Svetovno izobraževanje in znanstveni proces spremeni tako jasno zadnja leta, vendar iz nekega razloga ne govorijo več o prodornih inovacijah in priložnostih, ki jih odpirajo, temveč o lokalnih izpitnih škandalih. Medtem pa bistvo izobraževalnega procesa lepo odraža angleški pregovor »Konja lahko pripelješ do vode, ne moreš pa ga prisiliti, da pije«.

Sodobno izobraževanje v bistvu živi dvojno življenje. V njegovem službenem življenju je program, predpisi, izpiti, »nesmiselna in neusmiljena« bitka za sestavo predmetov v šolski tečaj, vektor službenega položaja in kakovosti poučevanja. In v njegovem resnično življenje, praviloma vse, kar predstavlja sodobno izobraževanje: digitalizacija, eLearning, Mobile Learning, usposabljanje preko Coursere, UoPeople in drugih spletnih institucij, webinarji, virtualni laboratoriji itd. Vse to še ni postalo del splošno sprejete globalne izobraževalne paradigme, a lokalno digitalizacija izobraževanja in raziskovalno delo se že dogaja.

Usposabljanje MOOC (Massive Open Online Courses, množična predavanja iz odprtih virov) je kot nalašč za posredovanje idej, formul in drugih stvari v lekcijah in predavanjih. teoretično znanje. Toda za popolno obvladovanje številnih disciplin potrebujete tudi praktične vaje- digitalno učenje je "začutilo" to evolucijsko potrebo in ustvarilo novo "obliko življenja" - virtualni laboratoriji, svoje za šolsko in univerzitetno izobraževanje.

Znana težava z e-učenjem: poučujejo se večinoma teoretični predmeti. Morda bo naslednja stopnja v razvoju spletnega izobraževanja inkluzija praktična področja. In to se bo dogajalo v dveh smereh: prva je pogodbeni prenos prakse na fizično obstoječe univerze (v primeru medicine npr.), druga pa razvoj virtualnih laboratorijev v različnih jezikih.

Zakaj potrebujemo virtualne laboratorije ali virtualne laboratorije?

• Za pripravo na pravo laboratorijsko delo.
• Za šolske dejavnosti, če niso na voljo ustrezni pogoji, materiali, reagenti in oprema.
• Za učenje na daljavo.
• Za samostojno učenje discipline kot odrasli ali skupaj z otroki, saj mnogi odrasli iz takšnih ali drugačnih razlogov čutijo potrebo, da se »spomnijo« tistega, česar se v šoli nikoli niso naučili ali razumeli.
• Za znanstveno delo.
• Za visoko šolstvo s pomembno praktično komponento.

Vrste virtualnih laboratorijev. Virtualni laboratoriji so lahko dvodimenzionalni ali 3D; najenostavnejši za mlajši šolarji in zahtevno, praktično za srednje in srednja šola, učenci in učitelji. Njihovi lastni virtualni laboratoriji so razviti za različne discipline. Najpogosteje sta to fizika in kemija, obstajajo pa tudi precej izvirni, na primer virtualni laboratorij za ekologe.

Posebej resne univerze imajo svoje virtualne laboratorije, na primer Samara State Aerospace University poimenovana po akademiku S. P. Koroleva in berlinski Inštitut Maxa Plancka za zgodovino znanosti (MPIWG). Naj spomnimo, da je bil Max Planck nemški teoretični fizik, ustanovitelj kvantna fizika. Virtualni laboratorij inštituta ima celo uradno spletno stran. Predstavitev si lahko ogledate na tej povezavi Virtualni laboratorij: Orodja za raziskovanje zgodovine eksperimentiranja. Spletni laboratorij je platforma, kjer zgodovinarji objavljajo in razpravljajo o svojih raziskavah na temo eksperimentiranja na različnih področjih znanosti (od fizike do medicine), umetnosti, arhitekture, medijev in tehnologije. Vsebuje tudi ilustracije in besedila o različnih vidikih eksperimentalnih dejavnosti: instrumenti, potek eksperimentov, filmi, fotografije znanstvenikov itd. Študenti lahko ustvarijo svoj račun v tem virtualnem laboratoriju in dodajo znanstvena dela za razpravo.

Virtualni laboratorij Inštituta Maxa Plancka za zgodovino znanosti

Portal Virtulab

Na žalost je izbira virtualnih laboratorijev v ruskem jeziku še vedno majhna, vendar je vprašanje časa. Širjenje e-izobraževanja med dijaki in študenti, množičen prodor digitalizacije v izobraževalne ustanove tako ali drugače bodo ustvarili povpraševanje, potem bodo začeli množično razvijati čudovite sodobne virtualne laboratorije v različnih disciplinah. Na srečo že obstaja precej razvit specializiran portal, namenjen virtualnim laboratorijem - Virtulab.Net. Ponuja kar lepe rešitve in pokriva štiri discipline: fiziko, kemijo, biologijo in ekologijo.

Virtualni laboratorij 3D za fiziko Virtulab .Net

Virtualna inženirska praksa

Virtulab.Net še ne navaja inženiringa med svojimi specializacijami, poroča pa, da so tamkajšnji fizikalni virtualni laboratoriji lahko uporabni tudi na daljavo. inženirsko izobraževanje. Konec koncev, na primer, za izdelavo matematičnih modelov potrebujete globoko razumevanje fizična narava modeliranje predmetov. Na splošno imajo inženirski virtualni laboratoriji ogromen potencial. Inženirsko izobraževanje je v veliki meri usmerjeno v prakso, vendar se tovrstni virtualni laboratoriji na univerzah še vedno redko uporabljajo zaradi dejstva, da je trg digitalnega izobraževanja na inženirskem področju premalo razvit.

Problemsko usmerjen izobraževalni kompleksi sistemi CADIS (SSAU). Da bi okrepili usposabljanje tehničnih strokovnjakov, je Samara Aerospace University poimenovana po Korolev razvila lasten inženirski virtualni laboratorij. Center za nov informacijske tehnologije(CNIT) SSAU je ustvaril "Problemsko usmerjene izobraževalne komplekse sistema CADIS." Okrajšava CADIS pomeni "sistem kompleksov avtomatiziranih učnih orodij". Gre za posebne učilnice, v katerih potekajo virtualne laboratorijske delavnice iz trdnosti materialov, konstrukcijske mehanike, optimizacijskih metod in geometrijskega modeliranja, načrtovanja letal, znanosti o materialih in toplotne obdelave ter drugih tehničnih disciplin. Nekatere od teh delavnic so prosto dostopne na strežniku Centralnega znanstvenoraziskovalnega inštituta SSAU. Virtualne učilnice vsebujejo opise tehničnih predmetov s fotografijami, diagrami, povezavami, risbami, video, avdio in bliskovnimi animacijami s povečevalnim steklom za pregled majhnih podrobnosti virtualne enote. Obstaja tudi možnost samokontrole in usposabljanja. To so kompleksi virtualnega sistema CADIS:

• Žarek - kompleks za analizo in konstruiranje diagramov nosilcev pri trdnosti materialov (strojništvo, konstrukcija).
• Struktura - kompleks metod za načrtovanje močnostnih tokokrogov mehanskih konstrukcij (strojništvo, konstrukcija).
• Optimizacija - kompleks matematičnih metod optimizacije (tečaji CAD v strojništvu, gradbeništvo).
• Spline je kompleks metod interpolacije in aproksimacije v geometrijskem modeliranju (tečaji CAD).
• I-žarek - kompleks za preučevanje vzorcev dela sile tankostenskih konstrukcij (strojništvo, gradbeništvo).

• Kemik - niz kemičnih kompleksov (za srednja šola, specializirani liceji, pripravljalni tečaji univerze).
• Organski - kompleksi po organska kemija(za univerze).
• Polimerni kompleksi v kemiji spojine z visoko molekulsko maso(za univerze).
• Konstruktor molekul - program simulatorja "Konstruktor molekul".
• Matematika - kompleks elementarne matematike (za študente).
• Telesna vzgoja - kompleks za podporo teoretični tečaji pri telesni vzgoji.
• Metalurg - kompleks metalurgije in toplotne obdelave (za univerze in tehnične šole).
• Zubrol - kompleks o teoriji mehanizmov in strojnih delov (za univerze in tehnične šole).

Virtualni instrumenti na Zapisnyh.Narod.Ru. Spletna stran Zapisnyh.Narod.Ru bo zelo uporabna pri inženirskem izobraževanju, kjer lahko brezplačno prenesete virtualne instrumente na zvočno kartico, ki odpirajo široke možnosti za ustvarjanje opreme. Zagotovo bodo zanimive za učitelje in bodo uporabne pri predavanjih, znanstveno delo ter v laboratorijskih delavnicah naravoslovnih in tehniških disciplin. Paleta virtualnih instrumentov, objavljenih na spletnem mestu, je impresivna:

• kombinirani nizkofrekvenčni generator;
• dvofazni nizkofrekvenčni generator;
• snemalnik osciloskopa;
• osciloskop;
• merilnik frekvence;
• AC karakterograf;
• tehnograf;
• električni števec;
• R, C, L meter;
• domači elektrokardiograf;
• ocenjevalec kapacitivnosti in ESR;
• kromatografski sistemi KhromProtsessor-7-7M-8;
• naprava za preverjanje in diagnosticiranje napak kvarčnih ur itd.

Eden od virtualnih inženirskih instrumentov s spletnega mesta Zapisnyh.Narod.Ru

Fizikalni virtualni laboratoriji

Ekološki virtualni laboratorij na Virtulab .Net. Okoljski laboratorij portala obravnava tako splošna vprašanja razvoja Zemlje kot posamezne zakonitosti.

Vizualizacija je ena izmed najučinkovitejših učnih metod, ki pomaga veliko lažje in globlje razumeti bistvo različnih pojavov, niso brez razloga, da se vizualni pripomočki uporabljajo že od antičnih časov. Vizualizacija in modeliranje sta še posebej uporabna pri preučevanju dinamičnih, časovno spremenljivih predmetov in pojavov, ki jih je težko razumeti, če pogledamo preprosto statično sliko v navadnem učbeniku. Laboratorijske vaje in izobraževalni poskusi niso le koristni, ampak tudi zelo zanimivi – ob ustrezni organizaciji seveda.

Vsi izobraževalni poskusi se ne morejo ali ne smejo izvajati v "resničnem" načinu. Ni presenetljivo, da so tehnologije računalniškega modeliranja hitro prišle na to področje. Trenutno je na trgu veliko programskih paketov, namenjenih izvajanju virtualnih izobraževalnih poskusov. Ta pregled bo preučil razmeroma nov vidik takih rešitev: virtualne spletne laboratorije. Z njihovo pomočjo lahko izvajate računalniške poskuse brez nakupa dodatne programe, in ob vsakem primernem času bi bil dostop do interneta.

Pri razvoju tovrstnih sodobnih omrežnih projektov je zdaj opaziti več trendov. Prvi je razpršenost na veliko količino virov. Poleg velikih projektov, ki zbirajo veliko količino vsebine, obstaja veliko spletnih mest, ki vsebujejo majhno število laboratorijev. Drugi trend je prisotnost večpanožnih projektov, ki ponujajo laboratorije za različna področja znanja, in tematskih specializiranih projektov. Na koncu je treba opozoriti, da so laboratoriji, namenjeni naravoslovje. Dejansko: fizični poskusi so lahko na splošno zelo drag podvig, vendar vam računalniški laboratorij omogoča pogled v zakulisje kompleksnih procesov. Tudi kemija ima koristi: ni treba kupovati pravih reagentov, laboratorijske opreme in ni strahu, da bi v primeru napake kaj pokvarili. Enako plodno področje za virtualne laboratorijske delavnice sta biologija in ekologija. Ni skrivnost, da se podrobna študija biološkega predmeta pogosto konča z njegovo smrtjo. Ekološki sistemi so veliki in kompleksni, zato uporaba virtualnih modelov omogoča poenostavitev njihovega dojemanja.

Naš pregled vključuje več najbolj zanimivih spletnih projektov, tako večpanožnih kot tematski načrt. Vsi spletni viri ta pregled– strani z odprtim, brezplačnim dostopom.

VirtuLab

Vir VirtuLab je največja zbirka virtualnih izkušenj na različnih akademske discipline. Glavna enota zbirke je virtualni eksperiment. S tehničnega vidika je to interaktivni videoposnetek, narejen z uporabo programa Adobe Flash. Nekateri laboratoriji so narejeni v tridimenzionalni grafiki. Za delo z njimi boste morali namestiti Adobe Shockwave Player z dodatkom Havok Physics Scene. Ta dodatek najdete na director-online.com. Nastali arhiv morate razpakirati v imenik Xtras vašega Adobe Shockwave Playerja, ki se nahaja v sistemskem imeniku Windows.

Vir VirtuLab je največja zbirka virtualnih spletnih vsebin
laboratorijihv ruščini

Vsak video vam omogoča izvedbo eksperimenta, ki ima izobraževalni namen in jasno nalogo. Uporabniku so na voljo vsa orodja in predmeti, potrebni za doseganje rezultata. Naloge in nasveti so prikazani kot besedilna sporočila. Videoposnetki VirtuLab imajo močan izobraževalni vidik, na primer, če se uporabnik zmoti, mu sistem ne dovoli naprej, dokler napaka ni odpravljena.

VirtuLabova zbirka eksperimentov je precej obsežna in raznolika. Lastna vgradna iskalnik VirtuLab ne, zato, da bi našli eksperiment, ki ga potrebujete, se morate samo pomikati po razdelkih kataloga. Arhiv je razdeljen na štiri glavne bloke: "Fizika", "Kemija", "Biologija" in "Ekologija". Znotraj njih so ožji tematski sklopi. Zlasti za fiziko so to deli te discipline. Obstajajo poskusi za spoznavanje mehanike, električnih in optičnih učinkov. Številni laboratoriji so zasnovani v 3D grafiki, ki pomaga prikazati različne poskuse: od poskusov z dinamometri do refrakcije in drugih optičnih učinkov.

V "biologiji" so razredi postali osnova delitve šolski kurikulum. Vsebina nalog je tu lahko zelo različna. Tako obstajajo naloge za preučevanje strukturnih značilnosti različnih živih organizmov (na primer konstrukcijski komplet za sestavljanje vseh vrst organizmov iz predlaganih "delov") in naloge, ki simulirajo delo z mikroskopom in s pripravki različnih tkiv.

Spletno mesto PhET je multidisciplinarna zbirka programčkov Java,
s katerim lahko delate tako na spletu kot v lokalnem računalniku

Ločeno, v razdelku Vrhunske raziskave, so predstavitve, namenjene najbolj sodobne raziskave. Novi predmeti se redno pojavljajo v arhivu; razdelek New Sims je namenjen njim.

Bodite pozorni na pododdelek Translated Sims. Ta stran vsebuje seznam vseh jezikov, v katere so bili prevedeni ponujeni virtualni laboratoriji. Med njimi je tudi Rus – takih poskusov je danes pri nas točno petdeset. Zanimivo je, da je število demonstracij v angleščini, srbščini in madžarščini skoraj enako. Če želite, se lahko udeležite demonstracij prevajanja. V ta namen je na voljo posebna aplikacija PhET Translation Utility.

Kaj so predstavitve PhET in komu lahko koristijo? Zgrajeni so na tehnologiji Java. To vam omogoča, da izvajate poskuse na spletu, prenašate programčke v svoj lokalni računalnik in jih vdelate na druge spletne strani kot pripomočke. Vse te možnosti so na voljo na vsaki predstavitveni strani PhET.

Vsi poskusi PhET so interaktivni. Vsebujejo eno ali več nalog ter nabor vseh elementov, potrebnih za njihovo rešitev. Ker je rešitev običajno dovolj podrobno razložena v besedilnih opombah, je glavni namen demonstracij vizualizacija in razlaga učinkov, ne pa preverjanje uporabnikovega znanja in veščin. Tako ena od predstavitev kemijskega oddelka predlaga izdelavo molekul iz predlaganih atomov in ogled tridimenzionalne vizualizacije rezultata. V biološkem delu je kalkulator za uravnoteženje porabe kalorij osebe čez dan: navedete lahko vrste in količine zaužite hrane ter količino telesna vadba. Nato ostane le še opazovanje sprememb v eksperimentalnem »malem človeku« določene starosti, višine in začetne teže. Matematični del se ponaša z zelo uporabnimi orodji za risanje različnih funkcij, računskimi igrami in drugimi zanimivimi aplikacijami. Oddelek za fiziko ponuja široko paleto "laboratorijev", ki prikazujejo različne pojave - od preprostega gibanja do kvantnih interakcij.

PhET
Ocena: 4
Jezik vmesnika: Angleščina, ruščina na voljo
razvijalec: Univerza v Koloradu
spletna stran: phet.colorado.edu

Predstavitveni projekt Wolfram

Zelo dragocen vir spletnih laboratorijev je multidisciplinarni Wolfram Demonstrations Project. Cilj projekta je nazorna predstavitev konceptov moderna znanost in tehnologijo. Wolfram trdi, da je enotna platforma za ustvarjanje enotnega kataloga spletnih interaktivnih laboratorijev. To bo po mnenju razvijalcev uporabnikom omogočilo, da se izognejo težavam, povezanim z uporabo heterogenih učnih virov in razvojnih platform.

Katalog Wolfram Demonstrations Project vsebuje več kot 7 tisoč.
virtualni laboratoriji

To spletno mesto je del velikega internetnega projekta Wolfram. Wolfram Demonstrations Project ima trenutno impresiven katalog več kot 7000 interaktivnih predstavitev.

Tehnološka osnova za izdelavo laboratorijev in demonstracij je paket Wolfram Mathematica. Za ogled predstavitev boste morali prenesti in namestiti poseben Wolfram CDF Player, ki je velik nekaj več kot 150 MB.

Katalog projekta je sestavljen iz 11 glavnih razdelkov, povezanih z različnimi vejami znanja in človekove dejavnosti. Obstajajo veliki fizikalni, kemijski in matematični oddelki, pa tudi tisti, ki so posvečeni tehnologiji in tehniki. Biološke vede so dobro zastopane. Stopnje kompleksnosti modelov, kot tudi stopnje predstavitve so zelo različne. Katalog vsebuje precej kompleksne predstavitve, namenjene srednja šola, se številni laboratoriji posvečajo ilustriranju najnovejših znanstveni dosežki. Hkrati ima stran tudi razdelke, namenjene otrokom. To lahko postane določena neprijetnost jezikovna ovira: Projekt Wolfram je trenutno izključno angleški. Vendar pa je v predstavitvah in laboratorijih malo besedila, orodja za nadzor so precej preprosta in jih je enostavno razumeti brez pozivov.

Posebnih nalog ali nadzora nad njihovim izvajanjem ni. Vsebine pa ne moremo preprosto imenovati predstavitve ali videi. V Wolframovih predstavitvah je precej interaktivnosti. Skoraj vsi imajo orodja, ki pomagajo spreminjati parametre predstavljenih predmetov in tako na njih izvajajo virtualne poskuse. To prispeva k več globoko razumevanje prikazani procesi in pojavi.

Predstavitveni projekt Wolfram
Ocena: 4
Jezik vmesnika: angleščina
razvijalec: Wolfram Demonstrations Project in sodelavci
spletna stran: demonstrations.wolfram.com

IrYdium Chemistry Lab

Poleg »večpanožnih« projektov na sodobnem spletu obstaja veliko specializiranih spletnih laboratorijev, posvečenih določenim vedam. Začnimo s The ChemCollective, projektom, posvečenim študiju kemije. Vsebuje veliko tematskih gradiv o angleščina. Eden njegovih najbolj zanimivih delov je lasten virtualni laboratorij, imenovan IrYdium Chemistry Lab. Njegova struktura se opazno razlikuje od vseh zgoraj obravnavanih projektov. Dejstvo je, da tukaj ni posebnih, posebnih poskusov s svojimi nalogami. Namesto tega ima uporabnik skoraj popolno svobodo delovanja.

Spletni kemijski laboratorij IrYdium je drugačen
visoka prilagodljivost pri postavitvi in ​​delovanju

Laboratorij je bil izdelan v obliki Java appleta. Mimogrede, lahko ga prenesete in zaženete v lokalnem računalniku - ustrezna povezava za prenos se nahaja na domača stran projekt.

Vmesnik programčka je razdeljen na več con. V sredini je delovni prostor, ki prikazuje potek poskusa. Desni stolpec je nekakšna "nadzorna plošča" - prikazuje informacije o reakcijah, ki potekajo: temperatura, kislost, molarnost in drugi pomožni podatki. Na levi strani programčka je tako imenovano »Skladišče reagentov«. To je niz vseh vrst virtualnih reagentov, izdelanih v obliki hierarhičnega drevesa. Tu najdeš kisline, baze, indikatorske snovi in ​​vse ostalo, kar potrebuje eksperimentalni kemik. Za delo z njimi je na voljo dobra izbira različne laboratorijske steklene posode, gorilnika, tehtnic in druge opreme. Posledično ima uporabnik na voljo dobro opremljen laboratorij z malo invalidnosti eksperimentiranje.

Ker tu ni posebnih nalog, se poskusi izvajajo na način, ki je potreben in uporabniku zanimiv. Vse, kar ostane, je izbrati potrebne snovi, zgraditi eksperimentalna postavitev z uporabo predlagane virtualne strojne opreme in zaženite reakcijo. Zelo priročno je, da lahko nastalo snov dodamo zbirki reagentov za uporabo v naslednjih poskusih.

Na splošno se je izkazalo zanimivo in uporaben vir, za katero je značilna visoka fleksibilnost uporabe. Če upoštevamo prisotnost skoraj popolnega ruskega prevoda programa, lahko IrYdium Chemistry Lab postane zelo uporabno orodje za obvladovanje osnovnega kemijskega znanja.

IrYdium Chemistry Lab
Ocena: 5
Jezik vmesnika: ruski, angleški
razvijalec: ChemCollective
spletna stran: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

"Virtualni laboratorij" teachmen.ru

To je drugi ruski projekt v našem pregledu. Ta vir je specializiran za fizikalne pojave. Obseg virtualnih laboratorijev ni omejen le na šolski kurikulum. Spletne izkušnje, ki jih ponujajo, so razvili strokovnjaki iz Čeljabinska državna univerza, so primerne ne samo za šolarje, temveč tudi za študente. S tehničnega vidika je ta vir kombinacija Flasha in Jave, zato boste morali vnaprej preveriti, ali so na vašem računalniku na voljo posodobitve za virtualni stroj Java.

Naloge projekta »Virtualni laboratorij« so različne
višja težavnost

Zasnova laboratorijev je shematična in stroga. Zdi se, kot da se pojavljajo nenavadne animirane slike iz učbenika. To je poudarjeno s prisotnostjo materialov, ki so namenjeni spremljanju treningi. Glavni poudarek pri tovrstnih poskusih je na izvajanju specifičnih nalog in preverjanju znanja uporabnika.

Projektni katalog vključuje ducat glavnih tematskih sklopov - od mehanike do atomske in jedrske fizike. Vsak od njih vsebuje do deset ustreznih interaktivnih virtualnih laboratorijev. Na voljo so tudi ilustrirani zapiski predavanj, nekateri z lastnimi virtualnimi eksperimenti.

Delovno okolje eksperimentatorja je tu zelo natančno reproducirano. Naprave so prikazane v obliki diagramov, predlaga se izgradnja grafov in izbira odgovorov med razpoložljivimi možnostmi. Eksperimenti v »Virtualnem laboratoriju« so bolj kompleksni kot v VirtuLabu. Zbirka virov vključuje eksperimente v atomski in jedrska fizika, laserska fizika, pa tudi »konstruktor atomov«, ki ponuja sestavljanje atoma iz različnih elementarni delci. Obstajajo poskusi iskanja in nevtralizacije vira sevanja, preučevanje lastnosti laserjev. Poleg tega obstajajo tudi »mehanični« laboratoriji, namenjeni predvsem šolarjem.

Spletni laboratoriji v

Poleg velikih virov z desetinami in stotinami virtualnih eksperimentalnih mest na internetu obstaja veliko majhnih strani, ki ponujajo številne zanimive poskuse na določeno, običajno ozko temo.

Dobro izhodišče pri iskanju malega virtualnega
laboratorijihlahko postane projekt Online Labs v

V takšni situaciji bodo za iskanje potrebnih demonstracij gotovo koristni kataloški projekti, ki zbirajo in sistematizirajo povezave do takšnih spletnih mest. Spletni laboratoriji v imeniku (onlinelabs.in) so lahko dobro izhodišče. Ta vir zbira in sistematizira povezave do projektov, ki ponujajo prosto dostopne spletne eksperimente in laboratorije v različnih vejah znanosti. Za vsako znanost obstaja ustrezen razdelek. Interesna področja projekta so predvsem fizika, kemija in biologija. Ti razdelki so največji in najbolje posodobljeni. Poleg tega se postopoma polnijo tisti, ki so posvečeni anatomiji, astronomiji, geologiji in matematiki. Vsak razdelek vsebuje povezave do ustreznih internetnih virov s kratkim povzetkom v angleščini, ki opisuje namen določenega laboratorija.

"Virtualni laboratorij" teachmen.ru
Ocena: 3
jezik: ruski
razvijalec:Čeljabinska državna univerza
spletna stran:

1

Metodologija ustvarjanja laboratorijsko delo v kemiji z uporabo virtualnih laboratorijev. Izdelava virtualnega laboratorijskega dela je sestavljena iz stopenj postavitve ciljev laboratorijskega dela, izbire virtualnega laboratorija, identifikacije zmogljivosti virtualnega simulatorja, prilagoditve ciljev, določitve vsebine in didaktičnih nalog, izdelave scenarija, testiranja, popravka scenarij, ocenjevanje in analiziranje zanesljivosti procesa in rezultata virtualnega eksperimenta v primerjavi s polnim obsegom, priprava metodološka priporočila. Predstavljen je model metodologije za izdelavo virtualnega laboratorijskega dela pri kemiji. Razčiščen je pojmovno-terminološki aparat na področju raziskovanja: definicije virtualnega laboratorijskega dela v kemiji, kemijski laboratorij, virtualni kemijski eksperiment. Prikazane so metode uporabe virtualnega laboratorijskega dela v kemiji pri študiju na univerzi: pri študiju nove snovi, pri utrjevanju znanja, pri pripravi na celovito laboratorijsko delo tako v razredu kot pri obšolskih samostojnih dejavnostih.

kemijsko usposabljanje

virtualni laboratoriji

virtualni eksperiment

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Elektronska sredstva za poučevanje kemije; razvoj in metode uporabe. – Minsk: Aversev, 2012. – 206 str.

2. Gavronskaya Yu., Alekseev V. V. Virtualno laboratorijsko delo v interaktivno usposabljanje fizikalna kemija // Novice ruske države pedagoška univerza njih. A.I. Herzen. – 2014. – Št. 168. – Str.79–84.

3. GOST 15971–90. Sistemi za obdelavo informacij. Izrazi in definicije. - Namesto GOST 15971-84; vnos 01.01.1992. - M.: Založba standardov, 1991. - 12 str.

4. Morozov, M. N. Razvoj virtualnega kemijskega laboratorija za šolsko izobraževanje // Izobraževalna tehnologija in družbo. – 2004. – T 7, št. 3. – P 155-164.

5. Pak, M. S. Teorija in metodika pouka kemije: učbenik za univerze. – Sankt Peterburg: Založba Ruske državne pedagoške univerze poimenovana po. A.I. Herzen, 2015. – 306 str.

6. Zvezna država izobrazbeni standard višje poklicno izobraževanje v smeri usposabljanja 050100 Izobraževanje učiteljev(kvalifikacija (stopnja) »diplomant«) (odobren z Odredbo Ministrstva za izobraževanje in znanost Ruske federacije z dne 22. decembra 2009 št. 788) (s spremembami 31. maja 2011) [Elektronski vir]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (datum dostopa: 03.10.15).

7. Virtualni laboratorij / ChemCollective. Spletni viri za poučevanje in učenje kemije [Elektronski vir]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (datum dostopa: 03.10.15).

Virtualni kemijski laboratoriji, virtualni eksperiment, virtualno laboratorijsko delo v kemiji - to je obetavno področje v kemijsko izobraževanje, ki seveda pritegne pozornost učencev in učiteljev. Ustreznost uvajanja virtualnih laboratorijev v vzgojna praksa določajo, prvič, informacijski izzivi časa, in drugič, regulativne zahteve za organizacijo usposabljanja, torej izobraževalni standardi. Za izvajanje pristopa, ki temelji na kompetencah, veljavni zvezni državni izobraževalni standardi visokega šolstva zagotavljajo široko uporabo v izobraževalni proces aktivne in interaktivne oblike izvajanja pouka, vključno z računalniškimi simulacijami, v kombinaciji z obštudijskim delom z namenom oblikovanja in razvoja poklicnih spretnosti študentov.

Na tem področju je po razširjenosti in povpraševanju vodilni »Kemija 8-11 razredov - Virtualni laboratorij« MarSTU, namenjen šolarjem in kandidatom; znani so tudi interaktivni praktično delo in poskusi v kemiji VirtuLab (http://www.virtulab.net/). Na ravni visokega šolstva so med viri v ruskem jeziku na izobraževalnem trgu virtualni kemijski laboratoriji ENK, lastni (in praviloma zaprti) razvoj univerz in številni viri na tuji jeziki. Opisi razpoložljivih virtualnih kemijskih laboratorijev so bili podani že večkrat in njihov seznam se bo zagotovo razširil. Virtualni laboratoriji samozavestno zasedajo svoje mesto v praksi poučevanja kemije in kemijskih disciplin, hkrati pa se teoretične in metodološke osnove njihove uporabe in ustvarjanja virtualnega laboratorijskega dela na njihovi podlagi šele začenjajo oblikovati. Tudi izraz »virtualno laboratorijsko delo pri kemiji« še ni dobil utemeljene definicije, ki bi natančno označevala razmerje z drugimi pojmi, vključno s pojmoma virtualni laboratorij pri pouku kemije in virtualni kemijski eksperiment.

Za razjasnitev pojmovnega in terminološkega aparata izhajamo iz pojma kemijski eksperiment, ki se uporablja v znanstveno področje teorije in metode poučevanja. Kemijski eksperiment je posebno sredstvo poučevanja kemije, ki služi kot vir in najpomembnejša metoda spoznavanja; učence seznanja ne le s predmeti in pojavi, temveč tudi z metodami kemijske znanosti. V procesu kemijskega eksperimenta učenci pridobijo sposobnost opazovanja, analiziranja, sklepanja ter ravnanja z opremo in reagenti. Obstajajo: demonstracija in dijaški/študentski poskus; eksperimenti (pomagajo pri proučevanju posameznih vidikov kemijskega predmeta), laboratorijsko delo (nabor laboratorijskih poskusov omogoča preučevanje številnih vidikov kemijskih objektov in procesov), praktične vaje, laboratorijska delavnica; domači poskus, raziskovalni eksperiment itd. Kemijski poskus je lahko v polnem obsegu, miselni in virtualni. "Virtualno" pomeni "možno brez fizične izvedbe"; virtualna resničnost - posnemanje resnične situacije z uporabo računalniških naprav; uporablja se predvsem v izobraževalne namene; v zvezi s tem se virtualni eksperiment včasih imenuje simulacija ali računalniški eksperiment. V skladu z veljavnim GOST je "virtualno" definicija, ki označuje proces ali napravo v sistemu za obdelavo informacij, za katerega se zdi, da resnično obstaja, saj se vse njegove funkcije izvajajo z drugimi sredstvi; pogosto uporablja v povezavi z uporabo telekomunikacij. Tako je virtualni kemijski eksperiment vrsta izobraževalnega eksperimenta v kemiji; njegova glavna razlika od polnega obsega je dejstvo, da je sredstvo demonstracije ali modeliranja kemični procesi pojavov, pri izvajanju se uporablja računalniška tehnologija, učenec operira s slikami snovi in ​​komponentami opreme, ki se razmnožujejo; videz in funkcije realnih predmetov, torej uporablja virtualni laboratorij. Virtualni laboratorij pri pouku kemije razumemo kot računalniško simulacijo učnega kemijskega laboratorija, ki izvaja svojo glavno nalogo – izvajanje kemijskega eksperimenta za izobraževalne namene. Tehnično delovanje virtualnega laboratorija zagotavlja računalniška strojna in programska oprema, didaktično-vsebinsko in metodološko utemeljen sistem predpostavk o poteku preučevanega kemijskega procesa ali pojavnih oblikah lastnosti kemijskega objekta na podlagi katera od možnih možnosti odziva virtualnega laboratorija na dejanja uporabnika je razvita. Virtualni laboratorij deluje kot element visokotehnoloških informacij izobraževalno okolje, ki je sredstvo za ustvarjanje in izvajanje virtualnega eksperimenta. Virtualno laboratorijsko delo v kemiji je virtualni kemijski eksperiment v obliki množice eksperimentov, ki jih združuje skupni cilj preučevanja kemijskega predmeta ali procesa.

Oglejmo si metodologijo za ustvarjanje virtualnega laboratorijskega dela v kemiji (njen model je prikazan na sliki 1) na konkreten primer laboratorijsko delo na temo "Rešitve".

riž. 1. Model metodologije za izdelavo virtualnega laboratorijskega dela pri kemiji

Izdelava virtualnega laboratorijskega dela je sestavljena iz stopenj postavitve ciljev laboratorijskega dela, izbire virtualnega laboratorija, identifikacije zmogljivosti virtualnega simulatorja, prilagajanja ciljev, definiranja smiselnih in didaktičnih nalog, izdelave scenarija, testiranja, ocenjevanja in analiza zanesljivosti procesa in rezultata virtualnega eksperimenta v primerjavi z realnim, korekcijski scenarij in priprava metodoloških priporočil.

Faza zastavljanja ciljev vključuje proces izbire ciljev načrtovanega laboratorijskega dela z določitvijo meja dopustnih odstopanj, ki jih je treba doseči. izobraževalni rezultat najbolj učinkovita in sprejemljiva sredstva, ob upoštevanju materialnih, tehničnih, časovnih, človeških virov, pa tudi osebnih in starostne značilnostištudenti. V našem primeru je bil cilj pripraviti raztopine in preučiti njihove lastnosti; Delo je namenjeno samostojnemu obštudijskemu delu izobraževalne dejavnostištudenti. Tematika raztopin je zajeta v večini univerzitetnih predmetov kemije, poleg tega so iskane veščine priprave raztopin in dela z njimi vsakdanje življenje in skoraj vsak poklicna dejavnost. Zato so cilji dela vključevali: krepitev sposobnosti izračunavanja molske in odstotne koncentracije raztopine, zahtevana količina snovi in ​​topilo za pripravo raztopine določene koncentracije; razvoj algoritma in tehnike operacij za pripravo raztopin (tehtanje snovi, merjenje volumna itd.); preučevanje pojavov, ki se pojavljajo med raztapljanjem - sproščanje ali absorpcija toplote, disociacija, sprememba električne prevodnosti, sprememba pH medija itd.

Faza izbire virtualnega laboratorija. Izbiro virtualnega laboratorija določajo številne okoliščine: način dostopa do vira, finančni pogoji njegove uporabe, jezik in kompleksnost vmesnika ter seveda vsebina, torej zmožnosti, ki jih ta laboratorij zagotavlja ali ne zagotavlja uporabniku za doseganje ciljev načrtovanega laboratorijskega dela. Osredotočili smo se na laboratorije z odprtim prostim dostopom, za delo s katerimi bi zadostovalo računalniško znanje na ravni uporabnika, pri čemer smo sprva opustili laboratorije z nizko stopnjo interaktivnosti, torej dopuščali le možnosti pasivnega opazovanja kemijskih izkušenj. Po študiju več projektov, tako multidisciplinarnih kot tematskih, smo prišli do zaključka, da nobeden od nam znanih laboratorijev v celoti ne izpolnjuje zahtev, in sicer: omogočiti študentu pripravo raztopine dane koncentracije z vnaprej izračunanimi količinami topljenca in topilo z izvajanjem tehtanja, merjenjem prostornine, raztapljanjem, zagotavljanjem pravilne priprave in tudi opazovanjem procesov, ki spremljajo raztapljanje. Kljub temu smo se odločili za virtualni laboratorij IrYdiumChemistryLab, katerega prednost je možnost posega v program in oblikovanja lastnega virtualnega eksperimenta.

Identifikacija zmogljivosti virtualnega simulatorja izbranega laboratorija je pokazala naslednje. Glede na nabor reagentov obstajajo raztopine različnih koncentracij (19 MNaOH, 15 MHClO4 in druge), voda kot najpomembnejše topilo, vendar praktično ne trdne snovi; vendar vam aplikacija Authoring Tool omogoča vnos dodatnih reagentov v laboratorij z uporabo termodinamičnih značilnosti snovi. Oprema vključuje komplet merilne steklene posode različnih stopenj natančnosti (cilindri, pipete, birete), analitske tehtnice, pH meter, temperaturni senzor, grelni element, kot tudi programček za prikaz koncentracije delcev v raztopini. Sposobnost preučevanja takšnih značilnosti raztopine, kot so električna prevodnost, viskoznost in površinska napetost, ni zagotovljena. Procesi v virtualnem laboratoriju potekajo v zelo kratkem času, kar omejuje študij hitrosti kemijskih procesov. Na podlagi zmožnosti virtualnega simulatorja so bili popravljeni cilji, izključeno je bilo predvsem preučevanje električne prevodnosti raztopin, dodano pa je bilo preučevanje vpliva temperature na topnost snovi. Pri določanju ciljev laboratorijskih vaj smo izhajali iz pričakovanih rezultatov: študenti naj bi razvili praktične spretnosti pri pripravi raztopin, vključno z obvladovanjem algoritmov posameznih operacij, prišli naj bi do zaključkov o spremembi števila delcev v raztopini med analizo. disociacija močnih in šibkih elektrolitov, o razmerju števila anionov in kationov pri raztapljanju nesimetričnih elektrolitov, o vzrokih toplotnih učinkov pri raztapljanju.

Kot pomemben element procesa oblikovanja dejavnosti študentov izpostavljamo fazo določanja nalog laboratorijske vaje, pri čemer je treba načrtovati, katere manipulacije bodo morali študentje opraviti v okviru te laboratorijske vaje in katere opazovati (smiselne naloge), do kakšnih zaključkov in na podlagi česa naj bi prišli po opravljenem (didaktične naloge), katere veščine pridobiti. Na primer, obvladajte algoritem dejanj pri pripravi določene prostornine raztopine iz tehtanega deleža: izračunajte maso snovi, jo stehtajte, izmerite prostornino tekočine / jo dovedite do zahtevane prostornine; obvladajo tehnike dela z analiznimi tehtnicami in merilnimi pripomočki; opazujejo, kako so koncentracije delcev (molekul, ionov) v raztopini povezane z raztapljanjem elektrolitov in neelektrolitov, simetričnih in nesimetričnih elektrolitov, močnih in šibkih elektrolitov, sklepajo o topnosti, toplotnih učinkih pri raztapljanju ipd.

Naslednji korak pri izdelavi laboratorijskega dela je izdelava scenarija, to je podroben opis vsake izkušnje posebej in določitev mesta in vloge te izkušnje v laboratorijskem delu, pri čemer se upošteva, h kakšnim težavam bo prispevala in kako delati na dosegati cilje laboratorijskega dela kot celote. V praksi priprava scenarija poteka sočasno s testiranjem, to je poskusnim izvajanjem poskusov, ki pomagajo razjasniti in podrobno opisati scenarij. Scenarij odraža vsako dejanje in reakcijo virtualnega laboratorija nanj. Scenarij temelji na nalogah, kot sta »Pripravite 49 g 0,4 % raztopine CuSO4« ali »Pripravite 35 ml 0,1 mol/l raztopine CuSO4 iz njenega kristalnega hidrata (CuSO4∙5H2O).« Pri izdelavi naloge se upošteva razpoložljivost ustreznih reagentov in opreme v virtualnem laboratoriju ter tehnična izvedljivost izvedbe takšne naloge. V našem primeru je scenarij poleg računske strani vključeval tudi številne akcije in tehnike, ki simulirajo pripravo raztopine v resničnem laboratoriju. Na primer, pri tehtanju suhe snovi ne smemo odložiti neposredno na tehtnico, ampak je treba uporabiti posebno posodo; uporabite funkcijo tare; Kot v resnici je treba snov dodajati na tehtnico v majhnih količinah; morebiten nenamerni presežek izračunane mase bo povzročil, da bo treba postopek začeti znova. Zagotovljena je izbira kemične steklovine ustrezne prostornine, natančno merjenje volumna tekočine »po spodnjem meniskusu« in uporaba drugih specifičnih tehnik. Po pripravi se lastnosti nastale raztopine (molarna koncentracija ionov, pH) odražajo v programčkih virtualnega laboratorija, kar omogoča preverjanje pravilnosti naloge. Z izvedbo serije poskusov bodo učenci dobili podatke, na podlagi katerih bodo lahko sklepali o koncentraciji ionov v raztopinah močnih in šibkih elektrolitov, pH raztopin hidroliziranih snovi ali odvisnosti od toplotni učinek raztapljanje je odvisno od količine topila in narave snovi itd.

Kot primer upoštevajte preučevanje toplotnih učinkov med raztapljanjem snovi. Scenarij vključuje poskuse raztapljanja suhih soli (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3). Na podlagi spremembe temperature raztopine naj učenci sklepajo na možnost endotermnih in eksotermnih učinkov raztapljanja. Oblikovanje nalog se lahko v vsakem primeru razlikuje in je odvisno od vrste eksperimenta - raziskovalnega ali ilustrativnega. Na primer, lahko se omejite na sklep o prisotnosti takih učinkov ali v scenarij vključite pripravo raztopin soli z različnimi masami topljenca z enako maso topila (pripravite raztopine, ki vsebujejo 50 g snovi v 100 g vode; 10 g snovi v 100 g vode) in obratno, poskusi s konstantno količino topljenca in spremenljivo maso topila; priprava raztopin iz brezvodnih soli in njihovih kristalnih hidratov ter spremljanje temperaturnih sprememb med njihovim raztapljanjem. Pri izvajanju tovrstnih poskusov morajo učenci odgovoriti na vprašanje »Kako se razlikujejo temperaturne spremembe, če raztopimo enake količine brezvodnih soli in njihovih kristalnih hidratov? Zakaj pride do raztapljanja brezvodnih soli s sproščanjem več toplote kot pri kristalnih hidratih?« in sklepati, kaj vpliva na predznak toplotnega učinka raztapljanja. Glede na cilje in namene dela bo scenarij vključeval več poskusov ali več serij poskusov, vendar je treba upoštevati, da se v virtualnem prostoru vse naredi veliko hitreje kot v resničnem laboratoriju in ne jemlje kot veliko časa, kot se morda zdi na prvi pogled.

Med postopkom testiranja je treba oceniti in analizirati zanesljivost procesa in rezultata virtualnega eksperimenta v primerjavi z realnim, to je zagotoviti, da modeliranje in generirani rezultati virtualnega eksperimenta niso v nasprotju z realnostjo, to pomeni, da uporabnika ne bodo zavajali.

Metodološka priporočila temeljijo na sestavljenem in preizkušenem scenariju, vendar ne smemo pozabiti, da so naslovljena na študente in morajo poleg jasnih navodil in nalog vsebovati opis pričakovanih rezultatov, povezanih s postavljenimi cilji, ter imeti reference. do teoretično gradivo in primeri.

Rezultat ustvarjanja virtualnega laboratorijskega dela je njegova implementacija v učni proces, kar vodi v dvig kakovosti pridobivanja znanja in obvladovanja ustreznih kompetenc. Obstaja več tehnik za »vdelavo« virtualnega laboratorijskega dela pri kemiji izobraževalni proces Pri študiju nove snovi za njeno boljše razumevanje in obvladovanje je po našem mnenju priporočljivo izvajati krajše virtualne laboratorijske vaje za posodobitev znanja ali prikaz pojavov, ki se proučujejo, kar ustvarja objektivne pogoje za izvajanje aktivnih in interaktivnih oblik učenja. učenja, ki ga zahteva veljavni izobrazbeni standard. V tem primeru lahko virtualno laboratorijsko delo nadomesti tradicionalni demonstracijski eksperiment. Poleg tega razmišljamo o možnostih uporabe virtualnega laboratorijskega dela za utrjevanje znanja in spretnosti tako pri pouku kot pri obšolskih samostojnih dejavnostih. Druga možnost uporabe virtualnega laboratorijskega dela v procesu poučevanja kemije je priprava študentov na opravljanje celovitega laboratorijskega dela. Z izvajanjem pravilno sestavljenega virtualnega laboratorijskega dela pri kemiji učenci, prvič, vadijo veščine reševanja računskih problemov na to temo, drugič, utrjujejo algoritem in tehniko za izvedbo kemijskega eksperimenta, tretjič, spoznavajo vzorce kemijskih procesov z aktivnim sodelovanjem v proces usposabljanja.

Predlagana metodologija za ustvarjanje virtualnega laboratorijskega dela pri kemiji opremlja učitelje z znanstveno utemeljenimi orodji za izvajanje pouka kemije in kemijskih disciplin v interaktivni obliki v kombinaciji z obšolskim delom z namenom oblikovanja in razvoja poklicnih spretnosti učencev.

Recenzenti:

Rogovaya O. G., doktor pedagoških znanosti, profesor, vodja oddelka za kemijo in okoljska vzgoja RGPU po imenu A.I. Herzen, Sankt Peterburg;

Piotrovskaya K.R., doktorica pedagoških znanosti, profesorica, profesorica Oddelka za metode poučevanja matematike in informatike Ruske državne pedagoške univerze po imenu A.I. Herzen, Sankt Peterburg.

Bibliografska povezava

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. METODOLOGIJA ZA USTVARJANJE VIRTUALNIH LABORATORIJSKIH DEL IZ KEMIJE // Sodobna vprašanja znanost in izobraževanje. – 2015. – št. 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (datum dostopa: 01.02.2020). Predstavljamo vam revije, ki jih je izdala založba "Akademija naravoslovnih znanosti"