物理3D分子模型提供了非常直观的方式来理解分子中原子的空间排列,或者分子本身在空间中运动的不同方式。但即使是这样的模型也是有限的:它们只适用于处理分子,但不能代表化学的其他部分,如分子轨道和表面,也不能全面代表大型生物分子;除此之外,物理模型的数量和原子类型在套件中是有限的,用户需要自己建立模型,这对大分子来说是一个困难的问题。
帮助教育的新技术
现代科技以虚拟(VR)和增强现实(AR)能得到最好的电脑吗模拟和物理世界使教师和学生能够使用虚拟物体,他们可以操纵,就像他们是真实的一样。但是,这些格式可用的大多数教学内容都是昂贵的,可能需要诸如VR护目镜等硬件。在许多情况下,该工具由没有交互性的静态可视化。
现在,来自EPFL生命科学学院Matteo Dal Peraro实验室的两位科学家Luciano Abriata和Fabio Cortes设计了一个网站,上面有许多化学和生物方面的AR互动教学活动,教师和学生可以在普通的笔记本电脑、平板电脑和智能手机上使用。
用户通过网络浏览器选择一个活动,然后显示在普通打印机上预先打印好的网络摄像头AR标记。每个活动都在标记上显示虚拟对象,然后用户可以在空间中移动它们,查看它们的形状,并让它们通过覆盖在现实世界上的屏幕进行交互。目前的活动是为高中和大学前两三年的化学和生物课程量身定做的:分子形状,原子和分子轨道,分子构象和动力学,酸碱平衡,手性和对映异构,蛋白质结构和大分子生物装配。
的活动
“星星”活动作为塑料模型套件的虚拟替代品,用户可以构建任何分子或从数据库中加载它,并在三维空间中操纵它,辅以几个超出传统塑料模型所能做的控制。用户可以很容易地检查复杂的3D结构,看到分子如何移动,比较手性中心,测试相互作用,等等。
其他活动允许用户加载不同分子,其代表分子形状,原子轨道或甚至简单分子的分子轨道的主要类型。这些活动支持两个独立行用的AR标记,这使得可以轻松地将3D对象进行比较用户的空间。这对于理解不同分子形状和化学反应性的来源来通过比较分子或轨道对来说是重要的。
一套特殊的活动允许学生体验动态均衡,氢键和酸度/碱度,分子在相互作用时交换氢原子。该服务器还具有专用于生物大分子和组件的两个特殊的活动模块,从结构中可以以原子细节检查,以了解蛋白质结构和蛋白质-DNA相互作用,以实验确定的整个病毒结构的3D表示。
到达用户
作为SNSF的Spark授权的一部分开发的网站现在可以自由地提供,无需注册https://molecularweb.epfl.ch用英语,法语,德国意大利语,西班牙语和葡萄牙语。“我们现在希望听到瑞士学生和教师的经验,使用该网站,特别是与教师合作,以可能为其课程量身定制的新活动,甚至让他们创造自己的AR活动,”Abriata(Abriata)添加“[...]使用的障碍是最小的:只是访问网页,打印标记并将其显示到网络摄像头。因此,我们认为该网站可以深入渗透到学校和现代学习中,特别适合在线教学。“
自该网站的早期版本在EPFL的Portes Ouvertes活动和2019年举行的其他外展活动中被引入以来,该网站已被访问超过1万次,显示出学生的高参与度,培养了对化学的兴趣,有趣的是,还促进了对网络编程的兴趣。”在中学当我们显示这个州的德Porrentruy一些学生,意识到这是编码为网页,让我们看到的代码,你能做的——因为他们知道,在web浏览器本身,让你尝试这里的代码,因此学习编程,“Abriata说。
该工具的开发人员,化学博士和WebXR工程师现在致力于教育工作者听取他们的经历,以衡量工具对化学教育的实际教学效果,并听取他们对新活动的要求。他们邀请化学和生物学的教师和教授在他们的课程中尝试网站,并强调适度的硬件要求很容易允许在学校和家中使用个人使用。