Реферат на тему «Виртуальные имитационные лабораторные»

ФБГОУВПО «Мордовский Государственный педагогический институт им. М.Е.Евсевьева»

Физико-математический факультет

Кафедра информатики и методики обучения информатике

Реферат

Виртуальные имитационные лаборатории

Выполнила: студентка группы МДМ-116

физико-математического факультета

Купряшкина Т.В.

Проверила: Кормилицына Татьяна Владимировна.

Саранск 2019

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.

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.

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

Примерывиртуальныхлабораторий

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.

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 on-line 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.

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.

PhET

PhET – проект. разработанный Университетом Колорадо. Проект включает большое множество виртуальных лабораторий, демонстрирующих различные явлений в области физики, биологии, химии, математики, наук о Земле.

Опыты имеют высокую познавательную ценность и при этом очень увлекательны.

Примеры:

1) Color vision http://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision

2) Balancing Act http://phet.colorado.edu/en/simulation/balancing-act

3) John Travoltage http://phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage

4) Sound http://phet.colorado.edu/en/simulation/sound

5) Radioactive Dating Game http://phet.colorado.edu/en/simulation/radioactive-dating-game

6) Build an Atom http://phet.colorado.edu/en/simulation/build-an-atom

7) Circuit Construction Kit (AC+DC) http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab

8) My Solar System http://phet.colorado.edu/en/simulation/my-solar-system

9) Photoelectric Effect http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

10) Radio Waves & Electromagnetic Fields http://phet.colorado.edu/en/simulation/radio-waves

11) Glaciers http://phet.colorado.edu/en/simulation/glaciers

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 использованных источников

Князева Е.М. Лабораторные работы нового поколения // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6–3. – С. 587-590.

Трухин А.В. Об использовании виртуальных лабораторий в образовании // Открытое и дистанционное образование. – 2002. – № 4 (8) .

Виртуальная образовательная лаборатория [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://www.virtulab.net

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/387143-referat-na-temu-virtualnye-imitacionnye-labor