stoßen aber auch teilweise auf Barrieren.
In dem Sammelband wird von den Herausgebenden die Frage untersucht, wie sich digitale Vorreiter:innen, die wir „Digitale Pioniere“ nennen, in ländlichen Regionen vernetzen, um einen positiven Beitrag zur ländlichen Regionalentwicklung zu leisten. Dabei liegt der Fokus hauptsächlich auf der kommunalpolitischen Ebene und auf der Frage, wie Digitale Pioniere als Schlüsselakteure in der ländlichen Governance agieren. Die Forschungsergebnisse kommunaler Governance sind anhand ländlicher Untersuchungsteilregionen in Baden-Württemberg und Mecklenburg-Vorpommern im Rahmen des Forschungsprojekts „DigPion – Digitale Pioniere in der ländlichen Regionalentwicklung“ (2020–2023) erarbeitet worden. Abschließend wird überprüft, wie die Erkenntnisse und erarbeiteten Handlungsempfehlungen für das Bundesland Brandenburg zu übertragen sind.
Supporting reflection in preservice during university-based training is, without doubt, a crucial aspect in attaining teacher professionalism. Therefore, an on-campus seminar designed to relate theory to practice and vice versa – the so-called ‘Lehr-Lern-Labor-Seminar (LLLS)’ – was implemented over the course of five terms to stimulate reflective skills of English and Physics teacher trainees. Investigations on the effectiveness of three types of the LLLS (no video and two types of video-supported reflections) compared to a parallel group (PG) and a control group (CG) occurred in a mixed methods quasi-experimental study. Reflective skills were elicited with vignettes, relevant covariates with questionnaires. Reflective development was then traced in the dimensions depth and breadth employing a qualitative content analysis. MANCOVA (Multivariate Analysis of Covariance) and regression analyses revealed a substantive increase of reflective depth for English and Physics teacher trainees and breadth development for English LLLS-participants in contrast to both, a PG and a CG, even when controlling for the subjects’ individual prerequisites.
Dieser Beitrag untersucht, welche latente Struktur sich in der Reflexivität von Lehramtsstudierenden identifizieren lässt. Es wird gefragt, inwieweit sich entlang eines Kohortenvergleichs differente Strukturen in der Reflexivität erkennen lassen und wie Lehramtsstudierende die Notwendigkeit und die Häufigkeit der Reflexion sowie die aus der Reflexion hervorgehenden Einsichten einschätzen. Hierfür werden Daten von Studierenden des Lehramts für Grund-, Sekundar-, Förderschulen und Gymnasien der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg genutzt. Bei der Operationalisierung von Reflexivität wurde die IRIS-Skala in einer auf den Schulkontext modifizierten Variante adaptiert sowie einzelne Items neu entwickelt. Die Faktorenanalyse repliziert die angenommene Mehrdimensionalität der Reflexivität mit vier Faktoren. Zudem zeigen sich kohortenspezifisch differente Strukturen in der Reflexivität, die auf Umstrukturierungs-, Verdichtungs- und Weiterentwicklungsprozesse im Bereich implizites Wissen und Reflexivität verweisen, wie in der Kompetenzentwicklungsphasentheorie und in entwicklungs- und berufsbiographietheoretischen Ansätzen postuliert wird. Mittelwertvergleiche zwischen den Studierendengruppen verweisen auf tendenzielle Zuwächse in den Dimensionen.
Selbstreflexion ist erklärtes Ziel der Eignungsabklärung und ein intendierter Effekt von Online Self Assessments (OSA). In Deutschland setzen die lehrkräftebildenden Hochschulen OSA nahezu flächendeckend ein, um Studieninteressierten der Lehrämter eine Unterstützung bei der Studienwahl zu bieten. Es erscheint lohnenswert, die Selbstreflexion von Studienanfängern zu betrachten und Zusammenhänge und Unterschiede hinsichtlich verschiedener Merkmale wie Geschlecht, Alter und angestrebtes Lehramt zu untersuchen. In einer Querschnittserhebung per Fragebogen bei (n = 3741) Erstsemesterstudierenden der Lehrämter an n = 10 Hochschulstandorten kann gezeigt werden, 1) dass angehende Lehrkräfte sich hinsichtlich ihrer Selbstreflexion hoch einschätzen, 2) dass es einen signifikanten altersbezogenen Unterschied bei der Selbstreflexion gibt, 3) dass sich weibliche Studierende signifikant selbstreflektierter einschätzen als ihre männlichen Kollegen und 4) dass Studierende unterschiedlicher Lehrämter sich in ihrer selbsteingeschätzten Selbstreflexion signifikant unterscheiden.
Ein Modellseminar, welches deutschdidaktische mit digitalisierungsbezogenen Kompetenzerwerbsprozessen konsequent vernetzte, wurde im Rahmen einer Aktionsforschung untersucht. Hierbei wurde die Lösung eines komplexen Problems (Entwicklung eines digitalen, interaktiven Lernbuchs für einen medienintegrativen Literaturunterricht mit der Open Source Software H5P) von den Studierenden eingefordert und der Lösungsprozess anhand von sog. Digital Narratives (digitalen, auditiven Erzählungen) reflektiert. Die so entstandenen Reflexionspodcasts sollten Einblick in die persönlich bedeutsamen Lerngeschichten der Studierenden geben und erstens für die Dozentin eine systematische Reflexion der eigenen Lehrpraxis in Form einer Aktionsforschung ermöglichen. Zweitens waren sie ein Reflexionsanlass für die Studierenden hinsichtlich ihrer eigenen Problemlöseprozesse, wobei dieser Fokus hier skizziert, aber nicht fokussiert wird. Die Podcasts wurden anhand thematischer Analysen qualitativ ausgewertet. Die Daten gaben Hinweise darauf, dass besonders die eingeforderte Verknüpfung von fachdidaktischen und medialen Aspekten für die Studierenden eine Hürde war. Ebendiese regte aber auch zum vertieften Nachdenken über gute Aufgabensets in einem medienintegrativen Literaturunterricht an. Ein Großteil der Studierenden war nach dem Projekt motiviert, im eigenen Deutschunterricht zukünftig mit digitalen Tools zu arbeiten, wobei auch eine Sensibilisierung hinsichtlich Nutzens und Grenzen solcher stattfand. Aus der datengestützten Beobachtung, Deutung und Ursachenidentifikation leitet die Dozentin Konsequenzen für die Weiterentwicklung des Modellseminars und persönliche Professionalisierung ab.
Der Beitrag fragt nach einer Bildungsrelevanz Forschenden Lernens in der Lehrkräftebildung und richtet diese auf ein sinn- und verantwortungsvolles Sich-ins-Verhältnis-Setzen zu unterrichtsrelevanten Szenarien aus. Damit erschöpft sich Forschendes Lernen nicht in datenfokussierten Untersuchungen, sondern leistet einen Beitrag zum Aufbau einer Lehrer:innenpersönlichkeit, die sich in transformatorischen Bildungsprozessen dem Wagnis einer Konfrontation mit Kontingenz aussetzt und durch Irritation des Erfahrungshorizonts Unterrichtssituationen differenziert und nachhaltig reflektiert. Plädiert wird für eine Situationssensibilität jenseits des vermeintlichen In-den-Begriff-Bekommens durch Datafizierung und schematische Verhaltensmuster.
Dieser theoretisch ausgerichtete Beitrag schlägt eine weltbeziehungssoziologische Ergänzung des strukturtheoretischen Verständnisses von Reflexion als Befremdung des eigenen Blicks vor und diskutiert die Frage, inwiefern weltbeziehungssoziologische Annahmen das Konzept der Reflexion durch das Einfangen seiner Ambivalenz schärfen können. Hierzu wird ein empirisches Fallbeispiel herangezogen, in welchem eine reflexive Umgangsweise mit widersprüchlichen Anforderungen an die schulische Praxis – das doppelte Distanzieren – sichtbar wird. Mit Bezug auf die Weltbeziehungssoziologie wird die rekonstruierte Umgangsweise als situative Entfremdung theoretisiert. Ausblickhaft werden Konsequenzen für Forschung und Lehre skizziert.
Wiederkehrend wird die Interaktion zwischen Studierenden als Gelingensbedingung für eine Reflexionsförderung angenommen. Allerdings besteht ein Desiderat darin, Reflexion als in der Interaktion hervorgebrachtes Phänomen zu beforschen. Der Beitrag greift dieses Desiderat auf und begründet zunächst die Notwendigkeit einer interaktionsorientierten Perspektive für die Gestaltung und Beforschung von Reflexionsanlässen. Am Beispiel einer Design-Based-Research-Studie zur Reflexion künstlerisch-ästhetischer Überzeugungen von Musikstudierenden wird im Beitrag dargelegt, wie die Interaktion gezielt für die Gestaltung von Reflexionsanlässen berücksichtigt werden kann. Die empirischen Ergebnisse der Studie zeigen auf, wie hochtransaktive Redebeiträge in Studierendengesprächen als Gelingensmerkmale für die gemeinsame Hervorbringung von Reflexionsprozessen verstanden werden können.
In diesem Beitrag werden aus einer Metaperspektive vier verschiedene Reflexionsformate aus dem Bielefelder Projekt „BiProfessional“ der Qualitätsoffensive Lehrerbildung gegenübergestellt. Gemeinsamkeiten und Unterschiede werden mit Blick auf das Reflexionsverständnis, den Reflexionsgegenstand und den jeweiligen Zugang beschrieben. Am Ende des Beitrags werden Konsequenzen für eine multiparadigmatische Lehrkräftebildung aufgezeigt.
Ausgehend von der Diskussion um die Zentralität von Reflexionen in der Lehrkräftebildung wird die Vielschichtigkeit des Konstrukts Reflexion kritisch beleuchtet. Es wird darin einerseits ausgeführt, welche möglichen Konsequenzen die oft fehlende Trennschärfe des Reflexionsbegriffs haben kann. Ein Augenmerk wird dabei auch auf Bereitschaft zur Reflexion gelegt, z. B. in der Frage, ob es nicht sinnvoll ist, Reflexionen in bestimmten Situationen absichtsvoll zu vermeiden. Andererseits wird aufgezeigt, dass dem Reflektieren im Professionalisierungsprozess eine doppelte Funktion zukommt: Lernen von Reflexion und Lernen durch Reflexion; das Reflektieren ist also sowohl ein Mittel zur Erreichung spezifischer Professionalisierungsziele als auch ein eigenständiges Professionalisierungsziel. Im Beitrag wird zudem an verschiedenen Stellen auf die Herausforderungen eingegangen, die sich aus den jeweiligen Überlegungen für Forschung und Lehre ergeben.
Seit John Dewey und Donald Schön besteht weitgehender Konsens, dass Reflexivität eine wichtige Kompetenz von Lehrkräften darstellt und die Reflexion in den Unterrichtsalltag einer Lehrkraft integriert sein sollte. Es wird davon ausgegangen, dass Reflexion, wenn sie absichtsvoll und zielgerichtet eingesetzt wird, die berufliche Entwicklung einer Lehrkraft positiv beeinflussen kann. Überzeugungen, Einstellungen und Verhaltensweisen können durch die Reflexion bewusster wahrgenommen und verändert werden. Sie regt Lernprozesse an, stärkt Eigenverantwortung und Autonomie und steigert die Berufszufriedenheit. Allerdings birgt die Förderung von Reflexivität im Rahmen der Lehrkräftebildung einige Schwierigkeiten und trotz nunmehr über 40 Jahren theoretischer sowie empirischer Erörterung bleiben bis heute auch verschiedene Fragen unbeantwortet. Im Beitrag werden auf Grundlage der aktuellen Diskussion das Konzept der Reflexion sowie Möglichkeiten und Grenzen der Förderung von Reflexivität dargelegt und es wird aufgezeigt, welche besonderen Herausforderungen der Lehrberuf hierbei birgt. Abschließend wird erörtert, welche aktuellen Forschungslücken und -desiderate bestehen.
Reflexion – unhinterfragt eines der wichtigsten Worte im Kontext der Lehrkräftebildung. Fest verankert in den bundesdeutschen Bildungsstandards sind in Forschung und Lehre die Suche nach Evidenz und die Unterstützung (angehender) Lehrkräfte ständiger Antrieb unzähliger Akteur:innen aller Phasen der Lehrkräftebildung. Wenngleich begriff liche Unklarheiten die Kommunikation von Forschungsergebnissen nicht immer intuitiv und die Unterstützung in der Lehre nicht immer praktikabel werden lassen, besteht Einigkeit darüber, dass ein Diskurs zur reflexiven Professionalisierung von Lehrkräften geführt werden muss. Aus diesem Grund veranstalteten die beiden QLB-Projekte PSI-Potsdam der Universität Potsdam und K2teach der Freien Universität Berlin vom 5. bis 7. Oktober 2022 die Onlinetagung „Reflexion in der Lehrkräftebildung. Empirisch – Phasenübergreifend – Interdisziplinär“. Ausgehend von den verschiedensten Fachdisziplinen diskutierten Akteur:innen aller Phasen der Lehrkräftebildung unterschiedlicher Standorte Ergebnisse empirischer Studien und Erfahrungen aus der Arbeit mit (angehenden) Lehrkräften. Beiträge der Tagung sind in diesem Buch festgehalten und sind als Momentaufnahme eines sich ständig entwickelnden Themenfelds zu verstehen. Forschende und Lehrende haben mit dieser Momentaufnahme die Möglichkeit, Eindrücke für die eigene Arbeit aufzunehmen und weiterzuentwickeln.
In the present thesis, AC electrokinetic forces, like dielectrophoresis and AC electroosmosis, were demonstrated as a simple and fast method to functionalize the surface of nanoelectrodes with submicrometer sized biological objects. These nanoelectrodes have a cylindrical shape with a diameter of 500 nm arranged in an array of 6256 electrodes. Due to its medical relevance influenza virus as well as anti-influenza antibodies were chosen as a model organism. Common methods to bring antibodies or proteins to biosensor surfaces are complex and time-consuming. In the present work, it was demonstrated that by applying AC electric fields influenza viruses and antibodies can be immobilized onto the nanoelectrodes within seconds without any prior chemical modification of neither the surface nor the immobilized biological object. The distribution of these immobilized objects is not uniform over the entire array, it exhibits a decreasing gradient from the outer row to the inner ones. Different causes for this gradient have been discussed, such as the vortex-shaped fluid motion above the nanoelectrodes generated by, among others, electrothermal fluid flow. It was demonstrated that parts of the accumulated material are permanently immobilized to the electrodes. This is a unique characteristic of the presented system since in the literature the AC electrokinetic immobilization is almost entirely presented as a method just for temporary immobilization. The spatial distribution of the immobilized viral material or the anti-influenza antibodies at the electrodes was observed by either the combination of fluorescence microscopy and deconvolution or by super-resolution microscopy (STED). On-chip immunoassays were performed to examine the suitability of the functionalized electrodes as a potential affinity-based biosensor. Two approaches were pursued: A) the influenza virus as the bio-receptor or B) the influenza virus as the analyte. Different sources of error were eliminated by ELISA and passivation experiments. Hence, the activity of the immobilized object was inspected by incubation with the analyte. This resulted in the successful detection of anti-influenza antibodies by the immobilized viral material. On the other hand, a detection of influenza virus particles by the immobilized anti-influenza antibodies was not possible. The latter might be due to lost activity or wrong orientation of the antibodies. Thus, further examinations on the activity of by AC electric fields immobilized antibodies should follow. When combined with microfluidics and an electrical read-out system, the functionalized chips possess the potential to serve as a rapid, portable, and cost-effective point-of-care (POC) device. This device can be utilized as a basis for diverse applications in diagnosing and treating influenza, as well as various other pathogens.
Im Rahmen des PSI-Projekts wurde eine Lehrveranstaltung konzipiert, die Lehramtsstudierenden einen vertieften Einblick sowohl in den Ablauf von Forschung als auch eine Bearbeitung einer eigenen experimentellen Forschungsaufgabe ermöglichen soll. Anlass waren die Berücksichtigung eines „Wissens über Erkenntnisgewinnung in der Disziplin“ im Modell des „Erweiterten Fachwissens für den schulischen Kontext“ (PSI) sowie Erkenntnisse empirischer Studien, die die Relevanz eigener Forschungserfahrung für das Unterrichten naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnungsprozesse zeigen. Hier stellen wir eine neue Lehrveranstaltung (4 SWS) vor, die den angehenden Lehrkräften Forschungserfahrung ermöglicht (Seminar und Praktikum). Die Lehrveranstaltung vermittelt Einblicke in Forschung und die „Natur der Naturwissenschaften“, ermöglicht das Durchführen eigener wissenschaftlicher und schulrelevanter Experimente und bietet eine angemessene Reflexion über die verschiedenen Kurselemente. Die Evaluationsergebnisse sind überwiegend positiv, zeigen aber auch, dass für die Studierenden die wahrgenommene Schulrelevanz und die fachdidaktischen Aspekte ein wichtiges Kriterium für die positive Bewertung sind.
Algorithmen als Dozierende?
(2023)
Auf maschinellem Lernen basierende Tools haben schon längst Einzug in unseren Alltag gefunden und so konnten auch in der Lehrkräftebildung erste Anwendungen entwickelt, erprobt und evaluiert werden. Im Teilprojekt Physikdidaktik des Schwerpunktes 2 „Schulpraktische Studien“ wurden auf Basis eines Rahmenmodells für Reflexion (Nowak et al., 2019) automatisierte Analysemethoden (Wulff et al., 2020) entwickelt und fanden Einzug in universitäre fachdidaktische Lehre (Mientus et al., 2021a). Mit dem Projekt konnten Potenziale KI-basierter Unterstützung aufgezeigt und verstetigt sowie spezifische Herausforderungen identifiziert werden. Dieser Beitrag skizziert ausgewählte Anwendungsmöglichkeiten und weiterführende Forschungen unter dem Gesichtspunkt der Akzeptanz computerunterstützter Lehre.
Reflexion ist eine Schlüsselkategorie für die professionelle Entwicklung von Lehrkräften, welche als Ausbildungsziel in den Bildungsstandards für die Lehrkräftebildung verankert ist. Eine Verstetigung universitär geprägter Forschung und Modellierung in der praxisnahen Anwendung im schulischen Kontext bietet Potentiale nachhaltiger Professionalisierung. Die Stärkung reflexionsbezogener Kompetenzen durch Empirie und Anwendung scheint eine phasenübergreifende Herausforderung der Lehrkräftebildung zu sein, die es zu bewältigen gilt. Ziele des Tagungsbandes Reflexion in der Lehrkräftebildung sind eine theoretische Schärfung des Konzeptes „Reflexive Professionalisierung“ und der Austausch über Fragen der Einbettung wirksamer reflexionsbezogener Lerngelegenheiten in die Lehrkräftebildung. Forschende und Lehrende der‚ drei Phasen (Studium, Referendariat sowie Fort- und Weiterbildung) der Lehrkräftebildung stellen Lehrkonzepte und Forschungsprojekte zum Thema Reflexion in der Lehrkräftebildung vor und diskutieren diese. Gemeinsam mit Teilnehmenden aller Phasen und von verschiedenen Standorten der Lehrkräftebildung werden zukünftige Herausforderungen identifiziert und Lösungsansätze herausgearbeitet.
Für die Entwicklung professioneller Handlungskompetenzen angehender Lehrkräfte stellt die Unterrichtsreflexion ein wichtiges Instrument dar, um Theoriewissen und Praxiserfahrungen in Beziehung zu setzen. Die Auswertung von Unterrichtsreflexionen und eine entsprechende Rückmeldung stellt Forschende und Dozierende allerdings vor praktische wie theoretische Herausforderungen. Im Kontext der Forschung zu Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelte Methoden bieten hier neue Potenziale. Der Beitrag stellt überblicksartig zwei Teilstudien vor, die mit Hilfe von KI-Methoden wie dem maschinellen Lernen untersuchen, inwieweit eine Auswertung von Unterrichtsreflexionen angehender Physiklehrkräfte auf Basis eines theoretisch abgeleiteten Reflexionsmodells und die automatisierte Rückmeldung hierzu möglich sind. Dabei wurden unterschiedliche Ansätze des maschinellen Lernens verwendet, um modellbasierte Klassifikation und Exploration von Themen in Unterrichtsreflexionen umzusetzen. Die Genauigkeit der Ergebnisse wurde vor allem durch sog. Große Sprachmodelle gesteigert, die auch den Transfer auf andere Standorte und Fächer ermöglichen. Für die fachdidaktische Forschung bedeuten sie jedoch wiederum neue Herausforderungen, wie etwa systematische Verzerrungen und Intransparenz von Entscheidungen. Dennoch empfehlen wir, die Potenziale der KI-basierten Methoden gründlicher zu erforschen und konsequent in der Praxis (etwa in Form von Webanwendungen) zu implementieren.
Lehramtsstudierende äußern vielfach den Wunsch nach umfangreichen praktischen Lerngelegenheiten. Insbesondere fallbasierte Lehr-Lern-Konzepte scheinen diesen Ansprüchen gerecht zu werden. Dieser Beitrag stellt ein an der Universität Potsdam entwickeltes Seminarkonzept vor, welches diesen Transfer zu fördern versucht. Die Basis des Konzepts bildet der Einsatz erfahrungsbasiert entwickelter Textvignetten pädagogischer Situationen. Im Rahmen der Begleitseminare zum Praktikum in pädagogisch-psychologischen Handlungsfeldern (PppH) wurde die kollegiale Fallbesprechung als eine Form zur angestrebten Transferförderung in dieses Seminarkonzept integriert. Dieser Beitrag skizziert zunächst die erfahrungsbasierte Entwicklung der Vignetten sowie die theoretischen Grundlagen des Seminarkonzepts. Im Anschluss werden die praktische Implementation und erfahrungsbasierte konzeptionelle Änderung (design-based-research) in der Lehre beschrieben sowie erste Ergebnisse der systematischen empirischen Erprobung im Rahmen des PppH vorgestellt. Abschließend diskutieren die Autoren die Herausforderungen der praktischen Umsetzung auch mit Blick auf das Verstetigungsvorhaben.
Late-type stars are by far the most frequent stars in the universe and of fundamental interest to various fields of astronomy – most notably to Galactic archaeology and exoplanet research. However, such stars barely change during their main sequence lifetime; their temperature, luminosity, or chemical composition evolve only very slowly over the course of billions of years. As such, it is difficult to obtain the age of such a star, especially when it is isolated and no other indications (like cluster association) can be used. Gyrochronology offers a way to overcome this problem.
Stars, just like all other objects in the universe, rotate and the rate at which stars rotate impacts many aspects of their appearance and evolution. Gyrochronology leverages the observed rotation rate of a late-type main sequence star and its systematic evolution to estimate their ages. Unlike the above-mentioned parameters, the rotation rate of a main sequence star changes drastically throughout its main sequence lifetime; stars spin down. The youngest stars rotate every few hours, whereas much older stars rotate only about once a month, or – in the case of some late M-stars – once in a hundred days. Given that this spindown is systematic (with an additional mass dependence), it gave rise to the idea of using the observed rotation rate of a star (and its mass or a suitable proxy thereof) to estimate a star’s age. This has been explored widely in young stellar open clusters but remains essentially unconstrained for stars older than the sun, and K and M stars older than 1 Gyr.
This thesis focuses on the continued exploration of the spindown behavior to assess, whether gyrochronology remains applicable for stars of old ages, whether it is universal for late-type main sequence stars (including field stars), and to provide calibration mileposts for spindown models. To accomplish this, I have analyzed data from Kepler space telescope for the open clusters Ruprecht 147 (2.7 Gyr old) and M 67 (4 Gyr). Time series photometry data (light curves)
were obtained for both clusters during Kepler’s K2 mission. However, due to technical limitations and telescope malfunctions, extracting usable data from the K2 mission to identify (especially long) rotation periods requires extensive data preparation.
For Ruprecht 147, I have compiled a list of about 300 cluster members from the literature and adopted preprocessed light curves from the Kepler archive where available. They have been cleaned of the gravest of data artifacts but still contained systematics. After correcting them for said artifacts, I was able to identify rotation periods in 31 of them.
For M 67 more effort was taken. My work on Ruprecht 147 has shown the limitations imposed by the preselection of Kepler targets. Therefore, I adopted the time series full frame image directly and performed photometry on a much higher spatial resolution to be able to obtain data for as many stars as possible. This also means that I had to deal with the ubiquitous artifacts in Kepler data. For that, I devised a method that correlates the artificial flux variations with the ongoing drift of the telescope pointing in order to remove it. This process was a large success and I was able to create light curves whose quality match and even exceede those that were created by the Kepler mission – all while operating on higher spatial resolution and processing fainter stars. Ultimately, I was able to identify signs of periodic variability in the (created) light curves for 31 and 47 stars in Ruprecht 147 and M 67, respectively. My data connect well to bluer stars of cluster of the same age and extend for the first time to stars redder than early-K and older than 1 Gyr. The cluster data show a clear flattening in the distribution of Ruprecht 147 and even a downturn for M 67, resulting in a somewhat sinusoidal shape. With that, I have shown that the systematic spindown of stars continues at least until 4 Gyr and stars continue to live on a single surface in age-rotation periods-mass space which allows gyrochronology to be used at least up to that age. However, the shape of the spindown – as exemplified by the newly discovered sinusoidal shape of the cluster sequence – deviates strongly from the expectations.
I then compiled an extensive sample of rotation data in open clusters – very much including my own work – and used the resulting cluster skeleton (with each cluster forming a rip in color-rotation period-mass space) to investigate if field stars follow the same spindown as cluster stars. For the field stars, I used wide binaries, which – with their shared origin and coevality – are in a sense the smallest possible open clusters. I devised an empirical method to evaluate the consistency between the rotation rates of the wide binary components and found that the vast majority of them are in fact consistent with what is observed in open clusters. This leads me to conclude that gyrochronology – calibrated on open clusters – can be applied to determine the ages of field stars.
Viele Studieneingangs- und Eignungstests haben zum Ziel, für den entsprechenden Studiengang geeignete Studierende zu finden, die das Studium erfolgreich beenden können. Gerade in der Informatik ist aber häufig unklar, welche Eigenschaften geeignete Studierende haben sollten – auch stimmen mutmaßlich nicht alle Dozierenden in ihren Erwartungen an Studienanfänger*innen überein; Untersuchungen hierzu fehlen jedoch bislang. Um die Erwartungen von Dozent*innen an Studienanfänger*innen im Fach Informatik an deutschen Hochschulen zu analysieren, hat das Projekt MINTFIT im Sommer 2019 eine deutschlandweite Online-Befragung durchgeführt, an der 588 Hochschuldozent* innen aus allen Bundesländern teilnahmen. Die Umfrage hat gezeigt, dass überwiegend allgemeine Fähigkeiten, wie Motivation und logisches Denkvermögen, und nur wenig fachliches Vorwissen, wie Programmieren oder Formale Sprache, erwartet wird. Nach Einschätzung der Dozent*innen sind die problembehafteten Bereiche überwiegend in der theoretischen Informatik und in formellen Aspekten (z. B. Formale Sprache) zu finden. Obwohl Tendenzen erkennbar sind, zeigt die Umfrage, dass bei Anwendung strenger Akzeptanzkriterien keine Fähigkeiten und Kenntnisse explizit vorausgesetzt werden, was darauf hindeutet, dass noch kein deutschlandweiter Konsens unter den Lehrenden vorhanden ist.
Peer-Reviews werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Lehrszenarien eingesetzt. In diesem Paper wird untersucht, inwieweit das Peer- Review die Auseinandersetzung mit den Inhalten eines Grundlagenmoduls in einem präsenzfreien Lehrszenario befördern kann. Dabei scheint in den Ergebnissen die Qualität der selbst erstellten Reviews einer der wichtigsten Einflussfaktoren für den Lernerfolg zu sein, während Experten-Feedback und weitere Faktoren deutlich untergeordnet erscheinen. Die Fähigkeit ausführliche Peer-Reviews zu verfassen geht einher mit dem Erwerb von fachlicher Kompetenz bzw. entsprechenden fachlichen Vorkenntnissen.
1,7 Milliarden Studierende waren von der ad hoc Umstellung der Lehre an Hochschulen durch den Ausbruch der COVID-19-Pandemie im Jahr 2020 betroffen. Innerhalb kürzester Zeit mussten Lehr- und Lernformate digital transformiert werden, um ein Distanzlernen für Studierende überall auf der Welt zu ermöglichen. Etwa zwei Jahre später können die Erfahrungen aus der Entwicklung von digitalen Lehr- und Lernformaten dazu genutzt werden, um Blended Learning Formate zielgerecht weiterzuentwickeln. Die nachfolgende Untersuchung zeigt einerseits einen Prozess der evolutionären Entwicklung am Beispiel eines Inverted Classrooms auf. Andererseits wird das Modell des Student Engagement genutzt, um die Einflussfaktoren, im Speziellen die des Verhaltens, zielgerecht anzupassen und so die Outcomes in Form von besseren Noten und einer erhöhten Zufriedenheit bei den Studierenden zu erzielen. Grundlage für die Untersuchung bildet die Lehrveranstaltung Projektmanagement, die an einer deutschen Hochschule durchgeführt wird.
Forschendes Lernen ist eine Lehr-Lernform, in der Studierende einen eigenen Forschungsprozess vollständig durchlaufen. In Informatikstudiengängen und insbesondere in Informatikbachelorstudiengängen ist die Forschungsorientierung allerdings nur gering ausgeprägt: Forschendes Lernen wird kaum eingesetzt, obwohl dies möglich und sinnvoll ist. Dieser Artikel stellt ein Konzept für ein Seminar Software Engineering im Bachelorstudium vor und beschreibt dessen Durchführung. Abschließend wird das Konzept diskutiert und sowohl aus Studierenden- als auch aus Lehrendensicht positiv evaluiert.
Lehrkräfte aller Fächer benötigen informatische Kompetenzen, um der wachsenden Alltagsrelevanz von Informatik und aktuell gültigen Lehrplänen gerecht zu werden. Beispielsweise verweist in Sachsen der Lehrplan für das Fach Gemeinschaftskunde, Rechtserziehung und Wirtschaft am Gymnasium mit dem für die Jahrgangsstufe 11 vorgesehenem Thema „Digitalisierung und sozialer Wandel“ auf Künstliche Intelligenz (KI) und explizit auf die Bedeutung der informatischen Bildung. Um die nötigen informatischen Grundlagen zu vermitteln, wurde für Lehramtsstudierende des Faches Politik ein Workshop erarbeitet, der die Grundlagen der Funktionsweise von KI anhand von überwachtem maschinellen Lernen in neuronalen Netzen vermittelt. Inhalt des Workshops ist es, mit Bezug auf gesellschaftliche Implikationen wie Datenschutz bei Trainingsdaten und algorithmic bias einen informierten Diskurs zu politischen Themen zu ermöglichen. Ziele des Workshops für Lehramtsstudierende mit dem Fach Politik sind: (1) Aufbau informatischer Kompetenzen in Bezug zum Thema KI, (2) Stärkung der Diskussionsfähigkeiten der Studierenden durch passende informatische Kompetenzen und (3) Anregung der Studierenden zum Transfer auf passende Themenstellungen im Politikunterricht. Das Evaluationskonzept umfasst eine Pre-Post-Befragung zur Zuversicht zur Vermittlungskompetenz unter Bezug auf maschinelles Lernen in neuronalen Netzen im Unterricht, sowie die Analyse einer abschließenden Diskussion. Für die Pre-Post-Befragung konnte eine Steigerung der Zuversicht zur Vermittlungskompetenz beobachtet werden. Die Analyse der Diskussion zeigte das Bewusstsein der Alltagsrelevanz des Themas KI bei den Teilnehmenden, aber noch keine Anwendung der informatischen Inhalte des Workshops zur Stützung der Argumente in der Diskussion.
Ethical issues surrounding modern computing technologies play an increasingly important role in the public debate. Yet, ethics still either doesn’t appear at all or only to a very small extent in computer science degree programs. This paper provides an argument for the value of ethics beyond a pure responsibility perspective and describes the positive value of ethical debate for future computer scientists. It also provides a systematic analysis of the module handbooks of 67 German universities and shows that there is indeed a lack of ethics in computer science education. Finally, we present a principled design of a compulsory course for undergraduate students.
A degree course in IT and business administration solely for women (FIW) has been offered since 2009 at the HTW Berlin – University of Applied Sciences. This contribution discusses student motivations for enrolling in such a women only degree course and gives details of our experience over recent years. In particular, the approach to attracting new female students is described and the composition of the intake is discussed. It is shown that the women-only setting together with other factors can attract a new clientele for computer science.
Viele Studierende stoßen im Rahmen ihres Informatikstudiums auf Probleme und benötigen individuell bedarfsgerechte Unterstützung, um beispielsweise trotz gewisser Startschwierigkeiten ihr Studium erfolgreich zu Ende zu führen. In die damit verbundene Lern- bzw. Studienberatung fließen Empfehlungen zur weiteren Studienverlaufsplanung ein. Anhand einer Datenanalyse über den Prüfungsleistungsdaten der Studierenden überprüfen wir die hinter diesen Empfehlungen liegenden Hypothesen und leiten aus den dabei gewonnenen Erkenntnissen Konsequenzen für die Beratung ab.
Insgesamt zeigt sich, dass sich nach den ersten Semestern ein mittlerer Bereich von Studierenden identifizieren lässt, bei denen Studienabbruch und Studienerfolg etwa gleich wahrscheinlich sind. Für diese Personengruppe ist Beratungsbedarf dringend gegeben. Gleichzeitig stößt die Datenanalyse auch an gewisse Grenzen, denn es zeigen sich insgesamt keine echt trennscharfen Muster, die frühzeitig im Studium eindeutig Erfolg oder Misserfolg prognostizieren. Dieses Ergebnis ist jedoch insofern erfreulich, als es bedeutet, dass jede:r Studierende:r auch nach einem suboptimalen Start ins Studium noch eine Chance auf einen Abschluss hat.
Informatikstudiengänge verzeichnen hohe Abbruchquoten innerhalb der ersten beiden Semester, die häufig mit Leistungsdefiziten oder Motivationsproblemen begründet werden. Eine Ursache dafür, dass trotz intensiver Bemühungen um bessere Lehre und motivationsfördernde Maßnahmen diese Situation imWesentlichen unverändert bleibt, könnte darin liegen, dass nicht die eine Maßnahme oder der eine Ansatz das Problem im Ganzen lösen kann, sondern dass eine heterogene Studierendenschaft vielmehr nach unterschiedlichen Maßnahmen verlangt. Bisher findet sich wenig Forschung zu differenzierten Studierendentypen in der Informatik. Wir stellen in dieser Arbeit einen Ansatz dafür vor, die Heterogenität der Informatikstudierenden zu ergründen, und beschreiben die Ergebnisse erster Versuche mit diesem Ansatz. Um die große Anzahl von Studierenden auf eine überschaubare Anzahl von Typen mit jeweils ähnlichen Bedürfnissen und Erwartungen zu reduzieren, wird dazu die im Produktmanagement bewährte Personas-Methode adaptiert. Im Rahmen einer Befragung von 170 Informatikstudierenden konnten hierzu bereits einige Personas mit unterschiedlichen Merkmalshäufungen ausgearbeitet werden, die eine gute Grundlage darstellen, um auf dieser Basis differenzierte Interventionen zur Förderung und Motivation der Informatikstudierenden zu entwickeln.
Both horizontal-to-vertical (H/V) spectral ratios and the spatial autocorrelation method (SPAC) have proven to be valuable tools to gain insight into local site effects by ambient noise measurements. Here, the two methods are employed to assess the subsurface velocity structure at the Piano delle Concazze area on Mt Etna. Volcanic tremor records from an array of 26 broadband seismometers is processed and a strong variability of H/V ratios during periods of increased volcanic activity is found. From the spatial distribution of H/V peak frequencies, a geologic structure in the north-east of Piano delle Concazze is imaged which is interpreted as the Ellittico caldera rim. The method is extended to include both velocity data from the broadband stations and distributed acoustic sensing data from a co-located 1.5 km long fibre optic cable. High maximum amplitude values of the resulting ratios along the trajectory of the cable coincide with known faults. The outcome also indicates previously unmapped parts of a fault. The geologic interpretation is in good agreement with inversion results from magnetic survey data. Using the neighborhood algorithm, spatial autocorrelation curves obtained from the modified SPAC are inverted alone and jointly with the H/V peak frequencies for 1D shear wave velocity profiles. The obtained models are largely consistent with published models and were able to validate the results from the fibre optic cable.
Reactive eutectic media based on ammonium formate for the valorization of bio-sourced materials
(2023)
In the last several decades eutectic mixtures of different compositions were successfully used as solvents for vast amount of chemical processes, and only relatively recently they were discovered to be widely spread in nature. As such they are discussed as a third liquid media of the living cell, that is composed of common cell metabolites. Such media may also incorporate water as a eutectic component in order to regulate properties such as enzyme activity or viscosity. Taking inspiration form such sophisticated use of eutectic mixtures, this thesis will explore the use of reactive eutectic media (REM) for organic synthesis. Such unconventional media are characterized by the reactivity of their components, which means that mixture may assume the role of the solvent as well as the reactant itself.
The thesis focuses on novel REM based on ammonium formate and investigates their potential for the valorization of bio-sourced materials. The use of REM allows the performance of a number of solvent-free reactions, which entails the benefits of a superior atom and energy economy, higher yields and faster rates compared to reactions in solution. This is evident for the Maillard reaction between ammonium formate and various monosaccharides for the synthesis of substituted pyrazines as well as for a Leuckart type reaction between ammonium formate and levulinic acid for the synthesis of 5-methyl-2-pyrrolidone. Furthermore, reaction of ammonium formate with citric acid for the synthesis of yet undiscovered fluorophores, shows that synthesis in REM can open up unexpected reaction pathways.
Another focus of the thesis is the study of water as a third component in the REM. As a result, the concept of two different dilution regimes (tertiary REM and in REM in solvent) appears useful for understanding the influence of water. It is shown that small amounts of water can be of great benefit for the reaction, by reducing viscosity and at the same time increasing reaction yields.
REM based on ammonium formate and organic acids are employed for lignocellulosic biomass treatment. The thesis thereby introduces an alternative approach towards lignocellulosic biomass fractionation that promises a considerable process intensification by the simultaneous generation of cellulose and lignin as well as the production of value-added chemicals from REM components. The thesis investigates the generated cellulose and the pathway to nanocellulose generation and also includes the structural analysis of extracted lignin.
Finally, the thesis investigates the potential of microwave heating to run chemical reactions in REM and describes the synergy between these two approaches. Microwave heating for chemical reactions and the use of eutectic mixtures as alternative reaction media are two research fields that are often described in the scope of green chemistry. The thesis will therefore also contain a closer inspection of this terminology and its greater goal of sustainability.
The Lyman-𝛼 (Ly𝛼) line commonly assists in the detection of high-redshift galaxies, the so-called Lyman-alpha emitters (LAEs). LAEs are useful tools to study the baryonic matter distribution of the high-redshift universe. Exploring their spatial distribution not only reveals the large-scale structure of the universe at early epochs, but it also provides an insight into the early formation and evolution of the galaxies we observe today. Because dark matter halos (DMHs) serve as sites of galaxy formation, the LAE distribution also traces that of the underlying dark matter. However, the details of this relation and their co-evolution over time remain unclear. Moreover, theoretical studies predict that the spatial distribution of LAEs also impacts their own circumgalactic medium (CGM) by influencing their extended Ly𝛼 gaseous halos (LAHs), whose origin is still under investigation. In this thesis, I make several contributions to improve the knowledge on these fields using samples of LAEs observed with the Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) at redshifts of 3 < 𝑧 < 6.