Виртуальные образовательные лаборатории: возможности и ограничения 

Virtual educational laboratories: opportunities and limits

Автор: Новичихина Алёна Александровна

ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова», г. Абакан, Россия

e-mail: belka15math@mail.ru

Novichikhina Alena Aleksandrovna

Katanov Khakass State University, Abakan, Russia

e-mail: belka15math@mail.ru

Аннотация: В статье рассмотрены актуальные вопросы разработки виртуальных образовательных лабораторий. Выделены преимущества виртуального эксперимента по сравнению с экспериментом в реальных условиях. Проанализированы возможности и ограничения применения виртуальных образовательных лабораторий в современных условиях.

Abstract: the article deals with topical issues of the development of virtual educational laboratories. The advantages of a virtual experiment in comparison with an experiment in real conditions are highlighted. The possibilities and limits of the use of virtual educational laboratories in modern conditions are analyzed.

Ключевые слова: информационные технологии в образовании, виртуальные образовательные лаборатории, виртуальный эксперимент, компьютерная графика, моделирование процессов.

Keywords: information technologies in education, virtual educational laboratories, virtual experiment, computer graphics, process modeling.

Тематическая рубрика: IT-технологии и цифровые процессы.

Предпосылки к созданию виртуальных обучающих ресурсов можно отметить в середине ХХ века. В 1957 г. М. Хайлиг изобрёл сенсораму – первый в мире виртуальный симулятор. Это изобретение стало одним из наиболее ранних примеров применения технологии мультисенсорного погружения. В 1974 г. М. Крюгер разработал лабораторию искусственной реальности «Videoplace», основная идея которой заключалась в создании среды, реагирующей на действия и движения пользователя. В 1982 г. Т. Фернесс представил системы Super Cockpit или VCASS (Visually Coupled Airborne Systems Simulator) для обучения пилотов военно-воздушных сил Соединённых Штатов Америки. Эти и другие события стали отправными точками для разработки современной виртуальной образовательной среды.

Виртуальная лаборатория – программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствия таковой [2].

В начале XXI века интерес к разработке виртуальных образовательных лабораторий возрос, стали чаще появляться публикации на эту тему [1]. Среди преимуществ виртуального эксперимента по сравнению с экспериментом в реальных условиях можно назвать:

– проведение виртуальных экспериментов с труднодоступными и  дорогостоящими (золото, платина), радиоактивными (астат, уран), токсичными (ртуть, мышьяк), потенциально опасными реактивами (концентрированные кислоты, щелочи),

– снижение экологической нагрузки на окружающую среду за счёт минимизации отходов реальных экспериментов,

– включение виртуального эксперимента из одной предметной области в другую, межпредметную интеграцию,

– многократное повторение эксперимента для закрепления знаний и умений,

– моделирование длительных или масштабных процессов, нанопроцессов, а также процессов, протекание которых в лабораторных условиях по тем или иным причинам принципиально невозможно или затруднительно,

– подготовку к эксперименту в реальных условиях,

– гибкое варьирование условий эксперимента,

– обучение правилам безопасного поведения в лаборатории,

– знакомство с лабораторным инвентарём и особенностями его использования,

– уменьшение вероятности ошибки при обработке результатов эксперимента,

– включение в проведение экспериментов детей младшего школьного возраста, что способствует ранней профессиональной ориентации и повышению интереса к науке.

На сегодняшний день актуальность разработки виртуальных образовательных лабораторий обусловлена и широким распространением дистанционных форм обучения [3], связанным, в том числе, с условиями пандемии. В отдельных регионах Российской Федерации создаются команды из профессиональных программистов, графических дизайнеров, преподавателей и других специалистов для разработки и широкого внедрения виртуальных образовательных лабораторий.

Стоит отметить и ограничения, связанные с применением виртуальных образовательных лабораторий:

– отсутствие непосредственного контакта с лабораторным оборудованием, объектом исследования, затруднения при воспроизведении виртуального эксперимента в реальных условиях,

– увеличение нагрузки на зрение,

– виртуализацию мышления,

– возможные неточности при разработке виртуальной лаборатории,

– зависимость от аппаратных и программных платформ.

На сегодняшний день разработан ряд виртуальных лабораторий, специализированных на одной или нескольких предметных областях. Некоторые из них находятся в свободном доступе и не требуют установки специализированных программ. В качестве примеров виртуальных лабораторий для школьников и студентов можно назвать: «VirtuLab», «ChemCollective», «PhET», «Labster», «ProgramLab», «VR Chemistry Lab», «Star (Mit)». Эти и другие ресурсы позволяют визуализировать эксперименты из различных областей знания (химия, биология, экология, медицина, ветеринария, физика, инженерия, пищевая промышленность).

Разработка качественной виртуальной лаборатории является трудоёмким процессом и, как правило, требует привлечения специалистов из различных областей науки. Это ограничивает функциональные возможности виртуальных лабораторий до работы в рамках серии разработанных сценариев лабораторных работ. Кроме того, для включения виртуальных лабораторий в образовательный процесс школы, среднего специального или высшего учебного заведения необходима стандартизация и разработка методического сопровождения к ним, а для англоязычных лабораторий – создание русскоязычного сопровождения.

Таким образом, несмотря на значительные потенциальные возможности виртуальных образовательных лабораторий и ряд преимуществ виртуального эксперимента по сравнению с экспериментом в реальных условиях, виртуальные лаборатории на сегодняшний день ещё не получили массового распространения. Однако, данное направление развития информационных технологий является перспективным. Анализ существующих решений в данной области позволяет выявить проблемные поля и задать векторы развития виртуальной образовательной среды.

Список литературы:

1. Вознесенская Н.В. Применение виртуальных образовательных лабораторий в системе общего образования / Н.В. Вознесенская, А.В. Гриншкун // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия: информатика и информатизация образования. – № 3 (57). – 2021. – ISSN 2072-9014. – С. 40-45.

2. Панченко Л.Ф. Виртуальные лаборатории для будущих химиков / Л.Ф. Панченко // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. – Т. 17. Педагогика, психология и социология. – Одесса: Черноморье, 2008. – С. 17-18

3. Смолякова И.А. Возможности использования виртуальной химической лаборатории во время дистанционного обучения / И.А. Смирнова // Актуальные научные исследования в современном мире. – № 1 (69). – 2021. – Днепр. – ISSN 2524-0986. – C. 166-170.