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Der hohe Verbrauch von Antibiotika führt zu stetig steigenden Konzentrationen der Wirkstoffe und ihrer Transformationsprodukte in der Umwelt. Antibiotika in der Umwelt haben das Potential Funktionen von Ökosystemen zu stören und tragen zur Entwicklung und Selektion von resistenten Bakterien bei. Um diese negativen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu reduzieren, sind vielseitige Lösungen notwendig. Benign by Design (BbD) ist ein wichtiger Baustein dafür. Daher ist es wichtig zu verstehen, inwiefern das BbD Prinzip auf verschiedene Substanzgruppen anwendbar ist und welche Limitierungen zu berücksichtigen sind. Mit dieser Arbeit soll ein Beitrag zur Entwicklung von in der Umwelt mineralisierbaren Antibiotika entsprechend des Benign by Design Konzeptes geliefert werden. Dies wurde am Beispiel der Fluorchinolonantibiotika durchgeführt, da diese sehr wichtige, aber auch sehr persistente Wirkstoffe sind. Ziel war es, zu verstehen, welche Veränderungen an der Grundstruktur vorgenommen werden können, um Derivate zu erzeugen, die während der Wirkdauer und Lagerung ausreichend stabil bleiben, aber anschließend in der Umwelt möglichst schnell und vollständig mineralisiert werden können. Im ersten Teil der Arbeit wurden die BbD Ansätze des targeted und non-targeted Re-Designs und de novo Designs, sowie die Verwendung von in silico Tools zu deren Umsetzung, untersucht. Basierend darauf wurde ein Workflow entwickelt, der eine mögliche Verwendung von computergestützten Methoden innerhalb des BbD Frameworks aufzeigt. Der Ansatz des non-targeted Re-Designs wurde für neun verschiedene Substanzen aus der Klasse der Fluorchinolone angewandt. Dafür wurden Transformationsprodukte der Muttersubstanzen mittels Photolyse und Photokatalyse erzeugt. Das resultierende Substanzgemisch wurde hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit und Toxizität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Bestrahlung mit UV-Licht eine Vielzahl an neuen Strukturen entstehen und das Gemisch oft eine gesteigerte biologische Abbaubarkeit im Vergleich zur Muttersubstanz aufweist. Das targeted Re-Design wurde am Beispiel von Fluorchinolon-Glucosamin-Derivaten untersucht. Dabei galt es zu verstehen, inwiefern Glucosamin-Substituenten die biologische Abbaubarkeit beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von acetylierten Glucosamin-Substituenten ein partieller Abbau stattfindet. Diese Erkenntnisse können zukünftig in das gezielte, fragment-basierte Design von grüneren Strukturen einfließen. Im letzten Teil der Arbeit wurden die Struktur-Bioabbau-Beziehungen von N-hetero-zyklischen Verbindungen, welche auch die Basis des Fluorchinolon-Grundgerüstes sind, untersucht und leicht biologisch abbaubare Leitstrukturen identifiziert. Dafür wurden 84 verschiedene N-Heterozyklen nach OECD 301 Richtlinien getestet. Basierend darauf wurde zum einen ein lokales 3D-QSAR Modell, insbesondere zur Visualisierung der Effekte der Substituenten im dreidimensionalen Raum, erstellt, als auch Regeln für das Design von umweltfreundlicheren Chinolonen und verwandten Strukturen abgeleitet. Weiterhin wurden abbaubare Strukturen aus der Gruppe der Chinazoline identifiziert, welche vielversprechende Leitstrukturen für das Design von Topoisomerase-Inhibitoren oder anderer Chemikalien darstellen. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass die Umsetzung von BbD im Wirkstoffdesign möglich ist und wie potentielle Vorgehensweisen aussehen können. Dabei konnte gezeigt werden, dass selbst die als besonders persistent geltenden Fluorchinolonantibiotika das Potential bieten, zu besser abbaubaren Derivaten re-designt zu werden. Es wurde jedoch auch deutlich, dass es keine allgemeingültige Herangehensweise gibt und Methoden den entsprechenden Substanzklassen und Anforderungen angepasst werden müssen.
Mathematisches Problemlösen ist eine in den Bildungsstandards verankerte Kompetenz, die es bei Schülern explizit zu fördern gilt. Für eine erfolgreiche Bearbeitung von Problemlöseaufgaben ist laut Begriffsverständnis der Bildungsstandards des Faches Mathematik die Auswahl und zielführende Anwendung von Heurismen erforderlich, was für Schüler durchaus herausfordernd sein kann. Bereits seit Jahrzehnten beschäftigt sich daher die Forschung der deutschsprachigen Mathematikdidaktik mit der Schaffung geeigneter Lernmaterialien zur Förderung von Problemlösekompetenz und dennoch sind bislang nicht alle Unklarheiten ausreichend beantwortet. So ist beispielsweise nach wie vor weitestgehend unklar, wie eine Förderung der Kompetenz etwa durch geeignete Lernmaterialien unterstützt werden kann. Daraus ergibt sich nicht zuletzt der unmittelbare Forschungsansatz, wie geeignete Lernmaterialien geschaffen bzw. ausgestaltet sein sollten, um die Entwicklung von Problemlösekompetenz von Schülern zu fördern. Im Fokus stand dabei die Beantwortung folgender übergeordneter Forschungsfrage, welche sich in der Dissertationsschrift in weitere Teilfragen untergliedert: "Welche Veränderung des Bearbeitungserfolgs bei Problemlöseaufgaben zur Flächeninhaltsberechnung zeigen Schüler – hinsichtlich der Auswahl und Anwendung von Heurismen – durch die Bearbeitung eines papier- bzw. eines videobasierten Lösungsbeispiels?" Die Beantwortung der Forschungsfrage fand im Rahmen einer durchgeführten Studie in Form einer quasiexperimentellen Laborstudie mit insgesamt 38 Schülern statt. Untersucht wurde dabei, inwiefern medial unterschiedlich aufbereitete Lösungsbeispiele eine geeignete Lernunterstützung zur Entwicklung von Problemlösekompetenz darstellen. Dafür wurde in einer Treatmentgruppe eine Problemlöseaufgabe zur Flächeninhaltsberechnung mit Hilfe eines papierbasierten Lösungsbeispiels bearbeitet, während in einer zweiten Treatmentgruppe ein inhaltlich identisches Lösungsbeispiel videobasiert in Form eines Erklärvideos zur Verfügung stand.
Das Promotionsprojekt, das in das Forschungsprojekt Nawi-In (Naturwissenschaftlichen Unterricht inklusiv gestalten – Kompetenzentwicklung von Lehramtsstudierenden für und mit der Praxis) eingebettet ist, fokussiert die Entwicklung von Analysekompetenzen Masterstudierender der Sekundarstufe I mit naturwissenschaftlichem Fach, inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht zu identifizieren und zu analysieren. Hierfür analysierten die Masterstudierenden (N=5) sowohl eigenen videografierten als auch fremden inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht im Rahmen eines dreisemestrigen Projektseminars. Die Begleitforschung, die im ersten und zweiten Semester des Projektseminars stattfand, untersuchte die Entwicklung der Merkmalsausprägungen der Selbstwirksamkeit, Einstellungen und des selbsteingeschätzten fachdidaktischen Wissens (PCK) in Bezug zu inklusivem naturwissenschaftlichen Unterricht. Der Kern der Forschung ist die Entwicklung eines Modells, um die video-stimulierten Reflexionen zum eigenen (pre und post) und fremden inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht (pre, re und post), die audiografiert und transkribiert wurden, auszuwerten und so eine Entwicklung der Analysekompetenzen über die verschiedenen Erhebungszeitpunkte hinweg feststellen und abbilden zu können. Das Analytical Competency Model (ACM) ist ein Kategoriensystem, das aus verschiedenen Forschungen zu Professionalisierung, Expertiseforschung über Lehrpersonen und professioneller Unterrichtswahrnehmung besteht. Validiert wurde das ACM durch das Erstellen eines Expertenratings. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Entwicklung der Analysekompetenzen in der Studierendenstichprobe. Es wurden über den Erhebungszeitraum hinweg mehr Momente als inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht identifiziert und die identifizierten Momente in übergeordnete Konzepte zu inklusivem naturwissenschaftlichen Unterricht eingeordnet.
Diese Dissertation verfolgt einerseits das Ziel der umfassenden Sichtung der technischen, psychologischen, philosophischen und neurobiologischen Grundlagen der Künstlichen Intelligenz und damit die Etablierung einer epistemischen und ontologischen Eingrenzung der Technologie und andererseits das Ziel der moralphilosophischen Beurteilung und Risikobewertung. Die zentrale Hypothese unterstellt der Technologie, die überhaupt nur durch die rasanten Fortschritte der Natur- und Ingenieurwissenschaften und damit durch die Aufklärung ermöglicht wurde, eine Unterwanderung der zentralen Prinzipien und Werte der Aufklärung. Zu befürchten ist eine selbstverschuldete Unmündigkeit des Menschen durch die Künstliche Intelligenz. Wesentlich in der Argumentation ist das Aufgeben von menschlicher Autonomie zugunsten einer Technologie, die selbst nicht autonom sein kann, die Verlagerung von Verantwortlichkeiten in einen neu entstandenen rechtsfreien Raum, der Verlust der menschlichen Individualität und letztlich die Preisgabe der Menschenwürde durch den Übergang in ein "Reich ohne Notwendigkeit", aus dem es kein Entkommen gibt. Eine Ethik der Künstlichen Intelligenz muss, so die normative Schlussfolgerung, die Wahrung der menschlichen Autonomie, Verantwortlichkeit, Individualität und Würde in den Vordergrund stellen, sodass ein individueller und kollektiver Rückfall des Menschen in die Unmündigkeit verhindert wird.
Dem Konzept der Salutogenese folgend, widmet sich diese Arbeit der individuellen Gesundheitskompetenz von angehenden Lehrkräften, die als Schlüsselkompetenz verstanden wird, um die körperliche und psychische Gesundheit zu stärken. Vier Fragestellungen werden in dieser kumulativen Dissertation untersucht: (1) Die erste Studie widmet sich den Fragestellungen, wie die weiterentwickelten Fähigkeiten der individuellen Gesundheitskompetenz bei angehenden Lehrkräften ausgeprägt sind und welche Bedeutung diese für die Gesundheit von angehenden Lehrkräften haben. Dazu wurden Studierende aus dem 2. Mastersemester (195 Lehramtsstudierende vs. 108 Nicht-Lehramtsstudierende) befragt. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Lehramtsstudierende im Vergleich zu Nicht-Lehramtsstudierenden signifikant besser in den Komponenten der Gesundheitskompetenz einschätzen, mit Ausnahme der Verantwortungsübernahme. Hinsichtlich des allgemeinen Gesundheitszustandes unterscheiden sich die Studierendengruppen nicht signifikant voneinander, jedoch weist knapp jeder dritter Studierende einen schlechten Gesundheitszustand auf. (2) Die zweite Studie geht ebenfalls den Fragestellungen nach, wie die weiterentwickelten Fähigkeiten der individuellen Gesundheitskompetenz bei angehenden Lehrkräften ausgeprägt sind und welche Bedeutung diese für die Gesundheit von angehenden Lehrkräften haben. Hierzu wurde jedoch in dieser Studie die Gesundheitskompetenz von Lehrkräften in der ersten (Lehramtsstudium) und zweiten Phase (Vorbereitungsdienst) der Lehrkräfteausbildung gemessen (195 Masterlehramtsstudierende vs. 242 Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst). Lehramtsstudierende weisen im Vergleich zu den Lehrkräften im Vorbereitungsdienst signifikant höhere Werte in den übrigen Fähigkeiten der Gesundheitskompetenz auf mit Ausnahme der Fähigkeit zur Kommunikation und Kooperation. Hinsichtlich des allgemeinen Gesundheitszustandes schätzen Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst diesen signifikant besser ein als Lehramtsstudierende, wobei in beiden Gruppen insbesondere die Komponente Selbstregulation mit dem Gesundheitszustand korreliert. Die Ergebnisse multipler Regressionsanalysen zeigen, dass die Fähigkeiten zur Selbstregulation, Selbstkontrolle und Verantwortungsübernahme Prädiktoren für den Gesundheitszustand von Lehramtsstudierenden darstellen und die Fähigkeiten zur Selbstregulation und Verantwortungsübernahme die Prädiktoren für den Gesundheitszustand der Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst sind. (3) In der dritten Studie wird vor allem untersucht, wie die berufliche Selbstregulation mit den weiterentwickelten Fähigkeiten der individuellen Gesundheitskompetenz von angehenden Lehrkräften zusammenhängt und welche Komponenten die psychische Gesundheit von angehenden Lehrkräften bedingen. Dazu wurden 407 Lehrkräfte im Vorbereitungsdienst befragt. Die Selbstregulationstypen wurden mittels einer latenten Profilanalyse analysiert und die vier beruflichen Selbstregulationstypen repliziert (Gesundheitstyp: 35.4%, Schontyp: 22.8%, Typ A: 19.2% und Typ B: 22.6). Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, dass eine Lehrkräfteausbildung, die Aspekte der Selbstregulationsfähigkeit einbezieht, nicht nur das Wohlbefinden von angehenden Lehrkräften verbessern könnte, sondern auch ihre individuelle Gesundheitskompetenz. Eine Förderung der beruflichen Selbstregulation durch Lernangebote könnte auch mit der Stärkung der individuellen Gesundheitskompetenz von angehenden Lehrkräften verbunden sein. (4) In der vierten Studie wurden die empirisch gewonnenen Erkenntnisse der ersten drei Studie aufgegriffen und ein Seminarkonzept zur Förderung der individuellen Gesundheitskompetenz von angehenden Lehrkräften im Rahmen der Lehrkräfteausbildung erstellt. Das Seminar umfasst unter anderem allgemeine gesundheitswissenschaftliche Grundlagen und die theoretische Hinführung zu verhaltensbezogenen Bewältigungsstrategien, am Beispiel von Achtsamkeit, und verhältnisbezogenen Strategien im Kontext Schule mit Bezug zur Unterrichtsqualität und Schulentwicklung. Das Rahmenpapier bettet die vier Publikationen in den übergeordneten theoretischen Kontext ein, diskutiert die Ergebnisse und leitet abschließend Empfehlungen für weitere Forschung und für die Lehrkräfte(aus)bildung ab.
Aufbauend auf einem interdisziplinären Modell, das sowohl kognitionspsychologische als auch mathematikdidaktische Fähigkeiten beim Schätzen von visuell erfassbaren Größen (Längen, Flächeninhalte, Fassungsvermögen, Rauminhalte) beinhaltet, und einem Modell zur Systematisierung verschiedener Aufgabenmerkmale wurde im Rahmen dieses Dissertationsprojekts ein schriftlicher Schätztest entwickelt. Der Schätztest beinhaltet insgesamt 48 Items, deren Merkmale zwischen den Größen parallelisiert und gleich verteilt sind (12 Items pro Größe) Die Daten des Tests werden genutzt, um verschiedene Arten der Ermittlung und Bewertung von Schätzgenauigkeit zu untersuchen, die Schätzgenauigkeit von Kindern der vierten, fünften und sechsten Klasse zu ermitteln und um den Zusammenhang der vier Größen zu beschreiben. Die Untersuchung verschiedener klassischer Fehlerberechnungs- und Bewertungsarten zeigt wesentliche Unterschiede in Testleistung und Testgüte. Die Berechnung des logarithmischen Fehlers in Verbindung mit einem logarithmischen Scoring wird als ein alternatives Verfahren genutzt. Die Analyse der Schätzergebnisse von 900 Kindern zeigt, dass sich die Schätzgenauigkeit von Kindern der vierten und sechsten sowie fünften und sechsten Klassen signifikant unterscheidet: Kinder aus höheren Jahrgängen schätzen genauer als Kinder aus niedrigeren Jahrgängen. Es konnte kein signifikanter Unterschied bei der Schätzgenauigkeit zwischen Kindern der vierten und fünften Klassen festgestellt werden. Darüber hinaus unterscheidet sich Schätzgenauigkeit signifikant zwischen den Größen: Längen werden am genauesten geschätzt, gefolgt von Fassungsvermögen, Flächeninhalten und Rauminhalten. Alle Größen korrelieren bezüglich der Schätzgenauigkeit moderat miteinander. Die Schätzgenauigkeit von Längen kann als Prädiktor für die Schätzgenauigkeit der anderen Größen herangezogen werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, empirisch gesicherte Aussagen über die schriftliche Textplanung von Mittelstufenschülern beim schriftlichen Argumentieren treffen zu können. Somit wird hier das argumentative Schreiben und Planen von schriftlichen Texten von Siebtklässlern betrachtet und untersucht. Die Daten resultieren aus dem Forschungsprojekt "!!Fach-an-Sprache-an-Fach!!". Im Rahmen dieses Projektes nahmen Schüler der 7. Klassen von insgesamt sieben Schulen in Niedersachsen und Hamburg an einer 15-wöchigen Intervention teil, um u.a. ihre schriftlichen persuasiven Argumentationsfähigkeiten zu verbessern. In diesem Zusammenhang arbeiteten die Schüler mit einem selbst entwickelten Planungstool, um argumentative Texte zu verschiedenen Aufgabenstellungen zu verfassen. In der Arbeit werden von 33 Fokusfällen die bearbeiteten Planungstools sowie die dazugehörigen argumentativen Texte in einem mehrstufigen qualitativen und quantitativen Analyseverfahren betrachtet. In dem Analyseverfahren wird u.a. mit der formal, strukturierenden qualitativen Inhaltsanalyse und mit einem gattungsspezifischen Textanalyseverfahren gearbeitet.
Angststörungen gehören im Kindes- und Jugendalter zu den häufigsten psychischen Störungen. Sie führen zu mittel- und langfristigen psychosozialen individuellen und gesellschaftlichen Beeinträchtigungen und Belastungen, sind entwicklungspsychopathologisch verbunden mit Defiziten in der Emotionsregulation, zeigen eine hohe Komorbidität mit anderen psychischen Störungen wie insbesondere mit depressiven Störungen und weisen zudem eine hohe Rezidiv- und Persistenzneigung sowie eine niedrige Remissionswahrscheinlichkeit auf. Auf dieser Grundlage kommt der Prävention von Angststörungen bei Kindern und Jugendlichen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund eines konstatierten Forschungsdefizits im Zusammenhang mit universeller Angstprävention im Kindes- und Jugendalter ist im Kontext dieser Dissertation das Trainingsprogramm "Super Skills for Life" von Essau & Ollendick evaluiert worden. Dabei ging es insbesondere um die Überprüfung eines Treatment-Effektes. Das "Super Skills for Life"-Programm ist ein CBT-geführtes Modell, das neben Exposition auch Methoden der Entspannungstherapie und des sozialen Kompetenztrainings impliziert. Als Resilienzaufbauprogramm zeichnet es sich besonders durch die Anwendung der Videofeedbackmethode aus. Im Kontext der schulbasierten Evaluation wurde eine zweifaktorielle Varianzanalyse mit Messwiederholung (Follow-Up-Messung nach sechs Monaten) unter Einbezug von Kovariaten (Bildung, Klassenstufe und Familienstand) und zusätzlich unter Berücksichtigung von Post hoc-Tests (Geschlecht) durchgeführt. Innerhalb der Stichprobe von Grundschulkindern nahmen an der Interventionsgruppe n=77 und an der Kontrollgruppe n=87 Probanden teil. Im Ergebnis konnten in der Zusammenfassung im Wesentlichen keine ausreichenden signifikanten Effekte des Programms hervorgebracht werden. Somit konnte kein Treatment-Effekt belegt werden. Abschließend für diese Dissertation wurden Limitationen dieser empirischen Untersuchung wie bspw. die fehlende Randomisierung, der geringe Stichprobenumfang und der einschränkende Regionalitätsbezug diskutiert.
Die Aufgabe ist zentrales Gestaltungsmittel von Unterricht. Verschiedene Fachdidaktiken untersuchen, aus welchen fachlichen und sprachlichen Merkmalen ihre Aufgabenstellungen aufgebaut sind und welche Bedarfe daraus für die Lehr-Lern-Situationen resultieren. Im Fach Politik bestehen diesbezüglich nur unzureichende und nicht systematisierte Forschungsergebnisse. Das Ziel dieser Dissertation ist es, sich diesem politikdidaktischen Desiderat anzunehmen und die fachliche und sprachliche Komplexität von Politiklernaufgaben näher zu bestimmen, indem das Untersuchungsfeld kategorisiert wird. Hierfür wird die Erstellung und Evaluation eines fachlichen und sprachlichen Kategoriensystems für Lernaufgaben im Fach Politik dargeboten. Mithilfe dieser Kategoriensysteme werden 669 Lernaufgaben zum Thema "Das politische System der Bundesrepublik Deutschland" analysiert, 210 Lernaufgaben aus der Sekundarstufe I und 459 Lernaufgaben aus der Sekundarstufe II. Die Analyseergebnisse werden geordnet nach den folgenden Forschungsfragen präsentiert: (1) Welche fachlichen Merkmale kennzeichnen Lernaufgaben in (ausgewählten) Politik-Schulbüchern? (2) Welche sprachlichen Merkmale kennzeichnen Lernaufgaben in (ausgewählten) Politik-Schulbüchern? (3) Welche fachlichen und sprachlichen Zusammenhänge kennzeichnen Lernaufgaben in (ausgewählten) Politik-Schulbüchern? (4) Welche Schulbuch-Spezifika lassen sich auf Lernaufgabenebene identifizieren?
Die Einführung von Industrie 4.0 und der damit verbundene Wandel des Produktionsumfeldes führen zu neuen Herausforderungen, bieten auf der anderen Seite aber auch neue Möglichkeiten für Unternehmen. Ausgehend von den Herausforderungen der Produktionsplanung und Steuerung als zentrales Element der Produktherstellung, z.B. Komplexität, Dynamik und neue Organisationsformen, werden bestehenden Methoden der Reihenfolgeplanung auf ihre Tauglichkeit zur Verwendung hin geprüft. Die Analyse zeigt, dass Aspekte wie die Ableitung von Handlungen und der Transfer von Wissen in unbekannten Situationen zu den größten Herausforderungen für bestehende Verfahren zählen. Die in der Arbeit neu entwickelte Methode zur dynamischen Auswahl und Anpassung von Reihenfolgeregeln in komplexen Fertigungssystemen mit bestärkendem Lernen greift diese Herausforderungen auf und untersucht mögliche Lösungsstrategien. Die im Rahmen der Arbeit neu entwickelte Methode wird über ein Spektrum an unterschiedlichsten Szenarien evaluiert und mit anderen Methoden verglichen. Dabei werden verschiedene Ausprägungen und Komplexitäts-Niveaus von Handlungen, der Beobachtungsraum und die Mengen an benötigten Daten detailliert analysiert. Schlussendlich zeigt sich, dass die neue Methode in der Lage ist, die Anforderungen an die Produktionsplanung- und Steuerung zu erfüllen und in bekannten wie in unbekannten Szenarien gut Leistung zu erbringen. Zusätzlich ist die Methode in der Lage menschenähnliche Leistungen zu bringen und kann in einem realen Anwendungsfall zur Unterstützung der Produktionsplanung und -Steuerung genutzt werden.