Les microscopes télécommandés apportent une formation complexe en biologie aux étudiants du monde entier

Dans de nombreuses communautés à travers le monde, la capacité et l’enthousiasme des étudiants à poursuivre des domaines STEM dans les carrières du secondaire et du collège sont limités par le manque de ressources et le manque d’accès à des programmes complexes basés sur des projets comme leurs pairs ne le peuvent pas. La pandémie de COVID-19 a exacerbé ces lacunes éducatives existantes et appelle à de nouvelles solutions pour démocratiser l’accès au terrain.

Des chercheurs de l’UC Santa Cruz ont mis au point une méthode d’utilisation de microscopes télécommandés connectés à Internet pour permettre aux étudiants du monde entier de participer à la conception et à l’exécution d’expériences biologiques.

nouvelle recherche dans la revue Hellion détaille ce nouveau cadre évolutif pour apporter une éducation STEM basée sur des projets à des étudiants autrement inaccessibles. Des chercheurs ont mis en œuvre la technologie de la microscopie dans les salles de classe de biologie de plusieurs communautés Latinx aux États-Unis et en Amérique latine, et leur technologie donne aux étudiants sous-représentés de STEM la possibilité d’effectuer des expériences complexes à distance. J’ai trouvé que c’était une approche efficace et évolutive pour donnant.

“Insérer une caméra connectée à Internet dans le télescope d’un microscope est quelque chose que de nombreux laboratoires peuvent faire”, explique Pierre Baudin, docteur en génie informatique. Étudiant à la Baskin School of Engineering et auteur original de l’article. “L’idée en établissant le cadre de cet article est que les laboratoires qui ressentent une sorte de mission ou de désir de créer des ressources éducatives pour leurs communautés et d’autres peuvent mettre en place une sorte d’expérience similaire. Il s’agissait donc de créer une feuille de route pour le concept. se répandre. »

Les expériences de culture tissulaire en général sont inconnues même au début du lycée et du collège, mais les recherches menées par les utilisateurs pour cette étude ont montré que le lycée Arizal bien desservi dans la vallée rurale de Salinas près de Santa Cruz Il est possible que les élèves du secondaire qui n’ont pas eu ces expériences ont eu ces expériences.

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“Nous permettons à nos étudiants de mener des expériences qui seraient normalement impossibles. [many] En effet, les matériaux sont dangereux, l’équipement est cher ou nécessite une formation spécifique pour les enseignants et les étudiants », a déclaré Mohammed Mostajoraj, chercheur principal de l’étude.

Développement d’un nouveau mode de construction

L’apprentissage par projet s’est avéré être un moyen efficace d’enseigner les concepts STEM, mais les coûts et la logistique du transport du matériel vers des communautés isolées, la formation limitée des enseignants, les écoles sous-financées, sont limités par des obstacles tels que l’exposition potentielle à des matières dangereuses. Mostajo-Radji de l’Institut de génomique de l’UCSC pense, grâce à sa vaste expérience avec des organisations à but non lucratif dans le domaine de l’éducation, que les solutions efficaces sont évolutives, abordables, adaptables aux conditions locales dans les écoles et permettent aux étudiants d’utiliser la méthode scientifique. J’ai décidé que je devais pouvoir l’explorer pleinement.

Mostajo-Radji et de nombreux autres chercheurs de l’UCSC Genomics Institute impliqués dans ce projet pensent que la réalisation d’expériences biologiques complexes via la microscopie télécommandée pourrait être une solution qui répond à ces critères.

La technologie qui alimente ces expériences à distance a été développée à l’origine pour permettre aux chercheurs de plusieurs institutions géographiquement éloignées de collaborer à la recherche sur les cellules souches dans le cadre d’un groupe multi-institutionnel appelé Braingeneers. . Les étudiants diplômés Baudin et Victoria Ly ont développé un outil pour contrôler à distance des microscopes de n’importe où dans le monde afin de permettre l’observation non invasive de cultures cellulaires dans des incubateurs.

Mostahoraj, qui était auparavant ambassadeur de la Bolivie pour la science, la technologie et l’innovation, a reconnu le potentiel de la technologie de la microscopie pour l’apprentissage à distance pendant la pandémie, dans un contexte d’inégalités croissantes en matière d’éducation.

“[The remote-controlled microscopes] Il n’est pas développé à des fins éducatives », a déclaré Mostajo-Radji. “Ce que nous avons fait, c’est tirer beaucoup des leçons que j’ai apprises de mon travail à but non lucratif et du travail d’autres personnes et construire quelque chose de vraiment génial.”

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Mostajo-Radji pense que cet article est vraiment tiré par les cheveux et le premier à décrire comment tirer le meilleur parti de la méthode scientifique et introduire la recherche et l’apprentissage actif dans l’apprentissage. .

apprendre des étudiants du monde entier

Cet article décrit un cadre permettant à d’autres laboratoires et salles de classe de mener des expériences télécommandées dans lesquelles les élèves planifient des expériences, font des observations, analysent des données et présentent des résultats.

Les chercheurs ont utilisé la méthode localement avec des étudiants avancés en biologie au lycée Arizal de Salinas, et à l’étranger avec des étudiants de deux universités différentes en Bolivie et un étudiant multinational participant à l’organisation à but non lucratif Science Clubs International.J’ai appris de plusieurs études d’utilisateurs qui ont utilisé ce méthode avec leurs élèves. Des expériences ont été menées à Santa Cruz et San Francisco et ont été accessibles entièrement à distance par les étudiants. Les leçons de chaque groupe reflétaient le contexte local des élèves et complétaient le programme existant.

Le premier pilote de ce programme a débuté à l’automne 2020, au plus fort de la pandémie. Les programmes variaient selon les groupes et duraient généralement environ huit semaines. Les chercheurs ont rencontré certains groupes d’étudiants pour des cours hebdomadaires et d’autres pour un premier tutoriel sur la façon d’utiliser la technologie afin qu’ils puissent mener leurs expériences de manière indépendante.

L’une des expériences que j’ai menées avec des étudiants de l’Université de Salinas était un “essai clinique dans une boîte”, qui leur a permis de voir les effets de nouveaux médicaments contre le neuroblastome (une tumeur cancéreuse) dans des lignées cellulaires. . Dans d’autres expériences, les étudiants ont étudié la biocompatibilité de nanoparticules d’or et de graphène fabriquées sur mesure.

Une enquête menée à la fin du programme de recherche des utilisateurs a révélé que cette méthode avait un impact positif sur l’identité STEM dans les deux cohortes, mais était plus forte chez les étudiants boliviens et montrait un intérêt général chez les étudiants participants. Ces résultats ont permis de comprendre les motivations STEM des Latinos sans extrapoler les résultats d’études géographiquement restreintes.

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« Pour bon nombre de ces stratégies et politiques éducatives, [researchers] J’aime à penser que les études réalisées dans une partie du monde sont représentatives de ce qui informe les politiques dans une autre partie du monde. [in California] Avec des Hispaniques à l’étranger dans le cadre des mêmes cours, des mêmes cours et des mêmes expériences.

Développez votre programme

L’équipe demande actuellement une subvention pour construire l’infrastructure nécessaire à la mise à l’échelle de ce travail. Ils envisagent une application qui permettrait aux étudiants des lycées et des collèges communautaires du monde entier qui, autrement, ne s’engageraient pas dans la recherche, de concevoir et d’exécuter des expériences entièrement à distance. Les chercheurs ont récemment créé un laboratoire de découverte de la biotechnologie des cellules vivantes pour étendre l’utilisation de leur technologie.

Idéalement, nous aurions besoin de centaines de microscopes réalisant différentes expériences. Mostajo-Radji envisage des étudiants de différentes parties du monde faisant partie du même groupe et apprenant ensemble à partir des mêmes données.

Les chercheurs recherchent activement plus de partenaires par le biais de conférences pour établir des relations au-delà des écoles avec lesquelles ils ont collaboré dans cette recherche. À cette fin, Mostajo-Radji a récemment été invité à l’Académie nationale des sciences des États-Unis lors du Symposium sur les frontières internationales à Nairobi, au Kenya, pour partager cette idée et développer des partenariats éducatifs afin d’apporter ces technologies à davantage d’étudiants créés.

Les chercheurs veulent également aller au-delà de la microscopie. Les domaines d’intérêt comprennent les dispositifs d’enseignement de la programmation microfluidique et des méthodes d’enseignement de l’électrophysiologie, l’étude des propriétés électriques des cellules et des tissus vivants, et les dispositifs pour les apprenants non visuels.

« À certains égards, la microscopie était facile à réaliser », explique Mostajo Raj. “C’est juste le début.”

Les étudiants diplômés de l’UCSC Raina Saxteder, Atesh Worthington, Katerina Boitiuk et Victoria Lee ont été les principaux contributeurs à cette recherche. Ce travail a été soutenu par la Schmidt Futures Initiative et la National Science Foundation.

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