Cercetarea extensivă demonstrează că pedagogiile de învățare activă cresc rezultatele studenților (3). Aceste câștiguri au fost demonstrate într-o serie de discipline, inclusiv în anatomie și fiziologie (6, 15). În ciuda dovezilor copleșitoare pentru adoptarea unui stil de instruire mai activ și mai centrat pe student, cea mai frecvent utilizată resursă asociată cursurilor universitare este încă manualul (22). Atunci când un student nu înțelege materialul prezentat, acesta este adesea obligat să meargă dincolo de manual, explorând resursele online sub formă de videoclipuri, tutoriale și sisteme de chestionare (7). Deși există videoclipuri online foarte bine produse (10, 11), multe dintre acestea nu pot fi furnizate cu narațiune de către un instructor al cursului fără o editare suplimentară a videoclipului. Lipsa narațiunii instructorului de curs face ca materialul să fie mai puțin personal și mai puțin adaptat la curs (9). În plus, deseori, aceste videoclipuri nu sunt predate în același mod, fie folosind o terminologie diferită, fie un nivel de cunoștințe diferit de cel utilizat în clasă, ceea ce duce la formarea unor concepții greșite (18). Studenții au folosit adesea reprezentări statice pentru a încerca să obțină o mai bună înțelegere a materialului prezentat în cadrul unei prelegeri, fie că este vorba de desenarea acestuia sau de crearea unei diagrame într-un mod diferit (12). Cu toate acestea, deși este utilă pentru a ajuta la vizualizarea funcționalității de bază a proceselor statice sau liniare, poate fi dificil pentru studenți să obțină o înțelegere a interacțiunilor uneori complexe care au loc în cadrul fiziologiei (20).

Unul dintre subiectele majore abordate într-un curs introductiv de fiziologie este fiziologia interfeței dintre un motoneuron și o fibră musculară: joncțiunea neuromusculară (NMJ). Acest proces fiziologic permite inervarea fibrelor musculare în urma unui potențial de acțiune și a eliberării de neurotransmițător sinaptic de către un neuron presinaptic (2). (A se vedea Fig. 1 pentru o reprezentare generică a NMJ care este similară cu cele găsite în multe manuale). NMJ permite elevilor să exploreze multe dintre conceptele de bază ale fiziologiei, inclusiv rolul membranei celulare în stabilirea și menținerea gradienților de concentrație, a gradienților de concentrație chimică și electrică și a comunicării de la celulă la celulă (16). Prin extensie, o înțelegere exactă și aprofundată a NMJ le permite elevilor să înțeleagă, de asemenea, complexitatea întâlnită în alte subiecte din întreaga fiziologie, cum ar fi eliberarea de neurotransmițători, depolarizarea membranei și activarea canalelor legate de membrană (17). Cu toate acestea, atunci când introduc aceste concepte vitale în contextul NMJ, elevii pot fi copleșiți de complexitatea acesteia (8, 13, 23). De exemplu, s-a demonstrat că studenții de la fiziologie cred adesea că potențialele de acțiune se deplasează ele însele prin sinapsă și inervează fibra musculară, mai degrabă decât să folosească neurotransmițători pentru a transmite acest impuls electric (8). Prin utilizarea unei reprezentări vizuale în mișcare a NMJ, sperăm că putem atenua unele dintre aceste concepții greșite.

Clasa introductivă de Anatomie și Fiziologie de la Universitatea din Minnesota Rochester (UMR) folosește o varietate de tehnici de învățare de mare impact pentru a preda concepte fiziologice. În cadrul acestui spațiu de instruire cu multiple fațete, studenții primesc informații într-un cadru de clasă parțial răsturnat, ceea ce înseamnă că timpul de clasă este împărțit între lucrul prin activități care utilizează cunoștințe din clasele anterioare sau din manualul școlar și cursuri tradiționale în clasă. Această practică permite explorarea conceptuală prin învățarea în grup, menținând în același timp responsabilitatea individuală. Atunci când învață despre NMJ, elevii sunt mai întâi expuși direct la informații printr-o serie de mini-prelegeri punctate și discuții de colaborare în grup care decurg din instruirea anterioară. Aceasta este urmată de un studiu de caz care se concentrează asupra efectului neurotoxinelor asupra funcționalității NMJ (19). Prin identificarea locului în care acționează toxina, elevii pot lucra în sens invers pentru a deduce modul în care ar fi afectată contracția musculară. Atunci când se confruntă cu interpretarea acestor interacțiuni ale neurotoxinelor, elevii se străduiesc adesea să vizualizeze modul în care acestea interferează cu mecanismul standard al NMJ.

Pentru a-i ajuta pe elevi să înțeleagă mai bine etapele implicate în procesul NMJ, am dezvoltat și construit un model bazat pe LED-uri (Fig. 2C). (Un video suplimentar poate fi găsit la https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Acest proiect a fost dezvoltat într-un parteneriat între asistenții universitari academici de licență (UAAs) care au finalizat anterior cursul și mentorul lor de facultate. La UMR, UAAs acționează într-un mod similar cu asistenții de învățare (LAs): asistă în sala de clasă, răspunzând la întrebări și corectând materialul. Cu toate acestea, fără a conduce ei înșiși o clasă, s-a demonstrat că aceștia oferă o perspectivă studențească pentru lecții și implică mai mulți studenți în clasă (14). Deoarece UAA conduceau procesul și creau întrebările experimentale puse, acesta ar putea fi folosit ca o oportunitate de învățare atât pentru UAA, cât și pentru elevii din clasă. În mod specific, a oferit oportunități pentru cercetătorii universitari de a obține o apreciere pentru elaborarea de întrebări/hipoteze de cercetare, dobândirea de noi competențe și crearea unui instrument care poate fi utilizat în cadrul clasei și în afara acesteia. Rezultatele benefice ale modelului bazat pe LED depășesc cu mult sala de clasă, deoarece acesta poate fi expus multor părți interesate, inclusiv donatorilor, administratorilor universității și viitorilor studenți, ca exemplu fizic de învățare în clasă (Fig. 3C). Acest model NMJ bazat pe LED-uri este un instrument util și creativ. Capacitatea sa de a oferi mecanisme mobile permite înregistrarea și dublarea opțională de către studenți. Gama largă de culori a luminilor LED oferă o componentă vizuală care aduce beneficii studenților care învață în mod activ fiziologia prin denotarea diferitelor tipuri de molecule implicate. Furnizând părți mobile și o paletă de culori atrăgătoare din punct de vedere vizual, s-a emis ipoteza că elevii vor putea să interpreteze și să înțeleagă mai bine complexitatea care există în cadrul NMJ.