IRYDIUM vLAB

Του Ανδρεάδη Αλέξανδρου

Γενικά

Το εικονικό εργαστήριο(vlab) του προγράμματος IrYdium του πανεπιστημίου Carnegie Mellon (Η.Π.Α,) είναι ένα ευέλικτο εκπαιδευτικό εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διδασκαλία της χημείας από μαθητές της δευτέρας και τρίτης τάξης γυμνασίου, μαθητές λυκείου αλλά και στα εισαγωγικά μαθήματα χημείας στα πανεπιστήμια. Το λογισμικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέσα στη τάξη κατά τη παράδοση θεμάτων χημείας με τη βοήθεια βιντεοπροβολέα, για τη προετοιμασία εργαστηριακών ασκήσεων, ή για πειραματικές εργασίες μαθητών στο σπίτι αν έχουν τα κατάλληλα φύλλα εργασίας.
Ο εκπαιδευτικός που θα χρησιμοποιήσει το λογισμικό έχει στη διάθεση του 39 έτοιμα πειράματα με τις οδηγίες τους, Αν ο εκπαιδευτικός το επιθυμεί μπορεί να συνδεθεί στο Internet και να χρησιμοποιήσει πρόσθετα πειράματα Online.

Η χρήση του εικονικού εργαστηρίου είναι πάρα πολύ εύκολη και οι γνώσεις των αγγλικών τα οποία απαιτούνται δεν είναι μεγάλη. Υπάρχει μεγάλη ευχρηστία στους χειρισμούς, πληθώρα εικονικών αντιδραστηρίων και ο μεγάλος αριθμός από εικονικά όργανα χημείας.

Το εικονικό εργαστήριο δεν έρχεται να αντικαταστήσει το πραγματικό εργαστήριο αλλά να συμπληρώσει την εκπαιδευτική διαδικασία της χημείας και να της δώσει μια επιπλέον διάσταση. Πάντως υπάρχει παιδαγωγική αξιολόγηση της χρήσης του εικονικού εργαστηρίου και μάλιστα μετά από εμπειρία οκτώ χρόνων που πέρασαν από τότε που δημιουργήθηκε η εκπαιδευτική αυτή εφαρμογή, όπου από τις υπάρχουσες μελέτες φαίνεται και η μεγάλη του επιτυχία. Το εικονικό εργαστήριο IrYdium vlab δεν χρησιμοποιήθηκε μόνο στο πανεπιστήμιο Carnegie Mellon αλλά και σε άλλα πανεπιστήμια, κολέγια και σχολεία των ΗΠΑ. Πρόκειται για μια ολοκληρωμένη εφαρμογή η οποία βρίσκεται σε συνεχή ανάπτυξη. Προς το παρόν τα υλικά που χρησιμοποιούνται στα πειράματα είναι υπό τη μορφή υγρών και στερεών. Δεν υπάρχει η δυνατότητα χρήσης υλικών σε αέρια μορφή. Στο γενικό εργαστήριο μπορεί να φαίνεται η ύπαρξη μόνο μιας στερεάς ουσίας αλλά σε κάποια από τα ειδικά εργαστήρια υπάρχει πλήθος από στερεές ουσίες. Επειδή όμως το πρόγραμμα βρίσκεται συνεχώς σε εξέλιξη μην ξαφνιαστείτε αν βρείτε και πείραμα Online όπου οι χρησιμοποιούμενες ουσίες να είναι σε αέρια μορφή.

Το vlab είναι τμήμα του προγράμματος The IrYdium Project όπου εκτός από το εικονικό εργαστήριο μπορείτε να βρείτε συμπληρωματικά applets για τη χημεία αλλά και τη φυσική, ένα πολύ καλό περιοδικό πίνακα και βέβαια πάρα πολλές εκπαιδευτικές σημειώσεις για τη χρήση των ΤΠΕ στη διδασκαλία, φύλλα εργασίας εργαστηριακών ασκήσεων κλπ.

To Vlab είναι μια εφαρμογή που στηρίζεται στη JAVA και για να τρέξει πρέπει να υπάρχει εγκατεστημένη στο υπολογιστή τουλάχιστον η εφαρμογή Java 1.3.1. Αν δεν υπάρχει θα πρέπει να την ενσωματώστε στον υπολογιστή σας από το δικτυακό τόπο της Sun ανατρέχοντας στη διεύθυνση www.sun.com/downloads. Η τελευταία έκδοση του λογισμικού και για την οποία θα αναφερθούμε είναι η έκδοση 1.4.8 που δημιουργήθηκε το Μάρτιο του 2004. Για την έναρξη χρήσης του λογισμικού χρειάζεται να κάνετε κλικ στο αρχείο: vlab.jar

1. Η επιφάνεια εργασίας του vLab

2. Μενού

Μενού File

Το μενού File περιέχει τις εξής εντολές:

Load homework: επιλογή εργαστηριακής άσκησης

Retrieve όνομα αντιδραστηρίου: τοποθετεί εκ νέου το τελευταίο επιλεγμένο αντιδραστήριο από τον εργαστηριακό πάγκο.

New Workbench: δημιουργεί νέο εργαστηριακό πάγκο

Rename Workbench: Οι εργαστηριακοί πάγκοι έχουν αρίθμηση αλλά αν το επιθυμείτε μπορείτε να αλλάξετε τον αριθμό με κάποια ονομασία

Delete Workbench: Σβήνει τον τρέχοντα εργαστηριακό πάγκο.

Μενού Edit

Οι εντολές Cut (κοπή), Copy (αντιγραφή), Paste (επικόλληση) και Delete (σβήσιμο) κάνουν το ίδιο όπως και στο Οffice για κάθε επιλεγμένο αντικείμενο. Η εντολή Dublicate (διπλασιασμός) επαναλαμβάνει το επιλεγμένο αντικείμενο. Η εντολή Rename (μετονομασία) σας επιτρέπει να δώστε την ονομασία που επιθυμείτε στο χημικό αντιδραστήριο.

Για να τοποθετηθούν δείκτες στα αντιδραστήρια πρέπει να χρησιμοποιείστε τη γλώσσα HTML. Αν θέλετε για παράδειγμα να γράψετε τη χημική ένωση Να₂CO₃ τότε γράφετε Να₂CO₃.

Η εντολή Thermal Properties (Θερμικές ιδιότητες) είναι σημαντική. Κάνοντας κλικ εφόσον έχετε επιλέξει μια χημική ουσία τότε εμφανίζεται το διπλανό παράθυρο διαλόγου στο οποίο υπάρχει το όνομα της χημικής ουσίας και εσείς γράφετε τη θερμοκρασία που θέλετε. Αν πρόκειται για θερμοκρασία διαφορετική από τη θερμοκρασία του εργαστηρίου, 25oC, τότε θα πρέπει να κάνετε κλικ στην επιλογή insulated from surroundings (απομονωμένο από το περιβάλλον) γιατί αλλιώς σε λίγο χρόνο θα αποκτήσει τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος για να αποκατασταθεί η θερμική ισορροπία. Η θερμοκρασία ενός υλικού ποτέ δεν είναι μεγαλύτερη από 100οC.
Η εντολή Undo (αναίρεση) ματαιώνει την τελευταία ενέργεια ενώ η Redo (επαναφορά) την επαναφέρει.

Μενού View

Η εντολή αυτή δίνει τρεις επιλογές για το φόντο της επιφάνειας εργασίας και μπορεί κάθε πάγκος εργαστηρίου (Workbench) να έχει το δικό του φόντο.

Μενού Help

H βοήθεια είναι σε γλώσσα Html και δίνει εξηγήσεις της λειτουργίας του vlab.

Μενού Tools

Αυτό είναι το σημαντικότερο μενού μια και μας δίνει επιλογές για τα όργανα που θα χρησιμοποιήσετε στα εικονικά πειράματα. Με την εvτολή Glassware (γυάλινα όργανα) έχετε μια πληθώρα επιλογών. Οι συνολικές επιλογές γυάλινων οργάνων είναι στη παρακάτω εικόνα.

Μενού instruments (συσκευές)

Οι συσκευές που διατίθεται είναι λύχνος Bunsen, σκάφη μέτρησης βάρους (Weighing Boat) ουσίας και ζυγαριά (Scale)

Μενού Viewers (Οθόνες μετρητών)

Οι μετρήσεις που μπορούν να γίνουν είναι: 1) Molarity διαλύματος, 2) Συγκέντρωση ιόντων διαλύματος, 3) Θερμοκρασίας και 4) PH.

Μπορείτε να απενεργοποιήσετε τις μετρήσεις αν κάνετε κλικ στο κουμπί της αντίστοιχης ένδειξης. Αυτό είναι χρήσιμο αρκετές φορές, π.χ. αν θέλετε η μέτρηση του PH να γίνει μόνο από το χρώμα των δεικτών και όχι από το πεχάμετρο.

Μενού transfer bar(μεταφορά ουσιών)

Το μενού αυτό δίνει τη δυνατότητα επιλογής της ανάμιξης ουσιών (μεταφορά ουσιών από ένα όργανο σε άλλο). Υπάρχουν τρεις τρόποι για τους οποίους θα αναφερθούμε στην ενότητα οδηγίες εκτέλεσης πειραμάτων.

3. Αντιδραστήρια γενικού εργαστηρίου

Στο χώρο των αντιδραστηρίων(Irydium Solutions) κάνοντας κλικ στο αντίστοιχο ντουλαπάκι αυτό ανοίγει και έχετε να επιλέξτε το αντιδραστήριο που επιθυμείτε. Αυτό μπορεί να γίνει με κλικ και σύρσιμο ή και με διπλό κλικ πάνω στο όνομα του αντιδραστηρίου. Μόλις τοποθετηθεί το αντιδραστήριο στο πάγκο εργασίας (WorkBeanch1) τότε στο αριστερό μέρος έχετε πληροφορίες που αφορούν:
1) Όνομα αντιδραστηρίου και όγκο, αν είναι διάλυμα, ή της μάζας του σε g αν είναι στερεό σώμα.
2) Είδος ιόντων στο διάλυμα και Molarity η οποία εμφανίζεται επίσης και σε λογαριθμικό ραβδόγραμμα.
3) θερμοκρασία η οποία για το χώρο του εργαστηρίου (θεωρείται ότι είναι 25ο C και
4) ένδειξη PH διαλύματος.

Ο πάγκος εργασίας έχει τον αριθμό 1 γιατί έχετε τη δυνατότητα να έχετε πολλούς πάγκους εργασίας συγχρόνως. Αυτό μπορεί να γίνει αν από τη γραμμή αρχείο επιλέξτε νέο πάγκο εργασίας. Τα αντιδραστήρια μπορούν να πάρουν τη θέση που θέλετε με επιλογή και σύρσιμο πάνω στο πάγκο εργασίας. Η ποσότητα κάθε αντιδραστηρίου είναι 100 ml. Επομένως αν θέλετε περισσότερη ποσότητα πρέπει να πάρετε ξανά το ίδιο αντιδραστήριο από την αποθήκη αντιδραστηρίων.

Στον πίνακα υπάρχουν τα διαθέσιμα αντιδραστήρια
για το γενικό εργαστήριο

Συζυγή οξέα	Συζυγείς βάσεις	Δείκτες	Αποθήκη διαλυμάτων
Νερό		Στερεό
Ισχυρά οξέα	Ισχυρές βάσεις	Ασθενή οξέα	Ασθενείς βάσεις

4. Ειδικά εργαστήρια

Το πρόγραμμα έχει αποθηκευμένα 39 εργαστήρια τα οποία είναι χωρισμένα σε κατηγορίες. Αν επιλέξτε ένα έτοιμο εργαστήριο τότε εμφανίζονται μόνο τα αντιδραστήρια που είναι απαραίτητα για τη συγκεκριμένη εργαστηριακή άσκηση. Οι μόνες αλλαγές που μπορείτε να κάνετε είναι να σχεδιάστε μια διαφορετική εργαστηριακή άσκηση χρησιμοποιώντας τα ίδια αντιδραστήρια με διαφορετική χρήση οργάνων. Κάθε ειδική άσκηση έχει και φύλλο οδηγιών για το συγκεκριμένο πείραμα, Είναι δυνατό να κατεβάσετε και το φύλλο εργασίας της συγκεκριμένης άσκησης, εκτός αν εσείς φτιάξτε ένα δικό σας φύλλο εργασίας. Για να έχετε πρόσβαση στα ειδικά εργαστήρια αρκεί από την εντολή αρχείο (file)να επιλέξτε load Homework (δημιούργησε νέο εργαστήριο). Υπάρχει όμως η δυνατότητα αν είστε οnline με την εντολή Load Homework να βρείτε περισσότερα εργαστήρια. Αυτό συμβαίνει γιατί συνεχώς προστίθενται νέα εργαστήρια τα οποία όμως δεν έχουν ακόμα ενσωματωθεί στο πρόγραμμα της έκδοσης 1.4.8. Προφανώς κάποια απ΄ αυτά θα ενσωματωθούν στην επόμενη έκδοση.

Οι κατηγορίες των εργαστηρίων είναι:

Δείτε παρακάτω “Οδηγίες εκτέλεσης πειραμάτων”