Extensive research demonstrates that active learning pedagogies increase student outcomes (3). Te korzyści zostały wykazane w wielu dyscyplinach, w tym w anatomii i fizjologii (6, 15). Pomimo przytłaczających dowodów przemawiających za przyjęciem bardziej aktywnego i skoncentrowanego na studencie stylu nauczania, najczęściej wykorzystywanym zasobem związanym z kursami uczelnianymi jest nadal podręcznik (22). Kiedy student nie rozumie prezentowanego materiału, często jest zmuszony do wyjścia poza podręcznik, eksplorując zasoby internetowe w postaci filmów, samouczków i systemów quizowych (7). Chociaż istnieją bardzo dobrze wyprodukowane filmy online (10, 11), wiele z nich nie może być opatrzonych narracją instruktora kursu bez dodatkowej edycji filmu. Brak narracji instruktora kursu sprawia, że materiał jest mniej osobisty i mniej dostosowany do kursu (9). Co więcej, filmy te często nie są nauczane w ten sam sposób, albo przy użyciu innej terminologii, albo innej głębi wiedzy niż ta, która jest używana w klasie, co prowadzi do powstawania błędnych przekonań (18). Studenci często używają statycznych reprezentacji, aby spróbować lepiej zrozumieć materiał przedstawiony na wykładzie, czy to rysując go, czy też diagramując w inny sposób (12). Jednakże, chociaż są one przydatne do wizualizacji podstawowej funkcjonalności procesów statycznych lub liniowych, mogą być trudne do zrozumienia przez studentów czasami złożonych interakcji zachodzących w fizjologii (20).

Jednym z głównych tematów poruszanych we wstępnym kursie fizjologii jest fizjologia interfejsu pomiędzy motoneuronem a włóknem mięśniowym: połączenie nerwowo-mięśniowe (NMJ). Ten fizjologiczny proces pozwala na unerwienie włókien mięśniowych w następstwie potencjału czynnościowego i synaptycznego uwolnienia neuroprzekaźnika z neuronu presynaptycznego (2). (Ryc. 1 przedstawia ogólny obraz NMJ, który jest podobny do tego, jaki można znaleźć w wielu podręcznikach). NMJ umożliwia studentom poznanie wielu podstawowych pojęć fizjologii, w tym roli błony komórkowej w tworzeniu i utrzymywaniu gradientów stężenia, chemicznych i elektrycznych gradientów stężenia oraz komunikacji między komórkami (16). Dokładne i dogłębne zrozumienie NMJ umożliwia studentom zrozumienie złożoności innych tematów z zakresu fizjologii, takich jak uwalnianie neuroprzekaźników, depolaryzacja błony i aktywacja kanałów związanych z błoną komórkową (17). Jednakże, podczas wprowadzania tych ważnych koncepcji w kontekście NMJ, studenci mogą być przytłoczeni jego złożonością (8, 13, 23). Na przykład, wykazano, że studenci fizjologii często wierzą, że potencjały czynnościowe same przemieszczają się przez synapsę i unerwiają włókna mięśniowe, zamiast wykorzystywać neuroprzekaźniki do przekazywania tego impulsu elektrycznego (8). Poprzez użycie ruchomej wizualnej reprezentacji NMJ, mamy nadzieję, że możemy złagodzić niektóre z tych błędnych przekonań.

Wstępna klasa Anatomii i Fizjologii na Uniwersytecie Minnesoty w Rochester (UMR) wykorzystuje różnorodne techniki nauczania o wysokim wpływie na nauczanie koncepcji fizjologicznych. W ramach tej wielopłaszczyznowej przestrzeni instruktażowej studenci otrzymują informacje w częściowo odwróconej klasie, co oznacza, że czas zajęć jest podzielony pomiędzy ćwiczenia wykorzystujące wiedzę z poprzednich zajęć lub z podręcznika, a tradycyjne wykłady w klasie. Praktyka ta pozwala na eksplorację konceptualną poprzez uczenie się w grupie przy jednoczesnym zachowaniu indywidualnej odpowiedzialności. Podczas nauki o NMJ studenci są najpierw bezpośrednio wystawiani na działanie informacji poprzez serię punktowanych mini-wykładów i grupowych dyskusji opartych na wcześniejszych instrukcjach. Potem następuje studium przypadku, które skupia się na wpływie neurotoksyn na funkcjonowanie NMJ (19). Identyfikując miejsce działania toksyny, studenci mogą pracować wstecz, aby wywnioskować, w jaki sposób wpływa ona na skurcz mięśni. W obliczu interpretacji tych interakcji neurotoksyn studenci często mają trudności z wizualizacją, w jaki sposób zakłócają one standardowy mechanizm NMJ.

Aby pomóc studentom lepiej zrozumieć kroki zaangażowane w proces NMJ, opracowaliśmy i zbudowaliśmy model oparty na diodach LED (ryc. 2C). (Film uzupełniający można znaleźć pod adresem https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Ten projekt został opracowany w ramach partnerstwa między asystentami akademickimi (UAAs), którzy wcześniej ukończyli kurs, a ich mentorem wydziałowym. Na UMR, UAA działają w podobny sposób jak asystenci dydaktyczni (LA): pomagają w klasie odpowiadając na pytania i oceniając materiał. Jednakże, nie prowadząc samodzielnie zajęć, okazali się oni być w stanie zapewnić perspektywę studenta dla lekcji i zaangażować więcej studentów w zajęcia (14). Ponieważ UAA kierowali procesem i tworzyli zadawane pytania eksperymentalne, mogło to być wykorzystane jako okazja do nauki zarówno dla UAA jak i studentów w klasie. W szczególności, stworzyło to możliwości dla badaczy ze studiów licencjackich do zdobycia uznania dla opracowywania pytań/hipotez badawczych, nabycia nowych umiejętności i stworzenia narzędzia, które może być używane w klasie i poza nią. Korzystne efekty modelu opartego na diodach LED sięgają daleko poza salę lekcyjną, ponieważ może on być prezentowany wielu zainteresowanym stronom, w tym darczyńcom, administratorom uniwersyteckim i przyszłym studentom jako fizyczny przykład nauki w klasie (Rys. 3C). Model NMJ oparty na diodach LED jest użytecznym i kreatywnym narzędziem. Jego zdolność do zapewnienia ruchomych mechanizmów pozwala na opcjonalne nagrywanie i re-dubbing przez studentów. Szeroki zakres kolorów świateł LED zapewnia komponent wizualny, który jest korzystny dla studentów aktywnie uczących się fizjologii poprzez oznaczanie różnych typów cząsteczek zaangażowanych w proces. Poprzez zapewnienie ruchomych części i wizualnie atrakcyjnej palety kolorów, założono, że studenci będą w stanie lepiej zinterpretować i zrozumieć złożoność istniejącą w NMJ.