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Die professionelle Kompetenz von Lehrkräften spielt für die Qualität von Unterricht und damit für den Lernerfolg von Schülerinnen und Schülern eine wichtige Rolle. Das Professionswissen stellt dabei einen Kernbereich der professionellen Kompetenz dar. Ein zentrales Ziel der Ausbildung angehender Lehrkräfte besteht daher in der Vermittlung eines umfangreichen und praxisrelevanten Professionswissens. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Messinstrument für das Professionswissen angehender Physiklehrkräfte entwickelt und erprobt. Die damit verbundenen Forschungsziele sind die Untersuchung der Struktur des Professionswissens, die Messung der Ausprägung des Professionswissens in verschiedenen Studienjahren sowie die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Personenmerkmalen und der Ausprägung des Professionswissens. Das in der vorliegenden Arbeit schrittweise entwickelte und überprüfte Instrument zur Messung des Professionswissens angehender Physiklehrkräfte wurde in einer bundesweiten Studie an zwölf Universitären eingesetzt. Die Daten dieser Studie wurden sowohl klassisch als auch mit Hilfe einer Raschanalyse ausgewertet. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass beim Professionswissen im Fach Physik die Bereiche Fachwissen, fachdidaktisches Wissen und pädagogisches Wissen voneinander abgrenzbar sind und dass ihre Ausprägungen unabhängig voneinander gemessen werden können. Dabei zeigen sich starke Zusammenhänge zwischen Fachwissen und fachdidaktischem Wissen sowie zwischen fachdidaktischem Wissen und pädagogischem Wissen. In den Bereichen Fachwissen und fachdidaktisches Wissen konnte für die ersten vier Studienjahre eine positive Entwicklung nachgewiesen werden. Personenmerkmale, die diese positive Entwicklung begünstigen können sind zum einen schulpraktische Erfahrungen und zum anderen eine positive Einstellung und Motivation der angehenden Lehrkräfte im Hinblick auf den Studienerfolg und das Unterrichten. Teachers professional competence plays an important role for the quality of teaching and therefore for learning success in school. On this occasion, teachers’ professional knowledge is a core area of professional competence. Accordingly, one central goal of teachers’ education is to impart comprehensive and practice-oriented professional knowledge. Within the present thesis project, a measuring instrument for the professional knowledge of pre-service physics teachers was developed and tested. The related research objectives are to investigate the structure of professional knowledge, to measure the degree of professional knowledge in different academic years and to investigate relations between individual personal characteristics and the degree of professional knowledge. The measuring instrument for pre-service teachers’ professional knowledge that was developed within this thesis project was applied at twelve German universities. The collected data was evaluated using classical analysis and Rasch modelling. The results of the present thesis imply for the subject physics that the areas of content knowledge, pedagogical content knowledge and pedagogical knowledge are distinct areas and their degree can be measured independently. High correlations between content knowledge and pedagogical content knowledge as well as between pedagogical knowledge and pedagogical content knowledge have been found. For the areas of content knowledge and pedagogical content knowledge a positive development during the first four academic years could be observed. Individual personal characteristics that favour the evolvement of pre-service physics teachers’ professional knowledge are on the one hand school experiences and on the other hand a positive attitude towards academic success and teaching physics.

Diese Dissertation befasst sich mit neuen experimentellen Möglichkeiten zur strukturellen und dynamischen Manipulation finiter Staubwolken in einem Plasma. Derartige Partikelsysteme sind aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften hervorragend für umfassende Untersuchungen von Korrelationseffekten in stark gekoppelten Systemen geeignet und daher Gegenstand intensiver Forschungsanstrengungen der letzten 20 Jahre. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Vorgehensweisen verfolgt. Zum einen wird eine globale Anregung dynamischer Prozesse mittels umlaufender elektrischer Felder sowie mit einer rotierenden Neutralgassäule untersucht. Letztgenannte Methode wird genutzt, um einen scherinduzierten Schmelzprozess zu erforschen. In diesem Zusammenhang werden sowohl der Einfluss der Partikelwechselwirkung als auch der Einschlussgeometrie auf die Dynamik rotierender Systeme untersucht. Zum anderen liegt ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit auf der Lasermanipulation, die eine kontrollierte Manipulation von Staubsystemen ohne signifikante Beeinflussung des Plasmahintergrunds ermöglicht. Am Beispiel der Laserheizung wird hierbei eine weitere globale Manipulationsmethode in Form eines idealen Thermostaten für Staubcluster vorgestellt. Es wird ferner nachgewiesen, dass die diffuse Reflexion eines Laserstrahls nicht nur signifikanten Einfluss auf Staubpartikel haben kann, sondern auch gezielt für eine globale sowie teil-lokalisierte Anregung dynamischer Prozesse genutzt werden kann. Es wird gezeigt, dass hiermit eine selektive Anregung weniger Eigenmoden von Clustern möglich ist und diese bei geeigneter Topologie und passender Anregungsfrequenz resonant getrieben werden können. Schließlich wird mit einer auf die Anwendung in staubigen Plasmen angepassten optischen Falle ein neues und vielseitiges Werkzeug vorgestellt, mit dem Staubpartikel in einem Laserstrahl eingefangen werden können. Es werden damit zum einen die Folgen intensiver Laserbestrahlung auf die Partikeleigenschaften untersucht und zum anderen wird gezeigt, dass mit dieser Laserpinzette einzelne Partikel in Vielteilchensystemen kontrolliert werden können. Es werden Anwendungen vorgestellt, mit denen die Auswirkungen einer lokalen Manipulation von Struktur und Dynamik auf das kollektive Partikelverhalten in Staubclustern analysiert werden. This thesis addresses novel experimental methods of structural and dynamic manipulation of finite dust clouds in plasmas. Due to their unique nature such particle systems are exceptionally suited for extensive studies of correlation effects in strongly coupled systems, and hence have been subject to intensive research work over the past 20 years. Within the scope of this work different approaches are taken. On the one hand a global excitation of dynamic processes is studied by means of rotating electric fields as well as using a rotating neutral gas column. The latter method is used to explore a shear-induced melting process. In this context both the role of the particle interaction ands the influence of the confinement geometry are studied. On the other hand emphasis is placed on laser manipulation, which allows for a well-controllable manipulation of particle systems without a significant perturbation of the plasma background. By the use of laser heating a further form of global manipulation is demonstrated which can be regarded as an ideal thermostat for dust clusters. Furthermore, it is shown that the diffuse reflection of a laser beam may not only have significant impact on dust particles but can also be used for a purposeful excitation of dynamical processes in either a global or a partially localized manner. With the help of this method a selective excitation of few normal modes in a cluster is demonstrated, which can be driven resonantly in case of a suitable topology and appropriate excitation frequencies. Finally, an optical trap adapted for the use in dusty plasmas is introduced. This novel and versatile tool allows to trap single particles in the beam of a laser. By the use of this trap, the impact of the exposure of a microparticle to intensive laser irradiation on its properties is studied. Further, it is shown that single grains in a many-particle system can be effectively trapped and controlled by this laser tweezer. Applications of this method are presented and used to analyze the effects of a local manipulation of structure and dynamics on the collective response of strongly coupled particle systems.

Dissertation on the structure, in detail the shell configurations for different screenings, and dynamics, especially the structural transitions due temperature effects, of Yukawa balls, a special system of dust particles in a plasma.