Описание лаборатории дополненной виртуальной реальности в школе.
Исследования показывают, что ребенок, который активно работает с компьютером, обладает более высоким уровнем развития самостоятельности действий, более быстрым темпом ориентации в информационной среде, умением выделять главное, делать выводы и обобщать материал. Именно поэтому необходимо при организации образовательного процесса в основной школе использовать информационно-коммуникационные технологии. В связи с этим становится актуальным организации образовательного процесса с учетом данных современных технологий.
В настоящее время существует множество форм учебных занятий, в частности, это типовые занятия, уроки-тренинги, групповые исследования, игры-исследования, творческие проекты и т.д.
Для качественного проведения занятий, особенно по естественно-научным предметам, необходимы различные инструменты, начиная с классической школьной доски и мела и заканчивая интерактивной доской и мобильными мультимедийными комплексами с 3D визуализацией.
Одним из таких современных инструментов обучения в школе могут выступать лаборатории виртуальной реальности, которые представляют собой программно-аппаратные комплексы, позволяющие проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой.
В настоящее время в информационно-технологическом пространстве разработано множество виртуальных лабораторий, которые можно классифицировать по разным признакам.
Таблица 1 - Классификация виртуальных лабораторий
Признак | Виды |
По используемому лабораторному оборудованию | Виртуальные лаборатории на базе имитационных математических моделей; Виртуальные лаборатории на базе реального лабораторного оборудования; Виртуальные лаборатории на базе промышленных объектов |
По способам визуализации | Двухмерная графика; Трехмерная графика; Анимация; Видео; Использование встроенных плееров |
По степени ограниченности проводимых экспериментов | Предметная область представлена запрограммированных опытов; Применение математических моделей без ограничения заранее возможных подготовленных результатов опытов |
Также виртуальные лаборатории можно разделить на две группы: в первую группу входят виртуальные лаборатории для исследований и обучения, а во вторую группу входят лаборатории с узкой специализацией.
Таблица 2 - Группы виртуальных лабораторий
Группа | Общее назначение | Примеры |
Виртуальные лаборатории для исследований и обучения | Позволяет разрабатывать исследовательские приложения по общей биологии, биохимии, генетике, гидрологии | StarBiochem - 3D-визуализатор молекул белков. |
StarGenetics. - позволяет моделировать процессы скрещивания, изучать закономерности наследования моногенных признаков. | ||
StarORF - позволяет научиться идентифицировать так называемые открытые рамки считывания единицы в составе цепи ДНК или РНК, способные кодировать белок | ||
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 | ||
StarHydro - программный инструмент для моделирования гидрологических процессов. | ||
StarCluster - набор инструментов для создания, настройки и управления кластерами виртуальных машин. | ||
Виртуальные лаборатории по узкой специализации | Продукты имеют познавательную ценность и решают задачу проведения лабораторных работ при отсутствии необходимого оборудования | Algodoo - программа, которая позволяет создавать и моделировать механические и оптические процессы. |
PhET - проект, который включает большое множество виртуальных лабораторий, демонстрирующих различные явлений в области физики, биологии, химии, математики, наук о Земле. | ||
Проект The ChemCollective, посвящен изучению химии. Отличительной особенностью лаборатории является то, что отсутствуют какие-либо задания, пользователю предоставлена свобода действий. | ||
Проект Teachmen.ru разработан специалистами Челябинского государственного университета и полностью посвящен физике. Помимо собственно лабораторных работ, здесь можно также найти лекции с наглядными интерактивными элементами. |
Обобщая виртуальные лаборатории с точки зрения их функционального значения, можно сделать вывод о том, что это инструмент, позволяющий моделировать объект реального мира в электронной образовательной среде.
Виртуальная лаборатория имеет множество преимуществ перед лабораторией в классической форме. В первую очередь, это касается того, что для виртуальной лаборатории не требуется приобретать дорогостоящее оборудование и реактивов.
В настоящее время во многих школьных лабораториях установлено старое оборудование, которое может не только искажать результаты опытов, но и может служить потенциальным источником опасности для школьников и учителей. Кроме того, для таких областей, как химия, физика для проведения опытов необходимы реактивы, которые являются источником опасности, а также имеют высокую стоимость .
Поэтому в своей школе я бы, если не заменила, то дополнила бы лаборантские оборудованием виртуальной реальности, чтобы значительно упростить и обезопасить проведение уроков. А сколько интересного можно придумать, имея такое оборудование с достаточно безграничными возможностями моделирования огромного количества ситуаций и опытов. Организация виртуальной лаборатории позволит смоделировать процессы, которые невозможно смоделировать в лабораторных условиях, быстро проводить серии опытов с разными значениями входных параметров.
Кроме того, компьютерные технологии позволяют наблюдать такие процессы, которые трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники. Это, в свою очередь, позволяет проникать в тонкости процессов, происходящих в другом масштабе, как пространства, так и времени.
Безусловно, работа в виртуальной лаборатории - это работа всех участников и учителей, и школьников в безопасном режиме, а также это работа, которая позволяет экономить время и ресурсы. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших массивов полученных цифровых данных, которые выполняются на компьютере после проведения серии экспериментов. Слабым местом в этой последовательности действий при использовании реальной лаборатории является ввод полученной информации в компьютер. В виртуальной лаборатории этот шаг отсутствует, так как данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Но работа с такими технологиями дает возможности для отправления педагогов на курсы повышения квалификации. Да, не все смогут пойти или пройти данные курсы, в силу возраста и занятости многих учителей. Но это будет необходимым подспорьем для информатизации процесса обучения.
Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок. И, наконец, отдельное и важное преимущество заключается в возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность работы в школьных лабораториях.
Таким образом, использование виртуальных лабораторий как инструмента организации образовательного процесса способствует развитию личностных характеристик школьника. В частности, работа школьниками в виртуальной лаборатории учит их самостоятельно планировать пути достижения поставленных целей, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач, также учит соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией, а также оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности ее решения.
Другими словами, использование виртуальных лабораторий позволяет активизировать интерес к познанию мира, осознавать ценность науки и творчества, учит школьников учиться, осознавать важность не только образования, но и самообразования.
Кроме того, работа школьниками в виртуальной лаборатории помогает им не только освоить учебный предмет, но и развивать самостоятельность в планировании, а также освоить межпредметные понятия и универсальные учебные действия, которые использовать в учебной, познавательной и социальной практике.
Подводя итоги, можно сделать вывод о том, что использование виртуальных лабораторий в основной школе позволяет удовлетворять все возрастающую долю освоения материала в интерактивном виде в соответствии с ФГОС, повышая качество информационного обеспечения образовательного процесса.
