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Definition von "Alternativmethoden"

Oft wird von "Alternativen" zum Tierverbrauch gesprochen. Heute ist es jedoch möglich, die herkömmliche Definition einer so genannten Alternativmethode zu läutern. Entwicklungen in der Technik und in Fragen der Ethik, sowie kreative Beispiele für die Ersetzung tierverbrauchender Methoden in allen biowissenschaftlichen Fachbereichen, machen die Notwendigkeit einer solchen Klärung deutlich. Konkret kann die Definition so genannter "alternativer", tierverbrauchsfreier Lehrmethoden im strengen Sinne ausschließlich solche Methoden umfassen, die den Gebrauch von Tieren vollständig ersetzen; und zugleich so weit gefasst sein, dass sie solche Ansätze einschließt, die neutrale oder Heilbehandlungen einzelner Tiere erlauben. Eine solche Definition geht deutlich über bloße ‚Ersetzung, Reduzierung und Verbesserung' von Tierversuchen (die 3R's: Replacement, Reduction, Refinement), wie von Russell und Burch1 beschrieben, hinaus. Sie ist den Prozessen der Aneignung von Wissen und Fertigkeiten im biowissenschaftlichen Studium deutlich besser angemessen und spiegelt die heutigen Möglichkeiten für einen vollständigen Ersatz wider.

Tierverbrauchsfreie Lehrmethoden sind folglich mehr als "Alternativen". Es sind humane Lehransätze und -methoden, die Tierverbrauch überflüssig machen oder bereits humane Lehrpläne noch bereichern. Meist werden sie kombiniert, um bestimmte Lehrziele zu erreichen und zusätzlich weitere Lerneffekte zu erzielen, die durch Tierversuche nicht möglich wären. Die Lehrmittel und -methoden umfassen:

o Filme und Videos
o Modelle, Phantome und Simulatoren
o Multimediale Computersimulationen
o Ethisch erworbene Tierkadaver und deren Gewebe
o Klinische Behandlung von Tierpatienten und ‚Freiwilligen'
o Studentische Selbstversuche
o In-vitro-Labors 
o Feldstudien

Im Folgenden werden die genannten Arten von tierverbrauchsfreien Lehrmethoden ausführlich beschrieben und deren pädagogische Wirkungen und Potenziale untersucht. Die InterNICHE-Grundsätze zu einzelnen Lehrmethoden und zur Entwicklung und Herstellung neuer Lehrmethoden sind im Anhang ausführlich dargelegt.

Filme und Videos

Filme finden seit jeher breite Anwendung im biowissenschaftlichen Studium, um solche Komponenten des Lehrplans zu vermitteln, die sich gut für eine visuelle Präsentation eignen, zu denen ausführlichere Erläuterungen notwendig sind oder die nur schwer im Unterricht zu zeigen sind. Die meisten Filme sind heute auf Video verfügbar. Viele Videosequenzen sind wiederum in multimedialer Software auf CD-ROM oder DVD integriert.

Moderne Videofilme von hoher Qualität werden an praktisch allen Instituten genutzt und können als visuelle Alternative zu wiederholtem Tierverbrauch eine wichtige Rolle spielen. Gerade für Institute mit begrenzten finanziellen Mitteln können Videofilme eine praktische Möglichkeit sein, Tierversuche und -sezierungen überflüssig zu machen, besonders in Kombination mit anderen kostengünstigen Lehrmethoden. Das - wenn auch passive - Lernen durch Video kann einen guten Hintergrund zum Thema vermitteln und wird oft als unterstützendes Medium in Vorbereitung auf die Arbeit mit anderen tierverbrauchsfreien Methoden angewendet, wie z.B. chirurgische Übungen an Simulatoren oder klinische Arbeit an menschlichen und Tierpatienten.

Videofilme von professionell durchgeführten Sezierungen können den Studenten oft mehr beibringen als sie von selbstdurchgeführten Sezierungen lernen können, sodass dies für die Studenten, die in ihrem Beruf nicht mit Tieren zu tun haben werden, absolut ausreichend ist. Für den kleinen Teil der Studenten, die in ihrem Beruf Sezierungsfertigkeiten benötigen, können Videofilme bereits das nötige Wissen vermitteln, bevor echte Sezierungen an ethisch erworbenen Tierkadavern durchgeführt werden. Videofilme von pharmakologischen und physiologischen Tierversuchen können, genauso wie Software zum gleichen Thema, Vorgänge zeigen, deren ständige Wiederholung an lebenden Tieren ethisch unvertretbar wäre, oder die in der Realität schwierig darzustellen sind. Viele Videofilme enthalten zusätzlich zu Bild- und Tonmaterial auch Grafiken.

Digitale Videos

Die moderne Digitaltechnik bietet neue Möglichkeiten für eine kreative Entwicklung und erhöht das Potenzial der videobasierten Lehrmethoden in Verbindung mit Computersoftware2. Videofilme können einfach und kostengünstig digitalisiert werden. Das Editieren von Digitalfilmen, einschließlich dem Hinzufügen von Ton, Standbildern und Grafiken, sowie deren Vervielfältigung und Vertrieb ist mit durchschnittlicher Computerhardware, einer geeigneten Software und grundlegenden Computerkenntnissen möglich. Die Digitaltechnik ermöglicht das schnelle Auffinden beliebiger Video-Clips und eine bequeme Handhabung im Seminar oder Praxislabor; außerdem können Videostreams im Internet bereitgestellt werden. Eine kreative Nutzung dieser Technik kann eine hocheffiziente Lernhilfe darstellen.

Modelle, Phantome und Simulatoren

Diese tierfreien Lehrmittel umfassen sowohl Nachbildungen von Organen, Gliedmaßen oder ganzen Tieren als künstliche Übungsobjekte als auch Geräte zur Simulation von physiologischen Funktionen oder klinischen Situationen und zum Einüben klinischer Fertigkeiten. Die Bezeichnungen werden flexibel benutzt und sind manchmal austauschbar. Im Allgemeinen bezieht sich ‚Modelle' auf Nachbildungen anatomischer Strukturen; sind ‚Phantome' lebensechte Nachbildungen von Tieren oder Menschen, an denen klinische Fertigkeiten geübt werden sollen; und werden Tools für die Aneignung klinischer, chirurgischer und Intensivpflege-Fertigkeiten wie z.B. Computerphantome, chirurgische Übungsgegenstände und Nahtübungsmodelle als ‚Simulatoren' bezeichnet.

Tiermodelle aus Kunststoff, die die innere Struktur des Tieres zeigen, werden weltweit zur morphologischen Ausbildung genutzt, aber auch echte Tierkadaver können seziert und z.B. durch Plastination konserviert werden. In der human- und veterinärmedizinischen Orthopädie ist die Verwendung von Kunststoffknochen zur Nachbildung von Knochenbrüchen weit verbreitet.

Zur effizienten Einübung psychomotorischer und klinischer Fertigkeiten wie Augen-Hand-Koordination, Handhabung von Instrumenten sowie Nähen können einfache und kostengünstige Simulatoren genutzt werden. Simulatoren von Haut oder Hohlorganen, zur Darmanastomose, Mikrochirurgie und anderem werden aus eigens dafür hergestellten Kunststoffen oder Latex geformt, um das jeweilige Gewebe oder Organ realistisch nachzubilden. Pathologische Befunde wie z.B. Zysten können in bestimmten Simulatoren integriert sein, um deren Entfernung zu üben. Als einfach zu beschaffende und praktische Übungsmittel, die sich zur Aneignung der grundlegenden Fertigkeiten eignen, werden manchmal sogar Fahrradschläuche benutzt.

Dynamische Simulatoren

Ein Operationssimulator, der für minimale invasive chirurgische Übungen benutzt wird, kann Organe von ethisch erworbenen Tierkadavern enthalten, die zu Übungszwecken perfundiert werden3. Bei einem anderen, noch in Entwicklung befindlichen Simulator werden menschliche Leichname oder Leichenteile perfundiert, um eine realistische Alternative zur Operation am lebenden Subjekt zu bieten4. Dabei werden die Venen und Arterien mit Hilfe einer speziellen Pumpe dynamisch mit einer farbigen Flüssigkeit gefüllt und auf die Gefäße ein pulsierender Druck aufgebracht, wodurch der Gefäßbaum in einem geschlossenen System zuverlässig simuliert wird. Es können Sezierungen und eine ganze Palette chirurgischer und mikrochirurgischer Ansätze wie z.B. Gefäßnähung, -anastomose und -reparatur, Setzen einer Aneurysma-Klemme, intraparenchymatöse Resektion, Blutungsstillung, endoskopische Verfahren etc. durchgeführt werden. Folglich können realitätsnahe Operationen geübt werden und die Technik potenziell auf sowohl menschliche Leichen als auch Tierkadaver oder deren Organe angewendet werden.

Andere Simulatoren umfassen Geräte, die von Dozenten zur Darstellung dynamischer Vorgänge wie z.B. der Blutkreislauf-Physiologie gebaut wurden. Diese sind mit einer grundlegenden Laborausrüstung wie Pumpen, Schläuche, Ventile und farbige Flüssigkeit einfach zu konstruieren; es können jedoch auch elektronische Schaltkreis-Simulatoren zur Darstellung neurophysiologischer Vorgänge sein.

Praktische Übungen

In einigen Ländern üben sich Studenten und Ärzte in klinischen Fertigkeiten und Vorgängen sowie in der Intensivpflege durch praktische Übungen an menschlichen Phantompatienten. Die modernsten Phantome haben künstliche Haut, Knochen und Organe, manchmal sogar schlagende Herzen, sowie künstliche Flüssigkeiten zur Simulation von Blut und Gallenflüssigkeit. Mit Hilfe moderner Scantechniken und Präzisionsformung kann eine anatomisch korrekte Struktur der Organe nachgebildet werden. Einige Phantome sind computerisiert, um Echtzeit-Notfälle simulieren zu können und eine Echtzeit-Überwachung des Erfolgs der studentischen Intensivpflege- oder Operationsarbeit zu ermöglichen. So können auszubildene Chirurgen und Ärzte ohne Risiko für Patienten lernen und üben, und kann eine solche Überwachung die Beständigkeit und Gleichmäßigkeit der Übungen besser gewährleisten. Wie alle vergleichbaren tierverbrauchsfreien Lehrmethoden, deren ganzes Potenzial ausgeschöpft wird, ermöglichen diese die wirkliche Beherrschung der notwendigen Fertigkeiten, nicht nur die theoretischen Kenntnisse. Mit den Erfahrungen aus solchen simulierten klinischen Fällen erwerben die Studenten die praktischen, mentalen und emotionalen Fähigkeiten, die für echte medizinische Fälle notwendig sind und die weiterentwickelt werden können.

An Tierphantomen können u.a. Handhabung, Blutabnahme, Intubation, Brusthöhlenpunktion und CPR-Technik geübt werden. Hinsichtlich von Anatomie und Physiologie können die Phantome in unterschiedlichem Maße realistisch gestaltet sein. Durch Übung von Sehsinn und Tastsinn an anatomisch korrekten Phantomen können schwierige Techniken wie das Legen eines Blasenkatheters bei der Hündin erfolgreich trainiert werden. Anspruchsvolle Techniken sowie für das Tier riskante und/oder stressverursachende Techniken können also ohne lebende Tiere von Studenten geübt und gemeistert werden, und Intensivpflegefälle können unabhängig von den durch Kliniken gebotenen Gelegenheiten trainiert werden, was schließlich Selbstvertrauen und Kompetenz aufbaut. Erfahrungen mit individuellen Eigenschaften und Reaktionen bei Tieren können gewonnen werden, indem eine Reihe von Phantomen verwendet wird, später an ethisch erworbenen Tierkadavern geübt wird und schließlich klinische Arbeit an Tierpatienten geleistet wird.

Phantome und Simulatoren bieten eine kostengünstige und ethische Praxisausbildung. Sie gewähren den Studenten mehr Freiheit, solange zu üben, wie nötig, durch systematisches Probieren zu lernen und jeden Vorgang zu wiederholen, jedoch nicht auf Kosten von immer mehr Tieren. Einige einfache Simulatoren können die Studenten anstatt im Labor auch zuhause benutzen, wodurch Raum und Zeit an der Fakultät eingespart werden können. Die Zeit und Mittel, die vorher zur Vorbereitung von Tierversuchen für die Vermittlung grundlegender praktischer Fertigkeiten aufgewendet wurden, stehen nun für die Entwicklung und Nutzung von Simulatoren und für eventuelle Lerngelegenheiten an ‚echten' Patienten in der Klinik zur Verfügung. Letztere bedeuten das Aneignen komplexerer chirurgischer und anderer Fertigkeiten, die notwendigerweise ‚echte' menschliche oder Tierpatienten erfordern. 

Multimediale Computersimulationen

Die Computermaus

Das Aufkommen und die Verbreitung von Computertechnik haben die Wissenschaft und die ganze Gesellschaft revolutioniert. Hochgeschwindigkeitsprozessoren und leistungsstarke Software haben das Sammeln und Verarbeiten von Daten, das Darstellen und Erklären biologischer Vorgänge und das Vermitteln von Wissen völlig umgestaltet. Die mit der Entwicklung computerbasierter Techniken verbundenen Möglichkeiten, zu einer effizienten biowissenschaftlichen Lehre beizutragen, sind in den letzten zehn Jahren exponenziell angestiegen. In vielen Universitäten spielen das Internet und multimediale Software auf CD-ROM und DVD eine wichtige Rolle, indem sie in Laborseminaren und Vorlesungen, Tutorien und Projektarbeiten eingesetzt werden. Von virtuellen Sezierungen und Tierversuchen in voll ausgestatteten Labors, die die Studenten auf dem Bildschirm durchführen können, bis hin zu vollständigen Virtual-Reality-Simulationen von klinischen Techniken einschließlich der Anwendung des Tastsinns - die Möglichkeiten computergestützten Lernens sind, abgesehen von den Grenzen der Technik und der Fantasie, nahezu grenzenlos.

Waren die ersten Computersimulationen noch nicht viel mehr als elektronische Lehrbücher, so können heutige interaktive Multimedia-Programme virtuelle Labors, dreidimensionale Fotos und Grafiken, Videoclips und Textinformationen umfassen, was die Qualität und Intensität des Lernens deutlich erhöht. Diese professionellen Lernpakete, die von Lehrenden entwickelt wurden, um die Lernziele bestimmter Kurse optimal zu erreichen, bieten den Studenten die Visualisierung von Strukturen und Vorgängen, die Möglichkeit zu experimentieren und Problemlösungsstrategien zu erlernen, und die Aneignung einer Reihe weiterer Fertigkeiten.

Verbessertes Anatomiestudium

In einem Programm zur virtuellen Anatomie oder Sezierung können Studenten Schritt für Schritt Aufgaben lösen, bei Bedarf wiederholen, und beim Durcharbeiten des Programms die funktionale Anatomie systematisch erlernen. Die Programme können mit ganz unterschiedlichen Mitteln arbeiten. Sie können ganze Bibliotheken von Farbfotografien zu makroskopischer bis mikroskopischer Anatomie umfassen, die vergrößert und verkleinert werden können; sie können per Mausklick morphologische Vergleiche zwischen mehreren Spezies bieten, mit Tonkommentaren oder Textinformationen oder auch Fragen versehen; sie können Organe oder Organsysteme in einem zusammengesetzten Bild entweder hervorheben oder schrittweise verblassen bzw. herauslösen, indem deren Opazität verändert wird; sie können physiologische Vorgänge wie Verdauung oder Muskelaktivierung durch ‚Morphing' darstellen; sie können Organe und Skelettteile drehen sowie Animationen und ‚Kameraflüge' durch jeden beliebigen Körperteil realisieren. Diese Möglichkeiten, die das reale Labor nicht bieten kann, durch Simulation aber zu jedem Zeitpunkt und sofort zur Verfügung stehen, können eine äußerst reichhaltige und die Sinne ansprechende Erfahrung bieten, die eine viel tiefere Durchdringung von Strukturen und strukturellen Zusammenhängen ermöglichen.

Hierbei ist auch beachtenswert, dass neuere Fachbereiche wie Genetik, Molekular- und Zellbiologie sowie Neurowissenschaft eine Menge Lehrzeit beanspruchen, die sonst den traditionelleren Bereichen zur Verfügung stand. Multimediale Lernsoftware kann hier das Studium der Anatomie zugleich wiederbeleben und modernisieren und dazu beitragen, bei der modernen Weiterentwicklung der Biowissenschaften ein angemessenes Gleichgewicht zwischen den Fachbereichen zu erhalten. In Ansätzen geschieht dies bereits durch hochauflösende zweidimensionale Illustrationen wie der digitale Anatomieatlas Visible Human sowie die neuesten Anatomiesimulationen. Und in dem Maße, wie die neuen Bildtechniken wie 3-D-Ultraschall, Computer-Tomographie (CAT) und Magnetresonanztomographie (MRI) zugänglicher werden und immer breitere Anwendung finden, werden sich auch die Visualisierung von Anatomie und Physiologie, die Diagnose, die Vorbereitung durch simulierte Operationen und die tatsächliche chirurgische Leistung verbessern. Einige dieser fortschrittlichen Techniken sind bereits durch die Virtual-Reality-(VR)-Technologie umgesetzt. 

Das virtuelle Labor

Software mit einem virtuellen Labor stellt eine Palette an Laborausrüstung auf dem Bildschirm bereit und kann einen hohen Grad an Interaktivität bieten. Üblicherweise simulieren solche Programme klassische Tierpräparationen und -versuche in den Bereichen Physiologie, Pharmakologie und Intensivpflege. Diese Fachbereiche eignen sich gut für die multimediale Umsetzung, da sie eine Korrelation verschiedener gleichzeitiger Ereignisse und ein Durchschauen des Zusammenspiels von komplexen und voneinander abhängigen Erscheinungen erfordern.

Simulationen bieten praxisorientierte Aufgaben, die auf das theoretische Wissen der Studenten aufbauen. Bevor die Studenten solche Simulationen verwenden, zieht es der Dozent möglicherweise vor, der Seminargruppe einzelne Aspekte des Programm mit Hilfe eines Projektors vorzustellen, um die jeweiligen Lehrziele zu erläutern. Eine solche Präsentation zur Unterstützung der Einzel- oder Gruppenversuche kann den Studenten eine willkommene Hilfe sein. Es ist wichtig, ein Gleichgewicht zwischen der Herausforderung, die ein neues Unterrichts-Tool darstellt, und dem aktuellen Wissensstand der Studenten zu finden, um den Lernerfolg zu optimieren.

Virtuelle Labors stellen die Vorbereitung, die wesentliche Ausrüstung und das Verfahren dar, die für das jeweilige Praktikum erforderlich sind. Dann können die Studenten selbst aktiv Versuche durchführen, wobei simulierte Gewebe auf Reize oder pharmakologische Wirkstoffe so reagieren, wie sie in einem realen Tier bzw. einer klinischen Situation reagieren würden, und wobei die Daten mit Hilfe von am Bildschirm dargestellten Oszilloskopen, Kurvenaufzeichnungs- und anderen Geräten überwacht und festgehalten werden. Dies kann in Echtzeit oder an die jeweiligen Anforderungen angepasst ablaufen. Das Experimentieren der Studenten zur Lösungsfindung für spezifische Probleme kann dadurch noch effektiver werden, dass schneller und mit weniger Aufwand gearbeitet werden kann als in einem konventionellen Tierversuchslabor. 

Verschiedene Parameter in den Versuchen, wie z.B. Druck und Volumen in einem virtuellen Praktikum zur Herz- und Gefäß-Physiologie, können durch den Nutzer so modifiziert werden, dass Datensätze für die Analyse erzeugt werden, und es kann innerhalb eines Programms Optionen für verschiedene Komplexitätsniveaus geben. Der Dozent wird den Studenten immer den Grad an eigener Steuerung überlassen, der dem jeweiligen Lehrziel angemessen ist. Die Reaktionen selbst können aus vorherigen, nicht mehr durchgeführten Tierversuchen oder aus Algorithmen hergeleitet sein und können Zufallsvariablen enthalten, durch die die biologische Variabilität simuliert wird und von Student zu Student unterschiedliche Ergebnisse erzielt werden. Einige Simulationen ermöglichen die Darstellung von Konzepten oder die Durchführung von Versuchen, die in der Realität ethisch unvertretbar, schwierig oder gar unmöglich wären, wie z.B. die Folgen einer Einatmung sauerstoffarmer Konzentrationen, die Messung der Hirn-Rückenmarks-Flüssigkeit oder die Wiederverwendung von Präparaten. 

Internetanwendungen

Den Studenten Lernsoftware über Internet zugänglich zu machen ist ein Ansatz, der mit der Entwicklung des ‚computergestützten Lernens' (CAL) zunehmend ausgebaut wird und der die Bereitstellung und Nutzung sowohl am Institut selbst als auch für das Lernen zuhause vereinfacht. Einige tierverbrauchsfreie Lehrmethoden und Übungskurse sind bereits online verfügbar, dennoch könnte das Internet als Medium noch stärker genutzt werden, um die kreative Nutzung und den positiven Effekt dieser Technologie auf den Lernprozess zu maximieren. Zum Beispiel könnten solche Programme Online-Versuche bieten; wobei die Studenten selbst wählen könnten, wo und wann sie daran arbeiten, und ihr persönliches Online-Labor jederzeit erneut aufsuchen könnten, um einen Versuch fortzusetzen oder zu revidieren. Auch für Tutoren würde dadurch die Überwachung und Auswertung der einzelnen Ergebnisse erleichtert. Eine solche Vision erfordert aber neben der Entwicklung des Lehrmaterials selbst, dass Lehrende und ihre Mitarbeiter auch über die technischen Kenntnisse zu Internetanwendungen, Webdesign und Programmierung verfügen. Außerdem wird entsprechende Computerhardware und ?software benötigt. 

Bei der Gestaltung von Kursen nehmen die Lehrenden üblicherweise bereits vorhandene Unterrichtsmethoden auseinander, denken sich zusätzlich neue aus und kombinieren die einzelnen Komponenten so, dass sie ihrem gewählten Lehrziel dienen. Ein bahnbrechendes Konzept im Bereich Internetanwendungen für die Unterrichtsgestaltung ist es, diese Gestaltungskomponenten oder ‚Lernobjekte' auszutauschen, d.h. allgemein verfügbar zu machen. Gelungene Bestandteile von virtueller Laborausrüstung und Algorithmen aus bereits vorhandenen tierverbrauchsfreien Lehrmitteln sind Beispiele für Lernobjekte, die für andere Lehrende, die sich mit der Entwicklung neuer Software für tierverbrauchsfreien Unterricht beschäftigen, nützlich sein könnten. Bei der meisten gegenwärtig verfügbaren Software können keine Bestandteile der Software einzeln herausgelöst werden. Wenn einzelne Lernobjekte, die bisher nur innerhalb eines bestimmten Programms benutzbar waren, herausgelöst werden können, und wenn darauf geachtet wird, dass der Inhalt neu entwickelter Software aus herauslösbaren, d.h. wiederverwendbaren Lernobjekten besteht, würden Lehrende über deutlich mehr Ressourcen für die eigene Tool-Entwicklung verfügen. Dieses Konzept könnte als eine Einrichtung gegenseitiger Hilfe aufgebaut werden, indem eine Online-Datenbank eingerichtet wird, zu der die Nutzer einzelne Programmelemente hinzufügen und entnehmen können. Bereits vorhandene Freeware könnte ebenfalls hinzugefügt werden. Die gemeinsame Nutzung dieser Ressourcen ist eine demokratisierende Aufgabe, die den Prozess einer guten Unterrichtsgestaltung und Softwareentwicklung unterstützt: Softwareentwickler, denen vorhandene Lernobjekte für die Wiederverwendung zur Verfügung stehen, können doppelte Entwicklungsarbeit vermeiden und sich stattdessen auf ihre eigenen Stärken und spezifischen Anforderungen konzentrieren, und dadurch das Niveau einer ‚Best Practice' in der Unterrichtsgestaltung und -durchführung deutlich anheben.

Entwicklung und Support

Die Arbeit mit Software erlaubt es jedem Studenten, weitgehend selbstbestimmt zu lernen und dabei seinem individuellen Zeitbedarf gerecht zu werden. Die einzelnen Teile des Programms können beliebig wiederholt werden und von Tutoren oder durch das Programm selbst bereitgestelltes Hilfsmaterial kann zusätzlich verwendet werden, bis jeder Student mit seinem Verständnis der Versuchsprozedur und der vermittelten Prinzipien wirklich zufrieden ist. Die Basis für die durch das Programm neu erlernten Fertigkeiten und Kenntnisse sollte ein ausreichendes theoretisches Wissen sein. Im Programm enthaltene Selbsteinschätzungsfragen und Feedback, Gelegenheiten zur Präsentation von Ergebnissen und Schlussfolgerungen sowie Unterstützung und Prüfung durch den Tutor können dies sicherstellen.

Hilfsmaterial wie Anleitungen und Hinweise für den Dozenten können vom Hersteller der Software bezogen werden, und ein lokal anpassbarer ‚Rundum'-Support ist sicherlich ideal für eine effiziente Nutzung. Darüber hinaus können Dozenten natürlich eigenes Support-Material erstellen.

Eine gelungene Gestaltung der Unterrichtssoftware kann die Studenten zu höheren konzeptionellen Ebenen führen und ihnen ein besseres Verständnis der jeweiligen Themen ermöglichen. Überdies können grundlegende und äußerst wesentliche Aspekte der Biowissenschaften von den Studenten verinnerlicht und individuell oder in Gruppen praktisch umgesetzt werden. Insbesondere kann dies selbstbestimmte Erforschungs- und Problemlösungsstrategien, und damit Eigeninitiative, Kreativität und wissenschaftliches Denken fördern. Ein solches aktives Lernen ist äußerst effektiv, da es durch die persönlich gewonnenen Erfahrungen des Studenten fest verankert ist. Auch Versuchsanordnungen können geübt werden, indem realistische Versuchsbedingungen simuliert werden.

Die Integration verschiedener Medien und die Gestaltung verschiedener Ebenen von Lernerfahrung innerhalb eines Programms kann ein komplexes Unterrichtsmittel darstellen, das den Anforderungen des jeweiligen Praktikums und des einzelnen Studenten in hohem Maße gerecht wird. Eine effiziente Visualisation und Gestaltung der Software erfordert ein gewisses Maß an Interdisziplinarität und Zusammenarbeit von z.B. Physiologen, Pädagogen, Grafikdesignern und Programmierern. Die Einbeziehung von Studenten in den Entwicklungsprozess neuer Software, wie z.B. das Testen von Beta-Versionen und Verbesserungsvorschläge, kann zum einen die Qualität und pädagogische Wirksamkeit der Software verbessern, und zum andern den Studenten den jeweiligen Fachbereich besonders nahe bringen.

Das innovative Wesen neuer technischer Entwicklungen, wie multimediale Software, kann für Studenten und Dozenten gleichermaßen interessant sein, was wiederum die Lernerfahrungen intensiviert, und die ‚nebenbei' angeeigneten Computerkenntnisse sind für bestimmte Berufe sehr wichtig. Dennoch sollten Computersimulationen immer durch nicht-schädigende Praxiserfahrungen mit lebenden Menschen oder Tieren ergänzt werden, sodass die Technik als leistungsstarkes Tool, aber nicht anstelle der Realität benutzt wird.

Virtual Reality

Alle Simulationen, ob Computersoftware oder Kunststoffmodelle, sind virtuelle Modelle der Wirklichkeit; der Begriff ‚Virtual Reality' (VR) bezieht sich jedoch im Allgemeinen auf moderne interaktive Software, die über 3-dimensionale Grafiken höchster Qualität sowie über Funktionen verfügt, die das aktive Üben psychomotorischer Fertigkeiten und Vorgänge mit einem hohem Maß an sensorischer Beteiligung ermöglichen. Über die Schnittstelle zwischen Computer und Mensch bietet VR deutlich mehr Gelegenheiten für Echtzeit-Interaktionen mit einem dynamischen Modell der Realität. 

Es hat bis Ende der 90er Jahre gedauert, um die Voraussetzungen dafür zu schaffen, dass Echtzeit-VR-Simulatoren auf PCs verfügbar sind, d.h. diese Technik ist noch sehr jung und beinhaltet den neuesten Stand der Technik. VR wird auch in anderen Bereichen, wie Flugsimulation und Katastrophenmanagement, genutzt, weil die Wichtigkeit einer hocheffizienten Vorbereitung auf solche höchst riskanten Szenarien und die offensichtlichen praktischen oder ethischen Grenzen von realen Übungen dies erforderlich machen. Die Einführung von VR in den Bereich der Medizin wird ebenfalls mit der Wichtigkeit einer effizienten fachlichen Ausbildung begründet und überdies durch die Entwicklung innovativer, minimal invasiver Technologien für Diagnose und Therapie angetrieben. Solche Technologien haben mit der Entwicklung und Nutzung von hochmodernen Endoskopen, digital unterstützter Tomographie und neuartigen Instrumenten bereits eine ‚virtuelle' Komponente; außerdem beinhalten sie bereits viele auf praktische Fertigkeiten ausgerichtete Techniken. Daher sind sie für die VR-Simulation gut geeignet.

Gegenwärtig wird VR nur in geringem Maße an medizinischen Hochschulen genutzt; hauptsächlich dienen die Anwendungen zur Objektvisualisierung und Datenanalyse in der klinischen Praxis und Forschung, zum Erlernen neuer Fertigkeiten auf beruflicher Ebene und zur Erhaltung von Fertigkeiten bei Fachchirurgen. Das Interesse an VR in der veterinärmedizinischen Ausbildung ist gegenwärtig noch weniger stark verbreitet; zudem werden relativ wenig finanzielle Mittel in die Verbesserung der veterinärmedizinischen Ausbildung investiert. Trotz fehlender Finanzen und der Aufwandsintensität der VR-Technik haben Computerspezialisten in Zusammenarbeit mit einer kleinen Anzahl von Veterinärmedizinern probehalber VR-Simulationen - einer Eierstockpalpation beim Pferd und einer Anatomieuntersuchung des Hundes5 - entwickelt.

Sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin wird VR in Reaktion auf den Bedarf an fachlich spezialisierten Studienabgängern zunehmend angewendet werden, in dem Maße, wie die neuesten in der Medizin angewendeten technischen Entwicklungen sich auch auf der Ausbildungsebene widerspiegeln und dafür an die speziellen Lehrziele angepasst werden. Dazu gehören verbesserte Visualisierung anatomischer Strukturen, physiologischer und pharmakologischer Vorgänge sowie klinische Fertigkeiten. VR könnte sich auch derart weiterentwickeln, dass in der virtuellen Umgebung komplexere Versuche durchgeführt werden können, sodass die bereits für Studenten verfügbaren Simulationen weiter verbessert werden und der Ersatz von Tierverbrauch in allen Bereichen zusätzlich beschleunigt wird. 

Praktische Übungen mit VR

VR ist besonders für das Üben von endovaskulären und endoskopischen Prozeduren nützlich, indem ein virtueller Patient benutzt wird. Bilder von dem Patienten können durch Techniken wie CAT-Scannen und hochmoderne grafische Datenverarbeitung erzeugt werden. In den VR-Simulationen werden verschiedene Szenarien und Komplikationen dargestellt, und der Praktikant übt mit einem Lesestift, der ein Instrument wie z.B. eine Nadel oder ein Skalpell repräsentiert, und führt die jeweils notwendige Handlung vor dem Bildschirm aus, auf dem die Anatomie des Patienten und die vom Praktikanten ausgeführten Bewegungen des Instruments in Echtzeit gezeigt werden. Mit einer Kopfgarnitur kann ein Stereobild erzeugt werden, aber es gibt noch eine Reihe weiterer Methoden, tiefer in die virtuelle Umgebung einzutauchen, z.B. indem sich der Praktikant in einem Raum befindet, in dem die virtuelle Umgebung auf alle vier Wände projiziert wird und sich den Bewegungen des Praktikanten dynamisch anpasst. 

Weiterhin können verschiedene Ansichten des in Echtzeit simulierten Vorgangs gewählt werden. Bestimmte Gewebe können ausgeblendet werden, sodass die jeweils wichtigen anatomischen Orientierungspunkte verstärkt wahrgenommen werden und sich intensiver einprägen, was letztlich zu einem erfolgreichen Abschluss der Operation verhilft. Genauso wie visuelles Feedback spielt auch haptisches Feedback - des durch VR simulierten Tastsinns - eine immer wichtigere Rolle. Dazu können speziell entwickelte Datenhandschuhe benutzt werden, die Widerstände spürbar machen, auf die das virtuelle Instrument beim Bearbeiten des Körpers stößt. Dieses haptische Feedback bedeutet, dass jede Dreh-, Neigungs- und Scherbewegung deutlich gespürt wird, und dass schwierige Techniken wie das Navigieren einer Nadel um eine Vene herum oder durch die Windungen des Dickdarms, oder das Manövrieren eines Katheters in die Herzkranzarterien, geübt und immer besser beherrscht werden kann. Andere Arten von Feedback können ‚Äußerungen' des virtuellen Patienten sein - wie z.B. das Ausdrücken von Beschwerden oder Schmerz - oder die visuelle Darstellung von Quetschungen oder Bluten. Überdies können verschiedene Parameter gemessen und später für ein ausführlicheres Feedback zur Gesamtleistung ausgewertet werden.

Durch die zusätzlichen Möglichkeiten einer Untersuchung klinischer Fälle ist VR gut geeignet für PBL-Unterricht (problemorientierter Kleingruppenunterricht) und kann diesen bereichern. Die Forschung für diese Anwendung in der klinischen Praxis und Ausbildung ist im Gange. Weiterhin wird an internetbasierten Simulationen für das Üben bestimmter klinischer Fertigkeiten wie z.B. Katheterung gearbeitet, die in der dynamischen Virtual Reality Modelling Language (VRML, Skriptsprache zur dreidimensionalen Darstellung) geschrieben werden; jedoch ist diese Technik weniger intensiv als die vollständige Virtual Reality. 

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