1

Описана е методика за създаване на лабораторна работа по химия с помощта на виртуални лаборатории. Създаването на виртуална лабораторна работа се състои от етапите на определяне на целите на лабораторната работа, избор на виртуална лаборатория, идентифициране на възможностите на виртуален симулатор, коригиране на целите, определяне на съдържание и дидактически задачи, съставяне на сценарий, тестване, коригиране на сценарий, оценка и анализ на надеждността на процеса и резултата от виртуалния експеримент в сравнение с пълномащабния, изготвяне на методически препоръки. Представен е модел на методиката за създаване на виртуална лабораторна работа по химия. Изяснен е понятийно-терминологичният апарат в областта на изследването: дадени са определения за виртуална лабораторна работа по химия, виртуална химическа лаборатория и виртуален химичен експеримент. Показани са методите за използване на виртуална лабораторна работа по химия при обучение в университет: при изучаване на нов материал, при консолидиране на знания, при подготовка за пълномащабна лабораторна работа както в класната стая, така и в извънкласни самостоятелни дейности.

обучение по химия

виртуални лаборатории

виртуален експеримент

1. Белохвостов А. А., Аршански Е. Я. Електронни средства за обучение по химия; развитие и методи на използване. – Минск: Аверсев, 2012. – 206 с.

2. Гавронская Ю. Ю., Алексеев В. В. Виртуална лабораторна работа в интерактивното обучение по физическа химия // Известия на Руския държавен педагогически университет. ИИ Херцен. – 2014. – № 168. – С.79–84.

3. ГОСТ 15971–90. Системи за обработка на информация. Термини и дефиниции. - Вместо GOST 15971-84; вход 01.01.1992 г. - М.: Издателство на стандартите, 1991. - 12 с.

4. Морозов, М. Н. Разработване на виртуална химическа лаборатория за училищно образование // Образователни технологии и общество. – 2004. – Т 7, № 3. – С. 155-164.

5. Пак, М. С. Теория и методика на обучението по химия: учебник за университети. – Санкт Петербург: Издателство на Руския държавен педагогически университет им. ИИ Херцен, 2015. – 306 с.

6. Федерален държавен образователен стандарт за висше професионално образование в областта на обучението 050100 Педагогическо образование (квалификация (степен) „бакалавър“) (одобрен със заповед на Министерството на образованието и науката на Руската федерация от 22 декември 2009 г. № 788 ) (с измененията на 31 май 2011 г.) [Електронен ресурс]. – URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (дата на достъп: 03.10.15).

7. Виртуална лаборатория / ChemCollective. Онлайн ресурси за преподаване и изучаване на химия [Електронен ресурс]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (дата на достъп: 03.10.15).

Виртуалните химически лаборатории, виртуалният експеримент, виртуалната лабораторна работа по химия са перспективна област в химическото образование, която естествено привлича вниманието на ученици и учители. Уместността на въвеждането на виртуални лаборатории в образователната практика се определя, първо, от информационните предизвикателства на времето и второ, от нормативните изисквания за организация на обучението, тоест образователните стандарти. За да се приложи подходът, основан на компетентностите, действащите федерални държавни образователни стандарти за висше образование предвиждат широкото използване в образователния процес на активни и интерактивни форми на провеждане на занятия, включително компютърни симулации, в комбинация с извънкласна работа, за да се формира и развиват професионалните умения на учениците.

В тази област, по отношение на разпространението и търсенето, лидерът е „Химия 8-11 клас - виртуална лаборатория“ на MarSTU, предназначена за ученици и кандидати; интерактивни практически работи и експерименти по химия VirtuLab (http://www.virtulab.net/) също са добре известни. На ниво висше образование рускоезичните ресурси на образователния пазар включват виртуални химически лаборатории ENK, собствени (и като правило затворени) разработки на университети и редица ресурси на чужди езици. Описанията на наличните виртуални лаборатории по химия са дадени повече от веднъж и списъкът им със сигурност ще бъде разширен. Виртуалните лаборатории уверено заемат своето място в практиката на преподаване на химия и химически дисциплини, като в същото време теоретичните и методологичните основи на тяхното използване и създаването на виртуална лабораторна работа въз основа на тях тепърва започват да се оформят. Дори терминът „виртуална лабораторна работа по химия“ все още не е получил обосновано определение, което точно да обозначава връзката с други понятия, включително концепцията за виртуална лаборатория в обучението по химия и виртуален химичен експеримент.

За изясняване на понятийно-терминологичния апарат използваме като отправна точка термина „химичен експеримент“, използван в научната област на теорията и методите на обучение. Химическият експеримент е специфично средство за обучение по химия, служещо като източник и най-важен метод на познание, запознава учениците не само с предмети и явления, но и с методите на химическата наука. В процеса на химичен експеримент учениците придобиват умения да наблюдават, анализират, правят изводи и боравят с оборудване и реактиви. Има: демонстрация и ученически/студентски експеримент; експерименти (помагат за изучаване на отделни аспекти на химически обект), лабораторна работа (набор от лабораторни експерименти позволява да се изучават много аспекти на химически обекти и процеси), практически упражнения, лабораторен семинар; домашен експеримент, изследователски експеримент и т.н. Химическият експеримент може да бъде пълномащабен, умствен и виртуален. „Виртуален“ означава „възможен без физическо въплъщение“; виртуална реалност - имитация на реална ситуация с помощта на компютърни устройства; използвани предимно за образователни цели; в тази връзка виртуалният експеримент понякога се нарича симулация или компютърен експеримент. Съгласно действащия GOST „виртуален“ е определение, което характеризира процес или устройство в система за обработка на информация, което изглежда наистина съществува, тъй като всичките му функции се изпълняват с други средства; широко използвани във връзка с използването на телекомуникации. Така виртуалният химичен експеримент е вид образователен експеримент по химия; основната му разлика от пълномащабната е фактът, че средството за демонстриране или моделиране на химични процеси и явления е компютърна технология; когато го изпълнява, ученикът работи с изображения на вещества и компоненти на оборудването, които възпроизвеждат външния вид и функциите на реални обекти , тоест той използва виртуална лаборатория. Под виртуална лаборатория в обучението по химия разбираме компютърна симулация на учебна химическа лаборатория, която изпълнява основната си функция - провеждане на химичен експеримент за образователни цели. Технически функционирането на виртуалната лаборатория се осигурява от компютърен хардуер и софтуер, дидактически - съдържателно и методически обоснована система от предположения за протичането на изучавания химичен процес или проявите на свойствата на химичен обект, на базата на кой от възможните варианти за реакция на виртуалната лаборатория към действията на потребителя е разработен. Виртуалната лаборатория действа като елемент от високотехнологична информационна образователна среда, като е средство за създаване и провеждане на виртуален експеримент. Виртуалната лабораторна работа по химия е виртуален химичен експеримент под формата на набор от експерименти, обединени от общата цел за изследване на химичен обект или процес.

Нека разгледаме методологията за създаване на виртуална лабораторна работа по химия (нейният модел е показан на фигура 1), като използваме конкретен пример за лабораторна работа по темата „Разтвори“.

Ориз. 1. Модел на методиката за създаване на виртуална лабораторна работа по химия

Създаването на виртуална лабораторна работа се състои от етапите на определяне на целите на лабораторната работа, избор на виртуална лаборатория, идентифициране на възможностите на виртуален симулатор, коригиране на целите, дефиниране на смислени и дидактически задачи, изготвяне на сценарий, тестване, оценяване и анализиране на надеждността на процеса и резултата от виртуалния експеримент в сравнение с реалния, сценарий за корекция и изготвяне на методически препоръки.

Етапът на целеполагане включва процеса на избор на целите на планираната лабораторна работа с установяване на границите на допустимите отклонения за постигане на образователен резултат с най-ефективните и приемливи средства, като се вземат предвид материални, технически, времеви, човешки ресурси, както и както и личностните и възрастови характеристики на учениците. В нашия пример целта беше да се приготвят разтвори и да се изследват техните свойства; Работата е предназначена за самостоятелна извънкласна образователна дейност на студентите. Темата за разтворите се разглежда в повечето университетски курсове по химия; освен това уменията за подготовка и работа с разтвори са търсени в ежедневието и в почти всяка професионална дейност. Следователно целите на работата включват: консолидиране на уменията за изчисляване на моларната и процентната концентрация на разтвор, необходимото количество вещество и разтворител за приготвяне на разтвор с дадена концентрация; разработване на алгоритъма и техниката на операциите за приготвяне на разтвори (претегляне на вещества, измерване на обем и др.); изследване на явления, възникващи при разтваряне - отделяне или поглъщане на топлина, дисоциация, промяна в електропроводимостта, промяна на рН на средата и др.

Етап на избор на виртуална лаборатория. Изборът на виртуална лаборатория се определя от редица обстоятелства: начина на достъп до ресурса, финансовите условия за използването му, езика и сложността на интерфейса и, разбира се, съдържанието, тоест възможностите, които тази лаборатория предоставя или не предоставя на потребителя за постигане на целите на планираната лабораторна работа. Фокусирахме се върху лаборатории с отворен свободен достъп, за работа с които компютърните умения на потребителско ниво биха били достатъчни, като първоначално изоставихме лаборатории с ниска степен на интерактивност, тоест позволявайки само възможности за пасивно наблюдение на химическия опит. След като проучихме няколко проекта, както мултидисциплинарни, така и тематични, стигнахме до извода, че никоя от познатите ни лаборатории не отговаря напълно на изискванията, а именно: позволява на студентите да приготвят разтвор с дадена концентрация, като използват предварително изчислени количества разтворено вещество и разтворител чрез извършване на операции по претегляне, измерване на обема, разтваряне, като се уверите, че подготовката е правилна, както и наблюдаване на процесите, придружаващи разтварянето. Въпреки това се спряхме на виртуалната лаборатория IrYdiumChemistryLab, чието предимство е възможността да се намесите в програмата и да проектирате свой собствен виртуален експеримент.

Идентифицирането на възможностите на виртуалния симулатор на избраната лаборатория показа следното. Що се отнася до набора от реагенти, има разтвори с различни концентрации (19 MNaOH, 15 MHClO4 и други), вода като най-важен разтворител, но практически няма твърди вещества; обаче, приложението Authoring Tool ви позволява да въвеждате допълнителни реагенти в лабораторията, като използвате термодинамичните характеристики на веществата. Оборудването включва набор от измервателна стъклария с различна степен на точност (цилиндри, пипети, бюрети), аналитични везни, pH метър, температурен датчик, нагревателен елемент, както и аплет, демонстриращ концентрацията на частици в разтвора. Не е осигурена възможност за изследване на такива характеристики на разтвора като електрическа проводимост, вискозитет и повърхностно напрежение. Процесите във виртуална лаборатория протичат за много кратко време, което ограничава изследването на скоростта на химичните процеси. Въз основа на възможностите на виртуалния симулатор, целите бяха коригирани; по-специално беше изключено изследването на електрическата проводимост на разтворите, но беше добавено изследването на ефекта на температурата върху разтворимостта на веществата. При определяне на целите на лабораторната работа изхождаме от очакваните резултати: студентите трябва да развият практически умения за приготвяне на разтвори, включително овладяване на алгоритмите на отделните операции, те трябва да стигнат до изводи за промяната на броя на частиците в разтвора по време на процеса. дисоциация на силни и слаби електролити, за съотношението на броя на аниони и катиони в случай на разтваряне на несиметрични електролити, за причините за топлинни ефекти по време на разтваряне.

Ние подчертаваме етапа на определяне на задачите на лабораторната работа, която се създава, като важен елемент от процеса на проектиране на дейностите на студентите; тук е необходимо да се планира какви манипулации студентите ще трябва да извършат в рамките на тази лабораторна работа и какво да наблюдават (смислени задачи), какви изводи и на каква основа трябва да дойдат след изпълнението му (дидактически задачи), какви умения да придобият. Например, овладейте алгоритъма на действията при приготвяне на даден обем разтвор от претеглена част: изчислете масата на веществото, претеглете го, измерете обема на течността / доведете го до необходимия обем; усвояват техники за работа с аналитични везни и мерителни прибори; наблюдавайте как концентрациите на частици (молекули, йони) в разтвора са свързани с разтварянето на електролити и неелектролити, симетрични и асиметрични електролити, силни и слаби електролити, правете заключения за разтворимост, топлинни ефекти по време на разтваряне и т.н.

Следващата стъпка в създаването на лабораторна работа е създаването на сценарий, тоест подробно описание на всеки опит поотделно и определяне на мястото и ролята на този опит в лабораторната работа, като се вземе предвид какви проблеми ще допринесе за това и как да се работи постигане на целите на лабораторната работа като цяло. На практика изготвянето на сценарий се извършва едновременно с тестването, т.е. пробното изпълнение на експерименти, които помагат за изясняване и детайлизиране на сценария. Сценарият отразява всяко действие и реакция на виртуалната лаборатория към него. Сценарият се основава на задачи като „Пригответе 49 g от 0,4% разтвор на CuSO4“ или „Пригответе 35 ml от 0,1 mol/l разтвор на CuSO4 от неговия кристален хидрат (CuSO4∙5H2O).“ При изготвянето на задача се взема предвид наличието на подходящи реактиви и оборудване във виртуалната лаборатория и техническата възможност за изпълнение на такава задача. В нашия пример сценарият, в допълнение към изчислителната страна, също включва редица действия и техники, които симулират подготовката на разтвор в реална лаборатория. Например, когато се претегля, сухото вещество не трябва да се поставя директно върху тенджерата, а трябва да се използва специален контейнер; използвайте функцията тара; Както в действителност, веществото трябва да се добавя към везните на малки порции; възможното случайно превишаване на изчислената маса ще доведе до необходимост от повторно стартиране на операцията. Осигурен е избор на химическа стъклария с подходящ обем, точно измерване на обема на течността "по долния менискус" и използването на други специфични техники. След приготвянето свойствата на получения разтвор (моларна концентрация на йони, pH) се отразяват в аплетите на виртуалната лаборатория, което ви позволява да проверите правилността на задачата. Извършвайки поредица от експерименти, учениците ще получат данни, въз основа на които ще могат да направят изводи за концентрацията на йони в разтвори на силни и слаби електролити, рН на разтвори на хидролизирани вещества или зависимостта на топлинната ефект на разтваряне върху количеството разтворител и естеството на веществото и др.

Като пример, разгледайте изследването на топлинните ефекти по време на разтварянето на веществата. Сценарият включва експерименти за разтваряне на сухи соли (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3). Въз основа на промяната в температурата на разтвора, учениците трябва да направят извод за възможността за ендотермични и екзотермични ефекти на разтваряне. Постановката на задачите във всеки случай може да варира и зависи от вида на експеримента – изследователски или илюстративен. Например, можете да се ограничите до заключението за наличието на такива ефекти или да включите в сценария приготвянето на разтвори на соли с различни маси на разтвореното вещество със същата маса на разтворителя (пригответе разтвори, съдържащи 50 g от веществото в 100 g вода; 10 g от веществото в 100 g вода), и обратно, експериментира с постоянно количество разтворено вещество и варираща маса на разтворителя; приготвяне на разтвори от безводни соли и техните кристални хидрати и наблюдение на температурните промени по време на тяхното разтваряне. При извършване на такива експерименти учениците трябва да отговорят на въпросите „Как се различават температурните промени, когато се разтварят равни количества безводни соли и техните кристални хидрати? Защо разтварянето на безводните соли става с отделяне на повече топлина, отколкото в случая на кристалните хидрати? и направете заключение какво влияе върху знака на топлинния ефект на разтваряне. В зависимост от целите и задачите на работата, сценарият ще включва няколко експеримента или няколко серии от експерименти, трябва да се има предвид, че във виртуалното пространство всичко се прави много по-бързо, отколкото в реална лаборатория, и не отнема толкова много време, както може да изглежда на пръв поглед.

По време на процеса на тестване е необходимо да се оцени и анализира надеждността на процеса и резултата от виртуалния експеримент в сравнение с реалния, тоест да се увери, че моделирането и генерираните резултати от виртуалния експеримент не противоречат на реалността, тоест няма да подведат потребителя.

Методическите препоръки се основават на съставен и тестван сценарий, но не бива да забравяме, че те са адресирани до студентите и освен ясни инструкции и задачи, те трябва да съдържат описание на очакваните резултати, свързани с целите, да имат препратки към теоретични материал и примери.

Резултатът от създаването на виртуална лабораторна работа е нейното внедряване в учебния процес, което води до повишаване на качеството на усвояване на знания и овладяване на съответните компетентности. Има няколко метода за „вграждане” на виртуална лабораторна работа по химия в учебния процес на университета.При изучаване на нов материал за по-доброто му разбиране и усвояване според нас е препоръчително да се провеждат кратки виртуални лабораторни упражнения за актуализиране на знанията или демонстрират изучаваните явления, което създава обективни условия за реализиране на активни и интерактивни форми на обучение, което се изисква от действащия образователен стандарт. В този случай виртуалната лабораторна работа може да замени традиционния демонстрационен експеримент. Освен това обмисляме възможностите за използване на виртуална лабораторна работа за затвърдяване на знания и умения както в клас, така и в извънкласни самостоятелни дейности. Друга възможност за използване на виртуална лабораторна работа в процеса на обучение по химия е подготовката на учениците за пълноценна лабораторна работа. Извършвайки правилно съставена виртуална лабораторна работа по химия, учениците, първо, практикуват уменията за решаване на изчислителни задачи по тази тема, второ, консолидират алгоритъма и техниката за извършване на химичен експеримент, трето, научават законите на протичането на химичните процеси с активно участие в процеса на обучение.

Предложената методика за създаване на виртуална лабораторна работа по химия оборудва учителите с научно обосновани инструменти за провеждане на часовете по химия и химически дисциплини в интерактивна форма в комбинация с извънкласна работа с цел формиране и развитие на професионалните умения на учениците.

Рецензенти:

Роговая О. Г., доктор на педагогическите науки, професор, ръководител на катедрата по химическо и екологично образование на Руския държавен педагогически университет на името на A.I. Херцен, Санкт Петербург;

Piotrovskaya K.R., доктор на педагогическите науки, професор, професор в катедрата по методика на преподаване на математика и информатика на Руския държавен педагогически университет на името на A.I. Херцен, Санкт Петербург.

Библиографска връзка

Гавронская Ю.Ю., Оксенчук В.В. МЕТОДИКА ЗА СЪЗДАВАНЕ НА ВИРТУАЛНИ ЛАБОРАТОРНИ РАБОТИ ПО ХИМИЯ // Съвременни проблеми на науката и образованието. – 2015. – № 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (дата на достъп: 01.02.2020 г.). Предлагаме на вашето внимание списания, издадени от издателство "Академия за естествени науки"

Визуализацията е един от най-ефективните методи на обучение, който помага да се разбере много по-лесно и задълбочено същността на различни явления, не без причина визуалните помагала са използвани от древни времена. Визуализирането и моделирането са особено полезни при изучаване на динамични, променящи се във времето обекти и явления, които могат да бъдат трудни за разбиране, като гледате проста статична картина в обикновен учебник. Лабораторните упражнения и учебните опити са не само полезни, но и много интересни – при подходяща организация, разбира се.

Не всички образователни експерименти могат или трябва да се провеждат в „реален“ режим. Не е изненадващо, че технологиите за компютърно моделиране бързо навлязоха в тази област. Сега на пазара има редица софтуерни пакети, предназначени за извършване на виртуални образователни експерименти. Този преглед ще разгледа сравнително нов аспект на такива решения: виртуални онлайн лаборатории. С тяхна помощ можете да провеждате компютърни експерименти, без да купувате допълнителни програми, и по всяко удобно време ще имате достъп до Интернет.

Сега се наблюдават няколко тенденции в развитието на съвременни мрежови проекти от този вид. Първият е разпръскването върху значително количество ресурси. Наред с големите проекти, които натрупват значително количество съдържание, има много сайтове, които съдържат малък брой лаборатории. Втората тенденция е наличието както на мултииндустриални проекти, предлагащи лаборатории за различни области на знанието, така и на тематични специализирани проекти. И накрая, трябва да се отбележи, че лабораториите, посветени на природните науки, са най-добре представени онлайн. Наистина: физическите експерименти като цяло могат да бъдат много скъпо начинание, но компютърната лаборатория ви позволява да погледнете зад кулисите на сложни процеси. Химията също е от полза: няма нужда да купувате истински реактиви, лабораторно оборудване и няма страх да не развалите нещо в случай на грешка. Също толкова плодородно поле за виртуални лабораторни работилници са биологията и екологията. Не е тайна, че подробното изследване на биологичен обект често завършва с неговата смърт. Екологичните системи са големи и сложни, така че използването на виртуални модели прави възможно опростяването на тяхното възприемане.

Нашият преглед включва няколко от най-интересните онлайн проекти, както мултидисциплинарни, така и тематични. Всички уеб ресурси в този преглед са сайтове с отворен, безплатен достъп.

VirtuLab

Ресурсът VirtuLab е най-голямата колекция от виртуални преживявания в различни академични дисциплини в съвременния RuNet. Основната единица на колекцията е виртуален експеримент. От техническа гледна точка това е интерактивен видеоклип, направен с помощта на Adobe Flash. Някои лаборатории са направени в триизмерна графика. За да работите с тях ще трябва да инсталирате Adobe Shockwave Player с добавката Havok Physics Scene. Можете да намерите тази добавка на director-online.com. Трябва да разопаковате получения архив в директорията Xtras на вашия Adobe Shockwave Player, която се намира в системната директория на Windows.

Ресурсът VirtuLab е най-голямата колекция от виртуални онлайн
лабораториина руски

Всеки видеоклип ви позволява да проведете експеримент, който има образователна цел и ясна задача. На потребителя се предлагат всички инструменти и предмети, необходими за получаване на резултата. Задачите и съветите се показват като текстови съобщения. Видеоклиповете на VirtuLab имат силен образователен аспект, например, ако потребителят направи грешка, системата няма да го допусне повече, докато грешката не бъде коригирана.

Колекцията от експерименти на VirtuLab е доста обширна и разнообразна. VirtuLab няма собствена вградена търсачка, така че за да намерите експеримента, от който се нуждаете, просто трябва да превъртите секциите на каталога. Архивът е разделен на четири основни блока: „Физика”, „Химия”, „Биология” и „Екология”. В тях има по-тесни тематични раздели. По-специално, за физиката това са раздели от тази дисциплина. Има експерименти за запознаване с механиката, електрическите и оптичните ефекти. Редица лаборатории са проектирани в 3D графики, което помага да се демонстрират различни експерименти: от експерименти с динамометри до рефракция и други оптични ефекти.

В „Биология” основата на разделението бяха часовете от училищната програма. Съдържанието на задачите тук може да бъде много различно. Така има задачи за изучаване на структурните особености на различни живи организми (например конструктор за сглобяване на всички видове организми от предложените „части“) и задачи, които симулират работа с микроскоп и с препарати от различни тъкани.

Уебсайтът на PhET е мултидисциплинарна колекция от Java аплети,
с които можете да работите както онлайн, така и на вашия локален компютър

Отделно, в секцията Cutting Edge Research, са подчертани демонстрации, посветени на най-новите изследвания. Нови елементи се появяват в архива редовно; секцията New Sims е посветена на тях.

Обърнете внимание на подраздела Translated Sims. Тази страница съдържа списък на всички езици, на които са преведени предлаганите виртуални лаборатории. Сред тях има и руснак - днес тук има точно петдесет такива експеримента. Любопитно е, че демонстрациите на английски, сръбски и унгарски са почти еднакви. Ако желаете, можете да участвате в демонстрации за превод. За тази цел се предлага специално приложение PhET Translation Utility.

Какво представляват PhET демонстрациите и кой може да се възползва от тях? Те са изградени по Java технология. Това ви позволява да провеждате експерименти онлайн, да изтегляте аплети на вашия локален компютър и да ги вграждате в други уеб страници като уиджети. Всички тези опции са предоставени на всяка демонстрационна страница на PhET.

Всички PhET експерименти са интерактивни. Те съдържат една или повече задачи, както и набор от всички елементи, необходими за решаването им. Тъй като решението обикновено се обяснява достатъчно подробно в текстови бележки, основната цел на демонстрациите е да визуализират и обяснят ефектите, а не да тестват знанията и уменията на потребителя. Така една от демонстрациите на химическата секция предлага да се направят молекули от предложените атоми и да се разгледа триизмерна визуализация на резултата. В биологичния раздел има калкулатор за баланса на консумацията на калории на човек през деня: можете да посочите видовете и количествата консумирана храна, както и количеството физически упражнения. Тогава остава само да се наблюдават промените в експерименталния „човек“ на дадена възраст, ръст и първоначално тегло. Математическият раздел разполага с много полезни инструменти за чертане на различни функции, аритметични игри и други интересни приложения. Разделът по физика предлага широк набор от „лаборатории“, демонстриращи различни явления – от просто движение до квантови взаимодействия.

PhET
степен: 4
Език на интерфейса:Наличен английски, руски
Разработчик:Университет на Колорадо
уебсайт: phet.colorado.edu

Проект за демонстрации на Wolfram

Много ценен източник на онлайн лаборатории е мултидисциплинарният проект за демонстрации на Wolfram. Целта на проекта е ясно да демонстрира концепциите на съвременната наука и технологии. Wolfram твърди, че е единна платформа за създаване на единен каталог от онлайн интерактивни лаборатории. Това, според разработчиците, ще позволи на потребителите да избегнат проблеми, свързани с използването на разнородни учебни ресурси и платформи за разработка.

Каталогът на Wolfram Demonstrations Project съдържа повече от 7 хиляди.
виртуални лаборатории

Този сайт е част от голям интернет проект, наречен Wolfram. Проектът Wolfram Demonstrations в момента разполага с впечатляващ каталог от над 7000 интерактивни демонстрации.

Технологичната основа за създаване на лаборатории и демонстрации е пакетът Wolfram Mathematica. За да видите демонстрациите, ще трябва да изтеглите и инсталирате специалния Wolfram CDF Player, който е с размер малко над 150 MB.

Каталогът на проекта се състои от 11 основни раздела, свързани с различни отрасли на знанието и човешката дейност. Има големи физически, химически и математически раздели, както и такива, посветени на технологията и инженерството. Биологичните науки са добре представени. Нивата на сложност на моделите, както и нивата на представяне са много различни. Каталогът съдържа доста сложни демонстрации, насочени към висшето образование; много лаборатории са посветени на илюстрирането на най-новите научни постижения. Същевременно в сайта има и раздели, предназначени за деца. Езиковата бариера може да бъде известно неудобство: проектът Wolfram в момента е изцяло на английски език. Въпреки това има малко текст в демонстрациите и лабораториите, контролните инструменти са доста прости и са лесни за разбиране без подкани.

Няма конкретни задачи и контрол върху изпълнението им. Съдържанието обаче не може да се нарече просто презентации или видеоклипове. В демонстрациите на Wolfram има доста интерактивност. Почти всички от тях имат инструменти, които помагат за промяна на параметрите на представените обекти, като по този начин провеждат виртуални експерименти върху тях. Това допринася за по-задълбочено разбиране на демонстрираните процеси и явления.

Проект за демонстрации на Wolfram
Степен: 4
Език на интерфейса: Английски
Разработчик:Проект за демонстрации на Wolfram и сътрудници
уебсайт: demonstrations.wolfram.com

Лаборатория по химия на IrYdium

В допълнение към „мултииндустриалните“ проекти в съвременната мрежа има много специализирани онлайн лаборатории, посветени на определени науки. Нека започнем с The ChemCollective, проект, посветен на изучаването на химията. Съдържа много тематични материали на английски език. Един от най-интересните му раздели е неговата собствена виртуална лаборатория, наречена IrYdium Chemistry Lab. Структурата му е забележимо различна от всички проекти, разгледани по-горе. Факт е, че тук няма конкретни, конкретни експерименти със собствени задачи. Вместо това на потребителя се дава почти пълна свобода на действие.

Онлайн химическата лаборатория IrYdium е различна
висока гъвкавост при настройка и работа

Лабораторията е създадена под формата на Java аплет. Между другото, той може да бъде изтеглен и стартиран на вашия локален компютър - съответната връзка за изтегляне се намира на главната страница на проекта.

Интерфейсът на аплета е разделен на няколко зони. В средата има работно пространство, в което се показва напредъкът на експеримента. Дясната колона е вид „табло за управление“ - показва информация за протичащите реакции: температура, киселинност, моларност и други спомагателни данни. От лявата страна на аплета има така наречения „Склад за реагенти“. Това е набор от всички видове виртуални реактиви, направени под формата на йерархично дърво. Тук можете да намерите киселини, основи, индикаторни вещества и всичко останало, от което се нуждае един химик експериментатор. За работа с тях се предлага богат избор от разнообразна лабораторна стъклария, горелка, везни и друго оборудване. В резултат на това потребителят има на разположение добре оборудвана лаборатория с много ограничени експериментални възможности.

Тъй като тук няма конкретни задачи, експериментите се извършват по начин, който е необходим и интересен за потребителя. Остава само да изберете необходимите вещества, да изградите експериментална инсталация с помощта на предложеното виртуално оборудване и да започнете реакцията. Много е удобно, че полученото вещество може да се добави към колекцията от реагенти за използване в следващите експерименти.

Като цяло се оказа интересен и полезен ресурс, характеризиращ се с висока гъвкавост на използване. Ако вземем предвид наличието на почти пълен руски превод на програмата, тогава IrYdium Chemistry Lab може да се превърне в много полезен инструмент за овладяване на основни химически знания.

Лаборатория по химия на IrYdium
степен: 5
Език на интерфейса:руски английски
Разработчик: ChemCollective
уебсайт: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

„Виртуална лаборатория“ teachmen.ru

Това е вторият руски проект в нашия преглед. Този ресурс е специализиран във физически явления. Обхватът на виртуалните лаборатории не се ограничава само до училищната програма. Онлайн преживяванията, които предлагат, разработени от специалисти от Челябинския държавен университет, са подходящи не само за ученици, но и за студенти. От техническа гледна точка този ресурс е комбинация от Flash и Java, така че ще трябва предварително да проверите за актуализации на виртуалната Java машина на вашия компютър.

Задачите на проекта „Виртуална лаборатория” са различни
по-висока трудност

Дизайнът на лабораториите тук е схематичен и строг. Сякаш се появяват своеобразни анимирани картинки от учебник. Това се подчертава от наличието на материали, предназначени да придружават обучителните сесии. Основният акцент в такива експерименти е върху изпълнението на конкретни задачи и тестването на знанията на потребителя.

Каталогът на проекта включва дузина основни тематични секции - от механика до атомна и ядрена физика. Всяка от тях съдържа до десет съответни интерактивни виртуални лаборатории. Предлагат се и илюстрирани лекционни бележки, някои със собствени виртуални експерименти.

Тук доста внимателно се възпроизвежда работната среда на експериментатора. Устройствата са демонстрирани под формата на диаграми, предлага се изграждане на графики и избор на отговори от наличните опции. Експериментите във „Виртуалната лаборатория“ са по-сложни, отколкото във VirtuLab. Колекцията от ресурси включва експерименти по атомна и ядрена физика, лазерна физика, както и „атомен конструктор“, който предлага да се сглоби атом от различни елементарни частици. Има експерименти за намиране и неутрализиране на източник на радиация, изучаване на свойствата на лазерите. Освен това има и „механични“ лаборатории, насочени предимно към ученици.

Онлайн лаборатории в

В допълнение към големите ресурси с десетки и стотици виртуални експериментални сайтове в Интернет има много малки сайтове, предлагащи редица интересни експерименти по конкретна, обикновено тясна тема.

Добра отправна точка, когато търсите малки виртуални
лабораторииспособен да се превърне в проект в онлайн лаборатории

В такава ситуация, за да се намерят необходимите демонстрации, каталожните проекти, които събират и систематизират връзки към такива сайтове, със сигурност ще бъдат полезни. Онлайн лабораториите в директорията (onlinelabs.in) могат да бъдат добра отправна точка. Този ресурс събира и систематизира връзки към проекти, предлагащи свободно достъпни онлайн експерименти и лаборатории в различни клонове на науката. За всяка наука има съответен раздел. Областите на интерес на проекта са предимно физика, химия и биология. Тези секции са най-големите и най-добре актуализирани. Освен това тези, посветени на анатомията, астрономията, геологията и математиката, постепенно се попълват. Всеки раздел съдържа връзки към подходящи интернет ресурси с кратко резюме на английски език, описващо предназначението на конкретна лаборатория.

„Виртуална лаборатория“ teachmen.ru
степен: 3
език:Руски
Разработчик:Челябински държавен университет
уебсайт:

Глобалното образование и научният процес се променят толкова ясно през последните години, но по някаква причина те говорят по-малко за пробивни иновации и възможностите, които те отварят, и повече за местни изпитни скандали. Междувременно същността на образователния процес е прекрасно отразена от английската поговорка „Можете да доведете кон до вода, но не можете да го накарате да пие“.

Съвременното образование по същество живее двойствен живот. В служебния му живот има програма, правилник, изпити, „безсмислена и безпощадна“ битка за състава на предметите в училищния курс, вектора на служебното положение и качеството на образованието. И в неговия реален живот, като правило, всичко, което представлява съвременното образование, е концентрирано: дигитализация, електронно обучение, мобилно обучение, обучение чрез Coursera, UoPeople и други онлайн институции, уебинари, виртуални лаборатории и т.н. Всичко това засега не е станало част на общоприетата глобална образователна парадигма, но на местно ниво цифровизацията на образованието и изследователската работа вече се случва.

MOOC обучението (Massive Open Online Courses, масови лекции от отворени източници) е отлично за прехвърляне на идеи, формули и други теоретични знания в уроци и лекции. Но за пълното овладяване на много дисциплини е необходимо и практическо обучение - дигиталното обучение „усети“ тази еволюционна нужда и създаде нова „форма на живот“ - виртуални лаборатории, собствени за училищно и университетско образование.

Известен проблем с електронното обучение: преподават се предимно теоретични предмети. Може би следващият етап от развитието на онлайн обучението ще бъде обхващането на практически области. И това ще става в две посоки: първата е договорно делегиране на практиката на физически съществуващи университети (в случая с медицината например), а втората е развитието на виртуални лаборатории на различни езици.

Защо се нуждаем от виртуални лаборатории или виртуални лаборатории?

• Да се ​​подготви за реална лабораторна работа.
• За училищни класове, ако не са налични подходящи условия, материали, реактиви и оборудване.
• За дистанционно обучение.
• За самостоятелно изучаване на дисциплини като възрастен или заедно с деца, тъй като много възрастни по една или друга причина изпитват нужда да „запомнят“ това, което никога не е било научено или разбрано в училище.
• За научна работа.
• За висше образование с важен практически компонент.

Видове виртуални лаборатории. Виртуалните лаборатории могат да бъдат двуизмерни или 3D; най-прости за ученици от началното училище и сложни, практични за ученици от средни и гимназиални училища, студенти и учители. Техните собствени виртуални лаборатории са разработени за различни дисциплини. Най-често това са физика и химия, но има и доста оригинални, например виртуална лаборатория за еколози.

Особено сериозните университети имат свои собствени виртуални лаборатории, например Самарският държавен аерокосмически университет на името на академик С. П. Королев и Берлинският институт за история на науката Макс Планк (MPIWG). Нека припомним, че Макс Планк е немски физик теоретик, основател на квантовата физика. Виртуалната лаборатория на института дори има официален сайт. Можете да гледате презентацията на този линк Виртуалната лаборатория: Инструменти за изследване на историята на експериментирането.Онлайн лабораторията е платформа, където историците публикуват и обсъждат своите изследвания по темата за експериментирането в различни области на науката (от физика до медицина), изкуство, архитектура, медии и технологии. Той също така съдържа илюстрации и текстове за различни аспекти на експерименталните дейности: инструменти, ход на експерименти, филми, снимки на учени и т.н. Студентите могат да създадат свой собствен акаунт в тази виртуална лаборатория и да добавят научни трудове за обсъждане.

Виртуална лаборатория на Института Макс Планк за история на науката

Портал на Virtulab

За съжаление, изборът на рускоезични виртуални лаборатории все още е малък, но е въпрос на време. Разпространението на електронното обучение сред учениците и студентите, масовото навлизане на дигитализацията в образователните институции по един или друг начин ще създадат търсене и тогава те ще започнат масово да развиват красиви модерни виртуални лаборатории в различни дисциплини. За щастие вече има доста развит специализиран портал, посветен на виртуалните лаборатории - Virtulab.Net. Предлага доста хубави решения и обхваща четири дисциплини: физика, химия, биология и екология.

Виртуална лаборатория 3D по физика Virtulab .Net

Виртуална инженерна практика

Virtulab.Net все още не изброява инженерството сред своите специализации, но съобщава, че хостваните там виртуални лаборатории по физика също могат да бъдат полезни в дистанционното инженерно обучение. В крайна сметка, например, за да се изградят математически модели, е необходимо дълбоко разбиране на физическата природа на моделиращите обекти. Като цяло инженерните виртуални лаборатории имат огромен потенциал. Инженерното образование е до голяма степен ориентирано към практиката, но подобни виртуални лаборатории все още рядко се използват в университетите поради факта, че пазарът на дигитално обучение в областта на инженерството е слабо развит.

Проблемно-ориентирани учебни комплекси на системата CADIS (SSAU). За да засили обучението на технически специалисти, Самарският аерокосмически университет на името на Королев разработи своя собствена инженерна виртуална лаборатория. Центърът за нови информационни технологии (CNIT) на SSAU създаде „Проблемно ориентирани учебни комплекси на системата CADIS“. Съкращението CADIS означава „система от комплекси от автоматизирани средства за обучение“. Това са специални класни стаи, в които се провеждат виртуални лабораторни семинари по съпротивление на материалите, строителна механика, методи за оптимизация и геометрично моделиране, дизайн на самолети, материалознание и термична обработка и други технически дисциплини. Някои от тези семинари са свободно достъпни на сървъра на Централния научноизследователски институт на SSAU. Виртуалните класни стаи съдържат описания на технически обекти със снимки, диаграми, връзки, чертежи, видео, аудио и флаш анимации с лупа за изследване на малките детайли на виртуална единица. Има и възможност за самоконтрол и обучение. Ето какво представляват виртуалните системни комплекси CADIS:

• Beam - комплекс за анализиране и конструиране на диаграми на греди в процеса на якост на материалите (машиностроене, строителство).
• Структура - комплекс от методи за проектиране на силови вериги на механични конструкции (машиностроене, строителство).
• Оптимизация - комплекс от математически методи за оптимизация (курсове по CAD в машиностроенето, строителството).
• Spline е комплекс от интерполационни и апроксимационни методи в геометричното моделиране (CAD курсове).
• I-beam - комплекс за изследване на моделите на силова работа на тънкостенни конструкции (машиностроене, строителство).

• Химик - набор от комплекси по химия (за гимназия, специализирани лицеи, подготвителни курсове за университети).
• Органични - комплекси по органична химия (за университети).
• Полимерни комплекси по химия на високомолекулни съединения (за университети).
• Constructor of Molecules - симулаторна програма “Конструктор на молекули”.
• Математика - комплекс от елементарна математика (за кандидат-студенти).
• Физическото възпитание е комплекс за подпомагане на теоретичните курсове по физическо възпитание.
• Металург - комплекс по металургия и термична обработка (за университети и техникуми).
• Zubrol - комплекс по теория на механизмите и машинните части (за университети и технически училища).

Виртуални инструменти на Zapisnyh.Narod.Ru. Уебсайтът Zapisnyh.Narod.Ru ще бъде много полезен в инженерното образование, където можете да изтеглите безплатно виртуални инструменти на звукова карта, което отваря широки възможности за създаване на оборудване. Те със сигурност ще представляват интерес за преподавателите и ще бъдат полезни в лекциите, в научната работа и в лабораторните упражнения по природни и технически дисциплини. Гамата от виртуални инструменти, публикувани на сайта, е впечатляваща:

• комбиниран нискочестотен генератор;
• двуфазен нискочестотен генератор;
• записващо устройство за осцилоскоп;
• осцилоскоп;
• честотомер;
• AC характерограф;
• технолог;
• електромер;
• R, C, L метър;
• домашен електрокардиограф;
• оценител на капацитет и ESR;
• хроматографски системи ХромПроцесор-7-7М-8;
• уред за проверка и диагностика на повреди на кварцови часовници и др.

Един от виртуалните инженерни инструменти от сайта Zapisnyh.Narod.Ru

Виртуални лаборатории по физика

Екологична виртуална лаборатория във Virtulab .Net.Екологичната лаборатория на портала разглежда както общите проблеми на развитието на Земята, така и отделните закони.