Instrument digital dezvoltat la UAIC pentru tipărirea 3D a moleculelor: utilitate și integrare în școli

O echipă de cercetători de la Universitatea „Alexandru Ioan Cuza” din Iași (UAIC) a lansat 3DP-Jmol, un instrument digital care permite cadrelor didactice să convertească datele biomoleculare în modele fizice destinate tipăririi 3D. Proiectul urmărește să faciliteze predarea conceptelor științifice din domeniul biomolecular printr-o abordare practică, oferind o alternativă la materialele didactice vizuale tradiționale.

Calitatea educației în științele biomoleculare depinde de înțelegerea precisă a legăturii dintre structura și funcția moleculelor. În mod curent, predarea acestor concepte în școlile din România se bazează pe reprezentări bidimensionale (imagini statice) sau, în unele cazuri, pe animații video.

Conform coordonatorului proiectului, prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan (Facultatea de Biologie a UAIC), datele din studiile educaționale indică un nivel mai ridicat de asimilare a informațiilor atunci când elevii interacționează fizic cu modelele structurilor complexe. Deși imprimarea 3D este o tehnologie disponibilă pe scară largă și cu costuri în scădere, aplicabilitatea sa directă în educație a fost limitată de o barieră tehnică: necesitatea utilizării unor programe complexe pentru conversia datelor științifice în fișiere executabile de către imprimante.

Specificațiile tehnice ale aplicației 3DP-Jmol

Pentru a soluționa problema conversiei, o echipă mixtă formată din specialiști de la Facultatea de Biologie și Facultatea de Informatică (prof. univ. dr. habil. Marius Mihășan, lect. univ. dr. Liviu-Andrei Scutelnicu și doctorand Andreea-Mihaela Mleșniță) a dezvoltat 3DP-Jmol.

Aplicația automatizează procesul de pregătire a fișierelor pentru printare prin următoarele funcționalități:

• Extragerea datelor structurale: Softul accesează date validate științific din baze de date internaționale de profil (precum RCSB Protein Data Bank).
• Conversia automată în format STL: Programul realizează direct conversia în formatul STL, limbajul standard al imprimantelor 3D, corelând parametrii moleculelor (dimensiuni, tipuri de atomi, dimensiunile legăturilor) cu specificațiile echipamentului hardware.
• Operabilitate în cloud: Instrumentul poate fi utilizat direct din browserul web, fiind integrat pe platforma EDUMOL3D. Cadrul didactic introduce codul PDB al moleculei dorite, iar sistemul generează fișierul descărcabil, fără a necesita instalarea unui software local.
• Utilizare avansată: Pentru procesări specifice ale structurilor macromoleculare, instrumentul permite și rularea independentă pe calculatorul utilizatorului.

  

Eficacitatea aplicației a fost evaluată la clasă printr-un studiu educațional implementat în trei unități de învățământ din municipiul Iași: Colegiul Național „Mihai Eminescu”, Colegiul Național „Garabet Ibrăileanu” și Liceul Teoretic de Informatică „Grigore Moisil”.

Sub coordonarea conf. univ. dr. Naela Costică de la UAIC, cadrele didactice au utilizat la ore modelele tipărite prin intermediul noului soft. Rezultatele raportate de profesori indică o eficientizare a procesului de predare. Prof. Irina-Alina Diac (Colegiul „Mihai Eminescu”) a subliniat că modelele au susținut cognitiv „etapa de consolidare a cunoștințelor” despre acizii nucleici, evidențiind totodată veridicitatea științifică a acestora comparativ cu alte materiale. De asemenea, prof. Felicia Perju (Colegiul „Garabet Ibrăileanu”) a notat că introducerea modelelor 3D a transformat interacțiunea la clasă, făcând lecțiile „mai eficiente și centrate pe elev”.

Aplicația 3DP-Jmol este disponibilă public și gratuit. Proiectul reprezintă extinderea unei inițiative pilot anterioare a UAIC, prin care au fost produse și distribuite gratuit 86 de modele fizice către cadrele didactice din universitate.