Метод компьютерных симуляций как интерактивная форма обучения

Аннотация

Сердюк Е.П., Ефименко К.Н. Метод компьютерных симуляций как интерактивная форма обучения. В статье рассматривается вопрос внедрения компьютерных симуляций в систему обучения. Обсуждаются преимущества такого подхода, включая повышение мотивации и эффективности обучения, а также снижение риска неудачных практических экспериментов. Также обсуждаются некоторые недостатки, которые следует учитывать при внедрении компьютерных симуляций в систему обучения.

Введение

В современном мире использование компьютерных технологий во многих сферах жизни становится все более распространенным и важным. В образовании компьютерные технологии также нашли свое применение, позволяя значительно улучшить качество образования и повысить интерес учащихся к учебному процессу. Одним из наиболее перспективных направлений использования компьютерных технологий в образовании является внедрение компьютерных симуляторов в систему обучения.

Что такое симуляция?

Симуляция – это стратегия обучения, которая дает возможность учиться в реалистичной среде и отрабатывать навыки решения проблем без опасности. Ротвелл и Казанас (1999) определяют симуляцию как "искусственное представление реальных условий" [1] . На рисунке 1 показана абстрактная модель симуляции.

Рисунок 1 – Абстрактная модель симуляции

Компьютерные симуляции – это программные модели, которые создают виртуальную среду, имитирующую реальные процессы и явления. В образовании компьютерные симуляции используются для визуализации и изучения сложных процессов, которые трудно или невозможно изучить в реальности. Например, компьютерные симуляции могут использоваться для изучения физических законов, биологических процессов, экономических моделей и многих других областей

Внедрение компьютерных симуляций в систему обучения имеет ряд преимуществ. Во-первых, компьютерные симуляции позволяют студентам понять сложные процессы и явления, которые трудно визуализировать с помощью обычных методов обучения. Во-вторых, компьютерные симуляции позволяют студентам экспериментировать с различными параметрами и условиями, что помогает им лучше понять причинно-следственные связи в изучаемых процессах. В-третьих, компьютерные симуляции позволяют учащимся получать обратную связь на свои действия, что помогает им совершенствовать свои навыки и умения [2-4]

Примеры использования компьютерных симуляторов

Компьютерные симуляторы уже успешно используются во многих областях жизни. Например, в медицине компьютерные симуляторы используются для обучения студентов и врачей путем моделирования различных хирургических процедур и заболеваний с целью повышения качества обучения и эффективности лечения.

В авиации компьютерные симуляторы используются для обучения пилотов (см. рис. 2), позволяя им получить практический опыт в условиях, максимально приближенных к реальным. Компьютерные симуляторы также используются для тестирования новых конструкций и моделей самолетов с целью обеспечения их безопасности и эффективности.

Рисунок 2 – Обучение навыкам пилотирования на авиасимуляторе

В науке компьютерные симуляции используются для изучения сложных физических, химических и биологических процессов, которые трудно изучить в реальности. Например, компьютерные симуляции используются для моделирования работы клеток, атомов и молекул, что позволяет ученым лучше понять процессы, происходящие на микроуровне.

В экономике компьютерные симуляции используются для моделирования различных экономических процессов, таких как влияние изменений процентных ставок на экономику страны или прогнозирование развития фондового рынка [5-6] .

Плюсы и минусы внедрения компьютерных симуляций в образование

Статистика использования компьютерных симуляторов в образовании показывает значительный рост интереса к этой технологии в последние годы. Вот несколько примеров:

• Согласно исследованию, проведенному Американской ассоциацией педагогических исследований, использование компьютерных симуляторов в обучении повышает успеваемость студентов. Исследование также показало, что использование компьютерных симуляторов может повысить мотивацию учащихся и способствовать развитию критического мышления (автор: Дженнифер Л. Вулф и др., 2010).
• Еще одно исследование, проведенное в рамках проекта ScienceSim, показало, что использование компьютерных симуляций в обучении помогает учащимся лучше понять научные концепции и повышает их интерес к науке. Исследование также показало, что использование компьютерных симуляций в обучении может улучшить результаты обучения и повысить уверенность учащихся в своих знаниях (авторы: Крис Деде и др., 2010).
• Рынок компьютерных симуляторов в образовании продолжает расти, говорится в отчете компании Ambient Insight. В 2019 году мировой рынок компьютерных симуляторов в образовании оценивался в $6,1 млрд, а к 2025 году, по прогнозам, достигнет $23,2 млрд.
• По состоянию на 2016 год, инновации в области технологий обучения в значительной степени сосредоточены в четырех типах обучающих продуктов: Обучение на основе симуляций, обучение на основе игр, когнитивное обучение и мобильное обучение. На рынок хлынул поток новых высокотехнологичных, недорогих и очень эффективных продуктов для передачи знаний. На рисунке 3 показано, что темпы роста в США в 2016-2021 годах для симуляционного обучения, обучения на основе игр, когнитивного обучения и мобильного обучения составляют 17,0%, 22,4%, 11,0% и 7,5% соответственно.

Рисунок 3 – Глобальные пятилетние темпы роста в 2016-2021 годах по семи видам технологий обучения

Эти исследования показывают, что компьютерные симуляции могут быть эффективно использованы в обучении, и их популярность продолжает расти. При этом, хотя компьютерные симуляции имеют много преимуществ в обучении, есть и некоторые недостатки, которые необходимо учитывать при включении их в систему обучения:

• Высокая стоимость: разработка качественных компьютерных симуляций может потребовать значительных затрат на программирование, оборудование и обучение преподавателей. Это может стать проблемой для небольших учебных заведений с ограниченным бюджетом.
• Требования к оборудованию: компьютерные симуляции могут потребовать использования современных компьютеров и другого оборудования, такого как виртуальные очки и контроллеры. Не все учебные заведения могут позволить себе такое оборудование.
• Ограниченная реалистичность: некоторые компьютерные симуляции могут быть ограничены в своей реалистичности и не могут полностью заменить практические занятия или лабораторные исследования. Например, если симуляция имитирует физические процессы, она может быть ограничена в своей способности взаимодействовать с реальными физическими объектами.
• Ограниченный доступ к компьютерам: не все студенты имеют доступ к современным компьютерам или высокоскоростному Интернету, что может затруднить использование компьютерных симуляций в обучении.
• Отсутствие личного взаимодействия: использование компьютерных симуляций может ограничить возможность личного взаимодействия между учителем и учениками, что может быть необходимо в некоторых случаях, например, при решении сложных задач.
• Риск зависимости от технологии: если компьютерные системы выйдут из строя или оборудование откажет, может возникнуть проблема с доступностью и качеством обучения.

Когда наступит будущее?

Для того чтобы быстрее внедрить компьютерные симуляции в систему образования, следует обратить внимание на следующие моменты:

• Обучение и подготовка учителей к использованию компьютерных симуляций в классе.
• Разработка программного обеспечения и технологий, которые могут сделать компьютерные симуляции более реалистичными и эффективными.
• Создание более доступных и экономически эффективных решений для внедрения компьютерных симуляций в образовательный процесс.
• Оценка и анализ эффективности использования компьютерных симуляций в системе обучения для выяснения преимуществ и ограничений их применения и определения наилучших способов их внедрения.

Кроме того, необходимо учитывать специфику каждого предмета и курса и подбирать для каждого из них наиболее подходящие компьютерные симуляции.

Вывод

Как мы видим, внедрение компьютерных симуляций в систему обучения имеет свои преимущества и недостатки. Но в целом это очень полезный инструмент для студентов и преподавателей. Кроме того, по мере развития технологий и улучшения качества программного обеспечения компьютерные симуляции становятся все более доступными и эффективными.

Важно отметить, что компьютерные симуляции не могут полностью заменить практические занятия в лаборатории или на практике. Однако они могут быть очень полезным дополнением к этим занятиям, позволяя студентам приобрести опыт и навыки, которые в реальной жизни получить сложно или дорого. При этом необходимо учитывать как их преимущества, так и недостатки, чтобы использовать их наиболее эффективно и получить максимальную пользу от их применения в системе обучения.

Список использованной литературы

1. Адкинс, С.С. Мировой рынок самостоятельного электронного обучения на 2016-2021 годы: Глобальный рынок электронного обучения находится в состоянии резкого спада. – 2016. – 66 с.
2. Доктор Н. Хусейн. Компьютерное моделирование обучения в образовании: почему и как. -2010. – 2 с.
3. Ли, Дж. Эффективность компьютерного моделирования обучения: метаанализ. Международный журнал средств обучения. – 2006. – 237 c.
4. Ротвелл, У.Дж., & Казанас, Х.С. Освоение процесса проектирования учебных программ: системный подход. Сан-Франциско: Джосси-Басс. – 2015.
5. Влахопулос, Д. Влияние игр и симуляций на высшее образование: систематический обзор литературы // Международный журнал образовательных технологий в высшем образовании. – 2017.
6. Йех, Ю. Развитие рефлексивного обучения во время обучения критическому мышлению в программе компьютерного моделирования. Компьютеры и образование. – 2004.