Что такое цифровые лаборатории реферат

Обновлено: 05.07.2024

Переход российских школ на новые образовательные стандарты. Перспективы развития учебного оборудования новейшего поколения отечественных и зарубежных производителей. Рассмотрение цифровых лабораторий как альтернативы интерактивным проектным средам.

Рубрика	Педагогика
Вид	автореферат
Язык	русский
Дата добавления	29.04.2018
Размер файла	21,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Т.Н. Протасов

Муниципальное казённое образовательное учреждение Тарутинская средняя общеобразовательная школа Ачинского района Красноярского края

Современная школа ставит задачу формирования новой системы универсальных знаний, умений и навыков, а также опыта самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, т. е. современных ключевых компетенций, которые и определяют новое содержание Российского образования. Школа должна содействовать успешной социализации молодежи в обществе, ее активной адаптации на рынке труда, освоению базовых социальных способностей и умений, приобщению учащихся к творческой и исследовательской деятельности.

Сегодняшняя социальная ситуация диктует потребность в выпускнике школы, как личности творчески саморазвивающейся, способной реализовать свои индивидуальные запросы, решать проблемы общества.

В связи с переходом российских школ на новые образовательные стандарты, в которых учебно-исследовательской работе учащихся отводится значительная роль, актуальным является развитие и стремительная пропаганда творческой и исследовательской деятельности, что особенно важно в изучении физики, поскольку на ступени школьного физического обучения закладываются основы мировоззрения, естественно - научной культуры личности.

Наиболее доступной для разрешения вопросов мотивации школьников к учению выступает исследовательская деятельность, основной функцией которой является инициирование учеников к познанию мира, себя и себя в этом мире. В отличие от практикума, исследовательская деятельность осуществляется в несколько основных этапов: постановка проблемы, изучение теории, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, собственные выводы.

Активизирующую роль в организации современной исследовательской деятельности играет новое оборудование, основанное на компьютерных технологиях.

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к изучаемому предмету. К сожалению, раньше оборудование для лабораторных работ по физике, как правило, ограничивалось наборами демонстрационного оборудования. Теперь, с широким внедрением информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовательный процесс, стали появляться новые возможности.

Перспективы развития учебного оборудования новейшего поколения отечественных и зарубежных производителей связаны с развитием компьютеризированного эксперимента, с привлечением учащихся к предметной учебно-исследовательской работе на уровне современных физических исследований, с развитием электронных средств коммуникации. Применение цифровых систем вносит революционные коррективы в научную исследовательскую практику.

В ходе исследования ученик может быть вооружен простыми средствами, позволяющими ему зафиксировать изучаемый объект или процесс на фотографии, сделать видео или аудио запись. Снимая показание на аналоговом приборе, приходится самостоятельно округлять значение измеряемого параметра до ближайшей риски шкалы прибора или до половины цены деления, а в некоторых случаях для снятия показаний требуется считывать параметры с нескольких шкал. Применение простых средств фото, видео и аудиофиксации, а также процесс снятия показаний занимает большее время, требует соответствующего навыка и квалификации от наблюдателя. И в случае пренебрежения этими условиями, качество эксперимента и точность полученных данных будут сомнительны.

Поэтому альтернативой интерактивным проектным средам являются цифровые лаборатории (ЦЛ). Новые условия развития образования, реализация федеральных и региональных целевых программ и проектов вызывают необходимость создания и установки в школах цифровых лабораторий, которые позволят:

- перевести школьный практикум естествознания на качественно новый уровень;

- подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в любой области знаний;

- осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения;

- развить у учащихся широкий комплекс общих учебных и предметных умений;

- овладеть способами деятельности, формирующими познавательную, информационную, коммуникативную компетенции.

- комплексное использование материально-технических средств обучения на основе современных технико-педагогических принципов;

- переход от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видам работы;

- перенос акцента на практико-ориентированный компонент учебной деятельности;

- формирование коммуникативной культуры учащихся.

Школьная цифровая лаборатория представляет собой персональный компьютер, имеющий встроенную или подключаемую интерфейсную плату для подсоединения к компьютеру измерительных датчиков. Компьютер выполняет роль регистратора. Регистратор удобно использовать при проведении измерений, потому, что его проще поднести к объекту исследования и органично расположить рядом с экспериментальной установкой. Сенсоры - датчики могут передавать значение измеряемого параметра в регистратор по проводному или беспроводному каналам связи, а так же данные непосредственных измерений могут поступать на компьютер через компьютерную сеть.

Цифровая лаборатория универсальна. Всякий физический параметр, значение которого можно передать числом может быть измерен соответствующим датчиком. Датчики (или сенсоры) изготавливаются по стандарту и, поэтому, достаточно иметь один цифровой регистратор (ноутбук или школьную цифровую лабораторию) и докупать для него стандартные датчики, чтобы исследовать большое количество разных физических, химических и биологических процессов. Следует иметь ввиду, что цифровые показания с разных типов датчиков отображаются одинаково и специфика измеряемого параметра на его отображение в компьютере не влияет. Цифровой регистратор на базе портативного компьютера часто позволяет подключать сразу же несколько датчиков и вести одновременные наблюдения для разных параметров.

По отзывам учителей Российских школ, использование Цифровых лабораторий способствует значительному поднятию интереса к предмету и позволяет учащимся работать самостоятельно, при этом получая не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной и современной техникой, компьютерными программами, опыт взаимодействия исследователей, опыт информационного поиска и презентации результатов исследования. школа учебный цифровой лаборатория

Анализ Интернет - источников и методической литературы по вопросу использования ЦЛ в учебном физическом эксперименте показал, что учителя и учащиеся считают необходимым внедрение новых информационных технологий в физический эксперимент.

При использовании ЦЛ в демонстрационном эксперименте, опыты становятся настолько эффектными и наглядными, что учащиеся не только быстро понимают и запоминают тему, но и находят множество бытовых примеров, подтверждающих полученные выводы, легко отвечают на вопросы.

- повышение мотивации к обучению;

- максимальное использование наглядности в эксперименте;

- обучение учащихся новейшим средствам реализации учебного эксперимента;

- усиление поддерживающей функции компьютера при проведении натурного эксперимента;

- возможность дистанционного обмена информацией и проведения эксперимента в сетевом контакте с помощью новейших средств коммуникации;

- работа учащихся на стыке нескольких учебных дисциплин: физика-химия, физика-биология, физика-информатика и проч.

Также следует отметить многофункциональность цифровых лабораторий. Благодаря широким возможностям коммуникаций, выстраивается современная лаборатория с полноценной сетью, выходом в Интернет и пр. Можно организовывать разноуровневую работу на уроках, индивидуализировать образовательный процесс, повысить эффективность контроля и самоконтроля. Таким образом, цифровые лаборатории позволят даже в малочисленных школах (в сельских) поставить естественно - научное образование на современном техническом и педагогическом уровне.

В силу новизны данной лаборатории и цифровых лабораторий вообще, информация по их использованию и методике их применения в учебном процессе разрознена и фрагментарна, поэтому необходима разработка методических рекомендаций по применению цифровых лабораторий в учебной и исследовательской деятельности по физике в общеобразовательных учреждениях.

В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что применение цифровых лабораторий в учебной и исследовательской деятельности позволяет привнести в него не только индивидуализацию и дифференциацию образования, стать средством определения индивидуального образовательного маршрута с учетом способностей и интересов ученика, но и быть реальной основой интеграции основного и дополнительного образования, что является условием развития личности ученика и его способностей.

Подобные документы

Информатизация химического образования. Цифровая лаборатория "Архимед" в преподавании химии. Настройка работы и регистрация данных с помощью цифровой лаборатории. Методические разработки опытов для урочной деятельности и исследовательской работы в школе.

дипломная работа [430,9 K], добавлен 25.06.2009

Изучение понятия "государственные образовательные стандарты", его функции и задачи. Обзор образовательных стандартов европейских стран и мировые положения образования. Определение эффективности перехода к государственным стандартам третьего поколения.

дипломная работа [72,0 K], добавлен 24.08.2010

Понятие учебно-исследовательской деятельности младших школьников. Формирование и развитие учебно-исследовательской деятельности школьников на уроках математики. Использование исторического материала для развития данных навыков. Роль педагога в обучении.

курсовая работа [73,2 K], добавлен 30.09.2017

Понятие учебно-познавательной деятельности, ее характерные черты и структура. Роль исследовательской деятельности школьников. Метод проектов как способ организации исследовательской деятельности учащихся. Возрастные особенности учащихся 5-7 классов.

дипломная работа [1,5 M], добавлен 08.05.2012

Право на образование для лиц с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ). Государственная политика в сфере получения образования детьми с ОВЗ. Специальные образовательные стандарты как механизм реализации права на качественное, доступное образование.

дипломная работа [160,7 K], добавлен 22.09.2016

Организация исследовательской деятельности учащихся как актуальная психолого-педагогическая проблема в современном образовательном пространстве, ее психолого-педагогические предпосылки. Анализ опыта работы школ по данному направлению деятельности.

дипломная работа [190,5 K], добавлен 17.04.2011

Рассмотрение классификации методов (чтение произведения, анализ, комментирование, творчество по мотивам прочитанного) и приемов обучения литературе. Характеристика исследовательской деятельности учащихся на примере изучения повести Ивана Тургенева "Ася".

Особое место в ряду цифровых образовательных ресурсов сегодня занимают виртуальные лаборатории (ВЛ). Под этим термином подразумевают лабораторные работы и эксперименты в рамках изучения предметов естественно-научного цикла начальной и основной школы, выполнять которые можно в виртуальной среде. Все лаборатории такого типа можно разделить на три основные группы: виртуальные лаборатории, моделирующие проведение лабораторных работ с использованием традиционного оборудования; виртуальные лаборатории, моделирующие проведение экспериментов с использованием цифровых средств измерений (цифровых лабораторий); лаборатории с использованием технологии виртуальной реальности. Рассказываем о каждой из них подробнее.

Когда используют виртуальные лаборатории

Виртуальные лаборатории представляют собой компьютерные программы-симуляторы (или связанный комплекс программ), моделирующие основные этапы выполнения лабораторной работы или эксперимента с использованием различного лабораторного оборудования, оснастки, виртуальных реактивов, а также содержащие теоретические материалы по изучаемой тематике, методические указания, различные задания, средства подготовки отчета по работе и контроля знаний. С их помощью ученики отрабатывают основные действия, умения и навыки, которые необходимы при выполнении натурного эксперимента.

Работа с помощью виртуальных лабораторий становится особенно актуальной:

при необходимости провести эксперимент, который проводить в условиях учебного кабинета невозможно или опасно;
при подготовке к проведению эксперимента на уроке (это в значительной степени повысит эффективность работы на уроке, позволит ученикам ознакомиться с принципами работы лабораторного оборудования, последовательностью действий при сборке лабораторной установки, а также с методикой проведения лабораторной работы и ожидаемыми результатами);
при дистанционном обучении (например, в период пандемии).

Группа 1: виртуальные лаборатории, моделирующие проведение лабораторных работ с использованием традиционного оборудования

ВЛ этой группы наиболее широко представлены в Сети на образовательных порталах (англо- и русскоязычных).

Проектирование учебного интерфейса в большинстве таких виртуальных лабораторий происходит путем нажатия кнопок или их анимационных аналогов, а также через использование технологии drag&drop, позволяющей оперировать элементами интерфейса с помощью мыши, трекпада или сенсорного экрана.

Лаборатории на портале VirtualLab

На этом ресурсе представлены виртуальные лабораторные работы, реализованные с использованием flash-технологии, проводимые в рамках реализации основной образовательной программы по физике, химии, биологии, экологии.

Однако при наличии очевидных недостатков лаборатории на портале VirtualLab вполне могут быть полезны при отсутствии необходимого оборудования в школе, а также в качестве тренажера при дистанционном обучении.

Лаборатории на портале LabInApp

Англоязычный ресурс LabInApp предлагает демонстрационные видеоролики, а также виртуальные эксперименты по отдельным учебным темам предметов естественно-научного цикла:

наука (6–10-е классы),
физика,
химия,
биология.

Эксперименты представлены в 3D-формате, управляются с использованием компьютерной мыши или движением пальцев на сенсорном экране.

LabInApp Virtual Labs (представлено более 250 симуляций для старших классов) используют технологию компьютерной графики для моделирования учебных научных экспериментов из лабораторного руководства NCERT. Эксперименты охватывают все реальные действия при выполнении работ.

Приложение LabInApp Spark Learning App (представлено более 250 симуляций для средних классов школы) ориентировано на теоретическую и практическую деятельность. Эксперименты проводятся в реальном времени и моделируются учениками, что создает эффект живого присутствия.

Виртуальные лаборатории МЭШ

Эти виртуальные лаборатории содержат множество симуляторов, позволяющих проводить исследования и эксперименты по физике, математике, биологии, информатике, робототехнике.

Лабораторные работы представлены в 3D-формате, имеют высокий уровень интерактивности, позволяют видеть в режиме реального времени все изменения модели и ее свойств в соответствии с законами изучаемых дисциплин.

Инструментарий этих лабораторий предоставляет возможность ученикам настраивать параметры объектов для экспериментов, самостоятельно выбирать необходимые для выполнения работы измерительные приборы, вспомогательное оборудование, управлять временем моделирования процессов.

Группа 2: виртуальные лаборатории, моделирующие проведение экспериментов с использованием цифровых средств измерений (цифровых лабораторий)

Для каждой лабораторной работы предлагается теоретический материал по соответствующей теме предмета, правила техники безопасности при работе с реальным оборудованием.

Проведение эксперимента моделируется с использованием реального интерфейса программного обеспечения PROLog, позволяющего осуществлять настройку параметров эксперимента (продолжительность, частота выборки), запуск эксперимента и обработку его результатов. Предусмотрена возможность использования режима подсказки.

Группа 3: виртуальные лаборатории с использованием технологии виртуальной реальности

VR (virtual reality) – это полностью отличная от реального окружения искусственно созданная среда пребывания пользователя, которая может контактировать с ним посредством основных чувственных ощущений: зрения, слуха, обоняния и даже осязания.

ВЛ с применением технологий VR используют все вышеперечисленные преимущества и позволяют проводить даже те эксперименты и лабораторные работы, которые в реальности связаны с определенными рисками и могут быть небезопасными.

VR Chemistry Lab.

Эта VR-лаборатория дает возможность с высоким уровнем свободы действий и оперативной обратной связью в виртуальной среде провести работы, предполагающие использование токсичных веществ, концентрированных кислот и щелочей, легко воспламеняющихся жидкостей и нагревательных приборов.

Программное обеспечение включает большое число заданий, которые нельзя решить перебором или просто следуя инструкции, однако возможности программно-аппаратного комплекса позволяют работать в своем ритме, ошибаться. Предусмотрено время на размышление и поиск правильного решения.

Во время эксперимента с использованием VR Chemistry Lab. автоматически ведется запись действий, наблюдений и выводов ученика, а после выхода из виртуальной реальности лабораторный журнал сохраняется в памяти компьютера и легко интегрируется в файл для распечатки.

И все-таки виртуальные лаборатории всего лишь альтернатива

При всей привлекательности виртуальных лабораторий всегда надо помнить, что это всего лишь компьютерная модель. Натурный эксперимент с использованием реального оборудования все равно останется незаменимым для приобретения учениками практических исследовательских навыков, при проведении лабораторных работ, связанных с измерением физических величин с использованием как цифрового, так и традиционного оборудования.

Оригинальная статья размещена здесь.

Чтобы быть в курсе последних новостей из мира образования, подписывайтесь на наш Telegram-канал .

В России уделяется огромное внимание разработке и использованию в учебном процессе электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Учителю предоставляется широкий выбор обучающих программ, электронных энциклопедий и справочников и т.п.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра информатики и вычислительной техники

Автор работы ______________________________________М. А. Жалдыбина
Направление подготовки 44.03.05 Педагогическое образование
Профиль Математика. Информатика

Руководитель работы
Канд. физ-мат. наук, доцент _________________________Т. В. Кормилицына

Виртуальные лаборатории нового поколения 4

Виды виртуальных имитационных лабораторий 4

Примеры виртуальных лабораторий 5

Список использованных источников 11

Сегодня в России уделяется огромное внимание разработке и использованию в учебном процессе электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Учителю предоставляется широкий выбор обучающих программ, электронных энциклопедий и справочников и т.п. Все большее внимание при разработке ЭОРов уделяется мультимедиа, которое в значительной степени способствует повышению наглядности ресурсов и эффективности их использования в учебном процессе. ЭОРы с высокой степенью интерактивности, реализующие полноценный режим общения обучающегося с компьютером, способствуют развитию интереса ребенка к освоению нового материала и формированию познавательной и творческой активности.

Примером использования таких ресурсов в учебном процессе могут служить виртуальные лаборатории, позволяющие моделировать объекты и процессы окружающего мира, а также организовывать компьютерный доступ к реальному лабораторному оборудованию. Их использование особенно актуально при преподавании таких дисциплин как физика, химия, биология, экология и др.

Использование виртуальных лабораторий в учебном процессе позволяет с одной стороны предоставить возможность обучающемуся провести эксперименты с оборудованием и материалом, отсутствующим в реальной школьной лаборатории, получить практические навыки проведения экспериментов, ознакомиться детально с компьютерной моделью уникального дорогостоящего объекта, исследовать пожаро и взрывоопасные процессы и явления, не опасаясь за возможные последствия. С другой стороны, подключение имеющегося лабораторного оборудования и приборов к компьютеру в рамках виртуальной лаборатории позволяет перевести традиционную школьную физическую или химическую лабораторию на новый уровень технологий, соответствующий сегодняшнему уровню развития науки и техники.

Виртуальные лаборатории нового поколения

Виртуальная лаборатория представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой. Существует два типа программно-аппаратных комплексов:

лабораторная установка с удаленным доступом –дистанционные лаборатории;

программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты – виртуальные лаборатории.

Основными преимуществами виртуальных лабораторий являются:

отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов;

возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях;

безопасность проведения экспериментов;

оперативность проведения исследований и обработки результатов;

возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении.

Виды виртуальных имитационных лабораторий

Виртуальные лаборатории можно условно разделить по следующим признакам:

1.По способу доставки образовательного контента:

размещаемые в Интернет.

2. По используемому лабораторному оборудованию:

на базе имитационных математических моделей;

на базе реального лабораторного оборудования;

на базе промышленных объектов.

3. По способам визуализации:

4. По степени ограниченности проводимых экспериментов:

предметная область представлена ограниченным набором заранее запрограммированных опытов;

применение математических моделей без ограничения заранее возможных подготовленных результатов опытов.

Примеры виртуальных лабораторий

Среда создания виртуальных лабораторий LabVIEW

1. Теоретический материал.

2. Описание работы.

3. Порядок выполнения работы.

4. Лабораторная установка.

С помощью клавиатуры или мыши ученик имеет возможность перемещать любые слагаемые установки, осуществлять реальный процесс в виртуальном мире. Каждое неверное действие комментируется компьютером. Невыполнение определенных условий не позволяет продолжить проведение работы.

Как и в реальной лабораторной работе, в виртуальной необходимо учить навыкам исследования: выдвижению гипотез и их проверке, стандартизации условий, четкому фиксированию условий и результатов экспериментов (сначала в заготовленных учителем таблицах, печатных или электронных), выбирать критерии, формат представления результатов, а затем и планировать, наконец, самостоятельную исследовательскую работу.

Виртуальная образовательная лаборатория VirtuLab

Примеры лабораторных работ:

1)Изучение взаимодействия частиц и ядерных реакций

2)Сравнение молярных теплоемкостей металлов

3)Изучение закона Ома для полной цепи - Изучение закона Ома для полной цепи - Этап 2

4)Знакомство с образцами металлов и сплавов

5)Идентификация неорганических соединений и т.д.

Виртуальные лаборатории STAR

PhET – проект, разработанный Университетом Колорадо. Проект включает большое множество виртуальных лабораторий, демонстрирующих различные явлений в области физики, биологии, химии, математики, наук о Земле.

Опыты имеют высокую познавательную ценность и при этом очень увлекательны.

Таким образом, можно сделать вывод, что в задачи виртуальных имитационных лабораторий входит развитие творческого мышления и профессиональных способностей обучаемых, умения решать вопросы прикладного характера, делать самостоятельные выводы, в виду чего виртуальные лабораторные комплексы и симуляторы должны полностью соответствовать реальному учебному процессу.

Приступая к выполнению лабораторного эксперимента, обучаемый должен знать методику исследования и хорошо представлять ход работы, последовательность действий и расчетов. В реальном учебном процессе данную информативную функцию выполняют учебные пособия и брошюры с методическими указаниями. Программные продукты полностью имитируют реальную лабораторию, а методика экспериментов здесь интегрирована в сами программные продукты в форме комплекса сопровождающих инструментов и надстроек.

Список использованных источников

Князева Е.М. Лабораторные работы нового поколения // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6–3. – С. 587-590.

Трухин А.В. Об использовании виртуальных лабораторий в образовании // Открытое и дистанционное образование. – 2002. – № 4 (8) .

Для того чтобы в полной мере понять значимость и необходимость виртуальных лабораторий в современном образовании необходимо начать рассмотрение данного вопроса с материально технической оснащенности учебных заведений различного уровня.

В данный момент очень актуален вопрос отсутствия пригодного лабораторного оборудования, в связи с постоянно и неуклонно развивающимся техническим прогрессом, также существуют важные недостатки финансового обеспечения. Эксплуатация морально устаревших и отсутствие современных учебных лабораторных комплексов не позволяет в полном объеме получить практические навыки для закрепления изученного теоретического материала, что негативно сказывается на качестве образовательного процесса в целом.

Наряду с этим обучение и наука все больше и чаще реализуются программно и виртуальные лаборатории становятся естественным инструментом университетского и послевузовского образования.

Использование виртуальных лабораторий в учебном процессе позволяет с одной стороны предоставить возможность обучающемуся провести эксперименты с оборудованием и материалом, которыми он не имеет возможности воспользоваться из-за отсутствия реальной лаборатории, получить практические навыки проведения экспериментов, ознакомиться детально с компьютерной моделью и процессом работы уникальной аппаратуры, исследовать опасные в реальной ситуации процессы и явления, не опасаясь за возможные последствия [1].

С другой стороны, подключение имеющегося лабораторного оборудования и приборов к компьютеру в рамках виртуальной лаборатории позволяет перевести традиционную лабораторию на новый уровень технологий, соответствующий сегодняшнему уровню развития науки и техники.

Таким образом, виртуальные лаборатории возможно использовать для:

 подготовки учащихся к реальным процессам посредством выполнения лабораторных работ;

 занятий, если нет в наличии соответствующих материалов, реактивов и оборудования;

 проведения экспериментальных исследований и научной работы.

Таким образом, виртуальные лаборатории определяются двумя различными типами программно-аппаратных комплексов:

 лабораторная аудиторная установка с удаленным доступом — дистанционные лаборатории;

 программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты — виртуальные лаборатории.

Как уже говорилось, существуют виртуальные лаборатории с удаленным доступом (реально существующие) и моделируемые виртуальные лаборатории (существуют только в пределах программы).

Наиболее распространенным видом исследования в виртуальных лабораторных комплексах считается второй вид. Так как значимость создания виртуальной лаборатории в образовании возникла в связи с трудностями применения в большинстве случаев реальных лабораторий. Если сравнивать виртуальные и реальные лаборатории, можно выделить следующие преимущества виртуальных лабораторий:

 для проведения разного рода лабораторных работ нет необходимости приобретать дорогое оборудование. В результате недостаточного финансирования в большинство лабораторий установлено старое оборудование, которое может давать не точные результаты опытов или искажать их и служить потенциальным источником опасности для обучающихся. Помимо этого существуют области, где помимо оборудования необходимо закупать расходные материалы, цены на которых достаточно высоки. Несмотря на то, что программное обеспечение и компьютерное оборудование также стоит недешево, их широкая распространенность и универсальность компьютерной техники компенсирует этот недостаток;

 возможность моделирования большого набора процессов, протекание которых тяжело в реальных лабораторных условиях;

 безопасность — это еще одна немаловажная причина и преимущество использования виртуальных лабораторий, особенно в тех случаях, когда идет работа с опасными материалами и высоковольтными устройствами;

 подробная и многостороннее представление (визуализация) на компьютере. В настоящее время современные компьютерные технологии позволяют увидеть и пронаблюдать в динамике процессы, которые трудно различить в реальных условиях без использования специализированной техники;

 благодаря тому, что при моделировании виртуального процесса управление осуществляется через компьютер, появляется возможность проведения множества опытов с разными значениями входных параметров, необходимых для определения необходимого результата;

 существуют работы, требующие в дальнейшем обработки больших массивов полученных цифровых данных, выполняемые на компьютере после проведения серии экспериментов. И здесь проблема заключается в том, что уязвимым местом в текущей последовательности действии при использовании реальной лаборатории является введение полученных результатов в компьютер. Эта процедура естественно исключается при проведении опыта в виртуальной лаборатории, так как полученные данные заносятся непосредственно при выполнении опытов или автоматически. Соответственно экономится время исследования и уменьшается количество возможностей для совершения ошибок;

 важным и отдельным преимуществом является возможность использования виртуального лабораторного комплекса в дистанционном обучении, когда отсутствует возможность работы в лабораториях университета, потому что в рамках своей программы дистанционного обучения университет может охватывать не только другие города своей страны, а также города других стран.

Как уже говорилось ранее, снижение конкурентоспособности образовательных институтов сугубо традиционного типа, а также недостаточно высокий уровень внедрения новых технологий и разработок в образование и производство из-за отсутствия достаточно квалифицированных и компетентных специалистов, свидетельствуют о необходимости создавать учреждения высшего образования нового типа.

Для решения описанных выше проблем, в образовательный процесс ВУЗов может быть внедрена программно-аппаратная платформа Виртуальной Компьютерной Лаборатории на Основе Технологии Облачных Вычислений (ВКЛОТОВ). Это комплекс программных и аппаратных средств, основанный на технологиях виртуализации (представление самого опыта и результатов его вычисления посредством возможностей компьютера), которые позволяют гибко, по запросу, предоставлять вычислительные ресурсы учебного заведения, и университета в частности, для создания виртуального сервера, выполнения научных и исследовательских работ различных направлений, ресурсоемких расчетов и заданий, выполнение которых трудно представляется или почти невозможно без освоения сложных корпоративных, коммуникационных, вычислительных, информационных и иных систем [2].

Виртуальная компьютерная лаборатория такого или подобного типа также может эффективно использоваться для решения большого количества всевозможных и очень объемных учебных, научно-исследовательских и вычислительных задач: проведение расчетов при написание курсовой работы и дипломных проектов, выполнение вычислений в лабораторных работах студентами, работа по созданию и ведению баз данных, веб-серверов, разнообразных клиентских и серверных приложений, реализация системы дистанционного обучения и т. п.

ВКЛОТОВ обеспечивает доступ ко всем установленным в лабораторный комплекс приложениям, находящимся в пользовании университета, без их установки и настройки на необходимом конечном устройстве, независимо от местоположения учащегося и характеристик устройства. Такая деятельность по проведению опытов в виртуальной среде позволяет студентам, предпочитающим индивидуальные траектории обучения или не имеющим возможности осуществлять практическую реализацию полученных теоретических навыков в самом учебном заведении, иначе воспринимать изученное, или же с другой стороны взглянуть на систему дистанционного образования, а также дает возможность оценить параметры и способности нынешних информационных технологий, технологий коммуникаций, интерактивных учебно-теоретических и -практических материалов и работать через удаленный доступ с любым программным обеспечением, которое может быть использована в течение учебного процесса.

Технологии перехода в виртуальный режим, динамически изменяемый в размере способ удаленного доступа к вычислительным ресурсам и ресурсам программных компонентов в виде сервиса, который в реальном времени предоставляется через сеть Интернет. Пользование данным сервисом не требует знаний о комплексе взаимодействия программной и аппаратной составляющих ВКЛОТОВ и особого умения управления данной технологией.

Модель на основе ВКЛОТОВ обладает такими особенными характеристиками:

 доступ к ресурсному обеспечению лаборатории на основе интернет-ориентированного подхода, система управления всеми компонентами и подсистемами лаборатории является интегрированной и централизованной;

 пропускная и вычислительная способность компонентов аппаратной части платформы виртуальной лаборатории очень высока, что обеспечивается благодаря использованию серверов с архитектурой Blade, а также использованию определенной специализированной системы хранения данных;

 достаточно небольшой размер (компактность) системы на которой основана виртуальная лаборатория и, сравнительно с другими аппаратно-программными комплексами, относительная неприхотливость к условиям, в которых системе предназначено функционировать;

 создание резервных копий имеющихся и выходных данных и всех компонентов, жизненно важных для системы;

 наличие открытого программное обеспечение, на платформе которого и образуется требуемая лаборатория;

 регулирование уровня нагрузки, так называемая балансировка.

Основными причинами, которыми могут обуславливаться предъявляемые высокие требования к обеспечению аппаратных средств ВКЛОТОВ и сетевым ресурсам, являются и возможное большое количество работающих в один момент времени в среде виртуального лабораторного комплекса клиентов, и необходимость иметь в наличии дополнительные свободные системные ресурсы, которые могут понадобиться клиенту во время работы и быть задействованы в горячем режиме (по требованию).

Каждый компонент ВКЛнОТОВ связан с любым другим, и они вместе образуют в совокупности цельную взаимосвязанную программную структуру из различных компонентов виртуальной компьютерной лаборатории.

В заключение следует отметить, что, в сущности, современное образование имеет две стороны. При рассмотрении его с одной стороны (официальной), есть учебная программа, экзамены, жесткие правила, четко определенный список предметов в курсе обучения, обозначенная официальная позиция и качество обучения. Если же рассматривать другую сторону образования, т. е. реальную, то здесь как раз и сконцентрировано все то, что и представляет собой аспекты современного образования и самообразования: дигитализация, UoPeople, eLearning, обучение посредством Coursera, Mobile Learning и другие обучающие онлайн комплексы, вебинары, виртуальные лаборатории и т. п. К сожалению, это на сегодняшний день еще не стало частью общепринятой парадигмы образования глобального уровня, и все же пока ограниченно, но дигитализация образования и исследовательской работы начала происходить.

MOOC-обучение (Massive Open Online Courses, массовые лекции из открытых источников) — это действенный способ, применяемый в образовательном процессе для передачи на теоретических занятиях описаний опытов, аксиом, различных формул и других разнообразных теоретических знаний. И в это же время для закрепления материала и достаточной полноты освоения практически всех технических и многих гуманитарных дисциплин необходимо детальное рассмотрение множества процессов и, как следствие, крайне важным становится получение самих практических навыков — обучение, осуществляемое в цифровом формате откликнулось на эту эволюционную необходимость и создало другой способ проведения практических и лабораторных работ — виртуальные лаборатории, для школьного и особенно университетского обучения.

Также существует известная проблема eLearning: как и в других обучающих комплексах, по большей части преподаются теоретические дисциплины, и однозначно, следующей ступенью развития онлайн образования должен стать охват практических областей посредством виртуальных лабораторных комплексов.

Виртуальные лаборатории создаются в целях имитации реальной лабораторной среды и производимых в ней процессов, и вместе с тем моделирования учебной среды, в которой студенты трансформируют свои теоретические знания в практические знания и навыки экспериментальным путем. Также виртуальные лаборатории могут давать обучающимся значимые виртуальные ощущения, с помощью которых появляется способ повторить любой неудавшийся эксперимент или расширить познания в практической части. Кроме достоинств в получении результатов, интерактивный характер таких методов обучения обеспечивает интуитивно понятную и приятную среду обучения и взаимодействия с виртуальной лабораторией. Применение виртуальных программно-аппаратных комплексов будет содействовать в повышении эффективности при реализации учебных и практических занятий, усвоению учебно-методических материалов, а также результативности обучения в общем.

Черемисина Е. Н., Антипов О. Е., Белов М. А. Роль виртуальной компьютерной лаборатории на основе технологии облачных вычислений в современном компьютерном образовании // Дистанционное и виртуальное обучение. — 2012.– № 1. — С. 53–60.
Антипов О. Е., Белов М. А. Опыт использования открытого программного обеспечения в виртуальной компьютерной лаборатории на основе технологии облачных вычислений // Проблемы и перспективы развития образования в России: сборник материалов VI Международной научно-практической конференции / Под общ. ред. С. С. Чернова. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010.

Основные термины (генерируются автоматически): виртуальная лаборатория, лаборатория, дистанционное обучение, программное обеспечение, виртуальная компьютерная лаборатория, виртуальный лабораторный комплекс, комплекс, реальная лаборатория, современное образование, учебный процесс.

Читайте также: