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

Dans de nombreuses régions du monde, la capacité et la motivation des étudiants à poursuivre des études dans les domaines des STEM au lycée et au collège sont limitées par un manque de ressources qui les empêche d’accéder à des programmes complexes basés sur des projets comme leurs homologues. La pandémie de COVID-19 a exacerbé les inégalités éducatives existantes, nécessitant de nouvelles solutions pour démocratiser l’accès à cet espace.

Les chercheurs de l’UC Santa Cruz ont développé une méthode d’utilisation de microscopes télécommandés connectés à Internet pour permettre aux étudiants du monde entier de participer à la conception et à la réalisation d’expériences biologiques.

Une nouvelle étude dans la revue enfer explique cette nouvelle stratégie évolutive pour proposer une formation STEM basée sur des projets à des étudiants qui, autrement, n’y auraient pas accès. Les chercheurs ont mis en œuvre la technologie de microscopie dans les salles de classe de biologie de nombreuses communautés Latinx aux États-Unis et en Amérique latine, et ont trouvé que leur technologie était un moyen efficace et évolutif d’autonomiser les étudiants – un article sous-représenté dans STEM est la capacité de mener des expériences complexes à distance .

“Obtenir une caméra connectée à Internet et la placer dans le télescope d’un microscope est quelque chose que de nombreux laboratoires peuvent faire”, a déclaré Pierre Baudin, docteur en informatique. étudiant à la Baskin School of Engineering et premier auteur de l’article. “En mettant une base stratégique dans cet article, l’idée est de créer une voie pour que tout laboratoire qui ressent une mission ou un désir similaire de créer des ressources éducatives pour sa communauté ou d’autres puisse mettre en place une expérience similaire, ce qui est permis. conseil à diffuser. “

Les expériences de culture physique sont inconnues au lycée et même dans les premières années du collège, mais dans les enquêtes auprès des utilisateurs menées pour cette étude, les lycéens qui ne sont pas protégés à l’école secondaire Alisal dans la vallée rurale de Salinas près de Santa Cruz peuvent avoir eu ces expériences. .

“Les étudiants sont autorisés à passer des tests qu’ils ne peuvent normalement pas faire [many] écoles du monde entier, soit parce que l’équipement est dangereux, soit parce que l’équipement est cher ou nécessite une formation spécifique pour les enseignants et les élèves », a déclaré Mohammed Mostajo-Radji, le chercheur principal de cette étude.

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Développement de nouvelles méthodes

Bien que l’apprentissage par projet se soit avéré être une méthode efficace pour enseigner les concepts STEM, il est limité par des obstacles tels que le coût et la logistique du déplacement du matériel vers les régions éloignées, la formation des enseignants qui limitent les écoles sous-financées et l’exposition aux matières dangereuses. Grâce à une vaste expérience 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 déterminé qu’une solution réussie doit être évolutive et abordable, adaptée au contexte local d’une école et permettre aux étudiants de réserver vous permet d’explorer pleinement la méthode scientifique .

Mostajo-Radji et de nombreux autres chercheurs de l’UCSC Genomics Institute impliqués dans ce projet pensent que la réalisation d’expériences biologiques complexes à l’aide de microscopes télécommandés peut être une solution qui répond à ces exigences.

La technologie qui alimente ces expériences à distance a été développée à l’origine pour permettre aux chercheurs de nombreuses institutions régionales de collaborer à la recherche sur les cellules souches dans le cadre d’une équipe multi-institutionnelle appelée Braingeners. Les étudiants diplômés de Baudin et Victoria Ly ont développé un équipement pour contrôler les microscopes à distance de n’importe où dans le monde, afin de permettre une observation impartiale des cultures cellulaires dans des incubateurs.

Mostajo-Radji, qui était auparavant ambassadeur de la Bolivie pour la science, la technologie et l’innovation, a reconnu que la technologie de la microscopie peut être utilisée pour l’apprentissage à distance dans un contexte de lacunes 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 parti des leçons que nous avons tirées du travail à but non lucratif et de celui des autres pour construire quelque chose de très important.”

Mostajo-Radji estime que cet article est le premier à décrire une méthode qui va vraiment loin et utilise pleinement la méthode scientifique, introduisant l’investigation et l’apprentissage actif dans les leçons, ce qui peut être particulièrement important pour les enfants moins scolarisés pour les thématiques. apprenants.

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Apprenez des étudiants du monde entier

L’article décrit un processus permettant à d’autres laboratoires et salles de classe de mener des expériences de contrôle à distance, dans lequel les étudiants conçoivent une expérience, font des observations, 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 avancés en biologie du lycée Alisal de Salinas, et à l’étranger avec des étudiants d’universités de deux hauteurs différentes en Bolivie et des étudiants internationaux qui participent à l’organisation à but non lucratif Science Clubs International. Les tests sont effectués à Santa Cruz et San Francisco et accessibles à distance par les étudiants. Les leçons pour chaque groupe reflètent la situation locale de l’élève et sont compatibles avec le programme existant.

Le premier 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 environ huit semaines. Les chercheurs se réunissent une fois par semaine pour des cours avec certains groupes d’étudiants, et avec d’autres groupes, ils donnent d’abord une formation sur la façon d’utiliser la technologie et leur permettent de faire des expériences en toute liberté.

Une expérience menée avec des étudiants à Salinas est une “étude clinique dans un plat” qui permet aux étudiants de voir l’effet de nouveaux médicaments sur 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.

Les études menées à la fin des programmes de recherche d’utilisateurs montrent que cette méthode a un effet positif sur l’identité des STEM parmi les deux groupes, bien que plus fortement chez les étudiants boliviens, et conduit à un plus grand intérêt chez l’étudiant participant. Ces résultats offrent une opportunité de comprendre la motivation STEM parmi les populations Latinx sans nuire aux résultats de la recherche dans un domaine limité.

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“Pour nombre de ces processus et procédures pédagogiques, [researchers] Je veux penser que la recherche menée dans une région spécifique du monde est représentative pour éclairer la politique dans une autre partie du monde », a déclaré Mostajo-Radji. « Ici, pour la première fois, nous comparons en profondeur des groupes d’Hispaniques. [in California] et les Espagnols à l’étranger, dans le même environnement scolaire, la même éducation et les mêmes expériences.”

Développer le programme

Le groupe est maintenant en train de demander des subventions pour construire l’infrastructure nécessaire à l’expansion de ce service. Ils ont imaginé un outil qui permettrait aux étudiants des écoles secondaires et des collèges communautaires de n’importe où dans le monde qui ne feraient pas de recherche autrement de concevoir et d’exécuter des expériences complètement à distance. Les chercheurs ont récemment créé un Live Science Technology Lab pour mesurer la convivialité de leur technologie.

Idéalement, ils auront des centaines de microscopes exécutant différentes expériences. Mostajo-Radji pense que des étudiants de différentes parties du monde peuvent être dans le même groupe et apprendre ensemble des mêmes données.

Les chercheurs ont recherché plus de partenaires par le biais de conférences pour établir des relations que les écoles avec lesquelles ils ont travaillé pour cette étude. À cette fin, Mostajo-Radji a récemment été invité à rejoindre l’Académie nationale des sciences des États-Unis lors de la Conférence internationale des frontières à Nairobi, au Kenya, pour partager cette idée et créer des partenariats universitaires pour donner vie à ces technologies à davantage d’étudiants.

Les chercheurs veulent aussi aller au-delà de l’invisible. Les domaines d’intérêt comprennent les dispositifs d’enseignement de la programmation microfluidique et des techniques d’enseignement de l’électrophysiologie, l’étude des propriétés électriques des cellules et tissus biologiques, à des étudiants non visuels.

“La microscopie, d’une certaine manière, est un fruit à portée de main”, a déclaré Mostajo-Radji. “C’est juste le début.”

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

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