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Going digital: virtuelle Mikroskopie in der Bildung | Praktische Beispiele während der Pandemie, Vorteile und neue Möglichkeiten


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Die Mikroskopie ist im Wandel

Die digitale Mikroskopie revolutioniert die Art und Weise, wie wir an die Lehre herangehen. Sie schafft enorme Möglichkeiten für verschiedene Anwendungen im Bereich der Biowissenschaften. Studenten lernen jetzt auf digitalem Wege Schlüsselkompetenzen innerhalb ihres Fachgebiets, Fähigkeiten, die in ihrer beruflichen Umgebung unerlässlich sein werden! Traditionelle Lern- und Lehrmethoden werden immer noch angewendet, aber sie werden durch das Aufkommen und die Einführung der virtuellen Mikroskopie in Biologie und Medizin allmählich abgelöst. Warum ist die digitale Mikroskopie also so wichtig für die Ausbildung? Ist es die Zukunft der Mikroskopie? Dies sind einige der Fragen, die immer wieder auftauchen, wenn der Begriff "Digitale Mikroskopie" geäußert wird. Die nächste Generation von Fachleuten aus Medizin und Biowissenschaften sind bereits alle im digitalen Zeitalter aufgewachsen, die Technologien zur Mikroskopie sind jedoch immer noch analog.

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Studenten bevorzugen digitale Mikroskope gegenüber konventionellen Mikroskopen

Traditionell erhalten Studenten und Postgraduierte ihre gesamte Ausbildung über Lehrbücher, Vorlesungen und den Gebrauch eines konventionellen Mikroskops innerhalb eines Labors. Diese Art des Lernens und Lehrens ist weniger effektiv und effizient als digital gestützte Lehrkonzepte. Am Medical College von Wisconsin wurde eine Studie durchgeführt, in der Medizinstudenten der ersten Semester, die ein virtuelles Mikroskop benutzt haben, gebeten wurden, an einer Umfrage über die Verwendung des virtuellen Mikroskops teilzunehmen. Die Umfragezahlen waren außerordentlich aufschlussreich. Die Studenten wurden gebeten, die Gesamteffektivität des virtuellen Mikroskops für das Lernen subjektiv einzuschätzen. Dabei bewerteten 98,5% die Effektivität des virtuellen Mikroskops für das Lernen als ausgezeichnet oder gut. Eine weitere Frage der Erhebung beschäftigte sich damit, ob die Studenten das Lernen über das virtuelle Mikroskop dem Lernen mit dem Lichtmikroskop vorziehen. Auch hier sprachen die Ergebnisse eindeutig für das virtuelle Mikroskop. 96,6% der Studenten stimmten zu oder stimmten stark zu, das Lernen über das virtuelle Mikroskop zu bevorzugen. [1] Das Ergebnis ist nicht überraschend, da die Studenten heute so genannte "Digital Natives" sind, d.h. sie verwenden in ihrem Alltag selbstverständlich und ständig digitale Geräte.

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Digital ist die Kommunikation über die Studieninhalte viel unmittelbarer und präziser

Die digitale Mikroskopie birgt sowohl für Studenten als auch für Dozenten viele Vorteile. Wenn Lehrende oder Pädagogen über die richtigen Werkzeuge verfügen, um erfolgreich zu unterrichten, kann der Unterricht zu einem Erlebnis für alle werden. Der Unterricht wurde in der Regel mit traditionellen Lichtmikroskopen durchgeführt. Die Dozierenden hielten ihre Vorträge über wissenschaftliche Themen und die Studierenden betrachteten die Proben dann durch ihr individuelles Lichtmikroskop. [2] Wenn man sich dieses Szenario nun vorstellt, kann man sich eine Vielzahl an Problemen vorstellen. Zum Beispiel, kann nur jeweils ein Student durch das Okular eines traditionellen Mikroskops schauen, und der Dozent hat keine Möglichkeit, zu sehen, was genau die Studierenden betrachten. Stellen Sie sich nun vor, der Kurs hätte Zugang zu digitalen Bildern. Die Lehrmethode würde eine 180-Grad-Wende vollziehen:

  • Jeder kann die gleiche virtuelle Probe ansehen und daher über die gleiche Sache sprechen
  • Jeder kann die gleichen wichtigen Abschnitte und "Ereignisse" auf der Probe schnell finden
  • Die Studenten können sich darauf konzentrieren, dem Dozenten zuzuhören, anstatt krampfhaft in ihre Okulare zu schauen
  • Der Dozent kann den Studierenden in der Präsentation wichtige Details direkt zeigen

Wie können digitale Proben die Qualität und Konsistenz des Lehrmaterials erhöhen?

Mit Hilfe der digitalen Mikroskopie kann das Kursmaterial standardisiert werden. Die Studierenden sind so in der Lage, die gleichen Inhalte zu sehen. Es gibt keine Diskrepanzen mehr in der Probengüte. Jeder Student hat die gleichen Lernmöglichkeiten und die gleiche Qualität der Ausbildung. Durch die vollständige Erfassung der Probe in digitaler Form und den damit einhergehenden Bearbeitungsmöglichkeiten, ist es auch viel leichter Abschnitte zu vergleichen, zu messen und mit stufenlosem Zoom alle Ebenen der Probe zu betrachten. Dadurch kann der Kurs viel komplexere Fälle bearbeiten. Die Studierenden können die gleichen Bilder sehen und auf eine Weise zusammenarbeiten, wie sie es vorher nie konnten. Dieses kollaborative Lernen ebnet den Weg zu einem tieferen Verständnis des Materials sowie zu einer langfristigen Bindung. [3] Die Hauptvorteile in Bezug auf die Qualität sind also:

  • Standardisiertes Kursmaterial und Folien
  • Sehr hohe Bildqualität
  • Komplexe Beispiele können sehr eindrucksvoll gezeigt werden
  • Hohe Informationstiefe der digitalen Proben
  • Anmerkungen, Messungen können direkt in der Probe vorgenommen und für später gespeichert werden

Welche neuen Möglichkeiten eröffnen mikroskopische Datenbanken und Cloud-Services?

Die virtuelle Mikroskopie hat sich bereits als Werkzeug für die Lehre etabliert. Neue Systeme und Software für das Scannen von Objektträgern werden weltweit entwickelt und implementiert. Die Universitäten sind mehr denn je bereit, die Lehrmethoden der virtuellen Mikroskopie zu übernehmen. Virtuelle Objektträger bieten unzählige Vorteile gegenüber traditionellen Glasobjektträgern. Herkömmliche Objektträger aus Glas können leicht zerbrechen und mit der Zeit sogar ihre Färbequalität verlieren. Virtuelle Objektträger hingegen können sicher archiviert werden, und die Färbequalität bleibt dauerhaft erhalten. [4] Virtuelle Objektträger können im praktischen Unterricht eingesetzt werden, und die Studenten können jederzeit und überall darauf zugreifen. Der Bedarf an Proben verringert sich drastisch. So müssen in einem Kurs nicht mehr 100 möglichst gleiche Proben für jeden Studierenden gefunden werden, sondern eine digitale Probe kann von allen gleichzeitig verwendet werden. Steht die Datenbank einmal kann sie immer wieder verwendet und geteilt werden. Das hat auch zur Folge, dass die Vor- und Nachbereitung der Kurse viel einfacher und schneller wird. Eine Datenbank mit virtuellen Objektträgern kann also vielfältige akademische Anforderungen erfüllen:

  • Mikroskopische Hausaufgaben möglich
  • Senken Sie den "Betreuungsschlüssel" für den Kurs
  • Digitale Prüfungen
  • Durch den Aufbau interner Datenbanken können DozentenInnen auf alte Mustersammlungen zurückgreifen
  • Dank der Cloud müssen die Aufnahmen nicht nachträglich für die Praktikanten vorbereitet werden (für Protokolle usw.)

Die Studenten haben vollständigen Zugang zu den vom Lehrer bereitgestellten virtuellen Folien, der so auch jederzeit ein virtuelles Klassenzimmer einrichten kann. Studierende, die die virtuelle Datenbank nutzen, können potenziell Zugang zu virtuellen Folien, Kursinformationen, Multimedia-Inhalten, vorab kommentierten Fällen und sogar digitalen Prüfungen haben.

Wie eine Gruppe von Medizinstudenten in den Niederlanden die virtuelle Mikroskopie nutzte, um der Corona Quarantäne zu trotzen

Gerade in schwierigen Zeiten von COVID-19, ist die digitale Mikroskopie auf dem Vormarsch. Während der Pandemieabwehr verlagert sich alles zunehmend in den digitalen Bereich. Der Versuch die Infektionskurve durch Social-Distancing abzuflachen, haben den Bedarf an digitalem Unterricht in den letzten Monaten exponentiell ansteigen lassen. Die Universitäten wurden mit einem neuen Problem konfrontiert, nämlich mit der Frage, wie man Studenten weiterhin unterrichten kann, während man sich in einem globalen Lockdown befindet. Die einzige Möglichkeit, dieses massive Problem zu lösen, besteht darin, digital zu lehren oder gar nicht. Glücklicherweise haben viele Universitäten begonnen, digitale Lehrmethoden einzuführen. Dies ist besonders wichtig für Studierende der Medizin und Biologie. Sie sehen sich regelmäßig Proben in Labors an, um sich mit den Themen vertraut zu machen, die in ihrem Beruf fundamental sein werden. Auch Personen, die sich weiterbilden möchten, wie z.B. Assistenzärzte, haben keine Möglichkeit, Proben real zu betrachten. Die Erschaffung eines virtuellen Klassenzimmers ist eine einfache Möglichkeit, diese Probleme zu lösen. Eine Gruppe von niederländischen Medizinstudenten in der Facharztausbildung wurde mit einem solchen Problem konfrontiert. Es gab keine Möglichkeit, sich weiterzubilden, da sie wegen des COVID-19-Virus nicht in ihrem Labor arbeiten durften. Sie beschlossen,digital zu arbeiten und eine digitale Datenbank erstellen zu lassen. Die von PreciPoint implementierte digitale Datenbank ermöglichte es ihnen, trotz der Existenz von COVID-19 kollektiv zusammenzuarbeiten und ihre Ausbildung fortzusetzen. Die Mitarbeiter, die mit der PreciCloud (cloudbasierte Plattform) weiter lernen konnten, waren von der Bildqualität und der Benutzerfreundlichkeit der Plattform sehr beeindruckt. Sie hatten mehrere Sitzungen, an denen Kollegen aus den ganzen Niederlanden teilnehmen und gemeinsam lernen konnten. Dies ist ein Beispiel, wie das Einrichten einer digitalen Lernplattform Medizinstudenten und sogar Assistenzärzten, die ihre Aus- und Weiterbildung fortsetzen müssen, wirklich helfen kann. Die Pandemie hat die Welt verändert, den Bedarf an digitaler Mikroskopie unter Universitäten, Fachleuten, Forschern usw. hat sie jedoch verstärkt und damit wie in vielen Bereichen als Digitalisierungstreiber fungiert.

Die digitale Mikroskopie ist ein wichtiges neues Lehrmittel, eine pädagogische Bereicherung und eine bemerkenswerte Verbesserung in der Art und Weise, wie mikroskopische Lehre gestaltet werden kann. Sie bietet sowohl den Studierenden, als auch den Dozenten ungeahnten Komfort. [5] Die virtuelle Mikroskopie wird die medizinische und biologische Ausbildung revolutionieren und mehr Möglichkeiten außerhalb des Unterrichts im Klassenzimmer schaffen. Dazu werden vor allem die rasanten Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz beitragen. Die digitale Mikroskopie wird dann zur Grundvoraussetzung für die Teilnahme am technologischen Fortschritt.

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Dieser Artikel wird Ihnen von PreciPoint zur Verfügung gestellt. Seit 1982 beschäftigen wir uns mit der Automatisierung und Digitalisierung von Mess- und Positioniertechnik. In dieser Zeit haben wir mehr als 15.000 Systeme in Betrieb genommen. Unsere Mission ist es, die Mikroskopie zu digitalisieren und modernste Arbeitsabläufe für jedermann zugänglich zu machen. Wir glauben, dass Werkzeuge zur Inspiration und Ausbildung neuer Generationen von Wissenschaftlern nicht hinter den Technologien zurückbleiben sollten, die wir alle in unserem Privatleben benutzen, wie das Smartphone oder den Computer. Das bedeutet nicht eine Vereinfachung im Sinne primitiverer Technologien zu betreiben, sondern Produkte zu entwerfen, die beste Optik und höchste Präzision mit benutzerfreundlicher, intuitiver und leistungsstarker Software verbinden.

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Referenzen:

[1] Krippendorf, B. B., &Lough, J. (2005). Vollständiger und schneller Wechsel von der Lichtmikroskopie zur virtuellen Mikroskopie für die Lehre der medizinischen Histologie. Die Anatomische Akte Teil B: Der neue Anatom, 285B(1), 19-25. doi: 10.1002/ar.b.20066

[2] Sagun, L., & Arias, R. (2018). Digitale Pathologie: Ein innovativer Ansatz in der medizinischen Ausbildung. Philippinische Zeitschrift für Pathologie, 3(2), 7-11. doi: 10.21141/pjp.2018.009

[3] Oviedo, A. (2018, 19. April). Abgerufen vonhttps://digitalpathologyassociation.org/blog/pathology-teaching-in-the-digital-world-lamborghini-or-horse-and-carriage/

[4] Triola, M. M., & Holloway, W. J. (2011). Erweiterte virtuelle Mikroskopie für die kollaborative Ausbildung. BMC Medizinische Ausbildung, 11(1). doi: 10.1186/1472-6920-11-4

[5]Krajci,Dimitrolos&Pospísilová, E &Cernochová, Drahomíra. (2011). Methoden der Anwendung von Virtuellen Schnitten im praktischen Unterricht der modernen Histologie.

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Letzte Änderungen: 18.06.2019


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