Ogni laboratorio in questo catalogo funziona all'interno dello stesso ambiente virtuale, e questo tutorial è il luogo in cui se ne imparano le abitudini. La simulazione immersiva è ormai uno strumento di formazione standard nell'educazione scientifica per lo stesso motivo per cui i simulatori di volo sono standard nell'aviazione: lo studente pratica procedure reali — indossare dispositivi di protezione, pesare, misurare volumi, testare il pH — senza alcun rischio legato a sostanze chimiche reali e con la libertà di ricominciare in qualsiasi momento. Le tecniche in sé sono quelle reali: una bilancia elettronica viene tarata prima dell'uso, un volume viene letto alla base del menisco, il pH di una soluzione viene valutato confrontando il colore di un indicatore con una tabella. In questo tutorial imparerai a muoverti e a interagire nel laboratorio virtuale tramite il tracciamento delle mani o i controller, a indossare i dispositivi di protezione individuale e ad affrontare quindi quattro brevi sfide: pesare un solido in polvere sulla bilancia elettronica, misurare un volume di liquido con un cilindro graduato, preparare una soluzione da un campione solido e verificarne il pH con un indicatore, e infine esaminare e inviare i tuoi risultati dal tablet.
Obiettivi Educativi
Familiarizzazione con l'ambiente virtuale
- Esplora il laboratorio virtuale e raccogli, usa e rilascia gli oggetti tramite il tracciamento delle mani o con i controller.
- Usa i menu del tablet per esaminare i risultati, inviarli e riavviare l'esperienza se qualcosa va storto.
Uso di dispositivi di protezione
- Indossa il camice da laboratorio, gli occhiali di protezione e i guanti in nitrile prima di qualsiasi esperimento, sviluppando l'abitudine che la sicurezza precede la procedura anche laddove nulla possa effettivamente schizzare.
Misurazione delle sostanze
- Pesa un solido in polvere con la bilancia elettronica, usando il tasto Tara in modo che la massa della barchetta di pesata sia esclusa automaticamente.
- Misura il volume di un liquido con un cilindro graduato, leggendo alla base del menisco.
Sperimentazione chimica di base
- Preparare una soluzione sciogliendo un solido in acqua e testarne il pH con un indicatore liquido rispetto alla tabella dei pH.
Analisi e comunicazione dei risultati
- Esamina i risultati raccolti sul tablet e inviali, mettendo in pratica la fase di documentazione con cui si conclude ogni vero laboratorio.
Protocollo
Iniziate familiarizzando con l'ambiente. Vi saranno messi a disposizione diversi strumenti di laboratorio per poter condurre alcuni esperimenti.
Nell'angolo in alto a destra del tuo spazio di lavoro, c'è un pulsante. Puoi passare dalla realtà virtuale alla realtà aumentata in qualsiasi momento premendo questo pulsante.
- Per raccogliere un oggetto con il tracciamento delle mani, posiziona la mano aperta di fronte all'oggetto; quando l'oggetto diventa verde (un simbolo che indica che può essere raccolto), chiudi completamente il pugno per raccogliere l'oggetto.
- Per rilasciare l'oggetto con il tracciamento della mano, basta riaprire la mano.
- Per afferrare un oggetto con i controller, posiziona la mano di fronte all'oggetto, quando l'oggetto diventa verde (simbolo che può essere raccolto), tieni premuto il pulsante di presa.
- Per rilasciare l'oggetto con i controller, basta rilasciare il pulsante di presa.
Puoi tornare al menu Meta in qualsiasi momento premendo il pulsante di accesso al menu del dispositivo o, in modalità di tracciamento manuale, eseguendo il gesto indicato nelle istruzioni rapide.
In caso di problemi, è anche possibile ripristinare l'esperienza premendo il pulsante Riavvia sul tablet. Questo si trova nel menu delle opzioni, accessibile dal menu principale.
Individua le attrezzature di sicurezza del laboratorio.
- Il camice da laboratorio, gli occhiali di sicurezza, i guanti in nitrile e i guanti di protezione termica ti saranno utili per proteggerti dai pericoli dei vari esperimenti.
- Per utilizzare un'apparecchiatura di laboratorio con tracciamento manuale, posiziona la mano aperta rivolta verso l'apparecchiatura, quando l'apparecchiatura diventa verde (simbolo che può essere utilizzata), chiudi completamente il pugno, quindi riapri la mano per utilizzarla.
- Per utilizzare un'apparecchiatura di laboratorio con controlli, posiziona la tua mano di fronte all'apparecchiatura, quando l'apparecchiatura diventa verde (simbolo che può essere utilizzata), premi il pulsante di prelievo, quindi rilascia il pulsante di prelievo per utilizzarla.
Ecco ora alcune sfide da affrontare per familiarizzare con le attrezzature di questo laboratorio virtuale.
Prima di ogni esperimento, è importante munirsi dell'attrezzatura protettiva appropriata.
- Indossa il grembiule.
- Indossa gli occhiali di sicurezza.
- Indossa i guanti di nitrile.
La bilancia
Alcuni strumenti di laboratorio possono essere utilizzati per raccogliere e trasportare sostanze solide o liquide.
Tra questi strumenti, alcuni, come la pinzetta o la pipetta, richiedono un'azione aggiuntiva per il loro funzionamento.
In modalità tracciamento della mano, una volta afferrato l'oggetto interattivo, unisci pollice e indice per attivare l'interazione dell'oggetto.
Con i controller, premi il pulsante di interazione per usare l'oggetto.
Alcuni strumenti da laboratorio potrebbero richiedere la pressione di pulsanti. Per premere un pulsante, premilo con un dito.
- Posiziona la navicella di pesata sulla piattaforma della bilancia elettronica.
- Premi il pulsante Tare sulla bilancia per azzerarla.
- Mettere 5 mL di polvere di magnesio nella barchetta di pesata usando una spatola. Le spatole sono calibrate a 5 mL, 2,5 mL, 1 mL e 0,12 mL.
- Getta la polvere di magnesio nel bidone di recupero nero.
Volume di un liquido
Alcuni strumenti di laboratorio, come beaker, matracci, provette o cilindri graduati, possono essere utilizzati per contenere un liquido, un solido o persino per creare una soluzione.
Diversi prodotti saranno messi a vostra disposizione dall'inizio di un laboratorio in contenitori. Avrete anche accesso al lavandino alla vostra destra per prendere acqua.
- Apri il rubinetto dell'acqua fredda.
- Riempire un becher da 500 mL con acqua.
- Chiudi il rubinetto dell'acqua fredda.
- Utilizzando il cilindro graduato, misura 50 ml di acqua fredda dal becher da 500 ml. Fai attenzione a identificare correttamente il menisco!
Il pH
A seconda delle molecole da mescolare durante l'esperimento, si può generare una reazione che può influenzare le proprietà fisiche e chimiche della soluzione.
- Prelevare 0,12 mL di idrossido di sodio (NaOH) in polvere con la spatola arancione e porre la polvere in una provetta.
- Usando la bottiglia lavatrice, riempi un becher da 50 mL con acqua distillata.
- Prelevare 10 mL di acqua dal becher usando la pipetta.
- Trasferire 5 mL dell'acqua campionata nella provetta (ogni pressione eroga 1 mL).
- Chiudi la provetta con un tappo di gomma.
- Agitare il contenuto della provetta fino a completa dissoluzione.
- Rimuovere il tappo di gomma.
- Usando il contagocce, aspirare la soluzione contenuta nella provetta.
- Trasferire l'intero contenuto del contagocce in una cavità della piastra a pozzetti (il contagocce contiene circa 20 gocce).
- Aggiungere una goccia di indicatore di pH alla stessa micropiastra utilizzando un altro contagocce.
- Osserva il colore ottenuto e confrontalo con la scala del pH.
Risultati
Una parte dei risultati può essere analizzata nella sezione dei risultati della tabella. Questa sezione è accessibile dal menu principale.
Per inviare i tuoi risultati, un pulsante Invia risultati si trova nel menu opzioni della schermata principale.
- Osserva i risultati ottenuti.
- Invia i risultati.
Risultati Previsti
Questo tutorial dimostra abilità piuttosto che verificare un'ipotesi: alla fine lo studente è in grado di muovere e manipolare attrezzature nel laboratorio virtuale, vestirsi per il banco, tarare una bilancia, leggere un menisco, preparare una soluzione e giudicarne il pH, e inviare i risultati. Le sfide hanno letture attese ben definite. Il Mg ha una densità di 1,74 g/mL, quindi la porzione da 5 mL prelevata con la spatola e posta nella cassetta di pesata tarata dovrebbe indicare 8,7 g. Nella sfida del pH, 0,12 mL di polvere di NaOH corrispondono a 0,2556 g, che sono 0,0064 moli; sciolti in 5 mL di acqua, ciò dà una concentrazione di circa 1,3 M, e il pH è circa 14 — all'estremità superiore della scala dell'indicatore, quindi il pozzetto nella piastra a spot dovrebbe diventare viola. Un risultato fortemente basico ottenuto da un piccolo cucchiaio di polvere bianca è anche una silenziosa lezione sul motivo per cui sono stati indossati per primi i guanti e gli occhiali.
Riepilogo del compito per intervallo di voti
Classe 9-10
Focus: fluidità nell'ambiente e corretta tecnica di base. Gli studenti completano tutte e quattro le sfide con la guida: DPI indossati prima di ogni altra cosa, la bilancia tara prima che la polvere venga inserita, il menisco letto ad altezza occhi, il colore dell'indicatore confrontato con la tabella. Il successo è procedurale: ogni fase del protocollo eseguita in ordine e i risultati inviati dal tablet.
Undicesimo anno
Focus: le misurazioni dietro i gesti. Gli studenti spiegano cosa rimuove il tasto T Tara dalla lettura e come questo si confronta con la pesata per differenza, convertono tra il volume erogato da una spatola calibrata e la massa che esso implica, e seguono quantitativamente la sfida del pH fino alla concentrazione: 0,2556 g di NaOH corrispondono a 0,0064 moli, e in 5 mL ciò equivale a circa 1,3 M.
12ª classe / Livello universitario
Focus: la chimica della sfida finale. Gli studenti completano il calcolo del pH — una soluzione 1,3 M di una base forte ha un pH di circa 14 — e spiegano perché l'indicatore si trova all'estremità superiore della sua scala, cos'è effettivamente un indicatore e perché la lettura si sposterebbe appena se la soluzione fosse due volte più concentrata. Valutano inoltre criticamente il tutorial come strumento: quali abilità da banco reale si trasferiscono direttamente dalla simulazione e quali (odore, calore, il peso della vetreria) esso tralascia deliberatamente.
Materiale essenziale di laboratorio
Strumenti
- Becher (50 mL, 500 mL)
- Piastra a pozzetti
- Contagocce
- Bilancia elettronica
- Cilindro graduato (70 mL)
- Pipetta
- Spatole (calibrate: 5, 2,5, 1 e 0,12 mL)
- Provetta
- Tabella del pH
- Navicella di pesata
- Spruzzetta
- Tappo di gomma
- Camice da laboratorio, occhiali di sicurezza e guanti in nitrile
- Cestino
Prodotti
- polvere di NaOH(s)
- Polvere di Mg(s)
- Indicatore di pH liquido
- Acqua di rubinetto e acqua distillata