Wie viele Leute über die Feiertage habe ich einige Zeit - vielleicht zu viel - damit verbracht, eine der beliebtesten und beliebtesten zu spielen am besten bewertet Videospiele von 2018: “Spider Man"

Während ich dachte, ich würde eine Pause von der Chemieforschung einlegen, fand ich mich in virtuellen Forschungsmissionen in ganz New York City wieder. Ich habe Proben von ... gesammelt polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe In Hell's Kitchen wurden die Fahrzeugemissionen in Chinatown untersucht und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmt Feinstaub in Midtown.

"Spider-Man" hat viele dieser umweltfreundlichen Forschungsmissionen. Am ermutigendsten fand ich jedoch, dass das Spiel auch Tools enthält, mit denen fortgeschrittene Konzepte in Chemie und Physik vermittelt werden können. Zu diesen Werkzeugen gehören die Einstellung der Wellenlänge und Amplitude von Funkwellen, die Umverdrahtung von Schaltkreisen, um die Zielspannungen zu erreichen, und was hier untersucht wird, um unbekannte Chemikalien mithilfe der Absorptionsspektroskopie zu identifizieren.

Glauben Sie es oder nicht Millionen Leute Das Spielen von „Spider-Man“ wurde unabsichtlich in die Prinzipien der Quantenmechanik eingeführt. Zu diesem Aspekt des Videospiels gibt es viel verschleierte Wissenschaft. Vielleicht noch wichtiger - als Chemieforscher und Universitätsdozent - Ich glaube, das Spiel bietet eine interessante Gelegenheit, Wissenschaft auf unterhaltsame und engagierte Weise im Hochschulbereich zu unterrichten.

Spektroskopie und Spider-Man

Um die wissenschaftliche Technik, die die Spieler in „Spider-Man“ simulieren, besser zu verstehen, ist es hilfreich, eine kurze Einführung in die Absorptionsspektroskopie zu haben.

Die Wechselwirkung von Licht mit Materie ist das mächtigste Mittel, mit dem Wissenschaftler verstehen müssen, woraus Materie besteht. Wenn Materie nicht mit Licht interagiert, bleiben wir buchstäblich im Dunkeln. Dieses Problem wird in der noch unbekannten Zusammensetzung von Dunkle Materie das macht die große Mehrheit der Materie im Universum aus.

Die Verwendung von Licht zur Untersuchung gewöhnlicher Materie wie Atome und Moleküle ist ein weithin bekanntes Gebiet der Wissenschaft Spektroskopie. Es ist ein wichtiger Bestandteil von Universitätslehrgängen in Chemie und Physik. Derzeit gibt es viele verschiedene Arten der Spektroskopie. Die zugrunde liegenden Konzepte sind jedoch fast die gleichen wie die ursprüngliche Version, die im 17-Jahrhundert begann, als Isaac Newton das Sonnenlicht mit einem Prisma zerstreute.

Wie berühmt auf Pink Floyds Album „Dark Side of the Moon“ AbdeckungWenn das weiße Licht der Sonne mit einem Prisma gestreut wird, zeigt sich sein kontinuierliches Farbspektrum von violett (höhere Energie, kürzere Wellenlänge) bis rot (niedrigere Energie, längere Wellenlänge). Wenn dies jedoch sorgfältig durchgeführt wird, werden Sie feststellen, dass dieses kontinuierliche Spektrum mit einem Muster versehen ist intermittierende dunkle Bänder.

Während der Ursprung dieser dunklen Bänder bis zum 20.Jahrhundert nicht vollständig verstanden wurde, wissen Wissenschaftler jetzt, dass sie auf die Absorption bestimmter Wellenlängen des Lichts durch in der Sonne vorhandene Atome und Moleküle zurückzuführen sind. Tatsächlich führte diese Art der Spektroskopie zur Entdeckung von Helium im Sonnenspektrum, bevor es auf der Erde identifiziert wurde. Deshalb leitet es seinen Namen vom griechischen „Helios“ ab, das Sonne bedeutet.

Was verursacht dieses Phänomen? Atome und Moleküle haben eine Reihe von Energieniveaus, die davon abhängen, wie ihre Elektronen angeordnet sind. Die Absorption von Licht - die sich an Energie erinnert - kann dazu führen, dass sich die Elektronen in diese verschiedenen Ebenen umlagern. Der Haken ist, dass die Energie - oder Wellenlänge - des Lichts genau mit der Energiedifferenz zwischen zwei Elektronenanordnungen in einem Atom oder Molekül übereinstimmen muss, damit Absorption auftritt. Dieser Satz von Energien ist für jede Chemikalie einzigartig und führt zu einem bestimmten Absorptionsspektrum, ähnlich einem Fingerabdruck, anhand dessen er identifiziert werden kann.

In „Spider-Man“ identifiziert der Spieler unbekannte Substanzen anhand vereinfachter Versionen dieser Spektren.

Ziel ist es, das Muster im Spektrum unter Verwendung des Fragment-Inventars abzugleichen, um das Absorptionsspektrum der unbekannten Substanz zu erhalten. Für Chemiker ist die Bestimmung der chemischen Struktur eines unbekannten Moleküls leider viel komplizierter.

Trotzdem wird in der Videospiel-Version eine beträchtliche Menge an Wissen vermittelt, was ein Spektroskopiker als Zuweisung dieses Spektrums bezeichnen würde. Nur geringfügige Modifikationen und zusätzliche Erklärungen können diese Teile des Spiels zu einer hervorragenden Methode machen, um diese Konzepte für Studenten im Grundstudium zu vermitteln. Aber werden Videospiele jemals in der Hochschulbildung eingesetzt?

Videospiele in der Hochschulbildung

Videospiele für den Unterricht Grundfertigkeiten wie Rechnen oder Rechtschreibung sind üblich. In ähnlicher Weise sind Hochschulen und Universitäten Videospiele werden zunehmend infundiert in ihre Kursarbeit.

In einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Chemistry präsentierten die Forscher eine modifizierte Version des Videospiels „Minecraft“ mit dem Titel „PolyCraft-Welt. ”In diesem Spiel lernt der Spieler die Polymerchemie, indem er Materialien im Spiel herstellt. Vorläufige Ergebnisse zeigten, dass Studenten lernte echte Chemie durch das Spiel, obwohl sie es nicht für die Noten machten oder regelmäßige Unterrichtsstunden bekamen.

Im beliebten Spiel “Kerbal Space Program„Der Spieler baut sein eigenes Raumfahrtprogramm, indem er erfolgreich Raketen in die Umlaufbahn schießt. Das Spiel war ursprünglich nicht für Unterrichtszwecke gedacht, sondern implementiert strenge Orbitalmechaniken in seine physikalischen Berechnungen. Es ist so genau, dass die NASA schloss sich den Entwicklern des Spiels an neue Missionen zu erstellen, und es hat jetzt eine lehrfertiges Standalone-Spiel das könnte direkt in universitätsphysikkursen verwendet werden.

Mit dem auf Biochemie basierenden Spiel wurde ein einzigartiger Ansatz verfolgt. “Foldit. ”Dieses Spiel dient sowohl als pädagogisches als auch als Bürgerwissenschaftliche Plattform. Im Spiel manipulieren die Spieler die Strukturen realer Proteine, um nach den „besten“ oder niedrigsten Energiestrukturen zu suchen. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass die Suchmethoden des Spielers kann erfolgreich mit computerbasierten Algorithmen kombiniert werden tatsächliche wissenschaftliche Probleme lösen.

Die Verwendung von Videospielen in der Hochschulbildung ist eine echte Möglichkeit und könnte angesichts der Vorteile der Bereitstellung von Bildungsinhalten über ein Videospielformat sogar eine vielversprechende Zukunft in der Hochschulbildung haben. Zu diesen Vorteilen zählen Dinge wie Fernzugriff, persönlicher Lernfortschritt und sofortiges Feedback. Die Erstellung eines ansprechenden Videospiels von Grund auf ist jedoch schwierig, kostspielig und zeitaufwändig. Wie angegeben Für die Macher von „PolyCraft World“ könnte es der beste Weg sein, bestehende Spiele zu finden, die für Bildungszwecke modifiziert werden können - wie die Forschungsaufgaben in „Spider-Man“.

Autor: Aaron W. Harrison, Lehr- und Forschungsstipendiat, Chapman University

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