6. Integration von Laserdiagnostik in die Ausbildung: Praxisnahe Klassenprojekte

6.1 Vermittlung von Lasern im naturwissenschaftlichen Unterricht der Sekundarstufe

Der Unterricht von Lasertechnologie an weiterführenden Schulen bietet Schülerinnen und Schülern einen Zugang zu praxisnaher Physik, biomedizinischen Anwendungen und ingenieurwissenschaftlicher Gestaltung. Obwohl Laser oft als fortgeschritten oder abstrakt angesehen werden, haben viele erfolgreiche Bildungsinitiativen gezeigt, dass junge Lernende Laserprinzipien verstehen und sich damit auseinandersetzen können, wenn sie durch praktische, forschungsbasierte und visuelle Werkzeuge unterstützt werden.

Themen wie das Verhalten von Licht, optische Systeme und die Wechselwirkung zwischen Laser und Gewebe wurden im Unterricht durch interdisziplinäre MINT-Module erforscht, die Biologie, Physik und Technologie verbinden. In manchen Lehrplänen bauen Schülerinnen und Schüler einfache optische Aufbauten, um Reflexion, Brechung und Laserausrichtung mit sicheren, schwachleistungsfähigen Diodenlasern zu untersuchen. Andere beschäftigen sich mit Simulationen, die zeigen, wie Laserlicht mit biologischen Materialien interagiert – insbesondere mit Hilfe von AR- oder digitalen Visualisierungstools.

6.2 Beispiel 1: Projekt „Licht und Leben“ – Deutschland

In Deutschland führten Schulen, die am MINT-EC-Netzwerk (Exzellenz-Center für MINT-Fächer) teilnehmen, eine thematische Einheit mit dem Titel „Licht und Leben“ durch, die Biologie, Physik und Medizin für Schülerinnen und Schüler im Alter von 14–18 Jahren integrierte. Die Lernenden beschäftigten sich mit dem menschlichen Auge und bildgebenden Diagnosetechniken, indem sie mit schwachen Lasern und Linsen experimentierten, um die Optische Kohärenztomographie (OCT) zu simulieren. Außerdem untersuchten sie, wie Licht in biologisches Gewebe eindringt, indem sie Gelatinephantome mit verschiedenen Materialien (zur Simulation von Tumoren oder Blutgefäßen) herstellten und rote Laserpunkte verwendeten, um Streuung und Absorption zu beobachten.

Das Projekt mündete in Schülerpräsentationen, in denen sie eigene, von der Natur inspirierte Bildgebungswerkzeuge vorschlugen und ihr optisches Verständnis mit realen Herausforderungen im Gesundheitswesen verknüpften. Einige Schulen nutzten CoSpaces Edu, um den Schülerinnen und Schülern zu ermöglichen, diese Geräte in AR zu simulieren (MINT-EC, 2022).

6.3 Beispiel 2: BIOS4You-Projekt – Lasersicht-Simulation in AR

Im Rahmen des BIOS4You Erasmus+-Projekts nahmen Schülerinnen und Schüler aus mehreren europäischen Ländern an Modulen teil, in denen Augmented Reality eingesetzt wurde, um zu erforschen, wie Tiere Licht wahrnehmen und wie dieses Wissen in laserbasierte Diagnostik übertragen wird. Eine Einheit konzentrierte sich auf das polarisierte Sehen der Fangschreckenkrebsen, wobei die Lernenden ein 3D-Modell des Tieres betrachteten und anschließend zu einer virtuellen Simulation eines auf Polarisation basierenden Krebsdiagnosewerkzeugs wechselten.

Die Schülerinnen und Schüler lernten, wie polarisiertes Laserlicht verwendet wird, um krebsartiges von gesundem Gewebe zu unterscheiden, indem sie mit virtuellen Diagnoseoberflächen interagierten, Laserwellenlängen einstellten und farbcodierte AR-Überlagerungen interpretierten. Die Aktivität half dabei, abstrakte biomedizinische Konzepte greifbar zu machen und zeigte gleichzeitig die Umsetzung von Bio-Inspiration in reale Technologie. Rückmeldungen von Lehrkräften zeigten eine verbesserte Beteiligung und ein besseres Verständnis, insbesondere bei visuell Lernenden.

6.4 Beispiel 3: iLASER – Irlands nationale Initiative für Photonik-Bildung

Die iLASER-Initiative (Inspiring Laser Awareness in Schools through Educational Resources), geleitet von Forschenden in Irland, entwickelte ein Toolkit für Lehrkräfte der Sekundarstufe, um Laserphysik und deren Anwendungen einzuführen. Die Schüler lernten das elektromagnetische Spektrum kennen, bauten eigene einfache Lasergeräte mit sicheren Infrarot-LEDs und Kunststoffoptiken und beschäftigten sich mit Lasersicherheit, Glasfasertechnik und medizinischer Bildgebung.

Einer der Höhepunkte des iLASER-Lehrplans war die „Laser in der Medizin“-Challenge, bei der die Schüler die Aufgabe hatten, ein nicht-invasives Diagnosewerkzeug zu entwerfen. Sie nutzten AR-Simulationen und digitale Schaltpläne, um Werkzeuge wie tragbare Glukosemonitore oder kontaktlose Hautkrebsdetektoren zu entwickeln. Das Programm legte besonderen Wert auf forschendes Lernen, Zusammenarbeit unter Gleichaltrigen und die Lösung realer Probleme. (iLASER, 2021).

6.5 Lernergebnisse und pädagogische Auswirkungen

Diese Praxisbeispiele zeigen, wie Laserbildung effektiv in Schulen integriert werden kann, wenn sie begleitet wird von:

• Sicheren, praktischen Experimenten, die Laser entmystifizieren;
• AR-Simulationen, die die Wechselwirkung von Licht und Gewebe visualisieren;
• Bio-inspirierten Aktivitäten, die Lebenswissenschaften mit Ingenieurwesen verbinden;
• Schülerzentrierten Designprojekten, die Kreativität und Problemlösekompetenz fördern.

Forschungsergebnisse zeigen, dass die Kombination von physischer Manipulation (wie Linsen und Laser) mit digitaler Erweiterung (wie AR-Overlays) zu einem stärkeren Konzeptverständnis und erhöhter Motivation führt (Bacca et al., 2014; De Miguel & Martínez, 2023). Diese Programme regen Schülerinnen und Schüler außerdem dazu an, über MINT-Berufe nachzudenken, einschließlich Medizinphysik, Biomedizintechnik und Photonik.