Anregung von Atomen durch getwistetes Licht

Twisted light has received a lot of attention in recent years. And there are justified reasons for this. The properties of twisted light are unusual and differ fundamentally from the plane-wave properties. The phase fronts of these light beams have a helical structure, giving them the name twisted. This helical phase structure originates from the well-defined orbital angular momentum (OAM) that they carry along their propagation direction and in addition to the spin angular momentum (SAM). Moreover, they have a characteristic intensity profile, which consists of concentric rings with a central minimum, and a phase singularity in the beam center. This thesis is based on two main parts, each dealing with a different aspect of twisted light. These investigations are carried out using Bessel beams, one type of twisted light. Twisted light beams are cylindrically symmetrical. Therefore, they are defined on the basis of circularly polarized light. This fact leads to the first question: Is it possible to generate twisted light in other polarization states? In this work, we derive how this can be achieved by using the superposition principle and how this can be used to construct linearly, radially, or azimuthally polarized Bessel beams. The focus in the second part is on excitations of atoms by twisted Bessel beams. In particular, we analyze how the use of twisted light can modify individual atomic multipole transitions. The obtained results show that for an efficient modification a precise localization of the target atom is required. In the last chapter, both aspects are combined. We analyze transitions between magnetic hyperfine states in a single trapped atom (or ion), which is exposed to an additional external magnetic field. The presented calculations for these multipole excitations are based on a formalism that accounts for the alignment of the applied external magnetic field with respect to the light propagation direction, and additionally different polarization states of the radiation field are considered. The obtained results indicate that twisted light could be of particular interest for precision experiments. One possible application is the use in single-ion clocks. The work shows that high multipole orders of the vortex beams allow excitations in the intensity minimum in the center of these beams without causing large disturbances, and thus may enable a significant reduction of the light shift in atomic transitions.Getwisteten Lichtstrahlen wurde in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit gewidmet. Dafür gibt es berechtigte Gründe. Die Eigenschaften von getwisteten Lichtstrahlen sind ungewöhnlich und unterscheiden sich grundlegend von den Eigenschaften ebener Wellen: Ihre Phasenfronten weisen eine helikale Struktur auf, woraus der Name getwisted hervorgeht. Diese helikale Phasenstruktur resultiert aus dem wohldefinierten Orbitalen-Drehimpuls (OAM), den sie entlang ihrer Ausbreitungsrichtung und zusätzlich zum Spin-Drehimpuls (SAM) haben. Charakterisch ist das ringförmige Intensitätsprofil mit dem zentralen Minimum, ebenso wie die Phasensingularität im Strahlzentrum. Diese Arbeit ist im Wesentlichen in zwei Hauptteile gegliedert, die sich jeweils mit einem anderen Aspekt des getwisteten Lichts befassen. Diese Untersuchungen werden mit Besselstrahlen, einer Art des getwisteten Lichts, durchgeführt. Getwistete Lichtstrahlen sind zylindersymmetrisch, aus diesem Grund werden sie in der Basis von zirkular polarisiertem Licht definiert. Diese Tatsache führt zur ersten Fragestellung: Ist es möglich getwistetes Licht in anderen Polarisationszuständen zu generieren? Wir zeigen, wie dies mit dem Superpositionsprinzip realisiert werden kann und wie damit verschiedene Polarisationszustände von Besselstrahlen, wie z.B. lineare, radiale oder azimuthale Polarisation, konstruiert werden können. Der zweite Teil fokussiert sich auf die Anregung von Atomen durch getwistete Besselstrahlen. Insbesondere analysieren wir, wie der Einsatz von getwistetem Licht einzelne atomare Multipolübergänge modifizieren kann. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass eine genaue Positionierung des Atoms notwendig ist, um eine effiziente Modifikation zu erreichen. Im letzten Kapitel werden diese beiden Aspekte kombiniert. Dort untersuchen wir Übergänge zwischen magnetischen Hyperfeinstrukturzuständen in einem einzelnen gefangenen Atom (bzw. Ion), das einem zusätzlichen Magnetfeld ausgesetzt ist. Die erzielten Ergebnisse machen kenntlich, dass getwistetes Licht für Präzisionsexperimente von Interesse sein könnte. Eine denkbare Anwendung wäre die Verwendung in Einzelionen-Uhren. Die Arbeit zeigt, dass hohe Multipolordnungen der Vortex-Lichtstrahlen Anregungen im Intensitätsminimum im Zentrum dieser Strahlen ermöglichen, ohne große Störungen zu bewirken und somit eine deutliche Reduktion der Lichtverschiebung in atomaren Übergängen möglich machen

Outcome beeinflussende Faktoren nach ventraler Stabilisierung der Halswirbelsäule mit Sulfix

Die ventrale Fusionierung mit Sulfix ist ein seit Jahren weltweit etabliertes Operationsverfahren in der Halswirbelsäulenchirurgie. In dieser retrospektiven Studie wurden im Frühjahr 2006 alle 379 in der Neurochirurgie der Universitätsklinik Kiel zervikal, monosegmental mit Sulfix fusionierten Patienten der Operationsjahre 1993 bis 1997 angeschrieben. In dem dreiseitigen Fragebogen wurden Fragen zu Symptomen und dem Aktivitätslevel prä- und postoperativ, Beschwerde- und Krankschreibungsdauer, Rehabilitationsmaßnahmen, subjektiver Beurteilung der gesamten Operation und weiteren Themen gestellt. Die Beurteilung des Gesamtergebnisses wird als Outcome der Operation gewertet. Weitere Informationen über die angeschriebenen Patienten entnahmen wir den Operationsberichten und dem digitalen Archiv der Klinik. Die Ergebnisse der Befragung wurden statistisch aufgearbeitet, analysiert und mit den Angaben aus der Literatur verglichen

Cumulative Contribution of Child Maltreatment to Emotional Experience and Regulatory Intent in Intimate Adult Interactions

Research and theory suggest that child maltreatment is linked to experiencing heightened levels of negative emotion, greater need to control these emotions, and difficulty in interpersonal relationships as adults. This study examined links between experiencing multiple types of child maltreatment and intentions to control emotion during charged discussions with intimate partners in adulthood, and whether the link is mediated by hostile and sad-anxious emotions. Ninety-seven couples were recruited from the community, with an oversampling of adults with histories of child maltreatment. In addition to reporting on maltreatment history, couples used video recall to rate their level of negative emotions and intention to control emotion during discussions of relationship difficulties with partners. For both genders, number of types of child maltreatment reported was linked with effort to control emotion, and the relationship was partially mediated by the intensity of participants’ feelings of hostility. For men, the link was also partially mediated by self-reported sadness and anxiety. Findings underscore the importance in treatment of attending to abuse survivors’ experiences of and attempts to manage intense emotions, particularly in couples’ therapy

Cumulative Contribution of Child Maltreatment to Emotional Experience and Regulatory Intent in Intimate Adult Interactions

Research and theory suggest that child maltreatment is linked to experiencing heightened levels of negative emotion, greater need to control these emotions, and difficulty in interpersonal relationships as adults. This study examined links between experiencing multiple types of child maltreatment and intentions to control emotion during charged discussions with intimate partners in adulthood, and whether the link is mediated by hostile and sad-anxious emotions. Ninety-seven couples were recruited from the community, with an oversampling of adults with histories of child maltreatment. In addition to reporting on maltreatment history, couples used video recall to rate their level of negative emotions and intention to control emotion during discussions of relationship difficulties with partners. For both genders, number of types of child maltreatment reported was linked with effort to control emotion, and the relationship was partially mediated by the intensity of participants’ feelings of hostility. For men, the link was also partially mediated by self-reported sadness and anxiety. Findings underscore the importance in treatment of attending to abuse survivors’ experiences of and attempts to manage intense emotions, particularly in couples’ therapy

Empathic accuracy and aggression in couples: Individual and dyadic links

This study examined links between intimate partner aggression and empathic accuracy – how accurately partners can read one another’s emotions – during highly affective moments from couples’ (N = 109) video recall of laboratory-based discussions of upsetting events. Less empathic accuracy between partners was generally related to higher levels of aggression by both partners. More specific patterns emerged based on the type of aggression and emotion being expressed. Women’s poorer ability to read their partners’ vulnerable and positive emotions was linked to both men’s and women’s greater physical and psychological aggression. Moreover, women’s inaccuracy in reading their partner’s hostility was linked to women’s greater psychological aggression towards the men. Men’s inaccuracy in reading their partner’s hostility was linked to women’s (not men’s) greater physical and psychological aggression. Findings suggest important nuances in the links between empathic inaccuracy and aggression, and implications for prevention and treatment of partner aggression are discussed

Whole Genome Sequencing Reveals Biopesticidal Origin of Bacillus thuringiensis in Foods

Bacillus thuringiensis is a microbial insecticide widely used to control agricultural pests. Although generally regarded as safe, B. thuringiensis is phylogenetically intermingled with the foodborne pathogen B. cereus sensu stricto and has been linked to foodborne outbreaks. Limited data on the pathogenicity potential of B. thuringiensis and the occurrence of biopesticide residues in food compromise a robust consumer risk assessment. In this study, we analyzed whole-genome sequences of 33 B. thuringiensis isolates from biopesticides, food, and human fecal samples linked to outbreaks. All food and outbreak-associated isolates genomically matched (≤ 6 wgSNPs; ≤ 2 cgSNPs) with one of six biopesticide strains, suggesting biopesticide products as their source. Long-read sequencing revealed a more diverse virulence gene profile than previously assumed, including a transposase-mediated disruption of the promoter region of the non-hemolytic enterotoxin gene nhe and a bacteriophage-mediated disruption of the sphingomyelinase gene sph in some biopesticide strains. Furthermore, we provide high-quality genome assemblies of seven widely used B. thuringiensis biopesticide strains, which will facilitate improved microbial source tracking and risk assessment of B. thuringiensis-based biopesticides in the future

Neue Typen digitaler Angebote – Herausforderungen und Rahmenbedingungen für die Bildungsbereiche

Der Bericht beschreibt die Konsequenzen der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten neuer digitaler Medientypen und ihrer Herausforderungen für das deutsche Bildungssystem (Schule, Hochschule und Aus- und Weiterbildung) und zeigt diese für die Lehr-/Lernmethoden und die erforderlichen Rahmenbedingungen auf. Dabei wird zunächst ein Blick auf den aktuellen Einsatz digitaler Medien in den Bildungsbereichen geworfen (Kap. 2). Anschließend werden für die Bildungsbereiche relevante neue digitale Medientypen und Bildungsangebote vorgestellt (Kap. 3) und mit Hilfe von Fallstudien zu Beispielen guter Praxis im Umgang mit neuen Typen digitaler Angebote (Kap. 4) illustriert. Zudem werden Herausforderungen für die Bildungsbereiche beim Einsatz neuer digitaler Medientypen und Bildungsangebote thematisiert (Kap. 5). Abschließend werden die erforderlichen Rahmenbedingungen zur Überwindung dieser Herausforderungen dargestellt (Kap. 6) und Handlungsempfehlungen abgeleitet (Kap. 7).:Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis VII Tabellenverzeichnis VIII Abkürzungsverzeichnis IX Zusammenfassung X 1 Einleitung 1 2 Aktueller Einsatz digitaler Medien in den verschiedenen Bildungsbereichen 5 Aktueller Einsatz digitaler Medien in Schulen 5 Mediennutzung von Kindern und Jugendlichen in der Freizeit 6 Computer- und Internetnutzung zu Hause für die Schule 8 Computer- und Internetnutzung in der Schule 9 Aktueller Einsatz digitaler Medien in der Hochschule und Medienkompetenzen Lehrender 15 Generelle Nutzung Neuer Medien durch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 15 Mediennutzung in der Hochschullehre 16 Hochschul- und mediendidaktische Kompetenzausbildung bei Lehrenden 18 Schlussfolgerungen zum Stand der Medienkompetenzen Lehrender an Hochschulen 20 Aktueller Einsatz digitaler Medien in der Aus- und Weiterbildung 21 Zum Technologieeinsatz in der Weiterbildung 21 Entwicklung des digitalen Lernens in der betrieblichen Aus- und Weiterbildung 22 Aktueller Einsatz des digitalen Lernens in der betrieblichen Aus- und Weiterbildung 24 Digitales Lernen in der betrieblichen Ausbildung 26 Zusammenfassung 29 Zusammenfassung und Fazit: Aktueller Einsatz digitaler Medien im Bildungsbereich Schule 29 Zusammenfassung und Fazit: Aktueller Einsatz digitaler Medien im Bildungsbereich Hochschule 30 Zusammenfassung und Fazit: Aktueller Einsatz digitaler Medien im Bildungsbereich Aus- und Weiterbildung 30 3 Neue Digitale Medientypen und Bildungsangebote 32 Vorgehen bei der Auswahl der vorzustellenden Trends 32 Öffnung des Zugangs zu Lernen und des Lernprozesses: Open Educational Resoources (OER) und Massive Open Online Courses (MOOCs) in den Bildungsbereichen 35 Open Educational Resources (OER) 35 Massive Open Online Courses (MOOCs) 41 Das Lernverhalten im Fokus: Learning Analytics zur Unterstützung adaptiven Lernens 42 Vom Lehren zum Lernen 43 Um- und Neugestaltung von Lernräumen 43 Blended Learning und Flipped Classroom 44 Game-based Learning / Serious Games 45 Einsatz von Simulationen 48 Mobiles Lernen 49 Bring Your Own Device – BYOD 50 Weitere Trends im Zuge der Digitalisierung in den Bildungsbereichen 52 Der Einsatz von Social Media 52 Etablierung einer Kultur des Wandels und der Innovation 53 Institutionale Kollaboration 53 Wearable Technology 53 Internet der Dinge 54 Makerspace 54 Videobasiertes Lernen / Lernvideos 54 Begleitung durch Tutorinnen und Tutoren 55 Cloud Computing 55 Personalisiertes Lernen 55 Virtuelle und entfernte Labore 56 4 Fallstudien zu Beispielen guter Praxis für neue Digitale Bildungsangebote 56 Methodische Vorgehensweise 56 Open Educational Resources in der schulischen Bildung – das Beispiel #pb21 56 Bedarf und Initiierung des Angebots 57 Voraussetzungen für den Einsatz offener Bildungsressourcen an Schulen 57 Erfahrungen mit #pb21 58 Nachhaltigkeit 59 OER im Kontext aktueller Veränderungen im schulpädagogischen Bereich 60 E-Portfolios in der Ausbildung – das Online-Berichtsheft zur Stärkung der Lernortkooperation BLok 61 Bedarf und Initiierung des Online-Berichtsheftes BLok 61 Voraussetzungen zur Nutzung und zum Einsatz von BLok 62 Einsatzgebiete und Erfahrungen 62 Nachhaltigkeit 64 Flipped Classroom an Hochschulen – Die umgedrehte Mathematik-Vorlesung 64 Bedarf und Initiierung des Angebots 64 Entwicklung und Weiterentwicklung der umgedrehten Mathematik-Vorlesung 65 Voraussetzung für die Durchführung einer Lehrveranstaltung im Flipped Classroom-Format 66 Erfahrungen bei der Durchführung der „umgedrehten Mathematik-Vorlesung“ 67 Nachhaltigkeit des Angebots 67 Der „Flipped Classroom“ im Kontext neuerer didaktischer Konzepte in der Hochschullehre 68 MOOCs in der Weiterbildung – Volkshochschulen als MOOC-Anbieter: der #ichMOOC 69 Bedarf und Initiierung des Bildungsangebotes #ichMOOC 69 Ablauf und Besonderheiten des #ichMOOC 69 Erfahrungen und Evaluationsergebnisse des #ichMOOC 70 Nachhaltigkeit der Lerninhalte und des MOOC-Angebots 72 Geeignetheit von MOOCs für den Weiterbildungsbereich 72 5 Herausforderungen der Digitalisierung für die Bildungsbereiche 74 Institutionelle und Organisationale Herausforderungen 75 Institutionelle Herausforderungen des Einsatzes von OER in den Bildungsbereichen 75 Organisationale Herausforderungen im Bildungsbereich Schule 77 Organisationale Herausforderungen im Bildungsbereich Hochschule 78 Organisationale Herausforderungen im Bildungsbereich Weiterbildung 80 Qualitätssicherung und Finanzierung neuer digitaler Bildungsangebote und -inhalte 81 Qualitätssicherung neuer digitaler Bildungsangebote 81 Finanzierung neuer digitaler Bildungsangebote 82 Technische Herausforderungen 83 Technische Herausforderungen im Bildungsbereich Schule 83 Technische Herausforderungen im Bildungsbereich Hochschule 83 Technische Herausforderungen Im Bildungsbereich Weiterbildung 84 Rechtliche Herausforderungen 85 Rechtliche Herausforderungen des Einsatzes von Open Educational Resources 85 Rechtliche und ethische Herausforderungen des Einsatzes von Learning Analytics 92 Lizenzrechtliche Herausforderungen des Einsatzes von BYOD im Bereich der betrieblichen Weiterbildung 93 Didaktische Herausforderungen 94 Didaktische Herausforderungen im Bildungsbereich Hochschule 94 Didaktische Herausforderungen im Bildungsbereich Weiterbildung 95 Spezielle Didaktische Herausforderungen einzelner digitaler Medientypen und Bildungsangebote 96 Kulturelle Herausforderungen 98 Kulturelle Herausforderungen der Erstellung, Nutzung und Weiterverbreitung offener Bildungsressourcen 98 Herausforderungen sich verändernder Rollen im Lehr-Lernprozess und einer Personalsierung des Lernens 98 Zusammenfassung: Die Herausforderungen für den Einsatz digitaler Medien in den Bildungsbereichen im Überblick 101 6 Rahmenbedingungen für den Einsatz digitaler Bildungsangebote 106 Institutionelle / Strukturelle Rahmenbedingungen 106 Initiativen zur Integration von Tablet Computing und Mobile Learning 106 Institutionalisierung von Beratungsmöglichkeiten zu OER 107 Institutionalisierung der Qualitätssicherung von OER 107 Erarbeitung von Programmen und Förderung von Forschung zur Integration informellen Lernens in formelle Bildungskontexte 107 Organisationale Rahmenbedingungen 108 Regelungsansätze für Social Media im Kontext Lehren und Lernen 108 Regelungsansätze für Cloud Dienste 109 Institutionsinterne Leitlinien und Beratungsmöglichkeiten für die Erstellung von OER 109 Institutionsinterne Regelungen zur rechtssicheren Nutzung freier Lizenzen bei der Autorenschaft im Dienstauftrag §43 UrhG 110 Interinstitutionelle Kollaboration im Bildungsbereich Hochschule 111 Schaffung eines Qualitätsmanagements für neue digitale Bildungsangebote und -inhalte auf Ebene der Bildungseinrichtungen 111 Technologische Rahmenbedingungen 112 Verbesserung der Technikausstattung von Schulen und Schaffung einer ITInfrastruktur für lebenslanges Lernen 112 Verbesserung der Verfügbarkeit der LernInhalte 112 Schaffung von Infrastrukturen zur Bereitstellung von und Recherche nach OER 112 Verbesserung der Finanzierung der Produktionskosten von komplexen Anwendungen 113 Rechtliche Rahmenbedingungen 113 Rechtliche Rahmenbedingungen für die Verwendung offener Lernmaterialien in innovativen Lehr-Lern-Formaten 113 Spezielle Rechtliche Rahmenbedingungen für den Einsatz von BYOD 120 Didaktische Rahmenbedingungen 120 Personalisierung des Lernprozesses und Modularisierung von Lerninhalten 120 Aufgabenteilung innerhalb des Lehrpersonals 121 Kulturelle Rahmenbedingungen 122 Paradigmenwechsel zur Lernendenzentrierung und Etablierung einer Kultur des Teilens und Kollaborierens 122 Schaffung einer Kultur des Wandels und der Innovation im Bildungsbereich Hochschule 123 Spezielle Rahmenbedingungen für den Hochschulbereich 123 Integration neuer Zertifizierungsformen 123 Steigerung der Bedeutung von Lehre an Hochschulen 124 Spezielle Rahmenbedingungen für die betriebliche Aus- und Weiterbildung 124 7 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen 127 Konsequenzen für Lehr- und Lernmethoden 127 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen zu institutionellen/strukturellen Rahmenbedingungen 128 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen zu organisationalen Rahmenbedingungen 128 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen zu rechtlichen Rahmenbedingungen 129 Schlussfolgerungen und Handlungsempfehlungen zu technologischen Rahmenbedingungen 130 Spezielle Handlungsempfehlungen für den Bildungsbereich Hochschule 131 Spezielle Handlungsempfehlungen für den Bildungsbereich der betrtieblichen Aus- und Weiterbildung 132 8 Literatur 133 Anhang 149 Interviewleitfaden für Fallstudien zu Beispielen guter Praxis im Umgang mit neuen Typen digitaler Angebote 14

Veränderungen von Bildung durch die Digitalisierung und neue Anforderungen an alle Bildungsbeteiligte

Der Bericht stellt den Einfluss der Digitalisierung auf die einzelnen Bereiche des deutschen Bildungssystems (Schule, Hochschule, Aus- und Weiterbildung) dar und zeigt die Veränderungen auf, die durch die Digitalisierung bereits hervorgerufen wurden oder aber als zukünftige Entwicklungen absehbar sind. Dabei werden zunächst die Potentiale neuer digitaler Medientypen erläutert (Kap. 2) sowie daraus resultierende Veränderungen für die Aus- und Weiterbildung Lehrender beschrieben (Kap. 3). Daneben wird die Qualitätssicherung medienbasierter Bildungsangebote thematisiert (Kap. 4) und ein Ausblick auf die künftigen Anforderungen des Arbeitsmarktes (Kap. 5) gegeben.:Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis V Tabellenverzeichnis VI Zusammenfassung VII 1 Einleitung 1 2 Potentiale neuer digitaler Medientypen für das Lehren und Lernen 3 2.1 Allgemeine Potentiale von digitalen Medien im Bildungskontext 3 2.2 Vorgehen bei der Auswahl der vorzustellenden neuen digitalen Medientypen 6 2.3 Öffnung des Zugangs zu Lernen und des Lernprozesses: OER und MOOCs 9 2.3.1 OER 9 2.3.2 MOOCS 16 2.4 Lernverhalten im Fokus: Learning Analytics zur Unterstützung adaptiven Lernens 19 2.5 Vom Lehren zum Lernen 21 2.5.1 Um- und Neugestaltung von Lernräumen 21 2.5.2 Blended Learning und Flipped Classroom 22 2.5.3 Game-based Learning / Serious Games 24 2.5.4 Einsatz von Simulationen 28 2.5.5 Mobiles Lernen 31 2.5.6 Bring Your Own Device – BYOD 35 2.5.7 Wareable Technology 38 2.6 Weitere Trends im Zuge der Digitalisierung in den Bildungsbereichen 39 2.6.1 Social Media 39 2.6.2 Etablierung einer Kultur des Wandels und Innovationen 41 2.6.3 Institutionale Kollaboration 41 2.6.4 Makerspace 42 2.6.5 Internet der Dinge 43 2.6.6 Videobasiertes Lernen / Lernvideos 43 2.6.7 Begleitung durch Tutorinnen und Tutoren 46 2.6.8 Cloud Computing 47 2.6.9 Personalisiertes Lernen 48 2.6.10 Virtuelle und entfernte Labore 48 3 Innovation der Aus- und Weiterbildung Lehrender 50 3.1 Die Rolle von Lehrenden im Zeitalter der Digitalisierung 51 3.2 Innovation der medienpädagogischen Ausbildung: Das Konzept der medienpädagogischen Grundausbildung Lehrender 52 3.3 Innovation der mediendidaktischen Weiterbildung Hochschullehrender durch Vermittlung mediendidaktischer Handlungskompetenzen 54 3.3.1 Medienpädagogischer Doppeldecker - Lernen durch Erfahrung in der Weiterbildung Lehrender 56 3.4 Mediendidaktische und -pädagogische Aus- und Weiterbildung Lehrender als fester Bestandteil der Personalentwicklung in den Bildungsbereichen Schule und Hochschule 57 3.4.1 Bildungsbereich Schule 57 3.4.2 Bildungsbereich hochschule 59 3.5 Zusammenfassung 60 4 Mechanismen der Qualitätssicherung medienbasierter Bildungsangebote und ihre Zertifizierung 62 4.1 Bestehende Mechanismen und Methoden der Qualitätssicherung für mediengestützte Bildungsangebote 63 4.1.1 Prozessorientierte Qualitätssicherung 63 4.1.2 Produktorientierte Qualitätssicherung 64 4.1.3 Hauskonzepte 65 4.2 Anpassungsmöglichkeiten von bestehenden Mechanismen und Methoden der Qualitätssicherung im Zuge der zunehmenden Digitalisierung von Bildung 66 4.2.1 Qualitätssicherung durch Weiterbildung der Lehrenden 66 4.2.2 Qualitätsicherung durch xMOOC-Plattformen 67 4.2.3 Qualitätsicherung durch Peer-Review 68 4.2.4 Empfehlung durch die Lernenden 68 4.2.5 Qualitätssicherung mittels Learning Analytics 68 4.3 Herausforderungen der Qualitätssicherung im Kontext E-Learning 2.0 69 4.3.1 Anrechnung digitaler Bildungsangebote 69 4.3.2 Entwicklung eines Qualitätssicherungssystems für OER 70 4.4 Digitale Kompetenzen und ihre Zertifizierung 70 4.4.1 Zertifizierung digitaler Kompetenzen 70 4.4.2 E-Assessment 71 4.4.3 Qualitätsbeurteilung in digitalen Lernwelten 72 4.5 Zusammenfassung 73 5 Zukünftige Anforderungen des Arbeitsmarktes an digitale Kompetenzen 75 5.1 Einsatz digitaler Medien in Organisationen 75 5.1.1 Vorhersagen zur Entwicklung des Einsatzes digitaler Medien in Organisationen 77 5.2 Der Wandel von (Erwerbs-)Arbeit 79 5.3 Zusammenfassung 81 6 Schlussfolgerungen 83 6.1 Konsequenzen für Lehr- und Lernmethoden 83 6.2 Konsequenzen für die Aus- und Weiterbildung Lehrender 84 6.2.1 Handlungsempfehlungen für die Innovation der Aus- und Weiterbildung von Lehrerinnen und Lehrern im Bildungsbereich Schule 84 6.2.2 Handlungsempfehlungen für die Innovation der Weiterbildung Lehrender im Bildungsbereich Hochschule 85 6.3 Konsequenzen für die Qualitätssicherung medienbasierter Bildungsangebote 86 6.4 Konsequenzen für die Qualifizierung von Arbeitnehmenden 87 7 Literatur 8

Fosmid-based whole genome haplotyping of a HapMap trio child: evaluation of Single Individual Haplotyping techniques

Determining the underlying haplotypes of individual human genomes is an essential, but currently difficult, step toward a complete understanding of genome function. Fosmid pool-based next-generation sequencing allows genome-wide generation of 40-kb haploid DNA segments, which can be phased into contiguous molecular haplotypes computationally by Single Individual Haplotyping (SIH). Many SIH algorithms have been proposed, but the accuracy of such methods has been difficult to assess due to the lack of real benchmark data. To address this problem, we generated whole genome fosmid sequence data from a HapMap trio child, NA12878, for which reliable haplotypes have already been produced. We assembled haplotypes using eight algorithms for SIH and carried out direct comparisons of their accuracy, completeness and efficiency. Our comparisons indicate that fosmid-based haplotyping can deliver highly accurate results even at low coverage and that our SIH algorithm, ReFHap, is able to efficiently produce high-quality haplotypes. We expanded the haplotypes for NA12878 by combining the current haplotypes with our fosmid-based haplotypes, producing near-to-complete new gold-standard haplotypes containing almost 98% of heterozygous SNPs. This improvement includes notable fractions of disease-related and GWA SNPs. Integrated with other molecular biological data sets, this phase information will advance the emerging field of diploid genomics

Multiple haplotype-resolved genomes reveal population patterns of gene and protein diplotypes

To fully understand human biology and link genotype to phenotype, the phase of DNA variants must be known. Here we present a comprehensive analysis of haplotype-resolved genomes to assess the nature and variation of haplotypes and their pairs, diplotypes, in European population samples. We use a set of 14 haplotype-resolved genomes generated by fosmid clone-based sequencing, complemented and expanded by up to 372 statistically resolved genomes from the 1000 Genomes Project. We find immense diversity of both haploid and diploid gene forms, up to 4.1 and 3.9 million corresponding to 249 and 235 per gene on average. Less than 15% of autosomal genes have a predominant form. We describe a ‘common diplotypic proteome’, a set of 4,269 genes encoding two different proteins in over 30% of genomes. We show moreover an abundance of cis configurations of mutations in the 386 genomes with an average cis/trans ratio of 60:40, and distinguishable classes of cis- versus trans-abundant genes. This work identifies key features characterizing the diplotypic nature of human genomes and provides a conceptual and analytical framework, rich resources and novel hypotheses on the functional importance of diploidy