Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации
версия для слабовидящих
Главная / Другое / Реферат "Виртуальные имитационные лаборатории"

Реферат "Виртуальные имитационные лаборатории"

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


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:

  • отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов;

  • возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях;

  • безопасность проведения экспериментов;

  • оперативность проведения исследований и обработки результатов;

  • возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении.


1.2 Виды виртуальных имитационных лабораторий


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.


2.3 Виртуальные лаборатории STAR


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.






Заключение


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.






Список использованной литературы


  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


  • Другое
Скачать материал
Автор Федюшкина Валерия Алексеевна
Дата добавления 21.09.2020
Раздел Другое
Подраздел Другое
Просмотров 36
Номер материала MA-092940
Скачать свидетельство о публикации

Оставьте свой комментарий:

Введите символы, которые изображены на картинке:

Получить новый код
* Обязательные для заполнения.


Комментарии:

Популярные курсы

Курс повышения квалификации
«Подготовка к сдаче экзаменов: Современные тенденции использования развивающих и социально-психологических подходов подготовки учащихся старших классов»