Автор: Орда О.А., Губенко Н.Е.
Источник:
Международная научно-техническая конференция молодых ученых и студентов
"Компьютерный мониторинг и информационые технологии 2007"
место проведения: ДонНТУ
Актуальность. В недавнем прошлом использование Интернет и сами идеи так называемого дистанционного образования вызывали некоторые опасения. Но скорость внедрения технологий Интернет в повседневную жизнь и их освоения настолько высока, что в настоящее время уже нет никаких сомнений в целесообразности создания удаленных учебных экспериментальных лабораторий и включение занятий в таких лабораториях в учебные программы. Можно с уверенностью сказать, что для нового поколения инженеров и ученых работа с установками и приборами, удаленными на сотни и тысячи километров будет обычным делом. В естественных науках проведение реальных экспериментальных исследований всегда играет решающую роль. Вместе с тем, многие, даже сравнительно простые, учебные опыты требуют наличия специфического и дорогостоящего оборудования. Сегодня это оборудование частично заменяется виртуальными компьютерными экспериментами, на основе специально разработанных моделирующих программ. Однако виртуальные компьютерные эксперименты не могут являться полноценной заменой. Сложившаяся ситуация все острее ставит вопрос о предоставления заинтересованным учащимся возможности участия в проведении реальных физических экспериментов на современном уровне, их приобщения к современным знаниям и технологиям научных исследований.
Цель виртуальных экспериментальных исследований: исследование отдаленных объектов, вредных веществ, и так далее, а так же дистанционное обучение при котором нет возможности реального эксперимента.
Основная часть. Сейчас появились так называемые удаленные лаборатории, пользователи которых могут проводить свои исследования, находясь от них на значительном расстоянии. Как организованы такие исследования. В удаленной лаборатории имеются полностью автоматизированные (управляемые компьютерами) экспериментальные установки. Компьютеры подключены в сеть Интернет. На них установлено специальное программное обеспечение. Оно позволяет полностью контролировать и управлять работой установки (например, включать/выключить источники света, перемещать изучаемые образцы, регистрировать нужные сигналы, запоминать измеренные данные и т. д.), а также принимать команды, поступающие через сеть Интернет от другого компьютера, и выполнять их на установке. Получаемые результаты должны передаваться на компьютер удаленного пользователя. Для такой работы на компьютере удаленного пользователя должна работать соответствующая программа - так называемый "клиент". Ее задачи - найти в сети Интернет нужный компьютер, "соединиться" с ним, пересылать команды, получать от него информацию о состоянии установки и результаты измерений. Итак, в отличие от работы в обычной учебной лаборатории, когда экспериментатору необходимо знакомиться с правилами работы на приборах и уметь совершать какие-либо действия с установкой, при выполнении удаленного эксперимента, надо научиться работать с программным обеспечением клиента лаборатории, которое пересылает команды, принимает данные о состоянии установки и результаты измерений. Большое значение в подготовке специалистов с техническим образованием имеют лабораторные работы по изучению конструкций технических объектов. Для этой цели создаются специальные учебные кабинеты. Роль таких кабинетов в техническом образовании трудно переоценить. Однако их создание требует длительного времени, а оснащение и содержание - значительных материальных ресурсов. Например, кабинет конструкции самолетов Самарского государственного аэрокосмического университета (СГАУ) имеет богатую коллекцию агрегатов различных самолетов, которая собиралась более 50-и лет. Она размещена на площади более тысячи кв. метров, в ее комплектацию и методическую подготовку вложен большой труд не одного поколения преподавателей. Агрегаты препарировались и размещались таким образом, чтобы обеспечить не только первоначальное знакомство с авиационной техникой, но и изучение фундаментальных принципов работы авиационных конструкций и типовых конструкторских решений. Создание подобных кабинетов по силам лишь крупным учебным заведениям, поэтому сегодня вполне очевидной становится идея разработки их виртуальных аналогов. Такие виртуальные кабинеты относятся к системам декларативного типа, поскольку знания в них хранятся в готовом, препарированном преподавателем виде. Эти ВУЛ сходны по подготовке и работе с ними с электронными учебниками. Но их содержательными прототипами являются не первоисточники на бумаге, а натурные экспонаты. В состав виртуальных учебных кабинетов входят структурированные описания технических объектов, внутри которых размещаются графические иллюстрации (фотографии, схемы, рисунки) и гиперссылки, под которыми "спрятаны" дополнительные графические иллюстрации аналогичного типа, либо видео- или аудиофрагменты, анимации (рис. 1) Для повышения эффективности восприятия учебного материала целесообразно использование специальных технологических приемов, например flash-анимаций с лупой, позволяющих видеть агрегат в целом и иметь возможность рассматривать его мелкие детали (рис. 2). В конце описания каждого агрегата целесообразно давать вопросы для самоконтроля и тренинга по пройденному материалу с краткими комментариями, "спрятанными" под гиперссылками, что позволяет активизировать процесс усвоения учебного материала, делая его интерактивным, и помогает при подготовке к экзаменам и зачетам.
Выводы. Информационные технологии, включающие в себя современные мультимедиасистемы, могут быть использованы для поддержки процесса активного обучения. Именно они в последнее время привлекают повышенное внимание. Примером таких обучающих систем являются виртуальные лаборатории, которые могут моделировать поведение объектов реального мира в компьютерной образовательной среде и помогают учащимся овладевать новыми знаниями и умениями при изучении научно-естественных дисциплин, таких, как химия, физика и биология. Отмечается значение виртуальных экспериментов для химического образования и подчеркиваются преимущества их использования.