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Lecciones de 'Spider-Man': cómo los videojuegos podrían cambiar la educación universitaria en ciencias

Como muchas personas durante las vacaciones, pasé un tiempo, quizás demasiado, jugando uno de los más populares y mejor revisado Videojuegos de 2018: “El hombre Araña."

Mientras pensaba que me tomaría un descanso de la investigación en química, me encontré en la web a través de misiones virtuales de investigación en toda la ciudad de Nueva York. Recogí muestras de hidrocarburos aromáticos policíclicos en Hell's Kitchen, estudió las emisiones de los vehículos en Chinatown y determinó la composición química de la atmósfera. materia particular en Midtown.

"Spider-Man" tiene muchas de estas misiones de investigación ecológicas. Pero lo que encontré más alentador es que el juego también incluye herramientas que potencialmente pueden enseñar conceptos avanzados en química y física. Estas herramientas incluyen el ajuste de la longitud de onda y la amplitud de las ondas de radio, el recableado de circuitos para cumplir con los voltajes objetivo y lo que se examinará aquí, utilizando espectroscopia de absorción para identificar químicos desconocidos.

Lo creas o no, el millones de personas El juego "Spider-Man" ha sido introducido sin saberlo a los principios de la mecánica cuántica. Hay un montón de ciencia velada en este aspecto del videojuego. Quizás lo más importante - como investigador de química y profesor universitario: creo que el juego representa una oportunidad interesante para enseñar ciencias de una manera divertida y atractiva en la educación superior.

Espectroscopia y 'Spider-Man'

Para comprender mejor la técnica científica que simulan los jugadores en "Spider-Man", es útil tener una introducción breve sobre qué es la espectroscopia de absorción.

La interacción de la luz con la materia es el medio más poderoso que tienen los científicos para comprender de qué está hecha la materia. Cuando la materia no interactúa con la luz, quedamos literalmente en la oscuridad. Este problema se hace evidente en la composición aún desconocida de la materia oscura Eso constituye la gran mayoría de la materia en el universo.

Usar la luz para estudiar materia ordinaria como átomos y moléculas es un amplio campo de la ciencia conocido como espectroscopia. Es una parte importante de los cursos universitarios de química y física. Actualmente hay muchos tipos diferentes de espectroscopia. Sin embargo, los conceptos subyacentes son casi completamente los mismos que la versión original que comenzó en el siglo 17 cuando Isaac Newton dispersó por primera vez la luz solar con un prisma.

Como se ilustra en el álbum "Dark Side of the Moon" de Pink Floyd cubrirLa dispersión de la luz blanca del sol con un prisma revela su espectro de color continuo que se extiende desde el violeta (energía más alta, longitud de onda más corta) al rojo (energía más baja, longitud de onda más larga). Sin embargo, si esto se hace con cuidado, encontrará que este espectro continuo está modelado con bandas oscuras intermitentes.

Si bien el origen de estas bandas oscuras no se entendió completamente hasta el siglo 20, los científicos ahora saben que se deben a la absorción de longitudes de onda específicas de la luz por los átomos y las moléculas presentes en el sol. De hecho, este tipo de espectroscopía llevó al descubrimiento del helio en el espectro solar antes de que fuera identificado en la Tierra. Por eso deriva su nombre del griego "helios" que significa sol.

Entonces, ¿qué causa este fenómeno? Los átomos y las moléculas tienen un conjunto de niveles de energía que dependen de cómo se ordenan sus electrones. La absorción de la luz, que recuerda que es energía, puede hacer que los electrones se reorganicen en estos diferentes niveles. El problema es que la energía (o longitud de onda) de la luz debe coincidir exactamente con la diferencia de energía entre dos disposiciones de electrones en un átomo o molécula para que se produzca la absorción. Este conjunto de energías es único para cada producto químico y conduce a un espectro de absorción distinto al igual que una huella digital desde la cual se puede identificar.

En "Spider-Man", el jugador identifica sustancias desconocidas utilizando versiones simplificadas de estos espectros.

Espectro de Molécula Desconocida de la Misión de Investigación.

El objetivo es hacer coincidir el patrón en el espectro utilizando el inventario de fragmentos proporcionado para obtener el espectro de absorción de la sustancia desconocida. Desafortunadamente para los químicos de todo el mundo, determinar la estructura química de una molécula desconocida es mucho más complicado.

Aún así, hay una cantidad significativa de ciencia transmitida en la versión de videojuego de lo que un espectroscopista llamaría asignar este espectro. Solo pequeñas modificaciones y una explicación adicional podrían hacer que estas partes del juego sean una excelente manera de enseñar estos conceptos a estudiantes de pregrado de ciencias. Pero, ¿se usan los videojuegos en la educación superior?

Videojuegos en la educación superior.

Videojuegos para la enseñanza. Habilidades más elementales como la aritmética o la ortografía son comunes. Del mismo modo, colegios y universidades son Infundiendo cada vez más los videojuegos. en sus cursos

En una publicación reciente en la revista Nature Chemistry, los investigadores presentaron una versión modificada del videojuego "Minecraft" llamado "PolyCraft World. ”En este juego, el jugador aprende la química de los polímeros elaborando materiales en el juego. Los resultados preliminares mostraron que los estudiantes aprendí química real a través del juego a pesar de que no lo estaban haciendo por calificaciones o recibiendo instrucción regular en el aula.

En el juego popular "Kerbal Space Program", El jugador construye su propio programa espacial lanzando cohetes en órbita con éxito. El juego no fue pensado originalmente para fines educativos, pero implementa una mecánica orbital rigurosa en sus cálculos físicos. Es tan preciso que la NASA. se unió a los desarrolladores del juego para crear nuevas misiones, y ahora tiene una juego independiente listo para enseñar Eso podría ser utilizado directamente en cursos de física universitaria.

Se ha tomado un enfoque único con el juego basado en la bioquímica "FoldIt. ”Este juego sirve tanto como educativo como para plataforma de ciencia ciudadana. En el juego, los jugadores manipulan las estructuras de proteínas reales para buscar las "mejores" o estructuras de energía más bajas. Los resultados publicados en la revista Nature mostraron que la métodos de búsqueda del jugador se puede combinar con éxito con algoritmos basados ​​en computadora para resolver problemas científicos reales.

El uso de videojuegos en la educación superior es una posibilidad real e incluso podría tener un futuro prometedor en la educación superior dadas las ventajas de ofrecer contenido educativo a través de un formato de videojuego. Estas ventajas incluyen cosas como el acceso remoto, el progreso personalizado de los estudiantes y la retroalimentación inmediata. Sin embargo, crear un videojuego atractivo desde cero es desafiante, costoso y requiere mucho tiempo. Como indicado por los creadores de "PolyCraft World", encontrar juegos existentes para modificar con fines educativos, como las misiones de investigación en "Spider-Man", podría ser el mejor camino a seguir.La conversación

Autor: Aaron W. Harrison, Becario de docencia e investigación, Chapman University

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

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