Όταν εδώ και χρόνια επικρατεί ένα εκπαιδευτικό σύστημα που θρέφει τη στείρα αποστήθιση και φοβάται να ξεφύγει από τα σχολικά εγχειρίδια και να τολμήσει να πρωτοτυπήσει, έρχονται έρευνες να μας αποδείξουν πως τα αποτελέσματα της μάθησης μπορεί να γίνουν σε μεγάλο βαθμό αποδοτικότερα αρκεί να μάθουμε εμείς οι εκπαιδευτικοί να χρησιμοποιούμε τα κατάλληλα εργαλεία-τεχνολογικά μέσα με τον κατάλληλο τρόπο.

Αυτή τη φορά, λοιπόν, γράφω με αφορμή ένα report που διάβασα πρόσφατα με τίτλο “Teaching the structural nature of biological molecules: Molecular visualization in the classroom and in the hands of students“. Πρόκειται για μια έρευνα των David R.CANNING και James R. COX που δημοσιεύτηκε το 2001 και συνδυάζει την Επιστήμη της Βιολογίας & της Χημείας με την Επιστήμη της Παιδαγωγικής.

 Η χρήση λογισμικών απεικόνισης βιομορίων βοηθάει πολύ το έργο των σύγχρονων εκπαιδευτικών, καθώς τους δίνεται η δυνατότητα να ξεφεύγουν από τις στατικές εικόνες που προσφέρουν τα σχολικά εγχειρίδια και να διδάσκουν τη φυσική δομή των βιολογικών μακρομορίων διαδραστικά. Ουσιαστικά, μέσω αυτών των προγραμμάτων οι εκπαιδευτικοί μπορούν εισαγωγικά να διδάξουν τα διάφορα στάδια οργάνωσης της δομής των πρωτεϊνών, από το ένα αμινοξύ και τη πρωτοταγή δομή μέχρι τα πολυπεπτιδικά σύμπλοκα, ενώ μεγεθύνοντας την εικόνα μπορούν να εντοπίσουν τους διάφορους τρόπους αλληλεπιδράσεων στα βιομόρια και να τους παρουσιάσουν στους μαθητές τους. Αφού οι μαθητές κατανοήσουν τα βασικά δομικά μοτίβα και το πώς επιτυγχάνεται αυτό το τρισδιάστατο δίπλωμα των πρωτεϊνών, ο εκπαιδευτικός μπορεί να πάει τους μαθητές του ένα βήμα παραπέρα. Ίσως είναι η στιγμή να εξεταστεί στη τάξη πώς η δομή των βιομορίων επιδρά στη λειτουργία τους. Και εδώ, μέσω της περιστροφής των βιομορίων που επιτρέπουν τα προγράμματα αυτά, αλλά και της εστίασης σε συγκεκριμένα σημεία, οι μαθητές μπορούν με τη βοήθεια του εκπαιδευτικού να παρατηρήσουν και να κάνουν εικασίες σχετικά με τη σημασία των διάφορων αλληλεπιδράσεων στη λειτουργικότητα των βιομορίων. Βέβαια,όπως θα δούμε και παρακάτω, αυτό που παρουσιάζει τρομερό ενδιαφέρον είναι οι μαθητές να εξοικειωθούν μόνοι τους με τα προγράμματα και το τρόπο απεικόνισης της δομής των πρωτεϊνών, εξερευνώντας οι ίδιοι τόσο τη δομή όσο και τη σημασία των ασθενών αλληλεπιδράσεων σε πρωτεΐνες που δε συζητήθηκαν κατά τη διάρκεια της διδασκαλίας.

Δύο πολύ εύχρηστα και δωρεάν λογισμικά μοριακής απεικόνισης είναι το RasMol και το ProteinExplorer.

Σκοπός της έρευνας

Η συγκεκριμένη έρευνα σκοπό είχε να μελετήσει το πώς η χρήση προγραμμάτων μοριακής απεικόνισης στην εκπαίδευση επιδρά στην ικανότητα των μαθητών να κατανοούν τη δομή των βιομορίων και να συνειδητοποιούν την σημαντικότητα των ασθενών αλληλεπιδράσεων στη σταθεροποίηση της δομής.

Μέθοδος

Στα πλαίσια του μαθήματος της Βιοχημείας περίπου 100 μαθητές κλήθηκαν να δουλέψουν πάνω σε ένα project με σκοπό να εξετάσουν τη δομή μιας πρωτεΐνης ή ενός πρωτεϊνικού συμπλόκου, εργαζόμενοι είτε ατομικά είτε σε ομάδες μέσω ενός λογισμικού μοριακής οπτικοποίησης. Οι πρωτεϊνικές δομές μεταφορτώθηκαν από τη PDB στον υπολογιστή και στη συνέχεια φορτώθηκαν σε προγράμματα γραφικών (οι περισσότεροι εργάστηκαν μέσω του RasMol). Οι μαθητές διερεύνησαν τις πρωτεϊνικές δομές ενώ τους ζητήθηκε να εντοπίσουν συγκεκριμένες μη-ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις που συμβάλλουν στη σταθεροποίηση της δομής των πρωτεϊνών και να συνεργαστούν προκειμένου να αιτιολογήσουν την ύπαρξή τους. Στο τέλος του εξαμήνου πραγματοποιήθηκαν προφορικές παρουσιάσεις όπου οι μαθητές παρουσίασαν στην τάξη τις πρωτεΐνες με τις οποίες εργάστηκαν και απάντησαν σε ερωτήσεις τόσο του εκπαιδευτικού όσο και των συμμαθητών τους.

Σημαντικά Αποτελέσματα

Μέσω του συγκεκριμένου project οι μαθητές εντόπισαν τυπικά παραδείγματα δομικών μοτίβων των πρωτεϊνών, όπως α-έλικες, β-πτυχωτά φύλλα και β-α-β λούπες, ενώ εντόπισαν και πολλών τύπων ενδομοριακές και διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, διαπιστώνοντας κι οι ίδιοι την τεράστια σημασία όλων των παραπάνω στη συγκρότηση του τρισδιάστατου διπλώματος των πρωτεϊνών και στη σταθεροποίηση κάθε πρωτεϊνικής δομής. Το ενδιαφέρον ήταν ότι οι μαθητές εξερευνώντας τη δομή των πρωτεϊνών εντόπισαν και στοιχεία ή έκαναν υποθέσεις και διαπιστώσεις για τις πρωτεΐνες τους που δεν είχαν συζητηθεί πριν στην τάξη. 

Στο τέλος, οι μαθητές οι οποίοι είχαν συμμετάσχει στο συγκεκριμένο project ερωτήθηκαν να σχολιάσουν τη χρήση της μοριακής απεικόνισης τόσο στην τάξη όσο και κατά την ατομική διερεύνηση των εκάστοτε πρωτεϊνικών δομών. Οι απαντήσεις έδειξαν πως περίπου για το 85% των μαθητών η χρήση λογισμικών μοριακής οπτικοποίησης στη τάξη αλλά και στο project  συνέβαλε θετικά στην κατανόηση της δομής των βιομορίων και του ρόλου των μη-ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων στη πρωτεϊνική δομή

Συμπεράσματα

Τα συμπεράσματα έδειξαν ότι:

  • η μοριακή οπτικοποίηση μπορεί να είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο μάθησης/διδασκαλίας που επιτρέπει στους μαθητές να πάνε ένα βήμα πιο πέρα από αυτό που παραδοσιακά μαθαίνουν σχετικά με τα βιολογικά μόρια
  • με τη χρήση λογισμικού οπτικοποίησης οι μαθητές καταφέρνουν να ανακαλύψουν συγκεκριμένα δομικά στοιχεία και μη-ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις σε μακρομόρια χωρίς την απευθείας καθοδήγηση του εκπαιδευτικού
  • μέσω των προφορικών παρουσιάσεων οι μαθητές αναλαμβάνουν το ρόλο του εκπαιδευτικού και παρουσιάζουν τη δουλειά τους με τρόπο τέτοιο ώστε να είναι ωφέλιμος για την υπόλοιπη τάξη
  • το λογισμικό οπτικοποίησης δίνει την ευκαιρία στους μαθητές να παρουσιάσουν τη δομή βιολογικών μορίων με ένα τρόπο που εκείνοι πιστεύουν ότι είναι ο βέλτιστα περιγραφικός, χωρίς να βασίζονται σε υπάρχουσες εικόνες των εγχειριδίων.

Αν ενδιαφέρεστε να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την έρευνα αυτή ρίξτε μια ματιά παρακάτω:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *