Φορητός εργαστηριακός εξοπλισμός κατά την εκπαιδευτική δράση 2MoBiL
Τα επιστημονικά πεδία της Βιολογίας, της Μοριακής Βιολογίας, της Γενετικής και της Εξατομικευμένης Ιατρικής εξελίσσονται συνεχώς υπογραμμίζοντας την ανάγκη για συνεχή ενημέρωση του εξειδικευμένου κοινού και εξοικείωση του ευρύτερου συνόλου από τα μαθητικά κιόλας χρόνια. Για την καλύτερη εκπαίδευση των μαθητών στο επιστημονικό πεδίο των Θετικών Επιστημών και πιο συγκεκριμένα στο πεδίο της Βιολογίας κρίνεται αναγκαίος ο συνδυασμός θεωρητικής και πρακτικής εκπαίδευσης συνεπικουρούμενος με εναλλακτικά μαθησιακά εργαλεία. Η εκπαιδευτική δράση 2MoBiL στοχεύει στην εξοικείωση των μαθητών με έννοιες και πειραματικές διαδικασίες της Μοριακής Βιολογίας με φορητό εργαστηριακό εξοπλισμό (Φορητό εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας, Mobile Molecular Biolology Laboratory, 2MoBiL). Παράλληλα η δράση 2MoBiL στοχεύει στην ευρύτερη ενημέρωση των μαθητών, των κηδεμόνων τους και των εκπαιδευτικών για τη σημασία της ανάλυσης του ανθρώπινου γονιδιώματος και των πλεονεκτημάτων της εξατομικευμένης ιατρικής στο σύστημα υγείας.
Η εκπαιδευτική προσέγγιση STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) σηματοδοτεί την απομάκρυνση από την δασκαλοκεντρική εκπαίδευση και επιτάσσει μία παιδαγωγική στροφή με επίκεντρο τον μαθητή, όπου ένα μεγάλο μέρος της διδασκαλίας βασίζεται στην έρευνα και τον πειραματισμό (Moustafa, 2013; Mooney, 2002; Tamim, 2013; Odom 2015). Η εκπαίδευση STEM είναι σχετικά νέα προσέγγιση και δεν έχει μακρά ιστορία σε βάθος χρόνου. Το πρώτο ενδιαφέρον προσέγγισης STEM εντοπίζεται στη δεκαετία του 1990 όταν το US National Science Foundation (NSF) συμπεριέλαβε επίσημα τη μηχανική και την τεχνολογία στην σχολική εκπαίδευση. Αρχικά εμφανίστηκε με το ακρωνύμιο SMET (Science, Mathematics, Engineering, and Technology) και αργότερα επικράτησε το ακρωνύμιο STEM (Chute, 2009). Ωστόσο, δεν είναι πλήρως ξεκάθαρο ποιοι κλάδοι περιλαμβάνονται στην προσέγγιση STEM. Το NSF δημοσίευσε μια λίστα εγκεκριμένων πεδίων που συμπεριλαμβάνονται στον όρο STEM. Μεταξύ αυτών είναι η Φυσική, η Χημεία, αλλά και κλάδοι όπως η ψυχολογία και οι κοινωνικές επιστήμες (π.χ. πολιτικές επιστήμες, οικονομικά). Οι Gonzalez και Kuenzi (2012) σημείωσαν ότι τουλάχιστον δύο αμερικανικές υπηρεσίες, αποκλείουν τις κοινωνικές επιστήμες δείχνοντας την ασάφεια και την πολυπλοκότητα στην περιγραφή και τον προσδιορισμό του φάσματος της προσέγγισης STEM. Είναι σημαντικό να κατανοήσουν οι υπεύθυνοι χάραξης εκπαιδευτικής πολιτικής τις προκλήσεις και τους φραγμούς που εμποδίζουν την προσέγγιση της εκπαίδευσης STEM στις αίθουσες διδασκαλίας.
Οι δάσκαλοι προτρέπουν τους μαθητές να σκέπτονται χρησιμοποιώντας υψηλότερες γνωστικές διαδικασίες ακόμη και μέσω της αμφισβήτησης (Bruce-Davis et al., 2014). Η ανάπτυξη δικτύων συνεργασίας της Τριτοβάθμιας με την Δευτεροβάθμια εκπαίδευση με αντικείμενο την έρευνα, την τεχνολογία και την υλοποίηση κοινών εκπαιδευτικών και κοινωνικών δράσεων με προσανατολισμό σε επιστήμες STEM, συμβάλλει ουσιαστικά στην σταδιακή και ομαλή ένταξη των μαθητών στην εκπαίδευση όπως φάνηκε από την Bojic και τους συνεργάτες της με το μεγάλης απήχησης πρόγραμμα «SUZA», από τα σχολεία στην επιστήμη και την ακαδημαϊκή κοινότητα (Bojic, 2015).
Συνεπώς, και για την καλύτερη εκπαίδευση των μαθητών στο επιστημονικό πεδίο των Θετικών Επιστημών και πιο συγκεκριμένα με το πεδίο της Βιολογίας, κρίνεται αναγκαίος ο συνδυασμός θεωρητικής και πρακτικής εκπαίδευσης συνεπικουρούμενος με εναλλακτικά μαθησιακά εργαλεία, ώστε η εκπαίδευση των μαθητών να είναι ορθότερη και σφαιρικότερη, ο επαγγελματικός τους προσανατολισμός να είναι πληρέστερος και η γνωριμία τους με το πεδίο της Βιολογίας, της έρευνας και τον ακαδημαϊκό χώρο σταδιακή και ευχάριστη. Κρίνεται, επίσης, σημαντική η σταδιακή ένταξη του μαθητή από το σχολικό στο ακαδημαϊκό περιβάλλον και ένας τρόπος επίτευξής της, είναι η μεταφορά της γνώσης και της ερευνητικής πρακτικής από την Τριτοβάθμια εκπαίδευση και τα ερευνητικά κέντρα της χώρας στην Δευτεροβάθμια εκπαίδευση και επιπλέον, η ενθάρρυνση συμμετοχής των μαθητών σε ερευνητικές δράσεις και πρακτικές πριν την ένταξή τους στην Τριτοβάθμια Εκπαίδευση.
Το Εργαστήριο Φαρμακογονιδιωματικής και Εξατομικευμένης Θεραπείας του Τμήματος Φαρμακευτικής του Πανεπιστημίου Πατρών καθιέρωσε, από το 2016, την εκπαιδευτική δράση με το Φορητό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας 2MoBiL (Mobile Molecular Biology Laboratory). Απώτερος στόχος της εκπαιδευτικής δράσης 2MoBiL είναι η εξοικείωση των μαθητών της δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης με έννοιες και πειραματικές διαδικασίες δυσνόητες με τα μέσα της παραδοσιακής συμβατικής μελέτης και παράλληλα η ενημέρωση του ευρύτερου κοινού για τη σημασία της ανάλυσης του ανθρώπινου γονιδιώματος και των πλεονεκτημάτων της εφαρμογής της εξατομικευμένης ιατρικής τόσο για τον άνθρωπο ως μονάδα όσο και για το εθνικό σύστημα υγείας συνολικότερα.
Η εκπαιδευτική δράση πραγματοποιείται με φορητό εργαστηριακό εξοπλισμό και δύναται να πραγματοποιηθεί σε κάθε σχολική μονάδα της επικράτειας με τη μεταφορά του εξοπλισμού εντός χειραποσκευής. Το 2MoBiL συνοδεύεται από ένα θεωρητικό πλαίσιο για περαιτέρω κατανόηση των εννοιών που πραγματεύονται στις πειραματικές ασκήσεις και λεπτομερή πρωτόκολλα των πειραματικών ασκήσεων. Οι εκπαιδευτικοί έρχονται σε πρότερη επικοινωνία με την ερευνητική ομάδα 2MoBiL του Εργαστηρίου Φαρμακογονιδιωματικής και Εξατομικευμένης Θεραπείας (ΕΦΕΘ), στους οποίους διευκρινίζεται επακριβώς ποιες ασκήσεις θα πραγματοποιηθούν και τι πραγματεύονται αυτές (μέσω δια ζώσης ή e-training ή αποστολή ενδεικτικού υλικού). Επιπλέον, το συνολικό θεωρητικό πλαίσιο συμπληρώνεται με μαθησιακά εργαλεία (θεατρικά δρώμενα, βιωματικά παιχνίδια και παιχνίδια escape CLASSroom, comics και διαδικτυακά παιχνίδια που πραγματεύονται θέματα της επιστήμης της Βιολογίας. Οι εκπαιδευτικές πειραματικές ασκήσεις πλαισιώνουν σημαντικές τεχνικές της Μοριακής Βιολογίας όπως είναι η απομόνωση DNA από επιθηλιακά κύτταρα της έσω παρειάς, η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (Polymerase Chain Reaction, PCR), η ηλεκτροφόρηση σε πήκτωμα αγαρόζης και η γονοτύπηση με τη μέθοδο της κατάτμησης με περιοριστικά ένζυμα.
Ο φορητός εργαστηριακός εξοπλισμός της εκπαιδευτικής δράσης 2MoBiL.
Η εκπαιδευτική δράση 2MoBiL διεξάγεται με τη χρήση θερμικού κυκλοποιητή, φυγόκεντρου, συσκευής ηλεκτροφόρησης, καθώς και τράπεζας οπτικοποίησης του τελικού αποτελέσματος. Παράλληλα μεταφέρονται ρυθμιζόμενες πιπέττες ακριβή όγκου, πλαστικός ογκομετρικός σωλήνας, κωνική φιάλη, ποτήρι ζέσεως, στροβιλοαναδευτήρας, εστία θέρμανσης, πλαστικά ακρορύγχια μιας χρήσης, αυτοπωματιζόμενα σωληνάρια πολυπροπυλενίου, βιδωτού πωματισμού ακρυλικοί δοκιμαστικοί σωλήνες και όλα τα απαραίτητα αντιδραστήρια για τη διεξαγωγή των πειραμάτων των εργαστηριακών ασκήσεων.
Η έρευνα στο πεδίο της Βιολογίας φαντάζει στα μάτια των μαθητών ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόμενη, ωστόσο λίγοι είναι οι αρχικά ενδιαφερόμενοι και εγγεγραμμένοι φοιτητές των σχολών των Θετικών Επιστημών/Επιστημών Υγείας που ακολουθούν ερευνητική πορεία κατόπιν της εισαγωγής τους στις σχολές.
Η άμεση επαφή με: α) το ερευνητικό κομμάτι της επιστήμης της Βιολογίας, β) τον τρόπο διεξαγωγής ενός πειράματος Βιολογίας και πιο συγκεκριμένα Μοριακής Βιολογίας, γ) τις απαιτήσεις και τους κανόνες που διέπουν τη διεξαγωγή ενός πειράματος Βιολογίας και Μοριακής Βιολογίας, και δ) τις επιδεξιότητες, την σχολαστικότητα και την ικανότητα αντίληψης που οφείλει να έχει ο ερευνητής, επιτυγχάνονται μέσω της συμμετοχής στην εκπαιδευτική δράση 2MoBiL.
Παράλληλα, οι ενδιαφερόμενοι και συμμετέχοντες στη δράση εξοικειώνονται με την έννοια της γενετικής ταυτοποίησης και συνειδητοποιούν ότι αποτελεί μία από τις σημαντικές εφαρμογές των επιτευγμάτων της σύγχρονης μοριακής βιολογίας και γενετικής. Γίνεται αντιληπτό ότι πέρα από τις κλινικές εξετάσεις που ευρέως εφαρμόζονται σήμερα, όπως είναι οι βιοχημικές εξετάσεις σε ένα μικροβιολογικό εργαστήριο, δυνατές είναι επίσης και οι γενετικές εξετάσεις που πραγματοποιούνται κατόπιν γενετικής ανάλυσης με απλή, εύκολη, γρήγορη και πλήρως ανώδυνη προσέγγιση χωρίς να είναι αναγκαία η μεσολάβηση της αιμοληψίας. Παράλληλα αντιλαμβάνονται τις ηθικές προεκτάσεις που διέπουν μία γενετική εξέταση και λαμβάνουν τα απαραίτητα εφόδια για να αντιλαμβάνονται την παραπληροφόρηση από τα έγκυρα και τεκμηριωμένα αποτελέσματα.
Το 2MoBiL αποσκοπεί να μειωθεί σημαντικά το εκπαιδευτικό χάσμα μεταξύ Βορειοδυτικής-Κεντρικής και Νοτιοανατολικής Ευρώπης αλλά και μεταξύ ανεπτυγμένων και αναπτυσσόμενων χωρών στην Ευρώπη στο πεδίο της Εξατομικευμένης Θεραπείας (Pisanu, 2014). Η εξοικείωση των μαθητών με το πεδίο της Βιολογίας και της Γενετικής (έννοιες όπως νουκλεικό οξυ, γονίδιο, γονοτύπηση αναλύονται περαιτέρω) και η εξοικείωση με τις βασικές τεχνικές της μοριακής βιολογίας (πχ αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης, PCR) που επιτυγχάνεται με την εκπαιδευτική προσέγγιση 2MoBiL, έρχεται να καταστήσει εύκολη των κατανόηση των εννοιών της Φαρμακογονιδιωματικής και της Εξατομικευμένης Θεραπείας. Ο μαθητής κατανοεί την δυνατότητα προσαρμογής της φαρμακευτικής αγωγής ενός ασθενούς με βάση τις πληροφορίες που φέρει το γενετικό υλικό για καλύτερο φαρμακευτικό αποτέλεσμα και αποφυγή ενδεχόμενων παρενεργειών στον ασθενή. Επιπλέον, η σύζευξη των γνώσεων της Βιολογίας με την εργαστηριακή πρακτική και μάλιστα εντός του σχολικού περιβάλλοντος με πραγματικό εργαστηριακό εξοπλισμό αποτελεί σημαντικό καινοτόμο στόχο του 2MoBiL στην Ελλάδα. Η εφαρμογή των εναλλακτικών μαθησιακών εργαλείων του 2MoBiL, αποτελεί καινοτομία για την κατανόηση της Βιολογίας, της Μοριακής Βιολογίας και της Εξατομικευμένης Ιατρικής.
Υπάρχουν και οι συγγραφείς που παραμένουν αρκετά επιφυλακτικοί απέναντι στην υιοθέτηση της προσέγγισης STEM. Ο Woodard (2019) εκφράζοντας την επιφύλαξη ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να φέρει αρνητικά αποτελέσματα στην εκπαίδευση, τονίζει ότι η επένδυση των 26 δισεκατομμυρίων δολαρίων στην προσέγγιση STEM θα μπορούσε να αναπροσαρμοστεί προς την κατεύθυνση της πρόσληψης επιπλέον διδακτικού προσωπικού με καλύτερες αποδοχές, προστατεύοντας το παραδοσιακό έως τώρα πλαίσιο του προγράμματος σπουδών στα θεμελιώδη σχολικά χρόνια. Με την προσέγγιση 2MoBiL αποφεύγεται η πολυέξοδη και αλόγιστη έμπρακτη εκπαίδευση των μαθητών και των εκπαιδευτικών τους, καθώς τα υφιστάμενα πρωτόκολλα και οι εργαστηριακές ασκήσεις έχουν σχεδιαστεί με τρόπο κατάλληλο ώστε τα πειράματα να είναι οικονομικώς προσιτά και η προσέγγιση STEM στη Βιολογία προσιτή για κάθε μαθητή.
Με την υπάρχουσα έως τώρα γνώση, η στενή συνεργασία και η δικτύωση του Πανεπιστημίου με σχολεία Δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης για τη σχεδίαση και εφαρμογή ενός συστήματος προσέγγισης STEM της επιστήμης της Βιολογίας, Μοριακής βιολογίας και Εξατομικευμένης Ιατρικής γίνεται για πρώτη φορά οργανωμένα στην Ελλάδα. Στο μελλοντικό σχεδιασμό του ΕΦΕΘ είναι να εισάγει ένα σύγχρονο εκπαιδευτικό εργαλείο δημιουργώντας ένα Κέντρο Έρευνας και Καινοτομίας της Βιολογίας, Μοριακής Βιολογίας και Εξατομικευμένης Θεραπείας στις εγκαταστάσεις του ΕΦΕΘ, το BioSTEM, συνδυάζοντας τις εργαστηριακές ασκήσεις με μία εκπαιδευτική πλατφόρμα και καινοτόμα εργαλεία εκμάθησης Βιολογίας σε συνεργασία με εκπαιδευτικούς από όλη την Ελλάδα προς την επίτευξη της εκμάθησης της Βιολογίας μέσω STEM προσέγγισης.
Εικόνα 1: Στιγμιότυπα από τις εκπαιδευτικές δράσεις 2MoBiL με μαθητές και ενήλικες συμμετέχοντες.
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Bojic I., Jagust T. and Sovic A., 2015. Selected examples of cooperation between universities and schools in STEM education, in ISEC 2015 – 5th IEEE Integrated STEM Education Conference. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., pp. 189–194. doi: 10.1109/ISECon.2015.7119921.
Bruce-Davis M. N. et al., 2014. STEM High School Administrators’, Teachers’, and Students’ Perceptions of Curricular and Instructional Strategies and Practices. Journal of Advanced Academics. SAGE Publications Ltd, 25(3), pp. 272–306. https://doi.org/10.1177/1932202X14527952
Chute, E. (2009). STEM education is branching out. Pittsburgh Post-Gazette Feb 9, 2009. https://www.post-gazette.com/news/education/2009/02/10/STEM-education-is-branching-out/stories/200902100165
Gonzalez, H. B., & Kuenzi, J. J. (2012, August). Science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education: A primer. Washington, DC: Congressional Research Service, Library of Congress. https://sgp.fas.org/crs/misc/R42642.pdf
Mooney M. A. and Laubach T. A., 2002. Adventure engineering: A design centered, inquiry based approach to middle grade science and mathematics education. Journal of Engineering Education. Wiley-Blackwell Publishing Ltd, 91(3), p. 309. https://doi.org/10.1002/j.2168-9830.2002.tb00708.x
Moustafa A., Ben-Zvi-Assaraf O. and Eshach H., 2013. Do Junior High School Students Perceive Their Learning Environment as Constructivist? doi: 10.1007/s10956-012-9403-y.
Odom A. L. and Bell C. V., 2015. Associations of Middle School Student Science Achievement and Attitudes about Science with Student-Reported Frequency of Teacher Lecture Demonstrations and Student-Centered Learning. International Journal of Environmental. https://eric.ed.gov/?id=EJ1060962
Pisanu F., 2014. Educational innovation and technology: A need for integration. Perspectives of Innovation in Economics and Business (PIEB), 14(2), p. 103. 10.15208/pieb.2014.12
Tamim S. R. and Grant M. M., 2013. Definitions and Uses: Case Study of Teachers Implementing Project-based Learning. Interdisciplinary Journal of Problem-Based Learning. 7(2), p. 5. https://doi.org/10.7771/1541-5015.1323
Woodard J, 2019. Rotten STEM: How Technology Corrupts Education.American Affairs, 3 (3). https://americanaffairsjournal.org/2019/08/rotten-stem-how-technology-corrupts-education/
Γεώργιος Πατρινός
- Εργαστήριο Φαρμακογονιδιωματικής και Εξατομικευμένης Θεραπείας, Τμήμα Φαρμακευτικής, Σχολή Επιστημών Υγείας, Πανεπιστήμιο Πατρών.
- Department of Pathology, College of Medicine and Health Sciences, United Arab Emirates University, Al-Ain, Abu Dhabi.
- Zayed Center of Health Sciences, United Arab Emirates University, Al-Ain, Abu Dhabi.
