УДК 37

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ В ПРЕПОДАВАНИИ И ОБУЧЕНИИ

Золотухин Михаил Сергеевич1, Кубанских Олеся Владимировна2
1Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского, магистрант кафедры ИПМ
2Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского, к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры ИМП

Аннотация
Данная статья посвящена описанию виртуальных лабораторных сред, преимуществам использования виртуальных лабораторий в преподавании и обучении, а также приведены примеры существующих хранилищ виртуальных и удаленных лабораторий.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Золотухин М.С., Кубанских О.В. Виртуальные лаборатории в преподавании и обучении // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 7 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/07/89984 (дата обращения: 03.02.2020).

Мы живем в эпоху, характеризующуюся быстрым развитием технологий. Информатика повсеместно используется в образовательный процесс и предоставляет нам много возможностей для использования. Дополнительной проблемой, с которой сталкиваются преподаватели STEM (Полноценное планомерное обучение, включающее в себя изучение естественных наук совокупно с инженерией, технологией и математикой), является интеграция научного обучения на основе исследований (IBSL) в преподавание. Несмотря на то, что использование ИКТ уже проникло в обучение на основе запросов, нам еще предстоит создать и реализовать планы уроков STEM, которые способствуют развитию методологических навыков и компетенций, исследованию через эксперименты, совместную работу и общение между студентами посредством совместной деятельности.

В последние годы научно-исследовательское образование (IBSE) доказало свою эффективность в обучении, расширяя “традиционные” уроки и мотивируя студентов к активному участию в науке [1]. Методы IBSE и цифровые технологии поддерживают необходимые образовательные инновации и могут быть катализатором изменения образовательных моделей (в отношении его формы, пространства, функций, услуг, инструментов, ролей, процедур) [2]. Виртуальные лаборатории являются важным цифровым инструментом. На самом деле, многие европейские школы оснащены компьютерными классами, планшетами и высокоскоростным доступом в интернет с использованием огромного разнообразия веб-приложений для обучения, моделирования и визуализации. [3]

Виртуальные лабораторные среды можно разделить на следующие категории по принципу работы [4]:

  • моделирование расчетов;
  • сетевые апплеты;
  • виртуальная лаборатория;
  • лаборатории виртуальной реальности (VRL);
  • лаборатории, контролируемые расстоянием (удаленные лаборатории).

Моделирование расчетов

Моделирование — это имитация операционных систем во времени, через компьютеры. Они представляют собой процесс на основе модели, которая дешевле, быстрее, менее рискованна и более доступна, чем реальный процесс. Ярким примеров являются программы для радиолюбителей: моделирование электрических схем, расчет емкости и индуктивности, расчет тока одно и трехфазного короткого замыкания. (рисунок 1).


Рисунок 1. Программы для радиолюбителей

Сетевые апплеты

Апплеты являются экспериментальными устройствами в небольших виртуальных лабораториях и довольно популярны в научной тематике. Они малы в размере и легко транспортированы и их можно использовать независимо от типа операционной системы. В качестве примера можно привести виртуальную лабораторию нового поколения для IT профессионалов – EVE-NG 2018. (рисунок 2).


Рисунок 2. EVE-NG 2018

Виртуальная лаборатория

Виртуальные лаборатории (virtual laboratories) имитируют виртуальную операционную систему, экран компьютера, научные лаборатории, используя потенциал предлагаемых современными медиа-технологиями ключевых особенностей технического взаимодействия и прямого и правдоподобного манипулирования объектами и параметрами.

В виртуальной лаборатории Department of Theoretical and Applied Mechanics размещаются проекты, позволяющие онлайн, в интерактивном режиме, проводить компьютерные эксперименты, исследовать всевозможные системы: математические, механические, физические, биологические и др., а также научиться онлайн программированию и визуализации. (рисунок 3).


Рисунок 3. Department of Theoretical and Applied Mechanics

Лаборатории виртуальной реальности (VRL)

Мастерские VRL основаны на компьютере и очень интерактивны. Пользователь становится участником “практически реального” мира, в искусственной трехмерной оптической среде. Эти курсы по существу являются интерфейсом высокого уровня, включая трехмерное моделирование в реальном времени через различные сенсорные каналы. Например, VRlab — лаборатория виртуальной и дополненной реальности. (рисунок 4).


Рисунок 4. VRlab

Лаборатории, контролируемые расстоянием (удаленные лаборатории)

Семинары, контролируемые удаленно (удаленные лаборатории, иначе известные как онлайн-лаборатории или стенды), включают в себя реальные эксперименты, проводимые на расстоянии с использованием телекоммуникаций, в то время как пользователь использует эту технологию из другого места.

Большая часть программного обеспечения виртуальной лаборатории состоит из вычислительных приложений, работающих на локальном компьютере пользователя, по соображениям скорости и безопасности. Ими можно управлять дистанционно. Примером являются те, которые основаны на апплетах или роботизированных мастерских (удаленных лабораториях), которые могут принимать команды через Интернет [5].

“LiLa” является аббревиатурой “Library of Labs”, инициативы восьми университетов и трех предприятий, для взаимного обмена и доступа к виртуальным лабораториям (среды моделирования) и дистанционным экспериментам (реальные лаборатории, которые дистанционно управляются через интернет) (рисунок 5).


Рисунок 5. Библиотека лабораторий

Виртуальные лаборатории могут быть очень полезны в преподавании, особенно в тех случаях, когда:

  • экспериментальные действия должны быть сделаны быстро и позволяют наблюдение и безопасное измерение;
  • экспериментальный процесс очень медленный и / или сложный и не совместим с имеющимся временем обучения;
  • эксперименты связаны с риском для здоровья учащихся
  • учебная деятельность требует моделирования.

Виртуальные лаборатории поддерживают IBSL в изучении науки:

  • законы в науке возникают в результате детального наблюдения процессов, с явно большими шансами на разъяснение, понимание и принятие, если рассматривать подробно;
  • он поощряет сотрудничество и коммуникацию между преподавателями и студентами. Преподаватели STEM активно участвуют в процессе обучения: задают вопросы, пытаются найти ответы, организуют процедуры и комментируют их, помогают в формулировании выводов, понимании своих ошибок и освещении любых заблуждений.

Различия между реальным жизненным опытом и опытом, формируемым представлениями на экране компьютера. С виртуальными лабораториями, студенты приобретают инструмент, с которым можно экспериментировать без ограничений пространства или времени. Они доступны круглый год, в отличие от школьных лабораторий, ограниченных определенным местом и ограниченным временем. [6]

Использование виртуальных сред позволяет учащимся лучше овладеть компьютерными навыками, которые можно считать навыками обучения на протяжении всей жизни. Использование этих технологий также объединяет различные темы STEM и предоставляет большие ресурсы для более инклюзивных семинаров [7].

Все рассмотренные лаборатории в сочетании с хорошей педагогической структурой, поддержкой учащихся, взаимодействием с преподавателями приводят к высоким результатам и более богатому опыту обучения.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Rocard, M. (2007). Научное образование сейчас: обновленная Педагогика для будущего Европы. Люксембург: управление официальных публикаций Европейской комиссии. [Электронный ресурс]. – URL: http://ec.europa.eu/research/science-society/document_library/pdf_06/report-rocard-on-science-education_en.pdf
  2. Sampson, D. (2010). Учебный Дизайн. Курс Лекций. Университет Пирей 2010.
  3. Dikke D., Tsourlidaki E/, Zervas P., Cao Y., Faltin N.,Sotiriou S., Sampson D., Golabz: Обращение к федерации онлайн-лабораторий для исследования, основанного на научном образовании в школе.
  4. Harms, U. (2000). Виртуальные и удаленные лаборатории в физическом образовании. Материалы Второй европейской конференции по преподаванию физики в инженерном образовании, Будапешт, Румыния (стр. 1-6).
  5. [5]Niederrer et al. (2003). Исследование об использовании информационных технологий в научном образовании. Исследование образования в обществе, основанном на знаниях. Kluwer Academic Puplishers.
  6. Doukeli M. (2012). Виртуальные лаборатории по преподаванию физики в средней школе. Научно-исследовательская работа для получения степени магистра. Пирейский университет на кафедре цифровых систем.
  7. Fischer, J., Mitchell, R. & del Alamo, J. (2007). Исследование обучения с WebLab: студенческие отношения и опыт. Журнал научного образования и технологии,16 (4), 337-348.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «mr.sierr»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация