Articolo di Massimiliano Federici
ChemGenius è un progetto nato dall’esigenza di modernizzare l’approccio della chimica online e mettere a disposizione di tutti molte risorse e strumenti interattivi. Il progetto ha lo scopo di diventare un solido punto di riferimento principalmente per gli studenti di chimica con ampie possibilità di utilizzo ed evoluzione. Offre risorse selezionate come articoli, riassunti e mappe concettuali, insieme a strumenti e calcolatori per varie casistiche e simulazioni virtuali pensati per rendere la chimica accessibile, coinvolgente e al passo con i tempi.
Introduzione
Nell'attuale panorama digitale dedicato alla chimica in Italia, emerge con chiarezza l'esigenza di avere risorse complete, accessibili e innovative raccolte in un unico spazio. Nonostante l'abbondanza di strumenti disponibili online, come siti web e piattaforme, manca spesso un punto di riferimento unificato che metta insieme facilità d'uso, versatilità e aggiornamento costante.
Per questo motivo ho pensato di realizzare una piattaforma completa, che ho chiamato ChemGenius per dare una risposta concreta a questa necessità (1). Si tratta di una piattaforma "All in One" che integra strumenti digitali moderni per lo studio e l'applicazione pratica della chimica, facilmente fruibile da qualsiasi dispositivo. https://chemgenius.pythonanywhere.com/
Attualmente il sito è già operativo e comprende queste sezioni:
- Risorse didattiche come articoli, riassunti, schemi e quiz, utili per approfondire e consolidare le conoscenze o anche per divulgare in modo accessibile concetti complicati a un pubblico più generale;
- Strumenti e calcolatori tra cui un bilanciatore di reazioni, una tavola periodica interattiva e molto altro, pensati per supportare e velocizzare la risoluzione di problemi pratici;
- Laboratori virtuali che permettono di sperimentare concetti e processi chimici attraverso simulazioni intuitive, a supporto dello sviluppo delle competenze, della curiosità e della didattica in senso stretto.
La piattaforma è progettata per evolversi continuamente, con l’integrazione di nuove sezioni e funzionalità sempre più mirate e specializzate. ChemGenius si propone come un approccio innovativo alla chimica online che superi la frammentazione tipica delle risorse tradizionali mettendo a disposizione in un unico hub tutto il necessario (Figura 1).
Figura 1. Homepage del sito web ChemGenius
Sezione “Risorse”
Questa sezione (2) rappresenta il cuore didattico della piattaforma. Qui possono essere raccolti articoli, approfondimenti, riassunti e altro materiale su ogni ambito della chimica: generale, organica, analitica, chimico-fisica etc. L’obiettivo è fornire contenuti validi e accessibili sia per studenti, sia per curiosi o appassionati.
Un elemento distintivo di questa sezione è il coinvolgimento diretto della community. Gli articoli possono infatti essere proposti da chiunque abbia fatto richiesta per entrare a far parte dello “Staff scrittori”: un’opportunità concreta per chi ha sempre desiderato mettersi alla prova con la scrittura scientifica. Ogni contributo, prima della pubblicazione, è soggetto a un processo di revisione e validazione, così da garantire coerenza e bontà del materiale. Si veda Figura 2 a titolo di esempio di risorsa presente sulla piattaforma.
Figura 2. Esempio di articolo pubblicato sulla piattaforma
Un aspetto innovativo di questa sezione riguarda l’utilizzo dell’intelligenza artificiale, che offre agli utenti la possibilità di ottenere approfondimenti, chiarimenti, quiz e riassunti dell’articolo in lettura.
L’AI di ChemGenius (Figura 3) si basa su un modello di linguaggio di grandi dimensioni (LLM) da 70 miliardi di parametri, accessibile tramite API di inferenza su Hugging Face. Il sistema prende in input sia la conversazione con l’utente, sia l’intero testo dell’articolo, e combinando la propria base di conoscenza con le informazioni ottenute formula risposte pertinenti.
Il risultato ottenuto è decisamente valido e permette di apprezzare alcune potenzialità di sviluppo di questa tecnologia. Di seguito viene proposto un breve video di esempio, basato su un articolo di test presente sul sito: https://www.youtube.com/watch?v=u9YmOAVx5es
Figura 3. Esempio di interazione con ChemGeniusAI
Sezione “Strumenti e calcolatori”
Questa sezione (3) raccoglie alcuni strumenti e calcolatori utili a semplificare e velocizzare alcune attività ricorrenti in ambito chimico, si va da semplici calcolatori di massa molecolare all’integrazione di grandi e potenti strumenti open source come “Ketcher” un editor per disegnare composti, molecole e reazioni direttamente sul browser e da qualsiasi dispositivo.
Figura 4. Editor molecolare online
La parte senza dubbio più interessante, attualmente in fase di sviluppo, riguarda la possibilità di collegare tra loro gli strumenti. Immagina di effettuare una ricerca di un composto sul database di PubChem tramite lo strumento “Ricerca molecole e composti” e di volerlo subito utilizzare o modificare nell’editor molecolare; presto basterà semplicemente cliccare su esporta molecola nell’editor per iniziare subito a lavorarci senza alcuna interruzione.
Un’altra importante novità, anch’essa in via sperimentale, riguarda la diretta interazione tra ChemGeniusAI e gli strumenti del sito. Sarà possibile, ad esempio, chiedere all’intelligenza artificiale di calcolare la massa molare di un composto: l’AI non tenterà di “indovinare” il risultato, ma si interfaccerà direttamente con lo strumento preposto, garantendo così un output più accurato e molto più rapido.
In questo modo, l’intelligenza artificiale non sostituisce lo strumento: lo coordina e ne ottimizza l’uso, agendo come un assistente realmente efficace.
Sezione “Laboratorio virtuale”
Questa sezione (4) è nata per esplorare la chimica laboratoriale in modo semplice e divertente, e in modo interattivo. Al suo interno sono presenti alcuni tipi di simulazioni che possono essere utilizzate a scopo didattico per rendere più chiari e meno teorici concetti astratti come ad esempio quello della solubilità o delle celle elettrochimiche.
Questo tipo di simulazioni prende ispirazione dal sito phet.colorado.edu (5) da anni ormai utilizzatissimo a livello scolastico e molto efficace nell’apprendimento di fisica, chimica e matematica nelle scuole. Gli insegnanti di science in generale sono alla ricerca di questo tipo di strumenti digitali sia per introdurre nuovi concetti che per invogliare gli studenti ad avere un atteggiamento più attivo e positivo nei confronti della scienza (6). In letteratura, infatti, ci sono molti esempi di studi in cui l’uso delle tecnologie digitali ha effetti positivi sull’apprendimento di alcuni concetti importanti nella chimica (7-9).
Il tentativo fatto in questa sezione è quello di colmare alcune lacune riguardanti la chimica e possibilmente anche quello di poter venire incontro più facilmente e in modo economicamente più agevolato alle esigenze degli insegnanti. Al momento il sito presenta due laboratori virtuali, uno sull’esperimento del saggio alla fiamma (Becco Bunsen) e uno sui concetti di solubilità e di concentrazione di una soluzione (Solubilità) (Figura 5). A questo link è disponibile un semplice tutorial di utilizzo di una simulazione: https://www.youtube.com/watch?v=EUQQHJ67iXI
Figura 5. Laboratorio virtuale sul concetto di solubilità.
Ringraziamenti
Un sentito ringraziamento alla prof.ssa Valentina Domenici per aver accolto con entusiasmo questo progetto offrendo interessanti consigli per il suo arricchimento e miglioramento. In particolare, si deve a lei l’idea di integrare una sezione dedicata alle simulazioni virtuali.
Riferimenti
(1) ChemGenius - il sito web per la chimica. Disponibile su: https://chemgenius.pythonanywhere.com/
(2) ChemGenius – risorse per la chimica. Disponibile su: https://chemgenius.pythonanywhere.com/risorse/
(3) ChemGenius - strumenti e calcolatori. Disponibile su: https://chemgenius.pythonanywhere.com/strumenti/
(4) Chemgenius - laboratorio virtuale. Disponibile su: https://chemgenius.pythonanywhere.com/laboratorio-virtuale/
(5) PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder. Disponibile su: https://phet.colorado.edu/
(6) Autori vari, Immagini e strumenti digitali nella didattica delle scienze, (V. Domenici, S. Giudici, curatori), Pisa University Press, 2023
(7) I. Bellou, N. M. Papachristos, T. A. Mikropoulos, Digital Learning Technologies in Chemistry Education: A Review, In Digital Technologies: Sustainable Innovations for Improving Teaching and Learning, Springer International Publishing AG 2018. https://doi.org/10.1007/978-3-319-73417-0.
(8) F. M. Ippoliti, J. V. Chari, N. K. Garg, Advancing global chemical education through interactive teaching tools, Chem. Sci., 2022, 13, 5790-5796. DOI: 10.1039/D2SC01881K
(9) D. Belli, G. Lischi, G.Pardini, P. Milazzo, V. Domenici, A Free Interactive Digital Tool to Introduce Particle Model of Matter and Thermal Particle Motion at Middle School Level. .J. Chem. Educ. 2024, 101, 2, 647–652. DOI: 10.1021/acs.jchemed.3c00986.
