АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ

Аннотация

Столбунская А.С., Паламарчук И.Д., Бочаров Д.М. Автоматизация процесса обучения при помощи виртуальных лабораторий. В данной работе проведено исследование способов автоматизации процесса обучения путем использования виртуальных обучающих сред. Выполнен обзор ошибок создания виртуальных сред обучения. Определены основные функций создаваемых виртуальных лаборатории

Ключевые слова: автоматизация обучения, виртуальная лаборатория, ошибки создания виртуальных сред, тестирование.

Постановка проблемы

Для современного обучения характерен статистический подход, больше изучать теории, чем смотреть наглядные примеры на практике. Проблема повышения эффективности и качества образования сегодня остается особо актуальной и ее решение в большей степени зависит от профессиональной компетентности учителя. На данный момент много учебных заведений частично или полностью переходят на интерактивное обучение, что дает больше знаний и меньше затрат на оборудование, а также обеспечивает безопасную среду для изучения.

Перед реализацией виртуальной машины по любому из учебных курсов необходимо выполнить следующее:

• провести обзор достоинств виртуальных обучающих сред;
• рассмотреть существующие разработки в области электронных учебных пособий с целью определения их сильных и слабых сторон;
• определить целесообразность и функции создаваемой виртуальной лаборатории.

Цель статьи — исследование способов и подходов к автоматизации процесса обучения путем разработки виртуальных обучающих сред. Выделение основных достоинств и недостатков использования таких сред и систем в учебном процессе.

Виртуальные лаборатории и их применение

Мировое образование нуждается в виртуальных системах обучения, так как содержать дорогостоящее оборудование не всегда возможно и для него требуется место. Проще показать, как проходит эксперимент, с экранов мониторов, с заранее известным его исходом.

Виртуальная среда обучения — учебная оболочка, позволяющая преподавателю размещать материалы и настраивать активности, в которых могут принимать участие ученики. Они нужны для подготовки к реальным лабораториям. Так же это очень удобный способ демонстрации эксперимента, если отсутствует соответствующие условия, материалы, реактивы и оборудование, а так же если опыт возможен только в виртуальной среде.

По всему миру было разработано много виртуальных сред и оболочек, которые были созданы для работы в разнообразных областях [1–3].

1. Виртуальные лаборатории STAR — программа 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.
2. Виртуальные лаборатории VirtualLab — проект по разработке виртуальных лабораторных работ для учащихся по физике, химии, биологии, экологии. Отличаются узкой специализацией, в большинстве случаев линейностью опыта: вся последовательность действий и результаты опыта заданы заранее.
3. Algodoo — программа предназначена для физических 2D симуляций. Имеет очень богатый инструментарий для создания различных объектов, механизмов и систем с целью моделирования их физического взаимодействия и свойств.
4. lihET — проект, включающий большое множество виртуальных лабораторий, демонстрирующих различные явлений в области физики, биологии, химии, математики, наук о Земле.
5. Проект Wolfram Demonstrations liroject — наглядная демонстрация концепций современной науки и техники. Wolfram претендует на роль единой платформы, позволяющей создать объединенный каталог онлайновых интерактивных лабораторий.

Достоинства виртуальных лабораторий

Основными преимуществами виртуальных лабораторий являются [4]:

1. отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов;
2. возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях, и наглядная визуализация их на экране компьютера;
3. безопасность использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами;
4. быстрое проведение при помощи ЭВМ серии опытов с различными значениями входных параметров;
5. экономия времени и ресурсов для ввода результатов в электронный формат;
6. использование виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность работы в лабораториях университета.

Ошибки проектирования виртуальных лабораторий

Виртуальная среда является местом, где слушатели, например, дистанционного обучения проводят много времени при прохождении обучения. Ошибки, допущенные при проектировании виртуальной лаборатории, могут привести к значительному снижению качества обучения и привести к негативной реакции на обучение у слушателей.

Если анализ виртуальной среды дистанционного обучения показывает наличие одной из ниже перечисленных ошибок проектирования, это означает, что существует высокая вероятность снижения качества проводимого впоследствии дистанционного обучения [5].

1. Использование сложных средств управления виртуальной средой дистанционного обучения может привести к тому, что обучаемый будет больше времени тратить на изучение средств управления.
2. Плохо формализованные условия упражнений могут привести к тому, что обучаемым приходится обращаться к другим элементам виртуальной среды с целью получения дополнительной информации необходимой для выполнения упражнений.
3. Во время выполнения упражнений обучаемому должны быть доступны: текст упражнений, справочные материалы, различные элементы виртуальной среды. Необходимо свести к минимуму время, которое тратится на поиск информации, требуемой для завершения работы над упражнением.
4. Важнейшей проблемой при проведении дистанционного обучения является обеспечение идентификации слушателя, проходящего дистанционное обучение.
5. Неравномерная загрузка слушателей дистанционного обучения. Объем работ, который должен быть выполнен слушателем во время обучения, должен быть одинаковым в рамках одинаковых временных отрезков на всем протяжении обучения.
6. Обширная география слушателей дистанционного обучения может привести к возникновению трудностей при организации их общения.

Выводы

Все ошибки, допущенные на этапе проектирования виртуальных лабораторий, крайне трудно поддаются исправлению после того, как начато обучение. Следует очень тщательно подходить к проблеме построения виртуальной лаборатории и обязательно использовать сторонний опыт, чтобы не допустить простых ошибок, которые могут повлечь возникновение серьезных проблем при проведении обучения.

Исходя из проведенного исследования, можно сделать следующие выводы:

1. использование виртуальных лабораторий в системе дистанционного обучения позволит обучаться студентам, которые ранее не могли присутствовать очно на занятиях;
2. виртуальные среды помогут закрепить навыки выполнения лабораторных работ у студентов дневного отделения, что улучшит показатели обучения;
3. лаборатории должны предоставить пользователю возможность выполнить лабораторную работу, не выходя из дома, но имея при этом постоянную возможность консультирования у преподавателя.

Кроме того, было определено, что в структуре виртуальной лаборатории должны быть реализованы и тщательно продуманы средства для:

• авторизации учащихся;
• предоставления теоретического материала или справки по изучаемым методам;
• визуализации при помощи компьютерной техники результатов выполнения заданий в лаборатории;
• тестирования полученных знаний, после чего преподаватель сможет просмотреть ответы и подтвердить оценку.

Список литературы

1. Виртуальные лаборатории. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : httli://klifu.ru/docs/F324157708/Virtualnye.laboratorii.lidf
2. Технологии обучения. Виртуальные лаборатории для дистанционного обучения, вузов и школ. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : httli://zillion.net/ru/blog/247/virtual-nyie-laboratorii-dlia-distantsionnoghoobuchieniia-vuzov-i-shkol
3. Виртуальная лаборатория ВиртуЛаб. [Электронный ресурс]. — Режим доступа : httli://www.virtulab.net/
4. А.В. Трухин. Об использовании виртуальных лабораторий в образовании // Открытое и дистанционное образование. Томск, 2002. №4 (8). С.67.
5. Ошибки проектирования виртуальной среды дистанционного обучения [Электронный ресурс]. — Режим доступа : httli://www.web-learn.ru/biblioteka-online/50-error-designing-of-the-virtual-elearning-environment