Každá laboratoř v tomto katalogu funguje ve stejném virtuálním prostředí a tento tutoriál slouží k tomu, abyste si osvojili její návyky. Pohlcující simulace je dnes standardním výukovým nástrojem ve vědeckém vzdělávání ze stejného důvodu, proč jsou letecké simulátory standardem v letectví: student si procvičuje skutečné postupy – oblékání ochranných pomůcek, vážení, měření objemů, testování pH – bez jakýchkoli rizik skutečných chemikálií a s možností kdykoli začít znovu. Samotné techniky jsou skutečné: elektronické váhy se před použitím vynulují, objem se odečítá na dolním okraji menisku, pH roztoku se posuzuje porovnáním barvy indikátoru se vzorníkem. V tomto tutoriálu se naučíte pohybovat ve virtuální laboratoři a pracovat v ní pomocí sledování rukou nebo ovladačů, nasadíte si osobní ochranné pracovní prostředky a poté splníte čtyři krátké úkoly: zvážíte práškovou pevnou látku na elektronické váze, odměříte objem kapaliny odměrným válcem, připravíte roztok z pevného vzorku a zkontrolujete jeho pH pomocí indikátoru a nakonec zkontrolujete a odešlete své výsledky z tabletu.
Vzdělávací cíle
Seznámení s virtuálním prostředím
- Procházejte virtuální laboratoří a zvedejte, používejte a pouštějte předměty pomocí sledování rukou nebo ovladačů.
- Pomocí nabídek v tablet můžete zkontrolovat výsledky, odeslat je a v případě problémů restartovat provoz.
Použití ochranných prostředků
- Před každým pokusem si oblákněte laboratorní plášť, nasaďte ochranné brýle a nitrilové rukavice a vybudujte si tak návyk, že bezpečnost má přednost před postupem, a to i v případech, kdy ve skutečnosti nemůže nic vystříknout.
Měření látek
- Zvažte práškovou pevnou látku na elektronické váze a pomocí tlačítka Tára automaticky odečtěte hmotnost vážicí lodičky.
- Změřte objem kapaliny odměrným válcem, přičemž odečítání provedete ve spodní části menisku.
Základní chemické experimentování
- Připravte roztok rozpuštěním pevné látky ve vodě a otestujte jeho pH pomocí tekutého indikátoru porovnáním s tabulkou pH.
Analýza a komunikace výsledků
- Zkontrolujte sesbírané výsledky na tabletu a odešlete je, čímž procvičíte krok dokumentace, kterým končí každá reálná laboratoř.
Protokol
Nejprve se seznamte s okolím. Budou vám k dispozici různé laboratorní přístroje, abyste mohli provést několik experimentů.
V pravém horním rohu pracovní plochy se nachází tlačítko. Stisknutím tohoto tlačítka můžete kdykoli přepínat mezi virtuální realitou a rozšířenou realitou.
- Chcete-li předmět zvednout pomocí sledování pohybu ruky, umístěte svou otevřenou dlaň naproti předmětu. Jakmile předmět zezelená (což znamená, že jej lze zvednout), zcela zaťněte pěst, abyste předmět zvedli.
- Chcete-li objekt uvolnit pomocí sledování pohybu ruky, stačí ruku znovu rozevřít.
- Chcete-li předmět uchopit pomocí ovladačů, umístěte ruku naproti předmětu; jakmile předmět zezelená (což znamená, že jej lze uchopit), stiskněte a podržte tlačítko pro uchopení.
- Chcete-li objekt uvolnit pomocí ovladačů, stačí pustit tlačítko pro uchopení.
Do nabídky Meta se můžete kdykoli vrátit stisknutím tlačítka pro otevření nabídky na zařízení nebo, v režimu sledování pohybu ruky, provedením gesta uvedeného v krátkém návodu.
V případě potíží můžete zážitek také resetovat stisknutím tlačítka „Restart“ na tabletu. Toto tlačítko najdete v nabídce nastavení, do které se dostanete z hlavního menu.
Najděte bezpečnostní vybavení laboratoře.
- Laboratorní plášť, ochranné brýle, nitrilové rukavice a rukavice s tepelnou izolací vám poslouží jako ochrana před riziky spojenými s různými experimenty.
- Chcete-li použít laboratorní přístroj s funkcí sledování pohybu ruky, přiložte k němu otevřenou dlaň. Jakmile se na přístroji rozsvítí zelená kontrolka (což znamená, že je připraven k použití), pevně zaťněte pěst a poté dlaň opět otevřete, abyste přístroj mohli použít.
- Chcete-li použít laboratorní přístroj s ovládacími prvky, položte ruku naproti přístroji; jakmile se přístroj rozsvítí zeleně (což znamená, že je připraven k použití), stiskněte tlačítko pro aktivaci a poté jej uvolněte, abyste přístroj mohli použít.
Zde je několik úkolů, které si můžete vyzkoušet, abyste se seznámili s vybavením této virtuální laboratoře.
Před každým pokusem je důležité si obléknout odpovídající ochranné pomůcky.
- Obleč si plášť.
- Nasaďte si ochranné brýle.
- Nasaďte si nitrilové rukavice.
Měřítko
Některé laboratorní přístroje lze použít ke sběru a přepravě pevných nebo kapalných látek.
Mezi těmito nástroji jsou některé, jako například pinzeta nebo pipeta, jejichž použití vyžaduje další úkon.
V režimu sledování ruky stačí, jakmile vezmete interaktivní objekt do ruky, spojit palec a ukazováček, čímž aktivujete interakci s objektem.
Pomocí ovladačů stiskněte tlačítko interakce pro ovládání objektu.
U některých laboratorních přístrojů může být nutné stisknout tlačítka. Chcete-li tlačítko stisknout, stiskněte ho prstem.
- Položte váženku na plošinu elektronických vah.
- Stiskněte tlačítko „Tare“ na váze, abyste ji vynulovali.
- Pomocí špachtle vložte 5 ml hořčíkového prášku do nvažovací lodičky. Špachtle jsou kalibrovány na 5 ml, 2,5 ml, 1 ml a 0,12 ml.
- Vhoďte hořčíkový prášek do černého sběrného koše.
Objem kapaliny
Některé laboratorní přístroje, jako jsou kádinky, Erlenmeyerovy baňky, zkumavky nebo odměrné válce, lze použít k uchovávání kapaliny, pevné látky nebo dokonce k přípravě roztoku.
Od zahájení laboratorního cvičení budete mít k dispozici několik produktů v nádobách. K dispozici budete mít také umyvadlo po vaší pravici, kde si můžete nabrat vodu.
- Otevřete kohoutek se studenou vodou.
- Naplňte 500 ml kádinku vodou.
- Zavřete kohoutek se studenou vodou.
- Pomocí odměrného válce odměřte 50 ml studené vody z 500 ml kádinky. Dávejte pozor na správné odečtení menisku!
pH
V závislosti na molekulách, které se mají během experimentu smíchat, můžete vyvolat reakci, která může ovlivnit fyzikální a chemické vlastnosti roztoku.
- Odeberte 0,12 ml prášku hydroxidu sodného (NaOH) oranžovou špachtlí a prášek vložte do zkumavky.
- Pomocí tlakové lahve naplňte 50ml odměrný válec destilovanou vodou.
- Odeberte pipetou 10 ml vody z kádinky.
- Přeneste 5 ml vzorku vody do zkumavky (každé stisknutí dodá 1 ml).
- Zavřete zkumavku gumovou zátkou.
- Smíchejte protřepáním obsahu zkumavky do úplného rozpuštění.
- Odstraňte gumovou krytku.
- Pomocí kapátka naberte roztok obsažený ve zkumavce.
- Přeneste celý obsah kapátka do jamky spotového talířku (kapátko obsahuje asi 20 kapek).
- Přidejte do stejné jamky v destičce pro mikrotitrační destičky druhou kapkou pH indikátor.
- Pozorujte získanou barvu a porovnejte ji s pH tabulkou.
Výsledky
Část výsledků lze analyzovat v sekci výsledků na tabletu. Tato sekce je přístupná z hlavní nabídky.
Pro odeslání vašich výsledků je v menu voleb na hlavní obrazovce umístěno tlačítko Odeslat výsledky.
- Pozorujte získané výsledky.
- Pošlete výsledky.
Předvídané výsledky
Tento tutoriál spíše než testování hypotézy demonstruje dovednosti: na jeho konci student umí pohybovat se zařízením ve virtuální laboratoři a manipulovat s ním, obléknout se pro práci v laboratoři, vynulovat váhy, odečíst meniskus, připravit roztok a posoudit jeho pH a odeslat výsledky. Úkoly mají přesně předpokládané hodnoty. Hořčík má hustotu 1,74 g/ml, takže 5ml porce naberáčníkem umístěná na vynulované vážence by měla ukázat 8,7 g. V úkolu s pH je 0,12 ml prášku NaOH rovno 0,2556 g, což je 0,0064 molu; po rozpuštění v 5 ml vody to dává koncentraci přibližně 1,3 M a pH je asi 14 – na samém vrcholu stupnice indikátoru, takže důlek v krycí desce by měl zfialovět. Silně zásaditý výsledek z malé lžičky bílého prášku je zároveň tichou lekcí o tom, proč si nejprve nasadit rukavice a brýle.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
9. až 10. ročník
Zaměření na plynulost v prostředí a správnou základní techniku. Studenti dokončí všechny čtyři výzvy s podporou: osobní ochranné pomůcky nasadit jako první, váha vynulovaná před přidáním prášku, meniskus odečtený v úrovni očí, barva indikátoru porovnána s tabulkou. Úspěch je procedurální — každý krok protokolu proveden v pořadí a výsledky odeslány z tabletu.
11. ročník
Zaměření: měření za gesty. Studenti vysvětlují, co tlačítko Tare (Tára) odstraní z naměřené hodnoty a jak se to srovnává s vážením odčítáním, převádějí objem, který dodá kalibrovaná špachtle, na odpovídající hmotnost, a kvantitativně sledují pH výzvu až po koncentraci: 0,2556 g NaOH je 0,0064 molu a v 5 ml je to přibližně 1,3 M.
12. ročník / Úroveň college
Zaměření: chemie závěrečné výzvy. Studenti dokončí výpočet pH – 1,3 M roztok silné zásady má pH přibližně 14 – a vysvětlí, proč indikátor dosahuje vrcholu své stupnice, co indikátor vlastně je a proč by se hodnota na stupnici téměř nezměnila, kdyby byl roztok dvakrát koncentrovanější. Rovněž kriticky hodnotí výukový program jako nástroj: které dovednosti z reálné laboratoře se přenášejí přímo ze simulace a které (zápach, teplo, hmotnost skla) záměrně vynechává.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Kádinky (50 ml, 500 ml)
- Mikrotitrační destička
- Kapátka
- Elektronická váha
- Odměrný válec (70 ml)
- Pipeta
- Špachtle (kalibrované: 5, 2,5, 1 a 0,12 ml)
- Zkumavka
- tabulka pH
- Vážicí lodička
- Promývací láhev
- Gumová zátka
- Laboratorní plášť, ochranné brýle a nitrilové rukavice
- Koš
Produkty
- NaOH(s) prášek
- Mg(s) prášek
- Indikátor pH v kapalném skupenství
- Vodovodní voda a destilovaná voda