Fast jeder scheint der Meinung zu sein, dass die MINT-Ausbildung (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik) der Weg der Zukunft ist. MINT-ausgebildete Arbeitskräfte sind sehr gefragt und haben eine niedrige Arbeitslosenquote. Und Hochschulabsolventen mit MINT-Abschluss verdienen weit mehr als ihre Nicht-MINT-Kollegen.
Doch in vielen Teilen der Welt, einschließlich eines Großteils der USA, ist die naturwissenschaftliche Ausbildung zutiefst unzureichend. Ein Teil davon ist auf mangelnde Ressourcen zurückzuführen. Laut der Interamerikanischen Entwicklungsbank haben 88 Prozent der lateinamerikanischen Schulen keine Wissenschaftslabore. Einige davon sind auf eine unzureichende Lehrerausbildung zurückzuführen - fast ein Drittel der amerikanischen Lehrer für Naturwissenschaften in den Fächern, in denen sie unterrichten, hat keine Hauptfächer und keine Zertifizierungen.
Die Chilenin Komal Dadlani arbeitete an einem Masterstudiengang in Biochemie an der Universität von Chile, als sie bemerkte, dass vielen Studenten in ihrem Heimatland die Ausrüstung fehlte, um die Naturwissenschaften richtig zu studieren. Sie traf sich mit zwei Kommilitonen - Alvaro Peralta, der einen Master in Informationstechnologie abschloss, und Isidro Lagos, der Biochemie studierte - und gründete eine Firma, um etwas dagegen zu unternehmen. Das Unternehmen Lab4U entwickelt Apps, mit denen Smartphones und Tablets zu wissenschaftlichen Tools werden. Auf diese Weise kann jeder Student, der Zugang zu einem Telefon hat, in der physischen Welt forschen.
"Als Lateinamerikaner mit Leidenschaft für Wissenschaft kannten wir die Realität des naturwissenschaftlichen Unterrichts an Schulen und Universitäten in der Region, in der die Ressourcen begrenzt sind", sagt sie.
Die Lab4U-Apps nutzen die eingebauten Sensoren eines Smartphones. Ihre Physik-App verwendet den Tachometer des Telefons, um Dinge wie Geschwindigkeit, Entfernung und Verschiebung zu studieren, und verwandelt das Mikrofon des Telefons in einen Sonometer, um Wellen, Amplitude und Zeit zu untersuchen. Der Beschleunigungsmesser misst die Schwerkraft. Die bald verfügbare Chemie-App verwandelt die Kamera des Telefons in einen Sensor, sodass das Telefon als Spektralphotometer oder Kolorimeter verwendet werden kann. Dies bedeutet, dass die Schüler die Reflexions- oder Transmissionseigenschaften eines Materials messen können. Eine Biologie-App, die ein billiges Laserobjektiv verwendet, um ein Telefon in ein Mikroskop zu verwandeln, ist in Entwicklung. Lab4U hat sogar ein Patent für eine seiner Innovationen angemeldet, ein System zur Bestimmung der Konzentration von gelösten Stoffen in einer farbigen Flüssigkeit, bei dem das Smartphone als Kolorimeter verwendet wird.
Die Physik-App verfügt über mehr als 20 vorgefertigte Experimente, die die Schüler mit den Werkzeugen des Telefons durchführen können. In einem Fall spielen die Schüler verschiedene Noten auf einem Musikinstrument und verwenden dann das Sound-Tool der App, um die Beziehung zwischen dem Klangton und der Frequenz zu ermitteln. In einem anderen Fall verwandeln die Schüler ihre Handys in Pendel, um zu verstehen, wie Oszillation funktioniert. Lab4U sucht derzeit Beta-Benutzer für die Chemie-App, die in diesem Jahr veröffentlicht wird.
„Den Lehrern fehlen Werkzeuge und vor allem Unterstützung und Ideen, wie sie Wissenschaft zu einem Abenteuer machen können“, sagt Dadlani.
Lab4U hat Anwender in ganz Lateinamerika - Chile, Argentinien, Kolumbien, Mexiko und Uruguay - sowie in den Vereinigten Staaten. Sie haben Pilotprojekte zum Einsatz ihrer Technologie auch im Nahen Osten durchgeführt und werden in Kürze in Indien sein. Insgesamt arbeiten sie mit mehr als 50 Schulen und 20.000 Schülern. Die Benutzerreaktion sei äußerst positiv, sagt Dadlani. Laut einer Studie von Lab4U haben Schüler nach der Verwendung der App eine Leistungssteigerung von 40 Prozent beim Testen der Physik. Und Lehrer scheinen es zu mögen - rund 70 Prozent nutzen die App wöchentlich.
Allan Yuen, Direktor des Zentrums für Informationstechnologie im Bildungswesen an der Universität von Hongkong, sagt, dass der Einsatz von Technologien wie Apps im naturwissenschaftlichen Unterricht weltweit immer häufiger wird. Dies habe viele Vorteile, sagt Yuen, insbesondere was die Kosten angeht. Es gibt jedoch auch Bedenken, sich stark auf Technologie zu verlassen.
Ein Problem ist die Herausforderung, die die Technologie für die Lehrplanentwicklung darstellt. "Wissenschaft ist ein Fach mit einer langen Geschichte, daher ist der Lehrplan in gewisser Weise ziemlich traditionell", sagt Yuen. "Wenn Sie also Apps und andere neue Technologien verwenden möchten, müssen Sie die gesamte Struktur des Lehrplans ändern."
Ein weiteres Problem ist das Geschlecht, sagt Yuen. Es besteht tendenziell eine geschlechtsspezifische Lücke in der Technologie: Jungen und Mädchen wird in jungen Jahren eher gezeigt, wie sie mit mobilen Geräten umgehen, und sie werden eher dazu ermutigt, Interesse an Technologie als Hobbys zu verfolgen. Dies bedeutet, dass Jungen in der Technik bereits in die Schule kommen können, und wenn diese Technik zum Verständnis der Wissenschaft erforderlich ist, können auch Mädchen in dieser Hinsicht ins Hintertreffen geraten. Diese Probleme müssen bei der Implementierung von auf Mobiltechnologie basierenden Lehrplänen berücksichtigt werden, sagt Yuen.
"Wir sollten dies als Ganzes entwerfen und überlegen, anstatt nur einen Aspekt zu ändern", sagt er.
Kürzlich gewann Dadlani Toyotas Mother of Invention-Preis, mit dem Unternehmerinnen, Erfinderinnen und Innovatoren geehrt werden. Der Preis ist mit einem Zuschuss von 50, 00 USD dotiert. Sie wird heute auch auf dem Women in the World Summit in New York sprechen, einer Konferenz, die Frauen würdigt, die einen großen Einfluss auf ihre Fachgebiete hatten und die Frauen und Mädchen dabei unterstützen, Fortschritte in verschiedenen Bereichen zu erzielen.
"Es war eine Ehre für uns", sagt Dadlani.
Dadlani hatte die Gelegenheit, Experimente mit dem Toyota Mirai, dem Wasserstoff-Brennstoffzellenauto des Unternehmens, durchzuführen. Ein Experiment, das normalerweise mit einem Spielzeugauto durchgeführt wird, verwendet die Mirai- und die Physik-App, um die Position über die Zeit zu messen. Ein weiteres Experiment misst die Beschleunigung über die Zeit mithilfe der Beschleunigungsmesserkapazität der Physik-App.
Dadlani hofft, dass Lab4U die Wissenschaft demokratisieren wird, sodass auch Schüler in Ländern mit geringen Ressourcen und Schulen selbst experimentieren können. Sie hofft auch, die Schüler dazu zu inspirieren, die Naturwissenschaften wirklich zu lieben, und vielleicht mehr dazu zu ermutigen, sich mit MINT-Themen zu befassen. Dies ist besonders kritisch in Ländern wie Chile, in denen die Zahl der Wissenschaftler pro Kopf viel geringer ist als in anderen Industrienationen (in Chile gibt es 320 Forscher und Entwickler pro Million Einwohner, in Spanien 2.889, in Dänemark 6.744, in Kanada 4.649 und in Südkorea) 5, 380 und die USA 3, 867).
„Wir müssen den Schülern die Möglichkeit geben, Spaß zu haben und neue Ideen und Lösungen zu entwickeln, die Welt um sie herum zu sehen, in der Technologien und neue Methoden Neugier wecken und ihnen ermöglichen, über die Schule hinaus lebenslang zu lernen“, sagt sie.
