Den omfattende forskning viser, at aktive læringspædagogikker øger de studerendes resultater (3). Disse gevinster er blevet påvist på tværs af en række discipliner, herunder anatomi og fysiologi (6, 15). På trods af de overvældende beviser for at indføre en mere aktiv og elevcentreret undervisningsstil er den mest almindeligt anvendte ressource i forbindelse med universitetsuddannelser stadig lærebogen (22). Når en studerende ikke forstår det præsenterede materiale, er de ofte tvunget til at gå ud over lærebogen og udforske online ressourcer i form af videoer, tutorials og quizzing-systemer (7). Der findes ganske vist meget velproducerede onlinevideoer (10, 11), men mange af disse kan ikke forsynes med fortælling af en underviser på kurset uden ekstra redigering af videoen. Den manglende fortælling fra kursuslæreren gør materialet mindre personligt og mindre skræddersyet til kurset (9). Desuden undervises der ofte ikke i disse videoer på samme måde, idet der enten anvendes en anden terminologi eller en anden dybdegående viden end den, der anvendes i klasseværelset, hvilket fører til dannelse af misforståelser (18). De studerende har ofte brugt statiske repræsentationer for at forsøge at opnå en bedre forståelse af det materiale, der præsenteres i en forelæsning, hvad enten det er ved at tegne det ud eller ved at diagrammere det på en anden måde (12). Men selv om det er nyttigt til at hjælpe med at visualisere grundlæggende funktionalitet af statiske eller lineære processer, kan det være vanskeligt for studerende at få en forståelse af de undertiden komplekse interaktioner, der sker inden for fysiologi (20).

Et af de vigtigste emner, der dækkes i et indledende fysiologikursus, er fysiologien i grænsefladen mellem et motoneuron og en muskelfiber: det neuromuskulære knudepunkt (NMJ). Denne fysiologiske proces giver mulighed for innervation af muskelfibre efter et aktionspotentiale og synaptisk neurotransmitterfrigivelse fra et præsynaptisk neuron (2). (Se fig. 1 for en generisk repræsentation af NMJ, der ligner dem, der findes i mange lærebøger). NMJ giver eleverne mulighed for at udforske mange af fysiologiens kernebegreber, herunder cellemembranens rolle i forbindelse med etablering og opretholdelse af koncentrationsgradienter, kemiske og elektriske koncentrationsgradienter og kommunikation fra celle til celle (16). I forlængelse heraf sætter en præcis og grundig forståelse af NMJ eleverne i stand til også at forstå kompleksiteter, der findes i andre emner inden for fysiologi, f.eks. frigivelse af neurotransmittere, depolarisering af membranen og aktivering af membranbundne kanaler (17). Når disse vigtige begreber introduceres i forbindelse med NMJ, kan eleverne imidlertid blive overvældet af kompleksiteten (8, 13, 23). Det har f.eks. vist sig, at fysiologistuderende ofte tror, at aktionspotentialerne selv bevæger sig gennem synapsen og innerverer muskelfibrene i stedet for at bruge neurotransmittere til at videresende denne elektriske impuls (8). Ved at bruge en bevægelig visuel repræsentation af NMJ håber vi, at vi kan afhjælpe nogle af disse misforståelser.

Den indledende klasse i anatomi og fysiologi på University of Minnesota Rochester (UMR) bruger en række forskellige læringsteknikker med stor effekt til at undervise i fysiologiske begreber. Inden for dette mangesidede undervisningsrum modtager de studerende information i et delvist flipped classroom-setting, hvilket betyder, at undervisningstiden er delt mellem at arbejde gennem aktiviteter ved hjælp af viden fra tidligere klasser eller lærebogen og traditionelle klasseværelsesforelæsninger. Denne praksis giver mulighed for konceptuel udforskning gennem gruppelæring, samtidig med at den individuelle ansvarlighed bevares. Når de studerende lærer om NMJ, bliver de først direkte udsat for information gennem en række punktvise mini-forelæsninger og gruppediskussioner i samarbejde, der stammer fra tidligere undervisning. Herefter følger et casestudie, der fokuserer på virkningen af neurotoksiner på NMJ’s funktionalitet (19). Ved at identificere, hvor toksinet virker, kan eleverne arbejde baglæns for at udlede, hvordan muskelsammentrækningen påvirkes. Når de studerende står over for at skulle fortolke disse neurotoksininteraktioner, kæmper de ofte med at visualisere, hvordan de griber ind i standard NMJ-mekanismen.

For at hjælpe de studerende med bedre at forstå de trin, der er involveret i NMJ-processen, udviklede og byggede vi en LED-baseret model (Fig. 2C). (En supplerende video kan findes på https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Dette projekt blev udviklet i et partnerskab mellem undergraduate akademiske assistenter (UAA’er), der tidligere havde gennemført kurset, og deres fakultetsmentor. På UMR fungerer UAA’er på samme måde som læringsassistenter (LA’er): de assisterer i klasseværelset ved at svare på spørgsmål og bedømme materiale. Men da de ikke selv leder en klasse, har det vist sig, at de giver et studenterperspektiv for lektioner og engagerer flere studerende i klasseværelset (14). Da UAA’erne var drivkraften bag processen og skabte de eksperimentelle spørgsmål, der blev stillet, kunne det bruges som en læringsmulighed for både UAA’erne og eleverne i klasseværelset. Specifikt gav det muligheder for de studerende forskere for at få en forståelse for udvikling af forskningsspørgsmål/hypoteser, erhvervelse af nye færdigheder og skabelse af et værktøj, der kan bruges i klasseværelset og videre ud over det. De gavnlige resultater af den LED-baserede model rækker langt ud over klasseværelset, da den kan vises frem for mange interesserede parter, herunder donorer, universitetsadministratorer og potentielle studerende, som et fysisk eksempel på læring i klasseværelset (fig. 3C). Denne LED-baserede NMJ-model er et nyttigt og kreativt værktøj. Dens evne til at levere bevægelige mekanismer giver mulighed for valgfri optagelse og genindspilning af de studerende. LED-lysenes brede farvepalet giver en visuel komponent, som er til gavn for de studerende, der aktivt lærer fysiologi ved at angive de forskellige typer af molekyler, der er involveret. Ved at give bevægelige dele og en visuelt tiltalende farvepalet blev det antaget, at eleverne bedre ville kunne fortolke og forstå de komplekse forhold, der findes i NMJ.