Unterrichtsgestaltung zum Thema: Roboter in der Medizin

Inhaltsverzeichnis

1 Bedeutung für die Menschheit

2 Umsetzung im Unterricht
2.1 Ziel des Unterrichts
2.2 Grobe Planung
2.3 Einführung des Unterrichts
2.4 Brainstorming
2.5 Informationstext
2.5.1 Arbeitsblatt: Roboter in der Medizin
2.5.2 Arbeitsblatt: High-Tech-Prothesen
2.6 Diskussion
2.7 Abschluss der ersten Doppelstunde: Rätsel
2.8 Besuch eines Prothesenträgers
2.9 Probleme und Schwierigkeiten
2.10 Alternativen

3 Schlussbetrachtung
3.1 Fazit
3.2 Ausblick

4 Quellenverzeichnis

5 Anhang

1 Bedeutung für die Menschheit

Roboter spielen nicht nur eine große Rolle in der Industrie, sondern auch in der Medizin. Hier dienen sie der besseren medizinischen Versorgung. Sie sollen die Behandlung der Patienten erleichtern.

Roboter helfen den Menschen, indem sie sie ganz oder zum Teil ersetzen und dabei Aufgaben erfüllen, für die ein Mensch nicht in der Lage ist. Mithilfe eines Operationsroboters können aufgrund seiner hohen Präzision riskante Operationen, zum Beispiel an einem Nerv, durchgeführt werden. Bei einigen chirurgischen Eingriffen wird Kraftaufwand benötigt. Ein Roboter kann diese Kraft aufbringen und im Gegensatz zum Menschen dennoch exakt arbeiten |1|. In der Behandlung Demenzkranker wird der therapeutische Roboter „Paro“ eingesetzt |2|. Der Reha-Roboter hilft bei der Rehabilitation von Patienten und entlastet somit Physiotherapeuten |3|. High-Tech-Prothesen ersetzen verlorene Körperteile des Menschen und ermöglichen ihm dadurch wieder ein normales Leben |4|.

In jedem Einsatzbereich der Roboter besteht allerdings großer Forschungsbedarf, denn es gibt noch viele ungelöste Probleme. Forscher bemühen sich eine Prothese zu entwickeln, die die fehlende Gliedmaße vollständig und optimal ersetzt |4|. Für jede Art Operation wird ein spezieller Roboter gebaut werden müssen, denn jeder Roboter ist auf eine bestimmte Weise programmiert und somit der jeweiligen Operation angepasst. Weiterhin ist es notwendig, die Nutzung der Operationsroboter auf großer Distanz zu gewährleisten. Dies würde beispielsweise die Behandlung von Astronauten auf einer Raumstation ermöglichen.

Roboter gewinnen immer mehr an Bedeutung für die Menschheit und erfordern somit diese Forschung. Für die Schüler ist dieses Thema insofern von Bedeutung, dass sie möglicherweise die zukünftigen Forscher sein werden. Dann werden sie die Aufgabe übernehmen, die Roboter weiterzuentwickeln und zu perfektionieren, sodass sie den Menschen eine bessere Hilfe bieten. Es ist notwendig, ihr Interesse zu diesem Thema frühzeitig zu wecken und die Wichtigkeit der Forschung auf diesem Gebiet zu betonen. Die Schüler müssen jetzt auf die Problematik aufmerksam gemacht werden und sich damit auseinandersetzen, damit sie sich später dem Stand der Forschung anschließen und an diesem Punkt weitermachen können.

2 Umsetzung im Unterricht

2.1 Ziel des Unterrichts

In erster Linie sollen die Schüler über die neuen Methoden in der Medizin und den Stand der Forschung informiert werden. Im Laufe des Unterrichts werden sie selbst Dinge zu diesem Thema erarbeiten. Sie müssen über Operationsroboter, Rehabilitationsroboter, therapeutische Roboter und High-Tech-Prothesen Bescheid wissen, sowie über deren grobe Funktionsweise, Anwendung, Einsatzbereiche und bestehende Probleme. Außerdem wird das ethische Denken der Schüler gefördert, indem diskutiert wird, ob es vertretbar ist, den Menschen durch eine Maschine zu ersetzen. Ein weiteres Ziel des Unterrichts ist es, die Schüler für das Thema zu begeistern.

2.2 Grobe Planung

Um diese Ziele zu erreichen ist eine Doppelstunde bzw. eine kleine Unterrichtsreihe geplant. Der Unterricht soll in den Wahlpflichtkursen in den siebten oder achten Klassen des Gymnasiums stattfinden, da mit den Schülern methodisch und thematisch freier gearbeitet werden kann. In der ersten Doppelstunde werden die Schüler zunächst in das Thema "Roboter in der Medizin" eingeführt und das folgende Brainstorming soll aufzeigen, inwieweit sie mit dem Thema vertraut sind. Im nächsten Schritt werden Informationstexte ausgeteilt, die die Schüler bearbeiten sollen und die ihnen Informationen für die dann folgende Diskussion geben sollen. Als Abschluss der ersten Doppelstunde dient ein kleines Rätsel. In der zweiten Doppelstunde wird ein Prothesenträger in die Klasse eingeladen.

2.3 Einführung des Unterrichts

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Bevor der eigentliche Unterricht beginnt, werden der Klasse Fotos von Robotern aus bekannten Filmen gezeigt, wie R2-D2 und C-3PO aus Star Wars. Dadurch wird das Interesse der Schüler geweckt. Die Schüler sollen die Roboter beschreiben. Dabei wird ihnen die menschenähnliche Gestalt auffallen. Trotzdem sind diese Roboter als Maschinen eindeutig von Menschen zu unterscheiden, zum Beispiel äußerlich durch das Material. Auch diese Unterschiede sollen von den Schülern erkannt und genannt werden.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten Danach folgt die Hinführung zur Realität: Roboter gibt es nicht nur in Filmen. Im Gegensatz zu den beiden Robotern aus Star Wars gibt es in Wirklichkeit bereits Roboter, die genauso aussehen wie Menschen. Als Beispiel wird ein Foto des HRP-4C gezeigt. Der HRP-4C ist ein Roboter, der von den Japanern entwickelt wurde. Er verkörpert ein typisches japanisches Mädchen und ist von einem Menschen auf den ersten Blick kaum zu unterscheiden |5|. Auf dieses Foto wird in der kommenden Diskussionsphase noch einmal zurückgegriffen, denn es zeigt, dass die Grenze zwischen Mensch und Maschine immer schmaler wird. Die Forschung ist möglicherweise bald soweit, den Menschen durch einen Roboter zu ersetzen.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Anschließend kommt die Einführung in das eigentliche Thema des Unterrichts, nämlich die Roboter in der Medizin. Die Schüler werden darauf aufmerksam gemacht, dass auch Maschinen, die nicht aussehen wie Menschen, als Roboter bezeichnet werden, weil sie Aufgaben des Menschen übernehmen |6|, und dass es um diese Art von Maschinen in den nächsten Stunden gehen wird.

2.4 Brainstorming

Das Brainstorming, welches eine oft verwendete Methode im Unterricht ist, soll die Schüler dazu anregen sich über das Thema "Roboter in der Medizin" zu äußern. Es bietet sich an, allgemein den Begriff "Roboter" als Stichwort zu benutzen. Denn es ist zu vermuten, dass sie sehr viel weniger an Punkten für "Roboter in der Medizin" finden werden. Somit wird das Brainstorming eine allgemeine Einführung sein, in der sich die Schüler langsam an das eigentliche Thema herantasten können. Sie sollen alles nennen, was ihnen zu diesem Begriff einfällt. Möglicherweise werden die Schüler irgendwann an einen Punkt gelangen, an dem sie keine Ideen mehr haben. Aufgrund dessen bietet es sich an Folien mit Bildern vorbereitet zu haben, die auf den Tageslichtprojektor gelegt werden können, um den Schülern neue Denkanstöße zu liefern (A1). Ein solches Bild könnte einen Operationsroboter (Abb. 3) zeigen.

Erwartet wird von den Schülern, dass sie Punkte ansprechen und diese weiter erläutern können, indem sie erklären, inwiefern die Punkte mit dem Begriff "Roboter" zu tun haben. Richtige Antworten sind nicht zwingend. Wichtiger sind die Ideen und Vorstellungen der Schüler, mit denen auch festgestellt werden kann, wie weit ihr Wissenstand in diesem Bereich ist. Durch das Brainstorming wird voraussichtlich festgestellt werden, dass die Schüler kaum etwas über den Robotereinsatz in der Medizin wissen, und somit wird die Wichtigkeit deutlich, die Schüler auch in diesem Bereich zu informieren.

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

In dieser Einheit soll ihnen auch die Methode Brainstorming in Verbindung mit Mind-Mapping nähergebracht werden. Das Mind-Mapping ist eine gute bildliche Darstellung des Brainstormings, bei der um das Hauptwort, in diesem Fall "Roboter", Verzweigungen verlaufen, die mit dem Wort in Verbindung gebracht werden. Diese ersten Verzweigungen können wiederrum Verzweigungen aufweisen. Gemeinsam wird in der Klasse eine Mind-Map angefertigt, die die Schüler in ihr Heft übertragen und farblich gestalten können. Die farbliche Gestaltung soll einer besseren Übersicht dienen. Es sollte auch gesagt werden, dass eine solche Mind-Map bei späteren Aufgaben in ihrer Schullaufbahn von großem Nutzen sein kann, da eine Zusammenfassung eines Themas gut in eine Mind-Map umzusetzen ist und somit einen guten Überblick bieten kann.

2.5 Informationstext

Nach dem Brainstorming werden den Schülern Informationsblätter gegeben, die jeweils zwei Aufgaben enthalten. Jedoch erhält nicht die ganze Klasse beide Arbeitsblätter, sondern die eine Hälfte das Blatt "Roboter in der Medizin" und die andere das Blatt "High-Tech-Prothesen". Die Schüler sollen sich anschließend die Blätter aufmerksam durchlesen und versuchen die aufgeführten Aufgaben selbstständig zu lösen. Aufkommende Fragen können jederzeit gestellt werden. Haben sie dann die Aufgaben bearbeitet, finden sie sich vorerst in Zweiergruppen zusammen, um ihre Ergebnisse miteinander zu vergleichen. Daher müssen beide Schüler dasselbe Arbeitsblatt bearbeitet haben. Hier bietet sich ihnen auch die Gelegenheit an untereinander zu besprechen, welche Informationen die wichtigsten sind. Als nächstes paart sich die Zweiergruppe mit einer anderen Zweiergruppe zusammen, die das andere Arbeitsblatt zu bearbeiten hatte. In diesen Vierergruppen soll ein Austausch der Ergebnisse stattfinden. Die Schüler geben einander eine kurze inhaltliche Zusammenfassung ihres Arbeitsblattes und präsentieren ihre Gedanken, die sie sich zu den Aufgaben gemacht haben. Im Vordergrund dieses Arbeitsschrittes steht das Herausfiltern der wichtigsten Informationen aus dem Text und das verständliche Präsentieren ihrer Ergebnisse. Anschließend werden die Aufgaben in der Klasse besprochen und noch offene Fragen geklärt.

2.5.1 Arbeitsblatt: Roboter in der Medizin

Abbildung in dieserLeseprobenichtenthalten

Was ist ein Roboter?

„Im allgemeinen Sprachgebrauch wird unter Roboter eine automatische Maschine verstanden, die dem Aussehen des Menschen nachgebildet ist oder die Funktionen des Menschen ganz oder teilweise übernimmt.“ |6|

Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, 2006

Japaner haben einen Plüschroboter in Form einer kleinen Robbe entwickelt, der z.B. in der Therapie von demenzkranken Menschen eingesetzt wird. Er sieht aus wie ein Plüschtier, ist aber in Wirklichkeit ein kleiner „therapeutischer Roboter“ mit dem Namen Paro |2|.

Durch ihn sollen Demenzkranke ruhiger und ausgeglichener werden. Er ist in der Lage Stimmen zu erkennen, nimmt Berührungen über eine taktile Sensorik wahr und antwortet darauf mit Geräuschen und Bewegungen. Paro soll in keinem Fall das Pflegepersonal ablösen, sondern ist lediglich ein Teil der Therapie und eine mögliche Alternative zur Tiertherapie |7|.

Reha Roboter

Schon seit einigen Jahren sind sogenannte Reha Roboter im Einsatz, an denen das Gehen wieder erlernt wird, wenn man diese Fähigkeit z.B. durch einen Unfall oder durch einen Schlaganfall verloren hat. Dieser Roboter nennt sich "Lokomat" und entlastet die Physiotherapeuten sehr, denn nun bewegt die Maschine die Beine und Füße des Patienten und stabilisiert ihn während der Laufbandübungen, sodass der Patient nicht stürzt. Besonderes an ihm ist, dass er sich an die individuelle Leistung des Patienten anpassen kann, um somit die bestmögliche Behandlung zu erzielen. Es gibt auch schon einen ähnlichen Roboter speziell zur Rehabilitation der Arme. Dieser nennt sich "ARMin II“ |3|.

Operationsroboter

Operationsroboter werden in der Chirurgie eingesetzt. Klarer Vorteil ist die höhere Präzision durch das Herausfiltern des Zitterns der menschlichen Hand |8|. Präzision und Kraft können gleichzeitig aufgebracht werden, welches z.B. in der orthopädischen Chirurgie wichtig ist |1|. Zudem können Operationen minimal invasiv durchgeführt werden, d.h. dass ein kleiner Einschnitt ausreicht, um die Operation durchzuführen. Die Roboter besitzen zusätzlich zu den Operationsinstrumenten eine hochauflösende Kamera, welche ein dreidimensionales Bild liefern kann, und auch eine 15-fache Vergrößerung ist möglich. Die Roboterarme werden vom Chirurgen über eine Konsole gesteuert |9|. Für jede andere Art von Operation (z.B. am Herzen, Gehirn oder an der Wirbelsäule) ist ein anderer spezialisierter Operationsroboter erforderlich.

Aufgaben:

1. Vergleiche Paro mit der echten Robbe. Überlege dir, weshalb man dem Roboter das Aussehen einer Robbe verliehen hat und nicht das eines Hundes oder einer Katze, welches naheliegender ist.
2. Begründe, wieso man nicht mit einem Herzoperationsroboter z.B. eine Operation am Gehirn oder am Auge durchführen kann.
3. Tausche dich in deiner Gruppe über deine Ergebnisse aus.

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