Study bruger sliklignende modeller til at gøre STEM tilgængelig for synshandicappede elever

Omkring 36 millioner mennesker har blindhed, herunder 1 million børn. Derudover 216 millioner mennesker oplever moderat til svær synsnedsættelse. Imidlertid, STEM (videnskab, teknologi, ingeniør- og matematikuddannelsen opretholder en afhængighed af tredimensionelle billeder til uddannelse. De fleste af disse billeder er utilgængelige for elever med blindhed. En gennembrudsundersøgelse af Bryan Shaw, Ph.D., professor i kemi og biokemi ved Baylor University, har til formål at gøre videnskaben mere tilgængelig for mennesker, der er blinde eller svagtseende gennem små, sliklignende modeller.

Den Baylor-ledede undersøgelse, offentliggjort 28. maj i tidsskriftet Videnskabens fremskridt, bruger millimeterskala gelatinemodeller - svarende til gummibjørne - for at forbedre visualisering af proteinmolekyler ved hjælp af oral stereognose, eller visualisering af 3D-former via tungen og læberne. Målet med undersøgelsen var at skabe mindre, mere praktiske taktile modeller af 3D-billeder, der afbilder proteinmolekyler. Proteinmolekylerne blev udvalgt, fordi deres strukturer er nogle af de mest talrige, komplekse og højopløselige 3D-billeder præsenteret gennem STEM-uddannelsen.

"Din tunge er din fineste taktile sensor - cirka dobbelt så følsom som fingerspidserne - men den er også en hydrostat, ligner en blækspruttearm. Den kan vrikke ind i riller, som dine fingre ikke vil røre ved, men ingen bruger rigtig tungen eller læberne til taktil læring. Vi tænkte at lave meget små, højopløselige 3D-modeller, og visualisere dem gennem munden, " sagde Shaw.

Undersøgelsen omfattede i alt 396 deltagere - 31 elever i fjerde og femte klasse samt 365 universitetsstuderende. Mund, hænder og syn blev testet for at identificere specifikke strukturer. Alle elever fik bind for øjnene under den mundtlige og manuelle taktile modeltestning.

Hver deltager fik tre minutter til at vurdere eller visualisere strukturen af ​​et undersøgelsesprotein med fingerspidserne, efterfulgt af et minut med et testprotein. Efter de fire minutter, de blev spurgt, om testproteinet var det samme eller en anden model end det oprindelige undersøgelsesprotein. Hele processen blev gentaget ved at bruge munden til at skelne form i stedet for fingrene.

Studerende genkendte strukturer gennem munden med 85,59 % nøjagtighed, svarende til genkendelse ved syn ved hjælp af computeranimation. Test involverede identiske spiselige gelatinemodeller og ikke-spiselige 3D-printede modeller. Gelatinemodeller blev korrekt identificeret ved hastigheder, der var sammenlignelige med de ikke-spiselige modeller.

"Du kan visualisere formerne på disse små genstande lige så præcist gennem munden som ved synet. Det var faktisk overraskende, " sagde Shaw.

modellerne, som kan bruges til elever med eller uden synsnedsættelse, tilbyde en lav pris, bærbar og bekvem måde at gøre 3D-billeder mere tilgængelige på. Metoderne til undersøgelsen er ikke begrænset til molekylære modeller af proteinstrukturer - oral visualisering kan udføres med enhver 3D-model, sagde Shaw.

Derudover mens gelatinemodeller var de eneste spiselige modeller, der blev testet, Shaws team skabte højopløsningsmodeller fra andre spiselige materialer, inklusive taffy og chokolade. Visse overfladetræk ved modellerne, som et proteinmønster med positiv og negativ overfladeladning, kunne repræsenteres ved hjælp af forskellige smagsmønstre på modellen.

"Denne metode kan anvendes på billeder og modeller af hvad som helst, som celler, organeller, 3D-overflader i matematik eller 3D-kunstværker – enhver 3D-gengivelse. Det er ikke begrænset til STEM, men også nyttig for humaniora, " sagde Katelyn Baumer, ph.d.-kandidat og hovedforfatter af undersøgelsen.

Shaws laboratorium ser mundtlig visualisering gennem bittesmå modeller som en fordelagtig tilføjelse til de multisensoriske læringsværktøjer, der er tilgængelige for studerende, især dem med ekstraordinære visuelle behov. Modeller som dem i denne undersøgelse kan gøre STEM mere tilgængelig for studerende med blindhed eller synsnedsættelse.

"Studerende med blindhed er systematisk udelukket fra kemi, og meget af STEM. Bare se dig omkring i vores laboratorier, og du kan se hvorfor – der er punktskrift på elevatorknappen op til laboratoriet og punktskrift på døren til laboratoriet. Det er her tilgængeligheden slutter. Baylor er det perfekte sted at begynde at gøre STEM mere tilgængelig. Baylor kunne blive en oase for mennesker med handicap til at lære STEM, " sagde Shaw.

Shaw er ikke ny inden for højprofileret forskning relateret til synsnedsættelse. Han har modtaget anerkendelse for sit arbejde med White Eye Detector-appen. Shaw og Greg Hamerly, Ph.D., lektor i datalogi ved Baylor, bygget mobilappen, der fungerer som et værktøj for forældre til at screene for pædiatrisk øjensygdom. Shaws inspiration til appen kom efter hans søn, Noah, blev diagnosticeret med retinoblastom i en alder af fire måneder.