Każde laboratorium w tym katalogu działa w tym samym środowisku wirtualnym, a niniejszy samouczek służy do opanowania jego obsługi. Imersyjna symulacja jest obecnie standardowym narzędziem szkoleniowym w edukacji naukowej z tego samego powodu, dla którego symulatory lotu są standardem w lotnictwie: uczeń ćwiczy prawdziwe procedury – zakładanie środków ochrony, odważanie, odmierzanie objętości, badanie pH – bez żadnego ryzyka związanego z prawdziwymi substancjami chemicznymi oraz z możliwością zresetowania w dowolnym momencie. Same techniki są autentyczne: waga elektroniczna jest tarowana przed użyciem, objętość jest odczytywana na dole menisku, a pH roztworu jest oceniane poprzez porównanie koloru wskaźnika ze skalą wzorcową. W tym samouczku nauczysz się poruszać i wchodzić w interakcje w wirtualnym laboratorium za pomocą śledzenia dłoni lub kontrolerów, założyć osobiste wyposażenie ochronne, a następnie zmierzyć się z czterema krótkimi wyzwaniami: odważyć sproszkowaną substancję stałą na wadze elektronicznej, odmierzyć objętość cieczy za pomocą cylindra miarowego, przygotować roztwór z próby stałej i sprawdzić jego pH za pomocą wskaźnika, a na koniec przejrzeć i przesłać swoje wyniki z poziomu tabletu.
Cele edukacyjne
Zapoznanie się ze środowiskiem wirtualnym
- Poruszaj się po wirtualnym laboratorium oraz podnoś, używaj i upuszczaj obiekty za pomocą śledzenia dłoni lub kontrolerów.
- Skorzystaj z menu tabletu, aby przejrzeć wyniki, wysłać je i zrestartować proces, jeśli coś pójdzie nie tak.
Stosowanie środków ochrony indywidualnej
- Załóż fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice nitrylowe przed każdym eksperymentem, wyrabiając w sobie nawyk przedkładania bezpieczeństwa nad procedurę, nawet tam, gdzie nic tak naprawdę nie może prysnąć.
Pomiar substancji
- Zważyć sproszkowaną substancję za pomocą wagi elektronicznej, używając przycisku Tare (Tara), aby masa naczynka wagowego została automatycznie wykluczona.
- Zmierz objętość cieczy za pomocą cylindra miarowego, odczytując wynik na dole menisku.
Podstawowe eksperymenty chemiczne
- Przygotuj roztwór poprzez rozpuszczenie substancji stałej w wodzie i zmierz jego pH za pomocą wskaźnika ciekłego, porównując wynik z skalą pH.
Analiza i komunikacja wyników
- Przejrzyj zebrane wyniki na tablecie i wyślij je, ćwicząc krok dokumentacyjny, na którym kończy się każde prawdziwe laboratorium.
Protokół
Zacznij od zapoznania się z otoczeniem. Dostępne będą różne przyrządy laboratoryjne, które pozwolą Ci przeprowadzić kilka eksperymentów.
W prawym górnym rogu obszaru roboczego znajduje się przycisk. Naciśnięcie tego przycisku pozwoli Ci przełączać się między rzeczywistością wirtualną a rzeczywistością rozszerzoną w dowolnym momencie.
- Aby podnieść obiekt za pomocą śledzenia dłoni, umieść otwartą dłoń naprzeciwko obiektu, a gdy obiekt zmieni kolor na zielony (oznacza to, że można go podnieść), zaciśnij pięść, aby go podnieść.
- Aby uwolnić obiekt przy śledzeniu dłoni, wystarczy ponownie otworzyć dłoń.
- Aby chwycić obiekt kontrolerami, umieść dłoń naprzeciwko obiektu, kiedy obiekt zmieni kolor na zielony (symbol, że można go podnieść), naciśnij i przytrzymaj przycisk podnoszenia.
- Aby zwolnić obiekt za pomocą kontrolerów, po prostu puść przycisk chwytaka.
Do menu Meta możesz wrócić w dowolnym momencie, naciskając przycisk dostępu do menu urządzenia lub, w trybie śledzenia dłoni, wykonując gest wskazany w skróconej instrukcji.
W przypadku problemu można również zresetować urządzenie, naciskając przycisk „Restart” na tablecie. Znajduje się on w menu opcji, do którego można uzyskać dostęp z menu głównego.
Zlokalizuj sprzęt bezpieczeństwa w laboratorium.
- Fartuch laboratoryjny, okulary ochronne, rękawice nitrylowe oraz rękawice żaroodporne przydadzą się do ochrony przed niebezpieczeństwami podczas różnych eksperymentów.
- Aby używać wyposażenia laboratoryjnego z funkcją śledzenia rąk, umieść otwartą dłoń skierowaną w stronę wyposażenia. Gdy wyposażenie zaświeci się na zielono (oznaka możliwości użycia), w pełni zaciśnij pięść, a następnie otwórz dłoń, aby go użyć.
- Aby skorzystać ze sprzętu laboratoryjnego z kontrolerami, umieść rękę naprzeciwko sprzętu, gdy sprzęt zmieni kolor na zielony (symbol gotowości do użycia), naciśnij przycisk odbioru, a następnie zwolnij go, aby go użyć.
Oto kilka wyzwań, które pomogą Ci zapoznać się ze sprzętem tego wirtualnego laboratorium.
Przed jakimkolwiek eksperymentem ważne jest, aby wyposażyć się w odpowiedni sprzęt ochronny.
- Załóż fartuch.
- Załóż okulary ochronne.
- Załóż rękawiczki nitrylowe.
Waga
Niektóre instrumenty laboratoryjne mogą być używane do zbierania i transportowania substancji stałych lub ciekłych.
Wśród tych instrumentów, niektóre, takie jak pęseta czy pipeta, wymagają dodatkowej czynności do ich obsługi.
W trybie śledzenia dłoni, po podniesieniu interaktywnego obiektu, złącz kciuk i palec wskazujący, aby aktywować interakcję z obiektem.
Za pomocą kontrolerów naciśnij przycisk interakcji, aby obsługiwać obiekt.
Niektóre przyrządy laboratoryjne mogą wymagać naciskania przycisków. Aby nacisnąć przycisk, naciśnij go palcem.
- Umieść szalkę wagową na platformie wagi elektronicznej.
- Naciśnij przycisk Tare na wadze, aby ustawić ją na zero.
- Umieść 5 ml proszku magnezowego w naczyniu wagowym za pomocą szpatułki. Szpatułki są wyskalowane na 5 ml, 2,5 ml, 1 ml i 0,12 ml.
- Wsyp proszek magnezowy do czarnego pojemnika do odzysku.
Objętość cieczy
Niektóre przyrządy laboratoryjne, takie jak zlewki, kolby stożkowe, probówki czy cylindry miarowe, mogą służyć do przechowywania cieczy, substancji stałych, a nawet do tworzenia roztworów.
Od początku laboratorium do Twojej dyspozycji będzie kilka produktów w pojemnikach. Będziesz mieć również dostęp do zlewu po Twojej prawej stronie, aby nalać sobie wody.
- Odkręć kurek z zimną wodą.
- Napełnij zlewkę o pojemności 500 ml wodą.
- Zakręć kurek z zimną wodą.
- Za pomocą cylindra miarowego odmierz 50 ml zimnej wody z zlewki o pojemności 500 ml. Uważaj, aby poprawnie odczytać menisk!
Odczyn
W zależności od cząsteczek, które mają zostać zmieszane podczas eksperymentu, można wywołać reakcję, która wpłynie na właściwości fizyczne i chemiczne roztworu.
- Pobrać 0,12 ml proszku wodorotlenku sodu (NaOH) za pomocą pomarańczowej szpatułki i umieścić proszek w probówce.
- Używając butelki z wodą, napełnij zlewkę o pojemności 50 ml wodą destylowaną.
- Nabierz pipetą 10 ml wody ze zlewki.
- Przenieś 5 ml pobranej wody do probówki (każde naciśnięcie daje 1 ml).
- Zamknij probówkę korkiem gumowym.
- Wymieszać, potrząsając zawartością probówki aż do całkowitego rozpuszczenia.
- Zdejmij gumową osłonę.
- Za pomocą pipety zassaj roztwór znajdujący się w probówce.
- Przenieś całą zawartość zakraplacza do studzienki płytki plamistej (zakraplacz zawiera około 20 kropli).
- Dodaj kroplę wskaźnika pH do tej samej studzienki płytki do dołków za pomocą innego zakraplacza.
- Obserwuj otrzymany kolor i porównaj go z wykres f kolorów dla pH.
Wyniki
Część wyników można przeanalizować w sekcji wyników na tablecie. Dostęp do tej sekcji można uzyskać z menu głównego.
Aby wysłać wyniki, przycisk Wyślij wyniki znajduje się w menu opcji na ekranie głównym.
- Obserwuj uzyskane wyniki.
- Wyślij wyniki.
Przewidywane wyniki
Ten samouczek demonstruje umiejętności zamiast testować hipotezę: pod jego koniec student potrafi poruszać się i obsługiwać sprzęt w wirtualnym laboratorium, odpowiednio się ubrać, wyzerować wagę, odczytać menisk, przygotować roztwór, ocenić jego pH oraz przesłać wyniki. Zadania mają ściśle określone oczekiwane odczyty. Magnez ma gęstość 1,74 g/mL, więc porcja 5 mL z łopatki umieszczona na wyzerowanej łódemce wagowej powinna wskazać 8,7 g. W zadaniu z pH, 0,12 mL proszku NaOH to 0,2556 g, czyli 0,0064 mola; rozpuszczone w 5 mL wody daje to stężenie około 1,3 M, a pH wynosi około 14 — na samym czubku skali wskaźnika, więc zagłębienie na płytce plamkowej powinno zmienić kolor na fioletowy. Silnie zasadowy wynik uzyskany z małej łyżeczki białego proszku jest również cichą lekcją tego, dlaczego najpierw założono rękawiczki i okulary.
Podsumowanie zadania według zakresu ocen
Klasy 9–10
Skupienie: biegłość w środowisku i poprawna technika podstawowa. Uczniowie wykonują wszystkie cztery wyzwania pod nadzorem: ŚOI założone przed wszystkim innym, waga wyzerowana przed wsypieniem proszku, menisk odczytany na wysokości oczu, kolor wskaźnika dopasowany do tabeli. Sukces ma charakter proceduralny — każdy krok protokołu wykonany w odpowiedniej kolejności, a wyniki wysłane z tabletu.
Klasa 11
Skupienie: pomiary stojące za gestami. Uczniowie wyjaśniają, co przycisk Tary usuwa ze wskazań i jak to się ma do ważenia przez odejmowanie, przeliczają objętość dostarczaną przez wyskalowaną szpatułkę na odpowiadającą jej masę oraz śledzą wyzwanie pH w sposób ilościowy aż do stężenia: 0,2556 g NaOH to 0,0064 mola, co w 5 ml daje około 1,3 M.
Klasa 12 / Poziom akademicki
Skupienie: chemia ostatecznego wyzwania. Uczniowie wykonują obliczenie pH — roztwór mocnej zasady o stężeniu 1,3 M ma pH wynoszące około 14 — oraz wyjaśniają, dlaczego wskaźnik znajduje się na samym końcu swojej skali, czym w rzeczywistości jest wskaźnik oraz dlaczego odczyt ledwo by się zmienił, gdyby roztwór był dwukrotnie bardziej stężony. Krytycznie oceniają również sam samouczek jako narzędzie: które umiejętności z prawdziwego laboratorium laboratoryjnego przenoszą się bezpośrednio z symulacji, a które (zapach, ciepło, ciężar szkła laboratoryjnego) są w niej celowo pomijane.
Podstawowe wyposażenie laboratorium
Instrumenty
- Zlewki (50 ml, 500 ml)
- Płytka ze studzienkami
- Kroplomierze
- Waga elektroniczna
- Cylindryczny cylinder miarowy (70 ml)
- Pipeta
- Łopatki (skalibrowane: 5, 2,5, 1 i 0,12 ml)
- Probówka
- Tabela pH
- Naczynko wagowe
- Tryskawka
- Gumowy korek
- Fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice nitrylowe
- Kosz
Produkty
- Proszek NaOH(s)
- Mg(s) proszek
- Wskaźnik pH w płynie
- Woda kranowa i woda destylowana