МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ИМ.М.Е.ЕВСЕВЬЕВА»
Факультет физико-математический
Кафедра информатики и вычислительной техники
Реферат
Виртуальные имитационные лаборатории
Выполнила:
студентка группы МДИ-117
Федюшкина
В. А.
Проверила:
Кормилицына Т. В.
Саранск 2020
Содержание
Введение. 3
1
Виртуальные лаборатории. 4
1.1 Виртуальные лаборатории нового поколения. 4
1.2 Виды виртуальных имитационных лабораторий. 4
2
Примеры виртуальных лабораторий. 5
2.1
Среда создания виртуальных лабораторий LabVIEW... 5
2.2
Виртуальная образовательная лаборатория VirtuLab. 7
2.3
Виртуальные лаборатории STAR. 8
Заключение. 10
Список использованной
литературы.. 11
Сегодня в
России уделяется огромное внимание разработке и использованию в учебном процессе
электронных образовательных ресурсов (ЭОР). Учителю предоставляется широкий выбор
обучающих программ, электронных энциклопедий и справочников и т.п. Все большее внимание
при разработке ЭОРов уделяется мультимедиа, которое в значительной степени способствует
повышению наглядности ресурсов и эффективности их использования в учебном процессе.
ЭОРы с высокой степенью интерактивности, реализующие полноценный режим общения обучающегося
с компьютером, способствуют развитию интереса ребенка к освоению нового материала
и формированию познавательной и творческой активности.
Примером
использования таких ресурсов в учебном процессе могут служить виртуальные лаборатории,
позволяющие моделировать объекты и процессы окружающего мира, а также организовывать
компьютерный доступ к реальному лабораторному оборудованию. Их использование особенно
актуально при преподавании таких дисциплин как физика, химия, биология, экология
и др.
Использование
виртуальных лабораторий в учебном процессе позволяет с одной стороны предоставить
возможность обучающемуся провести эксперименты с оборудованием и материалом, отсутствующим
в реальной школьной лаборатории, получить практические навыки проведения экспериментов,
ознакомиться детально с компьютерной моделью уникального дорогостоящего объекта,
исследовать пожаро- и взрывоопасные процессы и явления, не опасаясь за возможные
последствия. С другой стороны, подключение имеющегося лабораторного оборудования
и приборов к компьютеру в рамках виртуальной лаборатории позволяет перевести традиционную
школьную физическую или химическую лабораторию на новый уровень технологий, соответствующий
сегодяшнему уровню развития науки и техники.
1 Виртуальные
лаборатории
1.1
Виртуальные лаборатории нового
поколения
Виртуальная
лаборатория представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить
опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии
таковой. Существует два типа программно-аппаратных комплексов:
·
лабораторная установка
с удаленным доступом –дистанционные лаборатории;
·
программное обеспечение,
позволяющее моделировать лабораторные опыты – виртуальные лаборатории.
Основными
преимуществами виртуальных лабораторий являются:
ü
отсутствие необходимости
приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов;
ü
возможность моделирования
процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях;
ü
безопасность проведения
экспериментов;
ü
оперативность
проведения исследований и обработки результатов;
ü
возможности использования
виртуальной лаборатории в дистанционном обучении.
Виртуальные
лаборатории можно условно разделить по следующим признакам:
1.По способу
доставки образовательного контента:
·
на компакт-дисках;
·
размещаемые в
Интернет.
2. По используемому
лабораторному оборудованию:
·
на базе имитационных
математических моделей;
·
на базе реального
лабораторного оборудования;
·
на базе промышленных
объектов.
3. По способам
визуализации:
·
двухмерная графика;
·
трехмерная графика;
·
анимация;
·
видео.
4. По степени
ограниченности проводимых экспериментов:
·
предметная область
представлена ограниченным набором заранее запрограммированных опытов;
·
применение математических
моделей без ограничения заранее возможных подготовленных результатов опытов.
С примерами
виртуальных лабораторных работ по курсам «Естествознания» и «Физики» (с методическими
рекомендациями по их проведению) можно познакомиться на сайте Рожковского А. Д.
http://radweb.ru/praktikum.html.
2 Примеры
виртуальных лабораторий
2.1
Среда создания виртуальных лабораторий
LabVIEW
LabVIEW (http://www.labview.ru/labview/
) – это среда графического программирования, которую используют технические специалисты,
инженеры, преподаватели и ученые по всему миру для быстрого создания комплексных
приложений в задачах измерения, тестирования, управления, автоматизации научного
эксперимента и образования. В основе LabVIEW лежит концепция графического программирования
- последовательное соединение функциональных блоков на блок-диаграмме. Логика представления
материала в виртуальной лабораторной работе отличается от реальной работы более
детальным описанием процесса исследования, обилием подсказок и ссылок, а также наличием
анимации. Виртуальная работа требует большей четкости в описании последовательности
действий, поэтому методически обоснованным является представление такого рода работ
в виде определенного числа разделов - вкладок, каждый из которых несет свою смысловую
нагрузку:
1. Теоретический материал.
2. Описание работы.
3. Порядок выполнения работы.
4. Лабораторная установка.
5. Отчет.
Для успешного выполнения любой лабораторной
работы ученик должен тщательно проработать теоретический материал по теме исследования,
поэтому в виртуальной лабораторной работе раздел с аналогичным названием должен
быть представлен более подробно, чем в классическом практикуме. В разделе «Описание
работы» формулируется цель лабораторной работы, приводится схема установки, расчетные
формулы, описывается работа с графиками и т.д. В разделе «Порядок проведения работы»
ученик получает пошаговые инструкции выполнения лабораторной работы. В разделе «Лабораторная
установка» ученик самостоятельно готовит приборы к работе, собирая его из составных
частей, максимально реальное изображение которых приводится в «инструментальном
окне».
С помощью клавиатуры или мыши ученик имеет
возможность перемещать любые слагаемые установки, осуществлять реальный процесс
в виртуальном мире. Каждое неверное действие комментируется компьютером. Невыполнение
определенных условий не позволяет продолжить проведение работы.
В разделе «Отчет» ученик заполняет соответствующие
разделы, фиксируя значения, полученные в ходе эксперимента измеряемых величин, анализирует
полученные данные и делает соответствующие выводы.
Как и в реальной лабораторной работе,
в виртуальной необходимо учить навыкам исследования: выдвижению гипотез и их проверке,
стандартизации условий, четкому фиксированию условий и результатов экспериментов
(сначала в заготовленных учителем таблицах, печатных или электронных), выбирать
критерии, формат представления результатов, а затем и планировать, наконец, самостоятельную
исследовательскую работу.
2.2 Виртуальная
образовательная лаборатория VirtuLab
Проект VirtualLab (virtulab.net) - это
собрание интерактивных уроков и виртуальных лабораторных работ по физике, химии,
биологии, экологии. Можно и для дистанционного обучения, и в качестве демонстраций,
дополняющих лекции. Допускается использование в режиме online при наличии компьютерного
класса и локальной сети с последующим оцениванием работы каждого ученика. Продукты
VirtualLab имеют познавательную ценность и решают задачи проведения лабораторных
работ при отсутствии необходимого оборудования.
Примеры лабораторных работ:
1.
Изучение взаимодействия частиц и ядерных реакций
2.
Сравнение молярных теплоемкостей металлов
3.
Изучение закона Ома для полной цепи - Изучение
закона Ома для полной цепи - Этап 2
4.
Знакомство с образцами металлов и сплавов
5.
Идентификация неорганических соединений и т.д.
Сиcтема виртуальных лабораторий по информатике
«Задачник 2-6»
Данные учебные материалы находятся в Единой
коллекции цифровых образовательных ресурсов (http://school-collection.edu.ru ).
Задачник включает в себя 6 виртуальных лабораторий («Взвешивания», «Перекладывания»,
«Переливания», «Переправы», «Разъезды», «Черные ящики»), обеспечивающих возможность
как сетевой, так и индивидуальной работы с учащимися по решению логических задач
разного уровня сложности.
STAR (Software Tools for Academics and
Researchers) – программа Массачусетского технологического института (MIT) 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. Большинство приложений
реализованы в java либо в html. Официальный сайт программы: http://star.mit.edu.
1)StarBiochem – 3D-визуализатор молекул
белков. Имеет гибкую и подробную настройку. URL: http://star.mit.edu/biochem/index.html.
2)StarGenetics. – позволяет моделировать
процессы скрещивания, изучать закономерности наследования моногенных признаков (т.н.
законы Менделя). URL: http://star.mit.edu/genetics/index.html.
3)StarORF. – позволяет научиться идентифицировать
так называемые открытые рамки считывания (англ - ORF - Open Reading Frame) – единицы
в составе цепи ДНК или РНК, способные кодировать белок. URL: http://star.mit.edu/orf/index.html.
4)StarMolSim – это серия инструментов,
моделирующая процессы молекулярной динамики. Каждый из инструментов имеет широкий
набор входных значений и, аналогично, широкий набор выходных значений для анализа
и исследования. URL: http://star.mit.edu/molsim/index.html.
5)StarBiogene – Набор инструментов по
генетике. URL: http://star.mit.edu/biogene/index.html.
6)StarHydro – программный инструмент для
моделирования гидрологических процессов. (не удалось запустить!). URL: http://star.mit.edu/hydro/index.html.
7)StarCluster – Набор инструментов для
создания, настройки и управления кластерами виртуальных машин на веб сервисе Amazon’s
EC2 cloud. URL: http://star.mit.edu/cluster/index.html.
Таким образом, можно сделать вывод, что
в задачи виртуальных имитационных лабораторий входит развитие творческого мышления
и профессиональных способностей обучаемых, умения решать вопросы прикладного характера,
делать самостоятельные выводы, в виду чего виртуальные лабораторные комплексы и
симуляторы должны полностью соответствовать реальному учебному процессу.
Приступая к выполнению лабораторного эксперимента,
обучаемый должен знать методику исследования и хорошо представлять ход работы, последовательность
действий и расчетов. В реальном учебном процессе данную информативную функцию выполняют
учебные пособия и брошюры с методическими указаниями. Программные продукты полностью
имитируют реальную лабораторию, а методика экспериментов здесь интегрирована в сами
программные продукты в форме комплекса сопровождающих инструментов и надстроек.
1.
Гортышов Ю. Ф., Михайлов С. А. Современные
информационные технологии в создании виртуальной информационно-образовательной среды
удаленного доступа в инженерной подготовке и научной деятельности. [Электронный
ресурс]. Доступно из URL: http://www.ict.edu.ru/vconf/ files/8257.doc [Дата обращения:
17 сентября 2020]
2.
Дунин С. М., Федорова Ю. В. Совместное использование
программы «Живая физика» и Цифровой лаборатории Архимед // Физика. Приложение к
газете «Первое сентября». – 2015. – № 11. – C. 4-7. 4.
3.
Дунин С.М. О подготовке к применению в школах
интерактивной компьютерной среды «Живая Физика» // Преподавание физики в высшей
школе: Школьная методика: Сб. научных трудов. – 1996. – № 5. – С. 24-27.
4.
Князева Е. М. Лабораторные работы нового поколения
// Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6–3. – С. 587-590.
5.
Трухин А.В. Об использовании виртуальных лабораторий
в образовании // Открытое и дистанционное образование. – 2002. – № 4 .
6.
Виртуальная образовательная лаборатория [Электронный
ресурс] // Режим доступа: http://www.virtulab.net
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.