VR-glasögon hjälper studenter visualisera molekyler

Med hjälp av handkontroller kan lärarna Michael Holmboe och Erik Chorell, Kemiska institutionen, sätta ihop komplexa molekylstrukturer medan studenterna kan se hela processen i sina VR-glasögon eller som här på storskärm.

BildMattias Pettersson

–  Studenterna tycker att det är coolt att använda tekniken och vi ser också att de lär sig bättre, säger kemididaktikern Karolina Broman som driver VR-projektet tillsammans med lärarna Erik Chorell, Michael Holmboe och Dan Johnels (numera pensionär) vid Kemiska institutionen samt Eva Mårell-Olsson vid Pedagogiska institutionen.

Organisk kemi kan vara krånglig för nybörjare i kemi. Kemiska reaktioner sker i tre dimensioner, vilket kan vara svårt att visualisera när man läser eller ser tvådimensionella illustrationer i en lärobok. Traditionellt brukar plastkulor med pinnar emellan användas i undervisningen för att bygga modeller av kemiska strukturer.

–  Det går bra när det är små molekyler, men när det handlar om större mer komplexa strukturer blir det krångligt, säger Karolina Broman.

Tid i klassrummet i grupp

Projektet på Kemiska institutionen startade 2016 med att förnya en kurs i organisk kemi som studenterna brukar ha svårt att bli godkända på. Lärarna bestämde sig för att ”flippa” undervisningen. I stället för traditionella föreläsningar följda av hemuppgifter, spelades föreläsningarna in. Studenterna fick se dem i förväg, så att tiden i klassrummet kunde användas till att lösa uppgifter i grupp med läraren som handledare.

Traditionellt används plastkulor med pinnar emellan i kemiundervisning för att bygga modeller av kemiska strukturer. Det fungerar med små molekyler, men det är krångligt och opraktiskt att bygga större, komplexa molekyler.

BildMattias Pettersson

Nästa steg blev virtual reality-glasögonen. I projektet anlitades programmerare för att konstruera virtuella molekylmiljöer.

"Studenterna tycker att det är coolt att använda tekniken och vi ser också att de lär sig bättre."

– Det vi gjorde i början var inte så avancerat, säger Karolina Broman. 3D-modellerna var ganska enkla och vi köpte in VR-glasögon för 50–100 kronor styck som studenterna satte in sina mobiler i. Det gjorde att vi kunde studera molekylstrukturer och reaktionsmekanismer och studenterna roterade molekylerna med hjälp av huvudrörelser.

Enkelheten hade den fördelen att när pandemin slog till kunde lärare och studenter fortsätta titta på molekyler virtuellt, nu via Zoom. Studenterna fick möjlighet att ta med sig VR-glasögon hem.

Häftigare med handkontroller

Projektet har nu tagit ett steg till, med mer avancerade VR-glasögon och en ny programvara, Nanome, som utvecklats av kemister för kemister.

– Det är en mycket häftigare variant där man använder handkontroller och själv kan bygga molekyler och se vad som händer under kemiska reaktioner, berättar Karolina Broman. Även forskare använder den här tekniken, till exempel för att bygga läkemedelsmolekyler och pröva dem i teorin. Finessen med programvaran är att man kan pröva sig fram, vad händer med molekylen om jag lägger till ett väte här? Eller ett klor där? Och var sker beroende på från vilket håll reaktionen startar?

Molekylmodeller i virtual reality eller som modeller i plast hjälper studenterna förstå molekylers uppbyggnad och kemiska reaktioner. Michael Holmboe och Karolina Broman ingår i projektet att utveckla undervisningen i kemi med VR-teknik.

BildMattias Pettersson

Den senaste tekniken kräver att studenterna är på plats på campus och Karolina och de övriga i projektet längtar till dess. Då kan de också pröva att låta studenterna själva experimentera med molekylbyggen i den virtuella miljön.

Relativt nytt i Sverige

Hittills har 150-200 studenter på kandidatprogrammet i Life Science och civilingenjörsprogrammet i bioteknik fått stifta bekantskap med VR-tekniken. Målet är att införliva den i fler kurser och med fler grupper av studenter, till exempel masterstudenter i kemi.

Att använda VR i kemiundervisning är hittills relativt nytt i Sverige. Karolina Broman har varit inbjuden till universiteten i Uppsala, Stockholm och Lund för att berätta om projektet. Nyligen har hon också presenterat det vid en Nordtek-konferens, där lärosäten i Norden och Baltikum ingår.

Ersätter inte praktisk övning i labbet

Att se studenterna få aha-upplevelser och nå ny kunskap är jättekul, liksom samarbetet med kollegorna som alla bidrar med sina olika kompetenser, tycker Karolina Broman. Hennes ambition är att projektet också ska generera forskning om hur VR kan användas i undervisning.

Kan 3D-tekniken i framtiden ersätta en del av det praktiska labbande som kemistudenter gör?

–  Nej, verkligen inte, säger hon med eftertryck. Studenterna behöver de praktiska laborationerna. Däremot är VR ett fantastiskt bra komplement, precis som plastmodellerna är det ännu ett sätt att hjälpa dem med lärandet i kemi.

Projektet har finansierats via Punktummedel för utveckling av utbildning, Lärarhögskolans forskningsmedel samt teknisk-naturvetenskapliga fakultetens utbildningskommitté, totalt nära två miljoner kronor.