Extensive research demonstrates that active learning pedagogies increase student outcomes (3). Questi guadagni sono stati dimostrati in una serie di discipline, tra cui l’anatomia e la fisiologia (6, 15). Nonostante le prove schiaccianti a favore dell’adozione di uno stile di insegnamento più attivo e centrato sullo studente, la risorsa più comunemente utilizzata nei corsi universitari è ancora il libro di testo (22). Quando uno studente non capisce il materiale presentato, è spesso costretto ad andare oltre il libro di testo, esplorando le risorse online sotto forma di video, tutorial e sistemi di quiz (7). Anche se esistono video online molto ben prodotti (10, 11), molti di questi non possono essere forniti con la narrazione da parte di un istruttore del corso senza un ulteriore editing del video. La mancanza della narrazione dell’istruttore del corso rende il materiale meno personale e meno adatto al corso (9). Inoltre, questi video spesso non vengono insegnati nello stesso modo, usando una terminologia diversa o una profondità di conoscenza diversa da quella che viene utilizzata in classe, portando alla formazione di idee sbagliate (18). Gli studenti hanno spesso usato rappresentazioni statiche per tentare di ottenere una migliore comprensione del materiale presentato in una lezione, sia che si tratti di disegnarlo o schematizzarlo in modo diverso (12). Tuttavia, anche se utile per aiutare a visualizzare la funzionalità di base dei processi statici o lineari, può essere difficile per gli studenti ottenere una comprensione delle interazioni talvolta complesse che avvengono all’interno della fisiologia (20).

Uno dei principali argomenti trattati in un corso introduttivo di fisiologia è la fisiologia dell’interfaccia tra un motoneurone e una fibra muscolare: la giunzione neuromuscolare (NMJ). Questo processo fisiologico permette l’innervazione delle fibre muscolari in seguito a un potenziale d’azione e al rilascio di un neurotrasmettitore sinaptico da un neurone presinaptico (2). (Vedi Fig. 1 per una rappresentazione generica dell’NMJ che è simile a quelle che si trovano in molti libri di testo). L’NMJ permette agli studenti di esplorare molti dei concetti fondamentali della fisiologia, compreso il ruolo della membrana cellulare nello stabilire e mantenere gradienti di concentrazione, gradienti di concentrazione chimica ed elettrica, e comunicazione da cellula a cellula (16). Per estensione, una comprensione accurata e approfondita dell’NMJ permette agli studenti di comprendere anche le complessità che si trovano in altri argomenti della fisiologia, come il rilascio dei neurotrasmettitori, la depolarizzazione della membrana e l’attivazione dei canali legati alla membrana (17). Tuttavia, quando si introducono questi concetti vitali nel contesto dell’NMJ, gli studenti possono essere sopraffatti dalla sua complessità (8, 13, 23). Per esempio, è stato dimostrato che gli studenti di fisiologia spesso credono che i potenziali d’azione viaggino attraverso la sinapsi e innervino la fibra muscolare piuttosto che usare i neurotrasmettitori per trasmettere questo impulso elettrico (8). Usando una rappresentazione visiva in movimento della NMJ, speriamo di poter alleviare alcune di queste idee sbagliate.

La classe introduttiva di Anatomia e Fisiologia dell’Università del Minnesota Rochester (UMR) utilizza una varietà di tecniche di apprendimento ad alto impatto per insegnare i concetti fisiologici. All’interno di questo spazio didattico poliedrico, gli studenti ricevono informazioni in un’impostazione di classe parzialmente capovolta, il che significa che il tempo di lezione è diviso tra il lavoro attraverso attività che utilizzano la conoscenza delle lezioni precedenti o il libro di testo, e le lezioni in classe tradizionali. Questa pratica permette l’esplorazione concettuale attraverso l’apprendimento di gruppo, pur mantenendo la responsabilità individuale. Quando imparano l’NMJ, gli studenti sono prima direttamente esposti alle informazioni attraverso una serie di mini-lezioni punteggiate e discussioni di gruppo collaborative derivanti da istruzioni precedenti. Questo è seguito da un caso di studio che si concentra sull’effetto delle neurotossine sulla funzionalità dell’NMJ (19). Identificando dove la tossina agisce, gli studenti possono lavorare a ritroso per dedurre come la contrazione muscolare sarebbe influenzata. Quando devono interpretare queste interazioni neurotossine, gli studenti spesso lottano per visualizzare come interferiscono con il meccanismo standard NMJ.

Per aiutare gli studenti a capire meglio i passi coinvolti nel processo del NMJ, abbiamo sviluppato e costruito un modello basato su LED (Fig. 2C). (Un video supplementare può essere trovato a https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Questo progetto è stato sviluppato in una partnership tra gli assistenti accademici non laureati (UAA) che avevano precedentemente completato il corso e il loro mentore di facoltà. All’UMR, gli UAA agiscono in modo simile agli assistenti didattici (LA): assistono in classe rispondendo alle domande e classificando il materiale. Tuttavia, non conducendo essi stessi una classe, hanno dimostrato di fornire una prospettiva studentesca per le lezioni e di coinvolgere più studenti in classe (14). Poiché gli studenti universitari stavano guidando il processo e creando le domande sperimentali da porre, potrebbe essere usato come un’opportunità di apprendimento sia per gli studenti universitari che per gli studenti in classe. In particolare, ha fornito ai ricercatori universitari l’opportunità di acquisire un apprezzamento per lo sviluppo di domande/ipotesi di ricerca, l’acquisizione di nuove competenze e la creazione di uno strumento che può essere utilizzato in classe e oltre. I risultati benefici del modello basato sui LED vanno ben oltre la classe, dal momento che può essere mostrato a molte parti interessate, tra cui donatori, amministratori universitari e potenziali studenti come esempio fisico di apprendimento in classe (Fig. 3C). Questo modello NMJ basato su LED è uno strumento utile e creativo. La sua capacità di fornire meccanismi in movimento permette la registrazione opzionale e il re-dubbing da parte degli studenti. La vasta gamma di colori delle luci LED fornisce una componente visiva che beneficia gli studenti attivamente l’apprendimento della fisiologia denotando i diversi tipi di molecole coinvolte. Fornendo parti in movimento e una tavolozza di colori visivamente accattivante, si è ipotizzato che gli studenti sarebbero stati in grado di interpretare e comprendere meglio le complessità che esistono all’interno della NMJ.