Trazando el horizonte educativo: las escuelas secundarias se aventuran en la investigación del mundo real con tecnología avanzada de realidad virtual y asociaciones postsecundarias
Implementar investigaciones en neurociencia del mundo real en un entorno de escuela secundaria puede ser una experiencia educativa transformadora para los estudiantes. A continuación se ofrece una descripción general de cómo integrar eficazmente dichos programas, basándose en una iniciativa exitosa como la colaboración entre syGlass, Inc., la Universidad del Sur de Florida y el Centro de Innovación St. Vrain en Colorado:
En el Centro de Innovación de las Escuelas de St. Vrain Valley en Longmont, Colorado, se desarrolló una oportunidad extraordinaria para un grupo de estudiantes curiosos y decididos. Esta oportunidad surgió gracias a una colaboración única entre su escuela, syGlass, Inc., una empresa de software y planes de estudios de realidad virtual (VR), y un laboratorio de neurociencia de la Universidad del Sur de Florida. La asociación prometió llevar la investigación en neurociencia de vanguardia directamente a sus aulas, transformando su experiencia educativa de maneras inimaginables.
Esta colaboración fue más que una típica mejora educativa, fue un salto hacia el futuro del aprendizaje. Al asociarse con syGlass, la escuela presentó a los estudiantes la tecnología de realidad virtual inmersiva, permitiéndoles interactuar con datos científicos en un espacio tridimensional, una herramienta que antes era inaccesible en el nivel de la escuela secundaria. Además, la asociación con el laboratorio de neurociencia de la Universidad del Sur de Florida brindó tutoría directa por parte de investigadores líderes, con estudiantes universitarios y profesores que ofrecieron conocimientos y orientación que cerraron la brecha entre la investigación de nivel secundario y universitario. Esta iniciativa permitió a la escuela aprovechar recursos y experiencia mucho más allá de su alcance habitual, brindando a los estudiantes acceso a tecnología avanzada y preparándolos para los rigores de la educación superior y las carreras en los campos STEM.
Los objetivos del proyecto eran estudiar el cerebro de un ratón en desarrollo utilizando la tecnología syGlass VR. ¿Por qué los científicos están interesados en estudiar el cerebro del ratón y qué importancia tiene esto para los estudiantes de St Vrain? Investigar el cerebro del ratón en desarrollo es vital para avanzar en la comprensión del desarrollo cerebral tanto normal como anormal. Proporciona información fundamental sobre las enfermedades neurológicas, apoya el avance de la medicina regenerativa, mejora el desarrollo de la IA e informa estrategias para mantener la salud del cerebro. Esta no fue una tarea fácil para los estudiantes de secundaria, pero con la tutoría de Samuel Zucker y Sophia Alonso, estudiantes universitarios de último año de la Universidad del Sur de Florida bajo la supervisión del profesor de neurociencia, George Spirou PhD, el desafío se convirtió en una aventura emocionante. Sam y Sophia aportaron su experiencia y entusiasmo, listos para guiar a los estudiantes a través de las complejidades de la investigación científica.
Samuel y Sophia necesitaban sentar las bases de la recopilación de datos científicos y los métodos para hacerlo. El proceso de investigación se llevó a cabo utilizando syGlass, un motor de software de realidad virtual que permite a los usuarios interactuar y analizar datos científicos complejos de gran tamaño en un entorno 3D inmersivo. “Antes de reunirnos con los estudiantes, revisamos los datos que habíamos recopilado hasta ese momento. Buscamos específicamente filopodios (protuberancias de membrana celular que actúan como antenas y exploran su entorno), con movimientos significativos que serían fáciles de identificar para los estudiantes. Después de seleccionar filopodios para cada estudiante, compartimos las ubicaciones de los filopodios con los estudiantes y les enseñamos cómo usar el software syGlass para rastrearlos. Inicialmente, nos reunimos en salas multijugador colaborativas de syGlass VR para demostrar las herramientas y cubrir los conceptos básicos del software. Una vez que los estudiantes se sintieran cómodos, saldrían del salón y comenzarían a rastrear por su cuenta. Una vez que los estudiantes terminaron de rastrear sus datos, nos los enviaron para compararlos con nuestros propios datos. También les ayudamos a calcular variables como desplazamiento, velocidad y aceleración. Comparamos sus datos con los nuestros para mostrarles las diferencias y ayudarlos a aprender cómo realizar cambios para recopilar datos más precisos en el futuro”, compartieron Sam y Sophia.
Integrar este proyecto en el plan de estudios fue el siguiente paso. La directora del programa de biociencias del Centro de Innovación, Jayme Sneider, trabajó en estrecha colaboración con el director de educación de syGlass, Bernie Barragán, junto con Samuel y Sophia para garantizar que la investigación complementara los cursos existentes de los estudiantes. Esta alineación aseguró que mientras los estudiantes se sumergían en investigaciones avanzadas, también cumplían con sus estándares educativos y objetivos de aprendizaje. Jayme afirmó: “La investigación realizada es comparable a la de un nivel de investigación de pregrado. La oportunidad de realizar un trabajo a nivel universitario como estudiante de secundaria prepara mejor a los estudiantes para tener éxito en la educación postsecundaria. Los investigadores de este proyecto estaban formados por tres estudiantes de último año de secundaria. Todos los estudiantes de secundaria que participaron en esta investigación ingresarán a un campo profesional STEM. Debido a que muchos de los estudiantes se dedicarán a STEM en el futuro, la investigación será una gran parte de sus vidas. Ir a la universidad con el conocimiento de cómo realizar investigaciones e interpretar datos les dará una ventaja en relación con otros estudiantes que realizan pasantías; las empresas preferirán candidatos que tengan experiencia en la recopilación de datos y la conspiración en lugar de alguien a quien habrá que enseñarle. todo desde cero. En las clases postsecundarias, será más fácil comprender la mecánica de funcionamiento de un laboratorio colegiado y será un proceso de integración más sencillo. Trabajar en el nivel postsecundario ha ayudado a conocer cómo realizar investigaciones futuras, ha dado una ligera ventaja para obtener puestos de pasantía y ha acelerado la asimilación a una conducta adecuada en el laboratorio. En general, este proyecto ha brindado a los estudiantes una experiencia que será valiosa en la educación postsecundaria”.
Asegurar los recursos fue una parte crítica del proceso. Gracias al apoyo financiero de la Longmont United Hospital Foundation, la escuela recibió el software syGlass, auriculares VR y otros equipos necesarios. Se organizaron sesiones de capacitación, donde estudiantes y profesores aprendieron a navegar el software syGlass VR y comprender las metodologías científicas que usarían. Esta fase de preparación fue crucial, transformando el desconcierto inicial en una anticipación confiada.
Con las herramientas y la capacitación implementadas, los estudiantes se embarcaron en el viaje de investigación. Pasaron muchas horas en el laboratorio de realidad virtual, rastreando meticulosamente los conos de crecimiento, una estructura móvil en la punta de los axones y dendritas en desarrollo, y los filopodios, en el cerebro del ratón en desarrollo. Esta experiencia práctica fue a la vez desafiante y estimulante. Guiados por sus mentores, los estudiantes aprendieron a recopilar y analizar datos, comprendiendo la importancia de cada punto de datos que registraron.
Las reuniones virtuales periódicas con Bernie, Sam, Sophia y el Dr. Spirou mantuvieron el proyecto en marcha. Estas sesiones fueron una combinación de orientación y aliento, ayudando a los estudiantes a superar obstáculos y perfeccionar sus técnicas. Los mentores de los estudiantes también crearon materiales instructivos detallados, incluidos PowerPoints y videos, para garantizar que los estudiantes pudieran consultarlos cuando fuera necesario.
A medida que avanzaba la investigación, los estudiantes comenzaron a ver los frutos de su trabajo. Documentaron sus hallazgos y se prepararon para presentarlos a una audiencia más amplia. Se organizó un evento en el que los estudiantes mostraron su trabajo, impresionando a sus compañeros, profesores e incluso a miembros de la comunidad local. Esta experiencia perfeccionó sus habilidades de comunicación y les dio una sensación de logro.
Al reflexionar sobre su viaje, los estudiantes y mentores reconocieron el inmenso valor del proyecto. Los estudiantes no sólo adquirieron experiencia práctica en investigación, sino que también desarrollaron habilidades de pensamiento crítico, resolución de problemas y análisis de datos. Estas habilidades serían invaluables a medida que siguieran futuras carreras STEM. El proyecto despertó un interés más profundo por la ciencia, motivando a los estudiantes a considerar carreras en investigación y tecnología.
Los estudiantes de neurociencia de Jayme señalaron:
“Fue una experiencia interesante utilizar la Realidad Virtual (VR) para realizar esta investigación, ya que nunca antes había utilizado tecnología como esta en proyectos. Fue útil poder mover los conjuntos de datos en syGlass y rotarlos para verlos desde un punto de vista diferente”.
“Poder ser parte de esta investigación fue una experiencia increíble. Como estudiante de secundaria, no llegamos a tener un nivel tan alto de experiencia en investigación en comparación con el nivel universitario”.
“Ahora, ser parte de este tipo de investigación en la que interactuamos con estudiantes universitarios para ayudar a trabajar en un proyecto que la mayoría de los otros estudiantes de secundaria no pueden, es absolutamente asombroso. Comencé este semestre para aprender más sobre neurociencia y terminé siendo parte de algo mucho más. La investigación que se está completando en la Universidad del Sur de Florida está contribuyendo en gran medida a los cada vez peores problemas de demencia”.
“La investigación que se está llevando a cabo es de última generación, y poder no solo monitorear, sino también rastrear el crecimiento del cerebro durante todo el período de gestación del ratón, es una experiencia absolutamente alucinante”.
Desde la perspectiva de Sam y Sophia, trabajar con estudiantes de secundaria de forma remota planteó desafíos y oportunidades de aprendizaje únicos. Tuvieron que desarrollar estrategias de comunicación efectivas y crear materiales educativos detallados para guiar a los estudiantes a través del proceso de investigación. Esta experiencia enriqueció sus habilidades de enseñanza y liderazgo, destacando la importancia de una comunicación clara y la adaptabilidad en entornos de aprendizaje remoto. “Trabajar con los estudiantes de St. Vrain ha sido increíblemente enriquecedor, brindándonos conocimientos sobre comunicación y liderazgo efectivos. La naturaleza remota de nuestras interacciones nos desafió a encontrar formas efectivas de involucrar a los estudiantes y transmitir información con claridad. Aprendimos a adaptar nuestros estilos de comunicación para adaptarnos a diferentes alumnos, asegurándonos de que nuestros mensajes se transmitieran con precisión. Liderar a los estudiantes a través del aprendizaje remoto también nos enseñó cómo motivar e inspirar a otros, fomentando el trabajo en equipo y un propósito compartido a pesar de la distancia física. Las limitaciones de la distancia significaban que no podíamos confiar en las interacciones en persona para aclarar instrucciones o demostrar conceptos. En cambio, teníamos que asegurarnos de que nuestras explicaciones fueran detalladas y estuvieran respaldadas por ayudas visuales o ejemplos. Dedicamos mucho tiempo a crear PowerPoints y vídeos claros que podrían ser referencias futuras. Al reflexionar sobre nuestra propia experiencia en la escuela secundaria, recordamos la falta de oportunidades como la que brindamos en St. Vrain. En aquel entonces, plataformas de aprendizaje remoto como ésta no estaban disponibles. Este descubrimiento nos ha hecho apreciar la oportunidad de retribuir e inspirar a las próximas generaciones de estudiantes. sabiendo que nuestro
esfuerzos pueden estar dando forma al futuro de estos estudiantes nos llena de un profundo sentido de propósito y alegría. Es increíblemente gratificante pensar que estamos ayudando a crear oportunidades que nosotros mismos no tuvimos, motivando potencialmente a estos estudiantes a convertirse en futuros científicos e ingenieros”, afirmaron Samuel y Sophia.
“Los datos recopilados por los estudiantes serán fundamentales para establecer conexiones futuras con respecto al desarrollo de los filopodios y los conos de crecimiento en el cerebro. Al analizar estos datos, podemos realizar observaciones más informadas que podrían mejorar nuestra comprensión de cómo se desarrollan las neuronas. Este conocimiento podría tener implicaciones importantes para la prevención y detección de enfermedades, la atención médica personalizada y el futuro desarrollo de dispositivos neurológicos. La aplicación de esta información podría conducir a avances en la comprensión de los trastornos neurológicos y a mejorar los tratamientos e intervenciones”. agregaron.
El profesor de Neurociencia, George Spirou PhD, destacó la importancia de involucrar a los estudiantes de secundaria en la investigación avanzada:
“Es increíble ver a estudiantes de secundaria ayudar a los investigadores a analizar datos en realidad virtual. Sus contribuciones no sólo son valiosas para nuestros esfuerzos científicos, sino que también demuestran el poder transformador de la tecnología de realidad virtual inmersiva syGlass en la educación. Al involucrar a estas mentes jóvenes, estamos abriendo puertas a nuevos conocimientos y perspectivas que de otro modo podrían pasar desapercibidos”.
“Como profesor, es estimulante ver a los estudiantes de secundaria hablar y actuar como si fueran investigadores de posgrado. Aprendieron rápidamente la jerga científica y la utilizaron libremente en sus preguntas y comentarios, lo que indica una comprensión cada vez mayor de temas biológicos difíciles. Su entusiasmo, junto con su capacidad para comprender conceptos complejos, es un testimonio de la eficacia de este modelo educativo innovador. Esta colaboración cierra la brecha entre la educación K-12 y las universidades, creando un camino perfecto para que los estudiantes hagan la transición a la educación superior y a carreras de investigación. Es un paso pionero hacia la integración de la investigación científica del mundo real en el plan de estudios de la escuela secundaria, fomentando una nueva generación de científicos e innovadores. También me pareció una buena experiencia de aprendizaje sobre cómo presentar ciencia de vanguardia de una manera más accesible e involucrar a los estudiantes en las grandes cuestiones de la neurociencia a una edad más temprana de lo habitual”.
Tras el éxito de la colaboración inicial en el Centro de Innovación de St. Vrain, el Distrito Escolar de St. Vrain está buscando cómo ampliar este modelo a una escala más amplia en sus 60 escuelas y programas, con el objetivo final de garantizar que todos los 33,000 estudiantes tengan la oportunidad de participar en un aprendizaje como este. Se pueden establecer asociaciones en todo el distrito con universidades e instituciones de investigación encabezadas por syGlass Inc, proporcionando los recursos y la experiencia necesarios para apoyar a varias escuelas simultáneamente. Se pueden desarrollar e integrar objetivos estandarizados en el plan de estudios de ciencias, asegurando coherencia y alineación con los estándares educativos. Existe un programa de tutoría estructurado que reúne a estudiantes con estudiantes de posgrado e investigadores de instituciones asociadas. Cada escuela puede adoptar un proceso de investigación similar, en el que los estudiantes participen en actividades prácticas y reuniones periódicas de progreso.
Se podría establecer un Simposio anual de investigación científica para mostrar los hallazgos de los estudiantes, fomentando un sentido de comunidad y propósito compartido. Este enfoque sistémico enriquece las experiencias educativas de los estudiantes y posiciona a St. Vrain como líder en aprendizaje experiencial e innovador, allanando el camino para una nueva generación de científicos e innovadores.
Al final, la colaboración entre St. Vrain Innovation Center, syGlass Inc. y la Universidad del Sur de Florida resultó ser un éxito notable. Demostró cómo la investigación científica del mundo real podría implementarse eficazmente en un entorno de escuela secundaria, brindando a los estudiantes oportunidades de aprendizaje incomparables y preparándolos para el éxito futuro. Esta historia de innovación, tutoría y empoderamiento de los estudiantes es un testimonio del poder transformador de las asociaciones educativas.
La integración de proyectos de investigación del mundo real en la educación secundaria, como lo ejemplifica el Centro de Innovación St. Vrain, representa un enfoque con visión de futuro que puede influir significativamente en el futuro de la educación. Al fomentar el compromiso, el aprendizaje interdisciplinario, el desarrollo de habilidades críticas y sólidas asociaciones industriales, este modelo allana el camino para un sistema educativo más dinámico, personalizado y conectado globalmente. A medida que estas prácticas se generalicen, prepararán a los estudiantes no sólo para el éxito académico, sino también para carreras significativas e impactantes en el panorama en constante evolución del siglo XXI.
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