En omfattande forskning visar att pedagogiska metoder för aktivt lärande förbättrar studenternas resultat (3). Dessa vinster har påvisats inom en rad olika discipliner, inklusive anatomi och fysiologi (6, 15). Trots de överväldigande bevisen för att anta en mer aktiv och studentcentrerad undervisningsstil är läroboken fortfarande den mest använda resursen i samband med högskolekurser (22). När en student inte förstår det presenterade materialet tvingas han eller hon ofta att gå bortom läroboken och utforska online-resurser i form av videor, handledning och frågesystem (7). Även om det finns mycket välproducerade onlinevideor (10, 11) kan många av dessa inte förses med berättelse av en kurslärare utan extra redigering av videon. Avsaknaden av en kursledares berättelse gör materialet mindre personligt och mindre anpassat till kursen (9). Dessutom undervisas dessa videor ofta inte på samma sätt, antingen med hjälp av annan terminologi eller ett annat kunskapsdjup än det som används i klassrummet, vilket leder till att det bildas missuppfattningar (18). Studenter har ofta använt statiska representationer för att försöka få en bättre förståelse för det material som presenteras i en föreläsning, vare sig det handlar om att rita ut det eller att schematisera det på ett annat sätt (12). Även om det är användbart för att hjälpa till att visualisera grundläggande funktionalitet hos statiska eller linjära processer kan det dock vara svårt för studenterna att få en förståelse för de ibland komplexa interaktioner som sker inom fysiologin (20).

Ett av de viktigaste ämnena som tas upp i en inledande fysiologikurs är fysiologin i gränssnittet mellan en motoneuron och en muskelfibers: den neuromuskulära korsningen (NMJ). Denna fysiologiska process möjliggör innervation av muskelfibrer efter en aktionspotential och synaptisk frisättning av neurotransmittor från en presynaptisk neuron (2). (Se figur 1 för en generisk representation av NMJ som liknar den som finns i många läroböcker). NMJ gör det möjligt för eleverna att utforska många av fysiologins centrala begrepp, inklusive cellmembranets roll när det gäller att skapa och upprätthålla koncentrationsgradienter, kemiska och elektriska koncentrationsgradienter och kommunikation mellan celler (16). I förlängningen gör en korrekt och grundlig förståelse av NMJ det möjligt för eleverna att också förstå komplexa saker som finns i andra ämnen inom fysiologin, t.ex. frisättning av neurotransmittorer, membrandepolarisering och aktivering av membranbundna kanaler (17). När dessa viktiga begrepp introduceras i samband med NMJ kan eleverna dock bli överväldigade av dess komplexitet (8, 13, 23). Det har till exempel visat sig att fysiologistudenter ofta tror att aktionspotentialer själva färdas genom synapsen och innerverar muskelfibrerna snarare än att neurotransmittorer används för att vidarebefordra denna elektriska impuls (8). Genom att använda en rörlig visuell representation av NMJ hoppas vi att vi kan lindra några av dessa missuppfattningar.

Den inledande kursen i anatomi och fysiologi vid University of Minnesota Rochester (UMR) använder sig av en mängd olika inlärningstekniker med hög effekt för att lära ut fysiologiska begrepp. Inom detta mångfacetterade undervisningsutrymme får eleverna information i en delvis flippad klassrumsmiljö, vilket innebär att lektionstiden delas upp mellan att arbeta igenom aktiviteter med hjälp av kunskap från tidigare lektioner eller läroboken och traditionella föreläsningar i klassrummet. Denna metod gör det möjligt att utforska begrepp genom gruppinlärning samtidigt som den individuella ansvarsskyldigheten bibehålls. När eleverna lär sig om NMJ exponeras de först direkt för information genom en rad punktvisa miniföreläsningar och gemensamma gruppdiskussioner som härrör från tidigare undervisning. Detta följs av en fallstudie som fokuserar på effekten av neurotoxiner på NMJ:s funktionalitet (19). Genom att identifiera var toxinet verkar kan eleverna arbeta bakåt för att härleda hur muskelkontraktionen skulle påverkas. När de ställs inför tolkningen av dessa neurotoxininteraktioner har eleverna ofta svårt att visualisera hur de stör den vanliga NMJ-mekanismen.

För att hjälpa eleverna att bättre förstå de steg som ingår i NMJ-processen har vi utvecklat och byggt en LED-baserad modell (fig. 2C). (En kompletterande video finns på https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12379748.) Detta projekt utvecklades i ett partnerskap mellan akademiska assistenter för grundutbildade studenter (UAAs) som tidigare hade genomfört kursen och deras fakultetsmentor. Vid UMR fungerar UAAs på ett liknande sätt som inlärningsassistenter (LAs): de hjälper till i klassrummet genom att svara på frågor och betygsätta material. Men eftersom de inte själva leder en klass har de visat sig kunna ge ett studentperspektiv för lektioner och engagera fler studenter i klassrummet (14). Eftersom UAA:erna drev processen och skapade de experimentella frågor som ställdes, kunde det användas som ett inlärningstillfälle för både UAA:erna och eleverna i klassrummet. Det gav framför allt möjligheter för de studerande forskarna att få en uppskattning av att utveckla forskningsfrågor/hypoteser, förvärva nya färdigheter och skapa ett verktyg som kan användas i och utanför klassrummet. De positiva resultaten av den LED-baserade modellen sträcker sig långt utanför klassrummet, eftersom den kan visas upp för många intresserade parter, inklusive donatorer, universitetsadministratörer och potentiella studenter som ett fysiskt exempel på lärande i klassrummet (fig. 3C). Denna LED-baserade NMJ-modell är ett användbart och kreativt verktyg. Möjligheten att tillhandahålla rörliga mekanismer gör det möjligt för studenterna att välja att spela in och göra om inspelningar. LED-ljusens breda färgskala ger en visuell komponent som gynnar studenter som aktivt lär sig fysiologi genom att ange de olika typerna av molekyler som är inblandade. Genom att tillhandahålla rörliga delar och en visuellt tilltalande färgpalett var hypotesen att eleverna bättre skulle kunna tolka och förstå den komplexitet som finns inom NMJ.