Bioengineering-Team entwickelt ein Remote-Labor, um Enzymkinetik zu lehren

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Die COVID-19-Pandemie zwang Lehrer auf der ganzen Welt dazu, Fernunterricht anzunehmen. Obwohl die Anpassung bestehender Materialien für Vorlesungskurse, die sich auf Theorie konzentrierten, relativ einfach war, stellte der Unterricht im Laborunterricht aus der Ferne eine gewaltige Herausforderung dar. In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift für Mikrobiologie und Biologieausbildungdemonstrieren Forscher der Abteilung für Bioengineering am Carl R. Woese Institute for Genomic Biology an der University of Illinois in Urbana-Champaign die Implementierung einer Remote-Laboraktivität, um Studenten etwas über Enzymkinetik beizubringen.

„Eine große Herausforderung für das Online-Lernen ist die Bereitstellung praktischer Laborkurse. Während der COVID-19-Pandemie haben wir Kits mit Verbrauchsmaterialien und Reagenzien entwickelt und versandt, um Studenten aus der Ferne Laborerfahrung zu vermitteln“, sagte Karin Jensen, Lehrassistentin der Biotechnik. „Wir wollten den Schülern helfen, Techniken zu üben und Experimente aus der Ferne durchzuführen, indem wir Protokolle verwenden, die keine großen und teuren Geräte erfordern, zu denen die Schüler normalerweise in unserem Lehrlabor Zugang haben.“

Zuvor hatten die Forscher Remote-Übungen entwickelt, um den Schülern beizubringen, wie man Mikropipetten mit Kits für zu Hause verwendet. Jetzt konzentrieren sie sich darauf, Studenten im Grundstudium Enzymkinetik beizubringen, die untersucht, wie schnell ein Enzym sein Ziel abbaut, um ein Produkt zu bilden. Zu diesem Zweck hat das Team ein Enzymkinetik-Kit für zu Hause entwickelt, das als Alternative zu herkömmlichen Techniken verwendet werden kann, die in einer Laborumgebung durchgeführt werden.

„Während andere Ausbilder in der Vergangenheit Laborkits entwickelt haben, konzentrierte sich keines davon auf das Lehren von Enzymkinetik, was angesichts der speziellen Ausrüstung, die normalerweise erforderlich ist, um die Produkte der enzymatischen Reaktionen genau zu messen, eine besondere Herausforderung darstellt“, sagte Pablo Perez-Pinera (ACPP ), außerordentlicher Professor für Bioingenieurwesen. „Wir haben sehr einfache und erschwingliche Geräte verwendet, um den Studenten beizubringen, wie man einfache Experimente durchführt und schnell Daten sammelt, um die Enzymkinetik zu untersuchen.“

Die Schüler untersuchten, wie das Enzym Laktase Laktose in Glukose umwandelt. Das Kit enthielt Mikropipetten, Waagen, Laktose, Laktasepillen und ein Glukosemessgerät. In den Wochen vor der Übung wurden die Studenten aus der Ferne im Umgang mit Mikropipetten geschult und lernten, Daten in elektronischen Laborbüchern aufzuzeichnen. Nachdem sie sich einen aufgezeichneten Vortrag über Enzyme angesehen hatten, erhielten sie Anweisungen zur Durchführung der Experimente.

Eileen Johnson, eine Lehrassistentin für Bioingenieurwissenschaften, die die abgelegenen Laborabschnitte unterrichtete, engagierte die Schüler für die Aktivität, indem sie einen freundschaftlichen Wettbewerb für die Schüler ausrichtete, um ihre eigenen Experimente zu entwerfen und durchzuführen. Nach einem Treffen mit den Ausbildern und dem Erlernen der Grundlagen des Experiments wurden die Schüler gebeten, zu untersuchen, wie verschiedene Störungen die Kinetik der Reaktion veränderten: Machen verschiedene Laktasemarken einen Unterschied, verändert das Kochen der Laktase irgendetwas und friert das Enzym ein das Ergebnis ändern? Nach der Einführung solcher Variablen trafen sich die Studierenden mit den Lehrenden und präsentierten ihre Ergebnisse.

„Mehrere Studenten berichteten, dass das Labor für Enzymkinetik einer ihrer Lieblingsteile des Kurses war“, sagte Abhishek Bhattacharjee, ein Student im Grundstudium am Department of Bioengineering und leitender Kursassistent, der die Protokolle entwickelt und optimiert hat. „Unsere größte Einschränkung war die geringe Anzahl von Studenten, die Feedback gegeben haben. Unsere zukünftige Arbeit wird eine zusätzliche und formale Bewertung des Feedbacks der Studenten beinhalten.“

Der Bedarf an solchen Kits für zu Hause wird noch lange nach der Pandemie bestehen bleiben. Beispielsweise benötigen Schüler, die nicht an Präsenzlaboren teilnehmen können, Schüler in Sommercamps oder Teilnehmer von Online-Programmen möglicherweise dennoch Möglichkeiten zum Lernen im Fernlabor. Die Forscher hoffen, dass ähnliche Laboraktivitäten auch dazu beitragen werden, den Zugang zur MINT-Bildung zu verbessern.

Mehr Informationen:
Abhishek Bhattacharjee et al, Entwicklung und Implementierung einer Remote Enzyme Kinetics Laboratory Exercise, Zeitschrift für Mikrobiologie und Biologieausbildung (2022). DOI: 10.1128/jmbe.00286-21

Zur Verfügung gestellt von der University of Illinois at Urbana-Champaign

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