Una amplia investigación demuestra que las pedagogías de aprendizaje activo aumentan los resultados de los estudiantes (3). Estas ganancias se han demostrado en una serie de disciplinas, incluyendo la anatomía y la fisiología (6, 15). A pesar de la abrumadora evidencia a favor de adoptar un estilo de instrucción más activo y centrado en el estudiante, el recurso más utilizado en los cursos universitarios sigue siendo el libro de texto (22). Cuando un estudiante no entiende el material presentado, a menudo se ve obligado a ir más allá del libro de texto, explorando los recursos en línea en forma de vídeos, tutoriales y sistemas de cuestionamiento (7). Aunque existen vídeos en línea muy bien producidos (10, 11), muchos de ellos no pueden contar con la narración del instructor del curso sin una edición adicional del vídeo. La falta de narración del instructor del curso hace que el material sea menos personal y menos adaptado al curso (9). Además, estos vídeos a menudo no se enseñan de la misma manera, ya sea utilizando una terminología diferente o una profundidad de conocimiento diferente a la que se utiliza en el aula, lo que lleva a la formación de conceptos erróneos (18). Los estudiantes han utilizado a menudo representaciones estáticas para intentar comprender mejor el material presentado en una clase, ya sea dibujándolo o diagramándolo de forma diferente (12). Sin embargo, aunque es útil para ayudar a visualizar la funcionalidad básica de los procesos estáticos o lineales, puede ser difícil para los estudiantes obtener una comprensión de las interacciones a veces complejas que ocurren dentro de la fisiología (20).
Uno de los principales temas cubiertos en un curso de fisiología de introducción es la fisiología de la interfaz entre una motoneurona y una fibra muscular: la unión neuromuscular (NMJ). Este proceso fisiológico permite la inervación de las fibras musculares tras un potencial de acción y la liberación de neurotransmisores sinápticos desde una neurona presináptica (2). (Véase la Fig. 1 para una representación genérica de la NMJ que es similar a las que se encuentran en muchos libros de texto). La NMJ permite a los estudiantes explorar muchos de los conceptos centrales de la fisiología, incluyendo el papel de la membrana celular en el establecimiento y mantenimiento de los gradientes de concentración, los gradientes de concentración química y eléctrica, y la comunicación de célula a célula (16). Por extensión, un conocimiento exacto y profundo de la NMJ permite a los estudiantes comprender también las complejidades que se encuentran en otros temas de la fisiología, como la liberación de neurotransmisores, la despolarización de la membrana y la activación de los canales unidos a la membrana (17). Sin embargo, al introducir estos conceptos vitales en el contexto de la NMJ, los estudiantes pueden verse abrumados por su complejidad (8, 13, 23). Por ejemplo, se ha demostrado que los estudiantes de fisiología suelen creer que los potenciales de acción viajan por sí mismos a través de la sinapsis e inervan la fibra muscular, en lugar de utilizar neurotransmisores para transmitir este impulso eléctrico (8). Mediante el uso de una representación visual en movimiento de la NMJ, esperamos poder aliviar algunos de estos conceptos erróneos.
Fig. 1.Una representación de la imagen estática tradicional de la unión neuromuscular (NMJ) que suele aparecer en los libros de texto. Un potencial de acción viaja hacia el bulbo sináptico (1) y abre un canal de calcio activado por voltaje (2). Esto permite que los iones de calcio entren en el bulbo sináptico y se unan a las proteínas de anclaje sináptico (3), llevando vesículas a la membrana presináptica. La acetilcolina de las vesículas presinápticas se une al receptor nicotínico de acetilcolina (5), provocando una entrada de iones de sodio y una salida de iones de potasio (6). Este potencial de placa final continúa por un túbulo t, provocando finalmente una contracción muscular (7). El exceso de acetilcolina puede ser descompuesto por la acetilcolinesterasa (8) o simplemente puede difundirse.
La clase introductoria de Anatomía y Fisiología de la Universidad de Minnesota Rochester (UMR) utiliza una variedad de técnicas de aprendizaje de alto impacto para enseñar conceptos fisiológicos. Dentro de este espacio de instrucción multifacético, los estudiantes reciben información en un entorno de aula parcialmente invertida, lo que significa que el tiempo de clase se divide entre el trabajo a través de actividades que utilizan el conocimiento de las clases anteriores o el libro de texto, y las conferencias tradicionales del aula. Esta práctica permite la exploración conceptual a través del aprendizaje en grupo mientras se mantiene la responsabilidad individual. Cuando se aprende sobre la NMJ, los estudiantes primero están expuestos directamente a la información a través de una serie de miniconferencias puntuadas y discusiones de grupo colaborativas derivadas de la instrucción previa. A continuación, se realiza un estudio de caso centrado en el efecto de las neurotoxinas sobre la funcionalidad de la NMJ (19). Al identificar dónde actúa la toxina, los alumnos pueden trabajar hacia atrás para deducir cómo se vería afectada la contracción muscular. Cuando se enfrentan a la interpretación de estas interacciones de neurotoxinas, los estudiantes a menudo luchan para visualizar cómo interfieren con el mecanismo estándar de la NMJ.
Para ayudar a los estudiantes a comprender mejor los pasos involucrados en el proceso de la NMJ, desarrollamos y construimos un modelo basado en LED (Fig. 2C). (Se puede encontrar un video suplementario en https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Este proyecto se desarrolló en una asociación entre asistentes académicos de pregrado (UAAs) que habían completado previamente el curso y su mentor de la facultad. En la UMR, los SAU actúan de forma similar a los asistentes de aprendizaje (AL): ayudan en el aula respondiendo a preguntas y calificando el material. Sin embargo, al no dirigir ellos mismos una clase, se ha demostrado que aportan una perspectiva estudiantil a las lecciones y hacen participar a más estudiantes en el aula (14). Dado que los SAU dirigían el proceso y creaban las preguntas experimentales que se planteaban, podía utilizarse como una oportunidad de aprendizaje tanto para los SAU como para los estudiantes en el aula. En concreto, proporcionó oportunidades para que los investigadores universitarios adquirieran una apreciación del desarrollo de preguntas/hipótesis de investigación, la adquisición de nuevas habilidades y la creación de una herramienta que puede ser utilizada dentro del aula y más allá. Los resultados beneficiosos del modelo basado en LED llegan mucho más allá del aula, ya que puede ser exhibido a muchas partes interesadas, incluyendo donantes, administradores universitarios y futuros estudiantes como un ejemplo físico del aprendizaje en el aula (Fig. 3C). Este modelo de NMJ basado en LED es una herramienta útil y creativa. Su capacidad de proporcionar mecanismos móviles permite la grabación y el doblaje opcional por parte de los estudiantes. La amplia gama de colores de las luces LED proporciona un componente visual que beneficia a los estudiantes que aprenden fisiología activamente al denotar los diferentes tipos de moléculas involucradas. Al proporcionar partes móviles y una paleta de colores visualmente atractiva, se planteó la hipótesis de que los estudiantes serían capaces de interpretar y comprender mejor las complejidades que existen dentro de la NMJ.
Fig. 2.A: los dibujos preliminares del modelo de la unión neuromuscular (NMJ) ayudan a visualizar cómo mostrar los diferentes iones y su movimiento. Cada color denota un componente, ion o molécula específicos. El amarillo indica un potencial de acción, el púrpura es el calcio, el naranja es la acetilcolina, el blanco es el ácido acético, el verde es la colina, el rojo es el potasio, el azul es el sodio y la alternancia verde/rojo representa las puertas de los canales. Estos colores son también los utilizados en el modelo de NMJ dentro del vídeo (véase el vídeo suplementario). B: se necesita una planificación cuidadosa para utilizar eficazmente los LEDs y cablearlos adecuadamente. Los colores también corresponden al número de LEDs en una cadena; las líneas discontinuas y sólidas indican las conexiones por debajo o por encima del tablero, respectivamente. El rojo representa 1 LED, el naranja 2, el amarillo 3, el verde claro 4, el azul claro 7, el azul 11, el azul marino 13, el morado 15 y el rosa 18. C: el modelo de NMJ completado que fue desarrollado y desplegado en el aula.
Fig. 3.El diseño y la construcción del modelo de unión neuromuscular (NMJ) por parte de los estudiantes de grado comienza con la planificación inicial y el dibujo del fondo (A) y continúa con la colocación de las luces LED (B). C: el modelo terminado se utilizó para interactuar con muchas partes interesadas, como empresarios locales, donantes, políticos y funcionarios universitarios.