IPN-Versuch "magnetische Herzmessung"

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Nachdem die Schülerinnen und Schüler in den ersten beiden Teilen der Veranstaltung Informationen zu Arbeit und Studium an der Technischen Fakultät erhalten haben, haben sie im dritten Teil der Veranstaltung die Möglichkeit, an ihrer Schule das Erlebte zu reflektieren und zu vertiefen. Hierfür sollten sie möglichst einen Vormittag Zeit haben. Nach einer Reflexionsphase bekommen die Jugendlichen die Möglichkeit, selbst aktiv zu werden und sich experimentell mit magnetoelektrischer Sensorik im medizinischen Bereich auseinanderzusetzen.

Der medizinische Kontext, in dem der Versuch angesiedelt ist, dient dazu, einerseits die Relevanz der untersuchten Sensoren zu verdeutlichen und damit das Interesse der Schülerinnen und Schüler zu wecken, und andererseits eine Verbindung zum Besuch an der Technischen Fakultät herzustellen: Hier haben die Jugendlichen bereits etwas über Herzmessung mithilfe magnetischer Sensoren erfahren.

Somit ist auch der Versuch an der Schule im Kontext der Herzdiagnostik verortet. Es ist möglich, mit magnetoelektrischen Sensoren das Magnetfeld des Herzens zu bestimmen und damit in bestimmten Fällen frühzeitiger als mithilfe des EKGs Herzfehlfunktionen zu erkennen. In diese Thematik werden die Schülerinnen und Schüler eingeführt, indem sie Vor- und Nachteile der magnetoelektrischen Messmethode erarbeiten. Im Verlauf des Versuchs lernen sie ausgewählte Herzkrankheiten kennen und üben, sie anhand von Signalkurven zu diagnostizieren. Zudem messen sie magnetische Felder mithilfe magnetoelektrischer Sensoren und lernen Mittel kennen, mithilfe derer die gemessenen Signale sichtbar gemacht werden können. Je nach verfügbarer Zeit können die verwendeten Sensoren auch von den Jugendlichen gebaut werden. Bei dem Versuch sind damit die physiologischen Vorgänge des Herzens ebenso von Bedeutung wie die Sensorik, die diese Vorgänge für Mediziner zugänglich macht.

Der beschriebene Versuch entstand in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Pädagogik der Naturwissenschaften und Mathematik (IPN) und dem SFB 1261, einem Sonderforschungsbereich, der in Kiel verortet ist und an der Schnittstelle zwischen Medizin und Technik an magnetoelektrischen Sensoren forscht – unter anderem, um langfristig die Methoden der Herzdiagnostik zu verbessern.

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Nachdem ihr an der technischen Fakultät in viele Bereiche der Forschung hineinschnuppern konntet, habt ihr im dritten Teil der Veranstaltung die Gelegenheit, einen Forschungsbereich der DSS-Arbeitsgruppe näher zu erkunden. Dieser Forschungsbereich verbindet die Medizin und die Signalverarbeitung miteinander. Unter anderem wird hier an einem Sensor geforscht, der durch die Messung von Magnetfeldern des Herzens die Diagnostik von Herzerkrankungen verbessern soll. Wie und warum das funktioniert, wird euch in einem Video erklärt, damit ihr danach selbst eine solche magnetische Herzmessung durchführen könnt. Die gemessenen Herzsignale könnt ihr anschließend mit einem Echtzeit-Verarbeitungsprogramm (KiRAT) verarbeiten und mithilfe eines Diagnoseleitfadens interpretieren.

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Übersicht zum Schülerversuch in der schulischen Nachbereitung des TF-Besuchs

Was die Schülerinnen und Schüler tun:

• Ansehen eines Video über elektrophysiologische Vorgänge des Herzens und Funktionsweisen kardiologischer Diagnoseverfahren (EKG und MKG)
• Durchführung einer Magnetfeldmessung eines Modellherzens
• Echtzeit-Bearbeitung der gemessenen Signale mithilfe eines authentischen Signalverarbeitungsprogramms
• Diagnose ausgewählter Herzkrankheiten anhand der gemessenen und bearbeiteten Signalkurven

Welche Materialien sie dafür bekommen:

• Ein Video, in dem Informationen über elektrophysiologische Vorgänge des Herzens und kardiologische Diagnoseverfahren (EKG und MKG) anschaulich erklärt und in den Kontext der Forschung an der TF eingebettet werden
• Einen Herzsimulator (Torso mit einem Herzmodell), der auf Knopfdruck magnetische Felder verschiedener Herzkrankheiten generiert und ein Sensorauslesesystem, das mit Windows-Laptops kompatibel ist
• Eine schülergerechte Version eines authentischen Echtzeit-Signalverarbeitungsprogrammes (KiRAT) der DSS-Arbeitsgruppe der Technischen Fakultät
• Informationen über drei exemplarisch ausgewählte Krankheitsbilder, graphisch und in Textform aufbereitet, inklusive Diagnoseleitfaden

Warum sie das machen:

• Rückbindung an Inhalte des TF-Besuchs und damit eine potentiell längerfristige Wirkung des Besuchs bei den Jugendlichen
• Kontext der Herzdiagnostik als Schnittstelle zwischen Medizin und Technik – medizinische Inhalte dienen als Motivation für technische Themen
• Vertiefte Auseinandersetzung mit den behandelten Inhalten durch die praktische Anwendung des Gelernten

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Hier findet man ein paar unterstützende Materialen, die für Lehrerinnen und Lehrer gedacht sind. Um diesen Bereich einzusehen, benötigen Sie ein Passwort. Bitte setzten Sie sich dazu mit Gerhard Schmidt in Verbindung.

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