ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 378

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

В.С. Маркова Научный руководитель - Г.М. Гринберг

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

[email protected]

В настоящей работе рассмотрено понятие виртуальных лабораторий и приведены примеры существующих зарубежных и Российских проектов. Использование виртуальных лабораторий является одним из возможных решений проблемы предоставления доступа к уникальному оборудованию для широкого круга исследователей.

Ключевые слова: виртуальные лаборатории, дистанционное обучение, лабораторные работы

VIRTUAL LABORATORY WORK

V. S. Markova Scientific supervisor - G. M. Greenberg

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

[email protected]

This paper examines the concept of virtual laboratories and provides examples of existing foreign and Russian projects. The use of virtual laboratories is one of the possible solutions to the problem of providing access to unique equipment for a wide range of researchers.

Keywords: virtual laboratories, distance learning, laboratory work

Ввиду сложившийся обстановки в мире общество изменило свой вектор построения образовательного процесса с классического на дистанционное (удаленное) обучение. Данному процессу поспособствовало повсеместное распространение доступа к сети Интернет. Способы передачи и контроля знаний в таких технологиях варьируются от предоставления обычных материалов в текстовой форме до полноценных онлайн-курсов с видео-лекциями, практическими заданиями и т.п. [1]. Если в концепции дистанционного обучения построение теоретических занятий и занятий по решению задач не вызывают трудностей, так как многие преподаватели используют возможности уже готовых продуктов: Skype, WhatsApp, Zoom и др., то проведение лабораторных работ на базе этих продуктов затруднительно. Все, что сейчас можно предложить современным студентам - просмотр видеоматериалов с демонстрацией опыта. Такой подход имеет существенные недостаток -обучающийся не является участником процесса, а лишь наблюдает, что исключает личную значимость опыта, а значит, плохо влияет на усвоение материала и его применения в будущем.

Наиболее полно понятие виртуальная лаборатория отражена в работе А.В. Трухина [2], в которой виртуальная лаборатория определена как программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты в двух вариантах: без непосредственного контакта с

реальной установкой или при полном отсутствии таковой. В первом варианте речь идет о лабораторной установки с удаленным доступом, в состав которой входит реальная лабораторная установка, программно-аппаратное обеспечение для управления установкой и оцифровки полученных данных, а также средства коммуникации.

Во втором варианте все процессы моделируются при помощи компьютера. Пример архитектуры такой виртуальной лаборатории представлен на рисунке 1.

Узловые серверы

Рис. 1. Архитектура виртуальной лаборатории

В данной работе мы рассмотрим второй вариант, т.е. среду, которая имитируется на экране компьютера или интерактивной панели инструменты учебной лаборатории.

Достоинства такой организации виртуальной лаборатории рассмотрены в работах [3-5] являются:

- предоставления удаленного доступа к высококачественным учебным материалам в цифровых форматах;

- организации удаленного доступа к виртуальным лабораторным практикумам, цифровым двойникам высокотехнологичного оборудования и технологических процессов;

- методической поддержки образовательного процесса, за счет применения создаваемых лучшими учебными заведениями учебно-методических разработок;

- привития практических навыков в рамках проектной модели обучения;

- создания базы знаний атомарных объектов учебного контента («квантов знаний», снабженных контрольно-измерительными материалами), что позволит автоматически формировать учебные курсы и образовательные программы в зависимости от требуемых компетенций.

Недостатками использования виртуальных лабораторий являются невозможность проведения реальных исследований, отсутствие предметной наглядности и невозможность получения практических навыков работы с конкретным оборудованием.

Ниже приведены примеры используемых в настоящее время (зарубежных и российских) виртуальных лабораторий.

Проект «PhET» [6] разработан Университетом Колорадо, включает в себя множество виртуальных лабораторий, демонстрирующий различные явления в области: физики, биологии, химии, математике и наук о Земле. Опыты имеют высокую познавательную ценность и при этом очень увлекательны. Например, My Solar System - эксперимент по моделированию солнечной системы и изучению траектории движения планет. На веб-сайте компании можно найти множество полезной информации об их продуктах, а также симуляторы различных экспериментов.

VirtualLab [7]- проект по разработке виртуальных лабораторных работ для учащихся по физике, химии, биологии, экологии. Виртуальные лабораторные работы реализованы при помощи технологии Flash. Отличаются узкой специализацией, в большинстве случаев линейностью опыта (вся последовательность действий и результаты опыта заданы заранее). Примеры лабораторных работ:

- сравнение молярных теплоемкостей металлов;

- изучение закона Ома для полной цепи;

- знакомство с образцами металлов и сплавов и др.;

Проект teachmen.ru [8] разработан специалистами Челябинского государственного университета и полностью посвящен физике. Помимо собственно лабораторных работ, здесь можно также найти лекции с наглядными интерактивными элементами. Примеры лабораторных работ:

- Прямолинейное равномерное движение;

- Второй закон Ньютона;

- Закон сохранения и изменения импульса и др.

Виртуальная лаборатория VR-labs.ru от Российской компании Vizex. Компания работает в области разработки новых программных решений для визуализации «больших данных» (big data) и информационной графики. Виртуальная лаборатория предназначена для организации дистанционного образования, проведения опытов и лабораторных работ по школьному предмету «Физика» подразделяющиеся на 4 категории: электродинамика, молекулярная физика и термодинамика, оптика и механика [9].

В настоящей работе было рассмотрено понятие виртуальных лабораторий и приведены примеры существующих зарубежных и Российских проектов. Использование виртуальных лабораторий является одним из возможных решений проблемы предоставления доступа к уникальному оборудованию для широкого круга исследователей. Доступ к таким лабораториям является еще и способом повышения качества образовательного процесса и повышению компетенций будущих специалистов.

Библиографический ссылки:

1. Севостьянов Р. А., Попов А. П. Опыт создания стендов удаленного доступа для проведения школьных лабораторных работ по физике // Современные информационные технологии и ИТ-образование. 2014. № 10. С. 792-798 URL: https://cyberleninka.ru /article/n/ opyt-sozdaniya- stendov-udalennogo-dostupa-dlya- provedeniya-shkolnyh-laboratornyh- rabot-po-fizike (дата обращения: 09.04.2021).

2. Трухин А. В. «Об использовании виртуальных лабораторий в образовании» // Открытое и дистанционное образование. 2002. № 4(8). С.81-82 URL: https://www.elibrary.ru/item.asp? id=14794890 (дата обращения: 26.03.2021).

3. Ivannikov A. D., Tumkovskiy S. R. Internet portals as integration means of access to educational resources. Proc. of 10th Intern. Technology, Education and Development Conf., INTED2016, Valencia, IATED Academy, 2016, pp. 7337-7343. doi:10.21125/inted. 2016.0731

4. Мазурицкий М. И., Солдатов А. В. Интерактивные сетевые научно-образовательные ресурсы для естественнонаучного образования// Высшее образование в России. 2014. № 1. С. 80-87.

5. Комаров В. А., Сарафанов А. В., Тумковский С. Р. Многопользовательские распределенные измерительно-управляющие системы как элемент современной цифровой образовательной среды // Информационно-управляющие системы. 2019. №2 (99). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mnogopolzovatelskie-raspredelennye-izmeritelno-upravlyayuschie-sistemy-kak-element-sovremennoy-tsifrovoy-obrazovatelnoy-sredy (дата обращения: 26.03.2021).

6. Лаборатория «PhET»: официальный сайт. [Электронный ресурс] URL:https://phet. colorado.edu/en/simulations/filter?subjects=physics&type=html&sort=alpha&view=grid (дата обр ащения: 09.04.2021)

7. Лаборатория Virtulab: официальный сайт. [Электронный ресурс] URL: https://www. virtulab.net/ (дата обращения: 09.04.2021)

8. Лаборатория teachmen.ru: официальный сайт. URL: teachmen.ru. [Электронный ресурс] URL: http://teachmen.csu.ru/ (дата обращения: 09.04.2021)

9. Лаборатория VR-labs.ru: официальный сайт. [Электронный ресурс] URL: VR-labs.ru. (дата обращения: 09.04.2021)

©Маркова В. С. 2021