Modelli stampati in 3D utilizzati come strumenti didattici tattili nei corsi introduttivi di biologia

Recentemente i ricercatori della Carolina del Nord hanno lavorato insieme per creare strumenti di insegnamento tattile (TTT), delineando il loro lavoro nel recente lavoro ” Costruire l’opera lac : un’attività di indagine guidata utilizzando modelli stampati in 3D “. Incorporando la stampa 3D, gli scienziati erano in missione per “livellare il campo di gioco” per gli studenti ipovedenti e altrimenti svantaggiati, così come altri che potrebbero non funzionare bene in ambienti di apprendimento visivo.

Mentre Makerspace nasce negli istituti di apprendimento negli Stati Uniti, molti insegnanti utilizzano modelli stampati in 3D in classe, offrendo innovativi strumenti di apprendimento visivo che consentono esperienze più complete in classe; tuttavia, in questo studio i ricercatori hanno espresso preoccupazione per gli studenti non vedenti e diversamente abili o con difficoltà, motivandoli a creare strumenti di insegnamento tattile stampati in 3D (TTT) per l’uso in classe.

“I TTT sono modelli 3D composti da più parti che rappresentano componenti interagenti, come proteine ​​di una via di segnalazione o monomeri che compongono una macromolecola biologica”, spiegano i ricercatori. “Questi modelli sono utilizzati per attività di apprendimento guidato (GIL) che chiedono agli studenti di manipolare, assemblare o analizzare strutture al fine di rispondere alle domande.”

A seconda dei tipi di attività richieste nell’apprendimento orientato ai processi (POGIL) orientato al processo, i TTTS vengono esplorati e definiti, con domande che diventano sempre più difficili e complesse; d’altra parte, le attività GIL usano i TTT per un apprendimento costruttivista aggiunto.

Gli studenti hanno lavorato in piccoli gruppi per l’attività TTT / GIL imparando la struttura di un gruppo di geni noto come operone lac, spesso usato per insegnare agli studenti di biologia le basi della regolazione genica.

“L’operone lac TTT utilizza magneti per simulare il legame del repressore LacI con l’operatore e un motore di vibrazione alloggiato nel modello di DNA per indicare il legame riuscito dell’RNA polimerasi con le sequenze del promotore e l’inizio della trascrizione”, hanno spiegato i ricercatori.

Con l’assistenza del TTT, gli studenti possono conoscere ogni componente e come interagiscono insieme nell’espressione genica. Viene quindi chiesto di prevedere i risultati per le interazioni che hanno appreso.

“Abbiamo ipotizzato che l’uso dell’operato lac TTT-GIL comporterebbe un aumento delle prestazioni degli studenti sulle valutazioni degli obiettivi di apprendimento correlati in più contesti educativi e che i guadagni di apprendimento sarebbero maggiori per gli studenti di un istituto che serve le minoranze (MSI) che in un’università R1 “, ha detto il gruppo di ricerca.

Destinati ad essere utilizzati a livello introduttivo di microbiologia, gli autori affermano che le attività potrebbero essere utilizzate anche in biologia generale; tuttavia, gli studenti dovrebbero comprendere il “dogma centrale” della biologia molecolare. L’attività dura circa 75 minuti e ha lo scopo di far sì che gli studenti siano in grado di tracciare un diagramma dell’operone batterico, descrivere come è regolato l’operone lac e spiegare cosa succede quando il batterio è ‘abilitato a utilizzare due diversi zuccheri come substrati di crescita sotto il catabolite controllo della repressione “.

I TTT sono stati stampati in 3D, quindi assemblati e cablati per l’uso in classe, testati presso la North Carolina State University (NCSU), un’università pubblica urbana R1 e l’ Università della Carolina del Nord – Pembroke (UNCP), un’istituzione che serve le minoranze pubbliche rurali (MSI).

Un totale di 57 studenti sono stati valutati presso l’NCSU durante un corso introduttivo di microbiologia a 300 livelli. All’UNCP, 29 studenti sono stati valutati durante un corso introduttivo di genetica di 300 livelli.

“L’analisi dei punteggi collegati pre e post valutazione ha dimostrato che gli interventi dell’NCSU e dell’UNCP hanno comportato sia aumenti statisticamente significativi delle prestazioni a livello individuale sia aumenti dei punteggi mediani di valutazione”, hanno affermato i ricercatori.

I dati raccolti dai ricercatori durante questo studio riflettevano l’efficacia dell’uso dei TTT in classe, cercando di apprendere concetti biologici astratti.

“Mentre i modelli 3D sono stati utilizzati in classe in vari modi (Ramirez e Gordy, manoscritto presentato), le migliori pratiche per l’utilizzo dei modelli in modo inclusivo rimangono indefinite. Sulla base di questi incoraggianti risultati preliminari, il nostro gruppo ha ampliato questo approccio ad ulteriori concetti biologici trattati in ulteriori corsi di laurea in scienze biologiche in una varietà di contesti scolastici “, hanno concluso i ricercatori.

“Gli studi futuri che continuano a confrontare l’efficacia dei TTT per le diverse popolazioni di studenti aiuteranno a stabilire le attività di TTT-GIL come nuovo strumento per l’insegnamento STEM inclusivo”.

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