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Reaktionsprozesse haptisch begreifen : Entwicklung und Untersuchung eines neuartigen gegenständlichen 3D-Modells zur Darstellung des SN2-Reaktionsmechanismus für blinde und sehbeeinträchtigte Lernende in der Organischen Chemie
No full textFür blinde und sehbeeinträchtigte Personen ist der Zugang zu den Naturwissenschaften und damit auch der Organischen Chemie erheblich erschwert – sowohl durch die praktische Laborarbeit als auch durch den hohen Anteil an visuell dargestellten Inhalten. Die in der theoretischen Arbeit der Organischen Chemie zentralen strukturell-energetischen Betrachtungen von Reaktionsprozessen und deren Vorhersage im Rahmen des mechanistischen Denkens finden vor allem über visuell zugängliche Strukturformeln statt und stellen hohe Anforderungen an das räumliche Denken. Der Zugang zur Strukturformelschreibweise lässt sich zwar durch verschiedene haptisch erfahrbare Adaptionen erreichen. Bei der Nutzung dieser Adaptionen entstehen für blinde und sehbeeinträchtigte Lernende aufgrund des haptischen Zugangswegs und des oftmals geringer ausgebildeten räumlichen Vorstellungsvermögens jedoch wiederum hohe kognitive Anforderungen. Dazu kommen noch die Anforderungen, die sich aus den fachlichen Vorgehensweisen bei der Interpretation der Strukturformeln ergeben. Diese für blinde und sehbeeinträchtigte Lernende erhöhten kognitiven Anforderungen können im Vergleich zu sehenden Lernenden schneller zu einer kognitiven Überforderung führen und ein erfolgreiches Lernen entscheidend behindern.
Um blinde und sehbeeinträchtigte Lernende beim Zugang zu Reaktionsprozessen zu unterstützen und die entstehenden kognitiven Anforderungen zu moderieren, wurde im Rahmen der Promotion ein innovatives gegenständliches 3D-Modell entwickelt, mit dem sich die strukturellen und energetischen Verläufe von Nucleophilen Substitutionsreaktionen nach dem SN2-Mechanismus explizit sowie haptisch erfahrbar und als dynamisch ablaufende Prozesse darstellen lassen. Damit geht das entwickelte Modell auf die besonderen Bedarfe blinder und sehbeeinträchtigter Lernender in der Organischen Chemie ein und ermöglicht durch das speziell entwickelte Design, die kognitiven Anforderungen zu moderieren, die beim mechanistischen Denken für blinde, sehbeeinträchtigte und auch sehende Lernende entstehen. Das entwickelte 3D-Prozessmodell nutzt zur Darstellung des dynamischen Reaktionsverlaufs eine speziell entwickelte Mechanik, die den strukturell-energetischen Verlauf der Reaktion über bewegliche sowie magnetisch gebundene Bestandteile explizit haptisch erfahrbar macht. Im Rahmen der empirischen Untersuchung des 3D-Prozessmodells konnten das entwickelte Modelldesign und dessen Einsetzbarkeit zur Beschreibung und Interpretation von SN2-Reaktionsprozessen in Settings mit blinden und sehbeeinträchtigten Lernenden validiert werden. Durch die explizite Darstellung des strukturell-energetischen Verlaufs des modellierten Reaktionsprozesses konnte das 3D-Prozessmodell erfolgreich den Fokus auf die Aspekte der Reaktionsdiskussion lenken, die in besonderem Maße das räumliche Denken ansprechen und damit für blinde und sehbeeinträchtigte Lernende mit erhöhten kognitiven Anforderungen verknüpft sind. Das entwickelte Modelldesign kann als Grundlage zur Entwicklung weiterer gegenständlicher 3D-Modelle genutzt werden, mit denen weitere Reaktionsprozesse haptisch erfahrbar dargestellt werden können.
Damit stellt das entwickelte 3D-Prozessmodell einen erfolgreichen Ansatz dar, um die Inklusion blinder und sehbeeinträchtigter Lernender in der Organischen Chemie zu unterstützen.For blind and visually impaired people, access to science and thus to organic chemistry is considerably more difficult – both due to the practical laboratory work and the high proportion of visually presented content. Using structural-energetic accounts to predict the outcome of reaction processes via mechanistic reasoning is central to the theoretical work of organic chemistry. It is primarily based on visually accessible structural formulas and places high demands on spatial thinking. Blind and visually impaired learners can access the structural formulas via touch through various haptic adaptations. However, when using these adaptations, blind and visually impaired learners often face high cognitive loads due to the haptic approach and the often less developed spatial abilities. Added to this are the cognitive requirements resulting from the interpretation of the structural formulae. These, in comparison to sighted learners, increased cognitive demands for blind and visually impaired learners can quickly lead to cognitive overload and significantly hinder successful learning.
In order to support blind and visually impaired learners in accessing reaction processes and to moderate the resulting cognitive requirements in this process, an innovative concrete 3D model was developed. The so-called 3D process model is able to present the dynamics of structural and energetic changes of nucleophilic substitution reactions following the SN2 reaction mechanism in an explicit and haptically tangible way. The model thus addresses the special needs of blind and visually impaired learners in organic chemistry and allows for moderating the cognitive demands that arise during mechanistic reasoning for blind, visually impaired and sighted learners. To visualize the dynamic reaction process the 3D process model uses especially developed mechanics with movable and magnetically bound components, to make the structural and energetic changes of the reaction explicit and haptically tangible. The developed model design and its applicability for the description and interpretation of SN2 reaction processes in settings with blind and visually impaired learners could be validated within a qualitative study design. By explicitly representing the structural-energetic course of the modeled reaction process and by that making it more accessible, the 3D process model can produce a focus on aspects that particularly address spatial thinking and are therefore associated with increased cognitive demands for blind and visually impaired learners. The described model design can be used as a basis for the development of further concrete 3D-models, with which further reaction processes can be represented in a haptically tangible way.
The developed 3D process model thus represents a successful approach to supporting the inclusion of blind and visually impaired learners in organic chemistry
Förderung des mikrobiellen Abbaus von Polyethylenterephthalat mit Ideonella sakaiensis: Einblicke in TPA-Katabolismus und Genomveränderung
No full textPlastic pollution is one of the greatest environmental challenges of the 21st Century due to the failure of contemporary recycling pipelines to valorize more than 9% of waste plastics and the recalcitrance of these materials to environmental degradation. As anthropogenic climate change threatens the life-sustaining planetary boundaries of Earth and necessitates a further reduction in the extraction of petroleum resources, recovering these vital chemical building blocks from discarded plastic waste will be essential. Using the tools of Synthetic Biology to harness microbes that are already capable of degrading and assimilating environmental plastics is one means of expanding a circular plastics economy. By converting environmental isolates into industrially robust chassis organisms, the production of essential chemical resources from waste materials is possible, alongside competition with the ecologically damaging petroleum industry.
While many plastics are biologically inaccessible, the enzymatic degradation of polyethylene terephthalate (PET) is widespread, making it a promising substrate for a future plastics bioeconomy. However, only one known wildtype bacterium, Ideonella sakaiensis 201-F6, is capable of both PET degradation and assimilation of its constituent monomers, terephthalic acid (TPA) and ethylene glycol (EG), into microbial metabolism. Despite this unique metabolic ability, the Synthetic Biology community has largely neglected this terrestrial microbe due to its lack of genetic tools and in-depth physiological characterization. Yet, I. sakaiensis has untapped potential for turning waste PET into valuable chemical resources.
In this thesis, the unique physiology of PET-catabolizing bacterium I. sakaiensis was examined through a combination of genomics, proteomics, and in vitro biochemistry. A closed genome structure for the microbe was deduced with hybrid short- and long-read sequencing. Proteomics provided experimental evidence for the predicted metabolic pathways for TPA and protocatechuic acid assimilation as well as transcription factors active during TPA consumption. A series of in vitro biochemistry techniques subsequently confirmed the DNA binding of the identified transcription factors to the promoters of key PET catabolism genes. One allosteric transcription factor with the ability to sense TPA pathway metabolites was characterized further. Finally, strides towards I. sakaiensis genetic tractability were made via the identification of a functional origin of replication using a high-throughput screen and an electroporation method. Taken together, this work advances our genomic and biochemical understanding of TPA catabolism in the non-model microbe I. sakaiensis, broadening the scope of Synthetic Biology strategies available for microbial plastic degradation and upcycling.Die Umweltverschmutzung durch Kunststoffe ist eine der großen ökologischen Herausforderungen, denen sich die moderne Welt gegenübersieht. Dies liegt daran, dass mehr als 9 % der Kunststoffabfälle in den heutigen Recycling-Pipelines nicht verwertet werden können, und dass diese Materialien in der Umwelt nicht abgebaut werden können. Da der vom Menschen verursachte Klimawandel die lebenserhaltenden planetarischen Grenzen der Erde bedroht und eine weitere Verringerung der Erdölförderung erforderlich macht, wird die Rückgewinnung dieser lebenswichtigen chemischen Bausteine aus weggeworfenen Kunststoffabfällen von entscheidender Bedeutung sein. Die Nutzung von Mikroorganismen, die bereits in der Lage sind Kunststoffe in der Umwelt abzubauen und zu assimilieren, ist eine Möglichkeit die Kreislaufwirtschaft für Kunststoffe zu erweitern. Vor allem durch Verwendung der Werkzeuge der Synthetischen Biologie kann dieser Prozess noch maßgeblich verbessert werden. Hier ermöglichen Gentechnik und Stoffwechselmanipulation die Umwandlung von isolierten Mikroben aus der Umwelt in industriell robuste Chassis-Organismen die Produktion wichtiger chemischer Ressourcen aus Abfallstoffen möglich machen und in Konkurrenz zur ökologisch schädlichen Erdölindustrie stehen.
Während viele Kunststoffe biologisch unzugänglich sind, ist der enzymatische Abbau von Polyethylenterephthalat (PET) weit verbreitet, was es zu einem vielversprechenden Substrat für eine zukünftige Kunststoff-Bioökonomie macht. Es ist jedoch nur ein einziges Bakterium bekannt, das in der Lage ist, sowohl PET abzubauen als auch die dabei entstehenden Monomere, Terephthalsäure (TPA) und Ethylenglykol (EG), in den mikrobiellen Stoffwechsel aufzunehmen: Ideonella sakaiensis 201-F6. Trotz ihres biotechnologischen Potenzials wurde diese terrestrische Mikrobe in der Synthetischen Biologie bisher weitgehend vernachlässigt, da es an genetischen Werkzeugen und physiologischer Charakterisierung mangelt. Dabei hat diese Mikrobe ein ungenutztes Potenzial, PET-Abfälle in wertvolle chemische Ressourcen zu verwandeln.
In dieser Arbeit wurde die einzigartige Physiologie des PET-abbauenden Bakteriums I. sakaiensis durch eine Kombination aus Genomik, Proteomik und In-vitro-Biochemie untersucht. Mittels hybrider Short- und Long-Read-Sequenzierung wurde das Genom der Mikrobe entschlüsselt. Die Proteomik lieferte experimentelle Beweise für die vorhergesagten Stoffwechselwege der Assimilation von TPA und Protocatechusäure sowie für Transkriptionsfaktoren lieferte, die während des TPA-Verbrauchs aktiv sind. Eine Reihe von biochemischen Techniken bestätigte anschließend die DNA-Bindung der identifizierten Transkriptionsfaktoren an die Promotoren der wichtigsten Gene für den PET-Katabolismus. Zusätzlich wurde ein allosterischer Transkriptionsfaktor identifiziert und charakterisiert, der die Fähigkeit besitzt, Metaboliten des TPA-Wegs zu erkennen. Schließlich wurden durch die Identifizierung eines funktionellen Replikationsursprungs mit Hilfe eines Hochdurchsatz-Screens Fortschritte für die genetischen Manipulation von I. sakaiensis erzielt. Darüber hinaus wurde eine Elektroporationsmethode identifiziert, mit der sich die gentechnische Veränderung des Mikroorganismus beschleunigen lässt. Insgesamt trägt diese Arbeit zu einem besseren genomischen und biochemischen Verständnis des TPA-Abbaus in der Nicht-Modell-Mikrobe I. sakaiensis bei und erweitert die Möglichkeiten der Synthetischen Biologie für den mikrobiellen Kunststoffabbau und das Upcycling
Über die Struktur der quantenaffine Superalgebra Uv(A(0, 2)(4))
No full textWe investigate the algebra Uv(A(0, 2)(4))+ defined by quantum Serre relations, when v is not a root of unity. We prove that Uv(A(0, 2)(4))+ is isomorphic to the Nichols algebra of its degree one part. In other words, Uv(A(0, 2)(4))+ can equivalently be defined by the radical of the standard bilinear form. We determine all the root multiplicities and give a PBW basis of Uv(A(0, 2)(4))+. We construct new distinguished imaginary root vectors and determine all the commutation relations among all the real root vectors and distinguished imaginary root vectors, i.e. Drinfeld second realization is obtained for Uv(A(0, 2)(4))+.
The thesis contains five chapters. In the first chapter, we introduce some basic notation and theories such as the theory of affine Kac-Moody algebras, the theory of quantum affine algebras and quantum affine superalgebras, the theory of Nichols algebras, including the definitions, the Cartan graphs, the Weyl groupoids and the root systems of Nichols algebras of diagonal type, the Lyndon word theory, the affine Nichols algebras, and an important subquotient of Nichols algebra of diagonal type etc. The first chapter also contains some elementary results on the main research object of this thesis, i.e. Uv(A(0, 2)(4))+.
In the second chapter, we discuss the Nichols algebra B(V). First we discuss some basic properties of B(V) and the root system of B(V). Then we derive the main relations in B(V), especially in the imaginary roots space and then write these relations in the form of series. We also get information about some central elements and the comultiplication in the subquotient, which will be used in the third chapter.
In the third chapter, we determine all the root multiplicities completely by using Lyndon word theory and the subquotient. The key step is finding the primitive elements at certain degrees in the subquotient and determine they are not zero in B(V). For the primitivities, we use the exponential and arctangent series to construct new distinguished imaginary root vectors, which is a generation of the use of the exponential series in the classical Drinfeld second realizations of the affine quantum groups.
In the fourth chapter, we prove that B(V) is isomorphic to Uv(A(0,2)(4))+. The main step is to verify all the commutation relations between the root vectors in B(V) come from the quantum Serre relations.
In the fifth chapter, we determine all the commutation relations among all the real root vectors and distinguished imaginary root vectors concretely, that is, an analog of the Drinfeld second realization is obtained for Uv(A(0, 2)(4))+.In dieser Arbeit untersuchen wir die quantenaffine Superalgebra Uv(A(0, 2)(4))+, deren Struktur ein lange ungelöstes Problem darstellt. Die Schwierigkeit liegt darin, dass sich die imaginären Wurzelvektoren der affinen Lie-Superalgebra A nicht notwendigerweise miteinander vertauschen. Im quantisierten Fall ist dieses Problem noch ausgeprägter. Wir analysieren die Algebra Uv(A(0, 2)(4))+, die durch die quantisierten Serre-Relationen definiert ist, wobei v keine Einheitswurzel ist. Wir zeigen, dass Uv(A(0, 2)(4))+ isomorph zur Nichols-Algebra ihres Grad-1-Teils ist. Mit anderen Worten, Uv(A(0, 2)(4))+ kann äquivalent durch das Radikal der standardmäßigen bilinearen Form definiert werden. Wir bestimmen alle Wurzelmultiplizitäten und geben eine PBW-Basis von Uv(A(0, 2)(4))+ an. Imaginäre Wurzelvektoren, die bestimmte handhabbare Vertauschungsrelationen erfüllen, werden angegeben.
Die Arbeit besteht aus fünf Kapiteln. Im ersten Kapitel führen wir grundlegende Notationen und Theorien ein, darunter die Theorie der affinen Kac-Moody-Algebren, die Theorie der quantenaffinen Algebren und quantenaffinen Superalgebren sowie die Theorie der Nichols-Algebren, einschließlich Definitionen, Cartan-Graphen, Weyl-Gruppoide und Wurzelsysteme der Nichols-Algebren vom diagonalen Typ, die Lyndon-Wort-Theorie, affine Nichols-Algebren und einen wichtigen Unterquotienten. Das erste Kapitel enthält auch einige grundlegende Ergebnisse über das Hauptforschungsobjekt dieser Arbeit, Uv(A(0, 2)(4))+.
Im zweiten Kapitel besprechen wir die Nichols-Algebra B(V). Zunächst erörtern wir einige grundlegende Eigenschaften von B(V) und das Wurzelsystem von B(V). Dann leiten wir die Schlüsselrelationen in B(V) her, insbesondere im Raum der imaginären Wurzeln, und schreiben diese Relationen in Form von Reihen. Wir erhalten auch einige zentrale Elemente und Informationen zur Komultiplikation im Unterquotienten, die im dritten Kapitel verwendet werden.
Im dritten Kapitel bestimmen wir alle Wurzelmultiplizitäten vollständig, wobei wir die Lyndon-Wort-Theorie und den Unterquotienten verwenden. Der entscheidende Schritt besteht darin, die primitiven Elemente in bestimmten Graden im Unterquotienten zu finden und festzustellen, dass sie in B(V) ungleich null sind. Für die Primitivität verwenden wir Exponential- und Arkustangensfunktionen, was eine Erweiterung der Exponentialfunktion im klassischen zweiten Drinfeld-Ansatz darstellt.
Im vierten Kapitel beweisen wir, dass B(V) isomorph zu Uv(A(0, 2)(4))+ ist. Der Hauptschritt besteht darin, nachzuweisen, dass alle Vertauschungsrelationen zwischen den Wurzelvektoren in B(V) aus den quantisierten Serre-Relationen folgen.
Im fünften Kapitel bestimmen wir alle Vertauschungsrelationen zwischen den reellen Wurzelvektoren und den ausgezeichneten imaginären Wurzelvektoren, wodurch die zweite Drinfeld-Darstellung für Uv(A(0, 2)(4))+ gewonnen wird
Aktive Inferenz, Psychologie und Philosophie:Eine analytische und kumulative Studie
No full textActive inference is a prominent theory in contemporary cognitive science and
psychology. Its ambitious research program aims to give a unified account
of perception, action, cognition, learning, and decision-making. It is also
being increasingly applied beyond psychology to a variety of fields, including
artificial intelligence, robotics, and artificial life research.
This dissertation presents an analytical and critical study of active inference
from various theoretical, philosophical, and formal perspectives. The
central thesis is that active inference, as it is currently formulated, is inadequate
as a psychological theory in two crucial domains of experience—
perception and goal-oriented action. In the domain of high-level cognitive
experience, it is useful as a modeling framework to formalize our verbal theories,
albeit with some limiting conditions. The following three studies aim
to defend this thesis.
In the first study, I look at active inference’s theory of perception from
the bird’s eye view of an empirically adequate natural philosophy. Specifically,
I expound Whitehead’s natural philosophy based on his mathematical
physics work and draw its implications for perceptual psychology. Apart
from the merit of bridging the gap between the ‘world of science’ and the
‘world of perception,’ two results of this study are immediately relevant. The
first result concerns rejecting the ‘impoverished stimulus’ assumption for the
perception of colors and qualities. The second result concerns rejecting the
‘impoverished stimulus’ assumption for spatial perception. Taken together,
these results point to a need for a theory of direct perception of qualities and space-time in contrast to the inferential and indirect perception of active
inference.
In the second study, I look at active inference’s theory of goal-directed
action from the perspective of mathematics of dynamical systems theory.
The main result of this study was the inadequacy of active inference’s theory
of agency/goals, which grounds its theory of goal-directed action. The theory
of agency was found to be lacking because the fixed, pre-specified, ‘bounded
set of characteristic states’ necessitated in active inference agents do not
capture natural biological agents. The necessity of such fixedness is traced
to the employment of self-organizing dynamical systems in their formalism.
Owing to the inherent mathematical properties of all dynamical systems, the
state spaces are always fixed. In contrast, in real agents, there is a dynamic
growth and emergence of novel state spaces. Through these mathematical
properties, we argue for the inadequacy of goal-oriented action in the current
formulation.
In the third study, I employ active inference as a modeling tool to
formalize a psychological theory of expectations - ViolEx. Due to its close
connection with probability theory and Bayesian reasoning, we found active
inference useful as a modeling framework to formalize, implement, and
simulate many of the predictors of rational and irrational expectational beliefs.
This study illustrates the potential usefulness of active inference when
situated within the proper domain of experience: cognitive and probabilistic
reasoning, which presupposes the concepts/premises over which correct
reasoning is to be done.Die aktive Inferenz ist eine wichtige Theorie in der zeitgenössischen Kognitionswissenschaft und Psychologie. Ihr ehrgeiziges Forschungsprogramm zielt darauf ab, eine einheitliche Erklärung für Wahrnehmung, Handlung, Kognition, Lernen und Entscheidungsfindung zu liefern. Sie wird auch zunehmend über die Psychologie hinaus auf eine Vielzahl von Gebieten angewandt, darunter künstliche Intelligenz, Robotik und die Erforschung künstlichen Lebens.
Diese Dissertation stellt eine analytische und kritische Untersuchung der aktiven Inferenz aus verschiedenen theoretischen, philosophischen und formalen Perspektiven dar. Die zentrale These ist, dass die aktive Inferenz, so wie sie derzeit formuliert ist, als psychologische Theorie in zwei entscheidenden Bereichen der Erfahrung - Wahrnehmung und zielorientiertes Handeln - unzureichend ist. Im Bereich der kognitiven Erfahrung auf hoher Ebene ist sie als Modellierungsrahmen zur Formalisierung unserer verbalen Theorien nützlich, wenn auch mit einigen einschränkenden Bedingungen. Die folgenden drei Studien zielen darauf ab, diese These zu belegen.
In der ersten Studie betrachte ich die Wahrnehmungstheorie der aktiven Inferenz aus der Vogelperspektive einer empirisch angemessenen Naturphilosophie. Konkret erkläre ich Whiteheads Naturphilosophie auf der Grundlage seiner mathematisch-physikalischen Arbeiten und ziehe ihre Implikationen für die Wahrnehmungspsychologie. Abgesehen von dem Verdienst, die Kluft zwischen der „Welt der Wissenschaft“ und der „Welt der Wahrnehmung“ zu überbrücken, sind zwei Ergebnisse dieser Studie unmittelbar relevant. Das erste Ergebnis betrifft die Zurückweisung der Annahme „verarmter Reize“ für die Wahrnehmung von Farben und Qualitäten. Das zweite Ergebnis betrifft die Zurückweisung derselben Annahme für die räumliche Wahrnehmung. Zusammengenommen weisen diese Ergebnisse auf die Notwendigkeit einer Theorie der direkten Wahrnehmung von Qualitäten und Raum-Zeit hin, im Gegensatz zu der inferentiellen und indirekten Theorie der Wahrnehmung welche der aktiven Inferenz zugrunde liegt.
In der zweiten Studie betrachte ich die Theorie der zielgerichteten Handlung der aktiven Inferenz aus der Perspektive der Mathematik der Theorie dynamischer Systeme. Das Hauptergebnis dieser Studie war die Unzulänglichkeit der Theorie der Agency/Ziele der aktiven Inferenz, die ihre Theorie des zielgerichteten Handelns begründet. Es wurde festgestellt, dass die Theorie des Handelns unzureichend ist, weil die feste, vorgegebene, „begrenzte Menge charakteristischer Zustände“, die für die Agenten der aktiven Inferenz erforderlich ist, natürliche biologische Agenten nicht erfasst. Die Notwendigkeit einer solchen Fixierung wird auf die Verwendung von selbstorganisierenden dynamischen Systemen in ihrem Formalismus zurückgeführt. Aufgrund der inhärenten mathematischen Eigenschaften aller dynamischen Systeme sind die Zustandsräume immer festgelegt. Im Gegensatz dazu gibt es bei realen Agenten ein dynamisches Wachstum und die Entstehung neuer Zustandsräume. Aufgrund dieser mathematischen Eigenschaften argumentieren wir für die Unzulänglichkeit des zielorientierten Handelns in der derzeitigen Formulierung.
In der dritten Studie verwende ich aktive Inferenz als Modellierungswerkzeug zur Formalisierung einer psychologischen Theorie der Erwartungen - ViolEx. Aufgrund ihrer engen Verbindung mit der Wahrscheinlichkeitstheorie und dem Bayes'schen Denken fanden wir die aktive Inferenz als Modellierungsrahmen nützlich, um viele der Prädiktoren für rationale und irrationale Erwartungsüberzeugungen zu formalisieren, zu implementieren und zu simulieren. Diese Studie veranschaulicht die potenzielle Nützlichkeit der aktiven Inferenz, wenn sie im richtigen Erfahrungsbereich angesiedelt ist: dem kognitiven und probabilistischen Denken, das die Konzepte/Voraussetzungen voraussetzt, über die korrektes Denken erfolgen soll
'Schülerarbeiten' als Quelle zur Erschließung der reformpädagogischen Unterrichts- und Erziehungsrealität der Schulfarm Insel Scharfenberg (Berlin) in der Weimarer Republik
No full textDer folgende Beitrag möchte aus der Menge der gedruckten Quellen und der Fülle bislang weitgehend unbeachtet gebliebener schriftlicher und bildlicher Archivalien, die sich in einer Reihe von Archiven wie auch in Privatbesitz ehemaliger Lehrkräfte und Schüler der Schulfarm (bzw. deren Nachkommen) befinden, 'Schülerarbeiten' vorstellen und anschließend ihre Bedeutung für die Erforschung der Unterrichts- und Erziehungsrealität der Schulfarm knapp analysieren.The 'Schulfarm Insel Scharfenberg' (Berlin), a boarding school for boys, which was founded in 1922, was one of the most important experimental state schools belonging to the new education movement of the Weimar Republic. In contrast to its significance it has been more or less forgotten by researchers of the history of education.
There exists a great number of published and unpublished written and pictorial sources for the study of its history, among them also pupils' works.
These varied works, which were not only produced in the context of lessons and subjects, were often inspired by the daily life on the island of Scharfenberg. Their themes were not restricted to a few aspects of life but covered almost every part of it.
The essays and works of art which the boys produced show that the school saw itself as a radically democratic community in which life and education were based on the same rights for each member. Everybody actively took part in creating the lifestyle and educational principles of the 'Schulfarm'.
For the exploration of daily life and educational practice at the 'Schulfarm' it is important to study all the available sources and in this context the works of the pupils are important materials
Herausforderungen von strukturschwachen Regionen: Eine Klassifizierung und eine Analyse der zugrundeliegenden Mechanismen, Entwicklungshemmnisse und politischen Optionen
No full textENGLISH: Lagging regions face numerous challenges, and the people living in these areas are at risk of falling further behind economically and socially compared to more prosperous centers. Innovation-driven structural change could contribute to the economic strengthening of lagging regions and advancing their development in the future. However, little is known about the obstacles hindering higher innovation in these regions. How to best support these regions politically is also not conclusively determined. Moreover, people in some lagging regions tend to increasingly vote for populist parties. Some scholars describe a sense of bitterness and revenge among these people. Yet, the underlying mechanisms leading to populist voting decisions and the feeling of being left behind by many people in these lagging regions remain unknown.
This dissertation investigates the challenges faced by lagging regions, the underlying mechanisms, and development barriers to derive political recommendations based on the results. Grounded in the concept of innovation-driven structural change and psychologically influential mechanisms in left behind places, this dissertation pursues three overarching aims:
(1) Classify lagging regions based on regional innovation barriers to develop a region-type specific policy approach;
(2) generate empirical findings on the impact and perception of specific development and innovation barriers of lagging regions;
(3) develop a model that explains the collective feeling of being left behind by people in lagging regions and reveal the underlying mechanisms.
These aims are pursued in a total of five independent research papers, employing methods such as expert interviews, surveys, VAR analysis, and cluster analysis.
The results of this dissertation demonstrate that it is fundamentally possible to classify lagging regions based on the predominant barriers to innovation. Overall, six types of regions could be identified. This classification is stable over time, and the region types are sufficiently distinguishable from each other. From the underlying characteristics of each region type, region-type specific policy measures can be derived. Even in regions with sufficient research facilities, the relevance of research collaboration barriers does not decrease. Instead, only the types of perceived obstacles vary. Furthermore, differences in the perception of research collaboration barriers among different actors can be observed. Additional investigations show that skills shortages have adverse effects on regional economic development, investment activity, and employment. However, no negative effects on regional innovation have been observed so far. Based on psychological considerations, a model is developed that illustrates how certain individual and regional conditions, as well as collective opinion-forming processes, can lead to the feeling of individuals becoming a collective attitude of being left behind. Barriers to the formation of a new regional identity can be identified in past experiences or events as well as in the absence of new regional narratives.
Consequently, this dissertation provides new insights into the challenges facing lagging regions, both on a conceptual and empirical level. It facilitates a better understanding of the complex mechanisms and development barriers in lagging regions. Hence, it establishes a broad groundwork for political actions.DEUTSCH: Strukturschwache Regionen sehen sich mit vielen Herausforderungen konfrontiert und Menschen, die in diesen Regionen wohnen drohen weiter von den prosperierenden Zentren wirtschaftlich als auch gesellschaftlich abgehängt zu werden. Der innovationsbasierte Strukturwandel könnte dazu beitragen, strukturschwache Regionen in Zukunft wirtschaftlich zu stärken und ihre Entwicklung voranzutreiben. Bisher ist aber wenig bekannt, welche Hindernisse einer höheren Innovativität der Regionen im Weg stehen. Wie diese Regionen politisch am besten unterstützt werden, ist auch nicht abschließend geklärt. Zudem wählen Menschen in manchen strukturschwachen Regionen deutlich häufiger populistische Parteien. Wissenschaftler beschreiben ein Gefühl der Bitterkeit und der Rache, die die Menschen in diesen Regionen empfinden. Doch die zugrundeliegenden Mechanismen, die zur populistischen Wahlentscheidungen und zum Gefühl des ‚left behind‘ vieler Menschen in diesen Regionen führen, sind bisher unbekannt.
Diese Dissertation untersucht Herausforderungen von strukturschwachen Regionen, die dahinterliegenden Mechanismen und Entwicklungsbarrieren, um aus den Ergebnissen heraus politische Handlungsempfehlungen abzuleiten. Ausgehend vom Konzept des innovationsbasierten Strukturwandels und von psychologisch wirkenden Mechanismen, verfolgt diese Dissertation dabei drei übergeordnete Ziele:
(1) Die Klassifizierung von strukturschwachen Regionen anhand von regionalen Innovationsbarrieren, um daraus einen regionstypenspezifischen Politikansatz zu entwickeln;
(2) empirische Erkenntnisse über die Wirkung und Wahrnehmung spezifischer Entwicklungs- und Innovationsbarrieren von strukturschwachen Regionen generieren;
(3) die Entwicklung eines Modells, welches das kollektive Gefühl des ‚left behind‘ von Menschen in manchen strukturschwachen Regionen erklärt und die dahinterliegenden Mechanismen offenlegt.
Diese Ziele werden in insgesamt fünf eigenständigen Forschungspapieren unter der Bezugnahme der Methoden Experteninterview, Befragung, VAR Analyse und Clusteranalyse verfolgt.
Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist strukturschwächere Regionen anhand der dominierenden Innovationsbarrieren zu klassifizieren. Insgesamt konnten sechs Regionstypen bestimmt werden. Diese Klassifizierung ist über die Zeit stabil und die Regionstypen sind ausreichend voneinander abgrenzbar. Aus den zugrundeliegenden Charakteristika eines jeden Regionstyps lassen sich typenspezifische Politikmaßnahmen ableiten. Selbst in Regionen mit ausreichenden Forschungseinrichtungen nimmt die Relevanz von Forschungskooperationsbarrieren nicht ab. Stattdessen variieren lediglich die Arten der wahrgenommenen Hindernisse. Darüber hinaus lassen sich Unterschiede in der Wahrnehmung von Forschungskooperationsbarrieren zwischen verschiedenen Akteuren feststellen. Weitere Untersuchungen zeigen, dass der Fachkräftemangel sich nachteilig auf die regionale Wirtschaftsentwicklung, Investitionstätigkeit und Beschäftigung auswirkt. Bisher wurden jedoch keine negativen Auswirkungen auf die regionale Innovativität festgestellt. Basierend auf psychologischen Überlegungen wird ein Modell entwickelt, das zeigt, wie bestimmte individuelle und regionale Bedingungen sowie kollektive Meinungsbildungsprozesse dazu führen können, dass individuelle Gefühle zu einem kollektiven Gefühl des ‚left behind‘ werden. Barrieren auf dem Weg zu einer neuen regionalen Identität können in vergangenen Erfahrungen oder Ereignissen sowie im Fehlen neuer regionaler Narrative identifiziert werden.
Infolgedessen liefert diese Dissertation neue Einblicke in die Herausforderungen, mit denen strukturschwache Regionen konfrontiert sind, sowohl auf konzeptioneller als auch auf empirischer Ebene. Sie ermöglicht ein besseres Verständnis der komplexen Mechanismen und Entwicklungshindernisse in solchen Regionen. Damit schafft sie eine breite Grundlage für politische Handlungsmöglichkeiten
Popeye domain containing proteins modulate the voltage-gated cardiac sodium channel Nav1.5
No full textPopeye domain containing (POPDC) proteins are predominantly expressed in the heart and skeletal muscle, modulating the K2P potassium channel TREK-1 in a cAMP-dependent manner. POPDC1 and POPDC2 variants cause cardiac conduction disorders with or without muscular dystrophy. Searching for POPDC2-modulated ion channels using a functional co-expression screen in Xenopus oocytes, we found POPDC proteins to modulate the cardiac sodium channel Nav1.5. POPDC proteins downregulate Nav1.5 currents in a cAMP-dependent manner by reducing the surface expression of the channel. POPDC2 and Nav1.5 are both expressed in different regions of the murine heart and consistently POPDC2 co-immunoprecipitates with Nav1.5 from native cardiac tissue. Strikingly, the knock-down of popdc2 in embryonic zebrafish caused an increased upstroke velocity and overshoot of cardiac action potentials. The POPDC modulation of Nav1.5 provides a new mechanism to regulate cardiac sodium channel densities under sympathetic stimulation, which is likely to have a functional impact on cardiac physiology and inherited arrhythmias.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Eine automatisiertes System für konstruktives Feedback für Lernende am Anfang ihrer Ausbildung
No full textA system for constructive feedback for beginner programmers was developed which, based on an evaluation of various feedback criteria, analyses code submitted by learners and provides them with unevaluated feedback with suggestions for improvement for these submissions. Several different components were developed for this purpose, which provide feedback in different areas. For example, the quality of tests was analysed, as well as syntactic and semantic correctness. Various existing tools were used for this purpose, which were subsequently adapted to the use case and provided with predefined configurations. These configurations generally offer good default values with which very good feedback can already be created. In many cases, however, it is possible to deviate from this predefined configuration and customise it for specific tasks. Furthermore, a server and a plugin for IntelliJ were developed, with which learners can easily access the functionality from their development environment. The system was tested and analysed in several different scenarios. The use of the system has statistically significantly increased the quality awareness of learners.Es wurde ein System für konstruktives Feedback für Programmieranfänger entwickelt, das, basierend auf einer Auswertung verschiedener Feedbackkriterien, eingereichten Code von Lernenden analysiert und diesen unbewertetes Feedback mit Verbesserungsvorschlägen für diese Einreichungen liefert. Hierfür wurden mehrere unterschiedliche Komponenten entwickelt, die zu unterschiedlichen Bereichen Feedback liefern. Zum Beispiel wurde die Qualität von Tests analysiert, sowie syntaktische und semantische Korrektheit. Hierfür wurden verschiedene vorhandene Werkzeuge genutzt, die im weiteren Verlauf an den Use-Case angepasst und mit vordefinierten Konfigurationen versehen wurden. Diese Konfigurationen bieten, in der Regel, gute Default-Werte, mit welchen bereits sehr gutes Feedback erstellt werden kann. In vielen Fällen ist es allerdings möglich, von dieser vorgefertigten Konfiguration abzuweichen und für spezifische Aufgabenstellungen anzupassen. Des Weiteren wurde ein Server, so wie ein Plugin für IntelliJ entwickelt, mit welchem Lernende einfach aus ihrer Entwicklungsumgebung auf die Funktionalität zugreifen können. Das System wurde in mehreren verschiedenen Szenarios getestet und ausgewertet. Der Einsatz des Systems hat das Qualitätsbewusstsein der Lernenden statistisch signifikant gesteigert
Prognostische Bedeutung von neu aufgetretenem Vorhofflimmern bei hospitalisierten COVID-19-Patienten
No full textDie Dissertation behandelt die Auswirkungen eines neu aufgetretenen Vorhofflimmerns bei hospitalisierten COVID-19-Patienten hinsichtlich Mortalität, Intensiv- und Beatmungspflichtigkeit und diskutiert die Ergebnisse im Kontext aktueller Literatu
The Heimat of Language: A Study of the Practical Form of Speech in the Wake of Georg Misch
No full textWas geschieht, wenn Sprache nicht nur etwas sagt, sondern etwas tut? Die vorliegende Dissertation entwickelt im Anschluss an Georg Misch eine Theorie sprachlicher Artikulation, die Sprache nicht lediglich als Mittel der Repräsentation, sondern als Form des Handelns versteht. Im Zentrum steht eine systematische Unterscheidung zwischen theoretischer und praktischer Rede – zwei unterschiedliche Weisen zu sprechen, die auf je eigenen Wissensformen beruhen.
Während die theoretische Rede auf Explikation, Abgrenzung und begriffliche Bestimmung zielt, verfolgt die Arbeit das Konzept einer praktischen Redeform, in der Wissen im sprachlichen Vollzug selbst hervorgebracht wird. Dieses Wissen ist nicht begleitend zur Handlung, sondern selbst Handlung – gebunden an Situationen, sprechende Subjekte und die Form seiner Artikulation. Es entzieht sich einer logischen Begründungspflicht und erschließt sich erst in der Weise, in der es sprachlich vollzogen wird.
Ausgangspunkt ist eine Theorie elementarer Wissensformen, die den Übergang vom vorsprachlichen Ausdruck hin zur sprachlich vermittelten Bedeutung nachzeichnet. Auf dieser Grundlage entwickelt die Arbeit eine Analyse allgemeiner Merkmale von Rede – Ausdruck, Bezugnahme, Bedeutung, Darstellung –, aus denen heraus sich die Unterscheidung zweier Redeformen systematisch begründen lässt: einer Rede, die bezeichnet und fixiert, und einer, die hervorbringt, stiftet, verändert. Praktische Sätze erscheinen in diesem Zusammenhang als Handlungen in Gestalt von Sätzen – sprachliche Akte, in denen Wirklichkeit erst zur Geltung kommt.
Besonders deutlich wird diese Differenz an der Rede über Heimat. Wo sich der Gegenstand theoretischer Festlegung entzieht, ohne seine sprachliche Wirksamkeit zu verlieren, geraten herkömmliche Modelle an ihre Grenze. Die Arbeit zeigt, dass solche Phänomene nicht als begrifflich vage abzutun sind, sondern einen Zugang eröffnen zu jener Form des Wissens, das in der praktischen Rede hervorgebracht wird – in einer Weise, in der sich Sinn nicht behauptet, sondern entsteht.
So legt die Arbeit eine sprachphilosophische Grundstruktur frei, die über abbildtheoretische oder instrumentelle Modelle hinausreicht. Sie macht verständlich, wie bestimmte Gegenstände – die sich einer theoretischen Erfassung entziehen – nur als Sinnfiguren erfahrbar werden, die ihren Ort in der praktischen Form der Rede haben – in der Sprache, in der sie beheimatet sind.What happens when language not only says something but also does something? This dissertation develops, following Georg Misch, a theory of linguistic articulation that understands language not merely as a means of representation but as a form of action. At its core is a systematic distinction between theoretical and practical speech — two different ways of speaking that rest on their own distinct forms of knowledge.
While theoretical speech aims at explication, delimitation, and conceptual determination, this work pursues the concept of a practical form of speech, in which knowledge is produced in the linguistic performance itself. This knowledge is not merely accompanying the action but is the action itself — bound to situations, speaking subjects, and the form of its articulation. It eludes the obligation of logical justification and only becomes accessible in the way it is linguistically performed.
The starting point is a theory of elemental forms of knowledge that traces the transition from pre-linguistic expression to linguistically mediated meaning. On this basis, the work develops an analysis of general features of speech — expression, reference, meaning, representation — from which the distinction between two forms of speech can be systematically justified: one that designates and fixes, and one that produces, establishes, and transforms. Practical sentences appear in this context as actions in the form of sentences — linguistic acts in which reality only comes into effect.
This difference becomes particularly clear in speech about “Heimat.” Where the object resists theoretical determination without losing its linguistic efficacy, conventional models reach their limits. The work shows that such phenomena should not be dismissed as conceptually vague but open an access to that form of knowledge which is produced in practical speech — in a way in which meaning is not asserted but emerges.
Thus, the work reveals a fundamental structure of the philosophy of language that goes beyond representational or instrumental models. It makes understandable how certain objects — which resist theoretical capture — are only experienceable as figures of meaning that find their place in the practical form of speech — in the language in which they are at home