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Timestamp: 2020-02-21 21:45:27+00:00

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uni'wissen 01-2017
Schwerpunktthema: Nachhaltigkeit 01 2017 Spielregeln für soziale Sicherheit Warum das bedingungslose Grundeinkommen ein Modell für Deutschland sein könnte Zweifel beseitigt: Warum ein neu entdecktes Virus bei Fledermäusen nicht gefährlich für Menschen ist > Seite 8 Zukunft gestaltet: Warum Bürger und Forscher Ideen für Nachhaltigkeit in Freiburg sammeln > Seite 20 Zusammenspiel erforscht: Warum Nervenzellen sich gut verständigen müssen, um Bewegung auszulösen > Seite 40
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01 2017 Inhalt Forschung Modell für Menschenwürde 4 Karl Justus Bernhard Neumärkers Forschung legt nahe, dass das bedingungslose Grundeinkommen in Deutschland eine Chance hätte Fehldiagnose „Vampir-Grippe“ Ein neu entdecktes Virus bei Fledermäusen ist nicht auf den Menschen übertragbar Nebenher und gleichzeitig Psychologen der Universität Freiburg suchen nach Strategien, die Multitasking erleichtern sollen Schwerpunkt: Nachhaltigkeit Fächerübergreifend vernetzt 8 12 16 Die Universität Freiburg hat mit Partnerinstitutionen aus der Region einen Forschungsschwerpunkt zum Thema Nachhaltigkeit aufgebaut Zukunftsstadt Freiburg In einem Projekt loten Bürger und Forscher gemeinsam aus, wie sich urbanes Leben nachhaltig gestalten lässt Fliegende Datensammler Die Fernerkundung ermöglicht es, Umweltinformationen aufzunehmen und Georisiken besser einzuschätzen Wälder nutzen und schützen Beispiele aus Deutschland und Brasilien zeigen den Einfluss der Holzwirtschaft auf die Biodiversität Angeknipst Das Projekt SusLight arbeitet an besseren LEDs und widmet sich damit nachhaltiger Beleuchtung Autorität und demokratische Erziehung Die Bundesrepublik erlebte in den 1950er und 1960er Jahren einen dynamischen Erziehungswandel – anders als Frankreich Von der Idee zur Bewegung 20 24 28 32 36 40 Mit einem speziellen Methodenmix lassen sich bislang unbekannte neuronale Mechanismen der motorischen Kontrolle enträtseln Lehre Digitalisierte Dialekte 44 Mit der linguistischen Datenbank FREDDIE profiliert sich ein Team des Englischen Seminars als Pionier des forschenden Lernens Gute Lehre will gelernt sein Ein Modell aus der Bildungsforschung soll helfen, die Lehrerausbildung zu verbessern Das Ende der Verständnisillusion Wie das Onlinetraining „ELIS“ Lernstrategien vermittelt und Studierenden hilft, sie im Alltag umzusetzen 48 52
4 Das bedingungslose Grundeinkommen könnte Arbeitnehmern die Chance bieten, über ihre beruﬂ iche Entwicklung nachzudenken und sich vor Ausbeutung zu schützen. Foto: contrastwerkstatt/Fotolia Modell für Menschenwürde Karl Justus Bernhard Neumärkers Forschung legt nahe, dass das bedingungslose Grundeinkommen in Deutschland eine Chance hätte von Rimma Gerenstein
uni wissen 01 2017 5 Was würdest du tun, wenn für dein Einkommen gesorgt wäre?“ Ein Mann, etwa Anfang 30, blickt eindringlich in die Kamera. Seine Mundwinkel verziehen sich zu einem Lächeln: „Ich bin Micha aus Berlin, und ich lebe seit Kurzem genau das.“ Micha, genauer: Michael Bohmeyer, sieht aus wie ein typischer Hipster aus Friedrichshain oder Kreuzberg: das T-Shirt modebewusst zerknittert, türkisfarbene Hose, die blonden Haare lässig ver- wuschelt. Während er durch die Straßen seines Kiezes streift, die von blühenden Bäumen und ge- pﬂ egten Altbauten gesäumt sind, erzählt er von seinem neuen Leben. Eigentlich habe er sich aus- ruhen und einfach mal faul sein wollen, aber er ver- spüre einen immensen Schaffensdrang: „Ich fühle mich frei und sorglos, habe den Kopf voller Ge- schäftsideen, engagiere mich ehrenamtlich, kann ein besserer Vater sein und lebe auch noch gesünder.“ 2014 hat Bohmeyer den Verein „Mein Grundein- kommen“ gegründet. Ein Experiment, mit dem er die „Gesellschaft von morgen“ testen will: Auf einer Internetplattform sammelt der Verein Spenden – sobald 12.000 Euro zusammenkommen, werden sie verlost und an eine Person verschenkt. 12.000 Euro für zwölf Monate ohne Stress und Sorgen. Bis- her hat der Verein über Crowdfunding 94 Grundein- kommen fi nanziert und sammelt nun für Nummer 95. Keine Fragen, keine Forderungen Was in Deutschland ein privater Vorstoß ist, wird in anderen europäischen Ländern bereits auf Staatsebene verhandelt: 2016 ließ die Schweiz in einem Referendum über das bedingungslose Grundeinkommen (BGE) abstimmen, Finnland tes- tet seit 2017 gleich mehrere Varianten des BGE. Auch die Bundesrepublik sollte diesen Schritt wagen, findet Prof. Dr. Karl Justus Bernhard Neumärker: „Wenn es sich ein Land leisten kann, das BGE einzuführen, dann ist das Deutschland. Unser Staat verfügt über ein großes Vermögen, und wir haben mit der Idee der sozialen Markt- wirtschaft zumindest schon einmal die richtige gedankliche Grundlage dafür.“ Neumärker leitet die Abteilung für Wirtschaftspo- litik und Ordnungstheorie an der Universität Frei- burg. Unter seinen Fachkolleginnen und -kollegen gilt er bundesweit eher als Exot – Parolen wie „sozi- ale Gerechtigkeit“ oder „gesellschaftliche Teilhabe“ gehören in den Wirtschaftswissenschaften nun mal nicht zu den Forschungsinteressen, die ganz oben auf der Liste stehen. „Als ich vor zehn Jahren bei einer Konferenz prognostizierte, dass man auch in Demokratien bald fordern würde, Managergehälter zu deckeln oder Mindestlöhne einzuführen, wurde ich fast vom Hof gejagt“, erinnert er sich lachend. Neumärker glaubt, dass das BGE eine echte Chance hätte. Und sogar mehr als das – es wäre eine mögliche Lösung für Herausforderungen der Zukunft wie die zunehmende Digitalisierung und Robotisierung, die den Arbeitsmarkt gravierend verändern werden: „Es ist unrealistisch, dass wir die vielen arbeitslos gewordenen Menschen mit genügend neuen Stellen versorgen könnten. Schließlich geht es beim Einsatz humanoider Roboter darum, die Arbeitskraft des Menschen zu ersetzen und nicht darum – wie in der ersten digitalen Welle –, ihm die Arbeit zu erleichtern.“ „Offenbar gibt es nicht nur das Argument der Effizienz, sondern auch das der Fairness“ Zurzeit leitet Neumärker unter anderem Studien zur individuellen Zeitaufteilung unter einem BGE im Vergleich zu sozialstaatlichen Konzeptionen wie dem so genannten Hartz VI, zur Entkoppe- lung von Arbeit und Entlohnung und zum BGE als Mechanismus, der wettbewerbsbedingte Diskrimi- nierungen abfedern könnte – zum Beispiel zwischen Männern und Frauen. Seine Forschungsergeb- nisse zeigen: Das BGE könnte einen Grundstein für Gerechtigkeit und sozialen Frieden legen und beide dauerhaft sichern. In den Augen des Wissen- schaftlers ist es ein Modell für Menschenwürde: „Damit könnte man zum Beispiel Leute, die im Niedriglohnsektor arbeiten, nicht mehr ausbeu- ten. Wenn der Chef mit einer weiteren Gehalts- kürzung daherkäme, könnte der Arbeitnehmer kündigen und sich in Ruhe Gedanken über seine beruﬂ iche Weiterentwicklung machen.“ Das würde allerdings nur funktionieren, wenn das BGE hoch genug angesetzt wäre, betont Neumärker. In Deutschland werden derzeit 1.000 Euro monatlich diskutiert. Schleier des Unwissens Der Wissenschaftler bezeichnet seinen Ansatz als „Neuen Ordoliberalismus“. Damit baut er auf der Tradition der „Freiburger Schule“ auf, die in der Ordnungspolitik die Voraussetzung für eine
6 uni wissen 01 2017 funktionierende Gesellschaft sah. Ein starker Staat hält, vereinfacht gesagt, die Wirtschaft in einem ständigen Wettbewerb und garantiert seinen Bür- gerinnen und Bürgern dadurch Freiheit und Stabi- lität. Neumärker ergänzt die Denkschule um eine neue Komponente: soziale Gerechtigkeit. In seiner Arbeit will der Ökonom Fragen untersuchen, die bisher weitgehend unbeachtet geblieben seien: Nach welchen Kriterien verteilt eine Gesellschaft ihren Reichtum, unter welchen Bedingungen kommen Akteurinnen und Akteure aus Politik und Wirtschaft auf die Idee, ihr Verhalten zu überdenken, und wann gilt etwas als fair oder als ungerecht? „Social Contract Lab“ heißt das Experimental- labor, in dem Neumärker die Probandinnen und Probanden neue gesellschaftliche Ordnungen aushandeln lässt. „Labor“, das bedeutet: ein Hör- saal, Computer zum Chatten und eine Menge Trennwände. Denn Anonymität ist entscheidend. Die Teilnehmenden haben zwar die Aufgabe, über Grundregeln der Gesellschaft zu verhandeln, doch sie wissen nicht, wo sie in der von ihnen gemein- sam festgelegten Ordnung später stehen werden. „Hinter den Schleier dieses Unwissens ließen sich die Probanden mit großer Mehrheit immer dann führen, wenn es um Fragen sozialer Gerech- tigkeit ging“, berichtet Neumärker. „Sie wählten Modelle, die ein BGE berücksichtigten, und nicht etwa die klassische Marktwirtschaft, in der die Produktivität die Höhe des Einkommens bestimmt. Offenbar gibt es nicht nur das Argument der Effi zi- enz, sondern auch das der Fairness.“ Den Pro- banden war es also wichtig, zunächst dafür zu sorgen, dass alle Mitglieder der Gesellschaft gleichmäßig abgesichert sind. Dann waren sie etwa auch bereit, Niedriglöhne zu akzeptieren. Altes Modell, neue Argumente Doch zu welchem Preis lässt sich Fairness herstellen? Mit anderen Worten: Welche Auswir- kungen hätte es auf das Bruttoinlandsprodukt, wenn jeder eine bedingungslose Grundsicherung quasi zur Geburt geschenkt bekäme? Ein Hor- rorszenario für Verfechterinnen und Verfechter der klassischen Leistungsgesellschaft, die davor warnen, dass das BGE Menschen bis zur chroni- schen Faulheit entspannen würde. Glaubt man den strahlenden Gesichtern auf der Website von „Mein Grundeinkommen“, scheint jedoch das Ge- genteil der Fall zu sein. Die Gewinnerinnen und Gewinner sind zu wahren Arbeitsbienen mutiert: Judy kann endlich ihre Energie in ihre Eisdiele stecken, weil sie den Gründungskredit abbezahlt hat. Hildegard verwirklichte einen Lebenstraum und brachte ein Theaterstück auf die Bühne. Christoph kündigte seinen Job im Callcenter und begann eine Ausbildung zum Erzieher. Was ist also realistisch? Neumärker erforscht, wie Menschen mit dem BGE ihre Zeit gestalten und einsetzen würden. Dazu entwickelt er zusammen mit einer Doktoran- din eine Formel, die das gängige Arbeit-Freizeit- Modell um neue Faktoren erweitert. Bisher berücksichtigt es lediglich die Zeit, in der ein Individuum arbeitet, also Geld verdient, und die Zeit, in der es nicht arbeitet, ergo unproduktiv ist. Ehrenamtliches Engagement oder Hobbys haben in der Schwarz-Weiß-Formel keinen Platz. Neumärker baut in das Modell nun Faktoren wie freiwillige Tätigkeit, Muße und Kreativität ein. Die zunehmende Digitalisierung und Robotisierung werden den Arbeitsmarkt gravierend verändern. Karl Justus Bernhard Neumärker hält es für unrealistisch, dass die vielen entlassenen Menschen wieder in die Lohnarbeit gebracht werden können. Foto: Nataliya Hora/Fotolia „Anhand der Berechnungen ließe sich wunder- bar ablesen, wie sich ein Pauschalbetrag tatsäch- lich auf das Verhalten der Leute auswirken würde und unter welchen Bedingungen sie sich wie ver-
7 Prof. Dr. Karl Justus Bernhard Neumärker hat seit 2004 die Professur für Wirtschaftspolitik und Ordnungstheorie an der Uni- versität Freiburg inne. Nach einem Studium der Wirtschaftswissenschaften an der Universität Hohen- heim legte er an der Universi- tät Bochum seine Dissertation und Habilitation vor. Zu Neumärkers Stationen im Ausland gehören unter ande- rem Leicester/England, Santa Barbara/USA, Mexiko- Stadt/Mexiko sowie Sofia/ Bulgarien. Seine Forschungs- schwerpunkte sind Ordnungs- politik, Konstitutionenökono- mik und Sozialvertragslehre, politische Ökonomik wirt- schaftspolitischer Reformen, Ökonomik sozialer Gerech- tigkeit sowie Macht- und Konfliktökonomik. Foto: Privat 2.250 Euro monatlich an; im Referendum konn- ten die Leute lediglich Ja oder Nein ankreuzen. „Selbst den Schweizern war die Summe zu hoch. Sie hatten Sorge, dass das auf Dauer nicht be- zahlbar wäre, und lehnten das BGE ab.“ Die Fin- nen hingegen wollten, so vermutet Neumärker, vor allem die Langzeitarbeitslosigkeit im Land senken und bezuschussen deswegen lediglich Arbeitslose mit 650 Euro monatlich. Dieser An- satz widerspreche aber der Grundidee des BGE. Trotzdem sei Finnland mit der Umsetzung auf dem Weg der Zukunft: „Wir dürfen nicht vergessen, dass Finnland bei der Digitalisierung bereits viel weiter ist als Deutschland“, sagt Neumärker. Dort sehe man bereits, wie sie sich auf dem Arbeits- markt niederschlage. „Mit dem BGE hätten wir auf die Dauer eine Handhabe, aber nicht mit Hartz IV. Denn wo menschliche Arbeit wegrationalisiert wird, kann man auch durch beste und chancen- gleiche Aus- und Weiterbildung nur wenige aus der Arbeitslosigkeit in die Lohnarbeit bringen.“ www.pr.uni-freiburg.de/go/grundeinkommen Zum Weiterlesen Neumärker, B. (2017): Ordnungspolitik und „Neuer Ordoliberalismus“ im Verhältnis zum wirtschaftswissenschaftlichen Mainstream. In: WISU 7/2017. Neumärker, B. (2017): Bedingungsloses Grundeinkommen aus ordnungs- politischer Sicht. In: WISU (in Vorbereitung). Van Parijs, P. / Vanderborght, Y. (2017): Basic income: a radical proposal for a free society and a sane economy. Cambridge, Massachusetts/London. Mehr Entspannung im Alltag? Das Team an der Professur für Wirtschaftspolitik und Ordnungstheorie untersucht, wie Menschen ihre Zeit einteilen würden, wenn sie eine Grundsicherung hätten. Dazu erweitert die Gruppe das gängige Arbeit-Freizeit-Modell um neue Faktoren wie freiwillige Tätigkeit, Muße und Kreativität. Foto: Syda Productions/Fotolia halten würden.“ Noch hat der Forscher keine fi- nalen Ergebnisse, doch er ist überzeugt: Mit dem BGE würden Menschen ihre Zeit, das knappste aller Güter, anders nutzen. „Darum geht es mir vor dem ordnungspolitisch-philosophischen Hinter- grund meiner Arbeit: Was wäre denn, wenn es sich nicht nur die reiche ‚Leisure Class‘, sondern zum Beispiel auch Beschäftigte aus dem Niedriglohn- sektor leisten könnten, weniger zu arbeiten und mehr Freizeit zu genießen? Das wäre dann wirklich eine Umverteilung von Freizeit und eine Absiche- rung der Teilhabe am gesellschaftlichen Leben.“ Kluge Experimente in der Politik Hierzulande ist das BGE keine neue Idee: In einer repräsentativen Umfrage eines großen deutschen Cashbackportals aus dem Jahr 2017 gaben 73 Prozent aller Deutschen an, schon ein- mal vom BGE gehört zu haben, und 75 Prozent von ihnen wünschen sich, dass es eingeführt wird. Auch deutsche Politikerinnen und Politiker unterschiedlicher Couleur diskutieren die Idee seit Jahrzehnten; das BGE fi ndet sich in diversen Varianten bei der CDU, der FDP, bei den Grünen und der Linken. „Unsere Verfassung erlaubt es jetzt schon, das BGE als Element des Sozial- staats einzuführen, und man darf auch experi- mentieren“, betont Neumärker. Darin sieht er den Schlüssel zum Erfolg: „Wir müssen unterschied- liche Varianten des BGE testen, um herauszufi n- den, welches Modell sich durchsetzt. Es geht aber nicht darum, va banque zu spielen, sondern darum, realistisch zu handeln und die Bevölke- rung mit einzubeziehen.“ Von den Versuchen in der Schweiz und in Finnland könne man einiges lernen, denn beide seien nicht besonders erfolgreich. Die Eidgenos- senschaft habe zu viel auf einmal gewollt: Der Staat setzte das BGE bei umgerechnet etwa
8 uni wissen 01 2017 Fehldiagnose „Vampir-Grippe“ Ein neu entdecktes Virus bei Fledermäusen ist nicht auf den Menschen übertragbar von Jürgen Schickinger Fledermäuse gelten als Speicher für Krankheitserreger, die Menschen gefährlich werden können. Foto: Juan Cruzado Cortés
9 „Zoonosen sind Infektionen, die Tiere auf Menschen übertragen können“ F ledermäuse sind total klasse“, findet Prof. Dr. Martin Schwemmle. Die Tiere haben dem Wissenschaftler vom Virologischen Institut des Universitätsklinikums Freiburg zu einem Erfolg verholfen. Doch auch unabhängig davon mag er die Nachtﬂ ieger. Außerdem liegt quasi eine Win-win- Situation vor: Schwemmles Forschung hat die Fledermäuse von einem üblen Verdacht befreit. Sie verbreiten keine „Vampir-Grippe“, wie die „Bild“-Zeitung befürchtete. „Fledermäuse beher- bergen eine Reihe von Viren und können sie auf Menschen übertragen“, sagt der Virologe. Dazu gehören etwa Tollwut, Mumps, Ebola und das Schwere Akute Respiratorische Syndrom (SARS). Entsprechend groß war die Aufregung, als ameri- kanische Forscherinnen und Forscher in Fleder- mäusen neue Erreger entdeckten, die Grippeviren ähneln. Doch Schwemmle gelang, woran die amerikanischen Kolleginnen und Kollegen schei- terten: Er und sein Team konnten funktionelle Fledermaus-Grippeviren herstellen und untersu- chen. Die Erreger könnten zwar menschliche Zellen infizieren, sagt der Forscher, „aber die Wahr- scheinlichkeit, dass sie für Menschen gefährlich werden, ist extrem gering“. Jetzt erkundet er mit H18N11, wie das Virus korrekt heißt, Zoonosen. Zeckenbisse und Moskitostiche „Zoonosen sind Infektionen, die Tiere auf Men- schen übertragen können“, erklärt Schwemmle. Mehr als 200 Zoonosen kennen die Fachleute. In Süddeutschland geläufig sind Borreliose und Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME), die infizierte Zecken mit ihren Stichen weitergeben. Zu den in den Tropen verbreiteten Infektionen zählen Malaria und Gelbfieber. Sie verbreiten sich durch Moskitostiche. Die Schweinegrippe, die 2009/10 weltweit kursierte, trägt ihre Herkunft sogar im Namen. „Die überwiegende Mehrheit der Erreger von menschlichen Viruserkrankungen wie der Grippe stammt ursprünglich aus Tieren“, schätzt der Freiburger Virologe. Bei Schweinen und Fledermäusen, die nur selten Menschen bei- ßen, fänden infektiöse Kontakte über die Aus- scheidungen statt, sagt der Experte. Die Fleder- mäuse, mit deren Viren er sich beschäftigt, essen Obst. Dabei ignorieren sie Hygieneregeln und beschmutzen Früchte. Labt sich daran später ein Mensch, könnte er sich eine „Vampir-Grippe“ einfangen – wenn es diese denn gäbe. Gibt es das Virus überhaupt? Fledermäuse gelten als Reservoire, als Spei- cher für Krankheitserreger, die Menschen ge- fährlich werden können. Die Fachleute konnten den Flattertieren so mancherlei Erkrankungen an- hängen – nur keine Grippe. Da geht es Schwemmle besonders um Erreger der Gattung Influenza- virus A. Auf ihr Konto gehen katastrophale Pan- demien wie etwa die Spanische Grippe 1918/19 oder die Hongkong-Grippe, die von 1968 bis 1970 wütete. Weil Influenza-A-Viren oft mutieren und Genstücke untereinander austauschen kön- nen, verändern sie sich schnell. Auch deshalb ist für jede Grippesaison ein neuer Impfstoff nötig. Die unterschiedlichen Stämme des Influenza-A- Virus heißen nach ihren charakteristischen Varianten zweier Proteine, dem Hämagglutinin (H) und der Neuraminidase (N). Der Erreger der Spanischen Grippe gehörte beispielsweise zum Stamm H1N1, jener der Hongkong-Grippe zum Stamm H3N2. Bis 2012 galt: Sämtliche Influenza-A-Viren haben ihren Ursprung in Wildvögeln. Doch dann entdeckten Forscher von der US-Behörde für Krankheitskontrolle und Prävention (CDC) in Fledermäusen das Genom eines neuen Virus. Sein Erbgut besteht aus RNA, dem gleichen Material wie bei Inﬂ uenza-A-Viren. Es besitzt acht Segmente, wie typisch für Influenza-A-Viren, hat die passende Größe und enthält Gene für H und N, genauer: für die Varianten H18 und N11. „Das Virus ähnelt Influenza-A-Viren deutlich, ist aber
10 versuchten, das Virus aus Fledermauszellen zu isolieren. Vergebens. Sie versuchten, es im Rea- genzglas aus dem Erbgut herzustellen. Vergebens. „Plötzlich stand die Frage im Raum: Gibt es das Virus überhaupt, oder ist es ein Phantom?“, be- richtet Schwemmle. Ohne konkretes Virus musste auch die wichtigste Frage offenbleiben: Könnten „Vor Fledermäusen muss sich wirklich niemand fürchten“ sich Menschen mit H18N11 anstecken? Stellt die von der „Bild“-Zeitung beschworene „Vampir-Grippe“ eine reelle Gefahr dar? Diese Fragen interes- sierten Schwemmle brennend. Zudem glaubte der gut vernetzte Virologe, einen Umweg zum funktionellen Virus zu kennen. Kunstvirus erzeugt grünes Licht Schwemmle ließ sich das Virenerbgut schicken und kontaktierte Privatdozent Dr. Gert Zimmer von der Universität Bern. Der Schweizer Virologe hat ein System entwickelt, bei dem Viren grün leuchten, wenn sie Zellen infizieren. Allerdings arbeitet es mit einem anderen Erreger, dem Vesicular stomatitis virus (VSV). Schwemmle und Zimmer passten das System an und bauten das Ankerprotein H18 des Fledermausvirus in VSV ein. Dann testeten sie ihr Kunstvirus VSV- H18 mit vielen Zellen unterschiedlicher Herkunft. Bei den meisten blieb es dunkel. Immerhin an ein paar Fledermauszellen schimmerte es zart blassgrün. Am hellsten strahlten Kulturen mit be- stimmten Zellen aus Hunden. Doch auch einige Kulturen mit menschlichen Zellen begannen zu leuchten: Der Beweis, dass eine Infektion von Menschen grundsätzlich möglich ist, war erbracht. Doch kann das Virus diesen Sprung zum Menschen auch in der Natur schaffen? Wie hoch ist diese Gefahr? „Die Antwort konnte nur ein funktionstüchtiges Virus liefern“, sagt Schwemmle. Also wagten sich auch die Freiburger Forscher daran, das Fledermaus-Grippevirus H18N11 aus dem vorhandenen Erbgut zu rekonstruieren. Ge- genüber den amerikanischen Kollegen hatten sie einen entscheidenden Vorteil: In den Hunde- Dem Erreger auf der Spur: Wissenschaftler arbeiten im Labor mit infektiösen Fledermaus- Influenzaviren. Foto: Martin Schwemmle anders“, sagt Schwemmle. Ein bedeutender Unter- schied besteht darin, dass das Fledermausvirus nicht an Sialinsäure bindet. Dieses Molekül tragen menschliche Zellen auf ihrer Oberfläche. Es ist der Andockpunkt für das H-Protein der Inﬂ uenza- A-Viren. Die Erreger klammern sich über Sialin- säure an die Zellen, die sie infizieren. Aber woran bindet dann H18 vom grippeähn- lichen Fledermausvirus? Das wollten schon Schwemmles Kollegen vom CDC erfahren. Sie
uni wissen 01 2017 11 zellen, die sich so gut infi zieren ließen, vermehrte sich H18N11 prächtig. Nach wenigen Wochen war das Virus wiederhergestellt. Aktuell untersucht Schwemmle H18N11 zusammen mit Prof. Dr. Martin Beer, dem Leiter des Greifswalder Friedrich- Löffler-Instituts, an Frettchen: „Die haben bei Grippe ähnliche Symptome wie Menschen und können sich gegenseitig durch Niesen anstecken.“ Frettchen spiegeln also eine sich unter Menschen ausbreitende Epidemie gut wider. Wie realistisch ein solches Szenario ist, testet Schwemmle mit seinem Freiburger Institutskollegen Prof. Peter Staeheli, der über ein Maussystem zur Abschät- zung des Zoonosepotenzials verfügt. Die richtige Andockstelle Inzwischen weiß Schwemmle einiges über H18N11, etwa, dass das Virus keine Gensequen- zen mit Influenza-A-Viren austauscht: „Es kann nicht schlimmer werden.“ Doch der Forscher wüsste gerne mehr: Warum ließ sich H18N11 bisher nicht aus Fledermauszellen isolieren? An welches Oberflächenmolekül bindet es auf menschlichen Zellen? Spielt dieser Rezeptor auch bei anderen Zoonosen eine Rolle? Wäre er ein lohnendes Ziel für Impfstoffe? „Die Andock- stelle zu identifizieren wäre ein Volltreffer“, sagt Schwemmle. Die Zeit drängt: „In der Virus- forscherwelt geht der Neuankömmling H18N11 rasend herum – so schnell kann man gar nicht gucken.“ Wenn also irgendwo eine fiebrige „Vampir-Grippe“ grassiert, dann höchstens unter Virologinnen und Virologen. Die gesundheitliche Gefahr durch H18N11 sei sehr gering, betont Schwemmle erneut. Auch die potenziellen Über- träger nimmt er in Schutz: „Vor Fledermäusen muss sich wirklich niemand fürchten. Ich würde in Fledermaushöhlen halt nicht gerade ein Pick- nick machen.“ wwww.pr.uni-freiburg.de/go/schwemmle Menschliche Zellen, die mit Influenzaviren infiziert sind (grün). In Blau dargestellt sind die Zellkerne der infizierten Zellen. Bild: Martin Schwemmle Prof. Dr. Martin Schwemmle hat Biologie an der Univer- sität Freiburg studiert und 1992 mit der Promotion ab- geschlossen. Die Schwer- punkte seiner Arbeit bildeten die Zellbiologie und die Virologie. Damit beschäftigte er sich auch während seiner Forschungsaufenthalte in Kalifornien/USA und der Schweiz. Im Jahr 2000 habilitierte er sich in mole- kularer Virologie am Uni- versitätsklinikum Freiburg. Dorthin kehrte er 2003 zurück. Seither erforscht er mit seiner zehnköpfigen Arbeitsgruppe am Viro- logischen Institut das Borna- Virus, Grippeviren und Zoonosen. Schwemmle ge- hört zum Editorial Board mehrerer Fachzeitschriften und zum Vorstand der Freiburger Spemann Gradu- iertenschule für Biologie und Medizin (SGBM). Foto: privat Zum Weiterlesen Moreira, É. A. / Locher, S. / Kolesnikova, L. et al. (2016): Synthetically derived bat inﬂ uenza A-like viruses reveal a cell type – but not species-specifi c tropism. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 113/45, S. 12797–12802. doi: 10.1073/pnas.1608821113 Moreira, É. A. / Weber, A. / Bolte, H. et al. (2016): A conserved inﬂ uenza A virus nucleoprotein code controls specifi c viral genome packaging. In: Nature Communications 7. doi: 10.1038/ ncomms12861 Ma, W. / García-Sastre, A. / Schwemmle, M. (2015): Expected and unexpected features of the newly discovered bat inﬂ uenza A-like viruses. In: PLoS Pathogens 11/6. doi: 10.1371/ journal.ppat.1004819
Nebenher und gleichzeitig Psychologen der Universität Freiburg suchen nach Strategien, die Multitasking erleichtern sollen von Mathilde Bessert-Nettelbeck E-Mails, Anrufe, Aufträge: Das gleichzeitige Bearbeiten von Aufgaben lässt sich im Alltag kaum noch vermeiden und führt häufig zu Stress. Grafik: Svenja Kirsch uni wissen 01 2017 13 13 S chon beim zweiten Kaffee und immer noch nichts geschrieben. Geduldig wartet die Haus- arbeit unter vielen geöffneten Fenstern auf Leas virtuellem Schreibtisch darauf, weiter bearbeitet zu werden. Erst muss Lea aber noch E-Mails checken und den Vorbereitungstext für das Se- minar am Nachmittag ausdrucken. Während der Drucker arbeitet, erledigt sie den Papierkram für das Erasmus-Austauschprogramm und versucht gleichzeitig, die Lerngruppe zusammenzutrom- meln – ihr Smartphone vibriert dabei am laufen- den Band, weil Fred und Nina sich nicht auf eine Uhrzeit für das Treffen einigen können. Lea schickt eine Sprachnachricht: „Sollen wir das Treffen auf morgen verschieben?“ Das Gerät summt weiter, als sie den Text ihrer Hausarbeit aufruft und zu tippen beginnt. „Multitasking ist etwas Allgegenwärtiges“ Ob im Alltag, bei der Arbeit oder im Studium: Es ist heutzutage schwer zu vermeiden, vieles gleichzeitig oder im Wechsel zu tun. „Multitasking ist etwas Allgegenwärtiges“, erklärt die Psycho- login Prof. Dr. Andrea Kiesel, die das Phänomen an der Universität Freiburg untersucht. Im schlimms- ten Fall verursacht diese Verhaltensweise erheb- lichen Stress – im besten Fall führt sie zu effektivem Arbeiten in einer Umwelt, in der Fließ- bandarbeit der Vergangenheit angehört. „Bisher konzentrierte sich die psychologische Forschung in diesem Bereich auf die Kosten, die Menschen beim Multitasking tragen, und auf die Frage, wie es sich vermeiden lässt“, erläutert Kiesel, die am Institut für Allgemeine Psychologie arbeitet. Unter Multitasking verstehen Psycholo- ginnen und Psychologen nicht nur die geteilte Aufmerksamkeit – wenn jemand zum Beispiel beim Autofahren telefoniert –, sondern auch das Unterbrechen von Aufgaben, die später weiter- geführt werden – wie Leas Hausarbeit. Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass Menschen begrenzte kognitive Res- sourcen besitzen, die sie neu verteilen müssen, wenn sie sich auf eine neue Aufgabe einstellen. Dieses „Rekonfigurieren“ kann sich als schwierig erweisen, je mehr Aufgaben es zu bewältigen gilt.
14 Telefon, Kamera, Kalender und vieles mehr: Smartphones ermöglichen Telefon, Kamera, Kalender und vieles mehr: Smartphones ermöglichen unterschiedliche Anwendungen – erschweren es aber dadurch, mehrere unterschiedliche Anwendungen – erschweren es aber dadurch, mehrere Aufgaben parallel zu erledigen. Aufgaben parallel zu erledigen. Foto: Sandra Meyndt Kiesel geht nun einen Kiesel geht nun einen anderen Weg. Sie hält Multi- anderen Weg. Sie hält Multi- tasking für unvermeidbar und tasking für unvermeidbar und will erforschen, wie Menschen will erforschen, wie Menschen mit dieser kognitiven Herausfor- mit dieser kognitiven Herausfor- derung umgehen: „Finden wir Be- derung umgehen: „Finden wir Be- dingungen, unter denen Multitasking dingungen, unter denen Multitasking einfacher ist? Können wir trainieren, einfacher ist? Können wir trainieren, um diese Fähigkeiten zu verbessern? um diese Fähigkeiten zu verbessern? Diese Fragen hat die Forschung bisher vernachlässigt.“ Das von Kiesel geleitete und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Schwerpunktprogramm „Multitasking“, in dem 22 Forschungsprojekte von 19 deutschen Universitäten zusammenwirken, setzt sich seit 2015 damit auseinander. Insbesondere geht es darum, Aspekte aus den Bewegungswissenschaf- ten und der Kognitionspsychologie zu integrieren. „Meine Arbeitsgruppe erforscht dabei, wie effektiv Menschen sind, wenn sie die Reihenfolge von Aufgaben selbst bestimmen können“, erklärt sie. „Wir reduzieren die Phänomene auf einfache Aufgaben“ Kiesel ist mit ihrer Gruppe zwar erst 2015 nach Freiburg gezogen, aber Ergebnisse gibt es schon. Mit Probandinnen und Probanden – meist Studierenden – testeten die Psychologen, wann Menschen einfache kognitive Aufgaben am Computer schneller erledigen: wenn die Reihen- folge vorgegeben ist oder wenn sie die Reihen- folge selbst bestimmen dürfen. „Wir reduzieren die Phänomene auf einfache Aufgaben, um dann auf komplexe Fähigkeiten aus dem Alltag schlie- ßen zu können“, erklärt Kiesel. Ein kleiner Raum mit einem Computer ist alles, was es für das Experiment braucht. Die Aufgaben sind leicht: gerade und ungerade Zahlen erken- nen, Vokale und Konsonanten zuordnen. Nach einer kurzen Übungsphase geht es los. Mehr als 100 dieser Aufgaben müssen die Probanden lösen. Nach jeder Aufgabe können diejenigen, die multitasken dürfen, eine von vier Optionen auswählen. Unter anderem haben sie die Mög- lichkeit, mit der begonnenen Aufgabe weiterzu- machen oder zu einer anderen zu wechseln. Mit den Daten von 20 bis 40 Probanden lassen sich Tendenzen ermitteln: Es geht mit Multitasking nicht wirklich schneller, und die meisten Testper- sonen bleiben lieber bei einer Aufgabe. Ein im Anschluss ausgefüllter Fragebogen zeigt: Die Versuchsteilnehmerinnen und -teilnehmer neh- men Multitasking als stressig wahr. Trainieren und Stress reduzieren In einem weiteren Test fand Kiesel außerdem heraus, dass Menschen abschätzen können, wann es sich lohnt, zu einer anderen Aufgabe zu wechseln, um keine Zeit zu verlieren. War eine Aufgabe zu wiederholen, wurde die Wartezeit zwischen den Wiederholungen immer mehr ver- längert. Optimal wäre es also gewesen, dann zu einer anderen Aufgabe zu wechseln, wenn das Warten mehr Zeit in Anspruch genommen hätte als das Sicheindenken in eine neue Aufgabe. Dafür brauchten die Probanden etwa 200 Milli- sekunden. „Wir zeigen, dass die Probanden diesen Trade-off relativ gut abschätzen können“, erklärt Kiesel. „Kontrollierte Formen von Multitasking können daher effektiveres Arbeiten erlauben.“ Unter anderem möchte Kiesel untersuchen, ob Personen zum Beispiel davon profitieren könn- ten, die Abfolge von Aufgaben selbst festzuset- zen und diese anschließend immer nach diesem Schema abzuarbeiten. Auch Training könne helfen, den durch Multitasking verursachten Stress zu reduzieren: „Wenn die Testpersonen im Experi- ment das Wechseln zwischen den Aufgaben zehn Mal eine Stunde lang üben, sind enorme zeitliche Kosteneinsparungen möglich.“ Multitasking besser zu verstehen ist aber nicht nur wichtig, um Arbeitsabläufe zu optimie- ren. Die Forscherinnen und Forscher lernen, wie
uni wissen 01 2017 15 Prof. Dr. Andrea Kiesel hat Psychologie an der Uni- versität Würzburg studiert und wurde dort 2003 pro- moviert. 2006 arbeitete sie als Postdoc-Forscherin an der Universität Otago/ Neuseeland. Zurück in Würzburg, wurde sie 2008 zum Thema „Unbewusste Wahrnehmung“ hablilitiert. 2015 nahm sie den Ruf auf die Professur für Allgemeine Psychologie an der Univer- sität Freiburg an und leitet seitdem auch das von der der Deutschen Forschungs- gemeinschaft (DFG) geför- derte Schwerpunktprogramm „Human performance under multiple cognitive task requirements: From basic mechanisms to optimized task scheduling“. Darüber hinaus forscht sie über Zeitwahrnehmung und zu verkehrspsychologischen Fragestellungen. Foto: Jürgen Gocke die Bedienung technischer Instrumente besser gestaltet werden kann: „Was wir in unseren Experimenten sehen: Menschen fällt der Wech- sel zwischen Aufgaben leichter, wenn sie für die Aufgaben unterschiedliche Tasten bedienen müssen“, erklärt Kiesel. Dies widerspricht den aktuellen technologischen Trends: Entwicklerin- nen und Entwickler von Smartphones versuchen, alle möglichen Anwendungen in einem Gerät zu vereinen. „Solche ‚multipurpose devices‘ machen es schwerer, parallel Aufgaben zu erledigen – gerade ist Multitasking besonders herausfordernd.“ Die kann somit auch helfen, Fo r s c h u n g Geräte wie Computer technische für ältere Menschen. Für sie und Smartphones zu optimieren, sodass Nutze- rinnen und Nutzer in ihrer Arbeitsweise unterstützt werden. „Dadurch, dass sich die Kommunikations- möglichkeiten geändert haben, sind wir heute mehr Multitasking ausgesetzt als noch vor 15 Jahren“, so Kiesel. „Damit müssen wir umzuge- hen lernen.“ Burn-out oder Erschöpfungsdepres- sionen werden oft mit Multitasking in Verbindung gebracht. Die Wissenschaftlerin warnt aber davor, Alltagsbeobachtungen zu verallgemeinern und Vorurteilen auf den Leim zu gehen: „Wir wollen Beobachtungen in reduzierten Experimenten testen und keine voreiligen Schlüsse ziehen.“ www.spp1772.uni-freiburg.de Tick, tack, tick, tack – in möglichst kurzer Zeit möglichst viel erledigen: Wissenschaftlichen Erkenntnissen zufolge können kontrollierte Formen von Multitasking effektiveres Arbeiten erlauben. Foto: booka/Fotolia Zum Weiterlesen Zum Weiterlesen Kiesel, A. / Dignath, D. (2017): Effort in multitasking: local and global assessment of effort. Kiesel, A. / Dignath, D. (2017): Effort in multitasking: local and global assessment of effort. In: Frontiers in Psychology 8/111. www.psychologie.uni-freiburg.de/Members/kiesel/Publications/ In: Frontiers in Psychology 8/111. www.psychologie.uni-freiburg.de/Members/kiesel/Publications/ Kiesel%2CDignath%2C2017.pdf Kiesel, A. / Steinhauser, M. / Wendt, M. et al. (2010): Control and interference in task switching. A review. In: Psychological Bulletin 136/5, S. 849–874. www.psychologie.uni-freiburg.de/ Members/kiesel/Publications/Kiesel_etal_2010_Psychological_Bulletin.pdf Für ihre Versuche sind die Forscherinnen und Forscher in der Psychologie auf die Hilfe von Probandinnen und Probanden angewiesen, die dafür auch entlohnt werden. Wer Interesse hat, kann sich unter folgendem Link in die Versuchspersonenkartei eintragen: https://psychologie-freiburg.sona-systems.com
1616 t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Fotos: dr322, Gina Sanders, piyaset, Fotos: dr322, Gina Sanders, piyaset, Fotos: dr322, Gina Sanders, piyaset, Fotos: dr322, Gina Sanders, piyaset, Fotos: dr322, Gina Sanders, piyaset, firstflight, WavebreakmediaMicro, zapp2photo, firstflight, WavebreakmediaMicro, zapp2photo, htpix, Richtsteiger/alle Fotolia htpix, Richtsteiger/alle Fotolia
uni wissen 01 2017 17 Fächerübergreifend vernetzt Die Universität Freiburg hat mit Partnerinstitutionen aus der Region einen Forschungsschwerpunkt zum Thema Nachhaltigkeit aufgebaut von Nicolas Scherger A rmut, Bildung, Klimawandel, Energieversor- gung, Sicherheit, Infrastruktur, Gleichstellung, Wirtschaftswachstum, Schutz von Ökosystemen: Dies sind nur einige Themen aus der Anfang 2017 beschlossenen „Deutschen Nachhaltigkeits- strategie“ der Bundesregierung. Nachhaltigkeit – ein allumfassendes Modewort? Was bedeutet es vor diesem Hintergrund, wenn die Universität Freiburg einen Schwerpunkt in der Nachhaltig- keitsforschung etabliert? „Wir können nicht alles abdecken“, sagt Prof. Dr. Gunther Neuhaus, Vizerektor und Prorektor für Forschung der Uni- versität Freiburg. „Aber wir haben sehr gute Vo- raussetzungen, um auf einigen Feldern wichtige und zukunftsweisende Beiträge zu leisten.“ Das dafür ausschlaggebende Alleinstellungs- merkmal sei das breite Spektrum der Disziplinen und deren Vernetzung. „Freiburg ist eine Voll- universität: von Geistes-, Sozial-, Rechts- und Wirtschaftswissenschaften über Umwelt- und Natur- wissenschaften bis hin zu Technik- und Material- wissenschaften. Damit wird ein systemischer An- satz möglich“, betont Neuhaus. Sowohl an der Universität als auch im Verbund mit Partnern aus der Region, die weitere Kompetenzen einbring- en, haben sich Institutionen gebildet, in denen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus unterschiedlichen Fachgebieten gemeinsamen Projekten in der Nachhaltigkeitsforschung widmen (Beispiele: Kurzprofi le auf den Seiten 18/19). Schwerpunkte in Freiburg sind insbesondere vier Felder: Die Forschung zur Technischen Nachhaltigkeit entwickelt neue Materialien und Energiesysteme. Die Biodiversitätsforschung un- tersucht, welche Bedeutung der Artenvielfalt in Ökosystemen zukommt und wie sie sich langfristig erhalten lässt. Die Resilienzforschung verbessert die Widerstands-, Anpassungs- und Lernfähig- keit etwa von Infrastrukturen und technischen Systemen, um die von extremen Wetterereignis- sen, Industrieunfällen, Terrorismus und anderen Gefahrenquellen verursachten Schäden möglichst gering zu halten. Die Geistes-, Rechts- und Sozial- wissenschaften bringen beispielsweise Aspekte der Governance, Akzeptanz, juristischen Umsetz- barkeit, Ethik und Technikfolgenabschätzung ein. Die aktuelle Ausgabe von uni’wissen stellt in einem Themenschwerpunkt einige Forschungsprojekte vor, die sich aus unterschiedlichen Blickwinkeln mit Fragen der Nachhaltigkeit befassen. Hinzu kommt: Die Universität Freiburg hat sich als gesamte Institution dem Leitbild einer nach- haltigen Entwicklung verpﬂ ichtet. Sie bezieht unter anderem zertifizierten Grünstrom aus Wasser- kraft und betreibt Fotovoltaikanlagen, setzt nahezu flächendeckend umweltfreundliches Recyclingpapier ein, ist einer Untersuchung des Landesrechnungshofs Baden-Württemberg zu- folge auf dem Gebiet der Abfallwirtschaft die landesweit führende Universität und hat mehr- fach das Öko-Verkehrs-Siegel der Stadt Freiburg erhalten – dafür, dass sie Anreize setzt, damit Studierende und Beschäftigte mit öffentlichen Verkehrsmitteln oder mit dem Fahrrad zum Stu- dieren und Arbeiten kommen. Ziel ist, mit allen Ressourcen möglichst sparsam und effi zient umzu- gehen und die Umweltbilanz weiter zu verbessern. www.nachhaltige.uni-freiburg.de
t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S 18 uni wissen 01 2017 Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen Die Fakultät für Forst- und Umweltwissenschaften und das Institut für Geowissenschaften haben sich 2013 zur Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg zusammengeschlossen. Die Forscherinnen und Forscher befassen sich mit naturwissenschaftlichen Prozessen und dem Zusammenspiel zwischen Umwelt und Gesellschaft, das sich daraus ergibt. Gemeinsame Forschungsfelder sind insbesondere die nachhaltige Nutzung natürlicher Ressour- cen, der Schutz von Wasser, Boden, Luft und Artenvielfalt, die Anpassung an den globalen Wandel sowie Naturgefahren und Naturrisiken. www.unr.uni-freiburg.de Zentrum für Erneuerbare Energien Von Fotovoltaik, Biomasse, Windkraft und Geothermie bis hin zu Fragen der Energieeffizienz: Das 2008 gegründete Zentrum für Erneuerbare Energien (ZEE) führt alle wissen- schaftlichen Einrichtungen der Universität Freiburg zusam- men, die sich in Forschung, Lehre und Weiterbildung mit erneuerbaren Energien beschäftigen. Zudem kooperiert es mit außeruniversitären Partnern, besonders im Hinblick auf industrienahe Forschung und Entwicklung. www.zee.uni-freiburg.de Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien / Freiburger Materialforschungszentrum Die Albert-Ludwigs-Universität hat 2016 das Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Techno- logien (FIT) eröffnet. Die Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler arbeiten dort an intelligenten Materialien und Systemen nach dem Vorbild der Natur, die zum Beispiel Veränderungen in der Umgebung erkennen, darauf reagie- ren, dazulernen, sich selbst heilen und sich autonom mit Energie versorgen. Am FIT fi ndet Grundlagenforschung statt, an die Wissenschaftler im Freiburger Materialforschungs- zentrum (FMF) der Albert-Ludwigs-Universität anknüpfen können. Das FMF betreibt seit 1990 anwendungsnahe Forschung zu elektrischen, magnetischen, thermischen, chemischen und optischen Eigenschaften organischer und anorganischer Materialien. www.fit.uni-freiburg.de www.fmf.uni-freiburg.de „Nachhaltigkeit bedeutet Konﬂ ikt“ Die Bundesregierung hat Prof. Dr. Ulrich Schraml, Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg und Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg, Ende 2016 in den Rat für Nachhaltige Entwicklung berufen. Im Inter- view mit Nicolas Scherger berichtet der Forstwissen- schaftler von seinen Erfahrungen in der Politikberatung. uni’wissen: Herr Schraml, warum engagieren Sie sich im Rat für Nachhaltige Entwicklung? Ulrich Schraml: Mir hat die Politikberatung immer schon viel Freude gemacht, in Stuttgart ebenso wie auf Bundes- ebene. Für mich steckt ein wesentlicher Teil der Motivation für die wissenschaftliche Arbeit darin, Rückmeldungen zu bekommen – nicht nur die eines Gutachters, der einen Fachartikel bewertet, sondern auch die von politischen Akteurinnen und Akteuren, die im besten Fall mit viel Herzblut mitteilen, ob sie etwas gut oder schlecht finden. Hat die Wissenschaft dort, wo es um den langfristigen Erhalt der natürlichen Lebensgrundlagen geht, eine besondere Verantwortung, sich einzubringen? Das ist sicher so. Den Begriff Nachhaltigkeit hört man zwar oft, aber er bleibt vielfach vage und spröde. Wissen- schaftlerinnen und Wissenschaftler können zur Kommuni- kation und Interpretation dessen, was er bedeutet, viel beitragen. Sie können ihn übersetzen, um ihn überhaupt politikfähig zu machen und zeigen, wo besonders viel Handlungsbedarf besteht. Wie will der Rat dabei vorgehen? Die große Chance ist, dass wir institutionell und regel- mäßig Zugang zu politischen Entscheidungsträgerinnen und -trägern bekommen, etwa zu Bundestagsabgeordneten, dem Bundeskanzleramt oder Mitgliedern der Bundesregie- rung. Wir werden also, um es mit einem Wort unseres baden-württembergischen Ministerpräsidenten zu sagen, routinemäßig gehört – und wenn wir gut argumentieren, haben wir die Chance, auch erhört zu werden. Worin sehen Sie die schwierigste Aufgabe? Die größte Herausforderung ist, die manchmal sehr gut angelegte Politik in den einzelnen Ministerien wie Land- wirtschaft, Arbeit, Bildung oder Umwelt besser zu vernetzen
19 Leistungszentrum Nachhaltigkeit / Institut für Nachhaltige Technische Systeme Die Albert-Ludwigs-Universität und die fünf Freiburger Fraunhofer- Institute haben 2015 das Leistungszentrum Nachhaltigkeit er- öffnet. Dort arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zusammen mit der Industrie sowie weiteren externen Partnern an Lösungen für große Herausforderungen wie Klimawandel und Ressourcenknappheit. Die Schlüsselthemen sind nachhaltige Werkstoffe, Energiesysteme, Resilienzforschung und resiliente Ingenieurssysteme sowie ökologische und gesellschaftliche Transformation. Ingenieurwissenschaftlicher Kern ist das ebenfalls 2015 gegründete Institut für Nachhaltige Technische Systeme (INATECH) an der Technischen Fakultät der Universität Freiburg. www.leistungszentrum-nachhaltigkeit.de www.inatech.uni-freiburg.de Bei vielen Nachhaltigkeitsthemen ist das Problem bekannt, aber die Lösung lässt auf sich warten, sagt Ulrich Schraml. Foto: Klaus Polkowski und abzustimmen. Wenn die Vertreterinnen und Vertreter der Ressorts mehr miteinander reden, bevor sie ihre sek- toralen Politiken vorantreiben, sind wir einen großen Schritt weiter. Aber auf Nachhaltigkeit können sich doch alle einigen. Oberrheinischer Cluster für Nachhaltigkeitsforschung Solange der Begriff abstrakt bleibt, nicken alle und kippen Himbeersoße darüber. Spannend wird es, wenn es konkret wird, denn Nachhaltigkeit bedeutet Konflikt. Umwelt-, Wirt- schafts-, Agrar- und Sozialpolitikerinnen und -politiker müs- sen miteinander streiten, um auszuloten, welche Programme von der Warte der Nachhaltigkeit aus umsetzbar sind. Welche Aspekte möchten Sie besonders einbringen? Die Felder, die mir vertraut sind, liegen in erster Linie in der Umweltpolitik und der Landnutzung mit dem Schwer- punkt Wald. Mein Team und ich haben dabei in den ver- gangenen Jahren den Fokus immer stärker auf soziale Themen gelegt, beispielsweise Gesundheit und Erholung. Das sind sowohl für den Wald als auch für städtische Grünflächen wichtige und interessante Aspekte. Am 2016 eröffneten Oberrheinischen Cluster für Nachhaltig- keitsforschung sind die Universitäten von „Eucor – The Euro- pean Campus“ in Basel, Freiburg, Karlsruhe, Mulhouse und Strasbourg, die Universität Koblenz-Landau sowie assoziierte Partner beteiligt. Der Cluster beschäftigt sich mit dem über- greifenden Thema der Steuerung nachhaltigen Wachstums – von ökologischer über soziale bis hin zu ökonomischer Nach- haltigkeit. Schwerpunkte bilden die Themenfelder „Governance“, „Energie, Infrastruktur und gesellschaftlicher Wandel“, „Trans- formationsprozesse und Technologien“, „Ressourcenmanage- ment“ sowie „Multikulturalismus und Mehrsprachigkeit“. www.nachhaltigkeit-oberrhein.info Gewinnen die Sozialwissenschaften hier generell an Gewicht? Forschungsallianz Oberrhein Den Eindruck teile ich, denn bei vielen Themen kennen wir das Problem, aber die Lösung lässt auf sich warten. Bei- spiel Beschaffung: Viele Organisationen wollen sich beim Kauf von Gütern wie Papier, Möbeln oder Autos an Nach- haltigkeitszielen orientieren. Die Ergebnisse bleiben aber oft hinter den Erwartungen zurück – etwa aufgrund von juristischen Hemmnissen, fehlendem Wissen oder hohen Kosten. Mithilfe von sozialwissenschaftlicher Forschung können wir besser verstehen, wo diese Umsetzungspro- bleme liegen und wie sie sich beheben lassen. Partner der 2017 gestarteten Forschungsallianz Oberrhein zu den technischen Grundlagen der Nachhaltigkeit sind die Universität Freiburg, das Karlsruher Institut für Technologie sowie die Hochschulen Furtwangen, Karlsruhe und Offen- burg. Unter der thematischen Leitlinie „Langzeitstabile und resiliente Technologien – von der Komponente bis zum System“ wollen die Forscherinnen und Forscher energieeffiziente, intelligente und widerstandsfähige technische Systeme ent- wickeln, um der globalen Erwärmung und Ressourcen- knappheit sowie den damit einhergehenden ökologischen wie sozialen Konsequenzen zu begegnen. www.ifp.uni-freiburg.de/team/ma-fopof/ulrich-schraml www.pr.uni-freiburg.de/go/forschungsallianz
20 uni wissen 01 2017 Wie könnte Freiburg im Jahr 2030 aussehen? Stadt und Universität nehmen an einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ausgelobten Wettbewerb teil. Fotos: Thomas Kunz t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Zukunftsstadt Freiburg In einem Projekt loten Bürger und Forscher gemeinsam aus, wie sich urbanes Leben nachhaltig gestalten lässt von Petra Völzing
21 Wenn es um die Zukunft geht, werden die Grenzen zwischen Wissenschaft und Ge- sellschaft durchlässiger. Sichtbar wird das im Projekt „Zukunftsstadt Freiburg“. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ausgelobten Wettbewerb „Zukunftsstadt“ sind Kommunen aufgefordert, gemeinsam mit den Bürgerinnen und Bürgern sowie Wissenschaftle- rinnen und Wissenschaftlern ihre Vorstellungen von nachhaltigem urbanem Leben zu diskutieren und in weiteren Wettbewerbsphasen auch in Pilot- projekten in die Realität umzusetzen. Freiburg nimmt an diesem Wettbewerb teil, der Ende 2015 startete. Die Seite der Wissenschaft repräsentiert das Leistungszentrum Nachhaltigkeit der Albert- Ludwigs-Universität und der fünf Freiburger Fraunhofer-Institute. Die Gestaltung und Beglei- tung des Projekts „Zukunftsstadt Freiburg“ liegt bei Michael Pregernig, Professor für Sustainabil- ity Governance am Institut für Umweltsozialwis- senschaften und Geographie der Universität. Sein Beitrag bezieht sich vor allem auf methodi- sche Fragen, denn Ziel des Wettbewerbs ist es, nicht nur inhaltliche Nachhaltigkeitskonzepte zu entwickeln, sondern auch neue methodische An- sätze zu entwerfen und zu erproben. Urbane Vision für 2030 Inzwischen sind Stadt und Universität schon mittendrin im Wettbewerb. Die erste Phase dau- erte neun Monate und ist bereits abgeschlossen. In dieser Phase sollte eine urbane Vision für Freiburg im Jahr 2030 entwickelt werden. Dafür wurden Bürger eingeladen, in einem Online-Tool ihre Ideen und Projekte für eine nachhaltige Stadt einzustellen. Diese wurden dann von Pregernigs Team auf die fünf Themenbereiche Integration, Energie, Mobilität, Wirtschaft und neue Kommu- nikationsformen verdichtet. Herzstück dieser Wett- bewerbsphase war der so genannte Zukunftsdialog im Februar 2016, eine halbtägige Veranstaltung an der Universität, bei der je 30 Bürger und Wissen- schaftler zusammenkamen, um die bürgerschaft- lichen Projektideen gemeinsam zu einer Vision zu verbinden. „Unsere Aufgabe am Institut ist es, Methoden zu entwickeln, mit denen Wissen- schaftler und Bürger gemeinsam an Nachhaltig- keitsherausforderungen arbeiten können. Das Veranstaltungsformat Zukunftsdialog ist eine davon“, erläutert Pregernig. Einkauf auf dem Münstermarkt: Das Projekt widmet sich unter anderem der Frage, wie die regionale Ernährung künftig besser gefördert werden kann. Die Idee dahinter sei, dass nicht mehr nur Wissenschaftler die Hoheit bei der Setzung von Forschungsthemen hätten, sondern auch die gesellschaftlichen Akteure hier Prioritäten set- zen und konkrete Fragen formulieren könnten. „Ko-Design“ nennt sich dieses neue Prinzip, das in der Nachhaltigkeitsforschung zunehmend wichtiger geworden ist. Mit Blick auf den weite- ren Verlauf des Wettbewerbs wurde beim Zukunftsdialog gemeinsam entschieden, welche Themen am vordringlichsten sind. Heraus kamen:
22 uni wissen 01 2017 nachhaltige Energieversorgung, alternative Wirt- schaftsformen und regionale Ernährung. „Im Lauf der Veranstaltung hat sich gezeigt: Gerade die Ernährung stößt auf großes Interesse“, sagt Pregernig. „Also haben wir beschlossen, daraus für die weitere Bearbeitung ein eigenes Themen- feld zu schaffen.“ Der Sprung in Phase zwei des Kommunen- wettbewerbs ist nun geschafft. Von ursprünglich 52 Städten kamen 20 eine Runde weiter, darunter auch Freiburg. Ziel dieser 18-monatigen Phase, die im Januar 2017 startete, ist die Entwicklung eines Planungs- und Umsetzungskonzepts für die in Phase eins entworfene „Vision 2030“. Aus- gangspunkt dafür sind die drei im Zukunftsdialog vorgeschlagenen Themenbereiche, an denen nun weitergearbeitet wird. Dafür sind viele Ein- zelschritte nötig. „Wir sind jetzt erst einmal da- bei, die einzelnen Projektideen wissenschaftlich daraufhin zu überprüfen, wie realistisch sie sind.“ Zum Beispiel das Ziel, den Regierungsbezirk Freiburg in seiner Lebensmittelversorgung völlig autark zu machen. „Das Ziel ist unrealistisch“, sagt Pregernig, das habe auch eine Studie ge- zeigt, die die Stadt vor Kurzem in Auftrag gegeben t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Mais für Biogas kann dabei helfen, einer Stadt mehr erneuerbare Energie zur Verfügung zu stellen. Doch damit fehlen Anbauflächen für Nahrungsmittel – eine möglichst autarke Lebensmittelversorgung wird dadurch erschwert. Foto: AVTG/Fotolia
habe. Dennoch sei es sinnvoll, die Systemzu- sammenhänge wissenschaftlich zu durchleuchten. Würden zum Beispiel die Flächen im Rheintal, wo jetzt Mais für Biogas angebaut wird, für die Produktion von Lebensmitteln genutzt, dann könnte der Selbstversorgungsgrad der Stadt er- höht werden. Formen der nachhaltigen Lebensmittelversor- gung in einem Quartier zu erproben und beglei- tend zu beforschen.“ Bürger könnten dann an der Datenerhebung beteiligt werden, indem sie Um- fragen zu Ernährungsgewohnheiten durchführen oder sich an „Konsum(selbst)experimenten“ be- teiligen. Bei der Umsetzung dieser Projekte wird „Gerade die Ernährung stößt auf großes Interesse“ 23 Prof. Dr. Michael Pregernig hat in Wien/Österreich Handelswissenschaften mit dem Schwerpunkt Umwelt- ökonomie sowie Forstwirt- schaft mit dem Schwerpunkt Umwelt- und Ressourcen- politik studiert. Er wurde 1999 an der Universität für Boden- kultur in Wien promoviert und dort 2006 im Fach Umwelt- und Ressourcenpolitik habi- litiert. 2009 kam er an die Universität Freiburg, um interimistisch die Leitung des Masterstudiengangs Environ- mental Governance (MEG) zu übernehmen. Seit März 2016 ist er Professor für Sus- tainability Governance am Institut für Umweltsozialwis- senschaften und Geographie. Er forscht unter anderem zur Steuerung von Nachhaltig- keitsprozessen in Politik und Gesellschaft. Foto: Jürgen Gocke Dörte Peters vom Institut für Umweltsozial- wissenschaften und Geographie helfen: als so genannte Wissensmaklerin, deren Aufgabe es sein wird, die Arbeit von Bürgern und Wissen- schaftlern zu koordinieren und organisatorisch zu unterstützen. Am Schluss dieser zweiten Wettbewerbsphase steht dann ein fundiertes Konzept. Ziel ist, dessen Bausteine in der dritten Phase – voraussichtlich ab Mitte 2018 – in Form von so genannten Real- laboren in den Pilotquartieren praktisch zu erpro- ben. Das Innovative am Format „Zukunftsstadt“ sieht Pregernig nicht nur in dessen inhaltlichen Beiträgen, sondern auch in den neuen methodi- schen Zugängen – wie dem Zukunftsdialog oder der Rolle der Wissensmaklerin, die auch in der dritten Phase weitergeführt werden sollen. www.zukunftsstadt.freiburg.de Das Fraunhofer-Institut für Solare Energie- systeme (ISE) überprüft unter der Federführung von Gerhard Stryi-Hipp, wie und ob es möglich ist, Freiburg zu 100 Prozent mit erneuerbaren Energien zu versorgen. An diesem Punkt zeigt sich, wie schwierig es ist, robuste nachhaltige Konzepte zu entwerfen: Wenn der Mais für das Biogas wegfällt, ist die Lösung der Energiefrage wiederum erschwert. Um hier ein Stück weiter- zukommen, arbeitet das Team von Uli Siebold am Fraunhofer Ernst-Mach-Institut (EMI) an einem webbasierten Werkzeug, das es erlaubt, die Nachhaltigkeitswirkungen unterschiedlicher Maßnahmen zu vergleichen. Damit hilft das Werkzeug, Abhängigkeiten zwischen verschie- denen Nachhaltigkeitszielen sichtbar zu machen und bei der Erarbeitung von Umsetzungskonzepten zu berücksichtigen. Aktuell ist Pregernig auf der Suche nach geeigneten Pilotquartieren. „Dort sollen konkrete Projektideen im Austausch zwi- schen Wissenschaft und Bürgern entwickelt und idealerweise gemeinsam umgesetzt werden.“ Auch Wissenschaftler, die sich beteiligen wollen, sucht Pregernig noch. „Es sind aber bereits eini- ge Forscherinnen und Forscher im Boot, unter anderem aus den Umweltwissenschaften, den Wirtschaftswissenschaften und der Technik.“ Forschung in Pilotquartieren Im Juli 2017 ist eine zweite Dialogveranstal- tung geplant, auf der wieder Bürger und Wissen- schaftler zusammenkommen werden. Ziel ist es, konkrete Forschungsvorhaben zu formulieren. „Beim ersten Dialog haben wir erst einmal The- men gesammelt, im Juli wird dann konkretisiert und zugespitzt“, erklärt Pregernig. Im Anschluss an die Veranstaltung werden kleinere Fach- forschungsprojekte definiert und umgesetzt. Im Sinne von Citizen Science machen dann auch Bürger bei der Forschungsarbeit mit. „Ein solches Projekt könnte etwa darin bestehen, alternative Zum Weiterlesen Rhodius, R. / Pregernig, M. / Koch, B. (2016): Herausforderungen transdiszi- plinären Arbeitens im Reallabor „Wissensdialog Nordschwarzwald“. In: Technikfolgenabschätzung – Theorie und Praxis 25/3, S. 19–25. Schneidewind, U. / Singer-Brodowski, M. (2013): Transformative Wissen- schaft: Klimawandel im deutschen Wissenschafts- und Hochschulsystem. Marburg. Lang, D. J. / Wiek, A. / Bergmann, M. et al. (2012): Transdisciplinary re- search in sustainability science: practice, principles, and challenges. In: Sustainability Science 7/1, S. 25–43.
24 t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Fliegende Datensammler Die Fernerkundung ermöglicht es, Umweltinformationen aufzunehmen und Georisiken besser einzuschätzen von Katrin Albaum H ochwasser flutet die Straßen, strömt in die Gebäude. Mit einer solchen Überschwem- mung hatten die Bewohnerinnen und Bewohner nicht gerechnet. Sie waren zwar gewarnt worden, dass der Fluss, an dem ihr Wohnort liegt, nach starkem Regen große Wassermengen führen würde, aber niemand hatte das genaue Ausmaß der Katastrophe voraussagen können. Rettungs- kräfte der Feuerwehr schaffen es gerade noch mit Einsatzfahrzeugen zu den Häusern, um alle „Über die Fotosyntheseaktivität können wir feststellen, ob ein Baum unter Stress steht“ Bewohner zu evakuieren. Doch jetzt kommen die Wagen nicht mehr vom Fleck, denn plötzlich ist auch die Zufahrtsstraße überschwemmt. Die Menschen sitzen fest. Ein Hubschrauber wird geordert, doch bis zu seinem Eintreffen ver- streicht viel Zeit, und er muss mehrmals hin- und herfliegen. Hätten die Einsatzkräfte gewusst, wie schnell die Überschwemmung fortschreiten würde, wären sie statt mit einem Fahrzeug gleich mit dem Hubschrauber gekommen. Mit genauen Informationen zur Fließgeschwindigkeit, einem Höhenprofi l der Umgebung und anderen Umwelt- daten hätten die Beteiligten in diesem fiktiven Szenario die Entwicklung der Überschwemmung und ihr Ausmaß vorhersehen können. Die Forstwissenschaftlerin Barbara Koch, Professorin für Fernerkundung und Landschafts- informationssysteme der Universität Freiburg, und die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ihrer Forschungsgruppe wollen das Auftreten derarti- ger Gefahren verhindern oder verringern: Sie entwickeln in dem Projekt MulDiScan, das am Leistungszentrum Nachhaltigkeit der Albert- Ludwigs-Universität und der fünf Freiburger Fraunhofer-Institute angesiedelt ist, technische Werkzeuge zur Erfassung von Umweltdaten, um Georisiken wie eine Überschwemmung besser einschätzen oder geeignete Maßnahmen ergrei- fen zu können, um ihnen entgegenzuwirken. „Der Begriff ‚Georisiken‘ umfasst alle Gefahren, die weder von Menschen verursacht noch durch biologische Prozesse ausgelöst werden“, erläu- tert Koch. Auch Erdrutsche, Lawinen und Vul- kanausbrüche fallen in diese Kategorie. „Wir arbeiten unter anderem zusammen mit dem
uni wissen 01 2017 25 Blick einer unbemannten Flugplattform auf ein Waldgebiet: Freiburger Forschende entwickeln ein System, das Daten zu Merkmalen wie Baumstruktur und Fotosyntheseaktivität gewinnt. Fotos: Andreas Fritz Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtech- nik an Sensorsystemen auf unbemannten Flug- plattformen, die Umweltinformationen aufnehmen können.“ Im Speziellen geht es also um die Fern- erkundung: „Fernerkundung ist ein Verfahren, mit dem wir Informationen über etwas beschaf- fen, ohne mit dem Untersuchungsgegenstand in Berührung zu kommen.“ Kleine Insekten, große Gefahr Die Mitarbeiter der Professur erfassen und analysieren neben Georisiken auch Biorisiken, die beispielsweise entstehen, wenn Schädlinge Bäume befallen. Mit ihrer Arbeit wollen Koch und ihr Team solche biotischen Schäden, die Lebe- wesen hervorrufen, frühzeitig erfassen. So wol- len sie verhindern, dass sich Schädlinge und Erkrankungen im Wald weiter ausbreiten, und somit die negativen Auswirkungen auf die Um- welt begrenzen. „Holz ist eine erneuerbare Res- source, deshalb ist die Bewirtschaftung unserer Wälder auch wichtig für die Nachhaltigkeit. Holz als Teil des Ökosystemkreislaufs zerfällt und wird zersetzt und bildet damit auch wieder die Grundlage für das Wachstum neuer Pflanzen.“ Die unbemannte Flugplattform überfliegt in kurzer Zeit ein großes Gelände und ist mit einem Sensor ausgestattet, der entweder vorhandenes Sonnenlicht nutzt oder selbst elektromagnetische Energie erzeugt. Forschende der Professur für Fernerkundung und Landschaftsinformationssysteme entwickeln gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik Sensorsysteme, die auf unbemannten Flugplattformen zum Einsatz kommen. Foto: Markus Quinten
26 bevor äußerliche Veränderungen sichtbar sind und die Käfer sich stark vermehrt haben sowie ausgeschwärmt sind, nachweisen könnten, wel- che Bäume befallen sind“, sagt Koch. „Daher ar- beiten wir an Verfahren, die einen Befall in einem sehr frühen Stadium erkennen lassen.“ Dann müssten weniger Bäume gefällt werden, und der wirtschaftliche Schaden wäre geringer. Pflanzenstress erkennen Die unbemannten Flugplattformen mit den in dem Projekt entwickelten Sensorsystemen über- fliegen in kurzer Zeit ein großes Gelände. Wenn eine Pflanze gestresst ist, ändert sich die so genannte Chlorophyllabsorption ihrer Blätter, und sie reﬂ ektiert mehr Strahlung in bestimmten Wellenlängenbereichen, was darauf hindeutet, dass ihre Fotosyntheseaktivität reduziert ist. Über diese vermittle sich der Gesundheitszu- stand von Pﬂ anzen als Erstes, so Koch. „Mit Sensoren messen wir die abgestrahlte Licht- energie, die im direkten Zusammenhang mit der Fotosyntheseaktivität und damit mit der Vitalität der Pﬂ anze steht.“ Alles könne man aber nicht von oben sehen. „Über die Fotosyntheseaktivität können wir feststellen, ob ein Baum unter Stress steht, was unter anderem daran liegen kann, dass er vom Borkenkäfer befallen ist.“ Ob wirk- lich dieser Schädling die Ursache für den Stress ist oder ob es einen anderen Grund gibt, muss ein Mensch vor Ort bestimmen. Je nach Baumart ist die Wahrscheinlichkeit allerdings hoch, dass es sich um den Borkenkäfer handelt – zwei der in Deutschland häufig vorkommenden Borken- käferarten befallen zum Beispiel gerne die Fichte. „Unsere Sensoren sollen Hinweise auf kritische Bereiche geben, die dann gezielt überprüft wer- den können. So muss ein Waldbesitzer nicht das gesamte Stück Land kontrollieren und kann schnel- ler Maßnahmen ergreifen, die nötig sind, um die Ausbreitung auf andere Bäume zu verhindern.“ Borkenkäfer stellen eine große Gefahr für Bäume dar. Die Spuren des Schädlings sind nach einem längeren Befall deutlich sichtbar. Foto: Friedberg/Fotolia t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Bestimmte Insekten stellen eine große Gefahr für viele Bäume dar. Zu ihnen gehört der Borken- käfer, der sich im Frühjahr und Sommer vermehrt. Es können sich mehrere Generationen entwickeln, die bei warmen Temperaturen und Trockenheit ausschwärmen und weitere Bäume in der Umge- bung befallen. So verbreitet sich der Borkenkäfer bei für ihn guten Bedingungen schnell auf einer großen Fläche. „Eine besondere Gefahr besteht für Wirtschaftswälder, die an einen Nationalpark angrenzen“, erläutert Koch. Innerhalb der Schutz- gebiete darf sich der Borkenkäfer ungehindert vermehren und verbreiten, da der Mensch nicht in die Natur eingreift. „Daher gibt es um die Parks herum einen Randstreifen, in dem der Borkenkäfer intensiv beobachtet wird.“ Dies soll verhindern, dass der Schädling auf Wirtschafts- wälder überspringt. „Hier unterstützen Verfahren der Fernerkundung das Monitoring am Boden.“ „Mit Sensoren messen wir die abgestrahlte Lichtenergie“ Die Spuren des Borkenkäferbefalls sind nach einer gewissen Zeit in der Baumkrone sichtbar. Die Nadeln verändern sich: Sie vergilben und werden fahl. Zu diesem Zeitpunkt ist der Baum schon lange eine Brutstätte des Schädlings. Ist ein Holzgewächs vom Borkenkäfer befallen, muss die Waldbesitzerin oder der Waldbesitzer ihn und umstehende Bäume fällen. Nur so lässt sich verhindern, dass sich der Schädling ungehemmt ausbreitet. „Es wäre vorteilhafter, wenn wir schon Bei den Sensoren gibt es passive und aktive Systeme: Passive nutzen das bereits vorhandene Sonnenlicht, während aktive selbst elektroma- gnetische Energie erzeugen, in Richtung Erdober- fläche senden und die reflektierte Strahlung messen. „Eine Schwierigkeit ist, dass die Sensoren klein und leicht genug sein müssen, damit sie auf unbemannte Flugplattformen gesetzt werden können.“ Hier kommt das Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik ins Spiel, das die Sensorsysteme entwickelt und verbessert. Das
uni wissen 01 2017 27 Team um Koch liefert beispielsweise Informatio- nen zu den relevanten Wellenlängen, testet die Sensorsysteme und verarbeitet die Daten aus den Untersuchungen. Schwer geschädigte Bäu- me, die deutliche Blattveränderungen zeigen, und mittelgeschädigte Bäume, bei denen es ebenfalls sichtbare Veränderungen gibt, werden von flugzeuggetragenen Systemen bereits gut erkannt. „Unser Ziel ist es, dass wir die verrin- gerte Fotosyntheseaktivität erfassen können, bevor sichtbare Merkmale auftreten.“ Biologische Vielfalt fördern Die Mitarbeiter der Professur für Fernerkun- dung und Landschaftsinformationssysteme arbei- ten zudem an Methoden, die es ermöglichen, mit unbemannten Flugplattformen die Strukturviel- falt im Wald zu erfassen. Die Strukturvielfalt steht in engem Zusammenhang mit der Biodiversität. So haben große, alte Bäume beispielsweise häu- fig eine ausgeprägte Krone mit vielen Ästen und Kleinstrukturen, in denen Insekten und Vögel eine Nische finden. „Daher wirken sich solche Merkmale positiv auf die Biodiversität aus.“ Sind derartige Strukturen identifiziert, lassen sich Maßnahmen ergreifen, um sie zu erhalten oder sogar zu fördern. Darüber hinaus lasse sich die Technologie auf zahlreiche andere Anwendungs- bereiche übertragen, unterstreicht Koch. Zukünf- tig könnten die Forschenden sie beispielsweise auch nutzen, um Felsspalten zu analysieren und dadurch Gefährdungen durch Felsabbrüche zu erfassen oder um Bauwerke wie Brücken auf Risse zu untersuchen. www.leistungszentrum-nachhaltigkeit.de/ pilotprojekte/muldiscan Prof. Dr. Barbara Koch ist seit 1994 Professorin für Fernerkundung und Land- schaftsinformationssysteme an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg. Sie hat von 1977 bis 1982 an der Ludwig-Maximilians- Universität in München Forstwissenschaft studiert. 1982 bis 1994 war sie dort wissenschaftliche Mitarbei- terin, 1988 wurde sie pro- moviert. Koch verbrachte zudem einen Forschungs- aufenthalt am Jet Propulsion Laboratory in Kalifornien/ USA. 2005 gründete sie das Steinbeis-Forschungszen- trum „FeLis“, das wissen- schaftliche Erkenntnisse ihres Fachs der Wirtschaft und Betriebsforschung zu- gänglich macht. Ihre For- schungsschwerpunkte sind Fernerkundung, Geomatik und räumliche Modellierung. Foto: Thomas Kunz Schaden aus der Luft erkennen: Das Sensorsystem identifiziert zum Beispiel die Bäume, die von Käfern befallen sind. Waldbesitzer können diese Bäume schnell fällen und so die umstehenden schützen. Foto: Teja Kattenborn Zum Weiterlesen Maack, J. / Lingenfelder, M. / Weinacker, H. et al. (2016): Modelling the standing timber volume of Baden-Württemberg – a large-scale approach using a fusion of Landsat, airborne LiDAR and Na- tional Forest Inventory data. In: International Journal of Applied Earth Observation and Geoinfor- mation 49, S. 107–116. Fassnacht, F. / Latifi, H. / Ghosh, A. et al. (2014): Assessing the potential of hyperspectral imagery to map bark beetle induced tree mortality. In: Remote Sensing of Environment 140, S. 533–548. Dees, M. / Straub, C. / Koch, B. (2012): Can biodiversity study benefi t from information on the vertical structure of forests? Utility of LiDAR remote sensing. In: CURRENT Science 102/8, S. 1181–1187.
Wälder nutzen und schützen Beispiele aus Deutschland und Brasilien zeigen den Einfluss der Holzwirtschaft auf die Biodiversität von Sarah Schwarzkopf 28 t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Besonderer Lebensraum: Baumhöhlen sind ein wichtiges Habitat für viele Waldarten. Bäume mit diesen Strukturen sind in intensiv bewirtschafteten Wäldern jedoch selten. Fotos: Jürgen Bauhus
uni wissen 01 2017 29 inventur. Diese erhebt Daten an etwa 60.000 Orten in Deutschland, zum Beispiel zu den Arten und Maßen der einzelnen Bäume und zur Menge des Totholzes. Wie sich die Biodiversität in den Wäldern verändert, war daraus bisher aber nicht direkt ableitbar. Deshalb errechnete Bauhus’ Doktorand Felix Storch aus den einzelnen Mess- werten einen Index, der die Strukturvielfalt der „Wälder sind die letzten natürlichen terrestrischen Ökosysteme“ Wälder abbildet – und damit deren Habitatange- bot: je höher der Index, desto vielfältiger die Waldstruktur. Mit wiederholten Inventuren kann man jetzt verfolgen, wie sich diese Vielfalt im Laufe der Zeit verändert. Anhand des Holzvolumens der seit der jüngsten Inventur gefällten Bäume und der Veränderung des Strukturindexes ermittelte Storch, welchen Einfluss die Nutzungsintensität auf die struktu- relle Vielfalt des Waldes hatte. Seine Ergebnisse zeigen, dass das Habitatangebot bei einer gerin- gen Holzentnahme zunächst ansteigt und erst bei intensiverer Nutzung abnimmt. Es gibt also Mit dem wachsenden Interesse an Bioökono- mie steigt auch die Nachfrage nach Holz. Denn Holz kann als nachwachsende Ressource langfristig einen Teil der fossilen Rohstoffe im Wirtschaftskreislauf ersetzen. Doch eine zunehmen- de Nutzung der Wälder gefährdet deren Biodiver- sität. Artenreiche Wälder leisten dem Menschen wichtige Dienste und sind häufi g widerstandsfähi- ger gegenüber Störungen von außen – sie halten zum Beispiel dem Klimawandel besser stand. Ökosysteme mit einer großen biologischen Vielfalt erfüllen ihre Funktionen zudem effektiver. So sorgt eine größere Zahl an Tierarten dafür, dass mehr Schädlinge vernichtet werden, und Wälder mit hoher Diversität speichern mehr Kohlenstoff und leisten so einen großen Beitrag zum Klimaschutz. „Wälder sind die letzten natürlichen terrestrischen Ökosysteme. Sie beherbergen im Vergleich zu landwirtschaftlichen Systemen viel mehr Biodiver- sität. Wir haben eine hohe Verantwortung, ihre Arten und Prozesse zu schützen“, sagt der Forstwissen- schaftler Jürgen Bauhus, Professor für Waldbau an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Res- sourcen der Universität Freiburg. Index für Strukturvielfalt Bauhus erforscht, wie gemischte Wälder zum Erhalt der Waldfunktionen beitragen und welche Einﬂ üsse die Forstwirtschaft auf die Waldstruktur hat. Ihn interessiert, wie intensiv man Wälder nutzen kann, ohne ihre biologische Vielfalt sub- stanziell zu beeinträchtigen. Da es aufwendig ist, Biodiversität direkt zu messen – zum Beispiel in einem Waldstück Hunderte von Pilz- und Käfer- arten zu ermitteln –, legt Bauhus den Fokus auf die strukturelle Diversität des Waldes. Von ihr hängt eine seiner wichtigsten Funktionen ab, nämlich, Habitat bereitzustellen – also vielen Tier- und Pflanzenarten einen Lebensraum zu bieten. Eine besonders große Fülle an Struktur- merkmalen findet man in gemischten Wäldern mit Bäumen unterschiedlichen Alters. Die Bäu- me sind dort nicht alle gleich, sondern variieren von sehr großen bis zu ganz kleinen. Totholz be- herbergt viele Arten. Auch die unterschiedliche Höhe der Baumkronen erweitert die strukturelle Vielfalt. Bauhus verwendet die Waldstruktur da- her als Indikator für die Biodiversität des Waldes. Wie intensiv man Wälder nutzen kann, ohne dass ihre biologische Vielfalt leidet, untersucht Wertvolles Ökosystem: Artenreiche Bestände wie dieser naturnahe seine Arbeitsgruppe unter anderem auf Basis und strukturreiche Buchen-Tannen-Mischwald im Schwarzwald der alle zehn Jahre stattfindenden Bundeswald- leisten dem Menschen wichtige Dienste. Artenreiche Bestände wie dieser naturnahe und strukturreiche Buchen-Tannen-Mischwald im Schwarzwald leisten dem Menschen wichtige Dienste.
30 t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Die natürliche Verjüngung von Buchenwäldern erfolgt durch eine ausgedehnte, einzelstammweise Nutzung der Altbäume. Durch den Erhalt von Habitatbäumen – Bäumen, die Lebensraum für andere Lebewesen bieten – und Totholz wird die strukturelle Vielfalt erhöht. Fotos: Jürgen Bauhus Plenterwälder stellen eine traditionsreiche Form der Waldbewirtschaftung dar. Indem einzelne Bäume gefällt werden, entsteht ein permanenter Hochwald, der stark genutzt wird und zugleich vielfältige Baumarten beherbergt. einen Schwellenwert, ab dem die Holzernte die Strukturvielfalt negativ beeinﬂ usst. Begrenzt man die Waldnutzung auf diesen Wert, kann man den Wald in Hinblick auf die Biodiversität nachhaltig bewirtschaften. „Daraus können wir erstmals folgern, welche Nutzungsintensität wahrscheinlich eine positive oder zumindest keine negative Auswir- kung auf die Biodiversität hat“, berichtet Storch. Die Relevanz eines solchen Schwellenwerts zeigt Bauhus‘ Arbeitsgruppe in zwei Studien – eine davon in den Wäldern Baden-Württembergs, eine im brasilianischen Regenwald. „Diese langjährige Untersuchung im tropischen Regenwald ist auf der Welt fast einzigartig“ Deutschland ist eines der waldreichsten Länder der Europäischen Union. In Baden-Württemberg hat ein durchschnittlicher Wald ein Holzvolumen von fast 380 Kubikmeter pro Hektar – ein Rekord- stand. Mithilfe der Inventurdaten dieses Bundes- lands zeigen Bauhus und Storch, dass sich je nach Waldtyp die Schwellenwerte zum Rückgang der Strukturvielfalt unterscheiden. So sollte man in Buchenwäldern gegenwärtig etwas weniger Holz nutzen, als in der gleichen Zeit wieder zu- wächst, in Fichtenwäldern dagegen könnte fast das Doppelte des Zuwachses genutzt werden. Die Schwellenwerte seien keine starren Richt- werte, so Bauhus, sondern ein Hinweis darauf, wo man die Nutzungsintensität reduzieren sollte oder anheben könnte: Während man aus Laub- wäldern tendenziell weniger Holz entnehmen sollte, kann man in Nadelwäldern den hohen Vorrat ab- bauen und sie dann zu robusteren Mischwäldern umbauen. Nachhaltigkeit im Regenwald Wie stark sich die Schwellenwerte für nach- haltige Nutzung regional unterscheiden können, zeigen Bauhus und seine Mitarbeiterin Dr. Angela de Avila am Beispiel Brasilien. Auf einem Hektar stehen dort 200 bis 300 Baumarten – in Deutsch- land sind es ein halbes Dutzend oder weniger. Viele der Baumarten in den Regenwäldern sind nicht nutzbar. Man fällt daher selektiv nur fünf bis zehn Bäume pro Hektar – der Rest bleibt stehen. Erst seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts versucht man, die Regenwälder nachhaltig zu nutzen. Jedoch fehlt es an Erfahrung im Hinblick auf die Frage, wie lange Regenwälder brauchen, um sich von den Eingriffen zu erholen, und in- wieweit das von der Stärke der Nutzung abhängt. De Avila und Bauhus analysierten einen Ver- such, der seit über 30 Jahren läuft – mit bereits acht Wiederholungsinventuren. „Diese langjähri- ge Untersuchung im tropischen Regenwald ist auf der Welt fast einzigartig. Man hat die Nut- zungsintensität bewusst deutlich gesteigert, um zu überprüfen, wie sich der Wald im Laufe der Zeit erholt“, erläutert de Avila. Sie ermittelte für die brasilianischen Wälder einen Schwellenwert: Bei einer selektiven Holzernte kann man dort etwa 20 Prozent des Holzvorrats nutzen. Entnimmt man mehr, erholen sich die Zusammensetzung der Baumarten und der Kohlenstoffvorrat der Wälder innerhalb der nächsten 30 Jahre nicht. Das gilt auch für die wirtschaftlich interessanten Bäume:
uni wissen 01 2017 uni wissen 01 2017 31 Ein nachwachsender Baum der Art „Manilkara hubery“ im brasilianischen Amazonasgebiet – sie zählt zu den wirtschaftlich nutzbaren Arten im Regenwald und wird wegen ihrer hohen Holzdichte und Zersetzungsresistenz geschätzt. Sie wachsen nur nach, wenn man die Intensität der Nutzung begrenzt – ansonsten vermehren sich vor allem die nicht verwendbaren Baumarten. Mittlerweile liegt die rechtlich erlaubte Nutzungs- intensität in Brasilien unterhalb des ermittelten Schwellenwerts. „Wenn man dort dem Gesetz folgt, ist nach unseren Analysen eine nachhaltige Nut- zung dieser Wälder möglich“, folgert Bauhus. Debatte zur Bioökonomie In Deutschland richten sich die Vorgaben zur Waldnutzung bisher nach dem Zustand, dem Holzzuwachs und den gewünschten Funktionen des Walds. „Man entnimmt langfristig nicht mehr als das, was ohnehin wieder nachwächst“, erklärt Bauhus. In den zurückliegenden Jahrzehnten sei es sogar deutlich weniger gewesen. Ob das so bleibt, wird kontrovers diskutiert, denn Initiativen zur Bioökonomie wollen die Wälder zukünftig intensiver nutzen. Die Forschung von Bauhus und seiner Arbeitsgruppe leistet zu dieser Debatte einen wichtigen Beitrag. „Wir können anhand des Strukturindexes zeigen, in welchen Wäldern welche Nutzungsniveaus möglich sind, ohne die Biodiversität auf großer Fläche zu beeinträchti- gen“, fasst er zusammen. Ist es nicht möglich, unter dem Schwellenwert zu bleiben, muss man die höhere Nutzung kompensieren: Der Erhalt von Habitatbäumen und die Anreicherung von Totholz schaffen einen vielfältigen Lebensraum und können so die Artenvielfalt auf andere Weise bewahren. www.waldbau.uni-freiburg.de Prof. Dr. Jürgen Bauhus hat Forstwissenschaften an den Universitäten Frei- burg, Wien/Österreich und Göttingen studiert. In Göttingen wurde er 1994 über den Nährstoffkreis- lauf in Buchenwäldern promoviert. Anschließend forschte und lehrte er in Montreal/Kanada und in Canberra/Australien. 2003 wurde Bauhus an die Uni- versität Freiburg berufen. Dort leitet er seitdem die Professur für Waldbau, die der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen zugeordnet ist. Seine For- schung beschäftigt sich mit dem Zusammenspiel zwi- schen Struktur und Funktion von Waldökosystemen sowie deren waldbaulicher Steuerung. Fotos: Jürgen Gocke Dr. Angela de Avila hat 2008 ihr Diplom in Forstingenieurswesen an der Universität Santa Maria/Brasilien gemacht. Anschließend spezialisierte sie sich dort auf den Be- reich Umweltbildung und erwarb 2010 einen Master- abschluss im Fach Forst- wissenschaft. Nach zwei Jahren Lehre an der Uni- versity of West Santa Cata- rina in Xanxerê/Brasilien arbeitet sie seit 2012 an der Professur für Waldbau der Universität Freiburg. Im Januar 2017 wurde sie promoviert. Das Thema ihrer Dissertation ist, wie sich der tropische Regenwald innerhalb von 30 Jahren nach einer Holzentnahme regeneriert. Felix Storch hat 2009 sein Diplom in Forstwissenschaft an der Universität Freiburg ge- macht. Im Anschluss war er drei Jahre für die Forst- liche Versuchs- und For- schungsanstalt Baden- Württemberg tätig. Dort beschäftigte er sich mit der Datenerhebung für die Bundeswaldinventur und mit deren Auswertung. Seit 2014 promoviert er an der Professur für Waldbau der Universität Freiburg. Das Thema seiner Arbeit ist, wie sich die Nutzungs- intensität der Wälder in Baden-Württemberg auf deren Biodiversität auswirkt. Zum Weiterlesen De Avila, A. L. / Schwartz, G. / Ruschel, A. R. et al. (2017): Recruitment, growth and recovery of merchantable growing stock over 30 years fol- lowing logging and thinning in a tropical rainforest. In: Forest Ecology and Management 385, S. 225–234. Kahl, T. / Bauhus, J. (2014): An index of forest management intensity based on assessment of harvested tree volume, tree species composi- tion and dead wood origin. In: Nature Conservation 7, S. 15–27. doi: 10.3897/natureconservation.7.7281 McElhinny, C. / Gibbons, P. / Brack, C. et al. (2005): Forest and woodland stand structural complexity: its definition and measurement. In: Forest Ecology and Management 218, S. 1–24.
Angeknipst Das Projekt SusLight arbeitet an besseren LEDs und widmet sich damit nachhaltiger Beleuchtung von Alexander Ochs 32 32 t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S Die Region um Atlanta/USA, aus dem Weltall betrachtet: Etwa ein Fünftel der weltweit erzeugten elektrischen Energie wird für Beleuchtung eingesetzt, Tendenz steigend. Entsprechend hoch ist der Bedarf an nachhaltigen Leuchtmitteln. Quelle: NASA Image and Video Library
uni wissen 01 2017 33 N achts strahlen Großstädte wie New York/USA, Moskau/Russland und Tokio/Japan mit dem Mond um die Wette. Das zeigen Satellitenaufnahmen der US-Raumfahrtbehörde NASA. Während einige Teile der Erde nachts fast vollständig im Dunkeln liegen, scheinen die dicht besiedelten in gleißendes Licht getaucht. Etwa ein Fünftel der weltweit er- zeugten elektrischen Energie wird für Beleuchtung eingesetzt, Tendenz steigend. Dementsprechend hoch ist der Bedarf an nachhaltigen Leuchtmitteln. Dazu gehören vor allem Licht emittierende Dioden, kurz LEDs. Sie besser und effizienter zu machen hat sich ein fächerübergreifendes Pilot- projekt des Leistungszentrums Nachhaltigkeit auf die Fahnen geschrieben. Die universitäre technische Seite des Projekts mit dem Titel „Sus- Light – Sustainable LED Lighting“ (Nachhaltige LED-Beleuchtung), angesiedelt im Forschungs- schwerpunkt Energiesysteme, verantwortet Prof. Dr. Yiannos Manoli, Inhaber der Fritz-Hüttinger- Professur für Mikroelektronik am Institut für Mikro- systemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. „Wir wollen mikroelektronische Schaltungen einsetzen, um das Ganze noch effizienter zu machen“ Die Europäische Kommission hat im Jahr 2009 das Verbot der Glühbirne eingeleitet und damit neueren Technologien den Weg gebahnt. Doch die Energiesparlampe – Forscherinnen und Forscher sprechen von „Kompaktfluores- zenzlampe“ – gilt nicht als zufriedenstellender Ersatz. Sie ist in vielerlei Hinsicht beschränkt – beispielsweise wegen ihrer vergleichsweise kurzen Lebensdauer, der unnatürlichen Farbwiedergabe und der Einschaltverzögerung – und aufgrund ih- res Quecksilbergehalts obendrein giftig. Daher rückt die weiße LED, an deren Erfindung 1995 das Fraunhofer-Institut für Angewandte Fest- körperphysik (IAF) in Freiburg beteiligt war, nun in den Mittelpunkt des Interesses. Bei weißen LEDs handelt es sich um opto- elektronische Halbleiterbauelemente, die elektri- sche Energie direkt in Licht umwandeln können. Doch damit man sie in herkömmlichen Lampen- fassungen verwenden kann – Fachleute spre- chen von „Retrofit“ –, benötigen die LEDs eine Treiberschaltung, die den Wechselstrom aus der 230-Volt-Steckdose in Gleichstrom umwandelt.
t i e k g i t l a h h c a N : a m e h t t k n u p r e w h c S 34 uni wissen 01 2017 Derzeit setzt man auf die Silizium-MOSFET- Technologie; MOSFET oder IGFET steht für Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Im SusLight-Projekt forschen Prof. Dr. Joachim „Kaltweißes Licht hält uns mittags wach, warmweißes Licht lässt uns abends besser einschlafen“ Wagner sowie Dr. Michael Kunzer und sein Team am Fraunhofer-IAF an Galliumnitrid-Bauelementen für die Treiberelektronik sowie an der Aufbau- und Verbindungstechnik der gesamten LED- Leuchte. Das Zwischenfazit: „Im Vergleich zu den kommerziellen Modellen gleicher Größe er- zielt unsere LED-Leuchte eine doppelt so hohe Ausbeute an Licht“, sagt Manoli. dafür sorgen, dass die Lampe nur dann angeht, wenn tatsächlich jemand in der Nähe ist. Manoli spricht von effizienten Architekturen, an deren Entwicklung er und sein Team arbeiten. Dafür werden Schaltungszusammenstellungen am Rechner simuliert, die einerseits mit weniger Strom, aber andererseits auch mit weniger Bau- elementen auskommen. Die vielversprechendsten Modelle werden dann im Labor aufgebaut, ver- messen und evaluiert. Zugleich geht es darum, Bauteile zu ersetzen. Stichwort: Materialsubstitution. Schwachstellen in heutigen LED-Leuchten oder -Retrofits sind die verbauten Elektrolytkondensatoren, die als kleine Zwischenspeicher für Energie dienen. Sie sind kostengünstiger und können bei gleichem Volumen mehr Energie speichern als andere Kondensatorarten, sind allerdings im Vergleich zu den LEDs sehr kurzlebig und begrenzen da- mit deren Lebensdauer. „Wir haben ein Konzept ohne Elektrolytkondensatoren entwickelt und zum Patent eingereicht. Und wir meinen, dass sich die Lebensdauer von LEDs damit drastisch verlängern lässt.“ Aber drastisch verlängern lässt.“ Aber damit nicht genug: „Wir wollen damit nicht genug: „Wir wollen mikroelektronische Schaltun- mikroelektronische Schaltun- gen einsetzen, um das gen einsetzen, um das Ganze noch effi zienter zu machen und vor allem machen und vor allem kleiner zu gestalten.“ kleiner zu gestalten.“ Auch wenn die LED der Glühlampe LED der Glühlampe in puncto Effizienz in puncto Effizienz um Längen voraus um Längen voraus ist – die am Sus- ist – die am Sus- Light-Projekt Be- Light-Projekt Be- teiligten forschen teiligten forschen daran, die Leis- daran, die Leis- tungsverluste in tungsverluste in der Treiberelek- der Treiberelek- tronik und in den tronik und in den LEDs weiter zu reduzieren. Ziel ist, reduzieren. Ziel ist, dass möglichst dass möglichst wenig Energie als wenig Energie als Wärme „verpufft“ und Wärme „verpufft“ und die Betriebstemperatur die Betriebstemperatur von derzeit rund 80 Grad Celsius gesenkt wird, damit sich die Le- bensdauer der Einzel- teile erhöht. Grund genug, Zudem sollen die LEDs funktionell verbessert werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler wollen die Leuchten mit Senso- ren ausstatten, um sie steuerbar ren ausstatten, um sie steuerbar zu machen. So könnte die zu machen. So könnte die Farbtemperatur angepasst Farbtemperatur angepasst werden, sodass das weiße werden, sodass das weiße Licht beispielsweise eher Licht beispielsweise eher warmweiß wie das Licht warmweiß wie das Licht einer herkömmlichen einer herkömmlichen Glühbirne oder kalt- Glühbirne oder kalt- weiß wie Tageslicht weiß wie Tageslicht wirkt. Das ist wichtig, wirkt. Das ist wichtig, weil der Tagesrhyth- weil der Tagesrhyth- mus des Menschen, mus des Menschen, die „innere Uhr“, die „innere Uhr“, durch die Farb- durch die Farb- temperatur des temperatur des Umgebungslichts Umgebungslichts beeinflusst wird: beeinflusst wird: „Kaltweißes Licht „Kaltweißes Licht hält uns mittags hält uns mittags wach, warmweißes wach, warmweißes Licht lässt uns Licht lässt uns abends besser ein- abends besser ein- schlafen“, sagt Manoli. Die Licht- Manoli. Die Licht- menge und damit die menge und damit die Helligkeit soll durch Dim- men kontrolliert werden können. Zudem soll ein integrierter Bewegungs- melder beispielsweise Diese „Glühbirne“ basiert auf einem hochefﬁ zienten LED-Modul, das Forscher im SusLight-Projekt entwickelt haben. Sie hat eine Farbtemperatur im kaltweißen Bereich. Foto: Jürgen Gocke
35 Ziel des vom Land Baden-Württemberg geförderten Projekts ist es, Verbraucherinnen und Verbrau- cher zur Nutzung energieeffizienter und lang- lebiger Leuchtmittel und damit zu nachhaltigem Verhalten zu bewegen, ohne sie zu bevormunden. So untersucht ein Team aus den Wirtschafts- wissenschaften der Universität Freiburg die Markt- zugangshürden, mit denen die Hersteller von LED-Leuchten zu kämpfen haben. Die Wissen- schaftler erforschen, wie LED-Leuchtmittel wahr- genommen und akzeptiert werden, und befassen sich mit der Bereitschaft zu nachhaltigem Kon- sum auf der Verbraucherseite sowie mit der Frage, wie die Politik nachhaltige Konsum- und Produk- tionsverhältnisse fördern kann. Im Klartext: Die beste Hightechlampe bringt wenig, wenn der Verbraucher sie nicht kauft – und stattdessen Glühbirnen im Keller hortet. Denn auch wenn die Kosten sehr schnell fallen, sind LEDs bislang noch recht teuer in der Ferti- gung. Dabei arbeitet eine LED im Vergleich zur alten Glühlampe mit geradezu sensationeller Effi zienz: Während die Glühbirne einen Wirkungs- grad von mageren fünf Prozent aufweist, sind es bei den weißen LEDs heutzutage, je nach Farb- wiedergabequalität und Farbtemperatur, bis zu 65 Prozent. Daher sehen die Beteiligten in der weiteren Verbreitung von LEDs noch viel Poten- zial. Vor allem, wenn man bedenkt, dass etwa ein Fünftel der weltweit erzeugten elektrischen Energie für die Beleuchtung eingesetzt wird. Es könnte aus naheliegenden Gründen bald noch mehr werden, wie Manoli aufzeigt: „Die Bevölke- rung wächst, es gibt mehr Singlehaushalte, die Wohnfläche pro Kopf nimmt zu, und das Thema Sicherheit auf öffentlichen Plätzen verlangt auch nach mehr Beleuchtung.“ www.leistungszentrum-nachhaltigkeit.de/ pilotprojekte/suslight Prof. Dr. Yiannos Manoli hat als Fulbright-Stipendiat in den USA studiert und mit einem Bachelor in Physik und Mathematik sowie einem Master in Electrical Engineering and Computer Science abgeschlossen. 1987 wurde er an der Uni- versität Duisburg promoviert. Schwerpunkt seiner For- schung in den 1980er und 1990er Jahren war der Entwurf analog-digitaler MOS- beziehungsweise CMOS-Schaltungen. Zahl- reiche Patente, wissenschaft- liche Veröffentlichungen und Auszeichnungen für seine Forschung und Lehre waren die Folge. Seit 2001 hat Manoli die Fritz-Hüttinger- Professur für Mikroelektronik am Institut für Mikrosystem- technik (IMTEK) der Univer- sität Freiburg inne. Er forscht auf dem Gebiet gemischt analog-digitaler, integrierter Schaltungen und entwirft Schaltungskonzepte und Sys- temlösungen mit besonders geringem Stromverbrauch. Foto: Klaus Polkowski Zum Weiterlesen Reiner, R. / Weiß, B. / Zibold, A. et al. (2016): High voltage GaN-based Schottky diodes in non-isolated LED buck converters. In: Power Electronics and Applications (EPE’16 ECCE Europe). https://doi.org/10.1109/EPE.2016.7695316 Manoli, Y. / Schilliner, D. / Hu,Y. et al. (2016): A 96.7% effi cient boost converter with a stand-by current of 420 nA for energy harvesting applications. In: Circuits and Systems (ISCAS), 2016 IEEE, S.654–657. http://dx.doi.org/10.1109/ISCAS.2016.7527325 Das Team im SusLight-Projekt forscht daran, die Leistungsverluste in der Treiberelektronik und in den LEDs weiter zu reduzieren. Ziel ist, dass möglichst wenig Energie als Wärme „verpufft“ und die Betriebstemperatur von derzeit rund 80 Grad Celsius gesenkt wird, damit sich die Lebens- dauer der Einzelteile erhöht. Foto: 3dmavr/Fotolia nach Mitteln und Wegen zu suchen, die Wärme abzuführen, „eine Entwärmung der Leuchte“, wie es Manoli nennt: „Wir haben die Verluste in der Treiberelektronik schon auf unter zehn Prozent gedrückt.“ Wenn alles nach Plan läuft, soll 2018 ein Proto- typ entstehen. Denn das übergeordnete Projekt- ziel von SusLight ist es, der LED-Beleuchtung zu weiterer Verbreitung zu verhelfen und das Energie- sparpotenzial, das hier schlummert, stärker auszuschöpfen. Je länger die Lebensdauer der neuen Leuchten, umso geringere Mengen an Leuchtmitteln, die darüber hinaus weniger Schadstoffe aufweisen, müssen entsorgt werden. Auch das ist einer von vielen Nachhaltigkeitsge- danken in dem Projekt. für angewandte Forschung Das Besondere ist zudem: Die unter anderem in Villingen-Schwenningen vertretene Hahn-Schickard- Gesellschaft ist ebenso im Boot wie eine ganze Reihe von Partnerinnen und Partnern aus verschiedenen Institutionen und unterschiedlichen Disziplinen. Neben den technologischen Herausforderungen werden auch wirtschafts- und verhaltenswissen- schaftliche Erkenntnisse zu LEDs untersucht.
36 36 uni wissen 01 2017 Autorität und demokratische Erziehung Die Bundesrepublik erlebte in den 1950er und 1960er Jahren einen dynamischen Erziehungswandel – anders als Frankreich von Thomas Goebel Die Schule sollte die Deutschen nach dem Zweiten Weltkrieg zu Demokraten erziehen und damit „autoritäre Traditionen“, die letztlich auch den Nationalsozialismus ermöglicht hätten, überwinden. Foto: ADDICTIVE STOCK/Fotolia
37 D ie Abiturrede der Frankfurter Schülerin Karin Storch sorgte 1967 bundesweit für Aufsehen. Der Titel lautete: „Erziehung zum Ungehorsam als Aufgabe einer demokratischen Schule“. Die Abiturientin kritisierte, dass in den deutschen Schulen zu oft ein obrigkeitsstaatliches Verhal- ten gelehrt und die Schüler zu Untertanen erzo- gen würden, obwohl doch Selbstständigkeit, kritisches Denken und Ungehorsam notwendige Tugenden seien, ohne die eine demokratische Gesellschaft nicht leben und bestehen könne. ritarismus von Frankreich unterschied – sondern durch die rasch wachsende Kritik daran. Die His- torikerin spricht von einem „ungewöhnlich aus- geprägten Unbehagen an Formen von Autorität, die auf Gehorsam und Unterordnung zielten“. Die Gegenüberstellung von Autorität und Demo- kratie finde sich im Frankreich der 1950er und 1960er Jahre kaum. Als Versuch, eine Erklärung für den Nationalsozialismus zu fi nden, habe diese Sicht in Deutschland aber eine starke Wirkung entfaltet, vor allem im Erziehungsbereich. Die Rede wurde zwar zum Teil als provokant empfunden, doch die Reaktionen von Öffentlich- keit und staatlichen Institutionen waren nicht nur negativ – im Gegenteil: So publizierte etwa die protestantisch-konservative Wochenzeitung „Christ und Welt“ den Text, und auch das Schulverwal- tungsamt der Stadt Köln, Referat für politische Bildung, druckte ihn nach, um ihn Schülerinnen und Schülern sowie Lehrerinnen und Lehrern zu- gänglich zu machen. 1968 erhielt Karin Storch die Theodor-Heuss-Medaille. „Die Rede klingt nach einer Rebellion gegen die Autoritäten“, sagt Dr. Sonja Levsen, Historikerin an der Universität Freiburg, „aber 1967 unterstützten diese bereits zum großen Teil selbst, was diese Rede fordert.“ Rasch wachsende Kritik Sonja Levsen hat in ihrer im September 2016 abgeschlossenen Habilitationsschrift das Ver- hältnis von Autorität und Demokratie in der Nachkriegszeit untersucht. Entstanden ist eine „Kulturgeschichte des Erziehungswandels in West- deutschland und Frankreich“, so der Untertitel. „Es fällt auf, dass der Begriff ‚autoritär‘ in zeitge- schichtlichen Darstellungen der 1950er und 1960er Jahre häufig auftaucht“, sagt Levsen. Ge- mäß dieser verbreiteten Sichtweise war die junge Bundesrepublik – anders als etwa Frankreich oder Großbritannien – in besonderem Maß geprägt von „autoritären Traditionen“, von hierarchischem Denken und preußischem Untertanentum, die letztlich auch den Nationalsozialismus ermög- licht hätten. Levsen kommt dagegen in ihrer Arbeit zu dem Ergebnis, dass sich die junge Bundesrepublik nicht durch einen besonders ausgeprägten Auto- „Die Amerikaner, aber auch die Briten haben sich nach Kriegsende gefragt, was bei den Deutschen nicht stimmt“ Dabei stamme diese Interpretation zunächst von den alliierten Besatzungsmächten: „Die Amerikaner, aber auch die Briten haben sich nach Kriegsende gefragt, was bei den Deut- schen nicht stimmt“, so Levsen. Im Versuch, eine Antwort zu finden, hätten sie auf das Bild zurück- gegriffen, das die Deutschen als gehorsame Un- tertanen zeigte. Im Zuge der so genannten Reeducation, durch die die Deutschen zu Demo- kratinnen und Demokraten erzogen werden soll- ten, widmeten sich die Amerikaner intensiv der Schulkultur: Sie förderten Diskussionen im Un- terricht, sorgten für die Einführung von Schüler- mitverwaltungen und unterstützten die Gründung kritischer Schülerzeitungen. „Dieses Bild wird von den Deutschen nach und nach selbst übernommen“, sagt Levsen. In der unmittelbaren Nachkriegszeit seien zwar auch noch Interpretationen verbreitet gewesen, die den Nationalsozialismus als Bruch mit traditio- nellen Autoritäten sahen, doch zunehmend habe sich das Deutungsmuster durchgesetzt, die Deutschen müssten sich von ihren autoritären Traditionen vor allem in der Erziehung lösen, um zu wirklichen Demokraten werden zu können. Diese Interpretation sei „zu einem Motor des Er- ziehungswandels“ geworden – weil sie vor dem
38 uni wissen 01 2017 Hintergrund des Nationalsozialismus besondere Überzeugungskraft entwickelt habe. „Zum Beispiel wurden kritische Schülerzeitungen schon ab der zweiten Hälfte der 1950er Jahre von vielen Kultusministern unterstützt – auch aus der CDU“, so Levsen. Aktive Schüler wurden eingeladen, es gab finanzielle Zuschüsse. Ab den 1960er Jahren verboten die Ministerien den Schuldirektoren immer öfter, die Zeitungen zu zensieren, „mit dem Argument: ‚Das hatten wir schon mal.‘“ Levsen schätzt, dass Mitte der 1960er Jahre in Deutschland fast 1.000 Schüler- zeitungen existierten – in Frankreich vielleicht 20 oder 30, die zudem im „Untergrund“, ohne Aner- kennung und Förderung, entstanden. Studierendenproteste in Freiburg: Die 1968er-Bewegung habe in Deutschland eher Entwicklungen verstärkt, die schon seit Mitte der 1950er Jahre erkennbar gewesen seien, sagt Sonja Levsen. In Frankreich dagegen habe die Revolte einen tatsächlichen Bruch dargestellt. Quelle: Universitätsarchiv Freiburg Ein ähnliches Bild zeichnet die Historikerin vom Umgang mit der politischen Bildung: Von der deutschen Regierung finanzierte Referentin- nen und Referenten kamen zu Vortrags- und Dis- kussionsabenden mit den „Führern“ – wie sie damals noch hießen – der Jugendverbände, und als 1959 die Kölner Synagoge mit Hakenkreuzen beschmiert wurde, ertönten sofort Rufe nach mehr politischer Information an den Schulen. Als es kurz darauf in Paris zu Nachahmertaten kam, war die Reaktion eine völlig andere. Levsen be- richtet von dem Brief eines Direktors, der jede politische Diskussion im Unterricht verbot: Das Thema dürfe nicht ins Schulleben eindringen und zu Unruhe und Spaltungen innerhalb der Schü- lerschaft führen. Levsen betont, dass sie in ihrem Buch „kein rosiges Bild malen und keine Schwarz-Weiß-Ge- schichte erzählen“ wollte. Natürlich habe es in der jungen Bundesrepublik viele Lehrer gegeben, die sich weigerten, über den Nationalsozialis- mus zu sprechen. Oder Direktoren, die Schüler- zeitungen wegen harmloser Artikel verboten. Ihr gehe es um generelle Deutungsmuster in den Debatten und deren konkrete Wirkmächtigkeit. Recherchiert hat sie unter anderem in Akten von Schulverwaltungen in Deutschland und Frank- reich, aber auch in Elternzeitschriften, Veröffent- lichungen von Lehrerverbänden, didaktischen Schriften, Informationen für Jugendleiter von Ju- gendverbänden und Schülerzeitungen. Radikalisierte Debatten Levsen hat sich den Umgang mit Autoritäts- verhältnissen auf vier ausgewählten Feldern an- geschaut: Neben der Schulkultur und der politischen Bildung sind das der Umgang mit kör- perlichen Züchtigungen und die Sexualerzie- hung. Die Ergebnisse sind durchaus differenziert: „So war zum Beispiel das Durchprügeln in deut- schen Volksschulen tatsächlich viel verbreiteter als in französischen Schulen“, sagt sie. Kritik da- ran habe es zwar schon in den frühen 1950er Jahren gegeben, „aber auch hier gab es eine ganz andere Veränderungsdynamik, sobald das Argument der Vergangenheit ins Spiel kam und Psychologen in den 1960er Jahren argumentier- ten: Wenn wir die Kinder schlagen, werden sie zu neuen Eichmanns, also zu Nazis, die willig Befehle ausführen.“ Ähnliches fand Levsen auch in Debatten zur Sexualerziehung, die sich in den 1970er Jahren teilweise weiter radikalisierten: „Es gab die The- se, dass es nicht ausreicht, Kinder zu informie- ren, sondern dass auch ihre Lust erweckt werden müsse, weil sie nur dann wirklich befrei- te Charaktere seien, die keine Faschistinnen und Faschisten werden.“ In einem Folgeprojekt will
Levsen untersuchen, wie diese sehr deutsche Argumentation auf die – auch international ge- führten – Pädophiliedebatten dieser Zeit einwirkte. Der unterschiedliche Umgang mit autoritären Strukturen habe auch dazu geführt, dass die 1968er-Bewegung in Deutschland von anderer Bedeutung gewesen sei als in Frankreich: „Die Schulen waren damals in Deutschland schon we- sentlich offener.“ Während die Revolte in Frank- reich deshalb einen tatsächlichen Bruch darstellte, habe die 1968er-Bewegung in Deutschland eher Entwicklungen verstärkt, die schon seit Mitte der 1950er Jahre erkennbar gewesen seien. „Ich habe mich natürlich auch gefragt, warum die Diskussion über Autorität in Deutschland so wirksam zu einem Erziehungswandel geführt hat“, sagt Levsen. Bezugspunkt sei das Kollektiv gewesen, die Gesellschaft, weniger das Indivi- duum: „Schülerzeitungen wurden nicht mit dem Argument gefördert, dass die Schüler ihre Per- sönlichkeit entwickeln oder ihre Interessen zum Ausdruck bringen können – sondern damit sie zu guten Demokraten werden.“ Somit sei die Debat- te primär als eine Form der Distanzierung von der nationalsozialistischen Vergangenheit zu verstehen, allerdings als eine recht bequeme, „denn sie impliziert ja das Bild der Deutschen, die aufgrund ihrer Erziehung zu Untertanen gar nicht anders konnten, als zu gehorchen“. www.pr.uni-freiburg.de/go/levsen 39 Dr. Sonja Levsen ist Vertreterin der Professur für Neuere und Neueste Geschichte Westeuropas an der Universität Freiburg. Sie hat in Tübingen, Cambridge/ England und München Geschichte, Politikwissen- schaft und Germanistik studiert und über „Elite, Männlichkeit und Krieg – Tübinger und Cambridger Studenten 1900–1929“ promoviert. Levsen hat für ihre Dissertation den Dr.-Leopold-Lucas-Nach- wuchswissenschaftler-Preis erhalten, sie war wissen- schaftliche Mitarbeiterin an der Universität Freiburg und Junior Fellow am Frei- burg Institute for Advanced Studies (FRIAS). Ihre 2016 abgeschlossene Habilita- tionsschrift wurde durch ein Dilthey-Fellowship der Volkswagenstiftung gefördert. Zu ihren Forschungsinteres- sen zählen die Geschichte Westeuropas im 19. und 20. Jahrhundert sowie kulturge- schichtliche Ansätze. Foto: privat Mitte der 1960er Jahre existierten in Deutschland fast 1.000 Schülerzeitungen wie der „Lahrer Schüler Digest“ (oben) oder „Der Spikker“ in Marburg – in Frankreich gab es zu dieser Zeit nur wenige. Quellen: Stadtarchiv Lahr, https://www.mls-ehemalige.de/der-spikker Zum Weiterlesen Levsen, S. / Torp, C. (Hrsg.) (2016): Wo liegt die Bundesrepublik? Vergleichende Perspektiven auf die westdeutsche Geschichte. Göttingen. Levsen, S. (2010): Jugend in der europäischen Zeitgeschichte. Nationale Historiographien und transnationale Perspektiven. In: Neue Politische Literatur 55/3, S. 421–446.
40 40 uni wissen 01 2017 uni wissen 01 2017 Startschuss: Das Gehirn gibt den Befehl, die Muskeln führen die Bewegung aus – doch wie dieser Prozess im Detail funktioniert, ist noch nicht bekannt. Foto: Valeriy Velikov/Fotolia Von der Idee zur Bewegung Mit einem speziellen Methodenmix lassen sich bislang unbekannte neuronale Mechanismen der motorischen Kontrolle enträtseln von Stephanie Heyl
41 A uf die Plätze, fertig, los! Zwischen dem Start- schuss und dem Loslaufen eines 100-Meter- Sprinters vergehen viele kostbare Millisekunden – Zeit, in der im Gehirn sehr viel passiert. Von der Idee bis zur Ausführung einer Bewegung müssen sich jede Menge Nervenzellen gut verständigen, damit die richtigen Muskeln im richtigen Moment angespannt werden. Das menschliche Gehirn ist plastisch, also veränderbar. Deshalb kann der Mensch ein Leben lang motorische Fertigkeiten erlernen. Bei Hür- denläufern oder Tänzern beispielsweise werden sämtliche Muskeln vom Zentralnervensystem, bestehend aus Gehirn und Rückenmark, schein- bar mühelos kontrolliert und koordiniert. Die Evolution hat zur Ausbildung immer komplexerer Hirnstrukturen geführt. Dabei wurden Steue- rungsprozesse mehr und mehr in die Großhirn- rinde, den Neokortex, verlagert. Gerade die Kontrolle der Finger und Hände sowie des Sprechorgans hat sich enorm verfeinert. Man spricht hierbei von der Übernahme des Kortex: Vieles, was einst autonom im Rückenmark unab- hängig von der Willenskraft ablief, wird nun von der Hirnrinde bewusst kontrolliert. Primaten und Menschen können dank dieser hoch entwickelten Struktur, die direkte Verbindungen zum Rücken- mark hat, willentlich und gezielt auf die Umwelt einwirken. Befehle weitergeben Wie eine Handlung im Gehirn genau kontrol- liert wird, ist noch nicht bekannt. Juniorprofessor Dr. Christian Leukel, Sportwissenschaftler und Human-Neurophysiologe am Institut für Sport und Sportwissenschaft der Universität Freiburg, möchte das herausfinden. „Man hat noch keine genaue Vorstellung, wo und wie der initiale Plan im Gehirn beginnt, eine Bewegung auszuführen“, sagt er. Für motorische Handlungen sind unter- schiedliche Areale zuständig. In den tiefen Schichten des primär-motorischen Kortex, einem Teil der Großhirnrinde, liegen die Pyramiden- zellen. Manche dieser Zellen ziehen mit ihren langen Fasern, den Axonen, bis ins Rückenmark und geben dort bei jeder Bewegung die Befehle weiter: an die spinalen Motoneurone – Nerven- zellen, die mit ihren Axonen wiederum die Skelettmuskeln aktivieren. Leukel hat einen speziellen Methodenmix zusammengestellt, mit dem er detaillierte Infor- mationen über die Aktivität der Pyramidenzellen erhält. So kann er bislang unbekannte neuronale Mechanismen der motorischen Kontrolle ent- rätseln. Er und sein Team setzen auf eine Kom- bination aus elektrophysiologischen Stimulations- und Erfassungstechniken. Durch die Stimulation der Zellen können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erfassen, wie Nervenzellen auf Reize reagieren, und so ihre Aktivität bestimmen. „Wir setzen auf Timing“ Bei einem Experiment sitzen junge, gesunde Freiwillige auf einem Messstuhl und müssen auf Tonsignale hin ihre Beinmuskulatur anspannen. Per Elektroenzephalografie (EEG) und Elektro- myografie (EMG) lässt sich die Zellaktivität in Gehirn und Muskel gleichzeitig ablesen. Die Stimulation der Nervenzellen im Gehirn erfolgt durch eine Spule aus Kupferdrähten, die genau über dem primär-motorischen Kortex auf den Kopf gelegt wird. Bei dieser transkraniellen Magnet- stimulation (TMS) entsteht durch den Stromfluss ein elektromagnetisches Feld unter der Schädel- decke, das Zellen im primär-motorischen Kortex erregt. „Wenn wir entsprechende Stellen im Gehirn stimulieren, erwischen wir alle möglichen Zellen auf einmal, auch die Pyramidenzellen, deren Akti- vität wir messen wollen“, sagt der Wissenschaftler. Direkte Verbindung zum Rückenmark Von allen Verbindungen zwischen dem Neo- kortex und den Skelettmuskeln hat der primär- motorische Kortex die meisten Pyramidenzellen, die nach unten ins Rückenmark ausstrahlen. „Die Information kann dort sehr schnell zum Rückenmark und zu den Muskeln transportiert werden“, so Leukel. Diese Verbindungen sind gerade beim Menschen stark ausgeprägt, und manche laufen direkt zum Rückenmark, ohne weitere Einflüsse aus anderen Nervenästen. „Die Information, die das Gehirn über diese Ver- bindungen schickt, kann bis zu den spinalen Motoneuronen nicht verändert werden und gilt
42 Für eine einfache Bewegung sind komplexe Strukturen Für eine einfache Bewegung sind komplexe Strukturen nötig: In einem Teil der Großhirnrinde (gelb markiert), nötig: In einem Teil der Großhirnrinde (gelb markiert), dem primär-motorischen Kortex (grün markiert), liegen dem primär-motorischen Kortex (grün markiert), liegen die so genannten Pyramidenzellen. Manche dieser die so genannten Pyramidenzellen. Manche dieser Zellen ziehen mit ihren langen Fasern, den Axonen, bis Zellen ziehen mit ihren langen Fasern, den Axonen, bis ins Rückenmark und geben dort bei jeder Bewegung ins Rückenmark und geben dort bei jeder Bewegung die Befehle an Nervenzellen weiter, die mit ihren die Befehle an Nervenzellen weiter, die mit ihren Axonen wiederum die Skelettmuskeln aktivieren. Axonen wiederum die Skelettmuskeln aktivieren. Grafik: Oliver Wrobel Grafik: Oliver Wrobel dementsprechend auch für die Aktivierung der Muskulatur.“ Leukels Team möchte genau die Zellen isoliert stimulieren, die ohne weitere Ein- flüsse die Motoneuronen anregen. Dabei greifen die Forscherinnen und Forscher zu einem raffi- nierten Trick: „Wir setzen auf Timing – das ist das Geheimnis, das uns mit unseren Methoden in einzigartiger Weise erlaubt, ganz präzise eine Subpopulation von Zellen im primär-motorischen Kortex zu erfassen.“ „Training bestimmter Bewegungsabläufe ist Reduktion von Variabilität“ Dazu nehmen die Forscher parallel zur trans- kraniellen Magnetstimulation am Kopf eine elek- trische Stimulation von Nervenfasern vor, die entlang des Beins verlaufen. Diese Nerven ziehen ebenfalls ins Rückenmark und aktivieren über einen Reflex die Motoneurone. Die beiden Stimulationen erreichen gleichzeitig das Rücken- mark, was sich wieder messen lässt. Das geht nur, weil die Wissenschaftler genau wissen, wie viel Zeit die vom primär-motorischen Kortex kommenden Informationen auf der schnellsten Pyramidenbahn benötigen. „Wir passen den Zeitpunkt ab, bei dem die beiden Reize auf Rückenmarkebene kollidieren. Die Kollision führt zu einer Veränderung unseres Messsignals, und somit können wir die Aktivität unserer Pyrami- denzellpopulation bestimmen. Das ist ein ziem- lich komplexes Unterfangen, aber nur so ist die isolierte und detailreiche Betrachtung von Nerven- zellaktivität im menschlichen Gehirn möglich“, fasst Leukel zusammen. Die zeitlich präzise Ab- stimmung der Stimulationen ist entscheidend. „Da unsere Stimulationsmethoden und Aufnah- megeräte deutlich schneller sind als das, was das Nervensystem selbst leisten kann, sind wir in der Lage, die zeitliche Auflösung abzubilden.“ Erregende und hemmende Kräfte Doch wie ist das Zusammenspiel organisiert, aus dem tatsächlich koordinierte Bewegung ent- steht? Beim Ansteuern der Pyramidenzellen im
uni wissen 01 2017 43 primär-motorischen Kortex sind kurz vor einer Bewegung grundsätzlich erregende und hem- mende Kräfte parallel aktiv. Dann heben sich nach Leukels Modell die Kräfte gegenseitig auf, und in der Zelle passiert nichts. Wenn plötzlich die hemmenden Kräfte wegfallen und die erre- genden Kräfte übrigbleiben, entsteht Bewegung. Die Zelle im primär-motorischen Kortex leitet dann Informationen weiter. Diesen Abfall der Hemmung haben die Sportwissenschaftler bereits nachgewiesen. Als Nächstes möchte Leukel wissen, wie die Hemmung kontrolliert wird, die auf die Pyramidenzellen wirkt. Er vermutet, dass diese Ansteuerung nicht nur vom primär-motorischen Kortex, sondern auch von anderen Strukturen des Großhirns mitbestimmt wird. Wie lernfähig sind Menschen bei der Aneig- nung motorischer Fähigkeiten, und wie lässt sich dies beeinflussen? Leukel hat Werkzeuge, mit denen er präzise Details über neuronale Mecha- nismen erhält und Einfluss auf die Aktivität von Nervenzellen nehmen kann. Man geht davon aus, dass zu Bewegungsbeginn der Anstieg der Zellaktivität in einer Person nicht immer gleich ist, sondern dass das Nervensystem grundsätz- lich eine Variationsbreite produziert. „In dem Moment, in dem ein präzises Timing der Bewe- gung gewünscht wird, ist diese Variation aber schlecht“, sagt Leukel. Wenn die Variation ver- ringert werden kann, wird das Timing besser. Das ist Lernen. „Training bestimmter Bewe- gungsabläufe ist Reduktion von Variabilität“, sagt der Sportwissenschaftler. „Indem wir die neuronalen Mechanismen kennen, können wir neurale Variabilität auch unter pathologischen Bedingungen besser abschätzen und sogar Plastizität fördern. Wenn etwa bei Patientinnen und Patienten mit Schlaganfall oder Parkinson eine Veränderung im Gleichgewicht von Erregung und Hemmung existiert, könnten wir mit unseren Stimulationsmethoden eventuell den Regelkreis so einstellen, dass eine verbesserte Bewegung möglich ist.“ www.sport.uni-freiburg.de/institut/Arbeitsbereiche/ Neurowissenschaft Die Freiburger Sportwissenschaftler stimulieren Nervenzellen im Gehirn eines Probanden und verfolgen das Geschehen auf dem Bildschirm. Fotos: Michael Veit Juniorprofessor Dr. Christian Leukel hat in Freiburg Sportwissen- schaften studiert und wurde 2010 promoviert. Bei Aufent- halten in Kopenhagen/ Dänemark sowie in Zürich und Fribourg/Schweiz erwei- terte er sein Themenfeld um die Klinische Neurophy- siologie und legte seinen Schwerpunkt auf die Anwen- dung neurophysiologischer Methoden in der grundlagen- orientierten wissenschaftli- chen Auseinandersetzung mit Bewegung und Sport. Seit 2014 ist er Juniorprofes- sor für Neurowissenschaft und Sport am Institut für Sport und Sportwissenschaft der Universität Freiburg und mit dem Bernstein Center Freiburg (BCF) sowie mit dem Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) assoziiert. Zum Weiterlesen Leukel, C. / Gollhofer, A. / Taube, W. (2015): In experts, underlying processes that drive visuomotor adaptation are different than in novices. In: Frontiers in Human Neuroscience. doi: 10.3389/fnhum.2015.00050 Leukel, C. / Taube, W. / Rittweger, J. et al. (2015): Changes in corticospinal transmission following 8 weeks of ankle joint immobilization. In: Clinical Neurophysiology 126/1, S. 131–140. Taube, W. / Leukel, C. / Nielsen, J. B. et al. (2015): Repetitive activation of the corticospinal pathway by means of rTMS may reduce the effi ciency of corticomotoneuronal synapses. In: Cerebral Cortex 25/6, S. 1629–1637. Video über Christian Leukels Forschung: www.pr.uni-freiburg.de/go/neuroscience-in-sports
44 44 Digitalisierte Dialekte Mit der linguistischen Datenbank FREDDIE profiliert sich ein Team des Englischen Seminars als Pionier des forschenden Lernens von Anita Rüffer F REDDIE ist kein Tatort-Kommissar und treibt sich auch nicht an einer Currywurstbude am Kölner Rheinufer herum. Die am Englischen Se- minar der Universität Freiburg entwickelte gleich- namige linguistische Datenbank ist vielmehr dabei, in die Weiten des Internets auszuschwärmen und dem forschenden Lernen völlig neue Wege zu eröffnen – nicht nur bei Anglistikstudierenden. FREDDIE (FReiburg English Dialect Database for Instruction and E-Learning) hat einen Vorläufer, auf den sie aufbaut: das Freiburg Corpus of English Dialects (FRED). Ebenso wenig, wie in Deutsch- land alle Hochdeutsch wie in Hannover sprechen, sprechen in England alle reines Oxford-English wie die Queen, wie es hierzulande in den Schulen gelehrt wird. Von Grafschaft zu Grafschaft, von Stadt zu Stadt unterscheiden sich die Dialekte in Grammatik oder Aussprache. Das Englische Semi- nar der Freiburger Universität wollte es genau wis- sen und sammelte ab Ende der 1990er Jahre unter der Regie von Prof. Dr. Bernd Kortmann systema- tisch Daten zu englischen Dialekten. Auf unzähli- gen Reisen wurden sie zusammengetragen, und zwar in Form von Transkripten und Originalinter- views: Männer und Frauen, die meisten über 60 Jahre alt, haben den Forscherinnen und Forschern Geschichten aus ihrem Leben erzählt. Das könnte Geschichten aus ihrem Leben erzählt. Das könnte auch Historikerinnen und Historiker interessieren. Von FRED zu FREDDIE Die Datensammler um Bernd Kortmann hinge- gen lauschen weniger auf die Inhalte, sondern wollen wissen, „wie die Leute was sagen“. Aus 300 Stunden Tonaufnahmen von 372 Interviews, bestehend aus 2,5 Millionen Wörtern, gesammelt in 163 Ortschaften in England, Schottland und Wales, entstand das FRED-Korpus. Die Daten- sammlung gilt als die weltweit größte ihrer Art und bietet der Korpuslinguistik reiche Nahrung: Wer sich eher der Erforschung von Unterschieden in der Aussprache widmen will, bedient sich der Audiodateien. Wer sich für grammatikalische Besonderheiten interessiert, wird sich auf ihre Verschriftlichungen stützen. FRED wurde zwischen 2000 und 2005 in zwei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Pro- jekten unter Kortmanns Leitung erstellt.
uni wissen 01 2017 45 In der linguistischen Datenbank FREDDIE ﬁ nden sich unter anderem Dialektbeispiele aus den englischen Grafschaften Yorkshire, Lancashire, Kent und Cornwall. Fotos: Davorana/Fotolia, Collage: Kathrin Jachmann Bemerkenswert ist nicht nur das didaktische und wissenschaftliche Potenzial, das er und sein Team darin entdeckt haben. Dieses wäre kaum zu nutzen, hätte es die rasante technologische Ent- wicklung der vergangenen Jahrzehnte nicht gege- ben. Auf Tonträgern wie Kassetten und Minidiscs wurden die Interviews seinerzeit noch nach Freiburg transportiert. Sie wurden alle digitalisiert, und die Daten wurden elektronisch aufbereitet. Seit etwa drei Jahren werden sie sukzessive online für die internationale Forschung verfügbar gemacht. Das ist mit viel Fleißarbeit verbunden: Das Copyright für alle Text- und Tondateien muss geklärt, die Daten müssen anonymisiert werden. Wie wird FRED zu FREDDIE? Die Interview- sammlung allein könnte man mit einem Rohstoff vergleichen. Auch da kommt es darauf an, was man daraus macht. Bernd Kortmann, seine wissen- schaftliche Mitarbeiterin Dr. Katja Roller und sein schaftliche Mitarbeiterin Dr. Katja Roller und sein wissenschaftlicher Mitarbeiter Marten Juskan haben viele Ideen entwickelt, wie FRED zur multi- medialen Lehr- und Lernplattform FREDDIE weiter- entwickelt werden kann. Für ihr Konzept haben sie 2016 einen Instructional Development Award (IDA), den mit 70.000 Euro dotierten Lehrent- wicklungspreis der Universität Freiburg, erhalten. „Wir werden die Daten so aufbereiten, dass auf verschiedenen Kompetenzstufen damit gearbeitet werden kann“, erklärt Kortmann. Vielleicht sogar in der Oberstufe des Gymnasiums. Katja Roller hat in einem Proseminar mit ihren Studierenden schon mal ausprobiert, was mit FREDDIE möglich ist: In Theorie und Praxis haben die Studierenden gelernt, ein Interview zu führen und es mit einer entsprechenden Software zu transkribieren. So haben sie mitbekommen,
46 Diese Online-Schnittstelle zeigt, welche Daten verfügbar sind und heruntergeladen werden können. Foto: Marten Juskan, Katja Roller/Englisches Seminar Mithilfe eines professionellen Programms zur linguistischen Analyse von Texten haben Studierende herausgefunden, dass die Verneinung „nae“ – wie in „he doesnae like it“ = er mag es nicht – häufig in Schottland, nicht aber im Süden Englands benutzt wird. Foto: Marten Juskan, Katja Roller/Englisches Seminar; Quelle: Laurence Anthony, www.laurenceanthony.net/software.html wie ein linguistisches Korpus aufgebaut wird. Sie haben analysiert, in welchen Regionen be- stimmte Wörter vorkommen und zum Beispiel herausgefunden, dass die Verneinung „nae“ (wie in „He doesnae like it“ = er mag es nicht) häufi g in Schottland, nicht aber im Süden Englands ver- wendet wird. Sie haben statistische Untersuchun- gen vorgenommen und eine Programmiersprache erlernt, mit der sie Diagramme und Schaubilder erstellen können. „Wie in einem wissenschaftli- chen Prozess“, erklärt Katja Roller, „haben sie eine Datenauswahl getroffen, diese aufbereitet und analysiert und die Ergebnisse visualisiert.“ „Wir werden die Daten so auf bereiten, dass auf verschiedenen Kompetenzstufen damit gearbeitet werden kann“ Damaris Stein, eine der Kursteilnehmerinnen, fand es „ziemlich cool, dass man auf so viele Audio- dateien aus so vielen verschiedenen Regionen zu- greifen kann. Es ist wirklich witzig, die verschiede- nen Akzente zu vergleichen.“ Ohne FREDDIE hätte die 21-jährige Bachelorstudentin womöglich selbst Hunderte Interviews führen müssen, um die abweichenden Merkmale zu entdecken. Für ihre Hausarbeit arbeitete sie mit FRED-S, einem Teil- korpus mit transkribierten Interviews aus verschie- denen Regionen im Umfang von etwa einer Million Wörtern. Es ist seit Kurzem über den Freidok- Server der Freiburger Universitätsbibliothek online zugänglich. In ihr – und dem Rechenzentrum der Universität – haben die Linguistikpionierinnen und -pioniere des Englischen Seminars eine en- gagierte Mitstreiterin gefunden. Die Bibliotheks- mitarbeiter programmieren, stellen die Daten online und haben Ideen, was man alles damit machen kann. „Wir haben uns gegenseitig be- feuert“, schwärmt Kortmann. Frei zugängliche Bausteine Marten Juskan zum Beispiel arbeitet daran, Text- und Audiodateien zu verbinden. Bisher ist nur eine grobe Zuordnung möglich. „Wir werden das so verfeinern, dass künftig jeder einzelne Laut anzusteuern ist.“ Ein Mammutvorhaben, von dem künftig Forschende in aller Welt werden profitieren können. Und natürlich Lehrende und Lernende: Die IDA-Preisträgerinnen und -Preis- träger wollen für die FREDDIE-Plattform systema- tisch allgemeine Lehrmaterialien und -konzepte entwickeln – wie sie Katja Roller in ihrem Pro- seminar schon ausprobiert hat –, die auch dem Selbststudium dienen können. Statistik- und Korpusanalyseprogramme werden als Hand- werkszeug bereitgestellt. Neben diesen frei übers Internet zugänglichen Bausteinen sind abge- schlossene Bereiche vorgesehen, in denen die Dozentinnen und Dozenten Tests oder Wikis für
uni wissen 01 2017 47 bestimmte Lehrveranstaltungen einstellen kön- nen. Eine einfache Website als übergeordnete Startseite wird das Gesamtkonzept erläutern und die einzelnen Bausteine miteinander verlinken. Ein Tausendsassa, der da im Werden ist – und nicht nur Dialektologinnen und Dialektologen zu- gutekommt: Die Arbeit mit den Datensätzen er- möglicht allen, die sie nutzen, sich grundlegende wissenschaftliche Methoden anzueignen, die nach Einschätzung von Kortmann „exemplarisch auf an- dere sprachwissenschaftliche Fachgebiete über- tragbar sind“. Womöglich ergeben sich sogar ganz praktische Anwendungen in der forensischen Lin- guistik: Wenn zum Beispiel ein Straftäter statt Fuß- abdrücken einen charakteristischen Lautabdruck hinterlassen hat und damit identifi ziert werden kann, könnte FREDDIE sogar für Freddie, den Kölner Tatort-Kommissar, interessant werden. http://fred.ub.uni-freiburg.de www.freidok.uni-freiburg.de/proj/1 SCHOTTLAND Marten Juskan hat Anglistik und Romanistik an den Universitäten Frei- burg, Grenoble/Frankreich und Surrey/England studiert. Am Freiburger Englischen Seminar war er von 2014 bis 2015 Lehrbeauftragter und ist seitdem wissenschaftlicher Mitarbeiter. Seine primären Forschungsinteressen sind Soziophonetik, Sprachwahr- nehmung und das Zusam- menspiel von auffälligen Dialektmerkmalen, Identitäts- fragen und Sprachwandel. Dr. Katja Roller hat Grundschullehramt mit Hauptfach Englisch an der Universität Bamberg und der Swansea University in Wales studiert. Von 2012 bis 2014 war sie Promotions- stipendiatin der Universität Freiburg im Graduierten- kolleg (GRK) „Frequenz- effekte in der Sprache“, 2013 zudem Lehrbeauftragte für Englische Sprachwissen- schaft in Bamberg. Von 2014 bis 2017 war sie wissen- schaftliche Mitarbeiterin am genannten GRK und am Englischen Seminar der Universität Freiburg. Ihre Promotion in Englischer Sprachwissenschaft schloss sie 2016 ab. Derzeit ist sie im Vorbereitungsdienst für das Lehramt an Grundschu- len in Baden-Württemberg. Prof. Dr. Bernd Kortmann ist seit 1995 Inhaber der Professur für Englische Phi- lologie/Sprachwissenschaft an der Universität Freiburg. Nach seinem Studium der Anglistik und Geschichte an den Universitäten Trier, Lancaster und Oxford/Groß- britannien folgten 1989 die Promotion an der Universität Hannover und 1994 die Habilitation an der Freien Universität Berlin. An der Uni- versität Freiburg ist er Begründer und Vorstands- vorsitzender des Sprach- lehrinstituts (SLI) und seit 2013 Direktor des Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS) für die Geistes- wissenschaften sowie Spre- cher des Direktoriums. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Grammatik des vom Standard abweichenden Sprachgebrauchs des Eng- lischen überall in der Welt. Fotos: Jürgen Gocke ENGLAND WALES Zum Weiterlesen VEREINIGTES KÖNIGREICH GROSSBRITANNIEN In 163 Ortschaften in England, Schottland und Wales sammelten die Forscher insgesamt 300 Stunden Tonmaterial. Grafik: olive1976/Fotolia, Kathrin Jachmann Anderwald, L. / Wagner, S. (2006): The Freiburg English Dialect Corpus (FRED) – applying corpus-linguistic research tools to the analysis of dialect data. In: Beal, J. / Corrigan, K. / Moisl, H. (Hrsg.)(2006): Using Unconventional Digital Language Corpora. Volume 1: Synchronic Corpora. Basingstoke, S. 35–53. Kortmann, B. / Wagner, S. (2005): The Freiburg English Dialect Project and Corpus. In: Kortmann, B. / Herrmann, T. / Pietsch. L. et al. (Hrsg.) (2005): A Comparative Grammar of British English Dialects: Agreement, Gender, Relative Clauses. Berlin/New York, S. 1–20 (= Topics in English Linguistics 50/1).
48 48 uni wissen 01 2017 Gute Lehre will gelernt sein gelernt sein Ein Modell aus der Bildungsforschung soll helfen, die Ein Modell aus der Bildungsforschung soll helfen, die Lehrerausbildung zu verbessern Lehrerausbildung zu verbessern von Stephanie Streif von Stephanie Streif Der Außerirdische E.T. landet vor dem Rektorat der Universität Freiburg – wie kann er lernen, sich auf der Erde zurechtzufinden? Mit dieser Aufgabe wurden die Teilnehmer bei einem Workshop zur kompentenzorientierten Lehre konfrontiert. Grafik: Svenja Kirsch
49 M al angenommen, E.T. landet mit seinem Raumschiff direkt neben dem Rektorat der Freiburger Universität. Überall viel Qualm und Licht. Mit einem leisen Surren öffnet sich die Tür des Raumschiffs, und der kleine Außerirdische wackelt die lange Gangway hinunter. Unten an- gekommen, bleibt er stehen und schaut sich um – augenrollend, abwartend. Doch dieses Mal ist es anders als damals in Steven Spielbergs Film: E.T. will nicht an einem Ort bleiben. Er will die Welt erkunden und zum Weltreisenden ausgebildet werden. Ohne Unterstützung geht das jedoch nicht, schließlich ist E.T. nicht von dieser Welt. Er spricht kein Deutsch, kein Englisch und hat keine Ahnung, wie er sich fortbewegen soll, denn er kennt weder Autos noch Fahrräder und weiß nicht, wie ein Stadtplan zu lesen ist. Eine vertrackte Situation, deren Schlüsselfrage lautet: Wie kann man E.T. für eine Welttour fit machen? Mit dieser Aufgabe wurden zehn Leh- rende der Universität Freiburg bei einem Workshop zum Einstieg in die kompetenzorientierte Lehre konfrontiert – angeleitet von Prof. Dr. Jeroen van Merriënboer, einem niederländischen Bildungs- forscher, der das Vier-Komponenten-Instruktions- design-Modell, kurz 4C/ID, entwickelt hat. Dieses Modell wird derzeit immer wichtiger für die Aus- bildung angehender Lehrerinnen und Lehrer an der Albert-Ludwigs-Universität. Der Grund: Es bietet einen Orientierungsrahmen, mit dessen Hilfe sich die Lehre so planen und gestalten lässt, dass sie den nachhaltigen Erwerb von Wissen und Können fördert. Lernende sollen nicht länger nur mit theoretischen Inhalten über- flutet werden, sondern aktiv lernen – und zwar in einer Lernumgebung, die auf ihre Bedürfnisse abgestimmt ist. Aber zurück zu E.T. – er steht immer noch vor dem Rektorat und weiß nicht weiter. Die Teilneh- merinnen und Teilnehmer des Workshops rieten dazu, ihm schnellstmöglich Deutsch beizubringen. Außerdem müsse ihm unbedingt erklärt werden, wie man Stadtpläne und Landkarten liest, sonst schaffe er es nicht einmal vom Rektorat zum Bahnhof. Christiane Klein von der Abteilung Hoch- schuldidaktik der Freiburger Universität hat an dem Workshop teilgenommen. Die Erziehungs- wissenschaftlerin erinnert sich noch gut an das Aha-Erlebnis, das sie hatte, als Merriënboer vor- schlug, E.T. nicht theoretisch über das Reisen zu belehren, sondern ihn tatsächlich reisen zu las- sen. Ihn also erst einmal ein Stück in Richtung Bahnhof zu begleiten und ihm dann, wenn er jemanden nach dem Weg fragen wolle, die drei, vier Wörter beizubringen, die er dafür brauche. Fürs Erste reiche das, befand Merriënboer. „Das Modell ist wie gemacht für die Lehreraus- und -weiterbildung“ Klein ist als Projektmitarbeiterin in das Frei- burg Advanced Center of Education (FACE) eingebunden, ein Kooperationsnetzwerk der Albert-Ludwigs-Universität und der Pädago- gischen Hochschule (PH). Es will die Lehrerbil- dung in Freiburg voranbringen, vor allem aber kohärenter und professionsorientierter gestalten. Kohärenz bedeutet in diesem Zusammenhang, Fachwissenschaften, Fachdidaktiken, Bildungs- wissenschaft und Praxisanteile sinnvoll mit- einander zu verbinden und Ausbildungsinhalte besser aufeinander abzustimmen. Letztere sol- len zudem stärker an realen Situationen aus dem Schulalltag ausgerichtet werden, um die Professionsorientierung zu stärken. 4C/ID soll dabei helfen, beide Ziele zu erreichen. „Das Modell ist wie gemacht für die Lehreraus- und -weiterbildung“, erklärt Klein. „Es steuert den Lernprozess durch konkrete Lernaufgaben, auf die Lehrkräfte auch später im Unterricht stoßen werden.“ Studien hätten die Effizienz von 4C/ID- basierten Kursen längst bewiesen. 4C/ID besteht aus vier Komponenten – erstens: authentischen und ganzheitlichen Lernaufgaben, zweitens: unterstützenden Informationen, drittens: prozeduralen Informationen und viertens: dem Üben von Teilaufgaben. Um also nicht dauerhaft
50 uni wissen 01 2017 in Freiburg hängen zu bleiben, braucht E.T. eine Lernumgebung, die ihn darin unterstützt, zum Weltenbummler zu werden – wie etwa erstens: Spaziergänge durch die Stadt, zweitens: einen Stadtplan, drittens: das Wissen, wie man sich zu Fuß durch die Stadt bewegt, und viertens: viel, „Die Lernziele müssen abgestuft, in ihre Bestandteile zerlegt, wiederholt und erneut zusammengesetzt werden“ viel Training, zum Beispiel beim Überqueren von Zebrastreifen. Was es bedeutet, ein Geschichts- seminar nach 4C/ID auszurichten, weiß Dr. Jessica Kreutz, die an der PH am Institut für Politik- und Geschichtswissenschaft arbeitet. „Im Fach Ge- schichte geht es längst nicht mehr nur um Daten und Fakten, sondern auch um Handlungs- wissen, das den Studierenden vermittelt werden muss“, sagt sie. Das Vier-Komponenten-Instruktionsdesign-Modell, kurz 4C/ID, setzt auf aktives Lernen und fördert den nachhaltigen Erwerb von Wissen und Können. Foto: robynmac/Fotolia Was bedeutet das? Fachwissen sei nur eine Seite der Medaille, so Kreutz. „Um eine gute Lehrpersönlichkeit zu werden, benötigen Studie- rende des Fachs Geschichte aber auch methodi- sche, diagnostische, analytische, konzeptionelle und selbstreflexive Kompetenzen, um in ihrer Klasse ein Geschichtsbewusstsein auszubilden.“ Wie in 4C/ID vorgesehen, koppelte Kreutz in ihrem Seminar „Kompetenzmodelle und Kompe- tenzförderung im Geschichtsunterricht“ Lern- inhalte an konkrete Übungen. Dabei heraus kamen Lernaufgaben, die aus wissenschaftlichen, didaktischen und bildungswissenschaftlichen Anteilen bestanden. Ein Beispiel: „Konzipieren Sie anhand eines ausgewählten historischen Themas eine quellenbasierte Unterrichtssequenz mit differenzierter Aufgabenstellung und didakti- scher Begründung.“ Diese Lernaufgabe sei schon recht komplex, sagt Kreutz. „Zu Seminarbeginn waren die Aufgaben deutlich einfacher.“ Auch das ist Teil des Modells: Um die Studierenden nicht zu überfordern, bekommen sie anfangs mehr Unterstützung und weniger komplexe Lern- aufgaben. Irgendwann macht sich der Lernfort- schritt bemerkbar, und die Studierenden lernen alleine oder in Kleingruppen weiter. „Die Lernziele müssen abgestuft, in ihre Bestandteile zerlegt, wiederholt und erneut zusammengesetzt werden“, erklärt Kreutz. „So verliert man mit 4C/ID das große Ganze nicht aus dem Blick." Lehrende werden zu Moderatoren So aufbereitet, soll sich der Lernstoff den Stu- dierenden so sehr einprägen, dass sie das Gelernte auch Jahre später noch abrufen und anwenden können. Das Modell scheint auch eigenverant- wortliches Lernen zu fördern. Kreutz investierte viel Zeit in die Vorbereitung ihres Seminars. Während der Sitzungen sei ihr dann eher die Rolle der Moderatorin zugekommen. Gearbeitet hätten vor allem die Studierenden, und sie hätten es zu schätzen gewusst. Bei einer Kurzevaluation in der letzten Sitzung gaben 75 Prozent von ihnen an, sich „aktiver“ als in anderen Veranstaltungen gefühlt zu haben. Die authentischen und ganz- heitlichen Lernaufgaben bezeichneten 87,5 Prozent als „sehr geeignet“ und 12,5 Prozent als „geeig- net“. Das theoretische Wissen bleibe länger im Gedächtnis, notierte eine Teilnehmerin unter den Fragebogen. Die Begründung: Man könne es praktisch anwenden und Schritt für Schritt lernen. Außerdem, schrieb ein anderer, orientierten sich
51 Christiane Klein hat zunächst Pharmazie und ab 2009 Erziehungswissen- schaft an der Universität Freiburg studiert. 2012 machte sie ihren Bachelor im Fach Erziehung und Bildung, 2015 folgte der Master in Erziehungswis- senschaft. Anschließend war Klein wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Erziehungswissenschaft. Derzeit befasst sie sich in der Abteilung Hochschul- didaktik mit kompetenz- basierten Lehrmodellen und vermittelt Lehrenden deren Anwendung. Fotos: Thomas Kunz Dr. Jessica Kreutz hat in Greifswald und Potsdam Latein, Geschichte, Erziehungswissenschaft und Deutsch als Fremd- sprache studiert. Sie wurde in Göttingen in Lateinischer Philologie des Mittelalters und der Neuzeit promoviert. Anschließend arbeitete sie als Studienreferendarin am Staatlichen Seminar für Didaktik und Lehrerbildung in Freiburg. Seit 2015 ist Kreutz an der Pädagogi- schen Hochschule Freiburg wissenschaftliche Mitar- beiterin in der Abteilung Geschichtswissenschaft und Geschichtsdidaktik, unter anderem in dem vom Bun- desministerium für Bildung und Forschung initiierten Kooperationsprojekt „Quali- tätsoffensive Lehrerbildung“. Zum Weiterlesen Stohler, U. / Klein, C. (2016): Application the 4C/ID model to the training of assessment skills for teachers of Russian. In: Švrčinová, M./Vlasáková, Z. (Hrsg.) (2016): Metody výuky a testování cizích jazyků (včetně češtiny pro cizince)/Foreign language teaching and testing methods (including Czech for foreigners): Sborník z mezinárodní konference: Poděbrady, 21–22 Juni 2016. Prag, S. 182–190. http://ujop.cuni.cz/upload/stories/vtc/ konference/01_PDBY_2016_konference_sbornik.pdf Francom, G. M. / Gardner, J. (2014): What is task-centered learning? In: TechTrends 58/5, S. 27–35. http://link.springer.com/article/10.1007/ s11528-014-0784-z Merriënboer, J. J. G. van / Kirschner, P. A. (2013²): Ten steps to complex learning: A systematic approach to four-component instructional design. New York/London. An realen Situationen aus dem Schulalltag sollen die Ausbildungsinhalte im Lehramtsstudium künftig noch stärker ausgerichtet werden. Foto: Oksana Kuzmina/Fotolia die Aufgaben eng am späteren Alltag. „Das zeigt den Sinn des Ganzen.“ Nach Ansicht von Christiane Klein und Jessica Kreutz sollten die Teilbereiche der Lehrerausbil- dung nicht länger getrennt voneinander bearbeitet werden. Es gibt Seminare zur Didaktik, fachwis- senschaftliche Seminare, und pädagogisches Know-how wird wiederum in anderen Kursen unterrichtet. Im Berufsalltag müssen Lehrkräfte den Dozentinnen zufolge aber spontan und oft zeitgleich auf ihr fachwissenschaftliches, fachdi- daktisches und bildungswissenschaftliches Wis- sen zurückgreifen, um professionell agieren zu können. 4C/ID könne dazu beitragen, diese drei Disziplinen zusammenzuführen. Dass mit dem Modell unterschiedliche Wissenschaftsdisziplinen integriert werden können, ist auch dem fächer- übergreifenden Team von FACE zu verdanken. Es hat sich einer praxisorientierten Lehre verschrie- ben und unterstützt in hochschuldidaktischen Veranstaltungen Lehrende dabei, professionsori- entierte Arbeitsstrategien im Sinne von 4C/ID zu entwickeln – mit Einzelberatungen, Workshops, kollegialem Austausch und jeder Menge Online- material. Ziel ist es, den komplexen Anforderungen von guter Lehre zu entsprechen. Schülerinnen und Schüler würden sich vermutlich darüber freuen. Und E.T, sollte er tatsächlich irgendwann einmal Weltenbummler werden wollen, wohl auch. www.face-freiburg.de
52 Praxistest: In einer ersten Anwendungsphase haben etwa 150 Studierende das Online- training „ELIS“ – „Erfolgreich Lernen im Studium“ – absolviert. Foto: Sandra Meyndt Das Ende der Verständnisillusion Wie das Onlinetraining „ELIS“ Lernstrategien vermittelt und Studierenden hilft, sie im Alltag umzusetzen von Sonja Seidel „ELIS“ heißt die skizzierte Figur, die durch das neue Onlinetraining der Universität Freiburg führt. Die Abkürzung steht für „Erfolgreich Lernen im Studium“. Grafiken: Steffen Weyreter/ Universität Freiburg L isa ist neu an der Universität. Die 18-Jährige studiert Psychologie und wird in zwei Wochen ihre erste Klausur schreiben. Bücher türmen sich auf ihrem Schreibtisch. Lisa sortiert, unterstreicht und malt Schaubilder; mehrere Hundert Seiten Literatur muss sie durcharbeiten. Zeit und Puls rasen – Lisa hat gerade mal die Hälfte der Unter- lagen gelesen, und bisher weiß sie nicht, wie sie sich die vielen Fachbegriffe merken soll. Ihr Mut sinkt, die Klausur überhaupt noch bestehen zu können. In der Schule hatte sie doch immer sehr gute Noten. Schon überlegt sie, ob ein Studium überhaupt das Richtige für sie ist. Ein neues Onlinetraining der Universität Freiburg könnte Lisa nun helfen: „ELIS“ – „Erfolgreich Lernen im Studium“ – vermittelt in einem ersten Schritt Lernstrategien und hilft in einem zweiten dabei, diese in den Alltag zu integrieren. „Studierende sind zu- nächst völlig überfordert mit der Menge an Lern- stoff“, berichtet Prof. Dr. Alexander Renkl vom Institut für Psychologie der Universität Freiburg. Deshalb haben Renkl, seine Mitarbeiterin Jasmin Leber und sein Mitarbeiter Tino Endres das Training entwickelt. Die Idee dazu entstand in der Praxis. „Unsere Abteilung sollte in einer Einführungsvor- lesung am Institut für Psychologie in der ersten
uni wissen 01 2017 53 Semesterwoche immer eineinhalb Stunden etwas zu Lernstrategien erzählen. Das haben wir auch gemacht, aber mit dem Wissen, dass man in die- ser Zeit nichts lehren kann, was zu substanziellen Effekten aufseiten der Lernenden führt. Deshalb dachten wir an ein Onlinetraining“, erläutert Renkl. mehrmals hintereinander zu lesen? Nachdem Lisa die verschiedenen Antwortmöglichkeiten mit Schul- noten bewertet hat, berechnet das Programm im Hintergrund, was sie über Lernstrategien weiß, und leitet sie weiter in die drei Lernmodule mit Aufga- bentypen, die an ihr Vorwissen angepasst sind. Dieses wurde 2015 mit dem Lehrentwicklungs- preis Instructional Development Award (IDA) der Universität Freiburg ausgezeichnet. Eine Förder- summe von 70.000 Euro war mit dem Preis verknüpft. Damit wurde die Plattform im Labor weiterentwickelt und anschließend in einer ersten Anwendungs- phase im Wintersemester 2016/2017 von rund 150 Psychologiestudierenden getestet. Anders als die marktübliche Ratgeberliteratur zu dem Thema hilft ELIS den Studierenden bei der Umsetzung von Lernstrategien im Alltag. „Bisher gab es kein syste- matisch angelegtes Online-Lernstrategietraining, das darüber hinaus noch an die authentische Lern- situation gekoppelt ist“, betont Leber. Das Programm ermittelt Vorwissen Eine skizzierte Figur, die ebenfalls den Namen ELIS trägt, führt die Nutzerinnen und Nutzer durch die drei Module zu unterschiedlichen Lernstrategien. Diese werden durch Videos, Texte und Grafi ken veranschaulicht. „Wir haben uns bei der Entwick- lung von den so genannten MOOCs, Massive Open Online Courses, inspirieren lassen, die ein individu- elles Lernen möglich machen“, erklärt Endres. Im Gegensatz zu den MOOCs kann das Tool jedoch terminunabhängig genutzt werden. Die Anwende- rinnen und Anwender steuern das Lernen also selbst. Sie wählen aus, wann sie mit welchem Modul begin- nen möchten, und wiederholen den Stoff in mehreren aufeinanderfolgenden Lernphasen. Das Besondere dabei: ELIS passt sich dem Vorwissen der Nutzer an, funktioniert also adaptiv. Wenn Lisa die Lernplattform nutzt, absolviert sie deshalb zunächst einen Test, bei dem sie unter- schiedliche Aussagen zu ihren Lernstrategien und Szenarien aus dem Lernalltag bewerten muss. Was macht sie, wenn sie sich nicht mehr konzentrieren kann und hinter ihrem Zeitplan zurückliegt? Macht sie lieber ein zwanzigminütiges Nickerchen, oder wechselt sie das Lernumfeld? Welche Taktik hilft ihr bei großem Zeitdruck? Soll sie einen Text für eine Seminarsitzung erst einmal überﬂ iegen, um seine Grundstruktur zu erfassen, oder ist es besser, ihn „Studierende sind zunächst völlig überfordert mit der Menge an Lernstoff“ Lisa entscheidet sich, mit dem Modul zu res- sourcenorientierten Lernstrategien zu starten. Diese helfen dabei, die Lernumgebung zu ver- bessern, den Lernprozess zu organisieren und Motivation zu entwickeln. Lisa erfährt nun bei- spielsweise, dass sie ihre Konzentrationsspanne aktiv steigern kann, indem sie die Dauer des konzentrierten Arbeitens kontinuierlich verlän- gert. Im Modul zu kognitiven Lernstrategien lernt Lisa, wie sie die Komplexität des Lernstoffes re- duzieren kann. Das Tool schlägt ihr vor, die Fachbegriffe in visuellen Darstellungen wie Mind Maps oder Concept Maps zu ordnen. Das kennt sie bereits aus der Schule. „Studierende lernen nicht völlig strategielos“, ist sich Renkl sicher. „Die meisten Studierenden schaffen es mit der Zeit ganz gut, Ordnung in den Stoff zu bringen. Sie machen sich Schaubilder und unterstreichen. Aber auch das lässt sich mit unserem Training noch optimieren.“ Die metakognitiven Lernstrategien des dritten Moduls sollen sicherstellen, dass Lernziele tat- sächlich erreicht werden. „Studierende geben sich häufig Verständnisillusionen hin. Sie über- wachen ihr Verständnis nicht, sondern denken: ‚Das habe ich schon einmal gehört, das kann ich.‘ Da sollen sie mithilfe des Tools kritischer wer- den“, sagt Renkl. Empfehlenswert sei beispiels- weise das Abgleichen von Lernzielen und Wissensfortschritt, etwa durch Lernprotokolle: Mithilfe von Leitfragen überprüfen die Studieren- den selbst, wie viel sie über ein Thema schon wissen. Am besten geschehe dies direkt nach einer Lerneinheit, wenn das Gelernte noch ganz frisch ist, und dann einige Tage später noch einmal. Die Strategien, die im Onlinetraining dargestellt werden, konzentrieren sich vor allem auf das Aufru- ELIS ist zufrieden. Die in unterschiedliche Module unterteilten Lernstrategien sollen Studierende unter anderem dabei unter- stützen, ihren Lernpro- zess besser zu planen und zu kontrollieren.
54 uni wissen 01 2017 fen von Wissen. „Die meisten Studierenden ler- nen, indem sie einen Text lesen, nochmals lesen und dann noch die Zusammenfassung lesen. Es ist jedoch nicht sehr effektiv, durch Wiederholen auswendig zu lernen – das zeigt unsere For- schung“, erklärt Endres. Viel effektiver sei es, sich das Gelesene erst noch einmal ins Gedächtnis zu rufen. Testing-Effekt oder abrufbasiertes Lernen nennt man das in der Psychologie. „Dabei wird das Wissen im Gehirn vernetzt und gefestigt. Der Abruf trainiert das Gehirn sozusagen für die konkrete Prüfungssituation“, ergänzt Renkl. Dieses Prinzip vermittelt das Tool anwendungsbasiert: Zwischen den Lernphasen testet es das neu ge- wonnene Wissen über Lernstrategien. Das Sys- tem stellt Lisa deshalb erneut Fragen aus dem Eingangstest: Haben sich ihre Antwor- ten verändert, hat sie die Techniken verinnerlicht? Steffen Weyreter/ Universität Freiburg Grafik: Im zweiten Teil unterstützt das Programm Lisa dabei, sich kon- krete Situationen zurechtzulegen, in denen sie die Lernstrategien anwendet und einübt. Dafür for- muliert sie so genannte Imple- mentation Intentions. Diese folgen einem Wenn-dann-Schema: Im- mer wenn Lisa beispielsweise ein Kapitel in einem Lehrbuch gelesen hat, wird sie im Anschluss Lernstrategie A anwenden. Da Lisa solche Leit- sätze mithilfe des Trainings vorher festlegt, fällt ihr es leichter, die Lernstrategien im Alltag tat- sächlich einzusetzen. Seit Februar 2017 steht das Onlinetraining ELIS allen Studierenden des Instituts für Psychologie zur Verfügung. „Derzeit hat es eine doppelte Funktion. Wir sind jetzt an einem Punkt, an dem wir es Stu- dierenden schon als voll funktionsfähiges Tool an- bieten können, aber wir testen im Hintergrund noch, ob technisch alles funktioniert und ob wir inhaltlich noch etwas verbessern können“, sagt Jasmin Leber. „Langfristig können wir uns auch vorstellen, dass es an anderen Fakultäten eingesetzt wird.“ www.elis.vm.uni-freiburg.de Tino Endres hat Psychologie an der Universität Innsbruck / Österreich und an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg studiert. Seit 2014 ist er wissenschaftli- cher Mitarbeiter am Institut für Psychologie der Uni- versität Freiburg und pro- moviert über das Lernen durch Gedächtnisabruf und die Mechanismen des Testing-Effekts. Für die Zeitschrift „Unterrichtswis- senschaft“ ist er darüber hinaus seit 2016 als Editorial Assistant tätig. Jasmin Leber hat zunächst an der Uni- versität Freiburg Englisch und Spanisch für das Lehr- amt an Gymnasien und im Anschluss Erziehung und Bildung an der Pädagogi- schen Hochschule Frei- burg studiert. 2012 kehrte sie an die Universität Frei- burg zurück, um ihren Master in Erziehungswis- senschaft zu machen. Sie ist seit 2013 wissen- schaftliche Mitarbeiterin am Institut für Psychologie der Universität Freiburg und promoviert gegenwärtig über das Lernen mit adap- tiven und adaptierbaren Multimediasystemen. Leber hat 2014 den Johannes- Wildt-Nachwuchspreis für hochschuldidaktische Forschung der Deutschen Gesellschaft für Hochschul- didaktik (dghd) erhalten. Fotos: Thomas Kunz Prof. Dr. Alexander Renkl hat Psychologie an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen und an der Uni- versität Marburg studiert. 1991 wurde er an der Uni- versität Heidelberg im Fach Psychologie promo- viert, 1997 an der Ludwig- Maximilians-Universität München habilitiert. Nach seiner Zeit als Professor für Pädagogische Psycho- logie an der Pädagogischen Hochschule Schwäbisch Gmünd übernahm er 1999 die Professur für Pädago- gische Psychologie und Entwicklungspsychologie an der Universität Freiburg. Zu seinen Forschungs- schwerpunkten gehören die Themen beispielbasier- tes Lernen, Selbsterklä- rungen und instruktionale Erklärungen, Lernen aus multiplen Repräsentationen (multimediales Lernen), Lernen durch Schreiben/ Journal Writing sowie pädagogisches und psy- chologisches Wissen von Lehrenden. Zum Weiterlesen Endres, T. / Leber, J. / Renkl, A. (2017): Erfolgreich Lernen im Studium – ein adaptives Online-Lernstrategietraining für Studienanfänger (zur Veröffentlichung eingereichtes Manuskript). Glogger, I. / Schwonke, R. / Holzäpfel, L. et al. (2012): Learning strategies assessed by journal writing: prediction of learning outcomes by quantity, quality, and combinations of learning strategies. In: Journal of Educational Psychology 104/2, S. 452. Mandl, H. / Friedrich, H. F. (Hrsg.) (2006): Handbuch Lernstrategien. Göttingen.
Impressum uni‘wissen, das Forschungsmagazin der Universität Freiburg, erscheint zweimal jährlich. Herausgeber Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, der Rektor, Prof. Dr. Hans-Jochen Schiewer Verantwortlich für den Inhalt Rudolf-Werner Dreier, Leiter Öffentlichkeitsarbeit und Beziehungsmanagement Wissenschaftlicher Beirat Prof. Dr. Jürgen Bauhus, Forstwissenschaften Prof. Dr. Ralf von den Hoff, Archäologie Prof. Dr. Gunther Neuhaus, Prorektor für Forschung, Biologie Prof. Dr. Sabine Rospert, Medizin Prof. Dr. Margit Zacharias, Prorektorin für Innovation und Technologietransfer, Mikrosystemtechnik Redaktion Judith Burggrabe (verantwortliche Redakteurin), Nicolas Scherger, Rimma Gerenstein, Katrin Albaum, Sonja Seidel Anschrift der Redaktion Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Albert-Ludwigs-Universität Fahnenbergplatz, 79085 Freiburg Telefon 0761/203-4301 Fax 0761/203-4278 E-Mail uniwissen@pr.uni-freiburg.de Auflage 9.000 Exemplare Gestaltung, Layout Kathrin Jachmann Illustration Titelseite: Svenja Kirsch Anzeigen Gregor Kroschel Telefon 0761/203-4986 gregor.kroschel@zv.uni-freiburg.de Druck und Herstellung Hofmann Druck, Emmendingen uni'wissen ist klimaneutral auf 100 Prozent Altpapier gedruckt. Das Papier ist mit dem Umweltzeichen „Blauer Engel“ zertifiziert. Vertrieb Stabsstelle Öffentlichkeitsarbeit und Beziehungsmanagement Jahresabonnement Euro 6,– Für Mitglieder der Universität ist der Bezug von uni‘wissen kostenlos. ISSN 2194-8054 © Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Alle Rechte vorbehal- ten. Nachdruck, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung der Redaktion. Namentlich gekennzeichnete Artikel geben nicht unbedingt die Meinung des Verlags oder der Redaktion wieder. Die Redaktion behält sich vor, eingesandte Artikel zu redigieren und zu kürzen. uni’wissen erscheint online unter www.wissen.uni-freiburg.de

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