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Forschungen, die die Verbindung von Ganztagsschulentwicklung und Schulentwicklung mit digitalen Medien fokussieren, finden bislang kaum statt (Eickelmann, Rollett, Weischenberg & Vennemann, 2016). Mit dieser Arbeit wird daher das Anliegen verfolgt, zur Aufklärung der Verbindung dieser beiden Bereiche der Schulentwicklung über die Untersuchung verschiedener Aspekte der Verankerung digitaler Medien im Kontext der Schulentwicklung an Ganztagsschulen beizutragen und die beschriebene Forschungslücke zu schließen. Neben der Untersuchung der Verankerung digitaler Medien in zentralen Bereichen der Input- und der Prozessebene an Ganztagschulen wird vertiefend an einzelnen Ganztagsschulen Nutzungs- und Entwicklungsaspekten im Bereich der digitalen Medien nachgegangen. So lassen sich einerseits Erkenntnisse im Hinblick auf die Bedeutung der Schulentwicklung an Ganztagsschulen für die Schulentwicklung mit digitalen Medien gewinnen. Andererseits können Potenziale, die sich durch den Einsatz digitaler Medien und die Schulentwicklung mit digitalen Medien für die Schulentwicklung an Ganztagsschulen bieten, offengelegt werden. Der Begriff der Verankerung schließt neben der Nutzung digitaler Medien auch Einflussfaktoren und förderliche Bedingungen für ihre Nutzung sowie Zielsetzungen und Entwicklungen der Nutzung mit ein. Zudem werden neben den genannten Nutzungsaspekten auch Innovationen mit digitalen Medien fokussiert. Ein für diese Arbeit entwickelter Analyserahmen zur Untersuchung der Verankerung digitaler Medien im Kontext der Schulentwicklung an Ganztagsschulen bedient sich Elementen aus verschiedenen Modellen der Schulentwicklung und der Schulqualität. Er vereint bekannte Dimensionen der Schulentwicklung (Rolff, 1998; Schulz-Zander, 1999) mit Ebenen und Elementen aus dem konzeptuelle Ansatz zur Analyse des Zusammenhangs von Schulentwicklung und Schuleffektivität in Bezug auf digitale Medien von Eickelmann und Schulz-Zander (2008). Erweitert werden die einzelnen Bedingungsfelder dieser Ebenen um ganztagsspezifische Elemente, die für den Einsatz digitaler Medien ebenfalls bedeutsam sein können. Der vorliegenden Arbeit liegt ein Forschungsdesign zugrunde, bei dem zwei Forschungsansätze mit quantitativen und qualitativen Methoden kombinierend im Sinne einer Methodentriangulation verfolgt werden. Die Untersuchungen zeigen, dass, obwohl die schulische Nutzung digitaler Medien in den verschiedenen Lerngelegenheiten an Ganztagsschulen gering ist, nicht auf die Nutzung digitaler Medien verzichtet wird und sie gezielt für die Unterrichts- und ebenfalls für die Organisationsentwicklung eingesetzt werden. Im Sinne der Schaffung einer neuen Lernkultur stehen schulische Qualitätsfaktoren der Input- und der schulischen Prozessebene im Zusammenhang mit der Nutzung digitaler Medien zur individuellen Förderung von Schülerinnen und Schülern an Ganztagsschulen. Dabei wirken Elemente aus den genannten Modellen förderlich auf die Nutzung digitaler Medien und auf Innovationen mit digitalen Medien. Dies betrifft auch ganztagsspezifische Elemente wie die größeren zeitlichen Ressourcen und die veränderten personellen Ressourcen. Die verschiedenen Elemente können aber offensichtlich noch keinen deutlichen Impuls für eine breitere Verankerung digitaler Medien an Ganztagsschulen geben.

Um schulinterne Entwicklungsprozesse an Ganztagsschulen in den Blick zu nehmen, wird ein theoriegeleitetes Rahmenmodell entwickelt, das die Entwicklung und Umsetzung von Innovationen im Ganztag unter Berücksichtigung schulischer Prozesse und Zusammenhänge sowie der Grenzen externer Implementationsunterstützung aufnimmt. Der vorliegende Beitrag fokussiert damit eine in der Ganztagsschulforschung bislang vernachlässigte Schulentwicklungsperspektive. Wenngleich belegt werden konnte, dass Ganztags schulen das Potenzial besitzen, fachliche Kompetenzen zu fördern, so muss angenommen werden, dass diese Möglichkeiten noch nicht voll ausgenutzt werden. Die Generierung von Prozesswissen zur Entwicklung und Umsetzung von Innovationen im Ganztag könnte hier mit Blick auf die zentrale Zielsetzung der Ganztagsoffensive, der Steigerung der Schülerleistung, eine mögliche Stellschraube zur Veränderung darstellen. (DIPF/Orig.), In this paper we draw up a theory-based framework to describe developmental processes within full-day schools. The framework focusses on the development and implementation of innovations and considers school processes and relationships as well as the limits of external support for implementations. This way the neglected school development perspective in the research field “full-day schools” is fostered. Although it could be demonstrated that full-day schools have the potential to promote subject specific proficiencies it has to be assumed that those capabilities are not utilized to their full extent. The generation of process knowledge, especially concerning the development and implementation of innovations at full-day schools, could foster the increase of student achievement, which was given out as the central objective of the full-day school offensive by Germany’s education policy. (DIPF/Orig.)

Globally, the demand for improved health care delivery while managing escalating costs is a major challenge. Measuring the biomagnetic fields that emanate from the human brain already impacts the treatment of epilepsy, brain tumours and other brain disorders. This roadmap explores how superconducting technologies are poised to impact health care. Biomagnetism is the study of magnetic fields of biological origin. Biomagnetic fields are typically very weak, often in the femtotesla range, making their measurement challenging. The earliest in vivo human measurements were made with room-temperature coils. In 1963, Baule and McFee (1963 Am. Heart J. 55 95-6) reported the magnetic field produced by electric currents in the heart ('magnetocardiography'), and in 1968, Cohen (1968 Science 161 784-6) described the magnetic field generated by alpha-rhythm currents in the brain ('magnetoencephalography'). Subsequently, in 1970, Cohen et al (1970 Appl. Phys. Lett. 16 278-80) reported the recording of a magnetocardiogram using a Superconducting QUantum Interference Device (SQUID). Just two years later, in 1972, Cohen (1972 Science 175 664-6) described the use of a SQUID in magnetoencephalography. These last two papers set the scene for applications of SQUIDs in biomagnetism, the subject of this roadmap. The SQUID is a combination of two fundamental properties of superconductors. The first is flux quantization - the fact that the magnetic flux Φ in a closed superconducting loop is quantized in units of the magnetic flux quantum, Φ0 ≡ h/2e, ≈ 2.07 × 10-15 Tm2 (Deaver and Fairbank 1961 Phys. Rev. Lett. 7 43-6, Doll R and Nabauer M 1961 Phys. Rev. Lett. 7 51-2). Here, h is the Planck constant and e the elementary charge. The second property is the Josephson effect, predicted in 1962 by Josephson (1962 Phys. Lett. 1 251-3) and observed by Anderson and Rowell (1963 Phys. Rev. Lett. 10 230-2) in 1963. The Josephson junction consists of two weakly coupled superconductors separated by a tunnel barrier or other weak link. A tiny electriccurrent is able to flow between the superconductors as a supercurrent, without developing a voltage across them. At currents above the 'critical current' (maximum supercurrent), however, a voltage is developed. In 1964, Jaklevic et al (1964 Phys. Rev. Lett. 12 159-60) observed quantum interference between two Josephson junctions connected in series on a superconducting loop, giving birth to the dc SQUID. The essential property of the SQUID is that a steady increase in the magnetic flux threading the loop causes the critical current to oscillate with a period of one flux quantum. In today's SQUIDs, using conventional semiconductor readout electronics, one can typically detect a change in Φ corresponding to 10-6 Φ0 in one second. Although early practical SQUIDs were usually made from bulk superconductors, for example, niobium or Pb-Sn solder blobs, today's devices are invariably made from thin superconducting films patterned with photolithography or even electron lithography. An extensive description of SQUIDsand their applications can be found in the SQUID Handbooks (Clarke and Braginski 2004 Fundamentals and Technology of SQUIDs and SQUID Systems vol I (Weinheim, Germany: Wiley-VCH), Clarke and Braginski 2006 Applications of SQUIDs and SQUID Systems vol II (Weinheim, Germany: Wiley-VCH)). The roadmap begins (chapter 1) with a brief review of the state-of-the-art of SQUID-based magnetometers and gradiometers for biomagnetic measurements. The magnetic field noise referred to the pick-up loop is typically a few fT Hz-1/2, often limited by noise in the metallized thermal insulation of the dewar rather than by intrinsic SQUID noise. The authors describe a pathway to achieve an intrinsic magnetic field noise as low as 0.1 fT Hz-1/2, approximately the Nyquist noise of the human body. They also descibe a technology to defeat dewar noise. Chapter 2 reviews the neuroscientific and clinical use of magnetoencephalography (MEG), by far the most widespread application of biomagnetism with systems containing typically 300 sensors cooled to liquid-helium temperature, 4.2 K. Two important clinical applications are presurgical mapping of focal epilepsy and of eloquent cortex in brain-tumor patients. Reducing the sensor-to-brain separation and the system noise level would both improve spatial resolution. The very recent commercial innovation that replaces the need for frequent manual transfer of liquid helium with an automated system that collects and liquefies the gas and transfers the liquid to the dewar will make MEG systems more accessible. A highly promising means of placing the sensors substantially closer to the scalp for MEG is to use high-transition-temperature (high-T c) SQUID sensors and flux transformers (chapter 3). Operation of these devices at liquid-nitrogen temperature, 77 K, enables one to minimize or even omit metallic thermal insulation between the sensors and the dewar. Noise levels of a few fT Hz-1/2 have already been achieved, and lower values are likely. The dewars can be made relatively flexible, and thus able to be placed close to the skull irrespective of the size of the head, potentially providing higher spatial resolution than liquid-helium based systems. The successful realization of a commercial high-T c MEG system would have a major commercial impact. Chapter 4 introduces the concept of SQUID-based ultra-low-field magnetic resonance imaging (ULF MRI) operating at typically several kHz, some four orders of magnitude lower than conventional, clinical MRI machines. Potential advantages of ULF MRI include higher image contrast than for conventional MRI, enabling methodologies not currently available. Examples include screening for cancer without a contrast agent, imaging traumatic brain injury (TBI) and degenerative diseases such as Alzheimer's, and determining the elapsed time since a stroke. The major current problem with ULF MRI is that its signal-to-noise ratio (SNR) is low compared with high-field MRI. Realistic solutions to this problem are proposed, including implementing sensors with a noise level of 0.1 fT Hz-1/2. A logical and exciting prospect (chapter 5) is to combine MEG and ULF MRI into a single system in which both signal sources are detected with the same array of SQUIDs. A prototype system is described. The combination of MEG and ULF MRI allows one to obtain structural images of the head concurrently with the recording of brain activity. Since all MEG images require an MRI to determine source locations underlying the MEG signal, the combined modality would give a precise registration of the two images; the combination of MEG with high-field MRI can produce registration errors as large as 5 mm. The use of multiple sensors for ULF MRI increases both the SNR and the field of view. Chapter 6 describes another potentially far-reaching application of ULF MRI, namely neuronal current imaging (NCI) of the brain. Currently available neuronal imaging techniques include MEG, which is fast but has relatively poor spatial resolution, perhaps 10 mm, and functional MRI (fMRI) which has a millimeter resolution but is slow, on the order of seconds, and furthermore does not directly measure neuronal signals. NCI combines the ability of direct measurement of MEG with the spatial precision of MRI. In essence, the magnetic fields generated by neural currents shift the frequency of the magnetic resonance signal at a location that is imaged by the three-dimensional magnetic field gradients that form the basis of MRI. The currently achieved sensitivity of NCI is not quite sufficient to realize its goal, but it is close. The realization of NCI would represent a revolution in functional brain imaging. Improved techniques for immunoassay are always being sought, and chapter 7 introduces an entirely new topic, magnetic nanoparticles for immunoassay. These particles are bio-funtionalized, for example with a specific antibody which binds to its corresponding antigen, if it is present. Any resulting changes in the properties of the nanoparticles are detected with a SQUID. For liquid-phase detection, there are three basic methods: AC susceptibility, magnetic relaxation and remanence measurement. These methods, which have been successfully implemented for both in vivo and ex vivo applications, are highly sensitive and, although further development is required, it appears highly likely that at least some of them will be commercialized.

A co-located 3He and 129Xe nuclear spin free precession measurement at sub-μT magnetic field was carried out in a magnetically shielded environment. The uncorrected quotient of the gyromagnetic ratios between neutral 3He and 129Xe atoms is determined to be 2.754 082 81(07), accounting for only statistical error. Our measurement shows that this ratio has a stability of 1.4×10-5/ √τ, demonstrating the ability to reach the current precision limit of the quotient in a 10000 s of averaging time τ. This precision is enough for the next-generation EDM search in neutral 129Xe atoms based on a similar comagnetometer scheme.

In diesem Band wird die Umsetzung individueller Förderung an Ganztagsgymnasien in NRW in den Blick genommen. Neben theoretischen Überlegungen zur Bedeutung der individuellen Förderung und deren Herausforderung für die Gymnasien stehen Erfahrungen und die im Projekt begleiteten Entwicklungsschritte von sieben Projektschulen im Mittelpunkt. Die Berichte der dargestellten Schulen basieren dabei auch auf Daten aus leitfadengestützten Interviews, die mit den jeweiligen Projektbeteiligten im Sommer 2014 geführt wurden. Zudem werden Materialien, die aus den Vorhaben und Konzepterneuerungen der Schulen resultierten, erläutert und zur Anschauung hinzugefügt. Der Band will mögliche Wege und vielfältige Ansätze der individuellen Förderung aufzeigen, um Schulen darin zu ermutigen, sich auf den Weg der Erneuerung zu begeben, und um heutigen sowie künftigen Schülergenerationen sinnvolle und zukunftsbeständige Bildungserfahrungen zu ermöglichen. (Orig.)

Dieser Praxisband enthält Hinweise zur Umsetzung des gebundenen Ganztags am Gymnasium für Schulleitungen. Anhand fünf umfangreicher Prozessberichte von Schulleitungen aus den Ganz-In-Projektschulen wird dargestellt, aus welchem Anlass und welcher Motivation die Umstellung auf den gebundenen Ganztag erfolgen kann, welche Ausgangsbedingungen berücksichtigt werden müssen und wie strukturelle, organisatorische und inhaltliche Planungen vorgenommen werden. Übergeordnet werden zudem Kommunikations- und Abstimmungsprozesse erläutert, die mit Akteuren innerhalb und außerhalb der Schule aufgebaut wurden. Aus den Erfahrungen der Schulleitungen werden Empfehlungen und Herausforderungen im Prozess der Ganztagsschulentwicklung aufgezeigt sowie Hinweise gegeben, die bei der Orientierung und Planung dieses Entwicklungsprozesses nützlich sind. (Orig.)