28 мая 2016г.
Предпосылки создания виртуальных лабораторий
Лабораторные занятия в процессе обучения студентов являются неотъемлемой частью учебного процесса. Они обеспечивают практический опыт, который позволяет студентам освоить необходимые навыки при работе с реальным оборудованием. К сожалению, оборудование, необходимое для выполнения лабораторных работ на практике, не всегда доступно. Поэтому проблема обучения и повышения качества знаний студентов привлекает к себе все больше и больше внимания. Одним из наиболее эффективных и общепризнанных методов обучения студентов в настоящее время считаются виртуальные лабораторные комплексы, состоящие из смоделированных виртуальных лабораторий.
Студенты, обучающиеся по физическому, математическому и инженерному направлениям, должны достичь определенных компетенций, которые обогатят их навыками, имеющими отношение к работе в дополнение к пониманию основополагающих принципов, которые регулируют, входящие в них дисциплины. Во время обучения студенты должны приобрести интуитивное ощущение физической и функциональной природы при работе с виртуальными лабораториями. Исходя из этого, виртуальные лаборатории являются неотъемлемой частью любой технической дисциплины. К сожалению, очень часто доступ к физическим лабораториям ограничен стоимостью и доступностью оборудования.
Таким образом, виртуальные лаборатории были предложены как способ уменьшить проблему лабораторного потенциала, позволяя студентам практиковать необходимые навыки в виртуальной среде, когда реальное физическое оборудование недоступно. К тому же, виртуальные лаборатории очень востребованы в дистанционном и компьютерном обучении в дисциплинах, которые требуют от студентов изучения практических навыков в дополнение к теоретическим знаниям.
Некоторые из достижений, которые способствовали более богатой и реалистичной имитации опыта виртуальной лаборатории включают в себя следующее:
– высокая пропускная способность Интернета и повсеместный доступ к Интернету,
– мощные вычислительные ПК, богатые мультимедийные приложения,
– интерактивные инструменты, Flash®, HTML 5 и т.д.,
– наличие дешевого или бесплатного с открытым исходным кодом и патентованного программного обеспечения.
В качестве причин необходимости их использования в учебном процессе выступают: удаленный доступ для дистанционного образования, низкая стоимость, надежность, безопасность, гибкость и удобство для студента.
Тем не менее, споры по поводу эффективности использования виртуальных лабораторий в подготовке студентов по-прежнему не ослабевают и не разрешены. Отмечается, что конечной целью лаборатории является дать студентам перенести реальный практический опыт в рабочую среду.
Противники указывают, что все преимущества ссылаются на эффективность, удобство и стоимость использования виртуальных лабораторий, но не решают основную задачу лаборатории, которая является эффективным средством в оказании помощи студентам в изучении практических навыков. Кроме того, некоторые утверждают, что при выполнении практических лабораторных работ, студенты могут получить доступ к информации, которая может не являться частью первоначального намерения лаборатории. Другим недостатком виртуальной лаборатории является, казалось бы, отсутствие достижения психомоторных навыков при использовании виртуальных лабораторий. Также отмечают, что практические лаборатории дают студентам сенсорное и ситуативное понимание которые виртуальная среда не может воспроизвести. Скептики виртуальных лабораторий считают, что отсутствие реального физического контакта приводит к дефициту в достижении ключевых компетенций, которые необходимы для работы в реальных условиях.
Тем не менее современные технологии позволяют представить виртуальную лабораторию в качестве полнофункциональной модели реальной лаборатории. Моделирование представляет собой динамическую модель естественной или инженерно-технической системы, с которой студенты могут взаимодействовать. Моделирование основано на реализации математических или логических моделей реальной физической системы в компьютере с использованием технологий программирования. Виртуальные лаборатории по существу синтетические среды с атрибутами, которые включают в себя интерактивность и реальное время обратной связи. Эти атрибуты делают виртуальные лаборатории привлекательными для любой обучающей стратегии, которая требует обучение практическим навыкам. Практика для достижения навыков включает в себя взаимодействие с оборудованием и рабочей средой. Виртуальные лабораторные работы можно рассматривать как одну из форм практического обучения, поскольку они позволяют студентам либо укреплять, либо открывать для себя знания и навыки посредством личного общения. Сфера применения виртуальных лабораторий постоянно расширяется. В основном они оправданы и применяются там, где проведение обучения на реальной системе или объекте сопровождается серьезными трудностями в техническом плане и серьезными материальными затратами: высокая стоимость оборудования для обучения, высокая стоимость эксплуатации этого оборудования, существенная опасность при обучении, сложности при изменении конфигурации оборудования для обучения, сложности при изменении параметров среды, большие временные затраты на какие либо изменения, отсутствие визуального наблюдения за изменением внутри объекта или системы и т.д.. Технологии, которые используются сейчас для создания виртуальных лабораторий, тем не менее, не полностью стандартизованы, достаточно ресурсоемки и требуют разработки их профессиональными программистами со знаниями в той области, к которой относится конкретная создаваемая лаборатория.
Тенденции развития современных виртуальных лабораторий
Современные виртуальные лаборатории – это сложные системы, которые строятся на базе многих информационных технологий (протоколы передачи данных, программное обеспечение и т.д.). Параллельно с развитием информационных технологий развиваются и совершенствуются и виртуальные лаборатории. Немаловажным стимулятором для развития виртуальных лабораторий является развитие мощности компьютеров. Возрастающая мощность компьютеров позволяет нагружать их большим количеством взаимодействующих программных продуктов, что в свою очередь позволяет уменьшить количество необходимых вычислительных машин для корректной работы лаборатории в целом. С увеличением мощности компьютеров уменьшаются и их размеры, что в свою очередь способствует минимизации лаборатории как системы. Так как компьютеры постоянно и очень быстро развиваются, то с той же скоростью падают и цены на них, что способствует уменьшению цены таких систем. В связи с понижением цен на такие системы, виртуальные лаборатории все больше будут проникать в те сферы науки и техники, в которых раньше не хватало средств на их покупку или разработку.
Развитие компьютерных и информационных технологий постепенно дает возможность избавиться от таких проблем при разработке виртуальных лабораторий, как
– использование не совсем точных моделей технологических процессов;
– необходимость использования дополнительного оборудования или программного обеспечения, которое не входит в состав реальной системы, помимо самой лаборатории;
– невозможность применения новейших методов обучения и тренировки;
– сложность установки и эксплуатации программного обеспечения;
– небезопасность хранения данных;
– несовместимость с другими программными продуктами;
– несовместимость с другим оборудованием;
– слабые средства отображения информации и интерфейс;
– большие требования к аппаратным частям лаборатории при его малой функциональности;
– высокая стоимость виртуальных систем.
Влияние развития программных средств на разработку виртуальных лабораторных комплексов Напряду с развитием аппаратных средств, так же быстро развивается и программное обеспечение.
Развитие программного обеспечения позволяет использовать новые возможности информационных технологий. Постоянное усовершенствование программного обеспечения основано на том, чтобы сделать более надежной, удобной и менее ресурсоемкой разработку виртуальных лабораторий. Современные программные пакеты имеют широкий набор функций и подходят для решения различных задач в сфере разработки виртуальных лабораторий. Современное программное обеспечение не является закрытыми системами, оно может общаться с другим программным обеспечением, в том числе и не связанным с проектированием технологических процессов.
Список литературы
1. Evans Lampi. The Effectiveness of Using Virtual Laboratories to Teach Computer Networking. Zambia, 2013. – 167 p.
2. Рылов С.А. Разработка компьютерных информационных тренажеров на основе технологий виртуализации, 2011. – 265 с.
3. 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.
