Σε μια χούφτα εργαστηρίων βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Case Western Reserve, προπτυχιακοί φοιτητές μετακινούνται μεταξύ πάγκων, συγκρίνοντας τα αποτελέσματα, προσαρμόζοντας πειράματα και κρατώντας σημειώσεις. Δεν υπάρχει μια ενιαία «σωστή» απάντηση που να τους περιμένει» μόνο ερωτήσεις που προσπαθούν να κατανοήσουν.
Αυτά τα εργαστήρια αποτελούν μέρος των Προπτυχιακών Ερευνητικών Εμπειριών που βασίζονται σε μαθήματα, ή CUREs, μιας προσέγγισης που φέρνει αυθεντική έρευνα στην τάξη και δίνει στους μαθητές την ευκαιρία να συμμετάσχουν στην ανακάλυψη.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά εργαστηριακά μαθήματα, τα οποία συνήθως καθοδηγούν τους μαθητές σε μια σειρά από προκαθορισμένα πειράματα, τα CUREs επικεντρώνονται σε ερωτήσεις ανοιχτού τύπου. Οι μαθητές εξακολουθούν να μαθαίνουν βασικές τεχνικές – ασφάλεια εργαστηρίου, καλλιέργεια οργανισμών και γενετική ανάλυση – αλλά εφαρμόζουν αυτές τις δεξιότητες σε προβλήματα χωρίς σαφείς απαντήσεις.
«Η βασική ιδέα είναι ότι οι μαθητές μαθαίνουν πώς να κάνουν βιολογικές τεχνικές για να απαντήσουν σε μια αναπάντητη βιολογική ερώτηση», είπε ο Michael Benard, PhD, καθηγητής και πρόεδρος του Τμήματος Βιολογίας.
Αυτή η αλλαγή αλλάζει όχι μόνο αυτό που μαθαίνουν οι μαθητές, αλλά και τον τρόπο με τον οποίο ασχολούνται με το υλικό. Αντί να ολοκληρώνουν εβδομαδιαίες εργασίες, εργάζονται προς την επίτευξη ενός εξαμήνου ερευνητικού στόχου, προσαρμόζοντας την προσέγγισή τους με βάση το τι συμβαίνει στο εργαστήριο.
Σε ένα μάθημα CURE που διδάσκεται αυτό το εξάμηνο από τον καθηγητή βιολογίας Fritz Petersen, PhD, οι μαθητές αναλύουν δείγματα εδάφους και αναζητούν βακτήρια που παράγουν αντιβιοτικές ενώσεις με απώτερο στόχο την ανακάλυψη ευκαιριών για την πρόληψη της αντοχής στα αντιβιοτικά. Σχεδιάζουν μέρη των δικών τους πειραμάτων, επιλέγοντας μεθόδους και μεταβλητές για δοκιμή και στη συνέχεια ερμηνεύουν τα αποτελέσματα – ακόμα και όταν τα πράγματα δεν πάνε όπως τα σχεδίασαν.
“Αν έχετε ένα κακό αποτέλεσμα, δεν είναι το τέλος του – δεν σταματά εκεί η επιστήμη”, εξήγησε ο Petersen. “Ο στόχος είναι οι μαθητές να προβληματιστούν και να πουν, “Γιατί δεν αυξήθηκε αυτό; Τι μπορώ να κάνω διαφορετικά; Πώς μπορώ να αλλάξω την προσέγγισή μου;'”
Σε ένα άλλο μάθημα, που διδάσκεται από την καθηγήτρια βιολογίας Kathleen Hershberger, PhD (CWR ’09), οι μαθητές εργάζονται για να απαντήσουν στο ερώτημα: είναι τα εναλλακτικά γλυκαντικά όπως η ασπαρτάμη, είναι καλό υποκατάστατο για δίαιτες με υψηλή περιεκτικότητα σε γλυκόζη;
Έχουν περάσει το εξάμηνο ερευνώντας πώς τα διαφορετικά γλυκαντικά επηρεάζουν τη φυσιολογία των μικρών στρογγυλών σκουληκιών που ονομάζονται C. elegansένα σχεδόν μικροσκοπικό πρότυπο οργανισμό. Δουλεύοντας σε ζευγάρια, εκθέτουν τα σκουλήκια σε διαφορετικές δίαιτες – είτε με υψηλή γλυκόζη είτε εναλλακτική γλυκαντική ουσία της επιλογής τους – μετρούν τις αλλαγές στο μέγεθος και την επιβίωση και αναλύουν γενετικά δεδομένα χρησιμοποιώντας τεχνικές μοριακής βιολογίας.
Για πολλούς μαθητές, η εμπειρία είναι συναρπαστική και άγνωστη. Χωρίς ένα προκαθορισμένο αποτέλεσμα, η επιτυχία δεν ορίζεται πλέον με τη λήψη της «σωστής» απάντησης. «Είναι πραγματικά φοβισμένοι στην αρχή», είπε ο Hershberger. «Αλλά τους υπενθυμίζουμε ότι σε πραγματική έρευνα, δεν ξέρουμε ποιο θα είναι το αποτέλεσμα».
Αντίθετα, οι μαθητές αξιολογούνται ως προς την ικανότητά τους να σχεδιάζουν πειράματα, να επιλύουν προβλήματα, να ερμηνεύουν δεδομένα και να κοινοποιούν τα ευρήματά τους. Οι γραπτές αναφορές, τα τετράδια εργαστηρίου και οι παρουσιάσεις με αφίσες αντικατοπτρίζουν τις προσδοκίες των επαγγελματικών ερευνητικών περιβαλλόντων. Με την πάροδο του χρόνου, λένε τα μέλη του διδακτικού προσωπικού, αυτή η προσέγγιση χτίζει τόσο την εμπιστοσύνη όσο και την περιέργεια.
«Συχνά τους βλέπω να κάνουν περισσότερες ερωτήσεις αργότερα μέσα στο εξάμηνο», είπε ο Hershberger. «Αυτό είναι ένα υπέροχο σημάδι ότι σκέφτονται περισσότερο τι κάνουν και γιατί.»
Το μοντέλο βοηθά επίσης τους μαθητές να αναπτύξουν μια πιο ρεαλιστική κατανόηση της επιστήμης. τα πειράματα μπορεί να χρειαστεί να επαναληφθούν, τα δεδομένα μπορεί να είναι ακατάστατα και η πρόοδος έρχεται συχνά μέσω δοκιμής και λάθους. «Είναι μια πολύ επαναληπτική διαδικασία», είπε ο Petersen. “Δοκιμάζετε κάτι, καταλαβαίνετε τι πήγε στραβά και βελτιωθείτε.â€
Για πολλούς μαθητές, ειδικά για όσους σκέφτονται να σταδιοδρομήσουν στο STEM, αυτή η πρώιμη έκθεση στην έρευνα μπορεί να είναι μεταμορφωτική. Σύμφωνα με τον Benard, το μοντέλο CURE μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να αναπτύξουν δεξιότητες πιο γρήγορα και να τους προετοιμάσει να ενταχθούν σε ανεξάρτητα ερευνητικά εργαστήρια.
Από την εισαγωγή τους το 2020, τα μαθήματα CURE στη βιολογία στο CWRU έχουν επεκταθεί από ένα μόνο τμήμα σε πολλαπλές προσφορές κάθε χρόνο, με τους μαθητές πλέον να μπορούν να επιλέξουν από διάφορους τομείς έρευνας. Καθώς τα μέλη ΔΕΠ συνεχίζουν να αναπτύσσουν νέα μαθήματα – συμπεριλαμβανομένου ενός στη χημεία που θα έρθει το ακαδημαϊκό έτος 2026-27 – αυτό το εύρος αναμένεται να αυξηθεί.
Η ανάπτυξη των μαθημάτων CURE επηρεάστηκε επίσης από τον καθηγητή Βιολογίας Robert Ward, PhD, και τη Λέκτορα Βιολογίας Deborah Harris, της οποίας η ηγεσία στην ανάπτυξη των εργαστηρίων SEA-PHAGES CURE βοήθησε να δημιουργηθεί μια ισχυρή βάση για προπτυχιακή έρευνα στη βιολογία.
Για τους μαθητές, αυτή η ποικιλία προσφέρει τόσο ευελιξία όσο και ιδιοκτησία – μια ευκαιρία να συνεχίσουν την έρευνα που ευθυγραμμίζεται με τα ενδιαφέροντά τους, ενώ αποκτούν πρακτική εμπειρία από νωρίς.
Και για τα μέλη ΔΕΠ, ο αντίκτυπος είναι σαφής.
«Για να δείτε τον ενθουσιασμό, τον ενθουσιασμό» και να ακούσετε τους μαθητές να λένε ότι αισθάνονται πιο σίγουροι και έτοιμοι να πάνε στα εργαστήρια», είπε ο Benard, «Αυτή είναι μια από τις μεγάλες ανταμοιβές για εμάς».
