3D打印与教学：模型帮助学生更好地理解DNA行为

在一篇题为“可视化不可见：设计，打印和整合动态三维分子模型以指导结构 - 功能关系的指南”的论文中，来自内布拉斯加大学的一组研究人员讨论了使用三维模型帮助学生的重要性。了解关键的生物学和化学概念。研究人员指出，教师经常依靠二维图像来教授复杂的三维概念，例如分子的结构，学生不能从使用二维图像来完全掌握概念。具有3D模型的试剂盒用于教学目的，但它们又“无法处理大分子的大小和细节”。然而，3D打印允许教师创建任何大小的分子的详细定制模型。

“例如，蛋白质模型可以设计成将酶活性位点结构与动力学活动联系起来。”研究人员说。 “此外，教师可以使用各种印刷材料和配件来展示分子特性，动力学和相互作用。”在本文中，研究人员描述了为本科生物课堂创建基于3D模型的DNA超螺旋课程。他们选择了这个特殊的模型，这样学生就可以“感受到DNA放松，并见证DNA扭曲引起的特性。”他们设计了3D打印的柔性塑料模型，带有磁性末端，模仿DNA超螺旋。“我们开发了一种基于Qualtrics的互动活动，帮助学生使用这些模型对超螺旋DNA进行分类，预测DNA缠绕核小体的效果，并区分拓扑异构酶活性。”研究人员解释说。

一个高年级的本科生物化学课程被分成两到三个小组的小组，以促进同伴学习，每组提供一个模型集。这些模型也在图书馆资源中心提供。互动问题要求学生测量和探索模型的物理方面。学生花了大约50分钟完成了这项活动，通过数字穿插了演讲及演示过程。在活动结束后的采访中，学生们报告说这些模型帮助他们学习，因为“实际看到它会使抽象的事物变得非常真实。”在一项调查中，60％到70％的学生表示物理模型使得学习材料变得更容易。授课更轻松。

研究人员继续提供创建3D打印模型的分步说明，供课堂使用。他们解释说，他们围绕学生的难点来设计模型，模型被证明可以有效地消除这些难点。这项研究重申了许多研究人员和教育专业人士所学到的东西 - 3D打印模型是教授任何年龄组学生的绝佳方式。从学习形状和纹理的学龄前儿童到学习DNA超螺旋的大学生，拥有实践模型有助于使概念变得真实和易于获取。

点评： 3D打印是创建这些模型的一种经济有效的方式，它能够以其他制造方法不具备的方式呈现细节。三维打印代表了一种新兴技术，它通过允许学生物理探索大分子结构 - 功能关系并观察分子动力学和相互作用，具有推动生命科学教育的巨大潜力，随着这项技术的发展，3DP的成本，分辨率，强度，材料选择和便利性将得到改善，使3D模型成为一种更易于使用的教学工具。