ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДАПТИРУЕМЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ И ГИБРИДНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В СИСТЕМЕ СРЕДНЕГО, ВЫСШЕГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДАПТИРУЕМЫХ ВИРТУАЛЬНЫХ И
ГИБРИДНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В СИСТЕМЕ СРЕДНЕГО, ВЫСШЕГО
И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Я. Чернер [email protected]
Компания ATeL. LLC, США
WEB-BASED VIRTUAL LABORATORIES FOR SCIENCE AND
TECHNOLOGY EDUCATION AND INSTRUCTOR TOOL FOR RAPIDLY
CREATING AND ALTERING VIRTUAL EXPERIMENTS
Yakov E. Cherner
ATeL, LLC (Massachusetts, USA)
Повышение доступности Интернета и значительное улучшение качества и
пропускной способности телекоммуникационных каналов позволяет ввести в широкий
оборот принципиально новые высоко эффективные обучающие технологии. К их числу
принадлежат виртуальные и гибридные лаборатории, в том числе разработанные
компанией ATeL, LLC (Mass, USA) в сотрудничестве с ведущими американскими
колледжами и образовательными центрами. Содержание, компоновка и дизайн этих
учебных материалов, а также предлагаемые методики обучения с их использованием
базируются на результатах последних исследований психологов, ведущих педагогов и
специалистов в области когнитивных наук о том, как учащиеся разного уровня и, прежде
всего, взрослые учащиеся, используют образовательные компьютерные ресурсы и каким
требованиям эти ресурсы должны удовлетворять, чтобы обеспечивать максимальную
эффективность.
Ядро виртуальных лабораторий (ВЛаб) составляют интерактивные симуляции,
реалистично моделирующие устройство и работу оборудования и систем, встречаемых в
повседневной жизни или на производстве. Фундаментальные принципы механики
жидкости, теории теплоты, термодинамики, оптики, телекоммуникационных технологий
изучаются в контексте работы бытовых приборов, автомобилей, систем отопления и
теплоизоляции домов, мобильных телефонов, оптоволоконных устройств, медицинских
приборов и даже игры в гольф. Каждая ВЛаб включает в себя расширяемую коллекцию
онлайновых практических заданий (виртуальных экспериментов - ВЭ). В состав каждого
ВЭ, кроме одной или нескольких моделирующих программ, входят описание
эксперимента, пошаговые инструкции для выполнения работы, рабочая тетрадь учащегося
и другие вспомогательные материалы. Кроме того, ВЛаб включают тестовые вопросы и
задания, а также такие обучающие ресурсы как электронные учебники, описание моделей,
справочники и т.п. Все ресурсы объединены таким образом, что дополняют друг друга и
усиливают педагогический эффект.
Для повышения мотивации и интереса у учащихся фундаментальные законы и
принципы рассматриваются в контексте природных явлений, технологических процессы,
работы различных промышленных и бытовых приборов, а также спортивных игр. Таким
образом, учащиеся видят прикладное значение и применимость получаемых знаний в
реальной жизни и в производственной деятельности.
Рис 1. Виртуальная лаборатория “DISTILLATION: From Da Vinci’s Alembics to
Modern Applications”
В этой лаборатории рисунки и изобретения великого Леонардо Да Винчи
используются в качестве контекста для стимулирования интереса учащихся и для
введения в тематику химических процессов и технологий. Встроенные моделирующие
программы позволяют учащимся, следуя по стопам гения, проследить его подход к
усовершенствованию химического оборудования, перейти от набросков Леонардо к
интерактивным трехмерным моделям средневековых дистилляторов, провести с ними
эксперименты, а затем сравнить это с современным лабораторным оборудованием и
выполнить множество химических экспериментов разного уровня, часть из которых не
может быть осуществлена даже в хорошо оснащенных лабораториях.
Открытая архитектура обеспечивает высокую адаптивность представляемых
виртуальных лабораторий, а наличие простых инструментов для адаптации позволяет легко и
эффективно интегрировать лаборатории с существующими компьютерными и
традиционными курсами и определять глубину и подробность рассмотрения материала в
зависимость от уровня студентов (от средней школы до университета) и конечных целей
учебного процесса. Таким образом достигается высокая степень персонализации учебного
материала, что существенно повышает эффективность образовательного процесса.
На Рис. 2 приведены фрагменты виртуальной лаборатории «Датчики и их
применение», которая помогает студентам через серию виртуальных экспериментов
лучше понять физические принципы построения датчиков и преобразователей
информации, а также их конструкцию и использование для автоматизации
производственных процессов и экологического мониторинга.
Рис 2. Виртуальная лаборатория “SENSORS: Fundamental Principles and Applications”
Рассмотрение конструкций и принципов работы устройств, а также реальных
процессов с различных точек зрения обеспечивает междисциплинарный подход к
обучению и позволяет учащимся перейти от понимания отдельных изолированных
процессов и эффектов к осознанию полной картины со всеми ее особенностями. Это
способствует лучшему пониманию обучаемым причинно-следственных зависимостей и,
следовательно, взаимосвязей между функционированием основных узлов и компонентов
систем, а также возможных проблем и сбоев в работе оборудования.
Виртуальные лаборатории могут объединяться с традиционными лабораториями и
лабораториями удаленного доступа, образуя гибридные лаборатории.
Все продукты компании ATeL полностью соответствуют стандартам SCORM и
другим требованиям к онлайновым материалам.