Extensief onderzoek toont aan dat actieve leeronderwijskundige methoden de resultaten van studenten verhogen (3). Deze voordelen zijn aangetoond in een groot aantal disciplines, waaronder anatomie en fysiologie (6, 15). Ondanks het overweldigende bewijs voor het aannemen van een meer actieve en student-gecentreerde stijl van lesgeven, is het meest gebruikte hulpmiddel bij college cursussen nog steeds het tekstboek (22). Wanneer een student de gepresenteerde stof niet begrijpt, is hij vaak gedwongen verder te gaan dan het tekstboek en online bronnen te verkennen in de vorm van video’s, tutorials en quizsystemen (7). Hoewel er zeer goed geproduceerde online video’s bestaan (10, 11), kunnen veel van deze niet worden voorzien van een vertelling door een docent van de cursus zonder extra bewerking van de video. Het ontbreken van een vertelling door een cursusdocent maakt het materiaal minder persoonlijk en minder toegesneden op de cursus (9). Bovendien worden deze video’s vaak niet op dezelfde manier onderwezen, waarbij een andere terminologie of een andere diepgang van kennis wordt gebruikt dan in de klas, wat leidt tot de vorming van misvattingen (18). Studenten hebben vaak gebruik gemaakt van statische voorstellingen om te proberen een beter begrip te krijgen van de stof die in een college werd gepresenteerd, hetzij door deze uit te tekenen of op een andere manier te schetsen (12). Maar hoewel het nuttig is om de basisfunctionaliteit van statische of lineaire processen te visualiseren, kan het voor studenten moeilijk zijn om inzicht te krijgen in de soms complexe interacties die binnen de fysiologie plaatsvinden (20).

Een van de belangrijkste onderwerpen die in een inleidende cursus fysiologie wordt behandeld, is de fysiologie van de interface tussen een motoneuron en een spiervezel: de neuromusculaire junctie (NMJ). Dit fysiologisch proces maakt de innervatie van spiervezels mogelijk na een actiepotentiaal en het vrijkomen van synaptische neurotransmitters uit een presynaptisch neuron (2). (Zie fig. 1 voor een algemene voorstelling van het NMJ die vergelijkbaar is met die welke in veel leerboeken wordt aangetroffen). Het NMJ stelt leerlingen in staat om veel van de kernconcepten van de fysiologie te verkennen, met inbegrip van de rol van het celmembraan bij het tot stand brengen en handhaven van concentratiegradiënten, chemische en elektrische concentratiegradiënten, en cel-naar-cel communicatie (16). In het verlengde daarvan stelt een nauwkeurig en grondig begrip van het NMJ studenten in staat om ook complexiteiten te begrijpen die voorkomen in andere onderwerpen van de fysiologie, zoals neurotransmitter afgifte, membraan depolarisatie, en activering van membraan-gebonden kanalen (17). Echter, bij het introduceren van deze vitale concepten in de context van het NMJ, kunnen studenten overweldigd worden door de complexiteit ervan (8, 13, 23). Het is bijvoorbeeld aangetoond dat fysiologiestudenten vaak geloven dat actiepotentialen zelf door de synaps reizen en de spiervezel innerveren in plaats van neurotransmitters te gebruiken om deze elektrische impuls door te geven (8). Door een bewegende visuele weergave van de NMJ te gebruiken, hopen we dat we enkele van deze misvattingen kunnen wegnemen.

De inleidende les Anatomie en Fysiologie aan de Universiteit van Minnesota Rochester (UMR) maakt gebruik van een verscheidenheid aan leertechnieken met een grote impact om fysiologische concepten te onderwijzen. Binnen deze veelzijdige instructieruimte ontvangen studenten informatie in een gedeeltelijk geflipte klassikale setting, wat betekent dat de lestijd wordt verdeeld tussen het werken door middel van activiteiten waarbij kennis uit eerdere lessen of het tekstboek wordt gebruikt, en traditionele klassikale colleges. Deze praktijk maakt conceptuele verkenning mogelijk door middel van leren in groepsverband, terwijl individuele verantwoordelijkheid behouden blijft. Bij het leren over het NMJ, worden studenten eerst direct blootgesteld aan informatie door middel van een serie van mini-colleges en groepsdiscussies die voortkomen uit eerdere lessen. Dit wordt gevolgd door een casestudy die zich richt op het effect van neurotoxinen op de functionaliteit van het NMJ (19). Door vast te stellen waar het toxine werkt, kunnen de leerlingen achterwaarts werken om af te leiden hoe de spiercontractie zou worden beïnvloed. Wanneer ze worden geconfronteerd met het interpreteren van deze neurotoxine-interacties, hebben studenten vaak moeite om te visualiseren hoe ze interfereren met het standaard NMJ-mechanisme.

Om studenten te helpen de stappen die betrokken zijn bij het proces van de NMJ beter te begrijpen, ontwikkelden en bouwden we een LED-gebaseerd model (Fig. 2C). (Een aanvullende video kan worden gevonden op https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Dit project werd ontwikkeld in een partnerschap tussen undergraduate academische assistenten (UAA’s) die eerder de cursus hadden voltooid en hun faculteit mentor. Bij UMR werken UAA’s op een vergelijkbare manier als learning assistants (LA’s): ze assisteren in de klas door vragen te beantwoorden en materiaal te beoordelen. Hoewel ze zelf geen les geven, is aangetoond dat ze een studentenperspectief bieden voor lessen en meer studenten bij de les betrekken (14). Omdat de UAA’s het proces aanstuurden en de experimentele vragen stelden, kon het gebruikt worden als een leermogelijkheid voor zowel de UAA’s als de studenten in de klas. Het bood met name mogelijkheden voor de onderzoekers in opleiding om waardering te krijgen voor het ontwikkelen van onderzoeksvragen/hypothesen, het verwerven van nieuwe vaardigheden, en het creëren van een instrument dat in de klas en daarbuiten gebruikt kan worden. De gunstige resultaten van het LED-gebaseerde model reiken veel verder dan het klaslokaal, omdat het kan worden getoond aan vele geïnteresseerde partijen, waaronder donateurs, universiteitsbestuurders en toekomstige studenten als een fysiek voorbeeld van het leren in de klas (Fig. 3C). Dit op LED gebaseerde NMJ model is een nuttig en creatief hulpmiddel. Zijn mogelijkheid om bewegende mechanismen te voorzien laat voor optionele opname en re-dubbing door studenten toe. Het brede kleurengamma van de LED-lampjes biedt een visuele component die studenten die actief fysiologie leren ten goede komt door de verschillende soorten betrokken moleculen aan te duiden. Door het aanbieden van bewegende onderdelen en een visueel aantrekkelijk kleurenpalet, werd verondersteld dat studenten in staat zouden zijn om de complexiteit die bestaat binnen de NMJ beter te interpreteren en te begrijpen.