Онлайн виртуальные лаборатории. Роль виртуальных лабораторных работ в преподавании физики

ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ КАК СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБРАЗОВАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ

Дуйсенова Молдир Маратовна

студент 4 курса, факультета информационных технологий, кафедра информатики, Евразийского Национального Университета имени Л.Н. Гумилева, Республика Казахстан, г. Астана

Абильдинова Гульмира Маратовна

научный руководитель, канд. пед. наук, доцент Евразийского Национального Университета имени Л.Н. Гумилева, Республика Казахстан, г. Астана

В данной статье дается понятие виртуальной лаборатории, приведены примеры их использования в области информатики. Рассмотрены причины необходимые для применения виртуальных лаборатории, которые повышают эффективность обучения в целом.

Ключевые слова: виртуальная лаборатория, моделирование объектов, инновационные технологии, виртуально-образовательная среда, дистанционное обучение.

В настоящее время установлено, что современный образовательный процесс становится более эффективным при использовании интерактивных, мультимедиа насыщенных образовательных ресурсов, обеспечивающих активные методы обучения. Наилучшим образом этим требованиям соответствуют образовательные ресурсы и системы виртуальной реальности. Примером таких электронных ресурсов являются виртуальные лаборатории, которые могут моделировать поведение объектов реального мира в компьютерной образовательной среде и помогают учащимся овладевать новыми знаниями и умениями в научно-естественных дисциплинах, таких как химия, физика, математика, информатика, биология.

Одна из целей создания виртуальных лабораторий - стремление к всесторонней визуализации изучаемых процессов, а одна из главных задач - обеспечение возможности подготовки обучаемого к наиболее полному восприятию и пониманию их сущности.

Виртуальные лаборатории способствуют повышению наглядности, интерактивности, а также формированию познавательной и творческой активности учащихся.

Виртуальные лаборатории, позволяют моделировать объекты и процессы окружающего мира, организовать доступ к реальному лабораторному оборудованию.

Проблемам применения средств информационных компьютерных технологий в образовательном процессе выделены работы В.А. Далингера , П.П. Дьячука , М.П. Лапчика , и др., вопросами создания и использования виртуальных лаборатории занимались ученые: Котеров Д.В., Лесков Н.С., и многие другие.

При создании виртуальной лаборатории необходимо разобраться с

Вопросом его определения. Анализ различных источников позволил выявить следующее понятие: «Виртуальная лаборатория сложный комплекс задач какой-либо предметной области, предоставляющий ученику виртуальные инструменты для создания и формализации условии задачи, средства ее решения и контроля над действиями учащихся».

Теоретический обзор создания виртуальных лаборатории позволил выделить целый ряд использования виртуальных лаборатории удаленного доступа в образовании:

1. Виртуальная лаборатория «Переливания», специализирована для решения задач, которые основаны на модели переливания (или пересыпания) содержимого между сосудами определенной емкости. Во время решения задач допустимы также «источник» жидкости и «сток» - т. е. сосуды неограниченного емкости, из которых можно наполнять или выливать содержимое «рабочей» емкости. Построение модели включает в себя выбор нужных для решения сосудов, указание их емкости и запись краткого условия решения задачи. Применяется при изучении тем: «Моделирование. Модель, как отражение существенных свойств реального объекта. Виды моделей. Методы описания моделей, свойства моделей».

2. Виртуальная лаборатория «Переправы». В данной виртуальной лаборатории моделируются моменты переправы некоторых нескольких персонажей на одном пароме, в рамки которых входят некие действующие в данный момент ограничения. Применяется при изучении темы: «Алгоритмы и их исполнители формы записи алгоритмов, блок-схемы».

3. Виртуальная лаборатория «Разъезды». В этой лаборатории главной целью работы по сути является последовательность перевозок, которая обеспечивает ту последовательность,нужную на другой стороне.

4. Виртуальная лаборатория «Взвешивания». Здесь данная модель предназначена для выявления решения двух типов задач на взвешивание:

·разработка алгоритма поиска среди похожих однотипных объектов одного, отличающегося по весу от остальных;

·поиск методом последовательных взвешиваний среди похожих однотипных объектов одного, отличающегося по весу (искомый объект назначается программой случайным образом).

5. Виртуальная лаборатория «Черные ящики». Данная лаборатория предназначена для решения задач на выявление математических операций, совершаемых над числами. Модели присуще понятие «черный ящик» - устройство, имеющее несколько входов и один выход, и формула работы которого неизвестна. Для построения модели решения, нужно выбрать из набора «черных ящиков» тот, который имеет необходимое, по условию задачи, число входов (один, два или три). После этого в поле «исходное состояние» необходимо ввести значения входных переменных. Входы определены буквами латинского алфавита. Числа, соответствующие значениям переменных, вводятся через запятую. Аналогично заполняется поле «конечное состояние».

Задачами виртуальной компьютерной лаборатории являются:

·освоение сложного корпоративного и другого программного обеспечения, выполнение своего цикла задач создания виртуальных серверов: развертывание и настройка программного обеспечения, а также его использования на проблемно-ориентированных практических примерах, позволяющих формировать профессиональные компетенции и развивать конструктивное, аналитическое и системное мышление учащихся;

·организация научно-исследовательских проектов, с привлечением потенциала ведущих ИТ-компаний;

·внедрение в практику учебного процесса университета открытых продуктов и информационных технологий корпорации IBM, предоставляемых школе/университету в рамках программы академической инициативы для профильных предметов/ специальностей и направлений подготовки выпускников;

·выполнение практических заданий в рамках семинарских занятий;

·предоставление возможности удаленного использования корпоративного программного обеспечения и другого программного обеспечения, используемого в учебном процессе, для самоподготовки;

·проведение занятий по повышению квалификации;

·подготовка школьников, студентов и аспирантов к участию в выступлениях на конференциях и конкурсах различного уровня с публикацией результатов научно-исследовательских работ.

Применение виртуальных лабораторий позволяет:

·инициализировать достаточно большой интерес у школьников наряду с доступностью для них;

·способствовать повышению эффективности проведения учебных занятий, усвоению учебных материалов, а также эффективности обучения в целом;

·сократить затраты времени на подготовку к урокам;

·демонстрировать во время урока эксперименты, которые невозможно поставить в реальной жизни;

·организовать индивидуальный подход к обучаемым.

Виртуальный эксперимент может быть организован следующим образом:

·на базе математической модели исследуемого процесса. В ходе эксперимента происходит имитация работы реального лабораторного оборудования. У обучающегося складывается впечатление, что он работает с реальными приборами и оборудованием (или их макетами).

·на базе реального или промышленного оборудования с возможностью удаленного доступа(например, по каналам сети Интернет) к исследуемому объекту. В данном случае эксперимент проводится в реальном режиме времени на лабораторной установке. Обучающийся получает возможность устанавливать разные режимные характеристики, включать/отключать соответствующие механизмы, снимать данные с контролируемых приборов и сохранять их у себя на компьютере для следующей обработки.

Виртуальная лаборатория может быть организована для локального использования или сетевой вариант.

Одним из самых важных вопросов разработки виртуальной лаборатории является создание навигационной системы, удобной для обучающегося. Она должна обеспечивать три основных показателя:

Первый, ориентация учащегося в пределах данной лаборатории с однозначной идентификацией того места, куда он попал.

Второй, особое отражение тех мест лаборатории, в которых обучающийся уже побывал. Для этого, в основном, применяется выделение посещенных ссылок другим цветом.

Третий, обеспечение возможности учащемуся посетить те места лаборатории, где он ранее не был. Для того, чтобы это обеспечить данный показатель навигации самым важным является четкое и адекватное представление общей структуры всей виртуальной лаборатории.

Наиболее распространенные три навигационные стратегии: в ширину (отображение верхних уровней структуры), в глубину 9 отображение полного пути к данной странице по структуре лаборатории) и смешанная.

Организация хорошей навигации может быть обеспечена только при четкой информационной архитектуре виртуальной лаборатории. Как правило, она носит иерархический характер. При разработке информационной архитектуры определяющую роль должна играть проблема обеспечения информационного удобства обучающегося при работе в данной виртуальной лаборатории.

Такой сервис как «поиск» значительно упрощает навигацию обучающегося при попытке отыскать необходимую информацию. Функция поиска должна четко определять область, в которой осуществляется поиска информации, а также быть легко доступна на любой странице лаборатории. Нужно предусмотреть возможность расширенного поиска по другим похожим лабораториям, сайтам или известным информационно-поисковым системам.

Рассмотренные формы информационного наполнения виртуальной лаборатории позволят создать полноценный законченный проект, использование которого в учебном процессе будет удобно и интересно как ученику, так и учителю (Рисунок 1).

Рисунок 1. Интеграционная интернет-ориентированная программная среда виртуальной компьютерной лаборатории

Провдененный анализ позволил нам выявить ряд причин необходимости использования виртуальных лаборатории в области информатики:

· виртуальные лаборатории можно демонстрировать в классе во время проведения занятий, как дополнительный материал для изучения.

· использование виртуальных лаборатории повышает интерес учащихся к изучению дисциплины.

· повышает эффективность обучения в целом, предусматривает как групповой, так и индивидуальный подход учащемся.

Список литературы :

1.Далингер В.А., Информационные технологии как компонент предметного содержания подготовки магистров математического образования//XII международная конференция-выставка «Информационные технологии в образовании» («ИТО-2002») 4-8 ноября 2002 г., г. М.

2.Дьячук П.П., Лариков Е.В. Применение компьютерных технологий обучения в средней школе. КГПУ, 1998. - С. 167.

Визуализация – один из наиболее эффективных приемов обучения, помогающий гораздо проще и глубже разобраться в сущности различных явлений, недаром наглядные пособия использовались еще в глубокой древности. Особенно полезны визуализация и моделирование при изучении динамичных, изменяющихся во времени объектов и явлений, которые бывает сложно понять, глядя на простую статичную картинку в обычном учебнике. Лабораторные работы и учебные эксперименты не только полезны, но и весьма интересны – при соответствующей организации, конечно.

Далеко не все учебные эксперименты можно или нужно проводить в «реальном» режиме. Неудивительно, что технологии компьютерного моделирования достаточно быстро пришли в эту область. Сейчас на рынке представлен целый ряд программных пакетов, предназначенных для осуществления виртуальных учебных экспериментов. В данном обзоре будет рассмотрена относительно новая ипостась таких решений: виртуальные онлайновые лаборатории. С их помощью можно проводить компьютерные опыты, не приобретая дополнительных программ, причем в любое удобное время, был бы доступ к Интернету.

В развитии современных сетевых проектов такого плана сейчас наблюдается несколько тенденций. Первая – рассеяние по значительному количеству ресурсов. Наряду с крупными проектами, аккумулирующими значительное количество контента, существует множество сайтов, на которых собрано понемногу лабораторий. Вторая тенденция – наличие как многоотраслевых проектов, предлагающих лаборатории для различных отраслей знаний, так и тематических специализированных проектов. Наконец, нельзя не отметить, что в онлайне лучше всего представлены лаборатории, посвященные естественным наукам. Действительно: физические эксперименты вообще могут быть весьма затратным мероприятием, а компьютерная лаборатория позволяет заглянуть за кулисы сложных процессов. Выигрывает и химия: нет нужды в приобретении настоящих реактивов, оборудовании лаборатории, нет опасения что-нибудь испортить в случае ошибки. Не менее благодатное поле для виртуальных лабораторных практикумов – биология и экология. Не секрет, что детальное изучение биологического объекта зачастую заканчивается его гибелью. Экологические же системы велики и сложны, так что применение виртуальных моделей позволяет упростить их восприятие.

В наш обзор вошли несколько наиболее интересных онлайновых проектов как многоотраслевого, так и тематического плана. Все веб-ресурсы данного обзора – сайты с открытым, бесплатным доступом.

VirtuLab

Ресурс VirtuLab – крупнейший в современном Рунете сборник виртуальных опытов по различным учебным дисциплинам. Основная единица коллекции – виртуальный эксперимент. С технической точки зрения, это интерактивный ролик, сделанный с помощью Adobe Flash. Некоторые лаборатории выполнены в трехмерной графике. Для работы с ними понадобится установить Adobe Shockwave Player с дополнением Havok Physics Scene. Найти это дополнение можно на сайте director-online.com. Распаковать полученный архив нужно в каталог Xtras вашего Adobe Shockwave Player, который находится в системном каталоге Windows.

Ресурс VirtuLab – крупнейшее собрание виртуальных онлайновых
лабораторий на русском языке

Каждый ролик позволяет провести какой-либо эксперимент, имеющий учебную цель и четкое задание. Пользователю же предлагаются все инструменты и объекты, необходимые для получения результата. Задания и подсказки выводятся в виде текстовых сообщений. В роликах VirtuLab силен обучающий аспект, например, если пользователь ошибается, система не пустит его дальше до исправления ошибки.

Коллекция экспериментов VirtuLab достаточно обширна и разнообразна. Собственной встроенной поисковой системы у VirtuLab нет, поэтому для того, чтобы найти нужный эксперимент, придется просто пролистывать разделы каталога. Архив разделен на четыре основных блока: «Физика», «Химия», «Биология» и «Экология». Внутри них присутствуют более узкие тематические разделы. В частности, для физики это разделы данной дисциплины. Здесь есть опыты по знакомству с механикой, электрическими и оптическими эффектами. Ряд лабораторий выполнен в 3D-графике, что помогает демонстрировать разнообразные опыты: от экспериментов с динамометрами до рефракции и других оптических эффектов.

В «Биологии» же основой деления стали классы школьной программы. Содержание заданий здесь может быть самым разным. Так, есть и задания на изучение особенностей строения различных живых организмов (например, конструктор для сборки всевозможных организмов из предлагаемых «деталей») и задания, имитирующие работу с микроскопом и с препаратами различных тканей.

Сайт PhET является многоотраслевой коллекцией Java-аплетов,
с которыми можно работать как в онлайне, так и на локальном компьютере

Отдельно, в разделе Cutting Edge Research, выделены демонстрации, посвященные самым современным исследованиям. Новинки в архиве появляются регулярно, для них предназначен раздел New Sims.

Обратите внимание на подраздел Translated Sims. Эта страница содержит перечень всех языков, на которые были переведены предлагаемые виртуальные лаборатории. Есть среди них и русский – таких опытов здесь на сегодняшний день ровно пятьдесят. Любопытно, что количество демонстраций на английском, сербском и венгерском практически равное. При желании можно принять участие в переводе демонстраций. Для этого предлагается специальное приложение PhET Translation Utility.

Что же представляют собой демонстрации PhET и кому они могут быть полезны? Построены они на технологии Java. Это позволяет запускать эксперименты в онлайне, скачивать аплеты на локальный компьютер, а также внедрять их на другие веб-страницы в качестве виджетов. Все эти опции предусмотрены на странице каждой демонстрации PhET.

Все эксперименты PhET интерактивны. Они содержат одно или несколько заданий, а также набор всех элементов, необходимых для их решения. Поскольку ход решения, как правило, достаточно подробно раскрывается в текстовых примечаниях, основная цель демонстраций – визуализация и разъяснение эффектов, а не тестирование знаний и навыков пользователя. Так, одна из демонстраций химического раздела предлагает составить молекулы из предлагаемых атомов и посмотреть на трехмерную визуализацию результата. В биологическом разделе есть калькулятор баланса расхода человеком калорий в течение дня: можно указывать виды и количество потребляемой пищи, а также объем физических упражнений. Затем остается только наблюдать за изменениями подопытного «человечка» заданного возраста, роста и начального веса. Математический раздел может похвастаться весьма полезными инструментами построения графиков различных функций, арифметическими играми и другими любопытными приложениями. Физический раздел предлагает широкий выбор «лабораторий», демонстрирующих самые различные явления -- от простого движения до квантовых взаимодействий.

PhET
Оценка: 4
Язык интерфейса: английский, есть русский
Разработчик: University of Colorado
Сайт: phet.colorado.edu

Wolfram Demonstrations Project

Весьма ценным источником онлайновых лабораторий является многоотраслевой ресурс Wolfram Demonstrations Project. Цель проекта – наглядная демонстрация концепций современной науки и техники. Wolfram претендует на роль единой платформы, позволяющей создать объединенный каталог онлайновых интерактивных лабораторий. Это, по мнению его разработчиков, позволит пользователям избежать проблем, связанных с применением разнородных обучающих ресурсов и платформ разработки.

Каталог Wolfram Demonstrations Project насчитывает более 7 тыс.
виртуальных лабораторий

Данный сайт представляет собой часть крупного интернет-проекта Wolfram. В настоящее время Wolfram Demonstrations Project обладает внушительным каталогом из более чем 7 тыс. интерактивных демонстраций.

Технологической основой для создания лабораторий и демонстраций служит пакет Wolfram Mathematica. Для просмотра демонстраций понадобится скачать и установить специальный Wolfram CDF Player размером чуть более 150 Мбайт.

Каталог проекта состоит из 11 основных разделов, относящихся к различным отраслям знания и человеческой деятельности. Здесь есть крупные физические, химические и математические разделы, а также посвященные технике, инженерному делу. Хорошо представлены биологические науки. Уровни сложности моделей, равно как и уровни изложения, самые разные. В каталоге имеются достаточно сложные демонстрации, ориентированные на высшую школу, немало лабораторий посвящено иллюстрации новейших научных достижений. В то же время на сайте есть и разделы, предназначенные для детей. Определенным неудобством может стать разве что языковой барьер: проект Wolfram в настоящее время сугубо англоязычный. Впрочем, текста в демонстрациях и лабораториях немного, инструменты управления достаточно просты, а разобраться с ними легко и без подсказок.

Здесь нет каких-либо конкретных заданий или контроля их выполнения. Однако нельзя назвать контент просто презентациями или видеороликами. В демонстрациях Wolfram присутствует изрядная доля интерактивности. Практически в любой из них есть инструменты, помогающие изменять параметры представляемых объектов, проводя тем самым виртуальные опыты над ними. Это способствует более глубокому пониманию демонстрируемых процессов и явлений.

Wolfram Demonstrations Project
Оценка : 4
Язык интерфейса : английский
Разработчик: Wolfram Demonstrations Project & Contributors
Сайт: demonstrations.wolfram.com

IrYdium Chemistry Lab

Кроме «многоотраслевых» проектов в современной Сети есть немало специализированных онлайновых лабораторий, посвященных определенным наукам. Начнем с проекта The ChemCollective, посвященного изучению химии. Он содержит немало тематических материалов на английском языке. Один из его наиболее интересных разделов – собственная виртуальная лаборатория под названием IrYdium Chemistry Lab. Ее устройство заметно отличается от всех рассмотренных выше проектов. Дело в том, что здесь не предлагаются какие-то определенные, конкретные опыты со своими заданиями. Вместо этого, пользователю предоставлена практически полная свобода действий.

Онлайновая химическая лаборатория IrYdium отличается
высокой гибкостью в настройке и работе

Выполнена лаборатория в виде Java-аплета. Его, кстати, можно скачать и запускать на локальном компьютере – соответствующая ссылка на загрузку вынесена на главную страницу проекта.

Интерфейс аплета разделен на несколько зон. Посередине находится рабочее пространство, в котором отображается ход проводимого эксперимента. Правая колонка отдана по своеобразную «приборную панель» -- здесь выводится информация о происходящих реакциях: температура, показатели кислотности, молярности и другие вспомогательные данные. В левой же части аплета размещается так называемый «Склад реактивов». Это набор всевозможных виртуальных реактивов, выполненный в виде иерархического дерева. Здесь можно найти кислоты, основания, индикаторные вещества и все остальное, что необходимо химику-экспериментатору. Для работы с ними предлагаются хороший выбор различной лабораторной посуды, горелка, весы и другое оборудование. В результате пользователь получает в свое распоряжение неплохо оснащенную лабораторию, обладающую мало чем ограниченными возможностями экспериментирования.

Поскольку конкретных заданий здесь нет, эксперименты проводятся так, как необходимо и интересно пользователю. Остается лишь выбрать нужные вещества, построить экспериментальную установку с помощью предлагаемого виртуального оборудования и запустить реакцию. Очень удобно, что получившееся вещество разрешается добавить в коллекцию реактивов, чтобы использовать в последующих экспериментах.

В общем, получился интересный и полезный ресурс, отличающийся высокой гибкостью применения. Если же учесть наличие практически полного русского перевода программы, то лаборатория IrYdium Chemistry Lab способна стать очень полезным инструментом для освоения базовых химических знаний.

IrYdium Chemistry Lab
Оценка: 5
Язык интерфейса: русский, английский
Разработчик: The ChemCollective
Сайт: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

«Виртуальная лаборатория» teachmen.ru

Это второй российский проект в нашем обзоре. Данный ресурс специализируется на физических явлениях. Область применения виртуальных лабораторий не ограничивается только рамками школьной программы. Предлагаемые в них онлайновые опыты, разработанные специалистами Челябинского государственного университета, подойдут не только школьникам, но и студентам. С технической точки зрения, этот ресурс -- комбинация Flash и Java, поэтому понадобится заранее проверить обновления виртуальной Java-машины на своем компьютере.

Задания проекта «Виртуальная лаборатория» отличаются
более высокой сложностью

Дизайн лабораторий здесь схематичен и строг. Кажется, будто предстают своеобразные ожившие картинки из учебника. Это подчеркивается и наличием материалов, предназначенных для сопровождения учебных занятий. Основной акцент в таких экспериментах ставится на выполнение конкретных заданий и проверку знаний пользователя.

В каталог проекта включен десяток основных тематических разделов -- от механики до атомной и ядерной физики. В каждом из них собрано до десяти соответствующих интерактивных виртуальных лабораторий. Кроме того, предлагаются иллюстрированные конспекты лекций, причем некоторые из них снабжены собственными виртуальными экспериментами.

Рабочая среда экспериментатора здесь воспроизводится достаточно внимательно. Приборы демонстрируются в виде схем, предлагается строить графики и выбирать ответы из имеющихся вариантов. Эксперименты в «Виртуальной лаборатории» сложнее, чем в VirtuLab. В коллекцию ресурса входят опыты по атомной и ядерной физике, физике лазеров, а также «конструктор атомов», предлагающий собрать атом из различных элементарных частиц. Есть эксперименты на нахождение и нейтрализацию источника радиации, изучение свойств лазеров. Кроме того, присутствуют и ориентированные в первую очередь на школьников «механические» лаборатории.

Online Labs in

Кроме крупных ресурсов с десятками и сотнями виртуальных опытных площадок в Сети есть немало небольших сайтов, предлагающих некоторое количество интересных экспериментов по определенной, обычно узкой тематике.

Хорошим стартовым пунктом при поиске небольших виртуальных
лабораторий способен стать проект Online Labs in

В такой ситуации, для того чтобы найти нужные демонстрации, безусловно, пригодятся проекты-каталоги, коллекционирующие и систематизирующие ссылки на такие сайты. Хорошим стартовым пунктом способен стать каталог Online Labs in (onlinelabs.in). Данный ресурс занимается сбором и систематизацией ссылок на проекты, предлагающие свободно доступные онлайновые эксперименты и лаборатории в различных отраслях наук. Для каждой науки выделен соответствующий раздел. В сфере интересов проекта, прежде всего, физика, химия и биология. Именно эти разделы являются наиболее крупными и хорошо обновляемыми. Кроме того, постепенно наполняются те, что посвящены анатомии, астрономии, геологии и математике. Каждый из разделов содержит ссылки на соответствующие интернет-ресурсы с краткой аннотацией на английском языке, рассказывающей о назначении той или иной лаборатории.

«Виртуальная лаборатория» teachmen.ru
Оценка: 3
Язык: русский
Разработчик: Челябинский государственный университет
Сайт: teachmen.ru

Изучение физики без экспериментальной части невозможно. Посчитаем: в каждой параллели в среднем по десять работ, всего параллелей пять. Получается тридцать пять. И это не считая демонстрационных экспериментов во время урока.

Можно много рассуждать о необходимости перехода на новые стандарты образования, необходимости внедрения информационных технологий в учебный процесс, но! По моему глубокому убеждению, ученик должен потрогать руками прибор, должен измерить, соединить, разбить и сломать его в конце концов. В этом действе заложен глубокий смысл - сломал, значит это не просто многоразовый и неуничтожимый рисунок на экране, самовосстанавливающийся при нажатии кнопки "рестарт". Это то, что было сделано, а значит в этот прибор был вложен труд мастеров, значит, его нужно беречь. Воспитательный момент в образовании никто не отменял.

Одно из требований к выпускникам школы при изучении физики является умение различать приборы, умение ими пользоваться для измерений. Никакой рисунок термометра или вольтметра не заменит реальный прибор. И дело здесь не только и не столько в дизайнерских способностях создателей виртуальных лабораторий. Познание окружающего мира идет через тактильное восприятие в том числе. Мелкая моторика при нажатии кнопок мыши и клавиатуры совершенно не работает, а только "роботизирует" действия ученика.

Однако, вернемся к заявленной теме. Все большее внимание в настоящее время уделяется именно виртуальным лабораторным работам по различным предметам. Мне кажется, они не должны полностью заменять собой реальные лабораторные работы, а только дополнять их. Причем, использоваться в обучении виртуальные лабораторные работы должны только после знакомства ученика с реальными приборами. Какие ресурсы на данный момент существуют и какие мне (исключительно субъективное мнение) показались интересными?

Виртуальная образовательная лаборатория virtulab

Сайт virtulab.net - это собрание интерактивных уроков и виртуальных лабораторных работ по физике, химии, биологии, экологии. Не все модели мне понравились, но многие достойны внимания. Можно использовать и для дистанционного обучения и в качестве демонстраций, дополняющих лекции. Можно использовать в режиме on-line при наличии компьютерного класса и локальной сети с последующим оцениванием работы каждого ученика.

По физике лабораторные работы разделены по основным разделам программы. Есть 3D варианты лабораторных работ. Требуется флеш плеер.

Сайт "Вся физика"

Второй ресурс - очень симпатичный сайт "Вся физика" . Виртуальных лабораторных работ здесь всего шесть. Из них мне наиболее приглянулись для использования работы "Изучение математического маятника". "Изучение пружинного маятника" и "Изучение трансформатора". Возникла идея сделать эти работы домашними исследованиями, с тем, чтобы ученики сами сформулировали цели и задачи, описали ход эксперимента и пришли к определенным выводам. Причем интереснее было бы задать эти работы после первого урока о колебаниях, без ввода формул периода математического и пружинного маятника.

Очень ценный раздел на этом сайте - текстовый вариант фейнмановских лекций по физике. Мне захотелось добавить и видео лекций, на портале YouTube большое количество, ниже публикую несколько.

Интернет-олимпиада по физике

Участвовать в этой олимпиаде могут школьники начиная с 7 класса и по 11 включительно. Регистрация идет постоянно, сама олимпиада проходит в три тура. Первые два - заочные, третий (к нему допускаются участники первых двух, набравшие определенное количество баллов) тур очный. До начала тура олимпиады, после регистрации на сайте интернет-олимпиады участникам предоставляется возможность поучаствовать в тренировочных заданиях.

Чем этот способ участия в олимпиаде привлекателен? Для школьников - можно делать задания в удобное для них время, с домашнего компьютера. Для учителя - можно поставить дополнительную положительную оценку ученику, заранее согласовав соотношение полученных баллов и уровень оценки. Выпускникам (11 класс) - можно уже в апреле получить 100 баллов по ЕГЭ по физике (если стать призером ил победителем олимпиады).

Виртуальная лаборатория – это программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой .

Под виртуальными лабораториями понимается два типа программно-аппаратных комплексов:

1) дистанционные лаборатории – комплекс лабораторной установки с удаленным доступом;

2) виртуальные лаборатории - программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты.

Могут применяться для:

1) ознакомления с техникой выполнения экспериментов;

2) ознакомления с оборудованием, с которым придется работать;

3) для освоения навыков наблюдений, составления отчетов.

Такие комплексы обеспечивают максимальную наглядность, точность соответствия модели реального оборудования для проведения экспериментов. Это существенно облегчает работу, экономит время, создает эффект узнавания уже изученного оборудования.

Преимущества виртуальных лабораторных работ :

1) интерактивность;

2) независимость от конкретной лаборатории (возможность проведения в местах, где есть компьютер);

3) возможность моделирования объектов, процессов, явлений, которые невозможно воспроизвести в условиях учебного заведения, или наблюдать в реальности;

4) возможность выполнять задания удаленно, используя интернет.

Недостатки использования виртуальных работ:

1) невозможность реальных исследований;

2) отсутствие предметной наглядности;

3) отсутствие практических навыков работы с конкретным оборудованием.

STAR (Software Tools for Academics and Researchers) – программа Массачусетского технологического института (MIT) по разработке виртуальных лабораторий для исследований и обучения . Деятельность программы заключается в разработке обучающих и исследовательских приложений по общей биологии, биохимии, генетике, гидрологии, в области распределенных вычислений. Большинство приложений реализованы в java либо html. Такие виртуальные лаборатории как, StarBiochem, StarGenetics, StarORF, StarMolSim, StarBiogene, StarHydro, StarCluster.

Недостатком является то, что эта программа охватывает широкий круг задач только по биохимии, генетики и биологии. Но, несмотря на это STAR отличается фундаментальностью и богатым инструментарием.

EWB (Electronics Workbench) – это система схемотехнического моделирования. Предназначена для моделирования и анализа электрических схем . Программа EWB позволяет моделировать аналоговые, цифровые, цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов. Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений.

Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.

Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки. Программа Electronics Workbench совместима с программой P-SPICE, то есть предоставляет возможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в различные её версии.

Недостаток – разработка и поддержка данной программы уже не осуществляется . Последним добавлением является EWB Layout, специализированная на разработке печатных плат и расширяющая возможности Electronics Workbench

В настоящее время в таких сферах деятельности как образование, наука, техника и технологии большой интерес представляют собой компьютерные информационные системы. Причем, непрерывное развитие науки, техники и технологии приводит к появлению новых информационных систем, а также к развитию и совершенствованию уже существующих. Что касается образования, то внедрение новых технологий, а также комплексная модернизация являются основными вопросам, которым уделяется особое внимание не только в Казахстане, но и во всем мире. Следует учитывать что внедрение информационных технологий в образовательный процесс будет оправдано, если они эффективно дополнят существующие технологии обучения или имеют дополнительные преимущества по сравнению с традиционными формами обучения. Например, использование виртуальных лабораторных работ в преподавании физики позволяет сделать лабораторные работы более живыми и интересными, повышая при этом качество образования.

Поскольку физика является основой научно-технического прогресса, значение физических знаний и роль физики непрерывно возрастают. Методы и средства физического познания востребованы практически во всех областях человеческой деятельности. Применение физических знаний и умений необходимо каждому человеку для решения практических задач повседневной жизни.

Виртуальные лабораторные работы - преимущества и недостатки.

Виртуальная лабораторная работа представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном ее отсутствии .

При этом следует различать такие понятия как «виртуальная лаборатория» и «виртуальная удаленная лаборатория». Основой виртуальной лаборатории является компьютерная программа или связанный комплекс программ, осуществляющих компьютерное моделирование некоторых процессов . Виртуальная удаленная лаборатория представляет собой сетевую организационную структуру нескольких групп ученых, которые принадлежат к различным научным центрам и связанных между собою отношениями взаимовыгодного сотрудничества, благодаря сети Интернет .

По сравнению с традиционными лабораторными работами виртуальные лабораторные работы имеют ряд преимуществ.

Во-первых , нет необходимости покупать дорогостоящее оборудование и опасные радиоактивные материалы. Например, для лабораторных работ по квантовой или атомной или ядерной физике требуются специально оборудованные лаборатории. Виртуальные же лабораторные работы позволяют изучать такие явления как фотоэффект, опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц, определение периода кристаллической решетки методом дифракции электронов, изучение газовых законов, ядерные реакторы и др.
Во-вторых , появляется возможность моделирования процессов, протекание которых недоступно в лабораторных условиях. В частности, большинство классических лабораторных работ по молекулярной физике и термодинамике представляют собой закрытые системы, на выходе которых измеряется некоторый набор электрических величин, из которых затем с помощью уравнений электродинамики и термодинамики рассчитываются искомые величины. Все молекулярно-кинетические и термодинамические процессы, происходящие в опыте, при этом остаются недоступными для наблюдения. В ходе выполнения виртуальных лабораторных работ по этим разделам физики студенты могут с помощью анимированных моделей наблюдать динамические иллюстрации изучаемых физических и химических явлений и процессов, недоступных для наблюдения в реальном эксперименте, при этом одновременно с ходом эксперимента наблюдать графическое построение соответствующих зависимостей физических величин.
В-третьих , виртуальные лабораторные работы обладают более наглядной визуализацией физических или химических процессов по сравнению с традиционными лабораторными работами. Например, появляется возможность более подробно и наглядно изучать такие физические процессы, как движение заряженных частиц, создающих электрический ток или принцип работы р-п-перехода. Также можно проникнуть в процессы, происходящие за доли секунды или длящихся в течение нескольких лет, например, изучение движения планет в поле тяготения центрального тела.

Еще одно преимущество виртуальных лабораторных работ по сравнению с традиционными заключается в безопасности. В частности, использование виртуальных лабораторных работ в случаях, где идет работа с высоким напряжением или опасными химическими реактивами.

Однако виртуальные обладают и недостатками. Основным из них является отсутствие непосредственно контакта с объектом исследования, приборами, оборудованием. Совершенно невозможно подготовить специалиста, который видел технический объект только на экране компьютера. Или вероятно ли найдутся желающие пойти к хирургу, который ранее практиковался только на компьютере. Поэтому самым разумным решением является сочетание внедрения традиционных и виртуальных лабораторных работ в образовательном процессе с учетом их достоинств и недостатков.

Применение виртуальных лабораторных работ в изучении физики.

Глубокое усвоение физики возможно путем изучения теории и в процессе ее применения для решения различных расчетных, качественных и экспериментальных задач. Если на лекционных занятиях студент знакомится с теоретическими вопросами, то на лабораторных занятиях применяются и теория, и, кроме того, формируются практические умения и навыки в проведении физических измерений, в обработке и представлении результатов.

Качественное выполнение и успешная защита результатов лабораторных работ студентами невозможны без самостоятельной предварительной подготовки к лабораторным занятиям. В процессе подготовки к очередному занятию, прежде всего, необходимо изучить по данному руководству описание выполняемой работы. Однако, ограничиться только этим нельзя, так как теоретическое введение к каждой работе не может рассматриваться как достаточный минимум для глубокого понимания физических основ работы. Поэтому необходимо к каждой работе читать материал, соответствующий теме работы, по учебнику. Нельзя приступать к работе без усвоения ее основных теоретических положений, не осознав логики процедуры измерений, не умея пользоваться измерительными приборами, относящимися к данной работе. Приступая к работе, студент должен твердо представлять цель данной работы, общий план работы, т.е. последовательность действий при проведении измерений. Это является главным основанием для преступления к работе при собеседовании с преподавателем в начале занятия.

Виртуальная компьютерная лаборатория содержит инструкции и методические указания к выполнению работ, построенных единообразно по следующей форме: цель работы, теоретический материал, экспериментальная установка, порядок выполнения работы, отчет. Кроме того, в каждой лабораторной работе содержится тест, который включает в себя оценку базовых знаний, необходимых для успешного выполнения работы, и итоговый тест, который направлен на контроль остаточных знаний по результатам выполнения лабораторной работы.

Использовать виртулабы можно, как on-line, так и off-line. Остановимся кратко на некоторых из них:

Virtulab.Net это один из развитых специализированных порталов, посвященных виртуальным образовательным лабораториям. На сайте предложены образовательные интерактивные работы, позволяющие учащимся проводить виртуальные эксперименты по физике, химии, биологии, экологии и другим предметам. Это бесплатный on-line ресурс.
Виртуальная лаборатория по физике для школьников. Виртуальная лаборатория содержит набор программ по школьному курсу физики и предназначена для использования учителями , а также учащимися для выполнения заданий с использованием компьютеров на уроках и дома, так же может быть использована при подготовке к ЕНТ. Это платный ресурс.
Интерактивные лабораторные работы по физике и другим предметам, ресурс находится на сайте Единая коллекция ЦОР. Данным образовательным ресурсом можно пользоваться как on-line, так и off-line. Это бесплатный ресурс.
Серия дисков, выпущенная издательством «Дрофа»: Лабораторные работы по физике для 7-11 классов.

Более того, работа обучающихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как обучающиеся могут ставить многочисленные виртуальные опыты и даже проводить небольшие исследования.

Но у виртуальной лабораторной работы есть и неоспоримые преимущества, так как она позволяет проводить компьютерные лабораторные эксперименты по физике для случаев, когда постановка реального эксперимента затруднена или необходимо мгновенно осуществлять обработку полученных результатов.

Я представила вам небольшой перечень виртуальных образовательных ресурсов. Хочется отметить, что компьютерные лабораторные установки в виртуальных лабораториях, как правило, представляет собой компьютерную модель реальной экспериментальной установки. Выполнение экспериментальных исследований представляет собой непосредственный аналог эксперимента на реальной физической установке.

Подведя итог всему вышесказанному можно сказать, что виртуальные лаборатории, можно использовать как на уроке, так и при самостоятельной подготовке к занятиям, они позволяют глубже понять законы физики и проникнуть в суть физических явлений. Нельзя забывать, что в большинстве случаев это четко запрограммированный процесс.

ЛИТЕРАТУРА

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. 50-64.
Rittinghouse J., Ransome J. Cloud Computing: Implementation, Management, and Security. - CRC Press, 2010.
Кудинов Д.Н. Перспективы разработки виртуальных работ на базе комплекса программ T-FLEX // Современные проблемы науки и образования. - 2009. - № 6. - С. 71-74.
Трухин А.В. Виды виртуальных компьютерных лабораторий // Открытое и дистанционное образование. - 2003. - №3(11).-С. 12-21.
Проект «Виртуальная лаборатория по фундаментальным и прикладным проблемам теории упругости» // Международный научно-технический центр.