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The emergence of sustainability as a guiding principle for tourism development came along with needs to introduce instruments that can monitor the actual impacts of tourism. Sustainability assessments in tourism (SAT) have gained popularity in recent years with a range of measurement schemes being introduced for national and subnational tourism destinations. With the help of sustainability indicators these schemes intend to guide decision-makers in making better evidence-informed decisions and to improve the overall sustainability performance of tourism. Yet, sustainability assessments have hardly led to changes in organisational or management structures in tourism in the last years.
With this dissertation I aim to contribute to a deeper understanding of the implementation and performance of sustainability assessments, by linking transformative needs of tourism with necessary assessment approaches that can serve as effective instruments for a shift towards a more sustainable tourism development. Thus, the research is part of recent efforts to establish profound and effective measurement approaches for sustainable tourism.
I employ a mixed-methods approach combining qualitative, quantitative, set-theoretic, and review methods, with the aim of maximising the validity of results. First, I explore the general progress and current state of research on sustainability assessments in tourism, with the intention to identify patterns, key elements and research gaps within assessment approaches This is followed by subsequent detailed analyses that examine specific environmental and socio-economic sustainability issues with the aim of providing conceptual, methodological and empirical solutions for assessing them in detail.
My dissertation highlights that concrete assessment tools are needed for evidence-informed decision-making and the establishment of effective actions in destination management. The findings indicate that assessments will be more successful in terms of serving as tools for decision-making, if they tackle main drivers of change and encourage management or policymakers to take decisions that affect multiple sustainability issues. It also reviews different concepts and accounting principles and rises awareness of a cautious selection of methods and measurement approaches, as this may affect overall results. The thesis empirically evaluates and applies different measurement approaches in specific destinations, with the help of quantitative and qualitative data collection methodologies. In general, my thesis provides further clarification about key environmental and socio-economic measurement methodologies, which supports ongoing debates about sustainability impacts of tourism. Thus, the research contributes to knowledge, frameworks, methodologies and practical application for tourism governance and tourism sustainability science.
Mikroalgen können bei den internationalen Bemühungen zur Begrenzung der CO2-Emissionen einen wichtigen Beitrag leisten. In der Photosynthese der Mikroalgen wird, wie auch bei Landpflanzen, das CO2 aus der Atmosphäre in Biomasse fixiert. Im Gegensatz zu Landpflanzen können Mikroalgen zudem exponentiell wachsen, haben geringere Anforderungen an die Wasserqualität und konkurrieren nicht mit Agrarflächen, die begrenzt und für die Nahrungsmittelsicherheit der Weltbevölkerung erforderlich sind. Die produzierte Mikroalgenbiomasse kann als regenerative Ressource zu Biokraftstoffen wie Biogas und Biodiesel umgewandelt und somit als Energieträger genutzt werden. Zudem können Mikroalgen auch bei der biotechnologischen Produktion kommerziell relevanter Wertstoffe wie Pigmenten und Omega-3-Fettsäuren für die Nahrungsmittelindustrie Anwendung finden. Mit dem Ziel der Steigerung dieser Wertstoffe stand die Untersuchung des Einflusses der Kultivierungsparameter Licht und Temperatur auf das Wachstum und die Zusammensetzung der Mikroalgenbiomasse im Mittelpunkt dieser Dissertation. Insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Lichtspektren auf das Wachstum und die Wertstoffproduktion in Mikroalgen wird in der Literatur kontrovers diskutiert und wurde daher detailliert untersucht. Zusätzlich wurde überprüft, ob sich die gewonnenen Erkenntnisse auch auf Landpflanzen übertragen lassen.
Im Rahmen dieser Promotion wurde erstmals systematisch der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und Lichtspektren im zeitlichen Verlauf der Kultivierung auf Mikroalgen untersucht. Hierbei konnten distinkte Spektralbereiche sowie Temperaturen ermittelt werden, die für eine maximale Produktion von Biomasse und Pigmenten sowie einem maximalen Desaturierungsgrad der Fettsäuren erforderlich sind. Die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Biochemie von photosynthetischen Organismen bei. Dieses Wissen ist bereits in die Entwicklung eines Hybridsystems zur komplementären Nutzung des Sonnenlichts für die Photovoltaik und Biomassenproduktion eingeflossen und könnte künftig bei der gezielten Produktion von Wertstoffen mittels Mikroalgen weitere Anwendungen finden.
In den Untersuchungen wurden Mikroalgen sowie zusätzlich Rapspflanzen (Brassica napus L.) unter verschiedenen Bedingungen kultiviert und die Biomassenkonzentration sowie die Fettsäure- und Pigmentkomposition zu festgelegten Zeitpunkten untersucht. Mit einer modifizierten Folch-Extraktion wurden die Fettsäuren extrahiert, umgeestert und mittels Gaschromatografie mit Elektronenstoßionisation Massenspektrometrie (GC-EI/MS) analysiert. Die Analyse der Photosynthesepigmente erfolgte durch Hochleistungsflüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem UV/VIS Spektrometer (HPLC-UV/VIS).
Zunächst wurde die grüne Mikroalge Acutodesmus obliquus (Turpin) bei unterschiedlichen Temperaturen mit blauem, grünem und rotem Licht unterschiedlicher Photonenflussdichte kultiviert. Die Bestrahlung mit blauem Licht führte unter allen Bedingungen zur geringsten Biomassenproduktion.
Demgegenüber bewirkte die Behandlung mit rotem Licht bei allen Experimenten eine höhere Biomassenproduktion. Die Biomassenproduktion unter grünem Licht war dagegen sehr variabel und abhängig von den Rahmenbedingungen. Entgegen der klassischen Lehrmeinung ließ sich mit diesem Spektralbereich insbesondere bei hohen Photonenflussdichten und hohen Biomassenkonzentrationen ein höheres Wachstum als mit rotem Licht erzielen. In nachfolgenden Untersuchungen wurde zudem festgestellt, dass die Biomassenkonzentration im Vergleich zur Behandlung mit rotem Licht signifikant erhöht ist, wenn das Lichtspektrum neben langwelligeren Anteilen zusätzlich noch kurzwelligere Spektralanteile unter 550 nm enthält. Diese Ergebnisse wurden mehrfach an A. obliquus und bei der nah verwandten Grünalge Monoraphidium braunii (Nägeli) reproduziert.
Bei der Fettsäureanalyse war ein starker Einfluss der Parameter Temperatur und Lichtspektrum auf die Fettsäurekomposition in A. obliquus feststellbar. So bewirkte eine niedrige Kultivierungstemperatur einen erhöhten prozentualen Anteil der mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs) 16:4, 18:3 und 18:4. Eine starke Erhöhung der prozentualen Anteile dieser PUFAs wurde ebenfalls bei Kultivierung mit grünem und blauem Licht gegenüber rotem Licht festgestellt. Umgekehrt waren die relativen Proportionen der ungesättigten Fettsäuren mit niedrigerem Desaturierungsgrad (16:1, 16:2, 16:3, 18:1 und 18:2) unter rotem Licht gegenüber grünem und blauem Licht erhöht. Weil der Spektralbereich zwischen 450 und 550 nm (blaugrünes Licht) im grünen und blauen Licht, nicht jedoch im roten Licht enthalten ist, wurde geschlossen, dass dieser Spektralanteil für den Einbau von Doppelbindungen in die Kohlenwasserstoffkette der Fettsäuren in A. obliquus relevant ist. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde diese Beobachtung bei A. obliquus reproduziert und durch die Kultivierung mit spezifischen Lichtspektren auf einen Spektralbereich von 470–520 nm eingegrenzt. Zudem wurde auch eine maximale Konzentration aller in A. obliquus identifizierten Pigmente bei Kultivierung mit blaugrünem Licht gemessen. Da sowohl die PUFAs 16:4 und 18:3 als auch die Pigmente vorwiegend in der Thylakoidmembran vorkommen, wurde die Hypothese entwickelt, dass blaugrünes Licht eine physiologische Reaktion bewirkt, die zu einer erhöhten Bildung von Thylakoidmembranen führt.
Im letzten Teil der Arbeit wurde überprüft, ob die an A. obliquus gewonnenen Erkenntnisse auf die phylogenetisch nah verwandte Grünalgenart M. braunii und auf die Landpflanze B. napus übertragen werden können. Bei M. braunii wurde, ähnlich wie bei A. obliquus, ein maximaler Desaturierungsgrad der Fettsäuren und eine maximale Konzentration der Photosynthesepigmente bei Behandlung mit blaugrünem Licht gemessen. Zudem konnten Hinweise dafür gefunden werden, dass blaugrünes Licht ebenfalls relevant für die Desaturierung der Fettsäuren in den Folgeblättern von B. napus ist.
The food and land use system is one of the most important global economic sectors. At the same time, today's resource-intensive agricultural practices and the profit orientation in the food value chain lead to a loss of biological diversity and ecosystem services, high emissions, and social inequality - so-called negative externalities. From a scientific perspective, there is a broad consensus on the need to transform the current food system. This paper investigates the suitability of True Cost Accounting (TCA) as an approach to inte-grating positive and negative externalities into business decisions in the food and land use system, focusing on the retail sector due to its high market power and resulting influence on externalities along the entire food value chain. For this purpose, a qualitative study was con-ducted with sustainability managers of leading European food retail companies in terms of their annual turnover, sustainable finance experts, and political actors related to environmental and social policy. A sample of N=11 participants was interviewed about the emergence and meas-urement of externalities along the food value chain, the current and future relevance of knowing about externalities for food retail companies, and the market and policy framework necessary for the application of TCA. The data collected was evaluated using the method of qualitative content analysis according to Mayring. Findings show that TCA is a suitable method for capturing positive and negative external ef-fects along the food value chain and thus also for meeting the growing social, political, and financial demands for its sustainable orientation. At the same time, there are still some chal-lenges in the application of TCA, both from a theoretical and a practical point of view. The main challenges at present are the lack of a standardised methodology, data availability, and key performance indicators. Due to the focus on prices, margins and competitors, food retail groups, in particular, emphasise the risk of revenue and profit losses as well as customer churn when applying TCA. Hence, the introduction of TCA in the food and land use system requires the development of measures that are socially acceptable, backed by legal frameworks and promote the scientific development of the methodology. This offers the opportunity to create a level playing field, apply the polluter-pays principle to the entire value chain and support science in developing appropriate indicators as well as a TCA database. Food retail companies can benefit from addressing TCA at an early stage by analysing their value chain to initiate change processes early, identify risk raw materials and products, reduce negative externalities through targeted measures, sensitise customers to the issue and thus differentiate themselves from competitors.
This thesis deals with sustainability in African Higher Education Institutions (HEIs) and the influence of language in achieving sustainable development. Several authors highlighted the existing imbalance of sustainability research in higher education, with most publications focusing on the so-called Global North. Little is known about sustainability in the so-called Global South, and in African educational institutions in particular. The first article of this thesis investigated existing sustainability activities in African HEIs. Rather than focusing on the shortcomings, the paper took a positive stance, opposing the predominant language of deficits in research on Africa. In the Delphi study conducted, 32 experts from 29 HEIs in 16 African countries described the sustainability activities they are engaging in. Experts provided information about their experiences in their respective HEI, while language and culture emerged as areas in need of further research. The second article therefore focused on the relationship between language and education for sustainable development in African educational institutions, and systematically reviewed scholarly literature regarding this connection. Authors of the reviewed 33 papers approached this connection mainly on a theoretical and philosophical level, focusing on education and Africa as a whole rather than specified forms of education in specific countries. The third article examined the views of Tanzanian higher education students and graduates regarding language and sustainability. Participants explained how they integrate sustainability and the Sustainable Development Goals (SDGs) into their research and how they approach translations in the process. In the ensuing interviews, participants estimated that only a fraction of people outside of academia are aware of sustainability and the
SDGs, rendering the achievement of target 4.7 unlikely. This thesis therefore contributes to a better understanding of the current challenges in implementing sustainability and the SDGs in African educational institutions. It highlights the need to integrate (local) African languages in order for sustainability activities as well as the SDGs to be successful, and to keep the pledge to leave no one behind.
Over the past two decades, transitions research has witnessed rapid development. However, there is still a notable gap in our understanding of sustainability transitions in conflict settings and the role of international organizations in these transitions. Little is known about the dynamics of power, limiting and facilitating factors, and the role of (international) actors in sustainability transitions in conflict settings. This dissertation seeks to make contributions to these discussions by examining energy transitions in Afghanistan, a conflict-affected country, between 2001 and 2021. It specifically focuses on the involvement of international development organizations, shedding light on their role in energy access, institutional change, and imagining Afghanistan’s future energy system development.
After security, access to affordable energy is frequently reported to be Afghanistan’s most pressing need. Following the fall of the first Taliban regime in 2001, billions of dollars and dozens of international development organizations poured into Afghanistan to support the reconstruction of the country including its energy sector. In the twenty years between 2001 and 2021, the government of Afghanistan and the international development organizations worked on various aspects of energy system development despite on-going insurgency and threats against infrastructural projects. After two decades of armed opposition, the Taliban regained power on August 15, 2021, resulting in the suspension of operations for most development organizations, with only a few humanitarian agencies remaining active. Within this context, this thesis explores topics such as the country’s energy potential and policy, the role of international development organizations in the energy sector, and visions for a future energy system in Afghanistan.
The research conducted for this thesis employed a qualitative case study approach, utilizing semi-structured interviews and document analysis. The key findings of this research can be summarized as follows: Afghanistan possesses a renewable energy potential exceeding 300 GW, encompassing 23 GW of hydro power (across all scales), 220 GW of solar power, 67 GW of wind power, and 4 GW of biomass. However, the domestic installed capacity remains limited, ranging between 600 and 700 MW, mainly sourced from large hydro facilities and thermal plants, with renewable energy playing a minor role. Throughout the period of 2001-2021, Afghanistan heavily relied on electricity imports from Central Asian countries, fulfilling around 80% of its electricity needs. International development organizations played a crucial role in assisting the governments of Afghanistan in establishing a regulatory framework for the energy sector. Notably, they contributed to the development of key laws and policy documents, such as the Renewable Energy Policy, which outlines Afghanistan's objective of sourcing 95% of its electricity from renewable sources by 2032.
Further findings of this research concern firstly the role of international organizations in institutional change and secondly the energy imaginaries in the conflict-affected setting of Afghanistan. Throughout their 20-year involvement, international organizations sought
VIII International Organizations and Energy Transitions in Afghanistan
wide-ranging institutional changes in relation to the energy sector of Afghanistan. These included (a) the development of a regulatory framework for the sector involving several organizational and regulative changes, (b) extensive privatization efforts including corporatization of the state-owned energy utility DABS, and (c) empowerment of women in both general and energy-specific contexts.
In terms of energy imaginaries, a dominant imaginary is that of ‘Afghanistan as an energy corridor’ between Central Asia and South Asia, which is supported by the government and several powerful actors. When considering energy sources, experts advocate for a least-cost supply approach, regardless of the specific energy sources. Additionally, experts recommend implementing small-scale off-grid projects in remote and sparsely populated rural areas, while advocating for grid-connected large-scale projects in urban areas. The suggestion for off-grid projects stems from their resilience in the face of armed conflicts, such as the numerous attacks documented on energy projects in Afghanistan. This research contributes to literature on the role of international organizations in sustainability transitions, transitions in conflict settings, and the energy sector of Afghanistan.
Keywords: Afghanistan; International development organizations; Energy Transitions; Sustainability transitions; Fragile and conflict settings
Nachhaltigkeitsziele im Sinne einer Ökologie, Ökonomie und Soziokultur lassen sich im Bauwesen auf verschiedene Instrumente zurückführen. Optimierung des Wärmeschutzes durch die Energieeinsparverordnung (Effizienz) oder Minimierung von Abfall im Kreislaufwirtschaftsgesetz
(Suffizienz). Um jedoch eine neue Qualität der Nachhaltigkeit zu schaffen, ist ein Paradigmenwechsel notwendig. Dabei können Cradle to Cradle Prinzipien als ökoeffektive Methode angewandt werden, in dem exemplarisch die Biodiversität eingebunden, gesunde Bauprodukte verbaut und erneuerbare Energien genutzt werden. Die Natur dient als Vorbild (Konsistenz). Demnach werden Gebäude nützlich für Mensch, Umwelt und Gesellschaft umgesetzt und gleichzeitig Werte geschaffen. Für den deutschen Einzelhandel bestehen vielschichtige Potenziale, da der Gebäudebestand mit mehreren Millionen Quadratmetern bedeutend ist und die Bauwerke aufgrund von Konzeptänderungen oder Verschleiß der Ladenflächen regelmäßig umgebaut werden.
Die Forschung beginnt mit einer Bestandsaufnahme von Cradle to Cradle Bauprodukten und Analyse eines real umgesetzten Einkaufszentrums. Um Einflussfaktoren von Stakeholdern zu identifizieren, wurden qualitative Experteninterviews mit ausgewählten Projektbeteiligten
aus Bauherrn, Betreibern, Beratern, Mietparteien und Herstellern durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde erforscht, inwieweit sich Bauprodukte aus der Gebäudeplanung in
wissenschaftlicher Theorie und praktischer Bauwirtschaft umsetzen lassen, Geschäftsmodelle anwendbar sind, Trends und Innovationen im Zusammenhang stehen oder Änderungen in Politik oder Wirtschaft notwendig sind. Im Ergebnis wurden Maßnahmen für eine neue Qualität der Nachhaltigkeit bei Einzelhandelsgebäuden identifiziert. Exemplarisch wird anhand der Interviews deutlich, dass neben einem staatlichen Umweltzeichen oder einer Green Building Planungsdisziplin,
insbesondere die Ökonomie in Form von Investitions- und Betriebskosten den größten Stellenwert besitzt. Es braucht einen staatlichen Regulierungsrahmen und neue Geschäftsmodelle, damit nachhaltige Bauprodukte wirtschaftlich werden und durch Stakeholder in
den Prozessen der Planung, Bauausführung und dem Betrieb berücksichtigt werden.
Transformative learning is increasingly set to become an essential component in sustainability transformation. This type of learning attracts considerable interest in studying and impulsing a paradigm change to transform our world into a more sustainable one, yet its underlying learning mechanisms have remained overlooked. Although there is an apparent relationship between transformative learning and sustainability transformation, little has been done to systematically explore the contribution to sustainability transformation. This learning theory developed decades ago independently of sustainability discourses; however, it provides an analytical framework for understanding the learning processes, outcomes and conditions in individual and social learning towards sustainability transformation. Against this background, the following research question arises: To which extent can transformative learning lead to sustainability transformation?
This doctoral work aims to explore transformative learning processes, outcomes, and conditions occurring and advancing towards sustainability transformation of the textile-fashion industry in Mexico. Taking an exploratory approach, the methods employed were literature reviews to untangle concepts and to construct theoretical pillars to support the empirical research design and data analysis. For data collection, snowball-sampling techniques were used to explore the practice field of the textile-fashion industry in Mexico. Qualitative interviews were employed to gather data about the learning experiences of actors. Qualitative and quantitative methods were required to perform the respective data analysis, the qualitative codification of interviewees’ responses through MAXQDA being the most remarkable one. Analysis of social media content was also utilised to understand the communication and business practices of projects involved in the transformation of the textile-fashion sector. As a result, this work comprises three articles, one a systematic literature review and two empirical research articles, investigating the transformative learning processes of entrepreneurs in the development of sustainability niches.
As for the findings of this doctoral work, the use of transformative learning in sustainability transformation requires a careful study of the theory and its conceptual elements. Regarding the case study, transformative learning is inherent in forming and developing sustainability niches as entrepreneurs venture into them: It is individual prior learning, expectations and actions that initiate the path of sustainability transformation while disorienting dilemmas, critical reflection, and discourse accelerate them. Through these stages, it is when individual learning turns into social learning. On the other hand, based on the multi-level perspective, the interplay between the niche, regime and landscape levels generates a space for sustainability transformation and transformative learning.
This work contributes to deciphering the black box of learning in sustainability transformations. The principal endeavour was to build the theoretical bridges between this emerging area of inquiry and transformative learning theory, as a significant part of this theoretical construction required drawing upon other research fields such as sustainability transitions and sustainability entrepreneurship. The crosscutting feature of learning in those fields enabled the development of an awareness of boundary objects between those fields (e.g., expectations). Furthermore, this study is pioneering in exploring sustainability transformation processes of the textile-fashion industry in Latin American contexts. The findings of this work can also be extrapolated to other sectors in which entrepreneurs participate, such as local food production, sustainable mobility, among others
Im naturwissenschaftlichen Unterricht werden Hypothesen geprüft, Modelle genutzt, Experimente durchgeführt, Phänomene mit naturwissenschaftlichen Konzepten erklärt, die naturwissenschaftliche Fachsprache verwendet, gesellschaftliche Anliegen über Nachhaltigkeitskriterien erörtert usw. (KMK, 2004a, 2004b, 2004c). Von diesen Charakteristika des naturwissenschaftlichen Unterrichts können Barrieren ausgehen, die dazu führen, dass nicht alle Schüler*innen an dem naturwissenschaftlichen Lernen partizipieren können (Ferreira González et al., 2021). Schüler*innen können Fehlvorstellungen von naturwissenschaftlichen Konzepten entwickeln oder motorische Schwierigkeiten beim Experimentieren zeigen (Schlüter, 2018). Lehrkräfte stehen vor der Aufgabe, den naturwissenschaftlichen Unterricht inklusiv zu gestalten, wobei diese Barrieren reduziert und den Schüler*innen Zugänge geboten werden sollen. Von den Charakteristika naturwissenschaftlichen Unterrichts können nicht nur Barrieren, sondern auch Potentiale zur inklusiven Gestaltung ausgehen (Ferreira González et al., 2021; Abels & Brauns, 2020). Unter anderem können Phänomene anschaulich, verblüffend sowie auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen präsentiert werden (Menthe & Hoffmann, 2015). Insgesamt fühlen sich Lehrkräfte jedoch noch nicht ausreichend vorbereitet, ihren Unterricht inklusiv zu gestalten (van Miegham et al., 2020). Aus diesem Grund fordern Simon und Moser (2019) hochschuldidaktische Lehrformate für die Professionalisierung für den inklusiven Fachunterricht zu entwickeln.
Im BMBF geförderten Projekt Nawi-In (Naturwissenschaftlichen Unterricht inklusiv gestalten) sind wir dieser Forderung nachgegangen, indem die Entwicklung professioneller Kompetenzen für den inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht von Lehramtsstudierenden der Primar- und Sekundarstufe beforscht wurde. Dabei wurden Lehramtsstudierende des naturwissenschaftlichen Primar- und Sekundarstufenunterrichts über drei Semester im Projektbandseminar begleitet. Im ersten Semester haben die Studierenden ihr theoretisches Wissen zum inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht vertieft, im zweiten Semester haben sie im Zuge der Praxisphase (halbjähriges Praktikum in der Schule) eigenen inklusiven naturwissenschaftlichen Unterricht gestaltet, reflektiert und beforscht, im dritten Semester fand die Aufbereitung und Analyse der Daten statt (Brauns et al., 2020). Als Teilprojekt des Nawi-In Projekts setzt diese Arbeit den Schwerpunkt auf drei Fokusse: die Entwicklung des Kategoriensystems inklusiver naturwissenschaftlicher Unterricht (KinU), die Beforschung der professionellen Handlungskompetenz sowie der professionellen Wahrnehmung bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts.
Im ersten Fokus geht es sowohl um die Entwicklung und Validierung des KinUs als auch um die Überprüfung der Gütekriterien des KinUs (Brauns & Abels, 2020, 2021b). Zunächst wurden die Charakteristika inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts, die die Kategorien des KinUs 1.0 darstellen, in einem systematischen Review aus der Literatur (n=297) induktiv abgeleitet. Bei diesem Verfahren wurden insgesamt n=935 Kategorien abgeleitet, die sich auf insgesamt vier Abstraktionsebenen von der allgemeinen Hauptkategorien-, über die Subkategorien-, Code- bis hin zur konkreten Subcode-Ebene des KinUs verteilen. Während zunächst n=16 Kategorien die Verbindung naturwissenschaftlicher Charakteristika mit der inklusiven Umsetzung auf der Hauptkategorien-Ebene gebildet haben, waren es nach der Weiterentwicklung und Überarbeitung des KinUs 2.0 n=15 Hauptkategorien. Die Weiterentwicklung des KinUs fand mithilfe der Validierung durch Datentriangulation statt. Durch die Anwendung des KinUs auf Video- und transkribierte Audiodaten wurden fortlaufend weitere Kategorien induktiv abgeleitet. Das KinU 2.0 besitzt insgesamt über alle vier Ebenen n=2117 Kategorien. Zudem wurde die Struktur des KinUs vereinfacht, sodass die inklusiven Zugänge zu jedem naturwissenschaftlichen Charakteristikum bis zur Code-Ebene als ein gleichbleibendes Muster abgebildet werden können. Mit der Überarbeitung des KinUs wurden die Gütekriterien der qualitativen Forschung empirische Fundierung, Reproduzierbarkeit, Reliabilität, Kohärenz und Limitationen sowie Übertragbarkeit überprüft und begründet bestätigt.
Der zweite Fokus bezieht sich auf die Entwicklung und Beforschung der professionellen Handlungskompetenz der Lehramtsstudierenden bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts (Brauns & Abels, eingereicht, in Vorb. a, in Vorb. b). Dabei wurde analysiert, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika Lehramtsstudierende in ihrem Unterricht implementieren, wie sich ihre professionelle Handlungskompetenz während der Praxisphase entwickelt sowie welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten sich für die Primar- und Sekundarstufen bzgl. ihrer professionellen Handlungskompetenz ergeben. Dafür wurden die Unterrichtsvideos, die die Studierenden während der Praxisphase jeweils zweimal von ihrem eigenen Unterricht angefertigt haben, mit dem KinU qualitativ inhaltlich analysiert. Insgesamt haben die Studierenden zwar unterschiedliche Zugänge auf der Subkategorien-Ebene zum naturwissenschaftlichen Unterricht implementiert, allerdings haben sie den Schüler*innen innerhalb dieser Zugänge nur selten verschiedene Optionen geboten. Das bedeutet, dass Studierende beispielsweise zur Anwendung naturwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden zwar einen bestimmten Grad an Offenheit und ausgewählte kommunikative Zugänge gestaltet haben, innerhalb der Offenheitsgrade aber nur das geleitete Experimentieren für alle Schüler*innen angeboten haben. Im Vergleich der Schulstufen zeigt sich, dass sich die zunehmende Fachlichkeit von der Primar- zur Sekundarstufe wiederspiegelt. Insgesamt haben die Studierenden von dem ersten zum zweiten Unterrichtsvideo zunehmend mehr inklusiv naturwissenschaftliche Charakteristika in ihren Unterricht implementiert.
Im dritten Fokus wurde die professionelle Wahrnehmung von Lehramtsstudierenden bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts beforscht (Brauns & Abels, in Vorb. a, in Vorb. b). Dabei wurde analysiert, welche inklusiv naturwissenschaftlichen Charakteristika Lehramtsstudierende wahrnehmen, wie sich ihre professionelle Wahrnehmung entwickelt sowie welche Unterschiede und Gemeinsamkeiten sich für die Primar- und Sekundarstufe bzgl. ihrer professionellen Wahrnehmung ergeben. Dafür wurden video-stimulierte Reflexionen durchgeführt, wobei die Studierenden Videoszenen bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts beschreiben, interpretieren sowie Handlungsalternativen generieren sollten. Bei den Video-Stimulated Reflections (VSRef) haben die Studierenden eine Videovignette aus einem Sachunterricht zum Thema Löslichkeit reflektiert. Die VSRefs wurden zu drei Zeitpunkten durchgeführt: vor dem ersten Mastersemester und vor sowie nach der Praxisphase im zweiten Mastersemester. Zudem wurden während der Praxisphase jeweils zweimal mit allen Studierenden Video-Stimulated Recalls (VSR) durchgeführt. Dabei haben die Studierenden Ausschnitte ihrer eigenen Unterrichtsvideos reflektiert. Sowohl die VSRef als auch die VSR wurden transkribiert und mit dem KinU qualitativ inhaltlich analysiert. Die Lehramtsstudierenden haben zunehmend mehr inklusiv naturwissenschaftliche Charakteristika in den eigenen und fremden Unterrichtsvideos wahrgenommen. Zwischen den Schulstufen waren nur geringe Unterschiede zu erkennen. Am häufigsten haben die Studierenden Zugänge zur inklusiven Gestaltung der Anwendung naturwissenschaftlicher Untersuchungsmethoden wahrgenommen.
Insgesamt zeigt sich, dass die Lehramtsstudierenden ihre professionellen Kompetenzen bzgl. inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts weiterentwickeln konnten. Zudem wurde mit der Entwicklung des KinUs ein Kategoriensystem zur Beforschung und ein Unterstützungsraster für Lehrkräfte zur Gestaltung inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts geschaffen. Als Mehrwert für weitere Erkenntnisse im Bereich des inklusiven naturwissenschaftlichen Unterrichts ist es interessant, weitere Daten in die Analyse der professionellen Kompetenzen (angehender) Lehrkräfte einzubeziehen. Beispielsweise können Schüler*innen beobachtet werden, inwiefern sie partizipieren, um mit Bezug auf die Implementierung inklusiv naturwissenschaftlicher Charakteristika Rückschlüsse zu ziehen, inwieweit der naturwissenschaftliche Unterricht tatsächlich inklusiv gestaltet wurde
Neben den Folgen der industriellen Landwirtschaft lassen sich weltweit degradierte Böden, massives Artensterben und ein zunehmender anthropogener Klimawandel verzeichnen. Um diesen Trend zu brechen, muss Landwirtschaft neu gedacht und transformiert werden. Dafür bedarf es innovativer und vor allem nachhaltiger Landnutzungskonzepte. Einen Beitrag zu einem solchen zukunftsfähigen Landnutzungskonzept können Waldgärten leisten. Dabei handelt es sich um mehrschichtige Systeme, welche multifunktional die natürliche Struktur von Wäldern und Waldrändern imitieren. Auf diese Weise können verschiedene Funktionen erfüllt werden, wie beispielsweise die Produktion von vielfältigen Lebensmitteln. Bisher ist das Konzept des Waldgartens in Deutschland noch nicht weit verbreitet. Es wurde bisher wenig wissenschaftliche Forschung auf dem Gebiet betrieben, und in Deutschland existieren bisher nur wenige Waldgärten. In anderen Ländern bestehen hingegen schon länger erste Erfahrungen oder auch schon lange Traditionen mit Waldgärten. Im Folgenden wird die Fallstudie Hof an den Teichen vorgestellt, zusammengefasst, welche Vorarbeiten bereits stattgefunden haben, und das Forschungsziel und die Forschungsfragen hergeleitet.
This dissertation, entitled “How to Embed Sustainability in the Core of Higher Education Institutions: Drivers of, Barriers to, & Patterns behind the Implementation Processes of Sustainability Curricula – Insights from a Quantitative Meta-Study with Data from around the Globe,” addresses the question of how sustainability curricula1 can be implemented and established in higher education institutions2. This research question is based on the assumption that sustainable development requires new ways of thinking and acting in the world. Accordingly, universities – as hubs for knowledge generation, innovation, and education – provide a central leverage point for sustainably developing society at large. Therefore, the institutionalization of sustainability curricula is not only socially demanded, but also stipulated in numerous political statements from the international community (e.g., those of the UN and UNESCO) and operationalized via Sustainable Development Goal No. 4: “Quality Education”. Previous findings on how such implementation can be successful and what factors support or inhibit the process have come primarily through case studies of individual higher education institutions. These studies provide important insights but have been largely descriptive rather than analytical and leave open questions about the generalizability of their findings – for example, the extent to which other universities can be guided by the experiences of the respective higher education institutions. The present dissertation addresses this research gap. Through a meta-study (i.e., an analytical comparison of existing case studies), generalizable findings on the implementation processes of sustainability curricula are explored. In the first step, a case universe was collected in order to provide a database for deeper analyses. In two further analysis steps that built on the case universe from Step 1, certain factors that promote or inhibit the implementation of sustainability curricula (Step 2) and specific implementation patterns (Step 3) were examined. The following paragraphs provide greater details and an overview of the respective findings. In the first step, a database of peer-reviewed English-language case studies from around the globe that report on such processes was created. A total of 230 case studies were identified, 133 of which focus on the implementation processes of sustainability curricula.3 A bibliometric analysis of the 230 case studies revealed that this field of research is growing, although the discourse is primarily dominated by authors from North America, Europe, Oceania, and Asia, with South America and Africa being underrepresented. In addition, a citation analysis demonstrated that some universities incorporate findings from other countries whereas other universities act in isolation. This observation leaves open the question of the extent to which universities learn from one another in order to advance the implementation of sustainability curricula. In the second step of the analysis, the qualitative data of the collected case studies (sample of 133 case studies) were compared using the case survey method, which is a specific type of a meta-1 Sustainability curricula include courses, programs, and certificates from all fields of study that deal in some form with sustainability topics. For a more-detailed discussion of what education for sustainable development (ESD) entails, see Section Error! Reference source not found..
2 Higher education institutions (HEIs) include universities, universities of applied sciences, and other institutions that offer at least a bachelor’s degree.
3 A detailed explanation of the case sample and subsamples can be found in Section Error! Reference source not found..
analysis. The focus of the comparison lay on the drivers of and barriers to the processes of sustainability curriculum implementation at higher education institutions. Driving- and inhibiting factors have been thoroughly examined theoretically in the discourse on education for sustainable development (ESD), especially those pertaining to higher education institutions. However, no large body of data has yet been created to empirically test these hypotheses. The present meta-study found that the following factors lead to the deep-rooted and comprehensive establishment of sustainability curricula: strong leadership support; the establishment of sustainability curricula in the areas of education, research, campus operations, and outreach activities; formal participation of internal (including students) and external stakeholders; and engagement by sustainability champions (change agents), who are often the first to implement sustainability curricula and can face strong resistance. Other enabling factors include strategic planning, coordination, communication, having a vision, external political influence, the presence of a window of opportunity (e.g., an environmental disaster, a change in presidency), and the availability of interdisciplinary meeting spaces. On the other hand, the strongest cited barriers to the implantation of sustainability curricula were found to be the lack of interdisciplinary meeting spaces, the lack of a vision, the lack of incentives, the lack of resources, an overly full curriculum, and an unsupportive / overly bureaucratic organizational structure. The third step of the analysis also built on data from the 133 case studies and explored whether certain types or patterns of implementation processes occur. Through the analysis, six implementation patterns were identified that share similar driving- and inhibiting factors. The respective interplay between factors leads to various degrees of sustainability curriculum implementation in terms of how deeply rooted and comprehensive this implementation is. As discussed in greater detail below, in descending order of the level of achieved deep-rooted change, these patterns are (1) a collaborative paradigm shift, (2) bottom-up institutional change, (3) top-down institutional change, (4) the presence of many barriers that hinder institutional change, (5) externally driven initiatives, and (6) initiatives that are scattered due to a lack of coordination. Across all patterns, two phases could be identified: First, the impetus to implement ESD may be initiated not only by internal actors, but also by external ones. This initiation can take hold from the “bottom-up” (i.e., by students or faculty), from the “top-down” (i.e., at the presidential level), or in both directions simultaneously. The following key factors appear to be important in driving the initial implementation forward: a culture of open communication between all stakeholders in which feedback and reflection are welcome and even actively solicited, the development of a shared understanding and vision that further create a sense of ownership and long-term success, a high level of collaboration among all stakeholders, and existing initiatives that lead to knowledge sharing and other resources. In this regard, informal collaboration and cooperation can partially compensate for a lack of presidential-level support and/or a formal communication structure. Furthermore, developing a strategy with individual steps and shared responsibility leads to more-successful implementation of ESD at higher education institutions. The presented findings add a complementary empirical perspective to the discourse on the establishment of ESD at higher education institutions. First, the case studies that specifically address the implementation processes of sustainability curricula are reviewed and analyzed here for the first time as part of a research landscape. This research landscape reveals where research on such implementation processes has been or is being conducted. On this basis, both researchers and funders can reflect on the status quo and plan further research- or funding endeavors. Second, this dissertation offers the opportunity to compare a multitude of individual case studies and thus to develop new and generalizable insights into the implementation of sustainability curricula. The empirical analysis uses 133 case studies to identify key factors that promote or inhibit the implementation of sustainability curricula and to add a complementary perspective to the discourse, which has thus far been dominated by theoretical considerations and individual case studies. The analysis thereby offers a new perspective on generalizable influencing factors that appear to be important across different contexts. Thus far, specific patterns of implementation processes have been infrequently studied, and with few datasets. This dissertation analyzes the complex interplay between over 100 variables and provides one of the first research attempts at better understanding the processes that lead to the deep-rooted and comprehensive implementation of sustainability curricula. Internal and external practitioners of higher education institutions can find examples and evidence that can be useful in planning the next steps of their sustainability curriculum implementation. In the future, higher education institutions will play an even greater role in the journey toward sustainable development. This dissertation offers generalizable empirical findings on how universities can succeed in recognizing their own responsibility to that end and in realizing this transformation through the implementation of ESD.
TIME for REFL-ACTION: Interpersonal competence development in projectbased sustainability courses
(2021)
This dissertation investigates interpersonal competence development in project-based sustainability courses. Visions of a sustainable, safe, and just future cannot be reached by one individual alone. Thus, future change agents need to be able to collaborate and engage with stakeholders, to approach the manifold crises, challenges, problems, and conflicts we are facing together, and to promote and push forward sustainability transitions and transformations. Therefore, this research investigates three project-based sustainability graduate courses by comparing and contrasting teaching and learning outcomes, processes, and environments. A comparative case study approach using a Grounded Theory-inspired research design which triangulates several qualitative methods and perspectives is applied to allow for generalizable insights. Thereby, this dissertation provides empirically-informed insights which are further discussed in relation to selected teaching and learning theories. This leads, first, to a discussion of practical implications within (and beyond) sustainability higher education; and second, provides a theoretical foundation for interpersonal competence development in project-based learning settings – so that educating future change agents can gain momentum.
Findings of this research show that embracing conflicts when they occur (i.e. before they provoke cascading effects in the form of further conflicts down-the-road) is an effective strategy to help further develop interpersonal competence. This requires a conflict-embracing attitude. Attitude, in general, seems to be key in interpersonal competence and competence development overall. Self-reflection, if not explicitly required by outside influences (such as instructors), arises naturally from a self-reflective attitude, and is shown to provide the basis for developing interpersonal competence. This research introduces the term ‘Refl-Action’ which stresses the importance of pairing ‘learning by doing’ (as is often the focus in project-based learning settings) with conscious moments of ‘reflecting about the doing’.
More specifically, the research presented here identified four learning processes for interpersonal competence development: receiving input, experiencing, reflecting, and experimenting. Based on the empirical data, when the four processes are purposefully combined, following a meaningful sequence attitudes, knowledge, and skills in collaborative teamwork and impactful stakeholder engagement, are fostered (two facets of interpersonal competence). Each of the four learning processes is set in motion through various interactions students engage in during project-based sustainability courses: student-student (labeled ‘peer’), student-instructor (labeled ‘deliberate’), student-stakeholder (labeled ‘professional’), and student-mentor (labeled ‘supportive’) interactions. When these interactions are made explicit subjects of inquiry – i.e. the (inter-)action is linked with (self-)reflection – different learning processes complement one another: Interpersonal competence facets (collaborative teamwork and impactful stakeholder engagement) and domains (attitudes, knowledge, skills) are fostered. While, overall, interactions, processes, and conflicts have been identified as supportive for interpersonal competence development, trust has emerged as another variable inviting further investigation.
The findings of this thesis can be useful not only to support more conscious course design and facilitation, but should also be taken into consideration in other project-based (sustainability) settings. Both, sustainability novices and experts are regularly required to engage in teams and with stakeholders. Applying a conflict-embracing and self-reflective attitude allows to actively deal with differences encountered where diverse people interact, and to move forward on sustainability problems and visions in collaboration.
Misophonia in the workplace
(2021)
This paper uses the UN’s Sustainable Development Goals’ inclusion of human well-being and disability rights as a base to examine the work experiences of individuals with the syndrome misophonia who have been employed in white-collar office jobs in the Global North, and how these experiences fit into the current discourse on making offices more inclusive and sustainable. It reports on common workplace triggers, coping mechanisms, and the condition’s perceived effects on misophonics, as well as the perceived barriers and carriers to making workplaces more accommodating to those with the condition. A mixed-methods approach was used to address these points. First, a survey was distributed virtually and 203 responses from misophonics who work(ed) in white-collar office jobs in the study region were collected. Next, ten of these survey takers participated in semi-structured, one-on-one interviews, which were then analyzed using qualitative text analysis. The results showed that many misophonics frequently encounter intense triggers (such as mouth sounds) at the office and that self-perceived levels of productivity, well-being, and workplace sociability can be adversely affected. Though opinions on bans of certain behaviors and items and on certain terminology were diverse, there was consensus on desiring more flexible policies, understanding from others, and quiet or private working spaces, including working from home. Lack of misophonia awareness within the general populace, human resources (HR), upper management, and to some degree, the medical community was identified as a persistent barrier to misophonic employees disclosing or asking for reasonable accommodations even when they felt their misophonia was severe, negatively affected them, and there were provisions that could support them. These experiences were similar to those of other invisible conditions and pointed to the need for workplaces striving to be more sustainable and inclusive to adapt their policies and office design decisions.
Im Kontext der Problematik von Fehlinformationen in der populärwissenschaftlichen Literatur widmet sich diese Arbeit in einer Fallstudie drei häufig verkauften Büchern Peter Wohllebens. Untersucht wird, wie nah diese Werke sich am aktuellen Stand der Forschung orientieren und wie gut die getätigten Aussagen nachvollziehbar sind. Für die Untersuchung wurde der Inhalt der Bücher codiert und die resultierenden 8899 Codiereinheiten quantitativ und qualitativ-vergleichend analysiert. Ergänzt wurde dies durch die qualitativ-vergleichende Analyse von drei Schwerpunktthemen. Aus den Ergebnissen wird geschlussfolgert, dass Wohllebens Nähe zum wissenschaftlichen Diskurs unter Einschränkungen ausreichend und die Nachvollziehbarkeit seiner Aussagen mangelhaft ist. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden mögliche Maßnahmen und Handlungsfelder für eine Erhöhung der wissenschaftlichen Qualität populärwissenschaftlicher Werke diskutiert. Es werden weitere potentielle Forschungsmöglichkeiten für ein besseres Verständnis der Situation in den Populärwissenschaften identifiziert und vorgeschlagen.
In zahlreichen, sowohl wissenschaftlichen als auch politischen Veröffentlichungen, wird die "Energiewende" als Transformationsprojekt eingeordnet. Zweifelsohne birgt eine Umstellung auf ein erneuerbares Energiesystem transformative Potenziale. Die Bedeutungsbestimmung von "Energiewende" oder auch Transformation bleibt in Politik und Forschung aber häufig unklar. Um dem zu begegnen, wird in der vorliegenden Studie die Bedeutung von "Energiewende", wie sie im Bundestag verhandelt wird, untersucht. Darauf aufbauend wird analysiert, ob und inwiefern die „Energiewende“ einem Anspruch als Transformationsprojekt gerecht werden kann, bzw. wie sich die Wirkrichtung der mit "Energiewende" verbundenen Politiken im Spannungsfeld beharrend – reformistisch – transformativ verorten lässt. Die besondere gesellschaftliche Bedeutung der Bundestags-Debatten um "Energiewende" leitet sich diskurstheoretisch unter anderem aus der ihnen zukommenden "Schaufensterfunktion" ab, wonach die Debatten strategisch auf eine außerparlamentarische Öffentlichkeit ausgerichtet sind. Hinzu kommt, dass sich der hier stattfindende Diskurs, bspw. in Gesetzen, unmittelbar materialisiert. Als Startpunkt der Untersuchung wird der Beginn der rot-grünen Regierungszeit gewählt (1998), da diese – u.a. wegen der Verabschiedung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) und dem politischen Beschluss zum Atomausstieg – in besonderer Weise mit der "Energiewende" in Verbindung gebracht wird. Als Endpunkt dient die letzte vollständige Wahlperiode zum Zeitpunkt der Untersuchung. Die Diskursanalyse bezieht sich demnach auf die Bundestagsdebatten zur "Energiewende" zwischen der 14. und 18. Legislaturperiode (1998-2017). Das methodische Innovationspotenzial der Arbeit liegt insbesondere in der Verbindung aus einem Verfahren quantitativer, computerbasierter Diskursanalyse mit einer qualitativen Analyse. Als Ergebnis der Verknüpfung von Transformations- und Diskurstheorie wird ein methodisch komplexes Forschungsdesign präsentiert, das sich neben der Analyse des "Energiewende"-Diskurses auf weitere Bereiche der politischen Transformationsforschung übertragen lässt.
Die vorliegende Dissertationsschrift analysiert die Konstruktion schützenswerter "Natur/en" in Gebieten "neuer Wildnis" aus Perspektiven der Sozialen Ökologie sowie der Geschlechterforschung. Das zentrale Erkenntnisinteresse zielt auf den Umgang mit und die Zuschreibungen auf Neobiota in Gebieten "neuer Wildnis". Ziel ist es, herauszuarbeiten, wie in der Konstruktion "fremder Natur/en" in "neuer Wildnis" gesellschaftliche Naturverhältnisse und Geschlechterverhältnisse wechselseitig miteinander verwoben sind und inwiefern in dieser Vermittlung dichotome und hierarchisierende Trennungen wirksam werden. Die empirische Basis der Untersuchung bilden zwei Literaturreviews sowie eine qualitative Interviewstudie zu Naturverständnissen in zwei Untersuchungsgebieten "neuer Wildnis". Dabei werden Neobiota als Ausdruck gesellschaftlicher Naturverhältnisse analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Neobiota in "neuer Wildnis" einerseits als Bestandteil dynamischer Naturentwicklung und schützenswerter Prozesse akzeptiert und nicht (mehr) aufgrund ihrer "Fremdheit" abgewertet werden. "Neue Wildnisse" können mithin als sozial-ökologische Vermittlungsräume gelesen werden, in denen sich die Konstruktion des Schützenswerten verschiebt und hierarchisierende Trennungen abgebaut werden. Andererseits werden Neobiota in Gebieten "neuer Wildnis" oftmals aufgrund ihrer "Ungezähmtheit" und Unkontrollierbarkeit von Eingriffen und Pflegemaßnahmen zur (Wieder-)Aneignung von Kontrolle über "fremde Natur/en". Die potentielle Beherrschbarkeit von Natur bleibt mithin auch in Gebieten "neuer Wildnis" grundlegende Voraussetzung für ihre Schutzwürdigkeit. Damit festigen sich in den Zuschreibungen auf Neobiota hierarchisierende Trennungen und reproduzieren die Konstruktion von "Natur" und "Weiblichkeit" als sich gegenseitig stabilisierendes Unterordnungsverhältnis.
Siliziumorganische Substanzen sind aus dem Alltag kaum wegzudenken. Sie kommen in vielfältiger Form vor und finden durch ihre Stabilität in vielen Produkten des Haushalts und der Industrie Anwendung. Eine Freisetzung in die Umwelt ist unvermeidbar. Siliziumorganische Substanzen konnten bereits in allen Umweltkompartimenten (Luft, Wasser, Boden) analytisch nachgewiesen werden. Welche Risiken von dieser Stoffgruppe ausgehen, ist noch nicht abschließend geklärt. Dennoch gibt es Hinweise auf negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Deshalb sollten Strukturen in siliziumorganischen Substanzen untersucht werden, die einen Abbau in der Umwelt begünstigen, um die Akkumulation dieser Stoffe in der Umwelt zu verringern. Dafür wurden diverse biotische und abiotische Abbautests mit unterschiedlichen siliziumorganischen Substanzen durchgeführt. Der Fokus der vorliegenden Arbeit lag vor allem in der biologischen Abbaubarkeit der Substanzen. Es wurden die Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD)-konformen Tests Closed-Bottle-Test (CBT, OECD 301D) und Manometrischer Respirationstest (MRT, OECD 301F) durchgeführt. Die Hydrolysierbarkeit wurde mithilfe des Hydrolysetests OECD 111 bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht. Bei bestimmten Substanzgruppen ohne biologischen Abbau wurde das Verhalten der Substanzen bei Bestrahlung mit verschiedenen Bestrahlungsquellen untersucht. Die Analyse der Primärelimination der siliziumorganischen Substanzen erfolgte je nach Substanzeigenschaften mithilfe der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Spektrometer mit ultraviolettem und sichtbarem Licht (HPLC-UV/Vis) oder der Gaschromatografie gekoppelt mit einem Massenspektrometer (GC-MS). Die Transformationsprodukte wurden hingegen mithilfe der Flüssigkeitschromatografie gekoppelt mit einem Mehrfach-Massenspektrometer (LC-MSn) analysiert. Für eine umfassende Bewertung des biologischen Abbaus von siliziumorganischen Substanzen wurden ein Vergleich mit analogen Kohlenstoffverbindungen und eine Aufstockung mit Daten aus der Datenbank der Europäischen Chemikalien Agentur (ECHA) durchgeführt. Die Gruppierung der Substanzen nach ihren Strukturmerkmalen wurde hinzugezogen, um Rückschlüsse auf die Abbaubarkeit zu ziehen. Eine besser biologisch abbaubare Grundstruktur brachte für die Benzenderivate keine Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit. Dennoch hatte die Einführung von +M-Gruppen am Aromaten einen positiven Einfluss auf die Geschwindigkeit und den Grad des photolytischen Abbaus. Die Bestrahlungsquelle hatte ebenfalls einen deutlichen Einfluss auf die Eliminierungsrate während des Photolyseexperiments. Mit einer Veränderung der Wellenlängen in den kurzwelligen Bereich und der daraus resultierenden energiereicheren Strahlung konnten die Substanzen schneller und teilweise vollständig primär eliminiert werden. Bei allen Abbaupfaden hatte die Hydrolyse eine entscheidende Rolle und wurde als einer der Hauptabbauprozesse charakterisiert. Bei einer Verbindung wurde im Nachgang an die biotischen und abiotischen Abbautests eine ausführliche Aufklärung der elf gebildeten Transformationsprodukte vorgenommen. Um den Einfluss von Silizium in organischen Substanzen auf die biologische Abbaubarkeit zu untersuchen, wurde der direkte Vergleich von siliziumorganischen Substanzen und deren Kohlenstoffanaloga im CBT durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass drei von fünf Kohlenstoffverbindungen und keine siliziumorganische Verbindung als leicht biologisch abbaubar eingestuft werden konnten. In allen bis auf einen Fall konnten für die Kohlenstoffverbindungen höhere Abbauraten im CBT beobachtet werden. Die Hydrolyse wurde als erforderlicher Schritt vor dem biologischen Abbau von siliziumorganischen Substanzen identifiziert. Das siliziumfreie Produkt der Hydrolyse bestimmte den Grad des biologischen Abbaus. Die gute biologische Abbaubarkeit der einen siliziumorganischen Verbindung resultierte aus der leicht hydrolysierbaren Silizium-Stickstoff-Bindung und der leichten biologischen Abbaubarkeit des siliziumfreien Hydrolyseproduktes. Die siliziumhaltigen Reaktionsprodukte der Hydrolyse waren nicht biologisch abbaubar. Bioabbaudaten aus eigenen Experimenten, aus vorhergehenden in der Arbeitsgruppe durchgeführten analogen Arbeiten und aus der ECHA-Datenbank wurden zusammengetragen, um einen Datensatz zu generieren. Die 182 Substanzen des Datensatzes wurden hinsichtlich ihrer Struktur gruppiert, um allgemeine Erkenntnisse für die biologische Abbaubarkeit von siliziumorganischen Verbindungen abzuleiten. Es gab Gruppen mit Substanzen, die überhaupt nicht biologisch abbaubar waren (z. B. zyklische, lineare und verzweigte Siloxane). Gruppen, die Substanzen mit Ethern, Estern, Oximen, Aminen und Amiden enthielten, waren hydrolyseanfällig, sodass auch leicht biologisch abbaubare Zwischenprodukte gebildet werden konnten. Die siliziumfreien Hydrolyseprodukte waren meist biologisch abbaubar, während die siliziumhaltigen Hydrolyseprodukte persistent waren. Allgemein hat sich gezeigt, dass Modifikationen am Molekül einen positiven Einfluss auf die Abbaubarkeit haben können. Beispielsweise können Heteroatome eine Veränderung der Polarität bzw. der Elektronendichte hervorrufen, was die Photolyse- und Hydrolysefähigkeit und folglich auch den Bioabbau zum Positiven verändern kann. Das Einführen solcher Heteroatome oder funktioneller Gruppen in Polysiloxanketten kann demnach ein vielversprechender Ansatz für leichter abbaubare siliziumorganische Verbindungen sein. Nicht abbaubare Stoffe sollten vermieden werden, wenn sie nach ihrer Verwendung in die Umwelt gelangen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit Zukunft, Narrativen und globalem Klimawandel in den zwei Bereichen Umweltwissenschaften und Science Fiction. Es werden zwei Arten dargestellt, in die Zukunft zu blicken: Einerseits werden Szenarien in den Umweltwissenschaften genutzt, um globale Modelle aufzustellen. Hierfür wird erläutert, was die Szenariotechnik ist und welche Merkmale sie hat. Andererseits werden Science Fiction und kreative Zukunftsvorstellungen diskutiert. Die beiden Themenfelder werden durch zwei Beispiele konkretisiert: Die "Shared Socioeconomic Pathways" (SSPs) und die Anthologie "Everything Change" (herausgegeben von Milkoreit, Martinez, Eschrich, 2016). Im Diskussionskapitel wird auf Narrative, Perspektive, Diversität, Umweltkommunikation, Komplexität und Zukunft eingegangen. Insgesamt wird das Fazit gezogen, dass die beiden Beispiele gegensätzliche Ziele haben, aber komplementäre Wirkung erzielen können. Mit einem Beispiel aus der partizipativen Forschung wird verdeutlicht, dass eine Kombination der beiden Felder dazu beitragen kann, sinnvolle Handlungsoptionen gegenüber dem Klimawandel zu entwickeln.
Das Bildungskonzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) gilt als Schlüsselfaktor für eine nachhaltige Entwicklung. Die Stärkung der Kompetenzen von Multiplikatoren und somit Lehrkräften als Gestalter formaler Bildung ist ein Ziel auf dem Weg zu einer qualitativ hochwertigen Bildung. Es gilt, im Verlauf der Lehrkräftebildung Möglichkeiten zu schaffen, die Entwicklung relevanter Kompetenzen gezielt zu unterstützen, um effektivere Ergebnisse im Bereich BNE zu erreichen. Für den universitären Teil der Lehrkräftebildung geht dies einher mit einer entsprechenden Gestaltung von Lernumgebungen, durch die angehende Lehrkräfte relevante Kompetenzen zu Beginn ihres individuellen Bildungsweges entwickeln können. Darüber hinaus sollen durch entsprechende Fort- und Weiterbildungsformate auch bereits im Schuldienst tätige Lehrkräfte erreicht werden. Das als transdisziplinäres Format angelegte Entwicklungsteam Sachunterricht, bestehend aus Sachunterrichtslehrkräften, Vertretern außerschulischer Bildungsorte und Forschenden der Universität, bildet den Ausgangspunkt dieser Arbeit. Die vorliegende Arbeit fokussiert die Untersuchung von Möglichkeiten der Professionalisierung von (angehenden) Lehrkräften zu BNE im Kontext des Entwicklungsteams. Dazu wurde zunächst theoretisch-konzeptionell der Frage nachgegangen, welche Kompetenzen relevant für die Integration von BNE in Schule und Unterricht sind und wie Lehr-Lernsettings gestaltet werden sollten, um die Entwicklung entsprechender Kompetenzen zu unterstützen. Im Rahmen zweier empirischer Studien wurde anschließend einerseits die Kompetenzentwicklung seitens der Studierenden analysiert, die an einem durch das Entwicklungsteam begleiteten Seminar teilnahmen. Andererseits liegt der Fokus auf dem spezifischen Format des transdisziplinären Entwicklungsteams und es wurde untersucht, inwiefern wechselseitiges Lernen zwischen den Entwicklungsteammitgliedern initiiert werden und dies in einer Veränderung der pädagogischen Praxis resultieren kann. Aufgrund seiner hohen Anschlussfähigkeit an den bildungswissenschaftlichen Diskurs wurde das Modell der BNE-spezifischen professionellen Handlungskompetenz den konzeptionellen Überlegungen und den darauf aufbauenden empirischen Untersuchungen zugrunde gelegt. Die Gestaltung eines Lehr-Lern-Settings für angehende Lehrkräfte mit dem Ziel der Förderung entsprechender Kompetenzen wurde anhand des Konzepts der offenen Lernumgebung vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das in enger Zusammenarbeit mit dem Entwicklungsteam als offene Lernumgebung durchgeführte Seminar die Professionalisierung der Studierenden unterstützt und der Aufbau von (BNE-spezifischer) professioneller Handlungskompetenz durch kollaboratives Gestalten in Kooperation mit der Praxis ermöglicht wird. Zum anderen zeigt sich, dass die transdisziplinäre Zusammenarbeit ein wechselseitiges von- und miteinander Lernen zu BNE im Entwicklungsteam Sachunterricht fördert und Professionalisierungsprozesse sowohl seitens der Lehrkräfte als auch des außerschulischen Akteurs zumindest in einigen Bereichen angestoßen wurden.
Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozide z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandelten Flächen und in den angrenzenden Gewässern können Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisikobewertung für ein umfassendes Risikomanagement von großer Bedeutung ist. Doch gibt es über die in der Umwelt vorkommenden Transformationsprozesse und die dabei entstehenden TP immer noch Wissenslücken. Darüber hinaus sind die Eintragswege von TP, vor allem von Biozid-TP, in die angrenzenden Gewässer zum Teil unbekannt. Da eine Vielzahl von TP mit unterschiedlich starken ökotoxikologischen Effekten bewertet werden muss, besteht ein großer Bedarf an schnellen und umfassenden Methoden, um die stetig wachsende Anzahl an Chemikalien auf dem Markt erfassen zu können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das Verhalten und den Verbleib ausgewählter Pestizid-TP in der aquatischen Umwelt zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pestiziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in angrenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizierung der ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP in einem mehrstufigen Ansatz durch die Kombination experimenteller und computerbasierter Methoden. Inwiefern unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unterschiedlichen TP führen, wurde im ersten Teil der Arbeit durch einen Vergleich der Entstehung von TP durch direkte und indirekte Photolyse der Substanzen Penconazol, Terbutryn und Mecoprop untersucht. Weiterhin wurde der Abbau durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Xenonlampen untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen Anwendung finden, und deren TP über Regenwasserversickerungsanlagen in das Grundwasser untersucht. Dabei wurden qualitative und quantitative Target-Screening-Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bekannter und unbekannter TP der Biozide Diuron, Terbutryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Arbeit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwachung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe ermöglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im Labor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert werden, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pestiziden leisten.
The principle of this thesis was to study the environmental fate of three highly used psychotropic drugs and this achieved through: 1) examining the biodegradability of TMI, DMI and CPTX, 2) studying the behaviour of TMP, DMI and CPTX in photodegradation tests using Xe and UV lamps with studying the effect of different environmental conditions on their UV-photodegradation behaviour, 3) monitoring the primary elimination of TMP, DMI and CPTX during photodegradation and biodegradation tests using HPLC, and measuring their degree of mineralization by means of dissolved organic carbon analyser (DOC), 4) elucidating the structures of the transformation products (TPs) which formed during the degradation of TMI, DMI and CPTX by using LC-MS/MS analysis, 5) analysing the biodegradability of their TPs by laboratory tests and in-silico assessments in order to determine the fate and persistence of these TPs in the aquatic environment, 6) conducting in-silico toxicity predictions for the selected psychotropic drugs and their TPs in human (carcinogenicity, genotoxicity and mutagenicity) and in eco-system (toxicity to microorganisms and toxicity in rainbow trouts). As an overall conclusion, the present work demonstrates that a combination of laboratory simulation tests, LC-MS/MS analysis and in-silico tools result in valuable new information regarding environmental fate of three important psychotropic drugs and their TPs. This dissertation also highlights that different environmental conditions such as temperature, initial drug concentration and pH can differently affect the degradation behaviour of pharmaceuticals even when they are highly structurally related. Therefore, one cannot conclude from one pharmaceutical to another but each one needs to be investigated individually and this present a great challenge for risk assessment kinetics of chemicals in the aquatic environment. The results presented here showed that the investigated pharmaceuticals and their TPs can negatively affect the environment which may be harmful to the ecosystem as they might have been present for decades in the aquatic environment without any knowledge of their environmental fate or connected risk. Therefore, further work needs to be done including analysis of environmental samples (e.g., surface waters), as well as laboratory toxicity tests to further expand knowledge on their exact environmental impact.