Modelli stampati in 3D Visualizzazione dell’invisibile: una guida per progettare, stampare e incorporare modelli molecolari dinamici 3D per insegnare le relazioni tra struttura e funzione 

Modelli stampati in 3D aiutano gli studenti a comprendere meglio il comportamento del DNA

In un documento intitolato ” Visualizzazione dell’invisibile: una guida per progettare, stampare e incorporare modelli molecolari dinamici 3D per insegnare le relazioni tra struttura e funzione “, un gruppo di ricercatori dell’Università del Nebraska discute dell’importanza di utilizzare modelli tridimensionali per aiutare gli studenti comprendere i concetti critici di biologia e chimica. Gli insegnanti, sottolineano i ricercatori, fanno spesso affidamento su immagini bidimensionali per insegnare concetti tridimensionali complessi, come la struttura delle molecole, ma gli studenti non riescono a cogliere completamente i concetti usando solo immagini 2D. I kit con modelli 3D esistono per scopi didattici, ma “non sono in grado di gestire le dimensioni e i dettagli delle macromolecole”.

La stampa 3D, tuttavia, consente agli istruttori di creare modelli personalizzati dettagliati di molecole di qualsiasi dimensione.

“Ad esempio, i modelli proteici possono essere progettati per mettere in relazione le strutture del sito attivo dell’enzima con l’attività cinetica”, affermano i ricercatori. “Inoltre, gli istruttori possono utilizzare diversi materiali di stampa e accessori per dimostrare proprietà, dinamiche e interazioni molecolari”.

Nel documento, i ricercatori descrivono la creazione di una lezione basata sul modello 3D sul superconsumo del DNA per una classe di biologia universitaria. Hanno selezionato questo particolare modello in modo che gli studenti potessero “sentire il rilassamento del DNA e le contorsioni dei testimoni risultanti da torsioni nel DNA”. Hanno progettato e stampato modelli in plastica flessibile con estremità magnetiche per simulare il superconsumo del DNA.

“Abbiamo sviluppato un’attività interattiva basata su Qualtrics per aiutare gli studenti a utilizzare i modelli per classificare il DNA supercoiled, prevedere gli effetti del DNA che si avvolge attorno ai nucleosomi e differenziare tra le attività della topoisomerasi”, spiegano i ricercatori.
Una classe di biochimica universitaria di livello superiore è stata divisa in piccoli gruppi di 2-3 studenti per favorire l’apprendimento tra pari e ciascun gruppo ha ricevuto un modello. I modelli sono stati anche resi disponibili presso un centro risorse della biblioteca. Le domande interattive hanno richiesto agli studenti di misurare ed esplorare gli aspetti fisici dei modelli. Gli studenti hanno impiegato circa 50 minuti per completare l’attività, che è stata intervallata da lezioni e dimostrazioni tramite un sovraccarico digitale.

Nelle interviste che seguono l’attività, gli studenti hanno riferito che i modelli li hanno aiutati a imparare perché “vedere fisicamente rende qualcosa di astratto molto reale”. In un sondaggio, dal 60 al 70 per cento degli studenti ha dichiarato che i modelli fisici rendevano più facile l’apprendimento del materiale insegnato.

I ricercatori continuano a fornire istruzioni passo passo per la creazione di modelli stampati in 3D da utilizzare in classe. Hanno progettato i modelli intorno a idee sbagliate degli studenti, spiegano, e i modelli si sono dimostrati efficaci nel chiarire questi malintesi. Questo studio riafferma ciò che molti ricercatori e professionisti dell’educazione hanno imparato: i modelli stampati in 3D sono un modo eccellente per insegnare agli studenti di qualsiasi fascia d’età. Dai bambini in età prescolare che imparano forme e trame agli studenti universitari che imparano a conoscere il supercoiling del DNA, avere modelli pratici aiuta a rendere i concetti reali e accessibili. La stampa 3D è un modo economico per creare tali modelli ed è in grado di presentare i dettagli in modo diverso rispetto agli altri metodi di fabbricazione.

“La stampa tridimensionale rappresenta una tecnologia emergente con un potenziale significativo per far progredire l’educazione delle scienze della vita consentendo agli studenti di esplorare fisicamente le relazioni struttura-funzione macromolecolari e osservare le dinamiche e le interazioni molecolari”, concludono i ricercatori. “Con lo sviluppo di questa tecnologia, il costo, la risoluzione, la forza, le opzioni materiali e la praticità di 3DP miglioreranno, rendendo i modelli 3D uno strumento didattico ancora più accessibile.”
Gli autori del documento includono Michelle E. Howell, Karin van Dijk, Christine S. Booth, Tomáš Helikar, Brian A. Couch e Rebecca L. Roston.

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