Применение виртуальных лабораторий в техническом образовании

  В настоящее время в научных исследованиях и образовании, в производственной и других сферах деятельности человека определяющее значение имеют информационно-вычислительные системы [1]. Развитие информатики и применение компьютеров в научных исследованиях ставят вопрос о пересмотре основных концепций представления научных знаний даже в уже глубоко разработанных и весьма формализованных областях и выдвигают на первый план задачу структурирования этих знаний [2]. Разработка мультимедийных учебно-научных лабораторий и их использование в инженерном образовании являются перспективным направлением в обучении современным высоким технологиям, подготовке высококвалифицированных научных кадров и отраслевых специалистов, а также повышении квалификации инженерно-технических работников и сотрудников предприятий промышленного сектора.

   Виртуальная лаборатория представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой. В первом случае мы имеем дело с так называемой лабораторной установкой с удаленным доступом, в состав которой входит реальная лаборатория, программно-аппаратное обеспечение для управления установкой и оцифровки полученных данных, а также средства коммуникации. Во втором случае все процессы моделируются при помощи компьютера [3, 4], именно о таких средствах обучения мы будем говорить дальше.

  Электронные образовательные ресурсы на основе современной компьютерной трехмерной симуляции физических процессов и явлений реализуются в форме мультимедийных учебно-научных лабораторий или виртуальных тренажеров. Новизна технологии виртуальных тренажеров аргументируется использованием современных средств компьютерного моделирования и активным внедрением информационных технологий в сферу образования как нового трансдисциплинарного направления [5].

   Сформулируем основные причины использования технологии виртуаль-ных тренажеров:

  • существующие лабораторные стенды и мастерские недостаточно оснащены современными приборами, устройствами и аппаратами;
  • большинство лабораторных стендов и учебных мастерских введены в действие после списания с производства, не отвечают современным требованиям и морально устарели, что может искажать результаты опытов и служить потенциальным источником опасности для обучающихся;
  • лабораторные работы и стенды требуют ежегодного усовершенствования, которое приводит к дополнительным финансовым затратам;
  • в таких областях как, например, строительное материаловедение или физическая химия, кроме оборудования требуются также расходные материалы – сырье, реактивы и др., стоимость которых достаточно высока. Разумеется, компьютерное оборудование и программное обеспечение также стоят недешево, однако универсальность компьютерной техники и ее широкая распространенность компенсируют этот недостаток;
  • современные компьютерные технологии позволяют пронаблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники, например, из-за малых размеров наблюдаемых частиц;
  • виртуальные тренажеры дают возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях;
  • виртуальные тренажеры дают возможность проникновения в тонкости процессов и наблюдения происходящего в другом масштабе времени, что актуально для процессов, протекающих за доли секунды или, напротив, длящихся в течение нескольких лет;
  • безопасность – является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами;
  • из-за инерционности работы или процессов на некоторых лабораторных установках за отведенное для них время, трудно проводить повторные анализ или проверку;
  • приобретение слушателями достаточных навыков и опыта работы в определенной области требует необходимости повторения занятий, что не всегда выполняется во избежание частых поломок установок и дополнительных затрат на расходные материалы;
  • виртуальные тренажеры являются высокоэффективным методом обучения, что обусловлено низким уровнем абстракции содержащегося в них учебного материала, иными словами, виртуальная среда обучения в мультимедийных учебно-научных лабораториях максимально имитирует реальные условия.

   Наглядное сравнение различных техник обучения, в том числе имитации реальной деятельности, дает «Конус обучения» профессора государственного университета штата Огайо – Эдгара Дейла, представленный на рисунке 1.

Рисунок 1  «Конус обучения» Эдгара Дейла (1900-1985)

  Учитывая вышеизложенные факты, возникает необходимость введения такого нового, эффективного и доступного педагогического метода (методики), который способствовал бы решению следующих задач:

  • инициировать достаточно большой интерес у слушателей наряду с доступностью для них, тем самым повысить активность и самостоятельность их учебной работы;
  • привлечь внимание слушателей, учитывая их психологические особенности улучшить восприятие учебного материала за счет его мультимедийности;
  • обеспечить полный контроль усвоения материала каждым слушателем;
  • облегчить процесс повторения и тренинга при подготовке к экзаменам и другим формам контроля знаний;
  • разгрузить преподавателей от рутины контроля и консультирования;
  • использовать внеаудиторное время для изучения конструкций в виде домашних заданий;
  • внедрить дистанционные формы учебной работы, в том числе в учебных заведениях, имеющих слабую лабораторную базу.

   Именно с этой точки зрения внедрение информационных технологий способствует оптимальному решению вышеназванных задач и устранению ряда недостатков традиционного способа обучения. Эти вопросы во всей полноте можно решать с помощью мультимедийных учебно-научных лабораторий, создаваемых на компьютерах [6, 7].

Библиографические ссылки:

[1]  Белов, М.А. Принципы проектирования виртуальной компьютер-ной лаборатории на основе технологии облачных вычислений / М.А. Белов, О.Е. Антипов // Сборник трудов международной конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании – 2010». Одесса: УКРНИИМФ, 2010.


[2]  Палюх, Б.В. Электронное обучение в инженерном образовании / Б.В. Палюх, А.В. Твардовский, В.К. Иванов // Качество образования. №10. 2012. С.34-37.


[3]  Трухин, А.В. Виды виртуальных компьютерных лабораторий / А.В. Трухин // Информационные технологии в высшем образовании. 2005. С. 58-67.


[4]  Трухин, А.В. Об использовании виртуальных лабораторий в образо-вании / А.В. Трухин // Открытое и дистанционное образование. – 2002. – № 4 (8).


[5]  Лесовик, В.С. Геоника (геомиметика) как трансдисциплинар-ное направление исследований / В.С. Лесовик // Высшее образование в России. 2014. № 3. С.77-83.


[6]  Соловов, А.В. Виртуальные учебные лаборатории в инженер-ном образовании / А.В. Соловов // Сборник статей «Индустрия образования». Выпуск 2. - М.: МГИУ, 2002. С.386-392.


[7]  Норенков, И.П. Информационные технологии в образовании / И.П. Норенков, А.М. Зимин // М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 352 с.

При копировании материалов ссылка на сайт www.sunspire.ru обязательна. Также, вы можете использовать библиографическую ссылку на учебное пособие:

 

"Белов, В.В. Компьютерная реализация решения научно-технических и образовательных задач: учебное пособие / В.В. Белов, И.В. Образцов, В.К. Иванов, Е.Н. Коноплев // Тверь: ТвГТУ, 2015. 108 с."

Официальная группа ВК:

Сайты-партнеры:

Центр научно-образовательных электронных ресурсов Тверского государственного технического университета:

http://cdokp.tstu.tver.ru

 

Официальный сайт Тверского государственного технического университета:

http://www.tstu.tver.ru

Русскоязычный форум по языку программирования Dark Basic Professional:

http://area.mediahouse.ru/

Открытия, Изобретения, Новые технические разработки:

http://www.belashov.info

Электронный магазин 3D моделей CGTrader:

http://www.cgtrader.com

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика
Топ Разработка игр
Bourabai Research - Технологии XXI века