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Die professionelle Handlungskompetenz von Lehrkräften wird als zentrales Element für erfolgreiches Lehren und Lernen in der Schule angesehen. Daran anknüpfend untersucht Georg Bruckmaier die Bedeutung fachdidaktischer Kompetenzen von Lehrkräften für die Qualität von Mathematikunterricht. Er erweitert die bisherige Konzeption fachdidaktischen Wissens im Rahmen der COACTIV-Studie um zwei handlungsnähere Facetten: Zum einen um die Kompetenz von Mathematiklehrkräften, Mathematikaufgaben auszuwählen und für den Unterricht anzuordnen, und zum anderen um die Kompetenz, anhand von in Videovignetten gezeigten Unterrichtsszenen den Unterricht didaktisch adäquat fortzuführen.

Christian Schöttler entwickelt und erforscht Lernumgebungen, in denen Lernende im inklusiven Mathematikunterricht mit unterschiedlichen Kompetenzen auf verschiedenen Niveaus an einem gemeinsamen Gegenstand lernen und sich fachlich austauschen können. Inhaltlich wird das Verständnis des Dezimalsystems in der unteren Sekundarstufe I gefördert. Die kooperativ ausgelegten Aufgaben initiieren Interaktionen, in denen die Lernenden gemeinsam dezimale Beziehungen aushandeln; die daraus entstehenden Deutungs- und Aushandlungsprozesse werden in der empirischen Studie analysiert. Die Ergebnisse zeigen, wie heterogene Paare miteinander interagieren und welches Verständnis des Dezimalsystems sie in ihren Deutungen zeigen. Zudem werden gemeinsame Lernsituationen für den inklusiven Mathematikunterricht konkretisiert.

Dieses Buch behandelt in verständlicher und klarer Sprache den klassischen Inhalt einer "Analysis 1"-Vorlesung. Das Besondere dabei ist die Zusammensetzung des Autorenteams: zwei Promotions-Studenten und ein Professor. In die Darstellung der einzelnen Themen wie Folgen, unendliche Reihen, Stetigkeit, Differential- und Integralrechnung, fließen so einerseits die Erfahrungen eines Hochschullehrers - der die Vorlesung mehrmals gehalten hat - und andererseits die Erfahrungen ehemaliger Studenten über typische Schwierigkeiten beim Übergang von der Oberstufen- zur Hochschulmathematik ein.Die mathematisch exakt formulierten Sätze und Definitionen werden durch viele Beispiele, Erklärungen sowie Anschauungen aufgelockert, die das Behandelte greifbar machen und das Verständnis erleichtern. Historische Exkurse beleuchten die Entwicklung des Gebietes, sind harmonisch in den Text eingefügt und dienen der Motivation. Zudem fördern didaktisch aufbereitete Beweise den Einstieg in die mathematische Denkweise. Am Ende eines jeden Kapitels wird schließlich das Wichtigste noch einmal übersichtlich zusammengefasst. Auf Grund der zahlreichen Aufgaben samt Lösungsvorschlag eignet sich dieses Buch nicht nur zur Vorlesungsbegleitung, sondern auch zum Selbststudium und zur Prüfungsvorbereitung.Die ZielgruppenLehramtsstudierende der Mathematik sowie Bachelorstudierende der Mathematik, Physik und Informatik, aber auch Lehrerinnen und Lehrer an Gymnasien und Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe

Rudolf Holze stellt in diesem essential Möglichkeiten, Systeme und Verfahren der Wandlung elektrischer Energie in andere Energieformen wie auch aus diesen zurück in elektrische Energie mit einem Schwerpunkt auf elektrochemischen Verfahren vor. Der Autor erläutert ausgewählte Beispiele ausführlich unter Einbeziehung grundlegender Erkenntnisse der Elektrochemie. Aufgrund der besonderen Bedeutung dieser Speicher und Wandler in einer sich ändernden Energielandschaft, die durch eine rasch zunehmende Einbeziehung erneuerbarer Energiequellen und die noch immer wachsende Zahl mobiler und netzunabhängiger Anwendungen elektrischer Energie gekennzeichnet ist, werden diese Aspekte besonders berücksichtigt. In dieser komplexer werdenden Landschaft vermittelt das essential Orientierung und grundlegende Informationen zum besseren Verständnis und zur sachlichen Diskussion.

Im Gegensatz zur Entwicklung chemischer Reaktionen durch verständnisbasiertes, rationales Design stellen Screeningmethoden eine komplementäre Herangehensweise dar. Felix Strieth-Kalthoff koppelt zwei Screeningkonzepte ¿ Lumineszenzquenching (mechanismusbasiert) und kombinatorische Chemie (reaktionsbasiert) ¿ synergistisch, um die Entdeckung neuartiger oder unerwarteter Reaktivität zu forcieren. Als Modellsystem hierfür wählt der Autor die Photokatalyse mit sichtbarem Licht, die sich im letzten Jahrzehnt zu einem bedeutenden synthetischen Werkzeug entwickelt hat. Zwei so entdeckte Reaktionen werden exemplarisch optimiert und mittels synthetischer sowie mechanistischer Studien im Detail untersucht. Die detailliert verstandenen Umsetzungen dienen als Grundlage für weiteres rationales Design und aufbauende Entwicklungen.Der Autor: Felix Strieth-Kalthoff (M. Sc.) studierte Chemie an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und promoviert dort am Organisch-Chemischen Institut im Arbeitskreis von Prof. Dr. Frank Glorius.

Die Planung und Durchführung statistischer Erhebungen sind zwei bedeutende Phasen im Gesamtprozess einer statistischen Untersuchung und durch die nationalen Bildungsstandards verbindliche Unterrichtsinhalte der Sekundarstufen I und II. Candy Walter liefert mithilfe einer qualitativen Interviewstudie Hinweise, welche Schwierigkeiten und Fehler bei Schülerinnen und Schülern der Jahrgangsstufen 9 und 10 verschiedener Realschulen und Gymnasien vorliegen können, die sich mit Aufgabenstellungen zum statistischen Planen auseinandersetzen. Darüber hinaus entwickelt der Autor ausgehend von theoretischen Phasenmodellen, die das Vorgehen beim Planen statistischer Untersuchungen im Rahmen der Betriebswirtschaftslehre und der Verkehrsentwicklungsplanung verdeutlichen, mit etablierten Methoden der didaktischen Reduktion ein eigenes Phasenmodell, welches als Leitfaden für den Mathematikunterricht genutzt werden kann.

Birgitta Hörnschemeyer entwickelt in Anbindung an das stadthydrologische Modell SWMM (US EPA) ein Simulationsmodell, das die standortgerechte Simulation der Verdunstung von Vegetation im urbanen Raum erlaubt. Für urbane Freiflächen erfolgt die Prozessmodellierung des Energie- und Wasserhaushalts für das gesamte System Boden¿Pflanze¿Atmosphäre. Das Prozessmodell ermöglicht mithilfe meteorologischer und vegetationskundlicher Kenndaten eine raum-zeitlich differenzierte Berechnung, die auch die jährliche Vegetationsdynamik darstellt. Dabei wird die Modellierung blau-grüner Infrastruktur zur Regenwasserbewirtschaftung explizit berücksichtigt. Aufgrund der Skalierbarkeit für mikro- und mesoskalige Untersuchungen bietet das Modell darüber hinaus die Möglichkeit, verschiedene Effekte in der urbanen Wasser- und Energiebilanz zu analysieren.

Christoph Schäfer stellt die großartige Welt der Programmierung mit Python vor und ermöglicht einen schnellen Einstieg zur eigenständigen Entwicklung von Skripten. Er verweist darauf, wie die Programmiersprache Python sich in den letzten Jahren neben MATLAB und R als Standard an naturwissenschaftlichen Arbeitsplätzen in Forschung und Entwicklung etabliert hat, und zeigt, dass die große Popularität von Python sich in der leichten Erweiterbarkeit begründet: So lassen sich sehr einfach Module von anderen Entwicklern in eigenen Skripten und Programmen verwenden. Der Autor stellt insbesondere die Module NumPy, SciPy und Matplotlib vor, die Naturwissenschaftlern und Ingenieuren eine perfekte Entwicklungsumgebung für Wissenschaftliches und Technisches Rechnen, für Anwendungen in der Physik, Chemie, Biologie und Informatik bieten. Auch in den neuesten Applikationen in den hochaktuellen Gebieten Big Data Science und Machine Learning kommt Python zum Einsatz.Der Autor: Dr. Christoph Schäfer lehrt und forscht in der Abteilung Computational Physics am Institut für Astronomie und Astrophysik an der Eberhard Karls Universität Tübingen.

Max Leppmeier gibt zunächst einen Überblick über die Theorien und Konzepte einer personorientierten Förderung mathematischer Begabungen und zeigt didaktische Prinzipien für einen begabungsfördernden Unterricht auf. Er elementarisiert die Themen Kugelpackungen und Polyederzerlegungen für schulische (Hoch)Begabtenförderung. Mit dem Ziel einer Begabungsentwicklung aller Schüler erörtert der Autor Unterrichtskonzepte für die 11. Jahrgangsstufe (Infinitesimalrechnung, das Unendliche nach Cantor) und für die Unterstufe (Einführung in die Geometrie, Fensterkonzepte in der 5. Jahrgangsstufe). Er erarbeitet Kriterien für eine begabungsfördernde Schule und untersucht die Bedeutung der Mathematik für die Schulentwicklung einerseits und das außerunterrichtliche Schulleben andererseits. Die Darstellung von Mathematik im gesellschaftlichen Diskurs formuliert er als Indikator für gelingende Begabungsförderung und Schulentwicklung.

Goerg Michler fasst das große Gebiet der Elektronenmikroskopie zusammen und stellt die verschiedenen Techniken übersichtlich dar. Der Autor beschreibt anschaulich die Einsatzmöglichkeiten der Mikroskopie und die Anforderungen an eine Probenpräparation. Mit Bildbeispielen aus der Praxis illustriert er die Darstellungen.Der Autor:Prof. Dr. rer. nat. habil. Goerg H. Michler war Leiter des Instituts für Werkstoffwissenschaften an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, ist Ehrenvorsitzender des Instituts für Polymerwerkstoffe e.V. und Vorsitzender der Heinz-Bethge-Stiftung für angewandte Elektronenmikroskopie.

Dieses essential stellt praxisnah dar, wie den vielfältigen, zum Teil gegensätzlichen Herausforderungen des gymnasialen Lehramtsstudiums im Fach Mathematik begegnet werden kann. Es zeigt Wege auf, wie die Lehramtsausbildung den unterschiedlichen Fachkulturen in Schule und Hochschule bewusst Rechnung tragen und Brückenschläge in beide Richtungen vornehmen kann.

Dieses Buch ist eine leicht verständliche Einführung in die Algebra, die den historischen und konkreten Aspekt in den Vordergrund rückt. Der rote Faden ist eines der klassischen und fundamentalen Probleme der Algebra: Bereits vor 4000 Jahren wurden quadratische Gleichungen gelöst. Im 16. Jahrhundert fand man allgemeine Lösungsformeln für Gleichungen dritten und vierten Grades, aber entsprechende Bemühungen für Gleichungen fünften Grades schlugen fehl. Nach fast dreihundertjähriger Suche führte dies schließlich zur Begründung der so genannten Galois-Theorie: Mit ihrer Hilfe kann festgestellt werden, ob eine Gleichung mittels geschachtelter Wurzelausdrücke lösbar ist. Das Buch liefert eine gute Motivation für die moderne Galois-Theorie, die den Studierenden oft so abstrakt und schwer erscheint.Gemäß der Intention des Buchs, auch die Geschichte der Algebra zu berücksichtigen, wurden in dieser Neuauflage diverse Faksimiles ergänzt. Begleitend zu den Faksimiles wurde insbesondere das erste Kapitel erheblich erweitert, so dass die maßgeblichen kulturhistorischen Kontexte der Epochen bis Cardano deutlicher werden. Schließlich wurden zum Kapitel über Artins Beweis des Hauptsatzes der Galois-Theorie einige Anmerkungen zum historischen und mathematischen Hintergrund hinzugefügt.

Vanessa Hagedorn untersucht in zwei städtebaulich unterschiedlichen Wohnquartieren den Einsatz von zentralen gegenüber dezentralen Energieversorgungssystemen, welche Technologien wie Photovoltaikanlagen, Quartiersbatteriespeicher, Kessel sowie ein Niedrig-Temperatur-Wärmenetz berücksichtigen. Anhand einer modellgestützten Analyse vergleicht die Autorin die zentralen und dezentralen Energieversorgungssysteme im Hinblick auf verschiedene Kriterien, wie ihre ökologischen und ökonomischen Aspekte, als auch in Bezug auf ihre Energieautarkie miteinander. Erstmalig werden dezentrale Energiesysteme auf Gebäude- und Quartiersebene simultan optimiert. Dies war bisher in vielen Modellen nur getrennt umsetzbar.

In unseren Alltagsvorstellungen nutzen wir die Naturgesetze mit ihren gewaltigen Möglichkeiten des technischen Fortschritts zum Wohle der Menschheit.Die drei Katastrophen von Tschernobyl (26.April 1986), Fukushima Daichii (11.März 2011) und im Golf von Mexiko, Explosion der Bohrplattform Deepwater Horizon (20.April 2010), haben dieses Weltbild erschüttert.Wer hat bei dieser Entwicklung Regie geführt? Handelt es sich um menschliches oder um technisches Versagen?Für die Antwort werden Ansätze aus dem natur- und geisteswissenschaftlichen Bereich vorgestellt.

Frank Feudel führt umfangreiche Forschungen zum Ableitungsbegriff in der Mathematik für Wirtschaftswissenschaftler durch, dessen Verständnis für Studierende der Ökonomie unerlässlich ist. Er untersucht, wie ein adäquates Verständnis der Ableitung aussehen kann, wie es vermittelt wird und in welchem Umfang die Studierenden ein solches erwerben. Dies führt zu zahlreichen Verbesserungsvorschlägen für die Lehre.

Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die weitverbreitete Ansicht, dass Lernprozesse von computergestützten Simulationen profitieren können. Susanne Podworny untersucht das Unterstützungspotential der Software TinkerPlots zur stochastischen Simulation und entwickelt daraus eine Lerneinheit zum statistischen Schließen mit Randomisierungstests nach dem Design-Based-Research-Ansatz. In einer anschließenden Fallstudie werden mit Mitteln der Interaktionsanalyse die Bearbeitungsprozesse von sechs Studierenden untersucht und daraus Hinweise für die Didaktik der Stochastik abgeleitet.

Friedrich Frischknecht gibt einen Einblick in die Malaria und die biologische Komplexität der sie auslösenden Parasiten. Der Autor nimmt den Leser mit auf eine Reise von der historischen Entdeckung der Erreger zu den modernen Methoden der Impfstoffentwicklung. Dabei erläutert er, wie genetische Manipulationen helfen, den Parasiten zu verstehen und neuartige Impfansätze zu entwickeln. Er erläutert die Schwierigkeiten, die zur Ausrottung von Malaria zu überwinden sind.Der Autor: Prof. Dr. Friedrich Frischknecht hat nach dem Studium der Biochemie an der Freien Universität Berlin am Europäischen Molekularbiologischen Laboratorium (EMBL) in Heidelberg über Pockenviren promoviert. Nach einem Forschungsaufenthalt am Institut Pasteur in Paris leitet er seit 2005 eine Forschungsgruppe am Universitätsklinikum in Heidelberg und beschäftigt sich mit den molekularen Grundlagen der Bewegung von Malariaparasiten.

Leroy Großmann entwickelt auf der Grundlage videografierter Blackbox-Untersuchungen eine Typologie von Modellierungsstrategien. Insbesondere in der biologiedidaktischen Forschung wurde eine Vielzahl quantitativer Untersuchungen zum Modellverstehen durchgeführt und damit das Kompetenzmodell der Modellkompetenz empirisch überprüft. Für das Modellieren als praktische Tätigkeit gibt es jedoch bislang kein ausdifferenziertes Kompetenzmodell ¿ diese Forschungslücke wird mit der vorliegenden qualitativen Studie geschlossen. Die Relevanz der Befunde für den schulischen Biologieunterricht wird abschließend dargestellt.