Виртуальные лаборатории и учебные комплексы. Виртуальные интерактивные лабораторные работы

Виртуальные лаборатории

Виртуальная лаборатория (ВЛ) сегодня занимает особое место среди инновационных образовательных ресурсов. Под данным названием принято понимать проведение лабораторных работ и учебных экспериментов с использованием специально смоделированной виртуальной среды. ВЛ могут использоваться как для знакомства учащихся с базовыми дисциплинами, так и для углубленного изучения тех или иных курсов.

Сегодня виртуальная лаборатория позволяет решать целый ряд задач:

  • проводить эксперименты, которые невозможны в реальных условиях или представляют опасность,
  • ставить опыты, для реального воплощения которых потребовалось бы дорогостоящее оборудование или редкие реактивы,
  • преподавателям – готовиться к проведению реальных экспериментов и опытов, что позволяет существенно повысить эффективность обучения,
  • учащимся – в удобное время знакомиться с работой лабораторного оборудования, особенностями поведения и взаимодействия тех или иных элементов в различных средах, методикой постановки опытов и т.д.

Кроме того, виртуальная лаборатория показала себя как незаменимое решение в условиях дистанционного обучения. Для учащихся, которые по каким-либо причинам не имеют возможности посещать уроки или лекции, работа с такой лабораторией дает возможность полноценно осваивать курс и готовиться к экзаменам дома.

Преимущества виртуальных лабораторий

Технически виртуальные лаборатории представляют собой компьютерную программу либо комплекс таких программ, являющийся, по сути, симулятором. ВЛ моделирует взаимодействие с лабораторным оборудованием, ключевые этапы постановки эксперимента или выполнения лабораторной работы.

Большим плюсом данного вида решений является не только возможность безопасного изучения свойств различных элементов и сред, но и оперативное получение обратной связи от преподавателя. Сам процесс и результаты проведения лабораторной работы могут быть сохранены в базе данных, что позволит учащемуся в дальнейшем совместно с преподавателем разобрать их и выявить ошибки. В этом плане виртуальные лаборатории значительно превосходят реальные опыты, поскольку дают возможность преподавателю обеспечить обратную связь каждому ученику, что в условиях реального учебного процесса, как правило, невозможно.

Кроме того, виртуальные лаборатории могут содержать теоретический материал, который поможет учащемуся с проведением эксперимента. А возможность искусственно замедлять или ускорять время в виртуальной среде значительно расширяет возможности для проведения сложных опытов. При этом гарантирована полнейшая безопасность. А широкие возможности для настройки обучающей среды позволяют использовать одну и ту же лабораторию для постановки различных экспериментов.

Лаборатория виртуальной реальности, как правило, используется в качестве альтернативы традиционным учебным опытам. Однако учебными заведениями сфера применения данного решения не ограничивается. Сегодня ученые все чаще и чаще используют лаборатории ВР в своих исследовательских работах. Объясняется это просто – такая лаборатория открывает широчайшие возможности для моделирования тех процессов, которые трудно или невозможно воссоздать в реальных условиях. К примеру, сегодня существуют решения, которые позволяют визуализировать в трехмерном пространстве белковые молекулы, моделировать процессы поведения мельчайших частиц или рассматривать их.

Широко применяется лаборатория виртуальной реальности в физике, химии, генетике (в частности, для моделирования процессов скрещивания и наследования). К примеру, сегодня за рубежом популярно использование средств молекулярной 3D-визуализации, которые дают возможность получать трехмерные изображения молекул и макромолекул в высочайшем разрешении. Данные, получаемые при помощи этих средств визуализации, используются для постановки опытов и выявления закономерностей, которые в дальнейшем ложатся в основу научных публикаций и новых открытий.

Таким образом, лаборатория виртуальной реальности для многих областей науки – от физики до биологии и генетики – является не только безопасным и экономически выгодным решением, но и важным инструментом решения исследовательских задач.

Виртуальная лаборатория по физике

Далеко не все опыты, ориентированные на изучение даже стандартного курса физики, есть возможность выполнить в реальных учебных условиях. Зачастую преподаватели сталкиваются с нехваткой или отсутствием реактивов, необходимостью в приобретении дорогостоящего оборудования и т.д. В таких случаях оптимальным решением становится моделирование физических процессов в виртуальной среде.

Виртуальная лаборатория по физике открывает широчайшие возможности для изучения свойств материалов и физических процессов. Сегодня все больше и больше школ и ВУЗов интегрируют виртуальные лаборатории в учебный процесс. И это неудивительно – ведь ВЛ дает возможность организовывать проведение опытов с наименьшими затратами, а учащимся обеспечивает полноценную возможность для участия.

Используя смоделированную в компьютерной программе среду, каждый ученик или студент имеет возможность выполнить опыт, максимально приближенный к реальности. Это гораздо проще и быстрее, чем организовывать настоящий опыт. Компьютерным оборудованием сегодня укомплектованы все российские школы, и для начала обучения достаточно просто запустить виртуальную среду на ПК. Преподавателю больше не нужно тратить время на раздачу материалов и пособий. А также, что немаловажно, теперь у всех учащихся есть возможность иметь под рукой свой собственный набор виртуальных материалов и оборудования – таким образом, каждый студент, использующий ВЛ, будет находиться в равных условиях с другими. В реальности обеспечить это, как правило, невозможно – ведь не каждая школа может себе позволить закупить несколько десятков единиц дорогостоящего оборудования.

Виртуальная физическая лаборатория позволяет:

  • проверять те или иные гипотезы,
  • наблюдать действие физических законов,
  • ставить опыты и проводить эксперименты в различных средах, даже тех, которые невозможно получить в условиях учебного класса (вакуум и т.п.),
  • формировать навыки исследования и постановки опытов у обучающихся,
  • преподавателю – контролировать ход выполнения работы каждым учащимся и оценивать успешность,
  • моделировать поведение объектов в реальном физическом мире, а также в различных искусственно заданных условиях (например, в среде с повышенной гравитацией).

Встроенные математические модели дают возможность учащимся рассчитывать поведение объектов и взаимодействие этих объектов друг с другом. Виртуальная физическая лаборатория не имеет ограничений на то, сколько объектов будут смоделированы одновременно в рамках одной и той же среды в одном эксперименте. А это, в свою очередь, позволяет значительно расширять спектр возможных опытов.

Кроме того, лаборатории ВР могут использоваться в качестве дополнения к основным лекциям и экспериментам. Преподаватель может в ходе занятия демонстрировать выполнение виртуальных опытов и задавать проведение таких экспериментов на дом. Это особенно удобно, если стоит задача по изучению большого объема практического материала – учащиеся получают возможность проводить опыты не только в аудитории, но и дома.

Виртуальные лаборатории по физике сегодня

На данный момент виртуальные лаборатории по физике применяются не только в учебных заведениях базовой и высшей ступени, но и для решения исследовательских или просветительских задач. Несмотря на то, что ключевым их предназначением по-прежнему остается обучение, ВЛ могут быть интересны даже тем, кто далек от науки. Виртуальная среда может стать своеобразным средством «интерактивной визуализации», с помощью которого любой желающий сможет прикоснуться к тайнам и достижениям науки, не подвергая себя опасности и не боясь совершить ошибку.

В эпоху цифровизации большинство людей свободно обращаются с компьютерами, и многие предпочитают расширять свой кругозор с помощью обучающих видеороликов или онлайн-курсов. Виртуальные лаборатории по физике могут стать отличным дополнением к таким методам. Недаром сегодня все чаще такую среду можно встретить на фестивалях, посвященных популяризации науки.
Воспользоваться компьютерной моделирующей программой может не только специалист, но и любой желающий – взрослый или ребенок. Поведение элементов в такой среде гибко отзывается на манипуляции экспериментатора, поэтому тот, кто использует ВЛ, имеет прекрасную возможность наблюдать за различными физическими процессами и явлениями.

Виртуальная лаборатория – физика в наглядном формате

Расширение кругозора с помощью технологий наглядного моделирования может быть интересно даже тем, кто не имеет прямого отношения к физике. Благодаря технологиям виртуальной реальности сегодня у каждого человека есть возможность прикоснуться к таким удивительным вещам, как работа атомного реактора или построение нейросети. Для изучения и моделирования нейросетей сегодня ВЛ особенно популярны – поскольку сама технология создания самообучающейся сети стремительно шагает вперед, многие хотят познакомиться с тем, что же, собственно, она собой представляет. Кроме того, виртуальное моделирование становится существенным подспорьем для тех, кто непосредственно занимается созданием и обучением нейросетей.

Узнать ключевые принципы работы нейросети, разобраться в отличиях между разными сетями, используемыми для решения различных задач, а также понаблюдать за поведением нейросети в изменяемых вручную условиях – эти и многие другие возможности предоставляет пользователям виртуальная моделирующая лаборатория. Сам по себе этот процесс весьма увлекателен и способен вызвать интерес к изучению даже у тех, кто впервые сталкивается с нейронными сетями.

В среде специалистов, использующих виртуальное моделирование в каждодневной работе, получил распространение термин живая физика — виртуальная физическая лаборатория дает возможность моделировать физические процессы в условиях, максимально приближенных к реальным, и наблюдать за ходом эксперимента так, как если бы он выполнялся на настоящем оборудовании.

Интересно, что порой практикум, проводимый в искусственно смоделированной среде, может разрастись до чего-то большего – например, до специальной имитационной технологии. Такая технология, в частности, сегодня используется для моделирования сложных сред или условий, изучать которые стандартными средствами очень сложно или невозможно. Кроме того, виртуальная среда позволяет моделировать поведение того или иного оборудования и техники в подобных условиях, что открывает новые перспективы для развития производства и добычи полезных ископаемых, для медицины и др.

Применение виртуальных сред дает возможность заранее «предсказать» результат тех или иных действий там, куда человек пока не имел возможности получить доступ, или где его пребывание может быть небезопасным – например, в космосе, вблизи ядерного реактора и т.д.

Физика — электричество виртуальная лаборатория

Сегодня виртуальные моделирующие среды дают возможность дистанционно выполнять сложные работы и проводить длительные комплексные эксперименты. И именно благодаря им наука сегодня все больше «сближается» с человеком. Если раньше выполнение опытов было уделом исключительно специалистов-ученых, то теперь попробовать себя в работе с различным специализированным оборудованием может каждый.

Все больше и больше виртуальных лабораторий появляется на крупных научно-популярных мероприятиях. И сегодня уже становится привычной возможность попробовать себя в качестве специалиста по пуску ядерного реактора, оператора компьютерного томографа и т.д.

Использование компьютерных средств моделирования на массовых мероприятиях помогает привлечь внимание обывателей к достижениям современной науки, обратить внимание на актуальные проблемы, в доступной форме продемонстрировать те или иные законы или показать, как работают сложные механизмы. И чем дальше развиваются компьютерные технологии, тем более реалистичными становятся лаборатории виртуальной реальности, позволяя прикасаться к невероятному и удивительному миру научных достижений – порой даже не выходя из дома.

Виртуальная лаборатория по химии

Моделирующие среды сегодня используются не только для изучения физических процессов. Не меньшее распространение получили и химические ВР-лаборатории. Виртуальная лаборатория по химии – это среда моделирования, которая позволяет выполнять опыты и практические работы, содержание и тематика которых соответствует программам основного и дополнительного образования.

Во многих российских школах и ВУЗах образовательная программа сегодня опирается на определенные учебники, рекомендованные Министерством образования и науки Российской Федерации. Поэтому применение виртуального моделирования, основанного на этих учебниках, позволяет полностью выполнять учебную программу – так, как если бы в учебном процессе проводились реальные химические опыты и эксперименты.

Виртуальная лаборатория по химии дает возможность моделировать выполнение таких опытов, как изучение основных свойств элементов таблицы Менделеева, их взаимодействие, получение различных соединений, образование металлов и неметаллов, химические реакции и др. В такой лаборатории можно смоделировать эксперименты, позволяющие ознакомиться с простыми и сложными веществами, с газами и рудами, изучить их основные качества.

Широкие возможности для настройки виртуальной среды моделирования позволяют получить представление об основах органической и неорганической химии и углубленно изучить любую необходимую область. Виртуальная химическая лаборатория дает возможность проводить максимально реалистичные эксперименты, в ходе которых экспериментатор (учащийся) может проверять те или иные гипотезы, исследовать поведение элементов, растворов и др. Возможность замедлять или ускорять время во время эксперимента в виртуальной среде позволяет как сокращать общие сроки проведения опыта (например, если требуется понаблюдать за процессом, который в реальных условиях занимает несколько дней), так и, наоборот, более детально рассматривать быстрые процессы.

Виртуальная химическая лаборатория обеспечивает быструю и удобную подготовку к проведению любого эксперимента или опыта. Преподаватели получают возможность настроить ПК, на которых установлена виртуальная моделирующая среда, заранее – причем в некоторых случаях такую настройку можно выполнить удаленно, из дома. Студенты также могут готовиться к опытам и экзаменам удаленно – при этом у них нет необходимости приобретать оборудование или реактивы. Вся подготовка выполняется на ПК.

Ознакомиться с примерами виртуальных сред, разработанных компанией “ЭнергияЛаб», можно в каталоге – виртуальные лаборатории.

Помимо виртуальных лабораторий, “ЭнергияЛаб» также принимает заказы на индивидуальную разработку учебной продукции и учебно-лабораторного оборудования.

По всем интересующим вопросам можно обращаться к менеджерам компании.