Pesquisa extensiva demonstra que pedagogias ativas de aprendizagem aumentam os resultados dos alunos (3). Esses ganhos têm sido demonstrados em diversas disciplinas, incluindo anatomia e fisiologia (6, 15). Apesar da esmagadora evidência para a adoção de um estilo de instrução mais ativo e centrado no estudante, o recurso mais comumente utilizado associado aos cursos universitários ainda é o livro didático (22). Quando um aluno não compreende o material apresentado, muitas vezes é obrigado a ir além do livro didático, explorando recursos on-line na forma de vídeos, tutoriais e sistemas de perguntas e respostas (7). Embora existam vídeos online muito bem produzidos (10, 11), muitos deles não podem ser fornecidos com narração por um instrutor do curso sem a edição extra do vídeo. A falta de narração do instrutor do curso torna o material menos pessoal e menos adaptado ao curso (9). Além disso, esses vídeos muitas vezes não são ensinados da mesma maneira, seja usando terminologia diferente ou uma profundidade de conhecimento diferente daquela que é usada na sala de aula, levando à formação de conceitos errôneos (18). Os alunos têm frequentemente utilizado representações estáticas para tentar compreender melhor o material apresentado em uma palestra, seja desenhando-o ou diagramando-o de uma maneira diferente (12). Entretanto, embora útil para ajudar a visualizar a funcionalidade básica dos processos estáticos ou lineares, pode ser difícil para os alunos compreenderem as interações por vezes complexas que acontecem dentro da fisiologia (20).
Um dos principais tópicos abordados em um curso de fisiologia introdutória é a fisiologia da interface entre um motoneurônio e uma fibra muscular: a junção neuromuscular (NMJ). Este processo fisiológico permite a inervação das fibras musculares seguindo um potencial de ação e a liberação do neurotransmissor sináptico de um neurônio pré-sináptico (2). (Veja a Fig. 1 para uma representação genérica do NMJ que é semelhante àquelas encontradas em muitos livros didáticos). O NMJ permite aos estudantes explorar muitos dos conceitos centrais da fisiologia, incluindo o papel da membrana celular no estabelecimento e manutenção de gradientes de concentração, gradientes de concentração química e elétrica, e comunicação célula a célula (16). Por extensão, uma compreensão precisa e completa do NMJ permite aos estudantes compreender também as complexidades encontradas em outros tópicos da fisiologia, tais como liberação de neurotransmissores, despolarização de membranas e ativação de canais ligados à membrana (17). No entanto, ao introduzir estes conceitos vitais no contexto do NMJ, os estudantes podem ser sobrecarregados pela sua complexidade (8, 13, 23). Por exemplo, tem sido demonstrado que os estudantes de fisiologia freqüentemente acreditam que os próprios potenciais de ação viajam através da sinapse e interiorizam a fibra muscular ao invés de usar neurotransmissores para retransmitir esse impulso elétrico (8). Usando uma representação visual móvel do NMJ, esperamos que possamos aliviar alguns desses conceitos errados.
Fig. 1.Uma representação da imagem estática tradicional da junção neuromuscular (NMJ) frequentemente retratada em livros didáticos. Um potencial de ação viaja em direção ao bulbo sináptico (1) e abre um canal de cálcio em tensão (2). Isto permite que íons de cálcio entrem no bulbo sináptico e se liguem às proteínas sinápticas (3), trazendo vesículas para a membrana pré-sináptica. A acetilcolina das vesículas pré-sinápticas liga-se ao receptor nicotínico de acetilcolina (5), causando um influxo de íons sódio e um efluxo de íons potássio (6). Este potencial da placa terminal continua para baixo de um tubo em t, causando eventualmente uma contracção muscular (7). O excesso de acetilcolina pode ser quebrado pela acetilcolinesterase (8) ou simplesmente pode se difundir.
A aula introdutória de Anatomia e Fisiologia na Universidade de Minnesota Rochester (UMR) usa uma variedade de técnicas de aprendizagem de alto impacto para ensinar conceitos fisiológicos. Dentro deste espaço instrucional multifacetado, os alunos recebem informações em uma sala de aula parcialmente virada, o que significa que o tempo de aula é dividido entre o trabalho através de atividades utilizando o conhecimento das aulas anteriores ou do livro didático, e as tradicionais aulas presenciais. Esta prática permite a exploração conceitual através da aprendizagem em grupo, mantendo a responsabilidade individual. Quando aprendem sobre o NMJ, os alunos são expostos diretamente à informação através de uma série de mini-leituras pontuadas e discussões em grupo colaborativas decorrentes da instrução prévia. Segue-se um estudo de caso que foca o efeito das neurotoxinas sobre a funcionalidade do NMJ (19). Ao identificar onde a toxina age, os alunos podem trabalhar para trás para deduzir como a contração muscular seria afetada. Quando confrontados com a interpretação dessas interações neurotóxicas, os estudantes frequentemente lutam para visualizar como elas interferem no mecanismo padrão do NMJ.
Para ajudar os estudantes a entender melhor os passos envolvidos no processo do NMJ, nós desenvolvemos e construímos um modelo baseado em LED (Fig. 2C). (Um vídeo suplementar pode ser encontrado em https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Este projeto foi desenvolvido em uma parceria entre assistentes acadêmicos de graduação (UAAs) que tinham concluído previamente o curso e seu mentor docente. Na UMR, os UAAs agem de forma semelhante aos assistentes de aprendizagem (AAE): ajudando na sala de aula, respondendo a perguntas e classificando o material. No entanto, não liderando uma classe em si, eles têm mostrado que fornecem uma perspectiva do aluno para as aulas e envolvem mais alunos na sala de aula (14). Como os EAU estavam conduzindo o processo e criando as perguntas experimentais que estavam sendo feitas, ele poderia ser usado como uma oportunidade de aprendizado tanto para os EAU quanto para os alunos na sala de aula. Especificamente, ele proporcionou oportunidades para os pesquisadores da graduação obterem uma apreciação para desenvolver questões/hipóteses de pesquisa, aquisição de novas habilidades e a criação de uma ferramenta que pode ser usada dentro e fora da sala de aula. Os resultados benéficos do modelo baseado em LED vão muito além da sala de aula, uma vez que pode ser exibido para muitas partes interessadas, incluindo doadores, administradores universitários e futuros estudantes como um exemplo físico de aprendizagem em sala de aula (Fig. 3C). Este modelo NMJ baseado em LED é uma ferramenta útil e criativa. A sua capacidade de proporcionar mecanismos móveis permite a gravação e re-dublagem opcional pelos estudantes. A ampla gama de cores das luzes LED fornece um componente visual que beneficia os alunos ativamente aprendendo fisiologia ao denotar os diferentes tipos de moléculas envolvidas. Ao fornecer partes móveis e uma paleta de cores visualmente apelativa, foi levantada a hipótese de que os estudantes seriam capazes de interpretar e compreender melhor as complexidades que existem dentro do NMJ.
Fig. 2.A: desenhos preliminares do modelo de junção neuromuscular (NMJ) ajudam a visualizar como exibir os diferentes iões e o seu movimento. Cada cor denota um componente específico, íon ou molécula. O amarelo indica um potencial de ação, o roxo é cálcio, o laranja é acetilcolina, o branco é ácido acético, o verde é colina, o vermelho é potássio, o azul é sódio, e o verde/vermelho alternado é representativo das portas de canal. Estas cores são também as cores usadas no modelo NMJ dentro do vídeo (ver Vídeo Suplementar). B: é necessário um planeamento cuidadoso para utilizar eficazmente os LEDs e ligá-los adequadamente. As cores também correspondem ao número de LEDs em uma cadeia; linhas tracejadas e sólidas indicam conexões abaixo ou acima da placa, respectivamente. Vermelho representa 1 LED, laranja é 2, amarelo é 3, verde claro é 4, verde é 4, azul claro é 7, azul é 11, azul marinho é 13, roxo é 15, e rosa é 18. C: o modelo NMJ completo que foi desenvolvido e implantado na sala de aula.
Fig. 3.O desenho e construção do modelo de junção neuromuscular (NMJ) por estudantes de graduação começa com o planejamento inicial e desenho do fundo (A) e continua com a colocação das luzes LED (B). C: o modelo completo foi usado para interação com muitas partes interessadas, incluindo empresários locais, doadores, políticos e funcionários universitários.