MOSFECCS
I corsi di Chimica organica I e II (Biol./Pharm. Sci./HST) sono due corsi del primo anno dei programmi di studio Biologia, Scienze e Tecnologie della Salute e Scienze Farmaceutiche (500 - 600 studenti). Mentre OC I si concentra sulla struttura delle molecole, OC II introduce i tipi fondamentali di reazioni organiche. La reattività delle molecole deve essere compresa a partire dalla loro struttura.
I corsi consistono in una lezione, una sezione di esercizi e un centro studi. Inoltre, gli studenti hanno a disposizione un corso Moodle con un'ampia gamma di esercizi online.
Il presente progetto riguarda gli esercizi online. Si tratta di uno strumento software (MOSFECCS) sviluppato per consentire il disegno di strutture molecolari e la loro codifica come stringhe alfanumeriche (le cosiddette SMILES), che possono essere inserite come risposte nei quiz Moodle basati sul testo e valutate dal sistema.
MOSFECCS = MOlecolare Sstrutturale Formula Editore Calculare Canonimo SMIGLIAIA
SMILES = Simplified Molecular-Input Line-Entry System (Sistema semplificato di inserimento di linee molecolari)
Implementazione del corso durante il periodo di formazione a distanza
L'ambiente di e-learning Moodle utilizzato all'ETH è in gran parte basato sul testo, il che rappresenta una grave lacuna in chimica, dove la generazione grafica e l'elaborazione elettronica delle strutture molecolari sono essenziali. Inoltre, l'effetto di apprendimento per gli studenti è notevolmente maggiore quando disegnano le molecole da zero piuttosto che fare solo selezioni a scelta multipla.
A partire da questa esigenza, abbiamo sviluppato l'editor di formule strutturali MOSFECCS. Rispetto ai generatori SMILES esistenti, presenta una serie di vantaggi tecnici e didattici: l'interconversione "formula strutturale ⇄ codice SMILES" è biunivoca, il codice generato è indipendente dall'ordine in cui vengono disegnati gli atomi e i legami, la gestione delle cosiddette strutture di risonanza è stata notevolmente migliorata, non c'è l'autocorrezione degli errori chimici, le strutture devono essere disegnate in tutti i dettagli (non ci sono blocchi di costruzione predefiniti) e, infine, il codice sorgente è pubblicato.
L'inizio del progetto è antecedente alla pandemia, ma la crescente importanza degli esercizi online nell'apprendimento a distanza ne ha imposto lo sviluppo e l'ottimizzazione, tanto che il codice sorgente era pronto per essere rilasciato nel maggio 2021: https://github.com/mosfeccs-editor/MOSFECCS. Le capacità del mero codificatore di strutture iniziale MOSFECCS sono state estese per consentire di disegnare e convertire in SMILES non solo atomi e legami, ma anche coppie di elettroni solitari (→ strutture di Lewis complete) e frecce di spostamento degli elettroni (→ meccanismi di reazione), e persino interi schemi di reazione, pronti per essere inseriti come risposte nei quiz di Moodle.
L'editor funziona su computer desktop o portatili, ma anche su tablet e smartphone, ad esempio all'interno della nuova app Moodle dell'ETH. MOSFECCS è programmato in JavaScript e può essere integrato senza problemi in qualsiasi corso Moodle.
Se una struttura molecolare è richiesta come risposta in un quiz online, gli studenti la disegnano usando MOSFECCS e generano il codice SMILES corrispondente, che copiano nel campo della risposta del quiz. Al momento dell'invio, il codice viene confrontato con (una) risposta (parzialmente) corretta memorizzata. A seconda del concetto del quiz, in caso di risposte parzialmente corrette possono essere restituiti feedback intermedi e sarà consentito un nuovo tentativo. Dopo l'invio finale, la risposta viene valutata come (parzialmente) corretta o sbagliata e viene assegnato un punteggio. Il feedback finale include un esempio di soluzione.
Nei corsi OC I e II è emerso che le soluzioni di esempio elaborate sono un importante stimolo per gli studenti a perseverare negli esercizi online. Se una soluzione non è facilmente comprensibile, gli studenti possono rinunciare e astenersi dal partecipare a ulteriori quiz. Pertanto, oltre a ottimizzare MOSFECCS e ad ampliare la gamma di esercizi, il periodo della pandemia è stato utilizzato per rivedere le soluzioni campione esistenti e per spiegare in dettaglio i percorsi di soluzione.
Tutte le domande rimanenti possono essere poste in un forum Moodle. L'ideale sarebbe che gli altri studenti rispondessero o che si aprisse una discussione. In caso contrario, il docente fornirà una risposta. Il forum permette anche di segnalare errori o problemi tecnici. Non sorprende che le risposte tempestive ai messaggi abbiano un effetto motivante sugli studenti.
Gli esercizi online e le autovalutazioni in OC I e II sono facoltativi e i voti rilasciati da Moodle servono solo come feedback, cioè non contano come prestazione semestrale (decisione del docente). La partecipazione alle autovalutazioni è consigliata all'inizio, a metà e alla fine del semestre. I quiz sono organizzati in base ai capitoli del corso e al livello di difficoltà, ma gli studenti sono liberi di decidere quali sostenere e quando farlo (di solito, c'è un aumento dell'attività del corso Moodle durante il periodo di preparazione degli esami).
In conclusione, lo sviluppo di MOSFECCS ha reso possibile una trattazione completa della materia di Chimica Organica I e II nelle esercitazioni online di Moodle, grazie alla sua capacità di generare strutture molecolari codificate alfanumericamente che possono essere inserite nell'ambiente di e-learning, in gran parte basato sul testo. L'importanza di MOSFECCS nell'apprendimento a distanza della chimica è testimoniata, tra l'altro, da un aumento di circa il 45% dell'attività Moodle degli studenti durante il semestre primaverile 2020. È stato inoltre MOSFECCS a consentire il passaggio da esami cartacei a esami online nel suddetto corso di Chimica organica del primo anno con oltre 500 partecipanti.
Concetto generale del corso prima, durante e dopo la pandemia
Prima della pandemia:
I corsi di Chimica organica I e II con streaming video da aula ad aula trasmettono i concetti di base della chimica organica. I principali supporti utilizzati sono un beamer (presentazione di diapositive) e una document camera (esempi di problemi in classe, manipolazione di modelli molecolari). A casa, gli studenti approfondiscono le loro conoscenze utilizzando le note delle lezioni, la presentazione delle lezioni e i libri di testo.
Questo dovrebbe consentire loro di risolvere il problema settimanale, che viene discusso in dettaglio durante la lezione di esercitazione (piccoli gruppi di circa 25 studenti per assistente). Nell'OC I, il docente visita regolarmente i gruppi di esercitazione per dare a tutti gli studenti (500-600 in totale) l'opportunità di parlare direttamente con lui. Nell'OC II, oltre alla lezione di esercitazione, viene offerto un centro studi.
Progetto specifico: essendo le esercitazioni una parte estremamente importante di questo corso, gli studenti hanno a disposizione un'ampia gamma di quiz extra online, autovalutazioni e vecchi esami online. In questo modo, gli studenti acquisiscono familiarità fin dal primo giorno con il sistema (Moodle) e gli strumenti (MOSFECCS) utilizzati per l'esame online del primo anno.
Durante la pandemia:
Poiché le lezioni di OC I e II sono trasmesse in streaming da un'aula all'altra per impostazione predefinita, durante la pandemia sono stati necessari relativamente pochi adattamenti (livestream su Internet e registrazione da parte del Servizio multimediale dell'ETH). Gli studenti hanno potuto porre domande in diretta nella chat di eduApp, alle quali il docente ha risposto oralmente alla fine di ogni sezione. Le lezioni di esercitazione si sono svolte tramite Zoom.
Progetto specifico: l'editor di formule strutturali MOSFECCS, essenziale per l'inserimento delle strutture molecolari negli esercizi online, è stato ottimizzato e ulteriormente sviluppato, in modo che il suo codice sorgente potesse essere pubblicato nel maggio 2021. Inoltre, è stata ampliata la gamma di esercizi online (≥ 1000 domande individuali). Insieme all'elaborazione di esempi dettagliati di soluzioni, ciò ha portato a un aumento significativo dell'utilizzo (più 30-45% nel primo anno della pandemia).
Dopo la pandemia:
Progetto specifico: MOSFECCS continuerà a essere ulteriormente sviluppato e utilizzato in modo intensivo nelle esercitazioni e negli esami online. Dopo il rilascio del codice sorgente, ciò è possibile in tutto il mondo.