Modele 3D drukowane pomagają uczniom uzyskać lepsze zrozumienie zachowania DNA

W artykule zatytułowanym "Wizualizacja niewidzialności: przewodnik po projektowaniu, drukowaniu i włączaniu dynamicznych trójwymiarowych modeli molekularnych do nauki relacji struktura-funkcja", grupa badaczy z University of Nebraska omawia znaczenie stosowania modeli trójwymiarowych aby pomóc uczniom zrozumieć krytyczne pojęcia z zakresu biologii i chemii. Nauczyciele, jak podkreślają badacze, często polegają na dwuwymiarowych obrazach, aby nauczać złożonych koncepcji trójwymiarowych, takich jak struktura cząsteczek, ale uczniowie nie są w stanie w pełni pojąć tych pojęć z wykorzystaniem jedynie obrazów 2D. Zestawy z modelami 3D istnieją do celów dydaktycznych, ale "nie są w stanie poradzić sobie z rozmiarami i szczegółami makromolekuł".

Drukowanie 3D pozwala jednak instruktorom tworzyć szczegółowe niestandardowe modele cząsteczek o dowolnej wielkości.

"Na przykład modele białek można zaprojektować w celu powiązania struktur miejsca aktywnego enzymu z aktywnością kinetyczną" - stwierdzają naukowcy. "Ponadto instruktorzy mogą korzystać z różnorodnych materiałów do drukowania i akcesoriów, aby zademonstrować właściwości molekularne, dynamikę i interakcje."

W artykule naukowcy opisują tworzenie opartej na modelu 3D lekcji na temat supergigowania DNA dla licencjat z biologii. Wybrali ten konkretny model, aby uczniowie mogli "poczuć relaksację DNA i obserwować kontorcję wynikającą z zakrętów w DNA." Zaprojektowali i wydrukowali 3D modele z elastycznego plastiku z końcówkami magnetycznymi, aby naśladować superskręcanie DNA.

"Opracowaliśmy Interaktywna aktywność oparta na Qualtrics, aby pomóc uczniom używać modeli do klasyfikowania superskręconego DNA, przewidywania efektów owijania DNA wokół nukleosomów i rozróżniania aktywności topoizomerazy "- wyjaśniają naukowcy.

Klasa licencjacka wyższego stopnia na poziomie biochemii został podzielony na małe grupy od dwóch do trzech uczniów, aby wspierać naukę rówieśników, a każda grupa otrzymała jeden zestaw modeli. Modele zostały również udostępnione w centrum zasobów bibliotecznych. Interaktywne pytania wymagały od uczniów mierzenia i poznawania fizycznych aspektów modeli. Uczniowie musieli poświęcić około 50 minut na wypełnienie zadania, które przeplatało się wykładem i demonstracją za pomocą cyfrowego narzutu.

W wywiadach po zakończeniu zajęć uczniowie donoszą, że modele pomogły im uczyć się, ponieważ "fizycznie widzą sprawia, że ​​coś abstrakcyjnego jest bardzo realne. "W ankiecie od 60 do 70 procent uczniów stwierdziło, że modele fizyczne ułatwiły naukęnauczany materiał.

Następnie naukowcy dostarczają instrukcje krok po kroku do tworzenia modeli drukowanych w 3D do użytku w klasie. Opracowali modele na podstawie błędnych wyobrażeń studentów, wyjaśniali, a modele okazały się skuteczne w wyjaśnianiu tych błędnych przekonań. Badanie to potwierdza, czego nauczyło się wielu badaczy i pracowników oświaty - że modele drukowane w 3D są doskonałym sposobem nauczania uczniów w każdej grupie wiekowej. Od przedszkolaków, uczących się kształtów i tekstur, aż do studentów, uczących się o superkołowaniu DNA, mając praktyczne modele, dzięki którym pojęcia stają się rzeczywiste i dostępne. Drukowanie 3D to ekonomiczny sposób na tworzenie tych modeli i pozwala przedstawić szczegóły w taki sposób, że inne metody produkcji nie są.

"Trójwymiarowy druk reprezentuje wschodzącą technologię o znacznym potencjale awansować edukację przyrodniczą, umożliwiając studentom fizyczną eksplorację związków między strukturą a funkcją makromolekuł oraz obserwowanie dynamiki i interakcji molekularnych "- podsumowują naukowcy. "Wraz z rozwojem tej technologii, koszt, rozdzielczość, wytrzymałość, opcje materiałowe i wygoda 3DP ulegną poprawie, dzięki czemu modele 3D stają się jeszcze bardziej dostępnym narzędziem nauczania." CD3D .

Autorami artykułu są Michelle E. Howell, Karin van Dijk, Christine S. Booth, Tomáš Helikar, Brian A. Couch i Rebecca L. Roston.