28 мая 2016г.
В современном образовании всё большую роль играют интерактивные средства обучения. С помощью моделей в виртуальной лаборатории можно смоделировать процессы, происходящие в циклотроне, масс-спектрометре, показать движение электронов в магнитном поле. Демонстрация опытов, микропроцессов, которые нельзя проделать в реальной лаборатории, возможна без проведения реальных экспериментов.
Преимуществами использования в образовательном процессе виртуальных лабораторий являются независимость от конкретной лаборатории (возможность проведения в местах, где есть компьютер); возможность моделирования объектов, процессов, явлений, которые невозможно воспроизвести в условиях учебного заведения, или наблюдать в реальности; выполнять задания удаленно, используя вычислительную сеть Интернет, не затрачивая при этом расходы на материалы реальной установки.
В статье описывается создание виртуальной лаборатории для выполнения лабораторной работы по физике на тему: «Определение показателя преломления жидкости и концентрации растворов рефрактометрическим способом». Для этого разработано программное обеспечение, в которое входит подробное описание теоретического метода исследования, описание установки, приведен порядок выполнения работы, визуализирован рефрактометр. Разработанная виртуальная лаборатория проста в использовании и полно отображает работу реального прибора.
Актуальность использования в обучении виртуальных лабораторных работ состоит в том, что для организации и проведения таких работ не нужно сложного оборудования, места для его хранения, замены, ремонта, инструкций для описаний. Все работы хранятся в электронном виде в одном месте, памяти ПК или внешнего носителя. Оборудование не опасно, несложно в эксплуатации, и требует навыков работы с определенным программным обеспечением.
Для создания виртуальной лаборатории для определения показателя преломления жидкости и концентрации растворов рефрактометрическим способом был разработан интерфейс программы, представлена информация, необходимая для выполнения лабораторной работы, а именно: описание программы, теория метода исследования, описание установки, разработана мультимедийная виртуальная лаборатория, имитирующая работу с реальным прибором, реализована организация вывода в файл результатов исследования. Для выполнения поставленных задач был выбран язык программирования Delphi, работа с которым проводилась в среде программирования Embarcadero RAD Studio XE. Данный выбор обусловлен возможностью реализации всех разделов средствами, предоставляемыми данным продуктом – это полнофункциональный набор средств разработки приложений, который позволяет быстро и наглядно создавать приложения с графическим пользовательским интерфейсом для Windows, .NET, PHP и веб-решений. Программирование на Delphi позволило использовать большой набор компонентов, необходимых для визуализации лаборатории. Распределение информации между различными вкладками было реализовано с помощью TPageControl, в составе которого можно создавать вкладки TabSheet. Компонент TImage позволил вставить изображения, делающие более наглядной программу. Визуализация изображения, видимого в зрительную трубу (граница раздела света и тени и шкала делений), осуществлена рисованием с использованием Canvas. Вращение маховичков имитируют Scrollbar’ы, имеющие события OnChange. Выбор исследуемой жидкости происходит в результате обработки события OnClick компонента RadioGroup.
Разработанная виртуальная лаборатория содержит следующие вкладки:
- Вкладка "Описание" содержит краткое описание содержимого всей программы (Рисунок 1).
- Вкладка "Теоретическая часть" содержит теорию метода и описание прибора (Рисунок 2).
- Вкладка "Лаборатория" содержит непосредственно виртуальную лабораторию с необходимой установкой, порядок выполнения работы, а также таблицы и пример графика для записи показаний (Рисунок 3).
В «лаборатории» слева приводится порядок выполнения работы с необходимыми для записи результатов исследований таблицами и полями для ввода, вычисленных значений. В правой части вкладки «Лаборатория» располагается непосредственно сама виртуальная установка.
Переключателями блоков «Исследуемая жидкость» и «Концентрация сахара в растворе» задается исследуемое вещество.
Ниже находится визуальное представление изображения в зрительной трубе, состоящее из границы раздела света и тени и шкалы делений. Для устранения окрашенности границы света и тени используется горизонтальный ползунок (1). Для совмещения данной границы с крестом нитей служит вертикальный ползунок (2), при перемещении которого перемещается и визирный штрих на шкале деления, показывая значение показателя преломления.
Кнопка «Вывести в файл» осуществляет вывод данных, введенных в таблицы и поля для вычисленных значений, в отчет, представляющий собой текстовый файл.
Программирование на языке Delphi с помощью пакета средств разработки Embarcadero RAD Studio XE позволило выполнить поставленные задачи, затратив минимум времени и максимально облегчить работу разработчиков.
В результате проделанной работы создана виртуальная лаборатория, имитирующая работу с реальным оборудованием, разработан интуитивный интерфейс для работы пользователя, реализован вывод в файл результатов исследования для дальнейшей проверки преподавателем по физике.
Разработанная виртуальная лаборатория помогает студентам как дневной, так и очно-заочной форм обучения отработать соответствующие навыки, используя виртуальную лабораторию по определению показателя преломления жидкости и концентрации растворов рефрактометрическим способом, что в конечном итоге приводит к повышению уровня знаний студентов по физике.
Список литературы
1. Фленов М.Е. Библия Delphi. — 2-е изд. , перераб. и доп. – СПб. : БХВ-Петербург, 2008. — 800 с.
2. Савкина А.В., Савкина А. Вл., Федосин С. А. Виртуальные лаборатории в дистанционном обучении. Образовательные технологии и общество (ISSN 1436-4522). – Том 17. – № 4, 2014. С. 507-517.
3. Савкина А. Вл., Савкина А.В., Тихонова Н.П., Ивашечкин А.О., Скопцов Д.Н. «Виртуальная лаборатория «Определение показателя преломления жидкости и концентрации растворов рефрактометрическим способом». Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2015611160. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 26 января 2015 г.
