Mikrospkopieren mit dem Tablet oder Smartphone und dem Foldscope

Entwi­ckelt von Rebecca Tscheslog und Angela Dager

• Zielgruppe: Sekun­dar­stufe I
• Fächer: Biologie, integriertes Fach Naturwissenschaften
• Themen­ge­biete: Feldun­ter­su­chungen in der Natur z.B. die Teich­fauna, Funkti­ons­weise eines Mikroskops
• Ziel: Schüler:innen erhalten die Möglich­keit direkt vor Ort in der Natur mikro­sko­pi­sche Unter­su­chungen durch­zu­führen; jede:r kann ein eigenes Mikro­skop nutzen.

• Durch die geringen Kosten des Foldscopes (ca. 10€ pro Stück) ist eine günstige 1:1 Ausstat­tung der Schüler:innen möglich. Schüler:innen müssen nicht mehr auf ein freies Gerät warten und die Gefahr, dass sie Ergeb­nisse einfach vonein­ander übernehmen, sinkt [2]. Zudem ist eine Beschä­di­gung weniger problematisch.
• Das Foldscope ist kompakt, leicht, trans­por­tabel und benötigt keinen Strom, wodurch es örtlich unabhängig ist. Dies ermög­licht es Schüler:innen, z.B. mikro­sko­pi­sche Unter­su­chungen außer­halb des Klassen­zim­mers durch­zu­führen und die mikro­sko­pi­sche Welt im Erkun­dungs­kon­text zu entde­cken [2, 3]. Das Foldscope kann so selbst­ge­steu­ertes und aktives Lernen begüns­tigen sowie ein tieferes Verständnis der Biologie fördern [2].

• Es ist einfach zu bedienen und macht eine Benut­zung durch Lehrkräfte und Lernende möglich, die wenig Erfah­rung mit dem Mikro­ko­pieren haben.
• Beim Aufbau werden die feinmo­to­ri­schen Fähig­keiten der Schüler:innen geför­dert [3].
• Das Foldscope ist sehr flexibel. Durch einfachste Anpas­sungen können damit auch eine Polari­sa­ti­ons­mi­kro­skopie oder eine Fluores­zenz­mi­kro­skopie durch­ge­führt werden. Entspre­chende Anpas­sungen des Licht­mi­kro­skops sind im Vergleich dazu relativ aufwendig und erfor­dern von der bzw. dem Benutzer:in tiefgrei­fende Kennt­nisse über den Aufbau eines Lichtmikroskops.
• Eine Projek­tion des Präpa­rats ist ohne Beamer nur mit dem Foldscope und einer Licht­quelle möglich. Nutzer:innen können so das Präparat gemeinsam betrachten.

In Verbin­dung mit einem Smart­phone oder Tablet

• Das Foldscope wird rein magne­tisch mit einem Smart­phone oder Tablet gekop­pelt. Es ist damit nicht abhängig von einem bestimmten Anschluss, einer App oder Bluetooth bzw. einer WLAN-Verbindung.
• Fotogra­fieren und Filmen von mikro­sko­pi­schen Präpa­raten ist in Echtzeit möglich [4] und einfach durch den festen Sitz des Foldscopes am digitalen Endgerät. Das Präparat kann präzise dokumen­tiert werden, was die Überset­zungs­leis­tung, die die Lernenden aufbringen müssen, mildert [5].
• Die Aufnahmen des Präpa­rats können digital weiter­ver­ar­beitet, geteilt und wieder aufge­rufen werden.
• Die digitale Dokumen­ta­tion ist eine Diffe­ren­zie­rungs­mög­lich­keit beim mikro­sko­pi­schen Zeichen. Die Aufnahme kann eine Alter­na­tive darstellen für Schüler:innen, die noch Schwie­rig­keiten beim feinmo­to­ri­schen Zeichnen haben oder als Orien­tie­rungs­hilfe für eine konven­tio­nelle Zeich­nung dienen [6].

Das Foldscope hat eine Vergrö­ße­rung von 140x und eine Auflö­sung von 2 μm. In Verbin­dung mit einem digitalen Endgerät lässt sich mit der Zoom-Funktion eine Vergrö­ße­rung von bis zu 420x errei­chen je nach Leistung der Kamera [7]. Es für die Betrach­tung von mikro­sko­pi­schen Struk­turen wie Zellen, Bakte­rien und einzellige Organismen wie Ruder­fuß­krebse geeignet. Auch größere Dinge wie Insekten oder Gewebe können betrachtet werden. Beispiele, was man alles mit dem Foldscope mikosko­pieren kann, sind auf der sozialen Online-Platt­form Micro­c­osmos zu finden.

Ein Einsatz des Foldscopes scheint in zwei Unter­richts­sze­na­rien beson­ders sinnvoll:

• für mikro­sko­pi­sche Unter­su­chungen außer­halb des Klassen­raums und
• um die Arbeits­tech­niken der Mikro­skopie einzuführen.

Mithilfe des Foldscopes können Schüler:innen den Lebens­raum von Pflanzen und Tieren vor Ort mikro­sko­pisch erkunden, z.B. Larven oder Wasser­flöhe in einem Teich. Dies ist in Klasse 5/6 vorge­sehen [8]. So soll ein Inter­esse und Freude an der Natur geför­dert werden.

Die richtige Handha­bung eines Licht­mi­kro­skops ist komplex und junge Schüler:innen u.U. noch nicht der Lage mit diesem fachgemäß umzugehen [1]. Mit dem Foldscope können auch in Klasse 5 erfor­der­liche feinmo­to­ri­sche Fertig­keiten geför­dert und erste Einblicke in die mikro­sko­pi­sche Welt ermög­licht werden. Die Schüler:innen lernen mit Vergrö­ße­rungs­stufen, Fokus­sie­rung und Beleuch­tung umzugehen.

Es empfiehlt sich in jedem Fall zunächst in einer Doppel­stunde den Aufbau und die Bedie­nung des Foldscopes zu behan­deln (Anlei­tungen im Download­be­reich). Die Lernenden sollten zuerst die Kompo­nenten des Foldscopes benennen und ihre Funkti­ons­weise verstehen.

Für den Aufbau

• Das Foldscope muss nach Liefe­rung einmalig zusam­men­ge­baut werden, danach bleibt es einsatz­be­reit. Eine Alter­na­tive ist das Foldscope-Mini, das aufge­baut gelie­fert wird. Das kompak­tere Papier­mi­kro­skop hat die gleiche Auflö­sung und Vergrö­ße­rung, kann aber nicht mit einem digitalen Gerät verbunden werden.
• Der Aufbau dauert ohne Vorer­fah­rung etwa 30 Minuten. Da sich die Bauteile z.T. stark ähneln, ist der Aufbau anhand eines Video-Tutorials einfa­cher (Link zu verschie­denen Anlei­tungen im > Download­be­reich).

Für das Präparieren

• Für das Foldscope gibt es kunst­off­be­schich­tete, wasser­feste Papier­ob­jekt­träger und dünne Aufkleber als Deckgläs­chen (Link zu einem Video im > Download­be­reich), aber auch normale Glasob­jekt­träger und Deckgläs­chen können verwendet werden.
• Deckgläs­chen müssen an den Seiten mit Klebe­band fixiert werden, um ein Verrut­schen beim Einlegen in das Foldscope zu vermeiden. Bruch­ge­fahr beim Entfernen beachten! (Link zu einem Video im > Download­be­reich).
• Bei Trocken­prä­pa­raten, wie Salzkris­tallen empfiehlt sich eine Nutzung der Deckglasauf­kleber, um Bewegungen der Probe beim Einlegen und Bewegen des Foldscopes zu verhindern.
• Statt der Deckglasauf­kleber kann auch Klebe­band verwendet werden, das jedoch durch seine Beschaf­fen­heit die Bildqua­lität beeinträchtigt.
• Auch bei der Verwen­dung von Deckglasauf­kle­bern ist die Struktur dieser erkennbar. Das Bild ist bei der Nutzung von Glasob­jekt­trä­gern mit Deckglä­sern klarer.
• Die Haftfä­hig­keit der Deckglasauf­kleber lässt bei Flüssig­keiten, wie organi­schen Lösungs­mit­teln nach. Wasser beein­träch­tigt diese nicht.
• Für Feucht­prä­pa­rate können die Abstands­ringe oder Mikro­ti­ter­ob­jekt­träger verwendet werden, da diese eine Vertie­fung bilden, was ein Auslaufen verhindert.
• Abstands­ringe verwenden, wenn bspw. größere Organismen wie Wasser­flöhe mikro­sko­piert werden sollen, damit diese nicht zerdrückt werden (Link zu einem Video im > Download­be­reich).

Für das Mikroskopieren

• Die Probe am besten direkt schon beim Einlegen des Objekt­trä­gers über der Linsen­öff­nung positio­nieren, sodass weniger Nachjus­tieren notwendig ist.
• Eine schär­fere Fokus­sie­rung der Probe kann auch durch Biegen des Foldscopes erreicht werden [9].
• Durch die hellere Beleuch­tung einer Smart­phone- oder Tablet-„Taschenlampe“ sind u.U. die Farben kontrast­rei­cher und das Präparat besser zu erkennen.

Für die Nutzung mit Smart­phone oder Tablet

• Hat das Smart­phone oder Tablet mehrere Kamera-Linsen, muss die „Haupt­linse“ identi­fi­ziert werden indem man den Finger dicht über die Linsen führt. An der Linse, wo der Finger das Bild verdeckt, wird das Foldscope mit einem Magneten angebracht.
• Ggf. muss vor dem Anbringen des Foldscopes die Hülle des digitalen Geräts entfernt werden, da sonst durch den Abstand zwischen Linse und Magneten kein klares Bild erscheint.
• Zum Fokus­sieren und Verschieben des Präpa­rats ist es einfa­cher beide Hände zu benutzen. Wenn das Foldscope mit einem digitalen Gerät gekop­pelt ist, muss man dafür das Foldscope samt digitalem Gerät ablegen. Das digitale Gerät liegt dann nicht plan und instabil auf dem Unter­grund. Zudem wird Druck auf den Fokus­me­cha­nismus ausgeübt. Lösung: Das Smart­phone oder Tablet mit Hilfe eines Stativs senkrecht aufstellen oder das digitale Gerät auf ein dickes Buch legen, sodass das Foldscope über die Buchkante heraus­ragt (Details in der Schritt-für-Schritt-Anlei­tung für die Bedie­nung im > Download­be­reich).
• Das Bild auf dem digitalen Gerät kann flackern, wenn das Foldscope mit einer Kamera­linse, die magne­ti­sche Kompo­nenten besitzt, verbunden wird [10]. Das Gerät kann heiß werden.

Für das Projizieren

• Mit der stärkeren Smart­phone- oder Tablet-Lampe als Beleuch­tung, ist das proji­zierte Bild des Präpa­rats kontrast­rei­cher und schärfer als mit dem LED-Modul. Für eine klare Projek­tion mit dem Smart­phone bzw. Tablet kann man 20 bis 50 cm weit entfernt von der Wand stehen. Das Bild hat bei 20 cm Abstand einen Durch­messer von ca. 40 cm.
• Ist das Foldscope mit einem Smart­phone oder Tablet gekop­pelt, kann dieses auch mit einem Beamer (sofern vorhanden) verbunden werden, um das Präparat im Plenum betrachten zu können. Die Bildqua­lität ist dabei höher. Das gemein­same Betrachten im Plenum hilft insbe­son­dere unerfah­renen Schüler:innen beim Deuten des Gesehenen [1].