3D Printed Potential and Free Energy Surfaces for Teaching Fundamental Concepts in Physical Chemistry

Kaliakin, Danil S.; Zaari, Ryan R.; Varganov, Sergey A.

doi:10.1021/acs.jchemed.5b00409

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“…No ensino de ciências, os modelos 3D impressos são considerados materiais didáticos5 que podem facilitar a visualização de representações de processos submicroscópicos (não observáveis) e possibilitar a compreensão de fenômenos que exigem altos níveis de abstração (Jager, 2016). Dentre as possíveis contribuições do uso dos modelos 3D impressos no contexto do ensino, destacam-se: a construção de modelos 3D para o ensino do conceito de simetria de estruturas moleculares (Scalfani & Vaid, 2014); ensino do conteúdo de geometria molecular, conformação e estereoquímica (Carrol & Blauch, 2017); construção de representações dos orbitais de hidrogênio (Griffith et al, 2016) e para a compreensão dos conceitos de energia livre e potencial (Kaliakin et al, 2015). Esses estudos apontam a relevância do uso de modelos 3D impressos como ferramenta para a aprendizagem destes conceitos pelos estudantes.…”

Section: Modelos 3d Impressos E Implicações No Ensinounclassified

“…Muitos trabalhos apontam sobre as etapas envolvidas no processo de modelagem científica, entretanto, não há um consenso das principais etapas da modelagem tridimensional no ensino de ciências. Apesar da existência de relatos na literatura sobre os procedimentos para impressão tridimensional das representações por meio do uso de softwares específicos (Scalfani & Vaid, 2014;Brown, 2015;Kaliakin et al, 2015), não há apontamentos a respeito da similaridade entre as etapas de construção de modelos 3D com o processo de modelagem científica.…”

Section: Modelagem Tridimensional Na Ciência: Uma Aproximação Com a Munclassified

“…No entanto, a construção e o uso de modelos 3D impressos para o ensino e a aprendizagem de Ciências ainda é um tema pouco discutido em pesquisas brasileiras. Por outro lado, no contexto internacional a impressora 3D têm sido uma ferramenta amplamente utilizada em diferentes áreas, como a medicina, a odontologia, a topografia, e o ensino de ciências em particular (Scalfani & Vaid, 2014;Kaliakin, Zaari & Varganov, 2015;Meyer, 2015;Smiar & Mendez, 2016;Cataldo, Griffith, & Fogarty, 2018;Calcabrini & Onna, 2019;Kondinski & Parac-Vogt, 2019). Estes autores reportam benefícios do uso da impressão tridimensional como uma estratégia inovadora e eficaz para o ensino e a aprendizagem de diversos conceitos científicos.…”

Section: Introductionunclassified

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Modelagem Tridimensional: Reflexões De Futuros Professores De Química Para O Ensino E Aprendizagem Da Interação Enzima-Substrato

Almeida

Bossolani-Kiill

2019

IENCI

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ResumoNo Ensino de Ciências, a participação de estudantes em atividades de modelagem tridimensional tem sido um tema ainda pouco explorado em termos de pesquisa. Neste contexto, a presente investigação teve como objetivo apresentar e discutir as reflexões de futuros professores de química sobre o processo de modelagem tridimensional como estratégia de ensino e aprendizagem da interação enzima-substrato. Para isso, quinze estudantes de uma turma do 7º período do curso de Licenciatura em Química realizaram uma sequência de etapas da modelagem científica propostas na literatura e adaptadas para a modelagem tridimensional. As informações foram geradas por meio de desenhos, entrevistas, relatos pessoais e diário de pesquisa, seguido da transcrição e análise temática. Os resultados apontam que a participação dos estudantes nas atividades de modelagem tridimensional possibilitou: (i) indícios de aprendizagem significativa da interação enzimasubstrato; e (ii) contribuições para a formação docente. Isso no sentido de possibilitar a reflexão sobre as implicações do uso de modelos 3D impressos em suas futuras práticas de ensino. Os apontamentos deste estudo sugerem que o processo de modelagem tridimensional apresentado pode orientar professores e pesquisadores em atividades práticas de construção de conhecimento em sala de aula, sobretudo, podem contribuir para as discussões a respeito da participação de estudantes em atividades de modelagem tridimensional.Palavras-Chave: ensino de química; impressão tridimensional; estratégias de aprendizagem. AbstractThe students' participation in tree-dimensional modeling activities in Science Education has been a topic not yet explored in researches. In this context, the research aimed to present and discuss the reflections of future chemistry teachers' about the three-dimensional modeling process as a strategy for teaching and learning the enzyme-substrate interaction. For this, fifteen students of the 7º period of graduating in Chemistry carried out a sequence of scientific modeling steps proposed in the literature and adapted for tree-dimensional modeling. The information was generated through of drawings, interviews, personal reports and research diary, followed by transcription and thematic analysis. The results show that students' participation in tree-dimensional modeling activities made it possible to: (i) evidence a significant learning on the enzyme-substrate interaction; and (ii) contributions to teacher training. This study was done in order to enable reflection on the implications of the use of 3D printed models design in their future teaching practices. The study notes suggest that the tree-dimensional modeling process presented can guide teachers and researchers in practical activities to build knowledge in the classroom, above all, they can contribute to the discussions about the students participation in modeling activities.

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Section: Modelos 3d Impressos E Implicações No Ensinounclassified

Section: Modelagem Tridimensional Na Ciência: Uma Aproximação Com a Munclassified

Section: Introductionunclassified

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Modelagem Tridimensional: Reflexões De Futuros Professores De Química Para O Ensino E Aprendizagem Da Interação Enzima-Substrato

Almeida

Bossolani-Kiill

2019

IENCI

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“…For example, as of 2016, the AM industry was valued at $7.3 billion with an average growth rate over the past 29 years of 26.6% . AM resources for educators include the NIH 3D Print Exchange, Thingiverse Education, and models and lesson plans described in the literature . Of the over 2000 publications about polymer AM in the past 25 years, 60% have been published since 2016.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Harnessing irreversible thermal strain for shape memory in polymer additive manufacturing

D’Amico

Barrett

Presing

et al. 2019

J of Applied Polymer Sci

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Shape transformation upon annealing of fused filament fabrication additively manufacturing structures is investigated as a oneway shape memory strategy using commodity thermoplastics. Irreversible thermal strain, which is a measurement of shape transformation upon annealing, is shown to depend on both raster angle and layer thickness, both of which are parameters than can be easily adjusted on most FFF printers. We present an algorithm based on our understanding of the underlying micromechanics of the system that allows for input of desired final dimensions and output the necessary print parameters. We also demonstrate that this approach is extensible to other materials and report more complex shape memory geometries.In this study, we demonstrate that ITε is not only dependent on both raster angle and layer thickness, but its magnitude and direction may be predicted based on those parameters. An algorithm is developed Additional Supporting Information may be found in the online version of this article.

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“…In addition, the devices are inexpensive to create and can be used for a variety of chemistry teaching applications. 31, 32 …”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Microchip-based electrochemical detection using a 3-D printed wall-jet electrode device

Munshi

Martin

2016

Analyst

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Three dimensional (3-D) printing technology has evolved dramatically in the last few years, offering the capability of printing objects with a variety of materials. Printing microfluidic devices using this technology offers various advantages such as ease and uniformity of fabrication, file sharing between laboratories, and increased device-to-device reproducibility. One unique aspects of this technology, when used with electrochemical detection, is the ability to produce a microfluidic device as one unit while also allowing the reuse of the device and electrode for multiple analyses. Here we present an alternate electrode configuration for microfluidic devices, a wall-jet electrode (WJE) approach, created by 3-D printing. Using microchip-based flow injection analysis, we compared the WJE design with the conventionally used thin-layer electrode (TLE) design. It was found that the optimized WJE system enhances analytical performance (as compared to the TLE design), with improvements in sensitivity and the limit of detection. Experiments were conducted using two working electrodes – 500 μm platinum and 1 mm glassy carbon. Using the 500 μm platinum electrode the calibration sensitivity was 16 times higher for the WJE device (as compared to the TLE design). In addition, use of the 1 mm glassy carbon electrode led to limit of detection of 500 nM for catechol, as compared to 6 μM for the TLE device. Finally, to demonstrate the versatility and applicability of the 3-D printed WJE approach, the device was used as an inexpensive electrochemical detector for HPLC. The number of theoretical plates was comparable to the use of commercially available UV and MS detectors, with the WJE device being inexpensive to utilize. These results show that 3D-printing can be a powerful tool to fabricate reusable and integrated microfluidic detectors in configurations that are not easily achieved with more traditional lithographic methods.

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3D Printed Potential and Free Energy Surfaces for Teaching Fundamental Concepts in Physical Chemistry

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Modelagem Tridimensional: Reflexões De Futuros Professores De Química Para O Ensino E Aprendizagem Da Interação Enzima-Substrato

Modelagem Tridimensional: Reflexões De Futuros Professores De Química Para O Ensino E Aprendizagem Da Interação Enzima-Substrato

Harnessing irreversible thermal strain for shape memory in polymer additive manufacturing

Microchip-based electrochemical detection using a 3-D printed wall-jet electrode device

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