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 leurs carrières au lycée et au collège sont limités par un manque de ressources, ce qui les empêche de s’engager dans un programme stimulant de la même manière que leurs pairs. La pandémie de COVID-19 a exacerbé ces lacunes actuelles dans les connaissances et appelle à une nouvelle médecine pour démocratiser l’accès à ce domaine.

Les chercheurs de l’UC Santa Cruz ont mis au point une technique d’utilisation de microscopes électroniques à distance connectés à Internet pour permettre aux étudiants du monde entier de concevoir et de réaliser des expériences biologiques.

Une nouvelle étude dans la revue Enfer décrit ce cadre innovant et évolutif pour dispenser une éducation STEM basée sur le contenu aux étudiants mal desservis. Les chercheurs ont mis en œuvre la technologie robotique dans les salles de classe de biologie de certaines communautés Latinx aux États-Unis et en Amérique latine, et ont trouvé que leur technologie était un moyen efficace et intégré pour permettre aux étudiants ayant des capacités STEM limitées de mener des tests complexes à distance.

“Prendre une caméra connectée à Internet et la mettre dans l’oculaire d’un télescope est quelque chose que de nombreux laboratoires peuvent faire”, explique Pierre Baudin, docteur en génie informatique. étudiant à la Baskin School of Engineering et premier auteur de l’article. “En exposant le cadre dans cet article, l’idée est de créer une feuille de route pour que tout laboratoire qui a une sorte de mission en tête, ou qui veut créer des ressources éducatives pour sa communauté ou d’autres, puisse organiser une sorte de expérience, ce concept peut être diffusé.

Les tests de culture de tissus sont inconnus au lycée jusqu’aux premières années de l’université, mais dans l’enquête auprès des utilisateurs menée pour cette étude, les lycéens d’Alisal High School dans la vallée rurale de Salinas près de Santa Cruz ont vécu ces expériences. .

“Nous permettons aux étudiants de faire des tests qui sont impossibles [many] écoles du monde entier, parce que les matériaux sont dangereux, ou que l’équipement est cher, ou qu’une formation spéciale est nécessaire pour les enseignants et les élèves », a déclaré Mohammed Mostajo-Radji, le chercheur principal de cette étude.

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Le développement d’une nouvelle méthode

Bien que l’apprentissage par projet se soit avéré être une méthode efficace pour enseigner les concepts STEM, il est limité par des facteurs tels que le coût et l’accès au matériel d’expédition dans les communautés isolées, la formation limitée des enseignants, les écoles à petit budget et l’accès à des actifs risqués. Grâce à de nombreuses expériences de travail avec des organisations à but non lucratif dans le domaine de l’éducation, Mostajo-Radji de l’Institut de génomique de l’UCSC a conclu qu’une solution réussie doit être évolutive et abordable, pour s’adapter au contexte de la zone scolaire et permettre aux élèves d’explorer la méthode scientifique.

Mostajo-Radji et les autres chercheurs de l’UCSC Genomics Institute impliqués dans le projet estiment que la réalisation de tests biologiques complexes à distance peut être une solution qui répond à ces critères.

La technologie qui alimente ces expériences à distance a été conçue à l’origine pour permettre aux chercheurs de nombreuses institutions différentes de collaborer à la recherche sur les cellules souches dans le cadre d’un consortium multi-institutionnel appelé Braingeners. Les étudiants diplômés Baudin et Victoria Ly ont créé l’appareil pour contrôler les microscopes de n’importe où dans le monde, afin de permettre l’observation non invasive des cultures cellulaires dans des incubateurs.

Mostajo-Radji, qui était auparavant ambassadeur de la Bolivie pour la science, la technologie et l’innovation, a convenu que la technologie informatique peut être utilisée pour l’enseignement à distance dans le domaine en plein essor de l’éducation dans l’éducation.

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

Mostajo-Radji estime que ce texte est le premier à décrire une méthode qui va si loin et qu’il utilise la méthode scientifique, qui intègre l’enquête et l’apprentissage actif dans les leçons, ce qui est particulièrement important pour les élèves qui ont moins d’apprentissage à rappelles toi.

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Apprenez des étudiants du monde entier

L’article fournit un cadre permettant à d’autres laboratoires et salles de classe de mener des expériences à distance, dans lesquelles les élèves conçoivent une expérience, observent, analysent des données et présentent leurs résultats.

Les chercheurs ont appris de plusieurs études d’utilisateurs qui ont utilisé cette méthode localement avec des étudiants en biologie avancée du lycée Alisal à Salinas, et en externe avec des étudiants de deux universités différentes en Bolivie et de nombreux étudiants ont participé à l’organisation à but non lucratif Science Clubs International. Les examens ont eu lieu à Santa Cruz et à San Francisco, et les étudiants ont participé à distance. Les leçons pour chaque groupe reflètent le contexte local de l’élève et complètent le programme précédent.

Le premier projet pilote du programme a débuté à l’automne 2020, au plus fort de la pandémie. Les programmes varient d’un groupe à l’autre et durent généralement huit semaines. Les chercheurs se sont rencontrés chaque semaine pour des leçons avec certains groupes d’étudiants, et d’autres groupes ont d’abord reçu une leçon sur l’utilisation de la technologie et ont été autorisés à mener des expériences de manière indépendante. .

Une expérience menée avec des étudiants à Salinas était un “essai clinique dans un plat” qui a permis aux étudiants de voir l’effet de nouveaux médicaments sur le neuroblastome, une tumeur cancéreuse, dans des lignées cellulaires téléphoniques. Dans d’autres expériences, les étudiants ont étudié la biocompatibilité des nanoparticules d’or et de graphène.

La recherche menée à la fin des programmes d’éducation des utilisateurs a montré que cette méthode avait un effet positif sur l’identité STEM entre les deux groupes, même si elle était plus forte chez les étudiants boliviens, et en raison du plus grand intérêt des étudiants participants. Ces résultats ont contribué à comprendre la motivation STEM parmi les populations Latinx sans compléter les résultats d’une petite étude nationale.

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« Pour la plupart de ces stratégies et politiques éducatives, [researchers] J’aime à penser qu’une étude menée dans une région du monde est représentative des politiques d’information dans une autre partie du monde », a déclaré Mostajo-Radji. « Ici, pour la première, nous avons comparé des groupes d’hispaniques [in California] et hispaniques à l’étranger, dans le cadre d’une même classe, d’un même cursus et des mêmes expériences.

Développer le programme

L’équipe est maintenant en train de demander un financement pour construire l’infrastructure nécessaire pour étendre ces efforts. Ils envisagent une application qui permet aux étudiants du secondaire et des collèges communautaires de partout dans le monde qui ne sont pas impliqués dans la recherche de concevoir et de mener des expériences à distance. Les chercheurs ont récemment créé le Live Cell Biotechnology Discovery Lab pour étendre l’utilisation de leur technologie.

Heureusement, il existe de nombreux microscopes qui effectuent différents tests. Mostajo-Radji pense que les étudiants de différentes parties du monde seront ensemble dans le même groupe et apprendront ensemble à partir des mêmes données.

Les chercheurs recherchent activement des partenaires par le biais de conférences pour établir des relations au-delà des écoles avec lesquelles ils ont travaillé pour cette recherche. Pour cela, Mostajo-Radji a été invité à participer à l’Académie nationale des sciences des États-Unis au Symposium sur les frontières internationales à Nairobi, au Kenya, pour partager cette idée et créer des liens académiques pour apporter ces technologies à d’autres étudiants. .

Les chercheurs veulent aussi aller au-delà de la machine. Les domaines d’intérêt comprennent des outils pour enseigner les concepts microfluidiques et les méthodes d’enseignement de l’électrophysiologie, l’étude des propriétés électriques des cellules et des tissus biologiques, aux étudiants non médicaux.

“Le moteur est un fruit à portée de main”, a déclaré Mostajo-Radji. “C’est le début.”

Les étudiants diplômés de l’UCSC Raina Sacksteder, Atesh Worthington, Kateryna Voitiuk et Victoria Ly ont contribué de manière significative à cette recherche. Ce travail a été soutenu par la Schmidt Futures Initiative et la National Science Foundation.

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