Kompetenzorientierte, universitäre Laborpraktika - Das Paderborner Physik Praktikum (3P) -

Mit dem Paderborner Physik Praktikum (3P) ist seit Wintersemester 2011 eine kompetenzorientierte Neukonzeptionierung eines viersemestrigen Laborpraktikums (Anfängerpraktikum) auf Basis des Cognitive Apprenticeship Ansatzes mit dem Ziel eines systematischen Erwerbs der experimentellen Kompetenz entstanden. In diesem Beitrag werden am Beispiel des Praktikumsteils B (zweites Semester) die didaktische Struktur mit Fokus auf die Aufgabenstellungen und dem damit angestrebten Kompetenzerwerb vorgestellt. Dazu wird exemplarisch ein Experiment detailliert betrachtet

Inverted spin polarization of Heusler alloys for new spintronic devices

A new magnetic logic overcomes the major limitations of field programmable gate arrays while having a 50% smaller unit cell than conventional designs utilizing magnetic tunnel junctions with one Heusler alloy electrode. These show positive and negative TMR values at different bias voltages at room temperature which generally adds an additional degree of freedom to all spintronic devices

Entwicklung eines Bewertungsmodells zur handlungsorientierten Messung experimenteller Kompetenz (Physik)Studierender

Der Erwerb experimenteller Kompetenz stellt in naturwissenschaftlichen und technischen Studiengängen eines der elementarsten Lernziele dar. Typischerweise lernen die Studierenden die Erkenntnismethodik des Experimentierens im Rahmen von Laborpraktika kennen. Aufgrund vermuteter geringer Lernwirksamkeit, die auf die Organisations- und Aufgabenstruktur zurückgeführt wird, sind vermehrt Neukonzeptionierungen entstanden. Für die Überprüfung der Lernwirksamkeit besteht nun der Bedarf an validen Textinstrumenten für die experimentelle Kompetenz (Physik)Studierender. In dem hier vorgestellten Projekt ist ein handlungsorientiertes Bewertungsmodell experimenteller Kompetenz entwickelt worden, das mit Hilfe eines Expertenratings abgesichert wird. Basierend auf dem Modell wird ein Beobachtungsbogen entwickelt, mit dem die experimentellen Fähigkeiten und Fertigkeiten erhoben werden können. Dieser soll neben einer Wirkungsanalyse unterschiedlicher Praktikumskonzepte Hinweise für eine Diagnose individueller Fähigkeiten ermöglichen und für die Gestaltung von Laborpraktika genutzt werden können

Entwicklung eines Bewertungsmodells zur handlungsorientierten Messung experimenteller Kompetenz (Physik)Studierender

Der Erwerb experimenteller Kompetenz stellt in naturwissenschaftlichen und technischen Studiengängen eines der elementarsten Lernziele dar. Typischerweise lernen die Studierenden die Erkenntnismethodik des Experimentierens im Rahmen von Laborpraktika kennen. Aufgrund vermuteter geringer Lernwirksamkeit, die auf die Organisations- und Aufgabenstruktur zurückgeführt wird, sind vermehrt Neukonzeptionierungen entstanden. Für die Überprüfung der Lernwirksamkeit besteht nun der Bedarf an validen Textinstrumenten für die experimentelle Kompetenz (Physik)Studierender. In dem hier vorgestellten Projekt ist ein handlungsorientiertes Bewertungsmodell experimenteller Kompetenz entwickelt worden, das mit Hilfe eines Expertenratings abgesichert wird. Basierend auf dem Modell wird ein Beobachtungsbogen entwickelt, mit dem die experimentellen Fähigkeiten und Fertigkeiten erhoben werden können. Dieser soll neben einer Wirkungsanalyse unterschiedlicher Praktikumskonzepte Hinweise für eine Diagnose individueller Fähigkeiten ermöglichen und für die Gestaltung von Laborpraktika genutzt werden können

Potenziale und Grenzen von Unterstützungsmaßnahmen zum wissenschaftlichen Schreiben im Paderborner Physik Praktikum 3P

Eines der Lernziele des Physikstudiums stellt der Erwerb literaler Fähigkeiten für das Verfassen wissenschaftlicher Arbeiten dar. Die Student:innen werden allerdings im Rahmen ihres Studiums bisher kaum systematisch beim Erwerb dieser Fähigkeiten unterstützt. Eine Übungsgelegenheit für das Verfassen von Texten nach wissenschaftlichem Vorbild stellt das Laborpraktikum dar, in dem die Student:innen zu den absolvierten Experimenten Laborberichte verfassen. Im Paderborner Physik Praktikum 3P wurden in den letzten Jahren vier unterschiedliche Unterstützungsangebote für das Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens entwickelt und mittels Zufriedenheitswerten evaluiert. In dem Beitrag werden die vier Angebote auf inhaltlicher Ebene hinsichtlich der Lernwirksamkeit mittels einer schriftproduktbasierten Evaluation analysiert. Durch die vergleichende Analyse können Potenziale und Grenzen der Angebote diskutiert und Implikationen für die Gestaltung von Unterstützungsangeboten zum Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens in der Physik abgeleitet werden

Potenziale und Grenzen von Unterstützungsmaßnahmen zum wissenschaftlichen Schreiben im Paderborner Physik Praktikum 3P

Eines der Lernziele des Physikstudiums stellt der Erwerb literaler Fähigkeiten für das Verfassen wissenschaftlicher Arbeiten dar. Die Student:innen werden allerdings im Rahmen ihres Studiums bisher kaum systematisch beim Erwerb dieser Fähigkeiten unterstützt. Eine Übungsgelegenheit für das Verfassen von Texten nach wissenschaftlichem Vorbild stellt das Laborpraktikum dar, in dem die Student:innen zu den absolvierten Experimenten Laborberichte verfassen. Im Paderborner Physik Praktikum 3P wurden in den letzten Jahren vier unterschiedliche Unterstützungsangebote für das Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens entwickelt und mittels Zufriedenheitswerten evaluiert. In dem Beitrag werden die vier Angebote auf inhaltlicher Ebene hinsichtlich der Lernwirksamkeit mittels einer schriftproduktbasierten Evaluation analysiert. Durch die vergleichende Analyse können Potenziale und Grenzen der Angebote diskutiert und Implikationen für die Gestaltung von Unterstützungsangeboten zum Erlernen des wissenschaftlichen Schreibens in der Physik abgeleitet werden

Chemical and Magnetic Interface Properties of Tunnel Junctions With Co 2 MnSi/Co 2 FeSi Multilayer Electrode Showing Large Tunneling Magnetoresistance

Transport, as well as chemical and magnetic interface properties of two kinds of magnetic tunnel junctions (MTJs) with Co 2 FeSi electrode, Al-O barrier, and Co-Fe counter electrode, are investigated. For junctions with Co 2 FeSi single-layer electrodes, a tunnel magnetoresistance of up to 52% is found after optimal annealing for an optimal Al thickness of 1.5 nm, whereas the room temperature bulk magnetization of the Co 2 FeSi film reaches only 75% of the expected value. By using a [Co 2 MnSi/Co 2 FeSi] 10 multilayer electrode, the magnetoresistance can be increased to 114%, corresponding to a large spin polarization of 0.74, and the full bulk magnetization is reached. For Al thickness smaller than 1 nm, the TMR of both kinds of MTJs decreases rapidly to zero. On the other hand, for 2-to 3-nm-thick Al, the TMR decreases only slowly. The Al thickness dependence of the TMR is directly correlated to the element-specific magnetic moments of Fe and Co at the Co 2 FeSi/Al-O interface for all Al thickness. Especially, for optimal Al thickness and annealing, the interfacial Fe moment of the single-layer electrode is about 20% smaller than for the multilayer electrode, indicating smaller atomic disorder at the barrier interface for the latter MTJ

Knowledge based identification of essential signaling from genome-scale siRNA experiments

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>A systems biology interpretation of genome-scale RNA interference (RNAi) experiments is complicated by scope, experimental variability and network signaling robustness. Over representation approaches (ORA), such as the Hypergeometric or z-score, are an established statistical framework used to associate RNA interference effectors to biologically annotated gene sets or pathways. These methods, however, do not directly take advantage of our growing understanding of the interactome. Furthermore, these methods can miss partial pathway activation and may be biased by protein complexes. Here we present a novel ORA, protein interaction permutation analysis (PIPA), that takes advantage of canonical pathways and established protein interactions to identify pathways enriched for protein interactions connecting RNAi hits.</p> <p>Results</p> <p>We use PIPA to analyze genome-scale siRNA cell growth screens performed in HeLa and TOV cell lines. First we show that interacting gene pair siRNA hits are more reproducible than single gene hits. Using protein interactions, PIPA identifies enriched pathways not found using the standard Hypergeometric analysis including the FAK <it>cytoskeletal remodeling pathway</it>. Different branches of the <it>FAK </it>pathway are distinctly essential in HeLa versus TOV cell lines while other portions are uneffected by siRNA perturbations. Enriched hits belong to protein interactions associated with cell cycle regulation, anti-apoptosis, and signal transduction.</p> <p>Conclusion</p> <p>PIPA provides an analytical framework to interpret siRNA screen data by merging biologically annotated gene sets with the human interactome. As a result we identify pathways and signaling hypotheses that are statistically enriched to effect cell growth in human cell lines. This method provides a complementary approach to standard gene set enrichment that utilizes the additional knowledge of specific interactions within biological gene sets. </p

Genome-wide association analyses identify new Brugada syndrome risk loci and highlight a new mechanism of sodium channel regulation in disease susceptibility.

Brugada syndrome (BrS) is a cardiac arrhythmia disorder associated with sudden death in young adults. With the exception of SCN5A, encoding the cardiac sodium channel Na1.5, susceptibility genes remain largely unknown. Here we performed a genome-wide association meta-analysis comprising 2,820 unrelated cases with BrS and 10,001 controls, and identified 21 association signals at 12 loci (10 new). Single nucleotide polymorphism (SNP)-heritability estimates indicate a strong polygenic influence. Polygenic risk score analyses based on the 21 susceptibility variants demonstrate varying cumulative contribution of common risk alleles among different patient subgroups, as well as genetic associations with cardiac electrical traits and disorders in the general population. The predominance of cardiac transcription factor loci indicates that transcriptional regulation is a key feature of BrS pathogenesis. Furthermore, functional studies conducted on MAPRE2, encoding the microtubule plus-end binding protein EB2, point to microtubule-related trafficking effects on Na1.5 expression as a new underlying molecular mechanism. Taken together, these findings broaden our understanding of the genetic architecture of BrS and provide new insights into its molecular underpinnings

Characterization of the barrier interface of magnetic tunnel junctions with half-metallic electrodes

Sacher MD. Charakterisierung der Barrieren-Grenzflächen magnetischer Tunnelelemente mit halbmetallischen Elektroden. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2007.The basic element for innovative sensors and memory devices is the magnetic tunnel junction. It consists of two ferromagnetic layers. These are separated by a thin insulating alumina layer. The resistance of the insulator (the tunneling barrier) depends on the relative orientation of the magnetization of the adjacent ferromagnetic layers. The change in resistance is called tunneling magnetoresistance (TMR) effect. In a simple approximation the TMR effect depends on the spin polarization of the ferromagnetic layers. Using half-metals - these are fully spin polarized - one can theoretically expect an infinite TMR effect. The preparation of junctions (this includes the deposition of the layers, oxidation of an aluminum layer to the insulating alumina barrier and tempering of the stack) with ideal layers and interfaces is often impossible. Thus, in actual tunnel junctions the TMR effect scales with the quality of the electrodes, the barrier and the interface between these layers. This thesis deals with the optimization of tunnel junctions with half-metallic electrodes, e.g. the ferromagnetic oxide magnetite (Fe3O4) and the Heusler alloys Co2MnSi and Co2FeSi. The main topic is a systematic characterization of the magnetic, chemical and electronic structure of the interface between electrode and insulator.Grundbaustein für neuartige Sensoren und Datenspeicher ist das magnetische Tunnelelement. Dieses besteht im Wesentlichen aus zwei ferromagnetischen Elektroden, die durch eine dünne Aluminiumoxid-Isolatorschicht voneinander getrennt sind. Der Widerstand des Isolators (der so genannten Tunnelbarriere) hängt dabei von der relativen Orientierung der Magnetisierung der beiden Ferromagnete ab. Die Widerstandsänderung wird Magnetowiderstandseffekt genannt. In erster Näherung hängt die Effektgröße von der Spinpolarisation der ferromagnetischen Elektroden ab. Werden Halbmetalle, d.h. vollständig spinpolarisierte Elektroden, verwendet, kann im Idealfall eine unendlich große Widerstandsänderung realisiert werden. Bei der Probenpräparation, die die Schichtabscheidung, die Oxidation einer Al-Schicht zur isolierenden Aluminiumoxid-Barriere sowie das Tempern der Probe umfasst, kann es zu Abweichungen vom idealen Schichtsystem mit scharfen Grenzflächen kommen. Im realen System hängt der Magnetowiderstandseffekt daher essentiell von der Qualität der Elektroden, der Barriere und deren Grenzflächen ab. Diese Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Tunnelelementen mit halbmetallischen Elektroden, wie das ferromagnetische Eisenoxid Magnetit (Fe3O4) und die Heusler-Legierungen Co2MnSi und Co2FeSi. Der Fokus liegt dabei auf einer systematischen Charakterisierung der magnetischen, chemischen und elektronischen Eigenschaften der Barrieren/Elektroden-Grenzfläche