RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 1
ESCHERICHIA COLI COMO MODELO DE AVALIAÇÃO DO PROGRESSO DE
APRENDIZAGEM DOS ESTUDANTES DE GRADUAÇÃO EM MICROBIOLOGIA
ESCHERICHIA COLI COMO MODELO PARA EVALUAR EL PROGRESO EN EL
APRENDIZAJE DE LOS ESTUDIANTES UNIVERSITARIOS DE MICROBIOLOGIA
ESCHERICHIA COLI AS A MODEL FOR EVALUATING THE PROGRESS OF
LEARNING UNDERGRADUATE STUDENTS IN MICROBIOLOGY
Lara Nardi BARONIi
e-mail: laranardibaroni@gmail.com
Rafaela Barberis CANJANIii
e-mail: rafaelabc@usp.br
Samantha Carvalho Maia BRITOiii
e-mail: sammy.maiabrito@gmail.com
Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINIiv
e-mail: barbara.armellini@usp.br
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKUv
e-mail: bruna.ogusku@usp.br
Robson Francisco de SOUZAvi
e-mail: rfsouza@usp.br
Ana Carolina Ramos MORENOvii
e-mail: ana.moreno@fundacaobutantan.org.br
Rita de Cássia Café FERREIRAviii
e-mail: ritacafe@usp.br
Como referenciar este artigo:
BARONI, L. N.; CANJANI, R. B.; BRITO, S. C. M.; ARMELLINI,
B. R. C.; OGUSKU, B. S. C.; SOUZA, R. F.; MORENO, A. C. R.;
FERREIRA, R. C. C. Escherichia coli
como modelo de avaliação
do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em
microbiologia. Revista on line de Política e Gestão Educacional,
Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029. DOI:
https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569
| Submetido em: 10/04/2024
| Revisões requeridas em: 07/05/2024
| Aprovado em: 27/06/2024
| Publicado em: 19/08/2024
Editor:
Prof. Dr. Sebastião de Souza Lemes
Editor Adjunto Executivo:
Prof. Dr. José Anderson Santos Cruz
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 2
RESUMO: Com o propósito de avaliar o progresso dos alunos de graduação do curso de
Ciências Biomédicas da USP, empregamos a metodologia “Adote uma Bactéria”, na
disciplina de bacteriologia. Com esse objetivo, focamos na espécie Escherichia coli como
modelo para explorar conceitos fundamentais na genética, morfologia e patogênese
bacteriana. Com intuito de validar a metodologia ativa, buscou-se levantar métricas inerentes
a riqueza do discurso e complexidade de informações geradas pelos alunos em troca de
informações postadas em rede social ao longo de 2022 e 2023. As análises foram feitas por
meio da determinação dos índices de Shannon e linguagem Python. Os resultados
demostraram que as postagens sobre as três temáticas foram complexas e demonstram um
aumento da riqueza dos discursos empregadas pelos alunos. Conclui-se que a estratégia de
ensino calcada na metodologia ampliou o repertório de conceitos e a complexidade de
discurso com o engajamento e interesse dos alunos pela microbiologia.
PALAVRAS-CHAVE: Escherichia coli. EIEC. Patogenicidade. Ensino. Metodologia ativa
de ensino.
RESUMEN: Con el objetivo de evaluar el progreso de los estudiantes de pregrado en la
carrera de Ciencias Biomédicas de la USP, utilizamos la metodología “Adopta una
Bacteria” en la asignatura de Bacteriología. Nos centramos en la especie Escherichia coli
como modelo para explorar conceptos fundamentales en genética, morfología y patogénesis
bacteriana. Para validar esta metodología activa, recolectamos métricas relacionadas con la
riqueza y la complejidad del discurso generado por los estudiantes a través de sus
publicaciones en redes sociales durante 2022 y 2023. Los análisis se realizaron mediante la
determinación de índices de Shannon y el uso del lenguaje Python. Los resultados mostraron
que las publicaciones sobre los tres temas fueron complejas y evidenciaron un aumento en la
riqueza de los discursos de los estudiantes. Se concluye que la estrategia de enseñanza
basada en esta metodología amplió el repertorio de conceptos y la complejidad del discurso,
promoviendo un mayor compromiso e interés de los estudiantes por la microbiología.
PALABRAS CLAVE: Escherichia coli. EIEC. Patogenicidad. Docencia. Metodología de
enseñanza activa.
ABSTRACT: To assess the progress of undergraduate students in the Biomedical Sciences
course at USP, we implemented the "Adopt a Bacteria" methodology within the bacteriology
course. We focused on Escherichia coli as a model to explore fundamental concepts in
bacterial genetics, morphology, and pathogenesis. To validate this active learning approach,
we collected metrics related to the richness and complexity of the discourse generated by
students through their social media posts during 2022 and 2023. We analyzed these metrics
using Shannon indices and Python. The results indicated that the posts on the three topics
were complex and showed an increase in the richness of the students' discourses. It is
concluded that this teaching strategy, based on the methodology, enhanced the repertoire of
concepts and the complexity of discourse, reflecting increased student engagement and
interest in microbiology.
KEYWORDS: Escherichia coli. EIEC. Pathogenicity. Teaching. Active teaching
methodology.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Arara Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 3
Introdução
O conteúdo de microbiologia está integrado tanto nos currículos de educação
secundária quanto superior, geralmente segmentado em disciplinas dedicadas a vírus,
bactérias e fungos (Armellini, 2021). Na educação superior, os alunos aprofundam-se na
patogenicidade, nos mecanismos de sobrevivência e nas estruturas celulares dos
microrganismos. Contudo, a complexidade desses conceitos pode representar desafios,
complicando o processo de aprendizagem. Diante desses obstáculos, é imperativo que os
educadores de microbiologia desenvolvam e empreguem métodos que facilitem a assimilação
do conteúdo, utilizando abordagens envolventes e inovadoras (Da Silva; Colombo, 2019).
No entanto, muitos professores dessa área frequentemente persistem em métodos
tradicionais de memorização, dificultando o desenvolvimento das habilidades criativas e de
pensamento crítico dos alunos, essenciais para a investigação científica (Merkel, 2016;
Piantola et al., 2018). Além disso, a dependência de métodos de ensino convencionais,
juntamente com a terminologia científica densa, frequentemente resulta em desinteresse dos
alunos (Freeman et al., 2014; Piantola et al., 2018), levando à falta de motivação para
entender conceitos básicos de microbiologia e à dificuldade para reter informações (Piantola
et al., 2018). Embora metodologias de ensino híbridas sejam ocasionalmente incorporadas em
microbiologia para proporcionar experiências de aprendizagem mais imersivas (Torrissi-
Steele; Drew, 2013), a adoção generalizada dessas abordagens ainda é limitada.
Em resposta a esses desafios, o projeto #Adopt foi concebido em 2013 como uma
abordagem inovadora de ensino voltada para a aprendizagem de microbiologia para alunos de
educação secundária e superior, facilitando o compartilhamento de informações por meio de
plataformas digitais. Esta iniciativa expande as interfaces de comunicação dos estudantes,
promovendo práticas que despertam o interesse pelo assunto e cultivam uma mentalidade de
“aprender a aprender” (Armellini 2021; Moreno et al., 2023; Piantola et al., 2018; Taschner et
al., 2020). Além disso, a eficácia do projeto na promoção da aprendizagem dos alunos tem
permanecido evidente, especialmente em meio à pandemia da COVID-19 e às mudanças
subsequentes nos paradigmas educacionais (Armellini ,2021).
O projeto “Adote uma Bactéria” utiliza plataformas digitais, como Instagram®, para
capacitar os discentes como participantes ativos no aprendizado sobre bactérias, facilitando
seu envolvimento e ajudando na retenção dos conceitos fundamentais de bacteriologia
(Piantola et al., 2018). Entre esses conceitos está a patogenicidade, que é integral à
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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microbiologia e investiga microrganismos patogênicos capazes de causar doenças e seus
mecanismos de virulência (Levinson, 2016).
A Escherichia coli, uma bactéria Gram-negativa, abrange diversas cepas
caracterizadas por traços biológicos e sorológicos variados, fatores de virulência e
manifestações clínicas. Cada grupo de cepas possui modos de ação distintos e características
associadas à virulência. Algumas cepas apresentam fatores de virulência específicos que
permitem o início de doenças entéricas, contribuindo assim para a classificação dos patótipos
dentro desta espécie (De Souza Moreira; Azola; Gouvêa, 2018). Notavelmente, E. coli
apresenta fatores de virulência, como cápsulas, endotoxinas, pili e exotoxinas, capazes de
induzir condições como diarreia sanguinolenta ou aquosa, síndrome hemolítico-urêmica e
outros espectros de doenças sistêmicas (Levinson, 2016).
Baseando-se nesta fundamentação, o presente estudo tem como objetivo analisar os
resultados observados nas turmas de 2022 e 2023 do projeto “Adote uma Bactéria”, com foco
particular na adoção de Escherichia coli e sua correlação com os temas de morfologia,
genética e patogenicidade bacteriana. Esta investigação destaca a integração de metodologias
de pesquisa e ensino em microbiologia, utilizando a linguagem Python para validar os
resultados de aprendizagem dentro do programa de graduação em Ciências Biomédicas da
Universidade de São Paulo (USP).
Metodologia
O projeto “Adote uma Bactéria”: Análise de nuvens de palavras referentes a postagens
sobre Escherichia coli
A metodologia empregada no projeto “Adote uma Bactéria” envolve o uso de
plataformas de redes sociais, como Facebook® e Instagram®, como ferramentas integradas
para ensino e pesquisa, complementadas por sessões práticas realizadas em laboratórios de
ensino. Para cada sessão, é criado um grupo privado em uma das plataformas, garantindo
acesso restrito exclusivamente aos membros matriculados e ao conteúdo postado por eles
(Botte et al., 2014; Legaree, 2014). Essas sessões são organizadas em grupos correspondentes
aos gêneros bacterianos em estudo, com cada grupo supervisionado por estudantes de pós-
graduação e/ou graduação que atuam como mediadores (Piantola et al., 2018).
Os mediadores desempenham um papel crucial na facilitação da jornada de
aprendizagem dos alunos, orientando-os no processo de construção de novos conceitos e
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 5
direcionando a natureza de suas postagens. Suas responsabilidades incluem diagnosticar erros
conceituais, esclarecer dúvidas e sugerir tópicos pertinentes aos temas gerais. Além disso, os
mediadores fornecem feedback rápido aos alunos sobre suas postagens e oferecem suporte ao
professor na resolução de quaisquer preocupações levantadas. À medida que o período de
postagem se encerra, os mediadores auxiliam os estudantes na síntese das informações
principais postadas, que formam uma parte integral da apresentação final (Taschner et al.,
2020). Esta metodologia foi implementada durante as sessões de 2022 e 2023 do curso de
Bacteriologia oferecido a 90 alunos de graduação do curso de Ciências Biomédicas do
Instituto de Ciências Biomédicas da USP, possibilitando a avaliação das postagens dos alunos
e a análise do conteúdo relacionado à patogenicidade de Escherichia coli, entre outros
assuntos abordados pela disciplina. Os alunos matriculados no curso participaram da geração
de postagens relacionadas a esse assunto.
A análise das palavras-chave das postagens selecionadas foi utilizada para construir
nuvens de palavras, seguida pela avaliação dos dados por meio do Índice de Diversidade de
Shannon. Essa avaliação visou determinar a diversidade e riqueza do discurso nas postagens
que discutem a patogenicidade durante os anos especificados. Para examinar as publicações
compartilhadas na iniciativa “Adote uma Bactéria”, foi utilizado o site Word Cloud Generator
(jasondavies.com/wordcloud/).
O Índice de Diversidade de Shannon
O Índice de Diversidade de Shannon (H’) (Shannon, 1948) não é comumente aplicado
em ambientes educacionais; no entanto, permite a avaliação da diversidade média do discurso
(Armellini, 2021). Para avaliar essa diversidade, foram analisadas postagens de cada ano do
projeto “Adote uma Bactéria” com foco em Escherichia coli. Para essa avaliação, foram
selecionadas palavras específicas relacionadas à morfologia, genética e patogenicidade. Os
termos relacionados à morfologia incluíram: membrana plasmática, membrana externa,
peptidoglicano, forma da célula, cápsula, fímbria, pili, flagelos, Gram-negativo, arranjo,
parede celular e lipopolissacarídeos. Os termos relacionados à genética abrangeram: DNA,
recombinação, transferência lateral, plasmídeo, genoma, gene, conjugação, transdução,
transformação, fago, operon, duplicação, mutação, genótipo, transcrição e pares de bases. Os
termos relacionados à patogenicidade compreenderam: patótipos de E. coli, fatores de
virulência, biofilme, toxina, sorotipagem, cápsula, fímbria, pili, membrana externa, evasão e
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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sistema de secreção. Em seguida, foi contabilizada a frequência absoluta de aparição de cada
palavra nas postagens de cada ano.
Finalmente, aplicou-se a fórmula do Índice de Shannon para determinar a riqueza do
discurso para cada ano, utilizando a fórmula abaixo, onde pk representa a frequência de
aparição de cada palavra descrita acima no conjunto total de postagens e K representa o
número total de palavras utilizadas por ano no conjunto total de postagens.
Para aplicar o Índice de Shannon em um contexto educacional, os dados coletados
devem ser categorizados em domínios do conhecimento, o que possibilita a medição das
frequências em discursos escritos ou falados pelos alunos. Tal abordagem é viável devido ao
estabelecimento de uma equivalência entre as palavras selecionadas e o conceito de
“equivalência de espécies”, pelo qual as frequências dessas palavras correspondem às
ocorrências de “aparições de espécies” em um determinado contexto (Armellini, 2021).
Gráficos da Contagem de Palavras
Durante dois anos consecutivos, o conteúdo das postagens foi inspecionado, e a
presença de palavras relacionadas a conceitos de bacteriologia foi registrada. A frequência
dessas palavras foi utilizada para quantificar o aprendizado sobre os seguintes aspectos da
biologia do microrganismo-alvo: genética, morfologia, patótipo e patogenicidade. Essas
quatro categorias foram denominadas “tipos” na tabela de dados principal. O tipo genético
refere-se ao modo como esses microrganismos se reproduzem e foi subdividido em 16
categorias. A morfologia aborda a presença ou ausência de estruturas encontradas nas
bactérias, correspondendo a 12 categorias diferentes. Os patótipos referem-se às variações
patogênicas, ou seja, as variedades de uma espécie de bactéria que apresentam características
semelhantes, e foram divididos em 11 categorias. Finalmente, o tipo de patogenicidade refere-
se à forma como os microrganismos patogênicos infectam outros organismos, estando essa
classe dividida em 12 categorias.
A visualização da frequência das categorias em cada tipo foi apresentada por meio de
gráficos de barras empilhadas, construídos utilizando a linguagem Python e as bibliotecas de
manipulação e visualização de dados Pandas, Matplotlib, NetworkX e Seaborn. A
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 7
comparação direta dos gráficos dos anos consecutivos permitiu observar as variações na
frequência das palavras de cada categoria, com exceção do tipo patótipo.
Resultados
Análise de conteúdo das postagens sobre E. coli no “Adote uma Bactéria”
Em 2022 e 2023, o projeto “Adote uma Bactéria” foi realizado através da plataforma
Instagram®, onde os alunos criaram postagens sobre diversos temas sob a supervisão e
orientação de mediadores. Durante esses anos, os estudantes foram organizados em grupos e
encarregados de elaborar três publicações abordando uma gama de tópicos, incluindo
morfologia e estrutura, genética, crescimento e metabolismo, patogenicidade, e mecanismos
de ação e resistência a antibióticos. Essa tarefa exigiu a integração de múltiplos temas em
cada postagem.
A análise da riqueza do discurso, com base nas nuvens de palavras geradas pelos
alunos que selecionaram E. coli como tema de estudo, revelou resultados satisfatórios em
relação à morfologia e estrutura bacteriana nos anos de 2022 e 2023. Termos como
“membrana” e “Gram-negativo” foram destacados (Figura 1). Em 2022, a ênfase foi na
morfologia e nas estruturas de E. coli, incluindo termos como “lipídio A”, “polissacarídeo” ou
“antígeno O”, “fímbrias” e “arranjos”. Em 2023, foram predominantemente destacados
termos relacionados a estruturas adicionais essenciais de E. coli, como “cápsula”, “pili”,
“fímbrias”, “flagelo” e “peptidoglicano”.
Figura 1 – Nuvens de palavras relacionadas à morfologia e estrutura celular de E. coli
nas postagens durante o projeto “Adote uma Bactéria” em 2022 e 2023. A imagem (A)
representa a nuvem de palavras de 2022, enquanto a imagem (B) representa a nuvem de
palavras de 2023. O tamanho das palavras é proporcional ao número de vezes que
foram mencionadas pelos alunos nas postagens do Instagram®
Fonte:
Elaboração dos autores (2023).
Morfologia e Estrutura 2022 com 67 palavras
Morfologia e Estrutura 2023 com 89 palavras
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 8
Os resultados referentes ao tema genética também foram considerados positivos. Em
2022 e 2023, observou-se uma ênfase notável em termos como “gene”, “genoma”, “DNA”,
“material genético” e “plasmídeo” (Figura 2). Em 2023, destacou-se um aumento no número
de termos relacionados à recombinação genética, exemplificados pelos termos “conjugação” e
“transformação”.
Figura 2 – Nuvens de palavras sobre genética de E. coli nas postagens durante o
projeto “Adote uma Bactéria” em 2022 e 2023. A imagem (A) representa a nuvem de palavras
de 2022, enquanto a imagem (B) representa a nuvem de palavras de 2023. O tamanho das
palavras é proporcional ao número de vezes mencionadas pelos alunos nas postagens do
Instagram®
F
onte:
Elabor
ação
dos
autore
s
(2023)
.
As postagens focadas em temas de patogenicidade foram consideradas satisfatórias,
com base no número de termos utilizados (183 em 2022 e 240 em 2023) durante o período
analisado, conforme indicado pelas discussões dos alunos em cada ano. O aumento da
complexidade e diversidade de palavras nesse domínio sugere um maior engajamento dos
estudantes com esses temas. Nas nuvens de palavras que representam a patogenicidade,
observa-se que os deiscentes se referiram a diversos fatores de virulência e patótipos de E.
coli, conforme destacado na Figura 3.
Genética 2022 com 50 palavras
Genética 2023 com 171 palavras
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 9
Figura 3 – Nuvens de palavras sobre patogenicidade de E. coli nas postagens durante
o projeto “Adote uma Bactéria” em 2022 e 2023. A imagem (A) representa a nuvem de
palavras de 2022, enquanto a imagem (B) representa a nuvem de palavras de 2023. O
tamanho das palavras é proporcional ao número de vezes que foram mencionadas pelos
alunos nas postagens do Instagram®
Fonte: Elaboração dos autores (2023).
Após a análise das nuvens de palavras, o índice de Shannon foi calculado para
comparar os termos significativos que descrevem a morfologia, genética e patogenicidade de
E. coli, com o objetivo de determinar qual ano apresentou maior riqueza de discurso. Na
análise da morfologia, observou-se uma tendência de crescimento entre 2022 e 2023.
Especificamente, o valor do índice de Shannon aumentou de 2,24 em 2022 para 2,35 em 2023
(Gráfico 1).
De forma semelhante, houve um ligeiro aumento na genética entre os dois anos, com o
índice de Shannon subindo de 1,7 em 2022 para 2,1 em 2023 (Gráfico 1). Da mesma forma,
um padrão comparável de crescimento do discurso foi observado no tema da patogenicidade,
com o índice de Shannon passando de 1,79 em 2022 para 1,88 em 2023 (Gráfico 1). Esse
fenômeno pode ser atribuído à retomada das aulas presenciais em 2022, após dois anos de
ensino on-line devido à pandemia da COVID-19, o que levou a uma interrupção das rotinas
de aprendizagem estabelecidas. A recuperação subsequente em 2023 reflete a adaptação dos
estudantes ao ensino presencial.
Patogenicidade 2022 com 183 palavras
Patogenicidade 2023 com 240 palavras
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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Gráfico 1 – Valores do índice de Shannon relacionados à morfologia, genética e
patogenicidade de E. coli para os anos de 2022 e 2023. Os valores foram calculados com base
na frequência absoluta dos termos, que corresponde à soma das frequências das onze palavras
individuais, e, a partir disso, o índice de Shannon foi determinado por ano
2022 2023
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Year
Shannon index
Morphology
Genetics
Pathogenicity
Fonte: Elaboração dos autores (2023).
Para complementar a análise da riqueza de discurso realizada para os anos de 2022 e
2023, utilizando o índice de Shannon sobre os tópicos de morfologia, genética e
patogenicidade, foi gerada uma visualização direta das mudanças na frequência das palavras,
por meio de bibliotecas de visualização de dados disponíveis na linguagem Python. Um script
desenvolvido internamente em Python foi utilizado para gerar os gráficos apresentados nos
Gráficos 2, 3 e 4, os quais destacam as palavras mais frequentemente utilizadas para cada
tema em cada um dos anos analisados.
A análise referente ao tópico de morfologia revelou que algumas palavras mantiveram
frequências semelhantes em ambos os anos, como “membrana externa” e “membrana
plasmática”. Em 2022, a palavra mais frequente foi “parede celular”, enquanto em 2023,
termos como “fímbrias”, “flagelo”, “LPS”, “Gram-negativo” e “pili” se destacaram como os
mais utilizados (Gráfico 2).
No campo da genética, observou-se que, em 2022, três palavras se sobressaíram:
“DNA”, “plasmídeo” e “gene”, embora essas palavras tenham apresentado frequências mais
elevadas em 2023. Além disso, em 2023, seis palavras adicionais ganharam destaque no
gráfico: “conjugação”, “mutação”, “transferência lateral”, “genoma”, “operon” e
“transdução”, sendo que “conjugação”, “mutação” e “transdução” se mostraram
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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particularmente proeminentes (Gráfico 3). Esse resultado está em consonância com as
descobertas obtidas pelo índice de diversidade de Shannon, evidenciando um aumento no
número de palavras utilizadas em 2023 em comparação a 2022. Embora três palavras tenham
se destacado em 2022, elas exibiram frequências menores em relação a 2023.
Gráfico 2 – Gráficos de barras empilhadas representando a frequência dos termos
relacionados à morfologia utilizados pelo grupo de E. coli nos anos de 2022 e 2023. Em cada
ano, as frequências das palavras pertencentes a doze categorias foram registradas e são
ilustradas pela altura de cada camada colorida nas barras
Fonte: Elaboração dos autores (2024).
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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Gráfico 3 – Gráfico de barras empilhadas representando o uso de termos relacionados
à genética pelo grupo de E. coli nos anos de 2022 e 2023. A altura de cada uma das dezesseis
camadas coloridas corresponde à frequência das palavras registradas para cada categoria,
conforme indicado na legenda (localizada no canto superior direito)
Fonte: Elaboração dos autores (2024).
No que se refere ao tema da patogenicidade, observou-se que o termo mais
frequentemente utilizado em 2022 e 2023 foi “patótipo”. Em 2022, o termo predominante foi
“sorotipo”, enquanto em 2023, as palavras “fímbria”, “endotoxina” e “toxina” surgiram como
as mais frequentemente usadas (Gráfico 4). Conforme ilustrado no gráfico de Shannon
(Gráfico 1), a riqueza discursiva relativa à patogenicidade foi significativamente maior em
2023, com um incremento de 0,08. Esse aumento é ainda corroborado por outro gráfico, que
apresenta o número de palavras destacadas em cada ano. Nesse gráfico, evidencia-se que 2023
apresentou três palavras de maior relevância em comparação a 2022, destacando a
importância da utilização dessa metodologia e sua validação pelo índice de Shannon.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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Gráfico 4 – Gráfico de barras empilhadas representando o uso de palavras na
categoria “patogenicidade” pelo grupo de E. coli em 2022 e 2023
Fonte: Elaboração dos autores (2024).
Discussão
Para avaliar a riqueza do discurso sobre patogenicidade entre os alunos nos anos de
2022 e 2023, foi realizado o cálculo do Índice de Shannon em nuvens de palavras
compartilhadas nas redes sociais. A análise revelou um aumento progressivo na riqueza
discursiva relacionada à morfologia ao longo desses anos, alcançando o pico em 2023.
Observou-se uma trajetória ascendente semelhante em genética e patogenicidade, com 2023
demonstrando uma maior diversidade discursiva em comparação a 2022. Esta tendência pode
ser atribuída à interrupção na rotina de estudos causada pela transição de volta às aulas
presenciais após a pandemia da COVID-19.
Esses resultados destacam a relevância do Índice de Shannon como uma ferramenta
valiosa para avaliar a consolidação da aprendizagem. Embora tradicionalmente utilizado em
estudos focados na determinação da diversidade dentro da composição do microbioma, sua
aplicação na avaliação dos resultados de aprendizagem mostra-se igualmente eficaz
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
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(Rodrigues Hoffmann et al., 2014). O estudo demonstra que aplicar o Índice de Shannon a
postagens criadas por alunos de graduação é um método eficaz para quantificar a riqueza do
discurso e, consequentemente, melhorar a consolidação da aprendizagem em microbiologia,
como já publicado anteriormente pelo grupo de pesquisa (Armellini, 2021). É importante
notar que, em 2021, a pandemia da COVID-19 influenciou significativamente o cenário
educacional na USP, levando à transição para o ensino remoto em todos os cursos, incluindo
Bacteriologia. A riqueza comparativamente menor do discurso dos alunos em 2022 pode
refletir a interrupção na rotina de estudos estabelecida nos anos anteriores, caracterizada por
modelos de ensino remoto.
Complementando o Índice de Diversidade de Shannon, gráficos de frequência de
palavras no formato de barras foram utilizados para visualizar a frequência das palavras
empregadas na expressão de conceitos nos tópicos de morfologia, genética e patogenicidade
de E. coli nos anos de 2022 e 2023. Essa abordagem foi particularmente útil para identificar
conteúdos dentro desses tópicos que necessitavam de discussões mais abrangentes em sala de
aula. Adicionalmente, o gráfico gerado pela linguagem Python complementa os dados obtidos
pelo Índice de Diversidade de Shannon em relação aos tópicos mencionados neste estudo.
Observou-se que, quanto maior o aumento na riqueza do discurso nos anos analisados, maior
o número de palavras destacadas nos gráficos gerados pelo Python.
Considerações finais
O estudo avançou na proposta de utilizar redes sociais como uma ferramenta auxiliar
para melhorar o processo de aprendizagem e aumentar o interesse dos alunos de graduação
em microbiologia. O relatório demonstrou que a metodologia “Adote uma Bactéria”
promoveu um aumento na complexidade dos discursos, utilizando uma única espécie
bacteriana (E. coli) como modelo para estudar tópicos relacionados a diferentes aspectos,
como patogenicidade, morfologia e genética. Os resultados finais destacam a relevância da
aplicação de metodologias ativas no processo de aprendizagem e o potencial para aumentar o
interesse dos alunos em microbiologia, com a possibilidade de aplicação em diferentes
disciplinas e áreas do conhecimento.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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CRediT Author Statement
Reconhecimentos: Gostaria de expressar minha gratidão aos alunos dos cursos de
Ciências Biomédicas e Ciências da Saúde Fundamental da USP pela participação na pesquisa
através do Projeto #Adote. Também desejo agradecer a Eduardo Gimenes pelo seu
inestimável apoio técnico.
Financiamento: Sim, CAPES, CNPq e CEPID B3/FAPESP.
Conflitos de interesse: Os autores declaram não haver conflitos de interesse.
Aprovação ética: Sim, este estudo foi aprovado pelo comitê de ética da plataforma
Brasil, sob o número (CAAE): 51764021.0.0000.5467.
Disponibilidade de dados e material: Dados e materiais serão disponibilizados após
a publicação do artigo.
Contribuições dos autores: 1º Conduziu a análise de nuvem de palavras e Shannon, e
redigiu o manuscrito; 2º Criou os gráficos utilizando Python; 3º e 4º Auxiliou nas análises de
Shannon e nuvem de palavras; 5º Contribuiu para o desenvolvimento dos gráficos utilizando
Python; 6º Desenvolveu parte do código para a geração dos gráficos baseados em Python; 7º
Auxiliou na criação do índice de Shannon e no gráfico de diversidade; 8º Ministrou as
disciplinas avaliadas no estudo, contribuiu para a preparação e redação do manuscrito, e é o
criador do Projeto #Adote.
Processamento e editoração: Editora Ibero-Americana de Educação.
Revisão, formatação, normalização e tradução.
Escherichia coli como modelo de avaliação do progresso de aprendizagem dos estudantes de graduação em microbiologia
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i Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Estudante de Mestrado do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB).
ii Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP– Brasil.
Estudante de Mestrado do Programa de Pós-Graduação Interunidades em Bioinformática (PPGIB) / Instituto de
Ciências Biomédicas (ICB).
iii Instituto de Ciências Biomédicas (ICB), da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Estudante graduada em biomedicina no Instituto de Ciências Biomédicas (ICB).
iv Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Estudante de Doutorado do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB).
v Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Estudante de Mestrado do Instituto de Ciências Biomédicas (ICB).
vi Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Professor associado do departamento de Microbiologia, ICB.
vii Instituto Butantan (IB), São Paulo – SP – Brasil. Pesquisadora Científica do Laboratório de Desenvolvimento
de Vacinas do Centro de Biotecnologia (LDV).
viii Instituto de Ciências Biomédicas (ICB) da Universidade de São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brasil.
Professor associado do departamento de Microbiologia, ICB.
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ESCHERICHIA COLI AS A MODEL FOR EVALUATING THE PROGRESS OF
LEARNING UNDERGRADUATE STUDENTS IN MICROBIOLOGY
ESCHERICHIA COLI COMO MODELO DE AVALIAÇÃO DO PROGRESSO DE
APRENDIZAGEM DOS ESTUDANTES DE GRADUAÇÃO EM MICROBIOLOGIA
ESCHERICHIA COLI COMO MODELO PARA EVALUAR EL PROGRESO EN EL
APRENDIZAJE DE LOS ESTUDIANTES UNIVERSITARIOS DE MICROBIOLOGIA
Lara Nardi BARONIi
e-mail: laranardibaroni@gmail.com
Rafaela Barberis CANJANIii
e-mail: rafaelabc@usp.br
Samantha Carvalho Maia BRITOiii
e-mail: sammy.maiabrito@gmail.com
Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINIiv
e-mail: barbara.armellini@usp.br
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKUv
e-mail: bruna.ogusku@usp.br
Robson Francisco de SOUZAvi
e-mail: rfsouza@usp.br
Ana Carolina Ramos MORENOvii
e-mail: ana.moreno@fundacaobutantan.org.br
Rita de Cássia Café FERREIRAviii
e-mail: ritacafe@usp.br
How to reference this paper:
BARONI, L. N.; CANJANI, R. B.; BRITO, S. C. M.; ARMELLINI,
B. R. C.; OGUSKU, B. S. C.; SOUZA, R. F.; MORENO, A. C. R.;
FERREIRA, R. C. C. Escherichia coli as a model for evaluating the
progress of learning undergraduate students in microbiology.
Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v.
28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029. DOI:
https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569
| Submitted: 10/04/2024
| Revisions required: 07/05/2024
| Approved: 27/06/2024
| Published: 19/08/2024
Editor:
Prof. Dr. Sebastião de Souza Lemes
Deputy Executive Editor:
Prof. Dr. José Anderson Santos Cruz
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
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ABSTRACT: To assess the progress of undergraduate students in the Biomedical Sciences
course at USP, we implemented the "Adopt a Bacteria" methodology within the bacteriology
course. We focused on Escherichia coli as a model to explore fundamental concepts in
bacterial genetics, morphology, and pathogenesis. To validate this active learning approach,
we collected metrics related to the richness and complexity of the discourse generated by
students through their social media posts during 2022 and 2023. We analyzed these metrics
using Shannon indices and Python. The results indicated that the posts on the three topics
were complex and showed an increase in the richness of the students' discourses. It is
concluded that this teaching strategy, based on the methodology, enhanced the repertoire of
concepts and the complexity of discourse, reflecting increased student engagement and
interest in microbiology.
KEYWORDS: Escherichia coli. EIEC. Pathogenicity. Teaching. Active teaching
methodology.
RESUMO: Com o propósito de avaliar o progresso dos alunos de graduação do curso de
Ciências Biomédicas da USP empregamos a metodologia “Adote uma Bactéria”, na
disciplina de bacteriologia. Com esse objetivo, focamos na espécie Escherichia coli como
modelo para explorar conceitos fundamentais na genética, morfologia e patogênese
bacteriana. Com intuito de validar a metodologia ativa, buscou-se levantar métricas
inerentes a riqueza do discurso e complexidade de informações geradas pelos alunos em
troca de informações postadas em rede social ao longo de 2022 e 2023. As análises foram
feitas por meio da determinação dos índices de Shannon e linguagem Python. Os resultados
demostraram que as postagens sobre as três temáticas foram complexas e demonstram um
aumento da riqueza dos discursos empregadas pelos alunos. Conclui-se que a estratégia de
ensino calcada na metodologia ampliou o repertório de conceitos e a complexidade de
discurso com o engajamento e interesse dos alunos pela microbiologia.
PALAVRAS-CHAVE: Escherichia coli. EIEC. Patogenicidade. Ensino. Metodologia ativa
de ensino.
RESUMEN: Con el objetivo de evaluar el progreso de los estudiantes de pregrado en la
carrera de Ciencias Biomédicas de la USP, utilizamos la metodología “Adopta una
Bacteria” en la asignatura de Bacteriología. Nos centramos en la especie Escherichia coli
como modelo para explorar conceptos fundamentales en genética, morfología y patogénesis
bacteriana. Para validar esta metodología activa, recolectamos métricas relacionadas con la
riqueza y la complejidad del discurso generado por los estudiantes a través de sus
publicaciones en redes sociales durante 2022 y 2023. Los análisis se realizaron mediante la
determinación de índices de Shannon y el uso del lenguaje Python. Los resultados mostraron
que las publicaciones sobre los tres temas fueron complejas y evidenciaron un aumento en la
riqueza de los discursos de los estudiantes. Se concluye que la estrategia de enseñanza
basada en esta metodología amplió el repertorio de conceptos y la complejidad del discurso,
promoviendo un mayor compromiso e interés de los estudiantes por la microbiología.
PALABRAS CLAVE: Escherichia coli. EIEC. Patogenicidad. Docencia. Metodología de
enseñanza activa.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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Introduction
The microbiology curriculum is integrated into secondary and higher education,
typically segmented into courses dedicated to viruses, bacteria, and fungi (Armellini, 2021).
In higher education, students delve deeper into the pathogenicity, survival mechanisms, and
cellular structures of microorganisms. However, the complexity of these concepts can present
challenges, complicating the learning process. In light of these obstacles, it is imperative for
microbiology educators to develop and employ methods that facilitate content assimilation,
utilizing engaging and innovative approaches (Da Silva; Colombo, 2019).
Nevertheless, many instructors in this field often persist with traditional memorization
techniques, which hinder the development of student’s creative and critical thinking skills,
which are essential for scientific investigation (Merkel, 2016; Piantola et al., 2018).
Additionally, reliance on conventional teaching methods, coupled with dense scientific
terminology, frequently results in student disengagement (Freeman et al., 2014; Piantola et
al., 2018), leading to a lack of motivation to understand basic microbiological concepts and
difficulty retaining information (Piantola et al., 2018). Although hybrid teaching
methodologies are occasionally incorporated into microbiology to provide more immersive
learning experiences (Torrissi-Steele; Drew, 2013), the widespread adoption of these
approaches remains limited.
In response to these challenges, the #Adopt project was conceived in 2013 as an
innovative teaching approach aimed at enhancing microbiology learning for secondary and
higher education students, facilitating the sharing of information through digital platforms.
This initiative expands students’ communication interfaces, promoting practices that spark
interest in the subject and cultivate a “learning to learn” mindset (Armellini 2021; Moreno et
al., 2023; Piantola et al., 2018; Taschner et al., 2020). Furthermore, the project’s effectiveness
in promoting student learning has remained evident, especially during the COVID-19
pandemic and the subsequent shifts in educational paradigms (Armellini ,2021).
The “Adopt a Bacteria” project utilizes digital platforms such as Instagram® to
empower students as active participants in learning about bacteria, facilitating their
engagement and aiding in the retention of fundamental bacteriology concepts (Piantola et al.,
2018). Among these concepts is pathogenicity, which is integral to microbiology and explores
pathogenic microorganisms capable of causing diseases and their virulence mechanisms
(Levinson, 2016).
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
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Escherichia coli, a Gram-negative bacterium, encompasses various strains
characterized by distinct biological and serological traits, virulence factors, and clinical
manifestations. Each group of strains exhibits different modes of action and virulence-
associated characteristics. Some strains possess specific virulence factors that enable the onset
of enteric diseases, contributing to the classification of pathotypes within this species (De
Souza Moreira; Azola; Gouvêa, 2018). Notably, E. coli demonstrates virulence factors such as
capsules, endotoxins, pili, and exotoxins, capable of inducing conditions such as bloody or
watery diarrhea, hemolytic-uremic syndrome, and other systemic disease spectrums
(Levinson, 2016).
Based on this foundation, the present study aims to analyze the outcomes observed in
the 2022 and 2023 cohorts of the “Adopt a Bacteria” project, with a particular focus on the
adoption of Escherichia coli and its correlation with the topics of bacterial morphology,
genetics, and pathogenicity. This investigation highlights the integration of research and
teaching methodologies in microbiology, utilizing Python programming to validate the
learning outcomes within the Biomedical Sciences undergraduate program at the University
of São Paulo (USP).
Methodology
The “Adopt a Bacterium” project: Analysis of word clouds referring to E. coli posts
The methodology employed in the “Adopt a Bacteria” project involves the use of
social media platforms, such as Facebook® and Instagram®, as integrated tools for teaching
and research, complemented by practical sessions conducted in teaching laboratories. For
each session, a private group is created on one of the platforms, ensuring restricted access
exclusively to enrolled members and the content they post (Botte et al., 2014; Legaree, 2014).
These sessions are organized into groups corresponding to the bacterial genera under study,
with each group supervised by postgraduate and/or undergraduate students who act as
mediators (Piantola et al., 2018).
The mediators play a crucial role in facilitating the student's learning journey, guiding
them through the process of constructing new concepts and directing the nature of their posts.
Their responsibilities include diagnosing conceptual errors, clarifying doubts, and suggesting
relevant topics related to the general themes. Additionally, the mediators provide prompt
feedback on the students' posts and assist the professor in addressing any concerns raised. As
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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the posting period concludes, the mediators help students synthesize the main information
shared, which becomes an integral part of the final presentation (Taschner et al., 2020). This
methodology was implemented during the 2022 and 2023 sessions of the Bacteriology course,
offered to 90 undergraduate students in the Biomedical Sciences program at the Institute of
Biomedical Sciences, University of São Paulo (USP). It enabled the evaluation of student
posts and the analysis of content related to Escherichia coli pathogenicity, among other topics
covered in the course. Enrolled students participated in generating posts on this subject.
The analysis of the keywords in the selected posts was used to construct word clouds,
followed by data evaluation using the Shannon Diversity Index. This assessment aimed to
determine the diversity and richness of the discourse in posts discussing pathogenicity during
the specified years. To examine the posts shared within the "Adopt a Bacteria" initiative, the
Word Cloud Generator website (jasondavies.com/wordcloud/).
The Shannon Diversity Index
The Shannon Diversity Index (H’) (Shannon, 1948) is not commonly applied in
educational settings; however, it allows for the assessment of the average diversity of
discourse (Armellini, 2021). To evaluate this diversity, posts from each year of the “Adopt a
Bacteria” project, focusing on Escherichia coli, were analyzed. Specific words related to
morphology, genetics, and pathogenicity were selected for this evaluation. Terms related to
morphology included: plasma membrane, outer membrane, peptidoglycan, cell shape,
capsule, fimbria, pili, flagella, Gram-negative, arrangement, cell wall, and
lipopolysaccharides. Genetic-related terms covered: DNA, recombination, lateral transfer,
plasmid, genome, gene, conjugation, transduction, transformation, phage, operon, duplication,
mutation, genotype, transcription, and base pairs. Pathogenicity-related terms encompassed:
E. coli pathotypes, virulence factors, biofilm, toxin, serotyping, capsule, fimbria, pili, outer
membrane, evasion, and secretion system.
The absolute frequency of each word’s appearance in the posts for each year was then
tallied. Finally, the Shannon Index formula was applied to determine the richness of discourse
for each year, using the formula below, where pk represents the frequency of appearance of
each word listed above in the total set of posts, and K represents the total number of words
used per year in the total set of posts.
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
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To apply the Shannon Index in an educational context, the collected data must be
categorized into knowledge domains, which allows for the measurement of frequencies in
students’ written or spoken discourse. This approach is feasible due to the establishment of an
equivalence between the selected words and the concept of “species equivalence,” whereby
the frequencies of these words correspond to the occurrences of “species appearances” in a
given context (Armellini, 2021).
Word Count Graphs
Over two consecutive years, the content of the posts was inspected, and the presence
of words related to bacteriology concepts was recorded. The frequency of these words was
used to quantify learning about the following aspects of the target microorganism’s biology:
genetics, morphology, pathotype, and pathogenicity. These four categories were referred to as
“types” in the main data table. The genetic type refers to how these microorganisms reproduce
and are subdivided into 16 categories. Morphology addresses the presence or absence of
structures found in bacteria, corresponding to 12 different categories. Pathotypes refer to
pathogenic variations, that is, varieties of bacterial species with similar characteristics, and
were divided into 11 categories. Finally, the pathogenicity type refers to how pathogenic
microorganisms infect other organisms, with this class divided into 12 categories.
The frequency of categories in each type was visualized using stacked bar charts,
constructed using Python and the data manipulation and visualization libraries Pandas,
Matplotlib, NetworkX, and Seaborn. The direct comparison of graphs from consecutive years
allowed for the observation of variations in word frequency within each category, except for
the pathotype type.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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Results
Content analysis of E. coli posts in the “Adopt a Bacterium”
In 2022 and 2023, the “Adopt a Bacteria” project was carried out through the
Instagram® platform, where students created posts on various topics under the supervision
and guidance of mediators. During these years, students were organized into groups and
tasked with producing three posts covering a range of topics, including morphology and
structure, genetics, growth and metabolism, pathogenicity, and mechanisms of antibiotic
action and resistance. This assignment required the integration of multiple themes in each
post.
The analysis of discourse richness, based on the word clouds generated by students
who selected E. coli as their study subject, revealed satisfactory results regarding bacterial
morphology and structure in 2022 and 2023. Terms such as “membrane” and “Gram-
negative” were highlighted (Figure 1). In 2022, the focus was on the morphology and
structures of E. coli, including terms like “lipid A,” “polysaccharide” “O antigen,” “fimbriae,”
and “arrangements.” In 2023, terms related to additional essential structures of E. coli were
predominantly highlighted, such as “capsule,” “pili,” “fimbriae,” “flagellum,” and
“peptidoglycan.”
Figure 1 – Word clouds related to the morphology and cellular structure of E. coli in posts
during the “Adopt a Bacteria” project in 2022 and 2023. Image (A) represents the word cloud
for 2022, while image (B) represents the word cloud for 2023. The size of the words is
proportional to the number of times they were mentioned by students in Instagram®
posts
Source: Authors' elaboration (2023)
Morphology and Structure 2022 with 67 words
Morphology and Structure 2023 with 89
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 8
The results related to the genetics theme were also considered positive. In both 2022
and 2023, there was a notable emphasis on terms such as “gene,” “genome,” “DNA,” “genetic
material,” and “plasmid” (Figure 2). In 2023, there was an observed increase in terms related
to genetic recombination, exemplified by the terms “conjugation” and “transformation.”
Figure 2 – Word clouds about E. coli genetics in posts during the “Adopt a Bacteria” project
in 2022 and 2023. Image (A) represents the word cloud for 2022, while image (B) represents
the word cloud for 2023. The size of the words is proportional to the number of times they
were mentioned by students in Instagram® posts
Source: Authors' elaboration (2023)
The posts focused on pathogenicity topics were considered satisfactory, based on the
number of terms used (183 in 2022 and 240 in 2023) during the analyzed period, as indicated
by the students’ discussions each year. The increase in complexity and diversity of words in
this domain suggests greater student engagement with these topics. In the word clouds
representing pathogenicity, it can be observed that the students referred to various E. coli
virulence factors and pathotypes, as highlighted in Figure 3.
Genetics 2022 with
Genetics 2023 with 171 words
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 9
Figure 3- Word clouds about E. coli pathogenicity in posts during the “Adopt a Bacteria”
project in 2022 and 2023. Image (A) represents the word cloud for 2022, while image (B)
represents the word cloud for 2023. The size of the words is proportional to the number of
times they were mentioned by students in Instagram® posts
Source: Authors' elaboration (2023)
After analyzing the word clouds, the Shannon index was calculated to compare the
significant terms describing the morphology, genetics, and pathogenicity of E. coli, with the
aim of determining which year demonstrated more extraordinary discourse richness. In the
morphology analysis, a growth trend was observed between 2022 and 2023. Specifically, the
Shannon index increased from 2.24 in 2022 to 2.35 in 2023 (Chart 1).
Similarly, there was a slight increase in the genetics category between the two years,
with the Shannon index rising from 1.7 in 2022 to 2.1 in 2023 (Chart 1). A comparable
pattern of discourse growth was also observed in the pathogenicity category, with the
Shannon index increasing from 1.79 in 2022 to 1.88 in 2023 (Chart 1). This phenomenon can
be attributed to the resumption of in-person classes in 2022, after two years of online teaching
due to the COVID-19 pandemic, which disrupted established learning routines. The
subsequent recovery in 2023 reflects the students' adaptation to in-person instruction.
Pathogenicity 2022 with
Pathogenicity 2023 with
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 10
Graphic 1 – Values of the Shannon index related to morphology, genetics, and pathogenicity
of E. coli for the years 2022 and 2023. The values computed the absolute frequency of terms
which is the sum of the frequencies of the eleven individual words, and, after that, the
Shannon index was calculated per year
2022 2023
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
Year
Shannon index
Morphology
Genetics
Pathogenicity
Source: Authors' elaboration (2023)
To complement the analysis of discourse richness for the years 2022 and 2023, using
the Shannon index on the topics of morphology, genetics, and pathogenicity, a direct
visualization of changes in word frequency was generated through data visualization libraries
available in the Python programming language. A custom Python script was developed
internally to generate the charts presented in Figures 2, 3, and 4, which highlight the most
frequently used words for each topic in each of the years analyzed.
The analysis regarding the morphology topic revealed that certain words maintained
similar frequencies across both years, such as "outer membrane" and "plasma membrane." In
2022, the most frequent word was "cell wall," whereas in 2023, terms such as "fimbriae,"
"flagellum," "LPS," "Gram-negative," and "pili" emerged as the most frequently used (Chart
2).
In the field of genetics, it was observed that in 2022, three words stood out: "DNA,"
"plasmid," and "gene," although these words exhibited higher frequencies in 2023.
Furthermore, in 2023, six additional words gained prominence in the chart: "conjugation,"
"mutation," "lateral transfer," "genome," "operon," and "transduction," with "conjugation,"
"mutation," and "transduction" being particularly prominent (Chart 3). This result aligns with
the findings obtained from the Shannon diversity index, highlighting an increase in the
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 11
number of words used in 2023 compared to 2022. Although three words stood out in 2022,
they displayed lower frequencies compared to 2023.
Graphic 2 – Stacked bar charts representing the frequency of morphology-related terms used
by the E. coli group in 2022 and 2023. In each year, the frequencies of the words belonging to
twelve categories were recorded and illustrated by the height of each colored layer in the bars
Source: Authors' elaboration (2024)
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
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DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 12
Graphic 3 – Stacked-bar graph depicting the use of genetics related terms by the E. coli
group in the years 2022 and 2023. The height of each of the sixteen coloured layers is equal to
the frequency of the words recorded for each category in the legend (upper right box)
Source: Authors' elaboration (2024)
Regarding the topic of pathogenicity, it was observed that the most frequently used
term in both 2022 and 2023 was "pathotype." In 2022, the predominant term was "serotype,"
whereas in 2023, the words "fimbriae," "endotoxin," and "toxin" emerged as the most
frequently used (Chart 4). As illustrated in the Shannon index chart (Chart 1), the discourse
richness related to pathogenicity was significantly higher in 2023, with an increase of 0.08.
This increase is further corroborated by another chart showing the number of highlighted
words each year. This chart demonstrates that 2023 featured three words of greater relevance
compared to 2022, emphasizing the importance of using this methodology and its validation
through the Shannon index.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 13
Graphic 4 – Stacked-bar graph depicting the use of words of the category
“pathogenicity” by the E.coli group in 2022 and 2023
Source: Authors' elaboration (2024)
Discussion
The Shannon Index was calculated using word clouds shared on social media to assess
the richness of discourse on pathogenicity among students in 2022 and 2023. The analysis
revealed a progressive increase in discourse richness related to morphology over these years,
peaking in 2023. A similar upward trend was observed in genetics and pathogenicity, with
2023 demonstrating greater discourse diversity compared to 2022. This trend may be
attributed to the disruption in study routines caused by the transition back to in-person classes
following the COVID-19 pandemic.
These results underscore the relevance of the Shannon Index as a valuable tool for
evaluating learning consolidation. Although traditionally used in studies focused on
determining diversity within microbiome composition, its application in assessing learning
outcomes proves equally effective (Rodrigues Hoffmann et al., 2014). The study
demonstrates that applying the Shannon Index to posts created by undergraduate students is
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
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an effective method for quantifying discourse richness and, consequently, enhancing learning
consolidation in microbiology, as previously published by the research group (Armellini
2021). It is important to note that, in 2021, the COVID-19 pandemic significantly impacted
the educational landscape at USP, leading to a shift to remote learning across all courses,
including Bacteriology. The comparatively lower discourse richness among students in 2022
may reflect the disruption in established study routines characterized by remote teaching
models.
In addition to the Shannon Diversity Index, bar charts showing word frequency were
used to visualize the frequency of words employed in expressing concepts in morphology,
genetics, and pathogenicity of E. coli in 2022 and 2023. This approach was particularly useful
for identifying content within these topics that required more comprehensive classroom
discussion. Additionally, the chart generated by Python complements the data obtained from
the Shannon Diversity Index concerning the topics mentioned in this study. It was observed
that the greater the increase in discourse richness in the analyzed years, the larger the number
of highlighted words in the Python-generated charts.
Final considerations
The study advanced the proposal of using social media as an auxiliary tool to enhance
the learning process and increase undergraduate students’ interest in microbiology. The report
demonstrated that the “Adopt a Bacterium” methodology promoted an increase in discourse
complexity by using a single bacterial species (E. coli) as a model to study various topics such
as pathogenicity, morphology, and genetics. The final results highlight the relevance of
applying active methodologies in the learning process and the potential to increase student
interest in microbiology, with possibilities for application in different disciplines and fields of
knowledge.
Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 15
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Lara Nardi BARONI; Rafaela Barberis CANJANI; Samantha Carvalho Maia BRITO; Barbara Rodrigues Cintra ARMELLINI;
Bruna Sayuri Cardoso OGUSKU; Robson Francisco de SOUZA; Ana Carolina Ramos MORENO; Rita de Cássia Café FERREIRA
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 17
CRediT Author Statement
Acknowledgements: I would like to extend my gratitude to the students from the
Biomedical Sciences and Fundamental Health Sciences courses at USP for their participation
in the research through the #Adote Project. I also wish to thank Eduardo Gimenes for his
invaluable technical support.
Funding: Yes, CAPES, CNPq e CEPID B3/FAPESP.
Conflicts of interest: The authors declare no conflicts of interest.
Ethical approval: Yes, this study has been approved by the ethics committee of the
Brasil platform, under the number (CAAE):51764021.0.0000.5467.
Availability of data and material: Data and materials will be made available upon
the publication of the article.
Author contributions: 1st Conducted the word cloud and Shannon analysis, and
drafted the manuscript, 2nd Created the graphs using Python, 3rd and 4th helped with the
Shannon and word cloud analyses, 5th Contributed to the development of graphs using
Python, 6th Developed part of the code for generating the Python-based graphs, 7th Assisted
in creating the Shannon index and diversity chart, 8th Taught the subjects evaluated in the
study, contributed to the preparation and writing of the manuscript, and is the creator of the
#Adote Project.
Processing and editing: Editora Ibero-Americana de Educação.
Proofreading, formatting, normalization and translation.
Escherichia coli as a model for evaluating the progress of learning undergraduate students in microbiology
RPGE – Revista on line de Política e Gestão Educacional, Araraquara, v. 28, n. 00, e023022, 2024. e-ISSN: 1519-9029
DOI: https://doi.org/10.22633/rpge.v28i00.19569 18
i Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Master's
Student at the Institute of Biomedical Sciences (ICB).
ii Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Master's
Student in the Interunit Graduate Program in Bioinformatics (PPGIB) / Institute of Biomedical Sciences (ICB).
iii Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil.
Undergraduate Student in Biomedicine at the Institute of Biomedical Sciences (ICB).
iv Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Doctoral
Student at the Institute of Biomedical Sciences (ICB).
v Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Master's
Student at the Institute of Biomedical Sciences (ICB).
vi Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Associate
Professor, Department of Microbiology, ICB.
vii Butantan Institute (IB), São Paulo – SP – Brazil. Research Scientist, Vaccine Development Laboratory,
Biotechnology Center (LDV).
viii Institute of Biomedical Sciences (ICB), University of São Paulo (USP), São Paulo – SP – Brazil. Associate
Professor, Department of Microbiology, ICB.
