6. Lazerinės diagnostikos integravimas į švietimą: realūs klasės projektai

6.1 Lazerio mokymas viduriniame STEM ugdyme

Lazerių technologijos mokymas vidurinėse mokyklose suteikia mokiniams galimybę susipažinti su realaus pasaulio fizika, biomedicininėmis taikymo sritimis ir inžineriniu projektavimu. Nors lazeriai dažnai laikomi sudėtingais ar abstrakčiais, daugelis sėkmingų švietimo iniciatyvų parodė, kad jauni mokiniai gali suprasti ir įsitraukti į lazerių principus, kai jie mokomi naudojant praktinius, tyrinėjimu grįstus ir vizualius įrankius.

Tokiomis temomis kaip šviesos elgsena, optinės sistemos ir lazerio sąveika su audiniais buvo nagrinėjamos klasėse per tarpdisciplininius STEAM modulius, apjungiančius biologiją, fiziką ir technologijas. Kai kuriose programose mokiniai kuria paprastas optines sistemas, kad ištirtų atspindį, lūžį ir lazerio išlygiavimą, naudodami saugius mažos galios diodinius lazerius. Kiti dalyvauja simuliacijose, kurios demonstruoja, kaip lazerio šviesa sąveikauja su biologinėmis medžiagomis—ypač pasitelkiant AR arba skaitmenines vizualizacijos priemones.

6.2 Pavyzdys 1: „Šviesa ir gyvenimas“ projektas – Vokietija

Vokietijoje MINT-EC (STEM kompetencijos centras) tinklui priklausančiose mokyklose buvo įgyvendinta teminė programa „Šviesa ir gyvybė“, kuri integravo biologiją, fiziką ir medicinos mokslus 14–18 metų mokiniams. Mokiniai susipažino su žmogaus akimi ir diagnostinio vaizdinimo technologijomis, eksperimentuodami su mažos galios lazeriais ir lęšiais, kad imituotų optinę koherentinę tomografiją (OCT). Jie taip pat tyrė, kaip šviesa prasiskverbia į biologinius audinius, kurdami želatinos fantomus su įvairiomis medžiagomis (simuliuojančiomis auglius ar kraujagysles) ir naudodami raudonus lazerinius žymeklius sklaidos ir absorbcijos stebėjimams.

Projektas baigėsi mokinių pristatymais, kuriuose jie siūlė savo pačių biologija įkvėptus vaizdinimo įrankius, susiedami optikos žinias su realiais sveikatos priežiūros iššūkiais. Kai kurios mokyklos naudojo CoSpaces Edu, kad mokiniai galėtų simuliuoti šiuos prietaisus papildytoje realybėje (MINT-EC, 2022).

6.3 Pavyzdys 2: BIOS4You projektas – lazerinės regos simuliacija papildytoje realybėje

BIOS4You Erasmus+ projekte dalyvavo studentai iš kelių Europos šalių, kurie mokėsi moduliuose, naudojančiuose papildytąją realybę tam, kad ištirtų, kaip gyvūnai suvokia šviesą ir kaip šios žinios pritaikomos lazerinės diagnostikos srityje. Vienas iš modulių buvo skirtas mantišvytės poliarizuotam regėjimui: mokiniai stebėjo gyvūno 3D modelį, o vėliau perėjo prie virtualios simuliacijos, kurioje buvo demonstruojamas poliarizacijos pagrindu veikiantis vėžio aptikimo įrankis.

Studentai sužinojo, kaip poliarizuota lazerio šviesa naudojama atskirti vėžinius audinius nuo sveikų, sąveikaudami su virtualiomis diagnostikos sąsajomis, reguliuodami lazerio bangos ilgius ir interpretuodami spalvomis pažymėtus papildytosios realybės sluoksnius. Ši veikla padėjo paversti abstrakčias biomedicinines sąvokas konkrečiomis, taip pat pademonstravo, kaip bioįkvėpimas pritaikomas realiose technologijose. Mokytojų atsiliepimai parodė, kad pagerėjo mokinių įsitraukimas ir supratimas, ypač tarp vizualiai besimokančiųjų.

6.4 Pavyzdys 3: iLASER – Nacionalinė Airijos fotonikos švietimo iniciatyva

iLASER (Įkvepiantis lazerių pažinimas mokyklose per edukacinius išteklius) iniciatyva, vadovaujama tyrėjų iš Airijos, sukūrė priemonių rinkinį vidurinių mokyklų gamtos mokslų mokytojams, skirtą lazerių fizikos ir taikymų pristatymui. Mokiniai susipažino su elektromagnetiniu spektru, konstravo savo paprastus lazerinius prietaisus naudodami saugias infraraudonųjų spindulių šviesos diodus ir plastikinius optinius elementus, tyrinėjo lazerių saugą, šviesolaidžius ir medicininį vaizdinimą.

Viena iš svarbiausių iLASER mokymo programos dalių buvo „Lazeris medicinoje“ iššūkis, kurio metu mokiniai turėjo sukurti neinvazinį diagnostinį prietaisą. Jie naudojo papildytos realybės (AR) simuliacijas ir skaitmenines schemas, kad sukurtų tokius įrankius kaip dėvimi gliukozės matuokliai ar nekontaktiniai odos vėžio detektoriai. Programa pabrėžė tyrimais grįstą mokymąsi, bendradarbiavimą su bendraamžiais ir realių problemų sprendimą. (iLASER, 2021).

6.5 Mokymosi rezultatai ir pedagoginis poveikis

Šie realaus pasaulio pavyzdžiai parodo, kaip lazerių mokymas gali būti efektyviai integruotas mokyklose, kai jį lydi:

• Saugūs, praktiniai eksperimentai, kurie padeda suprasti lazerius;
• Papildytos realybės (AR) simuliacijos, vizualizuojančios šviesos ir audinių sąveiką;
• Bioįkvėpti užsiėmimai, siejantys gyvybės mokslus su inžinerija;
• Į mokinį orientuoti projektavimo darbai, skatinantys kūrybiškumą ir problemų sprendimą.

Tyrimai rodo, kad fizinio manipuliavimo (pvz., lęšiai ir lazeriai) derinimas su skaitmeniniu papildymu (pvz., AR sluoksniai) lemia geresnį sąvokų įsisavinimą ir didesnę motyvaciją (Bacca ir kt., 2014; De Miguel & Martínez, 2023). Šios programos taip pat skatina mokinius svarstyti STEM karjeras, įskaitant medicinos fiziką, biomedicinos inžineriją ir fotoniką.