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The increase in plastic particles (< 5 mm) in the environment is a global problem, which is in direct correlation to the increasing production quantity and variety. Through direct input (primary) or through the degradation of macroplastics (secondary), particles enter the environmental compartments water and/or soil via conventional material transportation paths. The research and development work on the sustainable removal of microplastic particles (inert organic chemical stressors, IOCS) from wastewater is based on the construction of polymer inclusion compounds. IOCS describe a group of organic chemical molecules, which demonstrate a high level of persistence upon entry in the ecosystem and whose degradation is limited.
Following the principle of Cloud Point Technology, a novel separation technique has been developed which induces particle growth in microplastics and allows easier separation from the water by volume increase according to the state of the art. The concept for the sustainable removal of microplastics from Herbort and Schuhen is based on a three-step synthesis. This concept was further optimized as part of the research and adapted to the criteria of resource efficiency and profitability. The fundamental research is premised on the hypothesis that van der Waals forces with short ranges and localized hydrophobic interactions between precursors and/or material and the IOCS to be connected can induce a fixation through the formation of an inclusion compound with particle growth. Through the addition of silicon-based ecotoxicologically irrelevant coagulation and inclusion units, it is possible to initiate molecular self-organization with the hydrophobic stressors in an aggregation process induced through water. It results in adhesive particle growth around the polymer particles and between particles. Subsequently, the polymer extract can be separated from aquatic media through simple and cost-effective filtration processes (e.g. sand trap, grease trap), due to the 10,000 times larger volume microplastic agglomerates.
Perfluorocarboxylic acids (PFCA) are substances of anthropogenic origin and have been used for several decades. These compounds are a new class of environmental pollutants. Their high surface activity, thermal stability, amphipathicity and weak intermolecular interactions lead to persistence and bioaccumulation. Therefore, there is a great need for reliable analytical methods for detecting the presence and determination of concentration in both environmental samples and everyday products. GC-MS is a cost-effective alternative and supplement to established LC-MS/MS methods. The greatest challenge in the method development is the derivatization reaction. Many of the previously published derivatization reactions for PFCA are time consuming and require high reaction temperatures or toxic reagents.
In the present dissertation, two new derivatization reactions for PFCA have been developed and optimized. The first part of the thesis shows the development and optimization of the reaction with triethylsilanol in water. In addition to optimizing the reaction, classical solid-phase extraction was modified to simplify the sample preparation.
In the second part of the work, the reaction products of perfluorooctanoic acid (PFOA) with N,N-dimethylformamide dimethyl acetal (DMF-DMA) and -diethyl acetal (DMF-DEA) were identified. From these measurements, it follows that both DMF-DMA and DMF-DEA in the presence of PFOA form an iminium cation, which leads to salt formation. This PFOA salt react further in the GC injector and a corresponding amine is produced.
In the last part of the thesis, an analytical method based on the DMF-DMA reaction was developed. The matrix effects have been described in detail. The method has been successfully applied for three different types of samples: dental floss, textiles and sewage sludge. The results were verified by LC-MS/MS analysis in an external laboratory. The differences between the PFCA values for a spiked sample measured by GC-MS and LC-MS/MS were less than 10%.
In this bachelor thesis a database for worldwide railway national investigation bodies is created. It contains contact details of those authorities as well as information of public accident investigation reports. The database is intended to serve as a basis for information and data acquisition of railway accidents. The information that can be taken from the investigation reports is an important element for a possible economical evaluation and for the efficiency of safety technologies. Besides the basics of the national investigation bodies, accident investigation reports and the efficiency calculation of safety technologies the thesis presents an evaluation of the existing investigation bodies and reports in the database. Also the usefulness of the database of accident investigation bodies will be explained and the potential impact on railway safety will be examined.
The maintenance strategy “predictive maintenance”, which is characterized by predicting the failure behavior of technical units based on modern sensor technology, plays a key role in smart factories against the background of an industry 4.0. This paper contains an evaluation of the current state of research on this strategy and gives an overview of the areas of application to date. With the aid of a qualitative video analysis, the implementation in the industries and company divisions involved and the type of goods monitored are examined. The analyzed video clips were uploaded to YouTube for example for marketing purposes by various companies with different perspectives on predictive maintenance. The video analysis was realized by applying a previously defined coding plan to the video material. The results show a predominant application in the manufacturing industry, in which predictive maintenance is used to monitor plants and machines. In addition, the strategy is also mainly applied to means of transport used for freight and passenger transport in various infrastructures. As a result of the video analysis, the currently high need for explanation of predictive maintenance becomes visible. By looking at these explanations, one also learns something about the special features that distinguish it from other maintenance strategies.
Die Entwicklung von naturwissenschaftlichen Konzepten und Bildungssprache beginnt schon vor dem Schuleintritt und bildungssprachliche und naturwissenschaftliche Kompetenzen werden als wichtige Faktoren für Schulerfolg angesehen (Ehlich, Bredel & Reich, 2008; Saçkes, Trundle & Bell, 2013). Die frühe Förderung dieser Kompetenzen ist deshalb sinnvoll.
Lernumgebungen, die naturwissenschaftliche Konzepte fördern (Hardy, Möller & Stern, 2006; Leuchter, Saalbach & Hardy, 2014), zeichnen sich ebenso wie Lernumgebungen, die Bildungssprache fördern (Gibbons, 2006; Quehl & Trapp, 2013), dadurch aus, dass sie zum Sammeln eigener Erfahrungen (z.B. beim Experimentieren) und zum Versprachlichen und Begründen eigener Gedanken anregen (z.B. in Planungs- und Reflexionsphasen). Die zur Förderung von Bildungssprache erforderliche sprachliche Komplexität wird besonders in Gesprächen herausgefordert, die außerhalb der Experimentiersituation, d.h. kontext-reduziert, stattfinden (Gibbons, 2006; Quehl & Trapp, 2013). Bisherige Forschung untersucht allerdings entweder sprachliche oder konzeptuelle Fortschritte und dies überwiegend im schulischen Kontext. Eine gemeinsame Betrachtung beider Bereiche bei Vorschulkindern fehlt bisher. Die zentrale Forschungsfrage der Arbeit lautet daher: „Welche Effekte haben kontext-reduzierte Gespräche auf Vorstellungen von Vorschulkindern zu zweiseitigen Hebeln und deren bildungssprachliche Lexik und Grammatik?“
Die Effekte kontext-reduzierter Gespräche wurden in einem quasi-experimentellen Design (N = 90) mit drei Gruppen untersucht. Alle Gruppen nahmen an Experimentierphasen zu zweiseitigen Hebeln teil. Zwei Gruppen erhielten außerdem Planungs- und Reflexionsphasen mit verbalen Unterstützungsmaßnahmen. In der kontext-reduzierten Bedingung fanden die Planungs- und Reflexionsgespräche in raum-zeitlicher Trennung zum Experimentiermaterial statt, in der kontextualisierten Bedingung stand den Kindern das Material auch während der Planungs- und Reflexionsphasen zur Verfügung.
Zwischen kontext-reduzierten und kontextualisierten Gesprächen konnten weder signifikante Unterschiede im naturwissenschaftlichen Konzept noch in den bildungssprachlichen Kompetenzen gefunden werden. Ein signifikanter Fördereffekt von Planungs- und Reflexionsgesprächen gegenüber der reinen Experimentierphase ohne Gespräche zeigt sich für konzeptuelle Vorstellungen zu zweiseitigen Hebeln, jedoch nicht für bildungssprachliche Lexik und Grammatik. Diese Ergebnisse lassen sich aus dem theoretischen Hintergrund nur bedingt erklären und geben Anlass für weitere Forschung.
Dieses Dokument umfasst den dritten Zwischenbericht zum Projekt GeKOS – Gemeinsam entdecken Kinder ihren Ort mit Studierenden, der im Oktober 2019 an die Schöpflin-Stiftung übergeben wurde. Das Projekt GeKOS wird vom Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur des Landes Rheinland-Pfalz im Rahmen der Programmbudgets Hochschulpakt III sowie von der Schöpflin-Stiftung mit Sitz in Lörrach von 2016 bis 2020 finanziell gefördert. Zudem gewährte das rheinland-pfälzische Ministerium für Integration, Familie, Kinder, Jugend und Frauen im Jahr 2015 eine Anschubfinanzierung.
Internationale Bildungsstudien (TIMSS und PISA) offenbarten, dass es deutschen Schülern nur begrenzt gelingt, ihr erworbenes Wissen im Physikunterricht zur Problemlösung in neuen Kontexten zu nutzen. Als Grund nennen die Studien die gering ausgeprägte Kompetenz-erwartung in Bezug zum Fach Physik. Die Folge ist eine geringe Motivation der Lernenden, physikalische Aufgaben zu lösen. Studien zeigen aber auch, dass die Motivation beim Lernen durch den Einsatz digitaler Lernmedien gesteigert werden konnte. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit untersucht, ob das Vertrauen in die eigenen Fähigkeiten durch das Lernen in einer integrierten Lernumgebung gefördert werden kann. Im Rahmen eines Design-Based-Research-Forschungsansatzes (DBR) wurde eine integrierte Lernumgebung „Wärmelehre“ mit digitalen Lernmedien für den Physikunterricht gestaltet, die dann in zwei Schulformen (IGS und Gymnasium) innerhalb einer quasi-experimentellen Feldstudie erprobt wurde. Im 1. Zyklus des DBR wurden die Wirkungen des selbstständigen Lernens mit digitalen/analogen Medien in Einzelarbeit untersucht. Die Ergebnisse der Wissenstests zeigen einen höheren Lernerfolg bei den Lernenden der Experimentalgruppen, der sich aber nicht signifikant von den Lernenden der Kontrollgruppen (analoge Medien) unterscheidet. Die Lernenden konnten sich in der integrierten Lernumgebung mit Unterstützung beider Medienformate selbstständig Fachwissen aneignen und problembasierte Textaufgaben lösen. Die Ergebnisse der Befragungen der Lernenden zeigen, dass sich die Lerngruppen signifikant in ihrem erlebten Grad der Selbststeuerung unterscheiden. Die Lernenden beider Experimentalgruppen bewerten ihren Handlungsspielraum besser als die Lernenden der beiden Kontrollgruppen. Ebenfalls konnte festgestellt werden, dass sich die individuellen Lernvoraussetzungen, der Lernstiltyp, das Kompetenzerleben und die Aspekte der Medien-gestaltung wechselseitig beeinflussen und auf den Lernerfolg wirken. Die Ergebnisse der Lernstilanalyse zeigen, dass sich selbst kleine Lerngruppen heterogen zusammensetzen. Demnach scheint es für einen guten Lernerfolg notwendig zu sein, dass die Lehrenden, die Lernumgebung an die individuellen Lernpräferenzen der Lernenden der Lerngruppe anpassen. Aus den Ergebnissen lässt sich als Konsequenz für den Physikunterricht ableiten, dass Selbstlernphasen mit digitalen Lernmedien regelmäßig in den Unterricht integriert werden sollten, um die Problemlöse- und die Selbststeuerungskompetenz zu fördern. Es ist von Vorteil, wenn die Lehrenden für die Gestaltung einer Lernumgebung, das Vorwissen, die individuellen Lernvoraussetzungen und die Zusammensetzung der Lerngruppe (Lernstiltyp) als Qualitätsdimensionen erfassen. Im Re-Design werden Vorschläge unterbreitet, wie die integrierte Lernumgebung lernstilgerecht weiterentwickelt werden kann. Im 2. Zyklus soll dann erforscht werden, ob sich Unterschiede im Lernerfolg und in den untersuchten Aspekten zeigen, wenn die Lernenden in Einzelarbeit, in Partnerarbeit oder in ihrer Lernstilgruppe selbstgesteuert lernen, um die Lernumgebung zyklisch weiterzuentwickeln.
Grundlagen der Systemtheorie zur Anwendung transdisziplinärer Verfahren der Technikfolgenabschätzung
(2020)
The technological progress is highly responsible for how people live their everyday life. Technical innovations provide new opportunities to re-design all areas of life and because of that the society has to adjust to these changes permanently. These days, due to the fact that there is a changeover from analog into digital processes, this circumstance is highly relevant. However, it is not always clear whether a technological innovation just entails chances or involves risks, too. The research field of technology assessment pursues the goal to examine the influence of technological innovations on the society. For this purpose, unpredictable consequences of a technology need to be anticipated in advance to provide the opportunity of earlier reactions. The core of this thesis a discussion about a project based approach of technology assessment. Additionally, it is being investigated whether and how systems theory approaches can be used to improve predictions in the research area of technology assessment. Therefore, the question of how reliable forecasts are in this kind of context will be answered. Moreover, there is an investigation if an added-value can be created through performing system thinking. As a methodical approach a literature review has been performed. Furthermore, experts were questioned in an interview and by e-mail to gain an insight in the practical work of technology assessment. Based on the elaborated project structure, for each part of the project was examined if significant results can be maintained through the sophisticated use of principles of the systems theory. The analysis of this paper has shown that the results of a technology assessment may have more reliable forecast value in comparison to an investigation without proper consideration of system thinking. Especially, the understanding of a system during the phase of conception of a project can be crucial for the positive outcome for the results of technology assessment. This master thesis represents the theoretical point of view regarding topics technology assessment and systems theory. An application test for the validation of the results in the practical work of technology assessment is recommended.
Purpose: The present research aims on the one hand to provide a basic understanding of the challenges that young companies in growth face by discussing previous findings on this topic. On the other hand, this research project wants to generate new insights on specific challenges and possible learning processes by means of a theory-based examination of a case study.
Design/Methodology/Approach: The author of this study conducts a theory-based case study investigation. The study is based on two theoretical concepts which depict the phenomenon of challenges faced by young companies in growth in an abstract form: On the one hand, the "Tension-Balancing Management" according to Harald von Korflesch, which expresses the fundamental tension within entrepreneurial organizations, which in turn can be seen as a starting point for actual challenges. On the other hand, the "Tipping Points / Absorbative Capacities" framework by Phelps and colleagues, which links challenges (Tipping Points) that young companies will experience during their lifetime with required capabilities (Absorbative Capacities). Guided by these theories, rich data from interviews, observations and documents from the case are collected and analyzed in order to generate insights.
Findings: On the one hand, challenges of young growing companies can be described on a superordinate level with the help of the two theoretical concepts. On the other hand, the analysis also shows that, above all, a fine-grained, individual approach is needed to adequately depict challenges and learning processes.
Research Limitations: The main limitation of the present study is the single-case design. The fact that only one specific case was examined means that the insights gained from this cannot be automatically replicated to comparable cases. The simultaneous examination of multiple cases could thus make the results more stable.
Originality/Value: The qualitative investigation of growth-related challenges by means of a specific case study creates an in-depth and profound understanding of complex interactions in the growth of young companies. In addition, the assumptions of both theoretical concepts are tested on a real case, thus enabling theoretical and practical implications to be identified.