Innovative Lehre in Corona-Zeiten mit High-Tech-Mikroskopen

Während der Coro­na-Pan­demie war die prak­tis­che Lab­o­rar­beit sehr eingeschränkt. Am Cen­ter for Advanced Imag­ing (CAi) der Hein­rich-Heine-Uni­ver­sität Düs­sel­dorf (HHU) wer­den erfol­gre­ich Remote-Schnittstellen einge­set­zt, damit Studierende die Bedi­enung mod­ern­er Mikroskope und die Auswer­tung der gewonnenen Bilder erlernen.
Das Team am CAi bringt Studieren­den näher, wie sie mit mod­er­nen Mikroskopen, vor allem kon­fokalen Laser­scan­ning­mikroskopen, arbeit­en kön­nen. Die Studieren­den benöti­gen diese Ken­nt­nisse, um später selb­st­ständig Proben aus Biolo­gie, Medi­zin, Chemie oder Physik unter­suchen zu kön­nen. Eben­falls müssen sie ler­nen, die Proben vorzu­bere­it­en, die gewonnenen Mikroskopauf­nah­men auszuw­erten und die großen Daten­men­gen – oft Dutzende bis Hun­derte Giga­byte pro Bild – zu verwalten.
Doch wie geht dies alles in Coro­n­azeit­en, wenn auf­grund von Abstands­ge­bot und Per­so­nen­zahlbe­gren­zung nicht mehr ein Dutzend Studierende im Labor exper­i­men­tieren dür­fen? Das Team des CAi set­zt für die Lehre seit dem Som­merse­mes­ter 2020 eine Remote-Schnittstelle ein, mit deren Hil­fe Studierende von zuhause aus die hochkom­plex­en Geräte fern­s­teuern können.
Ein Betreuer sitzt dann im Labor vor dem Mikroskop, die Studieren­den sind mit ein­er speziellen Soft­ware auf den Bedi­enungscom­put­er des Mikroskops aufgeschal­tet. In der gle­ichzeit­ig laufend­en Videokon­ferenz erläutert der Betreuer Gerät und Bedi­en­soft­ware, wie eine Probe vor­bere­it­et wer­den muss und wie von ihr schließlich gute Auf­nah­men gemacht und diese aus­gew­ertet wer­den können.

„Es ist erstaunlich, dass die Studieren­den über 90 Prozent dessen remote machen kön­nen, was mit dem Mikroskop möglich ist. Ich muss natür­lich vor Ort die Probe prä­pari­eren und das Bild grob suchen und ein­stellen; die großen Schrauben am Mikroskop funk­tion­ieren noch nicht per Fernbedienung.“
— Dr. Sebas­t­ian Hän­sch, Mitar­beit­er und Prak­tikums­be­treuer am CAi

Eben­falls kön­nen und sollen sich die Studieren­den während der Arbeit miteinan­der berat­en und aus­tauschen, damit sie sich selb­st Lösungswege erar­beit­en. Dies ist durch die Videokon­ferenz möglich, während der­er die Studieren­den gle­ichzeit­ig das virtuelle Bedi­enungspult des Mikroskops sehen. Zwar kann nur ein­er gle­ichzeit­ig die Kon­trollen aktiv bedi­enen, die Kom­mili­tonin­nen und Kom­mili­to­nen kön­nen aber wichtige Hin­weise geben, indem sie ihren Mauszeiger an die richtige Stelle auf dem Bild­schirm lenken.
Die dig­i­tale Tech­nik hat aber auch ihre Gren­zen, wenn Studierende das Mikroskopieren ler­nen sollen. Es fehlt das hap­tis­che Ele­ment. Hän­sch: „Um den Studieren­den hier­für einen Ein­druck zu ver­mit­teln, haben wir ihnen sehr ein­fache ‚Fold­scopes‘ aus Pappe und Kun­st­stoff mit nach­hause geben, die sie dort zusam­men­bauen und ein­fache Exper­i­mente machen kon­nten.“ Sie haben auch Prä­pari­er­flüs­sigkeit­en und Glas­träger bekom­men, so dass sie die Arbeitss­chritte üben kon­nten, um eine Probe mikroskopier­fähig zu machen.
Einige für den Kurs entwick­elte Ele­mente wer­den auch beibehal­ten wer­den, wenn dem­nächst die Kurse wieder in Präsenz möglich sind. Dazu Dr. Hän­sch: „Über die Onli­neschnittstelle ist es viel ein­fach­er, dass bei größeren Grup­pen alle Teil­nehmenden jeden Arbeitss­chritt am Gerät gle­ich gut beobacht­en kön­nen. Wenn dage­gen ein Dutzend Studieren­der vor einem einzel­nen Gerät im Labor sitzt, sehen diejeni­gen in der let­zten Rei­he kaum, was vorne passiert.“ Für das Mas­ter­mod­ul erhiel­ten Dr. Ste­fanie Wei­dtkamp-Peters, Geschäfts­führerin des CAi, und Prof. Dr. Yvonne Stahl im Jahr 2020 den Lehrpreis der HHU. Teile des Preis­geldes kon­nten sie nun ein­set­zen, um dieses neue inno­v­a­tive Online-Lehrkonzept tech­nisch umzusetzen.
Dr. Ste­fanie Wei­dtkamp-Peters ergänzt: „Die für die Lehre einge­set­zte Tech­nik nutzen wir auch in der Forschungsar­beit am CAi. Hierüber kön­nen unsere Mikroskopie­ex­perten von ihrem Schreibtisch aus andere Nutzer an den Geräten unter­stützen, wie sie die besten Auf­nah­men machen können.“