أدخل مركز إدغرتون في معهد MIT منهجاً عملياً في البيولوجيا الجزيئية إلى كل صفوف الأحياء في مدارس ورسستر العامة، ثاني أكبر منطقة تعليمية في ماساتشوستس. واقتنت المنطقة 55 مجموعة صفية من نماذج الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والبروتين وtRNA، ودرّبت جميع معلمي الأحياء على استخدامها، موسّعةً نهجاً يبدأ بالبروتينات قبل الانتقال إلى DNA. ويكتسب هذا التغيير أهمية لأنه مصمم لنقل تدريس البيولوجيا الجزيئية من حفظ تسلسل إلى بناء فهم مفاهيمي.
حقائق أساسية
- حصلت مدارس ورسستر العامة على 55 مجموعة صفية من مواد نمذجة البيولوجيا الجزيئية التي طوّرها MIT.
- يشمل التطبيق كتيبات تعليمية وتطويراً مهنياً على مستوى المنطقة التعليمية لمعلمي الأحياء.
- يبدأ الطلاب ببناء البروتينات، ثم يعودون إلى مسار DNA إلى RNA إلى البروتين.
- طوّرت كاثي فانديفر وزملاؤها في MIT هذه المواد على مدى نحو 25 عاماً.
ما الذي يعنيه هذا لطلاب الأحياء ومعلميهم؟
بالنسبة إلى طلاب ورسستر، يمكن أن تبدأ دروس البيولوجيا الجزيئية ببناء تراكيب البروتين في أزواج بدلاً من البدء بتسلسل جيني مجرّد. ويمكنهم بعد ذلك استخدام الجينات التي ترمّز لتلك التراكيب لاستكشاف كيفية ترابط DNA وRNA وتخليق البروتين. أما للمعلمين، فيعني التدريب على مستوى المنطقة التعليمية والمجموعات الصفية إمكان استخدام المواد عبر النظام بدلاً من اقتصارها على معلمين تلقوا تدريباً فردياً.
يهدف هذا النهج إلى مساعدة المتعلمين على رؤية ما ينتجه DNA في نهاية المطاف ولماذا تهم بنية البروتين ووظيفته. والنماذج معيارية وملموسة: إذ يستطيع الطلاب بناء البروتينات وطيّها، واستكشاف التفاعلات الكارهة للماء والمحبة للماء، ونمذجة مستويات بنية البروتين، ومحاكاة تخليق DNA.
لماذا يُدرَّس البروتين قبل DNA؟
يمنح تسلسل البدء بالبروتينات الطلابَ نقطة نهاية قبل أن يتتبعوا الطريق إليها. يجمع الطلاب البروتينات ويفحصونها أولاً، ثم يعودون إلى مسار DNA إلى RNA إلى البروتين المألوف باستخدام الجينات التي ترمّز للبروتينات التي بنوها بالفعل. وتقوم فرضية المنهج على أن هذا الترتيب يجعل ترتيب الأحماض الأمينية ووظيفة البروتين والتعبير الجيني أكثر ملموسية.
طوّرت كاثي فانديفر، قائدة مشروع علوم الحياة في مركز إدغرتون ومديرة تعليم التوعية والمشاركة المجتمعية في قسم الهندسة البيولوجية في MIT، هذا النهج على مدى نحو 25 عاماً. وهي ترى أن الطلاب يواجهون غالباً العقيدة المركزية في علم الأحياء بوصفها تسلسلاً يجب تذكره، من دون أن تكون لديهم أولاً صورة واضحة للبروتينات أو لأهميتها.
تؤدي البروتينات دوراً محورياً في وظائف بيولوجية كثيرة: فهي تبني الأنسجة، وتنقل الأكسجين، وتحارب العدوى، وتنجز جانباً كبيراً من عمل الجسم. ومع ذلك، غالباً ما يقدّم التدريس الصفي البروتينات بعد DNA وRNA. وتضع مواد MIT نماذج البروتينات في بداية الدرس، بمكوّنات يستطيع الطلاب تفكيكها وإعادة بنائها.
كيف وسّعت ورسستر برنامج التعليم العملي في الأحياء؟
بدأ ارتباط ورسستر بمركز إدغرتون عندما صادف ديفيد مانغوس مجموعات البيولوجيا الجزيئية في ورشة عمل ضمن مؤتمر رابطة معلمي العلوم في ماساتشوستس. وبعد أن أصبح اختصاصي منهج العلوم في مدارس ورسستر العامة، رأى فرصة لتطبيق المواد في أنحاء المنطقة التعليمية.
موّلت منحة من مركز ماساتشوستس لعلوم الحياة 55 مجموعة صفية، والكتيبات التعليمية المصاحبة، وبرنامج التطوير المهني. وشارك كل معلم أحياء في ورشة تدريبية. ويعالج هذا الإعداد الجماعي عائقاً واجهته جهود التوعية السابقة، إذ إن تدريب المعلمين واحداً تلو الآخر حدّ من انتشار المنهج.
لذلك يجمع تطبيق ورسستر بين التجهيزات والتعلّم المهني. وبدلاً من الاعتماد على عدد صغير من المعلمين لتبنّي المواد بصورة مستقلة، أعدّت المنطقة التعليمية مجموعة من التربويين لاستخدام النهج في الصفوف عاماً بعد عام.
من مختبر تعلّم في متحف MIT إلى صفوف المنطقة التعليمية
صُقل المنهج جزئياً من خلال معرض ومكان صفّي «مختبر التعلّم: الخلية» لعام 2005 في متحف MIT، بدعم من مؤسسة آرثر فايننغ ديفيس. وعملت فانديفر مع موظفي المتحف لتطوير المكان وورش العمل، فيما أسهمت أماندا غرول ماير في ورش العمل والتصميم الغرافيكي للمواد التكميلية، وفي أبحاث لاحقة لدروس أكثر تقدماً.
على مدى عدة أعوام، درّست فانديفر وغرول ماير أكثر من 1,000 طالب في مختبر التعلّم، بمن فيهم مجموعات من المرحلة المتوسطة والثانوية والأحياء المتقدم AP. وأفادت تجربتهما مع طيف واسع من المشاركين في صياغة نمط يعمل فيه الطلاب في أزواج باستخدام مجموعات البناء الجزيئي، ويستخدمون عروضاً تشاركية لتمثيل عمليات خلوية معقدة قبل مناقشة اللغة العلمية التي تفسرها.
كما ينقل مركز إدغرتون المواد إلى جمهور وطني. ويعتزم عرض مجموعات البيولوجيا الجزيئية الخاصة به في مؤتمر الرابطة الوطنية لمعلمي الأحياء في دالاس خلال أكتوبر.
أسئلة شائعة
ما المواد التي تتلقاها صفوف الأحياء في ورسستر؟
اشترت مدارس ورسستر العامة 55 مجموعة صفية من مجموعات نمذجة DNA وRNA والبروتين وtRNA التي طوّرها MIT. ويشمل التطبيق أيضاً كتيبات تعليمية وبرنامج تطوير مهني على مستوى المنطقة التعليمية لمعلمي الأحياء.
كيف يعمل المنهج الذي يبدأ بالبروتينات؟
يبدأ الطلاب ببناء تراكيب البروتين وفهمها في أزواج. ثم يعودون إلى مسار DNA إلى RNA إلى البروتين باستخدام الجينات التي ترمّز لتراكيب البروتين التي بنوها، رابطين معلومات الجينات بترتيب الأحماض الأمينية ووظيفة البروتين.
