U Center trabaja con profesores para diseñar herramientas de educación científica

Por Paul Gabrielsen

El Centro de Aprendizaje de Ciencias Genéticas diseña nuevos planes de estudio de ciencias con la ayuda de profesores e investigadores de primera línea.

En un laboratorio del Hospital de Rehabilitación Craig H. Nielsen de la U, tan nuevo que todavía se envuelven monitores y gabinetes de equipos con envoltura plástica y cinta adhesiva, tres o cuatro profesores de ciencias de secundaria se agrupan alrededor del asistente de investigación y recién graduado de maestría Bret Mecham, que lleva un dispositivo biónico. exoesqueleto en su brazo.

El brazo biónico se mueve hacia arriba y hacia abajo. “Yo no estoy controlando esto”, le dice Mecham a la audiencia, “Él es…”, indicando a un maestro que sostiene un electrodo en su antebrazo. A medida que el profesor se flexiona y relaja, el electrodo capta señales eléctricas en su músculo. Esas señales se traducen en movimiento mecánico mediante el brazo biónico. Un brazo así, dice Mecham, puede restaurar la fuerza y ​​la estabilidad a personas que las han perdido a causa de una enfermedad o lesión.

Alrededor de la sala, otros profesores se reúnen en torno a otras demostraciones presentadas por el profesor asistente Jacob George, director del Laboratorio de NeuroRobótica de Utah, y sus estudiantes. Están mostrando a los profesores cómo los investigadores de la Universidad diseñan formas para que las máquinas y los nervios se comuniquen entre sí. Los profesores hacen preguntas y toman notas.

Estos 17 profesores de nueve estados no están aquí sólo para reunir ideas para sus aulas. Su impacto va mucho más allá. Fueron reunidos por el Centro de Aprendizaje de Ciencias Genéticas (GSLC) de la U. En muchas reuniones como ésta a lo largo de muchos años, el GSLC ha codiseñado, con los profesores, nuevos contenidos de ciencias educativas. Los maestros están ayudando al GSLC a saber lo que necesitan los estudiantes.

Durante los próximos 12 a 18 meses, el GSLC producirá lecciones, videos y actividades basadas en estas sesiones. Cuando estén listos, los materiales estarán disponibles en el sitio web del GSLC, que registra más de 16 millones de páginas vistas por año en casi todos los países. Estos tres días de presentaciones y debates en University Guest House tendrán un impacto en la educación científica de los estudiantes de secundaria y otros en todo el mundo.

"Al final de esto", dijo en las palabras de bienvenida la directora del GSLC, Louisa Stark, HA y Edna Benning Presidential Endowed Chair y profesora de genética humana, "tendremos un maravilloso conjunto de ideas suyas sobre lo que los estudiantes necesitan saber y cómo apoyar su aprendizaje”.

El GSLC es parte del Departamento de Genética Humana. Desde 1995, el GSLC enseña principios de genética y biología a través de vídeos, juegos y animaciones. El equipo incluye profesores, escritores, artistas y animadores experimentados, así como productores de vídeo y audio. La misión del centro es "hacer que la ciencia y la salud sean fáciles de entender para todos".

También se asocian con centros e iniciativas, tanto dentro de la U como externamente, para producir materiales educativos para pacientes y el público en general sobre una amplia gama de temas científicos. Algunos de sus clientes incluyen a la vicepresidenta de investigación Erin Rothwell, los Centros Cooperativos de Excelencia en Hematología y el Programa de Investigación All of Us de los Institutos Nacionales de Salud.

Cualquiera puede consultar los materiales del GSLC en learn.genetics.utah.edu. Hay mucho contenido sobre genética básica, pero también sobre virus, vacunas, biología celular y ecología. Los visitantes pueden combatir una infección bacteriana, mutar un gen y criar palomas con ciertas características. Las páginas de créditos de estos sitios reconocen a los expertos de la U que han ofrecido su tiempo como voluntarios para presentar a los profesores sus investigaciones.

El centro también desarrolla materiales curriculares de ciencias para profesores de secundaria y preparatoria. Estos materiales están disponibles sin costo a través de Teach.genetics.utah.edu. Un plan de estudios publicado recientemente, diseñado para estudiantes de secundaria pero también utilizado a nivel universitario, enseña los principios de la genética a través del estudio de los trastornos genéticos. Otro plan de estudios reciente, para estudiantes de secundaria, explora cómo los genes y los rasgos cambian con el tiempo.

Ambas unidades curriculares incluyen multimedia producida por GSLC, así como actividades prácticas que los maestros pueden utilizar en sus propias aulas. Todos los planes de estudio de GSLC se prueban en el aula para garantizar que sean eficaces en la enseñanza de conceptos científicos.

"Evaluamos la eficacia de nuestros materiales y programas y publicamos los resultados", dijo Stark a los participantes del instituto.

Gran parte de la financiación del GSLC proviene de las subvenciones del Premio de Asociación para la Educación Científica (SEPA) del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales. El programa SEPA financia el desarrollo de actividades educativas para animar a estudiantes de todos los orígenes a estudiar campos STEM. El Instituto de Verano de este año es parte de una subvención SEPA de cinco años titulada “Soluciones de ingeniería para una mejor salud”, cuyo objetivo es desarrollar un plan de estudios para estudiantes de secundaria y preparatoria sobre tecnologías genéticas y bioingeniería.

Los docentes son una parte integral del proceso de diseño curricular. Las ideas y el contenido comienzan en los Institutos de Verano, donde los maestros desarrollan ideas y las convierten en esquemas de aprendizaje. El personal de GSLC, incluidos ex maestros, convierte esos esquemas en materiales curriculares completamente producidos. Luego, los investigadores del GSLC prueban estos materiales en las aulas. A veces, estas pruebas se llevan a cabo en las aulas de los mismos profesores que asistieron al Instituto de Verano, cerrando el círculo del proceso.

Para ayudar a los profesores a comenzar a generar ideas, el GSLC invitó a dos investigadores de la U a presentar su trabajo.

El grupo escuchó por primera vez a Greg Clark, profesor de ingeniería biomédica e investigador principal del equipo de la Universidad de Utah que utiliza la prótesis de brazo LUKE. Los componentes electrónicos del brazo interactúan con el sistema nervioso del usuario. Las señales eléctricas registradas desde los nervios y músculos del brazo del usuario pueden controlar el movimiento del brazo. El brazo también puede comunicar señales táctiles a los nervios del brazo del usuario, que transmiten señales al cerebro. Un usuario puede recoger una uva utilizando las señales táctiles del brazo para asegurarse de no aplastarla.

Clark habló sobre el proceso de diseño, que comenzó escuchando lo que las personas con amputaciones necesitaban y querían en una prótesis. Querían poder hacer cosas cotidianas como atarse los zapatos. Pero también querían conectarse con sus seres queridos tomando la mano de su cónyuge o jugando con su hijo.

"Queremos que sientan que su cuerpo está completo", dijo Clark, "no que les falte nada".

Clark habló sobre el proceso iterativo de la ingeniería. Los avances avanzan en pequeños incrementos, dijo, a medida que se prueban y perfeccionan los diseños.

“Puedes tener una idea, pero no puedes resolver todas las ideas en la primera versión, por lo que primero trabajas para resolver los problemas más grandes. Luego lo repites”.

Luego, los maestros recorrieron el Hospital de Rehabilitación Craig H. Neilsen, inaugurado en 2020. El grupo recorrió las instalaciones de terapia para pacientes, incluidas elegantes habitaciones para pacientes hospitalizados con vista al Valle de Salt Lake. También visitaron el espacio de investigación del hospital, incluido un "garaje" utilizado para desarrollar tecnologías de recreación adaptativa. Las soluciones de ingeniería permiten a las personas con lesiones de la médula espinal esquiar, navegar y cazar.

En el segundo día del instituto, los profesores escucharon a Jessica Kramer, profesora asistente de ingeniería biomédica. Estudia las propiedades del moco y su papel en los sistemas biológicos. El moco es una sustancia compleja formada por proteínas y azúcares. Puede que sea nuestro órgano más grande, dijo Kramer. Toda la piel de una persona puede cubrir aproximadamente la misma área que una sábana doble. Pero el área de todas las superficies mucosas de los órganos de todo el cuerpo cubriría una cancha de baloncesto de la NBA.

"Todo lo húmedo y pegajoso dentro del cuerpo está cubierto de moco", dijo Kramer, añadiendo que los humanos producimos alrededor de 10 litros de moco al día. "Estamos excretando mocos como locos".

Su laboratorio ha encontrado algunas funciones sorprendentes del moco en la salud y la enfermedad. Por ejemplo, los primeros estudios sugirieron que el virus SARS-CoV-2 podría permanecer infeccioso en las superficies hasta por tres días. Pero esos estudios asumieron que las gotas que una persona tose, estornuda o exhala son agua pura.

Ellos no están. Contienen sales y algo de moco. Kramer y sus estudiantes descubrieron que ese moco se une y encierra los virus a medida que el moco se seca. No es necesario, concluyeron, que limpies tus compras.

Luego, los estudiantes de Kramer, Amanda Wood y Ke Wang, organizaron una demostración que llevan a las escuelas K-12: el "laboratorio de mocos". Mezclaron un moco artificial básico de gelatina y jarabe de maíz de diferentes viscosidades o espesores. Los maestros hicieron fila para su turno para probar si el moco espeso o fino viajaba más durante un “estornudo” (en realidad, un chorro de moco con una pipeta).

Wood, después de explicar cómo evitar que "moco" caiga al techo (nunca se desprende, dice), anunció: "Ahora eres libre de 'estornudar' sobre toda la mesa".

Después de la demostración, los profesores se dedicaron a la actividad principal del instituto: codiseñar el plan de estudios GSLC. Molly Malone, especialista senior en educación del GSLC, describió el proceso.

El objetivo de la instrucción, dijo, era presentar la ingeniería biomédica a los estudiantes de secundaria a través de conexiones con sistemas de órganos y diseño de ingeniería.

"Descubrir qué es importante y cómo llegar allí de manera simple y temprana es realmente importante en el desarrollo curricular", dijo Malone.

Los profesores comenzaron pegando notas adhesivas en las paredes, cada una con un concepto inspirado en las presentaciones de los investigadores. El personal de GSLC organizó los conceptos en temas. Luego, trabajando en cuatro pequeños grupos, los profesores comenzaron a esculpir esos temas. Definieron ideas generales y objetivos de aprendizaje que respaldaban esas ideas.

Con los objetivos de aprendizaje definidos y perfeccionados con la retroalimentación de los compañeros, los profesores esbozaron ideas para las actividades de los estudiantes. Algunos incluían un video o una experiencia multimedia interactiva, mientras que otros fueron diseñados como laboratorios o actividades en clase.

Al final del tercer día, los profesores presentaron sus ideas finales. Un grupo había diseñado, construido y rediseñado una mano robótica básica a partir de nada más que papel y cinta adhesiva. Otro creó un laboratorio para medir la viscosidad de muestras de “moco”. Usando un tapete de diana, los estudiantes podrían medir cuánto tiempo lleva extenderse hasta un radio determinado.

En los próximos meses, los equipos del GSLC seguirán desarrollando las ideas de los profesores. Uno a uno, los elementos del plan de estudios comenzarán a surgir en forma de videos, animaciones, actividades de laboratorio y guías para docentes. Después de eso, el plan de estudios irá a las aulas para ser evaluado antes de estar disponible para cualquier persona en learn.genetics.utah.edu y Teach.genetics.utah.edu.

"Ahora comenzaremos con las ideas que nos habéis dado", dijo Stark a los profesores cuando el Instituto concluyó, "¡y luego nos pondremos a trabajar!"

Visite los materiales educativos del Centro de aprendizaje de ciencias genéticas en learn.genetics.utah.edu.

Comuníquese con el centro en [email protected].