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Ziel von Statistikkursen an Universitäten ist es, den Studierenden statistische Kompetenz als Grundlage des
wissenschaftlichen Arbeitens zu vermitteln. Trotzdem verlassen Studierende diese Kurse teilweise mit statistischen Fehlkonzepten und können das Gelernte in Studium und Praxis nicht anwenden. Zudem bereiten den Studierenden hohe Statistikangst und ein geringes Interesse an Statistik als Teil ihres Studienfachs Probleme.
In der vorliegenden Arbeit geht es um die Frage, wie Statistikkurse zu Studienbeginn gestaltet sein sollten, um die statistische Kompetenz der Studierenden besser zu fördern. Dabei wird davon ausgegangen, dass für statistische Kompetenz neben kognitiven Voraussetzungen in Form von gut vernetztem und in Schemata gespeichertem Wissen in Statistik und anderen Bereichen, auch motivationale Voraussetzungen notwendig sind. Als zentrale motivationale Voraussetzung werden dabei Kompetenzüberzeugungen in Statistik aufgefasst. Solche Kompetenzüberzeugungen zeigen nicht nur kurz- und langfristige Zusammenhänge zur Leistung, sondern stehen auch mit anderen motivationalen Konstrukten wie Angst oder Interesse in Verbindung. In der folgenden Arbeit wurden zwei Untersuchungen durchgeführt, welche auf die Bedeutung dieser Kompetenzüberzeugungen bei der Entwicklung und Förderung der statistischen Kompetenz in Statistikkursen fokussierten.
Die erste Untersuchung befasste sich damit, ob Kompetenzüberzeugungen zu Beginn eines Statistikkurses mit Lernverhalten und Leistung zum Ende des Kurses zusammenhängen. Dabei interessierte vor allem, ob a) eine besonders hohe oder eine besonders realistische Überzeugung von der eigenen statistischen Kompetenz zu Kursbeginn von Vorteil ist und b) ob eine Überzeugung von der Veränderbarkeit der statistischen Kompetenz die Einflüsse der anfänglichen Überzeugungen moderieren kann. In der Untersuchung wurden n = 88 Psychologiestudierende in mehreren Statistikkursen zu Beginn und zum Ende eines Semesters befragt. Es zeigte sich, dass eine hohe Kompetenzüberzeugung mit besseren Leistungen einhergeht – während die Kompetenzüberzeugung für bessere Leistungen nicht unbedingt auch realistisch sein muss. Zudem ist eine Überzeugung von der Veränderbarkeit von Kompetenz von Vorteil: sie kann negative Effekte einer geringen Kompetenzüberzeugung zu Beginn des Semesters auf die Leistung kompensieren, führt aber auch bei einer unrealistisch hohen Kompetenzüberzeugung zu besseren Leistungen. In der zweiten Untersuchung wurde analysiert, ob ein nach dem Lehrformat des „Inverted Classroom“ (IC) unterrichteter Statistikeinführungskurs die Kompetenzüberzeugungen und damit verbundene Konstrukte von Statistikangst und Interesse sowie die Leistung von Studierenden fördern kann. Letzteres sollte darauf zurückzuführen sein, dass im Gegensatz zu „traditionellen Vorlesungen“ (TL) im IC Möglichkeiten zur individuellen Anpassung des Kurses an die Voraussetzungen von Studierenden zur Verfügung stehen und die Studierenden so beim Lernen weniger überfordert und motivierter sind. In der Untersuchung wurden n = 27 Studierende ein Semester lang in einem Statistikkurs im IC und n = 43 Studierende in einem Kurs als TL unterrichtet. Eine zusätzliche Kontrollgruppe (KG) von n = 24 Studierenden erhielt keinen Kurs. Die Ergebnisse zeigten, dass Studierende im IC zwar bessere und auch homogener Leistungen erreichen als im TL, dies kann jedoch nicht auf die Überforderung oder Motivation beim Lernen zurückgeführt werden. Auch die Kompetenzüberzeugungen und das Interesse waren im IC deutlich höher. Sowohl im IC als auch in der TL wurde die Statistikangst im Semesterverlauf geringer, während sich in der KG keine Veränderung zeigt.
Zu Beginn der Statistikausbildung sollten infolgedessen Kompetenzüberzeugungen – insbesondere auch die Überzeugung von der Veränderbarkeit statistische Kompetenz – gefördert werden. Dazu sind individualisierte Lehrformate wie der IC geeignet, welche die Entwicklung statistischer Kompetenz und statistischer Kompetenzüberzeugungen ermöglichen. Solche individualisierten Lehrformate können nicht nur in Statistikkursen zu Beginn, sondern auch in Statistikkursen im weiteren Studienverlauf eingesetzt werden.
Zielsetzung: Ziel ist es, populationsbasierte MRT-Referenzwerte für den cervicalen Spinalkanalparameter sowie für die Wirbelkörper zu erheben und ihre Assoziationen zum spinalen Level, Geschlecht, Alter, Körpergröße, Körpergewicht und BMI zu untersuchen.
Material und Methoden: Diese Querschnittstudie basiert auf den Daten von 2453 Probanden im Alter zwischen 21 und 89 Jahren, die im Rahmen der Study of Health in Pomerania (SHIP) zwischen Juli 2008 und März 2011 an einem 1,5-Tesla-Ganzkörper-MRT teilnahmen. In einem standardisierten Verfahren wurden Messwerte der Wirbelsäule von HWK 2 bis HWK 7 in sagittalen T2-gewichteten TSE-Sequenzen erhoben.
Ergebnisse: Die Referenzintervalle für Spinalkanalparameter zeigten geringe Unterschiede zwischen den Geschlechtern. Im Mittel waren die Wirbelkörper bei Männern 2,1 bis 2,2 mm größer als bei Frauen. Alterseffekte waren lediglich für die Wirbelkörpergröße von größerem Ausmaß, hier betrug der Anstieg 0,5 mm über einen 10-Jahres-Unterschied. Effektgrößen der Körpergröße waren nur für den ossären Spinalkanal und der Wirbelkörpergröße von größerem Ausmaß. Die Effektgrößen von Körpergewicht und BMI waren zumeist gering.
Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt zum ersten Mal MRT-Referenzwerte für Spinalkanalparameter in einer erwachsenen, kaukasischen Bevölkerung. Bis auf die Wirbelkörpergröße sind die Assoziationen mit Geschlecht, Alter und Somatometrie meistens gering und haben daher nur geringe klinische Aussagekraft. Manche der beschriebenen diagnostischen Parameter müssen eventuell revidiert werden, weil sie dazu neigen, Risiken für das Individuum zu überschätzen.
In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Doppelmessungen Messabweichungen
beschrieben, die trotz gültiger Qualitätskontrollen auftreten und deren Häufigkeit
bisher nicht transparent darstellbar war. Des Weiteren wurden neue Qualitätsmarker
auf der Basis von Doppelmessungen etabliert, die in Ergänzung zur
Qualitätssicherung zusätzliche Informationen über die analytische Leistungsfähigkeit
von Messverfahren liefern.
Die hier vorgestellten Qualitätsmarker AZ95, d.h. die Weite der A-Zone, bei der 95 %
aller Doppelmessungen innerhalb der A-Zone liegen und der OPM, d.h. die Anzahl
von Messfehlern pro 1000 Doppelmessungen bei einer festgelegten A-Zonen-Weite
von 5 %, dienen dem besseren Vergleich der analytischen Leistungsfähigkeit von
Messverfahren.
Die Kombination der Qualitätsmarker einer AZ95 von maximal 5 % und einem OPM
von maximal 50 wurde in der vorliegenden Studie für drei der neun untersuchten
Analyte, namentlich Calcium, TSH und Cholesterol erfüllt.
Darüber hinaus bietet das Modell der A-Zonen durch die variable Anpassung der AZonen-
Weite die Möglichkeit, individuelle Gütekriterien für einzelne Analyten
festzulegen.
Die hier neu eingeführten Qualitätsmarker stellen eine sinnvolle Ergänzung zur
Bewertung der analytischen Leistungsfähigkeit von Messverfahren dar und
ermöglichen die Berücksichtigung klinischer Anforderungen an ein Messverfahren
und bieten somit auch eine Entscheidungshilfe bei der Auswahl eines neuen
Messverfahrens.
Die vorliegende Arbeit ist im Bereich der parameterfreien Statistik anzusiedeln und beschäftigt sich mit der Anwendung von ordinalen Verfahren auf Zeitreihen und Bilddaten. Die Basis bilden dabei die sogenannten ordinalen Muster in ein bzw. zwei Dimensionen. Der erste Hauptteil der Arbeit gibt einen Überblick über die breiten Einsatzmöglichkeiten ordinaler Muster in der Zeitreihenanalyse. Mit ihrer Hilfe wird bei simulierten gebrochenen Brownschen Bewegungen der Hurst-Exponenten geschätzt und anhand von EEG-Daten eine Klassifikationsaufgabe gelöst. Des Weiteren wird die auf der Verteilung der ordinalen Muster beruhende Permutationsentropie eingesetzt, um in Magnetresonanztomographie (MRT)-Ruhedaten Kopfbewegungen der Probanden zu detektieren. Der zweite Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Erweiterung der ordinalen Muster auf zwei Dimensionen, um sie für Bilddaten nutzbar zu machen. Nach einigen Betrachtungen an fraktalen Oberflächen steht eine automatisierte und robuste Einschätzung der Qualität struktureller MRT-Daten im Vordergrund.
Ergebnisse untersuchter Laborwerte von Patienten werden mit Referenzwerten von Gesunden abgeglichen und anhand vordefinierter Referenzbereiche ausgewertet. Mit Hilfe der damit gegebenen Information, ob sich ein gemessener Wert innerhalb der Norm – dem Referenzbereich – oder außerhalb dessen befindet, werden von Medizinern Diagnosen gestellt, Therapieentscheidungen getroffen oder der Krankheitsverlauf beurteilt. Wie aber entstehen Referenzbereiche? Wer legt sie wie fest und aufgrund welcher Daten? Was ist normal? Diese Fragen werden seit Jahrzehnten kontrovers diskutiert. Das über 25 Jahre alte, bisher größtenteils weltweit als Standard anerkannte Konzept zur Gewinnung von gesunden Referenzindividuen und der Ermittlung von Referenzgrenzen von der Internationalen Föderation für klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (IFCC) wird aus Gründen der schlechten Praktikabilität, eines zu hohen und von kleinen Laboreinrichtungen nicht tragbaren Kosten- und Zeitaufwandes oftmals nicht angewendet. Statt eigene, laborinterne Referenzbereiche zu bestimmen werden externe Referenzgrenzen aus der Literatur oder von anderen Laboratorien übernommen – welche aber nicht die regionale Bevölkerung, wie beispielsweise in ihrer Altersstruktur, repräsentieren. Die von der IFCC befürwortete prospektive Selektion der Referenzpopulation birgt neben diesem bestehenden Um-setzungsdefizit auch das Risiko, dass für in dem Probandenkollektiv unterrepräsen-tierte Subgruppen wie Frauen, Alte und Kinder wegen zu kleiner Stichprobenumfänge gar keine beziehungsweise keine aussagekräftigen Referenzgrenzen bestimmt werden können. Vermutungen wurden geäußert – zum Beispiel seitens der Internationalen Vereinigung für theoretische und angewandte Chemie (IUPAC), dass die von der IFCC anempfohlene statistische Methode der Ermittlung der Referenzbereiche aus den Konfidenzgrenzen der Quantilschätzer speziell für kleine Stichprobengrößen keine sehr zuverlässigen und präzisen Referenzbereiche liefert. Basierend auf diesem Verständnis bestand das Untersuchungsziel darin, den effek-tivsten Ansatz und die zuverlässigste Methode zur Bestimmung von medizinischen Referenzbereichen für labordiagnostische Parameter für alle Subpopulationen – explizit die der Frauen, Kinder und alten Menschen – zu finden, die insbesondere auch auf der Grundlage von kleinen Stichprobenmengen vertrauenswürdige Referenzgrenzen liefern. Zur Erreichung des Untersuchungszieles wurden Vergleiche von ausgewählten, aus der Fachliteratur entnommenen, vorangehend im Detail erläuterten Methoden und Verfahren zur Bestimmung von Referenzbereichen an konkreten Beispielen – an Labordaten von Nieren-gesunden Patienten aus dem Universitätsklinikum Greifswald, die im Jahr 2005 aufgenommen wurden – vorgenommen. Die drei Methoden der Quantilschätzung mit Konfidenzgrenzen laut der IFCC-Richtlinien, der Toleranzschätzung gemäß der IUPAC-Empfehlung sowie der Quantilregression, in Verbindung mit dem retrospektiven Selektionsverfahren für die Gewinnung der Referenzpopulation, wurden bei den drei verschieden großen Stichprobenumfängen N = 40, N = 120 und N = 2.000 angewendet und für 29 nach den biologischen Faktoren Alter und Geschlecht stratifizierten Subgruppen sowie allgemeinen Bezugsgruppen für die drei Nierenparameter Kreatinin, Harnstoff und Natrium berechnet. Die Güte der errungenen Referenzbereiche aus den drei verschiedenen Methoden wurde hinsichtlich der zwei Kriterien Zuverlässigkeit und Präzision bewertet und mit Referenzbereichen aus dem Laborkatalog des Instituts für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin der Universitätsmedizin Greifswald abgeglichen – auch unter Berücksichtigung der ermittelten Alters- und/ oder Geschlechtseinflüsse auf die Referenzgrenzen. Anhand der gewonnenen Forschungsergebnisse konnte die Forschungsfrage wie folgt beantwortet werden: Zur Bestimmung von Referenzbereichen für alters- und geschlechtsunspezifische Laborparameter wie Natrium ist die Methode der parame-terfreien Toleranzschätzung, in Bezug auf eine Kombination mit dem retrospektiven Ansatz zur Gewinnung der Referenzpopulation, als beste Methode zu empfehlen. Zur Bestimmung von Referenzbereichen für alters- und/ oder geschlechtsspezifische Laborparameter wie Kreatinin oder Harnstoff ist die Methode der Quantilregression, in Bezug auf eine Kombination mit dem retrospektiven Ansatz zur Gewinnung der Referenzpopulation, als geeignetste Methode zu empfehlen. Die Methode der Quantilschätzung mit Konfidenzgrenzen nach dem IFCC-Konzept kann aufgrund der erarbeiteten Forschungsergebnisse zur Bestimmung von Referenzbereichen, in Bezug auf eine Kombination mit dem retrospektiven Ansatz zur Gewinnung der Referenzpopulation, nicht empfohlen werden. Beide als empfehlenswert herausgestellten Methoden sind auch für kleine Stichproben ab N = 40 anwendbar.