Moderne bildgebende Verfahren der medizinischen Diagnostik - ein Weg zu interessanterem Physikunterricht

Aus einer Reihe von Untersuchungen zum Interesse an physikalischen Themen von Schülerinnen und Schülern der Mittelstufe ist bekannt, dass Physikunterricht dann interessanter wird, wenn die Inhalte in einen medizinischen Kontext eingebunden sind. Eine von mir durchgeführte Untersuchung bestätigte diesen Befund auch für die Oberstufe. Um diesem Ergebnis Rechnung zu tragen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Unterrichtseinheiten zu den Themen Röntgen-Computertomographie und Ultraschalldiagnostik für die Oberstufe entwickelt und eine Fülle von geeigneten Unterrichtsmaterialien aller Art bereitgestellt. Ein wesentliches Merkmal der Konzeption war es, die Prinzipien der medizinischen Diagnosesysteme mit Hilfe geeigneter, selbstentwickelter Funktionsmodelle zu demonstrieren und so den Unterricht wirkungsvoll zu unterstützen. Dazu wurde zunächst ein optisches Modell eines Computertomographen konzipiert und realisiert. Ein Laserstrahl durchdringt dabei eine Matrix von absorbierenden Glasbausteinen. Aus den jeweiligen Transmissionen berechnet ein Computer die Verteilung der Bausteine. Die Steuerung und Datenerfassung erfolgt vollautomatisch über ein schulübliches Computerinterface. Das Prinzip des Impuls-Echo-Verfahrens der Ultraschalldiagnostik kann mit einem Modell veranschaulicht werden, welches 10 m s kurze Ultraschallimpulse erzeugt und die Laufzeit als Maß für die Tiefe einer reflektierenden Schicht interpretiert. Mit dem Gerät lassen sich z. B. auch Echos von Knochen im eigenen Körper registrieren und auswerten. Mit einem geeignet angepassten Ultraschall-Entfernungsmesser aus einer Polaroid-Kamera lässt sich außerdem die computergestützte Gewinnung von Querschnittsbildern demonstrieren. Um die Wirksamkeit der Maßnahme im Unterricht beurteilen zu können, wurde in einer vergleichenden Untersuchung nachgewiesen, dass Unterricht zu den Themen Röntgenstrahlung und Wellen bei gleichen fachlichen Inhalten hinsichtlich der Interessantheit des Unterrichts den herkömmlichen Zugängen deutlich überlegen ist. Dieses Ergebnis konnte in einer Reihe von Interviews bestätigt werden. Der Unterricht wird aufgrund des lebensweltlichen Bezugs für die Schülerinnen und Schüler interessanter. Mit Hilfe geeigneter Leistungstests konnte weiterhin gezeigt werden, dass die Leistungen der Schülerinnen und Schüler zumindest nicht schlechter ausfallen als bei traditionellem Unterricht. Der interessantere Unterricht wird also entgegen mancher Befürchtungen nicht durch einen Verlust an „physikalischem Tiefgang “ erkauft. Daneben ergaben sich eine Fülle von Detailergebnissen, die im Rahmen der für die Didaktik der Naturwissenschaften wichtigen „Münchener Interessentheorie “ von Krapp et al. gut zu interpretieren sind. Die Ergebnisse entsprechen insgesamt den Befunden aus einer größeren Untersuchung für die Mittelstufe, die das Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften (IPN) in Kiel, an deren Evaluationskonzept sich meine empirische Untersuchung eng anlehnte, durchgeführt hat.