Könnten iPhones Mikroskope in der frühen MINT-Ausbildung ersetzen?

Der weit verbreitete Besitz moderner Smartphones könnte die Mikroskopie in vielen Klassenräumen der Grund- und Mittelschule zugänglicher und gerechter machen. Laut einer Studie der University of Georgia können iPhone-Kameras in Kombination mit kostengünstigeren Vergrößerungsgeräten eine geeignete Alternative zu herkömmlichen optischen Mikroskopen in Grundschulen sein.

In der Vergangenheit haben Mikroskope eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der frühen MINT-Ausbildung gespielt und Schülern einen Einblick in die Welt der Mikroben gegeben. Allerdings sind viele K-12-Klassenzimmer auf vorhandene optische Mikroskope angewiesen, deren Verfügbarkeit begrenzt ist.

Eric Formo, ein UGA-Forscher und Geschäftsführer von Georgia Electron Microscopy, war von der Erfahrung seiner Tochter mit diesen seltenen Ressourcen motiviert. Gemeinsam begannen sie zu untersuchen, ob ein Werkzeug, das fast jeder von uns in der Tasche trägt, die Antwort sein könnte.

„Durch unsere Forschung haben wir gezeigt, dass wir mit einem sehr kostengünstigen zusätzlichen optischen Gerät in Kombination mit einer Smartphone-Kamera Abbildungslängenskalen erreichen können, die denen eines Schulmikroskops ähneln“, sagte Formo. „Auf diese Weise könnte jedes Kind etwas Zeit haben, all diese Dinge in der natürlichen Welt zu entdecken und zu sehen.“

Formos Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Mikroskopie und Mikroanalyse, erkundete im Unterricht drei Optionen: herkömmliche Mikroskope, eine iPhone-Kamera allein und ein Gerät in Kombination mit einem iPhone-Zubehör. Der Vergleich bewertete die Wirksamkeit jedes einzelnen in Standard-STEM-Projekten der Mittelschule.

Durch die Untersuchung von Alltagsgegenständen wie Stoff oder Haarfasern stellten Evangeline und Eric Formo fest, dass die 3x-Kamera des iPhones in Bezug auf beobachtete Längenskala, Details und Klarheit mit einem 40x-Lichtmikroskop konkurriert. Vergrößerungswerte können irreführend sein, sagte Formo, da sie einfach der Unterschied im Größenverhältnis zwischen der Größe des Bildes und dem beobachteten Objekt sind, wodurch jeder Vergrößerungswert zwischen verschiedenen Plattformen stark schwankt. Bildformen.

Das kombinierte Gerät mit 6-facher Vergrößerung erzeugte Bilder, die mit einem 100-fachen optischen Mikroskop vergleichbar waren, und bot eine verbesserte Auflösung für verschiedene Proben wie Salzkörner und Tonbodenpartikel.

„Das Interessanteste, was wir herausgefunden haben, ist, dass die Kombination aus einem iPhone und einem klappbaren Zielfernrohr der gleichen 100-fachen Standardvergrößerung an einem Schulmikroskop entsprach. Sie hat aber noch mehrere andere Vorteile“, sagte Formo.

„Mit einem iPhone können wir die Bilder, die wir sehen, einfach durch Schnappschüsse aufzeichnen, während die meisten Schulmikroskope nicht an ein Aufnahmegerät angeschlossen sind. Darüber hinaus können wir in beiden Fällen ähnliche Längenskalen und ähnliche morphologische Unterschiede in allen unseren Proben erkennen.“ .

Herkömmliche zusammengesetzte Mikroskope, die üblicherweise in Grundschulen verwendet werden, kosten zwischen 500 und 2.000 US-Dollar pro Einheit. Im Gegensatz dazu kostet die iPhone-Mikroskopbefestigungsfunktion jeweils etwa 10 US-Dollar.

Der iPhone-Ansatz könne auch in einer Vielzahl von Studienthemen eingesetzt werden, sagte Formo, von Biowissenschaften bis hin zu Umweltproben, was seine Vielseitigkeit verdeutliche.

Es gibt jedoch Herausforderungen.

„Die Schärfentiefe des Kombinationsgeräts war etwas schwierig“, sagte Formo und verwies auf die Herausforderung, Objekte innerhalb und außerhalb des Bildes scharf im Fokus zu halten. „Es war eine sorgfältige Platzierung des Sample-Decks erforderlich, um alles im Rahmen zu halten.“

Trotz der Herausforderungen bleiben Smartphones eine vielversprechende Option für Mikroskope in Schulen und könnten die MINT-Ausbildung in Grund- und Mittelschulen revolutionieren. Dieser innovative Ansatz ermöglicht nicht nur mehr Schülern den Zugang zu Bildgebungsplattformen, sondern verbessert auch den Zugang zu Bildgebung für Schulen, die über keine herkömmliche Ausrüstung verfügen.

„Ich hoffe, dass diese Art der Einrichtung in vielen verschiedenen Lernumgebungen verwendet werden kann, da sie für Studenten viel zugänglicher ist“, sagte Formo.