Laajat tutkimukset osoittavat, että aktiivinen oppimispedagogiikka parantaa opiskelijoiden oppimistuloksia (3). Nämä tulokset on osoitettu useilla eri tieteenaloilla, kuten anatomiassa ja fysiologiassa (6, 15). Huolimatta siitä, että aktiivisemman ja opiskelijakeskeisemmän opetustyylin omaksumisen puolesta on olemassa ylivoimainen näyttö, yliopistokursseihin liittyvä yleisimmin käytetty resurssi on edelleen oppikirja (22). Kun opiskelija ei ymmärrä esitettyä materiaalia, hänen on usein pakko mennä oppikirjaa pidemmälle ja tutkia verkossa olevia resursseja videoiden, opetusohjelmien ja tietokilpailujärjestelmien muodossa (7). Vaikka hyvin tuotettuja verkkovideoita on olemassa (10, 11), moniin niistä ei voida antaa kurssin opettajan selostusta ilman videon ylimääräistä muokkausta. Kurssin ohjaajan selostuksen puuttuminen tekee materiaalista vähemmän henkilökohtaista ja vähemmän kurssille räätälöityä (9). Lisäksi näitä videoita ei useinkaan opeteta samalla tavalla, vaan niissä käytetään joko erilaista terminologiaa tai erilaista tietämyssyvyyttä kuin luokkahuoneessa, mikä johtaa väärinkäsitysten syntymiseen (18). Opiskelijat ovat usein käyttäneet staattisia representaatioita yrittäessään ymmärtää luennolla esitettyä materiaalia paremmin, olipa kyse sitten sen piirtämisestä tai kaavioinnista eri tavalla (12). Vaikka staattisten tai lineaaristen prosessien perustoiminnallisuuden havainnollistaminen on hyödyllistä, opiskelijoiden voi kuitenkin olla vaikea ymmärtää fysiologian sisällä tapahtuvia joskus monimutkaisia vuorovaikutussuhteita (20).

Yksi tärkeimmistä fysiologian johdantokurssilla käsiteltävistä aiheista on motoneuronin ja lihaskuidun välisen rajapinnan fysiologia: neuromuskulaarinen liitos (neuromuscular junction, NMJ). Tämä fysiologinen prosessi mahdollistaa lihassyiden innervoinnin toimintapotentiaalin ja synaptisen välittäjäaineen vapautumisen presynaptisesta neuronista (2). (Ks. kuva 1, jossa on NMJ:n yleinen esitys, joka on samanlainen kuin monissa oppikirjoissa). NMJ:n avulla opiskelijat voivat tutustua moniin fysiologian keskeisiin käsitteisiin, kuten solukalvon rooliin konsentraatiogradienttien luomisessa ja ylläpitämisessä, kemiallisiin ja sähköisiin konsentraatiogradientteihin sekä solujen väliseen viestintään (16). Lisäksi NMJ:n tarkka ja perusteellinen ymmärtäminen mahdollistaa sen, että opiskelijat pystyvät ymmärtämään myös muissa fysiologian aiheissa esiintyviä monimutkaisuuksia, kuten välittäjäaineiden vapautumista, kalvon depolarisaatiota ja kalvoon sidottujen kanavien aktivoitumista (17). Kun nämä elintärkeät käsitteet esitellään NMJ:n yhteydessä, oppilaat voivat kuitenkin hukkua sen monimutkaisuuteen (8, 13, 23). On esimerkiksi osoitettu, että fysiologian opiskelijat uskovat usein, että toimintapotentiaalit kulkevat itse synapsien läpi ja innervoivat lihassäikeen sen sijaan, että ne käyttäisivät välittäjäaineita tämän sähköisen impulssin välittämiseen (8). Käyttämällä liikkuvaa visuaalista esitystä NMJ:stä toivomme, että voimme lievittää joitakin näistä väärinkäsityksistä.

Minnesotan Rochesterin yliopiston (UMR) anatomian ja fysiologian johdantoluokassa käytetään fysiologisten käsitteiden opettamiseen erilaisia vaikuttavia oppimistekniikoita. Tässä monipuolisessa opetustilassa opiskelijat saavat tietoa osittain käänteisessä luokkahuoneessa, mikä tarkoittaa, että luokka-aika jakautuu tehtävien tekemiseen, joissa hyödynnetään aiemmilta tunneilta tai oppikirjasta saatuja tietoja, ja perinteisiin luentoihin luokkahuoneessa. Tämä käytäntö mahdollistaa käsitteiden tutkimisen ryhmässä oppimisen avulla ja samalla yksilöllisen vastuun säilyttämisen. Kun opiskelijat oppivat NMJ:stä, he altistuvat ensin suoraan tiedolle sarjan pistemäisten miniluentojen ja yhteistoiminnallisten ryhmäkeskustelujen kautta, jotka pohjautuvat aiempaan opetukseen. Tätä seuraa tapaustutkimus, jossa keskitytään neurotoksiinien vaikutukseen NMJ:n toimintaan (19). Tunnistamalla, missä toksiini vaikuttaa, opiskelijat voivat työskennellä taaksepäin ja päätellä, miten se vaikuttaa lihassupistukseen. Kun oppilaat joutuvat tulkitsemaan näitä neurotoksiinien vuorovaikutuksia, heillä on usein vaikeuksia havainnollistaa, miten ne häiritsevät tavanomaista NMJ-mekanismia.

Voidaksemme auttaa oppilaita ymmärtämään paremmin NMJ:n prosessin vaiheet kehitimme ja rakensimme LED-pohjaisen mallin (kuva 2C). (Täydentävä video löytyy osoitteesta https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Tämä hanke kehitettiin aiemmin kurssin suorittaneiden akateemisten apulaisopiskelijoiden (UAA) ja heidän tiedekunnan mentorinsa välisessä kumppanuudessa. UMR:ssä UAA:t toimivat samalla tavalla kuin oppimisavustajat (LA:t): he avustavat luokkahuoneessa vastaamalla kysymyksiin ja arvostelemalla materiaalia. He eivät kuitenkaan johda itse luokkaa, mutta heidän on osoitettu tarjoavan opiskelijanäkökulman oppitunneille ja sitouttavan enemmän opiskelijoita luokkahuoneeseen (14). Koska ammattikorkeakouluopettajat ohjasivat prosessia ja loivat esitettävät kokeelliset kysymykset, sitä voitiin käyttää oppimismahdollisuutena sekä ammattikorkeakouluopettajille että luokan oppilaille. Erityisesti se tarjosi perustutkintoa suorittaville tutkijoille tilaisuuden ymmärtää tutkimuskysymysten/hypoteesien kehittämistä, hankkia uusia taitoja ja luoda väline, jota voidaan käyttää luokkahuoneessa ja sen ulkopuolella. LED-pohjaisen mallin hyödylliset tulokset ulottuvat kauas luokkahuoneen ulkopuolelle, sillä sitä voidaan esitellä monille kiinnostuneille osapuolille, kuten lahjoittajille, yliopiston hallintoviranomaisille ja mahdollisille opiskelijoille fyysisenä esimerkkinä luokkahuoneessa tapahtuvasta oppimisesta (kuva 3C). Tämä LED-pohjainen NMJ-malli on hyödyllinen ja luova työkalu. Sen kyky tarjota liikkuvia mekanismeja mahdollistaa opiskelijoiden suorittaman valinnaisen tallentamisen ja jälkiäänittämisen. LED-valojen laaja värivalikoima tarjoaa visuaalisen komponentin, joka hyödyttää aktiivisesti fysiologiaa oppivia opiskelijoita osoittamalla eri molekyylityypit. Tarjoamalla liikkuvia osia ja visuaalisesti houkuttelevan väripaletin oletettiin, että opiskelijat pystyvät paremmin tulkitsemaan ja ymmärtämään NMJ:ssä esiintyviä monimutkaisuuksia.