العمل الافتراضي في الكيمياء. المعامل الافتراضية للتعليم عن بعد والجامعات والمدارس

يعد التصور أحد أكثر طرق التدريس فعالية، مما يساعد على فهم جوهر الظواهر المختلفة بسهولة أكبر وعمق، وليس من قبيل الصدفة أن يتم استخدام الوسائل البصرية منذ العصور القديمة. يعد التصور والنمذجة مفيدًا بشكل خاص عند دراسة الكائنات والظواهر الديناميكية والمتغيرة بمرور الوقت والتي قد يصعب فهمها من خلال النظر إلى صورة ثابتة بسيطة في كتاب مدرسي عادي. العمل المختبري والتجارب التعليمية ليست مفيدة فحسب، بل إنها أيضًا مثيرة جدًا للاهتمام - مع التنظيم المناسب بالطبع.

لا يمكن أو ينبغي إجراء جميع التجارب التعليمية في الوضع "الحقيقي". ليس من المستغرب أن تقنيات النمذجة الحاسوبية وصلت بسرعة إلى هذا المجال. يوجد الآن عدد من حزم البرامج في السوق المصممة لإجراء تجارب تعليمية افتراضية. ستتناول هذه المراجعة جانبًا جديدًا نسبيًا من هذه الحلول: المختبرات الافتراضية عبر الإنترنت. بمساعدتهم، يمكنك إجراء تجارب الكمبيوتر دون شراء برامج إضافية، وفي أي وقت مناسب، سيكون لديك إمكانية الوصول إلى الإنترنت.

وقد لوحظت الآن عدة اتجاهات في تطوير مشاريع الشبكات الحديثة من هذا النوع. الأول هو التشتت على قدر كبير من الموارد. إلى جانب المشاريع الكبيرة التي تتراكم كمية كبيرة من المحتوى، هناك العديد من المواقع التي تحتوي على عدد صغير من المختبرات. الاتجاه الثاني هو وجود مشاريع متعددة الصناعات توفر مختبرات لمختلف مجالات المعرفة، والمشاريع المتخصصة الموضوعية. وأخيراً، تجدر الإشارة إلى أن المختبرات المخصصة للعلوم الطبيعية هي الأفضل تمثيلاً عبر الإنترنت. في الواقع: يمكن أن تكون التجارب الفيزيائية بشكل عام مهمة مكلفة للغاية، لكن مختبر الكمبيوتر يسمح لك بالنظر وراء كواليس العمليات المعقدة. تستفيد الكيمياء أيضًا: ليست هناك حاجة لشراء كواشف حقيقية، ومعدات مختبرية، ولا يوجد خوف من إفساد أي شيء في حالة حدوث خطأ. هناك مجال خصب بنفس القدر لورش عمل المختبرات الافتراضية وهو علم الأحياء وعلم البيئة. ليس سراً أن الدراسة التفصيلية لجسم بيولوجي غالباً ما تنتهي بموته. النظم البيئية كبيرة ومعقدة، وبالتالي فإن استخدام النماذج الافتراضية يجعل من الممكن تبسيط تصورها.

تتضمن مراجعتنا العديد من المشاريع الأكثر إثارة للاهتمام عبر الإنترنت، سواء كانت متعددة التخصصات أو موضوعية. جميع موارد الويب المذكورة في هذه المراجعة هي مواقع ذات وصول مفتوح ومجاني.

VirtuLab

يعد مورد VirtuLab أكبر مجموعة من التجارب الافتراضية في مختلف التخصصات الأكاديمية على شبكة RuNet الحديثة. الوحدة الرئيسية للمجموعة هي التجربة الافتراضية. من الناحية الفنية، هذا فيديو تفاعلي تم إنتاجه باستخدام برنامج Adobe Flash. يتم تصنيع بعض المعامل برسومات ثلاثية الأبعاد. للعمل معهم، ستحتاج إلى تثبيت Adobe Shockwave Player مع الوظيفة الإضافية Havok Physics Scene. يمكنك العثور على هذه الوظيفة الإضافية على Director-online.com. تحتاج إلى فك ضغط الأرشيف الناتج في دليل Xtras الخاص بمشغل Adobe Shockwave، الموجود في دليل نظام Windows.

يعد مصدر VirtuLab أكبر مجموعة افتراضية عبر الإنترنت
مختبراتبالروسية

يتيح لك كل فيديو إجراء تجربة ذات غرض تعليمي ومهمة واضحة. يُعرض على المستخدم جميع الأدوات والكائنات اللازمة للحصول على النتيجة. يتم عرض المهام والنصائح كرسائل نصية. فيديوهات VirtuLab لها جانب تعليمي قوي، فمثلا إذا أخطأ المستخدم فإن النظام لن يسمح له بالمزيد حتى يتم تصحيح الخطأ.

مجموعة تجارب VirtuLab واسعة النطاق ومتنوعة للغاية. ليس لدى VirtuLab محرك بحث مدمج خاص به، لذلك، للعثور على التجربة التي تحتاجها، عليك فقط التمرير عبر أقسام الكتالوج. وينقسم الأرشيف إلى أربع كتل رئيسية: "الفيزياء"، و"الكيمياء"، و"علم الأحياء"، و"علم البيئة". يوجد بداخلها أقسام مواضيعية أضيق. على وجه الخصوص، بالنسبة للفيزياء، هذه أقسام من هذا التخصص. هناك تجارب للتعرف على الميكانيكا والمؤثرات الكهربائية والبصرية. تم تصميم عدد من المعامل برسومات ثلاثية الأبعاد، مما يساعد على عرض مجموعة متنوعة من التجارب: بدءًا من التجارب باستخدام مقاييس الدينامومتر وحتى الانكسار والمؤثرات البصرية الأخرى.

في "علم الأحياء" كان أساس التقسيم هو فصول المناهج المدرسية. يمكن أن يكون محتوى المهام هنا مختلفًا تمامًا. وبالتالي، هناك مهام لدراسة السمات الهيكلية لمختلف الكائنات الحية (على سبيل المثال، مجموعة بناء لتجميع جميع أنواع الكائنات الحية من "الأجزاء" المقترحة) ومهام تحاكي العمل بالمجهر ومع مستحضرات الأنسجة المختلفة.

موقع PhET عبارة عن مجموعة متعددة التخصصات من تطبيقات Java،
والتي يمكنك العمل بها عبر الإنترنت وعلى جهاز الكمبيوتر المحلي الخاص بك

بشكل منفصل، في قسم الأبحاث المتطورة، يتم تسليط الضوء على العروض التوضيحية المخصصة لأحدث الأبحاث. تظهر العناصر الجديدة في الأرشيف بانتظام، وقسم New Sims مخصص لها.

انتبه إلى القسم الفرعي Translated Sims. تحتوي هذه الصفحة على قائمة بجميع اللغات التي تمت ترجمة المعامل الافتراضية المقدمة إليها. ومن بينهم أيضًا روسي - يوجد هنا خمسون تجربة من هذا القبيل بالضبط اليوم. ومن الغريب أن عدد المظاهرات باللغات الإنجليزية والصربية والمجرية متساو تقريبًا. إذا كنت ترغب في ذلك، يمكنك المشاركة في ترجمة العروض التوضيحية. ويتم تقديم تطبيق خاص، PhET Translation Utility، لهذا الغرض.

ما هي عروض PhET ومن يمكنه الاستفادة منها؟ إنها مبنية على تقنية Java. يتيح لك ذلك إجراء التجارب عبر الإنترنت، وتنزيل التطبيقات الصغيرة على جهاز الكمبيوتر المحلي الخاص بك، وتضمينها في صفحات الويب الأخرى كعناصر واجهة مستخدم. يتم توفير كل هذه الخيارات في كل صفحة تجريبية على موقع PhET.

جميع تجارب PhET تفاعلية. أنها تحتوي على مهمة واحدة أو أكثر، بالإضافة إلى مجموعة من العناصر اللازمة لحلها. نظرًا لأن الحل يتم شرحه عادةً بتفاصيل كافية في الملاحظات النصية، فإن الغرض الرئيسي من العروض التوضيحية هو تصور التأثيرات وشرحها، وليس اختبار معرفة المستخدم ومهاراته. وهكذا، فإن أحد العروض التوضيحية للقسم الكيميائي يقترح صنع جزيئات من الذرات المقترحة والنظر إلى تصور ثلاثي الأبعاد للنتيجة. يوجد في القسم البيولوجي آلة حاسبة لتوازن استهلاك الشخص من السعرات الحرارية خلال اليوم: يمكنك الإشارة إلى أنواع وكميات الطعام المستهلكة، وكذلك مقدار التمارين البدنية. ثم كل ما تبقى هو ملاحظة التغييرات في "الرجل الصغير" التجريبي لعمر معين وطول ووزن أولي معين. يضم قسم الرياضيات أدوات مفيدة جدًا لتخطيط الوظائف المختلفة والألعاب الحسابية وغيرها من التطبيقات المثيرة للاهتمام. يقدم قسم الفيزياء مجموعة واسعة من "المختبرات" التي توضح مجموعة متنوعة من الظواهر - بدءًا من الحركة البسيطة وحتى التفاعلات الكمية.

فيت
درجة: 4
لغة الواجهة:الإنجليزية والروسية المتاحة
مطور:جامعة كولورادو
موقع إلكتروني: phet.colorado.edu

مشروع مظاهرات ولفرام

أحد المصادر القيمة جدًا للمختبرات عبر الإنترنت هو مشروع Wolfram Demonstrations متعدد التخصصات. الهدف من المشروع هو إظهار مفاهيم العلوم والتكنولوجيا الحديثة بشكل واضح. يدعي Wolfram أنه منصة واحدة لإنشاء كتالوج موحد للمختبرات التفاعلية عبر الإنترنت. وهذا، وفقًا لمطوريه، سيسمح للمستخدمين بتجنب المشكلات المرتبطة باستخدام موارد التعلم غير المتجانسة ومنصات التطوير.

يحتوي كتالوج مشروع Wolfram Demonstrations على أكثر من 7 آلاف.
المختبرات الافتراضية

هذا الموقع جزء من مشروع إنترنت كبير يسمى Wolfram. يحتوي مشروع Wolfram Demonstrations حاليًا على كتالوج مثير للإعجاب يضم أكثر من 7000 عرض توضيحي تفاعلي.

الأساس التكنولوجي لإنشاء المختبرات والعروض التوضيحية هو حزمة Wolfram Mathematica. لعرض العروض التوضيحية، ستحتاج إلى تنزيل وتثبيت مشغل Wolfram CDF الخاص، والذي يزيد حجمه قليلاً عن 150 ميجابايت.

يتكون كتالوج المشروع من 11 قسمًا رئيسيًا تتعلق بمختلف فروع المعرفة والنشاط الإنساني. هناك أقسام فيزيائية وكيميائية ورياضية كبيرة، بالإضافة إلى الأقسام المخصصة للتكنولوجيا والهندسة. العلوم البيولوجية ممثلة بشكل جيد. تختلف مستويات تعقيد النماذج وكذلك مستويات العرض اختلافًا كبيرًا. يحتوي الكتالوج على عروض توضيحية معقدة للغاية تهدف إلى التعليم العالي، حيث يتم تخصيص العديد من المختبرات لتوضيح أحدث الإنجازات العلمية. وفي الوقت نفسه، يحتوي الموقع أيضًا على أقسام مخصصة للأطفال. قد يكون حاجز اللغة مصدر إزعاج معين: مشروع Wolfram حاليًا باللغة الإنجليزية البحتة. ومع ذلك، هناك القليل من النص في العروض التوضيحية والمختبرات، وأدوات التحكم بسيطة للغاية، وسهلة الفهم دون مطالبات.

لا توجد مهام محددة أو السيطرة على تنفيذها. ومع ذلك، لا يمكن تسمية المحتوى ببساطة بالعروض التقديمية أو مقاطع الفيديو. هناك قدر لا بأس به من التفاعل في عروض Wolfram التجريبية. تحتوي جميعها تقريبًا على أدوات تساعد في تغيير معلمات الكائنات الممثلة، وبالتالي إجراء تجارب افتراضية عليها. وهذا يساهم في فهم أعمق للعمليات والظواهر الموضحة.

مشروع مظاهرات ولفرام
درجة: 4
لغة الواجهة: إنجليزي
مطور:مشروع مظاهرات Wolfram والمساهمين
موقع إلكتروني:المظاهرات. ولفرام.كوم

مختبر كيمياء الايريديوم

بالإضافة إلى المشاريع "متعددة الصناعات" على شبكة الإنترنت الحديثة، هناك العديد من المختبرات المتخصصة على الإنترنت المخصصة لعلوم معينة. لنبدأ مع ChemCollective، وهو مشروع مخصص لدراسة الكيمياء. أنه يحتوي على الكثير من المواد المواضيعية باللغة الإنجليزية. أحد أقسامها الأكثر إثارة للاهتمام هو مختبرها الافتراضي المسمى IrYdium Chemistry Lab. يختلف هيكلها بشكل ملحوظ عن جميع المشاريع التي تمت مناقشتها أعلاه. الحقيقة هي أنه لا توجد تجارب محددة ومحددة للمهام الخاصة المعروضة هنا. وبدلاً من ذلك، يُمنح المستخدم حرية التصرف الكاملة تقريبًا.

مختبر الكيمياء عبر الإنترنت IrYdium مختلف
مرونة عالية في الإعداد والتشغيل

تم إنشاء المختبر على شكل تطبيق Java صغير. بالمناسبة، يمكن تنزيله وتشغيله على جهاز الكمبيوتر المحلي الخاص بك - رابط التنزيل المقابل موجود على الصفحة الرئيسية للمشروع.

تنقسم واجهة التطبيق الصغير إلى عدة مناطق. توجد في المنتصف مساحة عمل يتم فيها عرض تقدم التجربة. العمود الأيمن هو نوع من "لوحة المعلومات" - فهو يعرض معلومات حول التفاعلات التي تحدث: درجة الحرارة والحموضة والمولارية والبيانات المساعدة الأخرى. على الجانب الأيسر من التطبيق الصغير يوجد ما يسمى "مستودع الكاشف". هذه مجموعة من جميع أنواع الكواشف الافتراضية، مصنوعة على شكل شجرة هرمية. هنا يمكنك العثور على الأحماض والقواعد والمواد المؤشرة وكل شيء آخر يحتاجه الكيميائي التجريبي. للعمل معهم، يتم تقديم مجموعة جيدة من الأواني الزجاجية المختلفة للمختبرات والموقد والمقاييس وغيرها من المعدات. ونتيجة لذلك، يتوفر تحت تصرف المستخدم مختبر مجهز تجهيزا جيدا مع قدرات تجريبية محدودة للغاية.

نظرًا لعدم وجود مهام محددة هنا، يتم إجراء التجارب بطريقة ضرورية ومثيرة للاهتمام للمستخدم. كل ما تبقى هو اختيار المواد الضرورية، وبناء بيئة تجريبية باستخدام المعدات الافتراضية المقترحة وبدء التفاعل. من المريح جدًا إضافة المادة الناتجة إلى مجموعة الكواشف لاستخدامها في التجارب اللاحقة.

بشكل عام، تبين أنه مورد مثير للاهتمام ومفيد، ويتميز بمرونة عالية في الاستخدام. إذا أخذنا في الاعتبار وجود ترجمة روسية كاملة تقريبا للبرنامج، فيمكن أن يصبح مختبر الكيمياء IrYdium أداة مفيدة للغاية لإتقان المعرفة الكيميائية الأساسية.

مختبر كيمياء الايريديوم
درجة: 5
لغة الواجهة:الروسية الانجليزية
مطور:المجمع الكيميائي
موقع إلكتروني: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

""المختبر الافتراضي"" teacher.ru

هذا هو المشروع الروسي الثاني في مراجعتنا. هذا المورد متخصص في الظواهر الفيزيائية. لا يقتصر نطاق المختبرات الافتراضية على المناهج المدرسية فقط. إن التجارب التي يقدمونها عبر الإنترنت، والتي طورها متخصصون من جامعة ولاية تشيليابينسك، مناسبة ليس فقط لأطفال المدارس، ولكن أيضًا للطلاب. من وجهة نظر فنية، هذا المورد عبارة عن مزيج من Flash وJava، لذا ستحتاج إلى التحقق من وجود تحديثات لجهاز Java الظاهري على جهاز الكمبيوتر الخاص بك مسبقًا.

تختلف مهام مشروع "المختبر الافتراضي".
صعوبة أعلى

تصميم المختبرات هنا تخطيطي وصارم. يبدو كما لو أن صورًا متحركة غريبة من كتاب مدرسي تظهر. ويتم التأكيد على ذلك من خلال توافر المواد المخصصة لمرافقة الدورات التدريبية. ينصب التركيز الرئيسي في مثل هذه التجارب على أداء مهام محددة واختبار معرفة المستخدم.

يتضمن كتالوج المشروع عشرات الأقسام المواضيعية الرئيسية - من الميكانيكا إلى الفيزياء الذرية والنووية. يحتوي كل منها على ما يصل إلى عشرة مختبرات افتراضية تفاعلية مقابلة. يتم أيضًا تقديم ملاحظات محاضرة مصورة، بعضها مع تجارب افتراضية خاصة بها.

تم إعادة إنتاج بيئة عمل المجرب هنا بعناية تامة. يتم عرض الأجهزة على شكل رسوم بيانية، ويُقترح بناء رسوم بيانية واختيار الإجابات من الخيارات المتاحة. تعتبر التجارب في "المختبر الافتراضي" أكثر تعقيدًا مما هي عليه في VirtuLab. تتضمن مجموعة الموارد تجارب في الفيزياء الذرية والنووية، وفيزياء الليزر، بالإضافة إلى "منشئ الذرة" الذي يعرض تجميع الذرة من جسيمات أولية مختلفة. هناك تجارب لإيجاد وتحييد مصدر الإشعاع، ودراسة خصائص الليزر. بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضًا مختبرات "ميكانيكية" تستهدف في المقام الأول تلاميذ المدارس.

مختبرات الانترنت في

بالإضافة إلى الموارد الكبيرة التي تضم العشرات والمئات من المواقع التجريبية الافتراضية على الإنترنت، هناك العديد من المواقع الصغيرة التي تقدم عددًا من التجارب المثيرة للاهتمام حول موضوع معين وضيق عادةً.

نقطة انطلاق جيدة عند البحث عن افتراضية صغيرة
مختبراتقادرة على أن تصبح مشروع مختبرات عبر الإنترنت في

في مثل هذه الحالة، من أجل العثور على العروض التوضيحية اللازمة، ستكون مشاريع الكتالوج التي تجمع وتنظم الروابط إلى هذه المواقع مفيدة بالتأكيد. يمكن أن تكون المعامل عبر الإنترنت الموجودة في الدليل (onlinelabs.in) نقطة انطلاق جيدة. يجمع هذا المورد وينظم الروابط إلى المشاريع التي تقدم تجارب ومختبرات عبر الإنترنت يمكن الوصول إليها مجانًا في مختلف فروع العلوم. لكل علم هناك قسم المقابلة. مجالات اهتمام المشروع هي في المقام الأول الفيزياء والكيمياء والأحياء. هذه الأقسام هي الأكبر والأفضل تحديثا. بالإضافة إلى ذلك، يتم تدريجيا ملء تلك المخصصة لعلم التشريح وعلم الفلك والجيولوجيا والرياضيات. يحتوي كل قسم على روابط لموارد الإنترنت ذات الصلة مع ملخص موجز باللغة الإنجليزية يصف الغرض من مختبر معين.

""المختبر الافتراضي"" teacher.ru
درجة: 3
لغة:الروسية
مطور:جامعة ولاية تشيليابينسك
موقع إلكتروني:

لقد تغير التعليم العالمي والعملية العلمية بشكل واضح في السنوات الأخيرة، ولكن لسبب ما يتحدثون بشكل أقل عن الابتكارات الخارقة والفرص التي تفتحها، ويتحدثون أكثر عن فضائح الامتحانات المحلية. وفي الوقت نفسه، فإن جوهر العملية التعليمية ينعكس بشكل جميل في المثل الإنجليزي "يمكنك أن تقود الحصان إلى الماء، لكن لا يمكنك إجباره على الشرب".

يعيش التعليم الحديث في الأساس حياة مزدوجة. في حياته الرسمية هناك برنامج ولوائح وامتحانات ومعركة "لا معنى لها ولا ترحم" حول تكوين المواد الدراسية في الدورة المدرسية، وناقل المنصب الرسمي وجودة التعليم. وفي حياته الحقيقية، كقاعدة عامة، يتركز كل ما يمثله التعليم الحديث: الرقمنة، والتعليم الإلكتروني، والتعلم عبر الهاتف المحمول، والتدريب من خلال كورسيرا، وUoPeople وغيرها من المؤسسات عبر الإنترنت، والندوات عبر الإنترنت، والمختبرات الافتراضية، وما إلى ذلك. كل هذا لم يصبح جزءًا في الوقت الحالي من النموذج التعليمي العالمي المقبول عمومًا، ولكن على المستوى المحلي، فإن رقمنة التعليم والعمل البحثي تحدث بالفعل.

يعد تدريب MOOC (الدورات التدريبية المفتوحة الضخمة عبر الإنترنت والمحاضرات الجماعية من المصادر المفتوحة) ممتازًا لنقل الأفكار والصيغ والمعرفة النظرية الأخرى في الدروس والمحاضرات. ولكن لإتقان العديد من التخصصات بشكل كامل، هناك حاجة أيضًا إلى التدريب العملي - فالتعلم الرقمي "شعر" بهذه الحاجة التطورية وأنشأ "شكلًا جديدًا للحياة" - المختبرات الافتراضيةخاصة بهم للتعليم المدرسي والجامعي.

مشكلة معروفة في التعليم الإلكتروني: يتم تدريس المواد النظرية في الغالب. ولعل المرحلة التالية في تطوير التعليم عبر الإنترنت ستكون تغطية المجالات العملية. وهذا سيحدث في اتجاهين: الأول هو تفويض الممارسة التعاقدية إلى الجامعات الموجودة فعليا (في حالة الطب على سبيل المثال)، والثاني هو تطوير المختبرات الافتراضية بلغات مختلفة.

لماذا نحتاج إلى المعامل الافتراضية أو Virtuallabs؟

• للتحضير للعمل المختبري الحقيقي.
• بالنسبة للفصول المدرسية، في حالة عدم توفر الظروف والمواد والكواشف والمعدات المناسبة.
• للتعلم عن بعد.
• للدراسة المستقلة للتخصصات كشخص بالغ أو مع الأطفال، لأن العديد من البالغين لسبب أو لآخر يشعرون بالحاجة إلى "تذكر" ما لم يتم تعلمه أو فهمه مطلقًا في المدرسة.
• للعمل العلمي.
• للتعليم العالي مع عنصر عملي مهم.

أنواع المعامل الافتراضية. يمكن أن تكون المختبرات الافتراضية ثنائية أو ثلاثية الأبعاد؛ أبسط لطلاب المدارس الابتدائية ومعقدة وعملية لطلاب المدارس المتوسطة والثانوية والطلاب والمعلمين. تم تطوير مختبراتهم الافتراضية الخاصة لتخصصات مختلفة. غالبًا ما تكون هذه هي الفيزياء والكيمياء، ولكن هناك أيضًا أشياء أصلية تمامًا، على سبيل المثال، Virtuallab لعلماء البيئة.

الجامعات الجادة بشكل خاص لديها مختبرات افتراضية خاصة بها، على سبيل المثال، جامعة ولاية سمارة للفضاء التي تحمل اسم الأكاديمي إس بي كوروليف ومعهد برلين ماكس بلانك لتاريخ العلوم (MPIWG). ولنتذكر أن ماكس بلانك عالم فيزياء نظرية ألماني، مؤسس فيزياء الكم. كما أن المختبر الافتراضي للمعهد لديه موقع رسمي على الإنترنت. يمكنكم مشاهدة العرض التقديمي من خلال هذا الرابط المختبر الافتراضي: أدوات للبحث في تاريخ التجريب.المختبر عبر الإنترنت عبارة عن منصة ينشر فيها المؤرخون ويناقشون أبحاثهم حول موضوع التجريب في مختلف مجالات العلوم (من الفيزياء إلى الطب) والفن والهندسة المعمارية والإعلام والتكنولوجيا. ويحتوي أيضًا على رسوم توضيحية ونصوص حول جوانب مختلفة من الأنشطة التجريبية: الأدوات، وتقدم التجارب، والأفلام، وصور العلماء، وما إلى ذلك. ويمكن للطلاب إنشاء حسابهم الخاص في هذا المعمل الافتراضي وإضافة أعمال علمية للمناقشة.

المختبر الافتراضي لمعهد ماكس بلانك لتاريخ العلوم

بوابة فيرتولاب

لسوء الحظ، لا يزال اختيار المعامل الافتراضية باللغة الروسية صغيرًا، لكنها مسألة وقت. إن انتشار التعلم الإلكتروني بين التلاميذ والطلاب، والاختراق الهائل للرقمنة في المؤسسات التعليمية سيؤدي بطريقة أو بأخرى إلى خلق الطلب، وبعد ذلك سيبدأون على نطاق واسع في تطوير مختبرات افتراضية حديثة وجميلة في مختلف التخصصات. لحسن الحظ، هناك بالفعل بوابة متخصصة متطورة إلى حد ما مخصصة للمختبرات الافتراضية - فيرتولاب.نت. إنه يقدم حلولاً رائعة جدًا ويغطي أربعة تخصصات: الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا والبيئة.

المختبر الإفتراضي ثلاثي الأبعاد للفيزياء Virtulab .Net

ممارسة الهندسة الافتراضية

لم تُدرج Virtulab.Net حتى الآن الهندسة ضمن تخصصاتها، ولكنها تشير إلى أن مختبرات الفيزياء الافتراضية المستضافة هناك يمكن أن تكون مفيدة أيضًا في تعليم الهندسة عن بعد. بعد كل شيء، على سبيل المثال، لبناء نماذج رياضية، من الضروري فهم عميق للطبيعة الفيزيائية لكائنات النمذجة. بشكل عام، تتمتع المعامل الافتراضية الهندسية بإمكانات هائلة. يعتمد التعليم الهندسي إلى حد كبير على الممارسة، ولكن لا تزال هذه المعامل الافتراضية نادرًا ما تستخدم في الجامعات نظرًا لحقيقة أن سوق التعليم الرقمي في المجال الهندسي غير متطور.

المجمعات التعليمية الموجهة نحو حل المشكلات لنظام CADIS (SSAU). لتعزيز تدريب المتخصصين الفنيين، قامت جامعة سامارا للفضاء التي تحمل اسم كوروليف بتطوير مختبر هندسي افتراضي خاص بها. أنشأ مركز تقنيات المعلومات الجديدة (CNIT) التابع لـ SSAU "مجمعات تعليمية موجهة نحو حل المشكلات لنظام CADIS." يشير الاختصار CADIS إلى "نظام مجمعات أدوات التدريس الآلية". هذه عبارة عن فصول دراسية خاصة يتم فيها عقد ورش عمل معملية افتراضية حول قوة المواد والميكانيكا الإنشائية وطرق التحسين والنمذجة الهندسية وتصميم الطائرات وعلوم المواد والمعالجة الحرارية وغيرها من التخصصات الفنية. بعض ورش العمل هذه متاحة مجانًا على خادم المعهد المركزي للبحث العلمي التابع لـ SSAU. تحتوي الفصول الافتراضية على أوصاف للأشياء التقنية مع الصور الفوتوغرافية والرسوم البيانية والروابط والرسومات والفيديو والصوت والرسوم المتحركة بالفلاش مع عدسة مكبرة لفحص التفاصيل الصغيرة للوحدة الافتراضية. هناك أيضًا إمكانية المراقبة الذاتية والتدريب. هذا هو ما هي مجمعات النظام الافتراضي CADIS:

• شعاع - مجمع لتحليل وبناء الرسوم البيانية للحزم في سياق قوة المواد (الهندسة الميكانيكية والبناء).
• الهيكل - مجموعة معقدة من الطرق لتصميم دوائر الطاقة للهياكل الميكانيكية (الهندسة الميكانيكية، البناء).
• التحسين - مجمع حول الأساليب الرياضية للتحسين (دورات حول CAD في الهندسة الميكانيكية والبناء).
• يعتبر Spline معقدًا في طرق الاستيفاء والتقريب في النمذجة الهندسية (دورات CAD).
• I-beam - مجمع لدراسة أنماط عمل القوة للهياكل ذات الجدران الرقيقة (الهندسة الميكانيكية والبناء).

• الكيميائي - مجموعة من المجمعات في الكيمياء (للمدارس الثانوية والمدارس الثانوية المتخصصة والدورات التحضيرية للجامعات).
• عضوي - مجمعات في الكيمياء العضوية (للجامعات).
• البوليمر - مجمعات في كيمياء المركبات عالية الجزيئية (للجامعات).
• منشئ الجزيئات - برنامج محاكاة "منشئ الجزيئات".
• الرياضيات - مجمع الرياضيات الابتدائية (للمتقدمين للجامعات).
• التربية البدنية هي مجمع لدعم الدورات النظرية في التربية البدنية.
• عالم المعادن - مجمع المعادن والمعالجة الحرارية (للجامعات والمدارس الفنية).
• زوبرول - مجمع حول نظرية الآليات وأجزاء الآلات (للجامعات والمدارس الفنية).

الأدوات الافتراضية على Zapisnyh.Narod.Ru. سيكون موقع Zapisnyh.Narod.Ru مفيدًا جدًا في التعليم الهندسي، حيث يمكنك تنزيل الأدوات الافتراضية على بطاقة الصوت مجانًا، مما يفتح فرصًا واسعة لإنشاء المعدات. ستكون بالتأكيد ذات فائدة للمعلمين وستكون مفيدة في المحاضرات وفي العمل العلمي وفي ورش العمل المعملية في التخصصات الطبيعية والتقنية. مجموعة الأدوات الافتراضية المنشورة على الموقع مثيرة للإعجاب:

• مجتمعة مولد التردد المنخفض.
• مولد التردد المنخفض على مرحلتين.
• مسجل الذبذبات.
• راسم الذبذبات.
• تردد متر؛
• رسم بياني للتيار المتردد؛
• تقني؛
• عداد كهربائي
• R، C، L متر؛
• تخطيط كهربية القلب المنزلي؛
• السعة ومقدر ESR.
• الأنظمة الكروماتوغرافية KhromProtsessor-7-7M-8;
• جهاز لفحص وتشخيص أعطال ساعات الكوارتز وغيرها.

إحدى الأدوات الهندسية الافتراضية من موقع Zapisnyh.Narod.Ru

مختبرات الفيزياء الافتراضية

Virtuallab البيئي على Virtulab.Net.يتناول المختبر البيئي للبوابة القضايا العامة المتعلقة بتطور الأرض والقوانين الفردية.

1

تم وصف منهجية إنشاء العمل المخبري في الكيمياء باستخدام المعامل الافتراضية. يتكون إنشاء عمل المختبر الافتراضي من مراحل تحديد أهداف العمل المختبري، واختيار المختبر الافتراضي، وتحديد إمكانيات المحاكي الافتراضي، وتعديل الأهداف، وتحديد المحتوى والمهام التعليمية، ورسم السيناريو، والاختبار، وتصحيح الأخطاء. البرنامج النصي، وتقييم وتحليل موثوقية العملية ونتيجة التجربة الافتراضية مقارنة بالتوصيات المنهجية واسعة النطاق. يتم تقديم نموذج لمنهجية إنشاء العمل المختبري الافتراضي في الكيمياء. تم توضيح الأجهزة المفاهيمية والمصطلحات في مجال البحث: تم تقديم تعريفات للعمل المعملي الافتراضي في الكيمياء، والمختبر الكيميائي الافتراضي، والتجربة الكيميائية الافتراضية. يتم عرض طرق استخدام العمل المختبري الافتراضي في الكيمياء عند الدراسة في الجامعة: عند دراسة مواد جديدة، عند توحيد المعرفة، عند التحضير للعمل المختبري واسع النطاق سواء في الفصل الدراسي أو في الأنشطة المستقلة خارج المنهج.

التدريب على الكيمياء

المختبرات الافتراضية

تجربة افتراضية

1. Belokhvostov A. A.، Arshansky E. Ya الوسائل الإلكترونية لتدريس الكيمياء؛ التطوير وطرق الاستخدام. – مينسك: أفيرسيف، 2012. – 206 ص.

2. Gavronskaya Yu.Yu.، Alekseev V. V. العمل المختبري الافتراضي في التدريس التفاعلي للكيمياء الفيزيائية // أخبار الجامعة التربوية الحكومية الروسية. منظمة العفو الدولية. هيرزن. – 2014. – العدد 168. – ص79–84.

3. غوست 15971-90. نظم معالجة المعلومات. المصطلحات والتعاريف. - بدلاً من GOST 15971-84؛ مدخل 01/01/1992. - م: دار المقاييس للنشر، 1991. – 12 ص.

4. Morozov، M. N. تطوير مختبر كيميائي افتراضي للتعليم المدرسي // التقنيات التعليمية والمجتمع. – 2004. – ط 7، رقم 3. – ص 155-164.

5. باك، M. S. نظرية ومنهجية تدريس الكيمياء: كتاب مدرسي للجامعات. – سانت بطرسبرغ: دار النشر التابعة للجامعة التربوية الحكومية الروسية التي سميت باسمها. منظمة العفو الدولية. هيرزن، 2015. – 306 ص.

6. المعيار التعليمي الحكومي الفيدرالي للتعليم المهني العالي في مجال التدريب 050100 التعليم التربوي (المؤهل (الدرجة) "البكالوريوس") (تمت الموافقة عليه بأمر من وزارة التربية والتعليم والعلوم في الاتحاد الروسي بتاريخ 22 ديسمبر 2009 رقم 788 ) (بصيغته المعدلة في 31 مايو 2011.) [مصدر إلكتروني]. - عنوان URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (تاريخ الوصول: 10/03/15).

7. المختبر الافتراضي/الجمعية الكيميائية. موارد عبر الإنترنت لتدريس وتعلم الكيمياء [مصدر إلكتروني]. - عنوان URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (تاريخ الوصول: 10/03/15).

تعد المختبرات الكيميائية الافتراضية والتجربة الافتراضية والعمل المعملي الافتراضي في الكيمياء مجالًا واعدًا في التعليم الكيميائي، مما يجذب انتباه الطلاب والمعلمين بشكل طبيعي. يتم تحديد أهمية إدخال المختبرات الافتراضية في الممارسة التعليمية، أولاً، من خلال تحديات المعلومات في ذلك الوقت، وثانيًا، من خلال المتطلبات التنظيمية لتنظيم التدريب، أي المعايير التعليمية. من أجل تنفيذ النهج القائم على الكفاءة، تنص المعايير التعليمية الحكومية الفيدرالية الحالية للتعليم العالي على الاستخدام الواسع النطاق في العملية التعليمية للأشكال النشطة والتفاعلية لإجراء الفصول الدراسية، بما في ذلك المحاكاة الحاسوبية، بالاشتراك مع العمل اللامنهجي من أجل تشكيل وتطوير المهارات المهنية للطلاب.

في هذا المجال، من حيث الانتشار والطلب، فإن الرائد هو "الكيمياء من الصفوف 8 إلى 11 - المختبر الافتراضي" التابع لـ MarSTU، المخصص لأطفال المدارس والمتقدمين؛ الأعمال والتجارب العملية التفاعلية في الكيمياء VirtuLab (http://www.virtulab.net/) معروفة أيضًا. على مستوى التعليم العالي، تشمل موارد اللغة الروسية في السوق التعليمية مختبرات ENK الكيميائية الافتراضية، والتطورات الخاصة بالجامعات (والمغلقة عادة)، وعدد من الموارد باللغات الأجنبية. لقد تم تقديم أوصاف للمختبرات الافتراضية المتاحة في الكيمياء أكثر من مرة، ومن المؤكد أنه سيتم توسيع قائمتها. تأخذ المختبرات الافتراضية مكانها بثقة في ممارسة تدريس الكيمياء والتخصصات الكيميائية، وفي الوقت نفسه، بدأت الأسس النظرية والمنهجية لاستخدامها وإنشاء أعمال مختبرية افتراضية تعتمد عليها في التبلور. وحتى مصطلح “العمل المختبري الافتراضي في الكيمياء” لم يحصل بعد على تعريف موثق يدل بدقة على العلاقة مع المفاهيم الأخرى، بما في ذلك مفهوم المختبر الافتراضي في تدريس الكيمياء والتجربة الكيميائية الافتراضية.

ولتوضيح الجهاز المفاهيمي والمصطلحي، نستخدم مصطلح “التجربة الكيميائية” كنقطة انطلاق، يستخدم في المجال العلمي من الناحية النظرية وطرق التدريس. التجربة الكيميائية هي وسيلة محددة لتدريس الكيمياء، وهي بمثابة مصدر وأهم طريقة للمعرفة، فهي لا تقدم للطلاب الأشياء والظواهر فحسب، بل أيضًا طرق العلوم الكيميائية. في عملية التجربة الكيميائية، يكتسب الطلاب القدرة على المراقبة والتحليل واستخلاص النتائج والتعامل مع المعدات والكواشف. هناك: العرض التوضيحي وتجربة الطالب/الطالب؛ التجارب (المساعدة في دراسة الجوانب الفردية لجسم كيميائي)، والعمل المختبري (مجموعة من التجارب المعملية تسمح للمرء بدراسة العديد من جوانب الأشياء والعمليات الكيميائية)، والتمارين العملية، وورشة العمل المعملية؛ تجربة منزلية، تجربة بحثية، وما إلى ذلك. يمكن أن تكون التجربة الكيميائية واسعة النطاق وعقلية وافتراضية. "الافتراضي" يعني "ممكن بدون تجسيد مادي"؛ الواقع الافتراضي - تقليد الوضع الحقيقي باستخدام أجهزة الكمبيوتر؛ تستخدم في المقام الأول للأغراض التعليمية؛ وفي هذا الصدد، تسمى التجربة الافتراضية أحيانًا بالمحاكاة أو تجربة الكمبيوتر. وفقًا لـ GOST الحالي، فإن "الافتراضي" هو تعريف يميز عملية أو جهاز في نظام معالجة المعلومات الذي يبدو أنه موجود بالفعل، حيث يتم تنفيذ جميع وظائفه بواسطة بعض الوسائل الأخرى؛ تستخدم على نطاق واسع فيما يتعلق باستخدام الاتصالات السلكية واللاسلكية. وبالتالي فإن التجربة الكيميائية الافتراضية هي نوع من التجارب التعليمية في الكيمياء؛ الفرق الرئيسي بينه وبين النطاق الكامل هو حقيقة أن وسيلة عرض أو نمذجة العمليات والظواهر الكيميائية هي تكنولوجيا الكمبيوتر، وعند تنفيذها، يعمل الطالب بصور المواد ومكونات المعدات التي تعيد إنتاج مظهر ووظائف الأشياء الحقيقية أي أنه يستخدم مختبرًا افتراضيًا. نحن نفهم المختبر الافتراضي في تدريس الكيمياء على أنه محاكاة حاسوبية لمختبر كيميائي تعليمي ينفذ وظيفته الرئيسية - إجراء تجربة كيميائية للأغراض التعليمية. من الناحية الفنية، يتم ضمان عمل المختبر الافتراضي من خلال أجهزة وبرامج الكمبيوتر، وهو نظام تعليمي - مبرر موضوعيًا ومنهجيًا من الافتراضات حول مسار العملية الكيميائية التي تتم دراستها أو مظاهر خصائص جسم كيميائي، على أساس أي من الخيارات الممكنة لاستجابة المختبر الافتراضي لإجراءات المستخدم تم تطويره. يعمل المختبر الافتراضي كعنصر من عناصر بيئة تعليمية معلوماتية عالية التقنية، كونه وسيلة لإنشاء وتنفيذ تجربة افتراضية. العمل المعملي الافتراضي في الكيمياء هو تجربة كيميائية افتراضية على شكل مجموعة من التجارب يوحدها هدف مشترك وهو دراسة جسم أو عملية كيميائية.

دعونا نفكر في منهجية إنشاء عمل مختبري افتراضي في الكيمياء (يظهر نموذجه في الشكل 1) باستخدام مثال محدد للعمل المختبري حول موضوع "الحلول".

أرز. 1. نموذج منهجية إنشاء العمل المعملي الافتراضي في الكيمياء

يتكون إنشاء عمل المختبر الافتراضي من مراحل تحديد أهداف العمل المختبري، واختيار المختبر الافتراضي، وتحديد قدرات جهاز المحاكاة الافتراضي، وتعديل الأهداف، وتحديد المهام الهادفة والتعليمية، ورسم السيناريو، والاختبار والتقييم والتقييم. تحليل موثوقية العملية ونتيجة التجربة الافتراضية مقارنة بالتجربة الحقيقية وسيناريو التصحيح وإعداد التوصيات المنهجية.

تتضمن مرحلة تحديد الأهداف عملية اختيار أهداف العمل المختبري المخطط له مع تحديد حدود الانحرافات المسموح بها لتحقيق نتيجة تعليمية بأكثر الوسائل فعالية ومقبولة، مع مراعاة الموارد المادية والفنية والوقتية والبشرية، كما وكذلك الخصائص الشخصية والعمرية للطلاب. في مثالنا، كان الهدف هو تحضير المحاليل ودراسة خواصها؛ تم تصميم العمل للأنشطة التعليمية اللامنهجية المستقلة للطلاب. يتم تناول موضوع الحلول في معظم دورات الكيمياء الجامعية، بالإضافة إلى أن مهارات إعداد الحلول والعمل معها مطلوبة في الحياة اليومية وفي أي نشاط مهني تقريبًا. لذلك، تضمنت أهداف العمل ما يلي: توحيد المهارات لحساب التركيز المولي والنسبة المئوية للحل، والكمية المطلوبة من المادة والمذيب لتحضير محلول بتركيز معين؛ تطوير الخوارزمية وتقنية العمليات لإعداد المحاليل (وزن المواد، وقياس الحجم، وما إلى ذلك)؛ دراسة الظواهر التي تحدث أثناء الذوبان - إطلاق أو امتصاص الحرارة، والتفكك، والتغير في التوصيل الكهربائي، والتغير في الرقم الهيدروجيني للوسط، وما إلى ذلك.

مرحلة اختيار المختبر الافتراضي. يتم تحديد اختيار المختبر الافتراضي من خلال عدد من الظروف: طريقة الوصول إلى المورد، والشروط المالية لاستخدامه، ولغة الواجهة وتعقيدها، وبالطبع المحتوى، أي الإمكانيات التي هذا المختبر يقدم أو لا يقدم للمستخدم تحقيق أهداف العمل المختبري المخطط له. لقد ركزنا على المختبرات ذات الوصول المجاني المفتوح، للعمل الذي ستكون فيه مهارات الكمبيوتر على مستوى المستخدم كافية، والتخلي في البداية عن المختبرات ذات درجة منخفضة من التفاعل، أي السماح فقط بخيارات المراقبة السلبية للتجربة الكيميائية. بعد دراسة العديد من المشاريع، متعددة التخصصات والموضوعية، توصلنا إلى استنتاج مفاده أن أياً من المختبرات المعروفة لدينا لا يلبي المتطلبات بالكامل، وهي: السماح للطالب بإعداد محلول بتركيز معين باستخدام كميات محسوبة مسبقاً من المذاب والمذيب وذلك بإجراء عمليات الوزن وقياس الحجم والذوبان والتأكد من صحة التحضير وكذلك مراقبة العمليات المصاحبة للذوبان. ومع ذلك، فقد استقرينا على المختبر الافتراضي IrYdiumChemistryLab، والذي تتمثل ميزته في القدرة على التدخل في البرنامج وتصميم تجربتك الافتراضية.

أظهر تحديد قدرات جهاز المحاكاة الافتراضي للمختبر المختار ما يلي. فيما يتعلق بمجموعة الكواشف، هناك محاليل بتركيزات مختلفة (19 MNaOH، 15 MHClO4 وغيرها)، الماء هو المذيب الأكثر أهمية، ولكن لا توجد مواد صلبة عمليًا؛ ومع ذلك، فإن تطبيق أداة التأليف يسمح لك بإدخال كواشف إضافية إلى المختبر باستخدام الخصائص الديناميكية الحرارية للمواد. تشتمل المعدات على مجموعة من أدوات القياس الزجاجية بدرجات متفاوتة من الدقة (أسطوانات، ماصات، سحاحة)، موازين تحليلية، مقياس درجة الحموضة، مستشعر درجة الحرارة، عنصر تسخين، بالإضافة إلى برنامج صغير يوضح تركيز الجزيئات في المحلول. لا يتم توفير القدرة على دراسة خصائص المحلول مثل التوصيل الكهربائي واللزوجة والتوتر السطحي. تتم العمليات في المختبر الافتراضي في وقت قصير جدًا، مما يحد من دراسة سرعة العمليات الكيميائية. وبناء على إمكانيات المحاكي الافتراضي تم تصحيح الأهداف، وعلى وجه الخصوص تم استبعاد دراسة التوصيل الكهربائي للمحاليل، ولكن تم إضافة دراسة تأثير درجة الحرارة على ذوبان المواد. عند تحديد أهداف العمل المختبري، انطلقنا من النتائج المتوقعة: يجب على الطلاب تطوير المهارات العملية في إعداد الحلول، بما في ذلك إتقان خوارزميات العمليات الفردية، ويجب عليهم التوصل إلى استنتاجات حول التغير في عدد الجزيئات في المحلول أثناء تفكك الشوارد القوية والضعيفة، حول نسبة عدد الأنيونات والكاتيونات في حالة انحلال الشوارد غير المتماثلة، حول أسباب التأثيرات الحرارية أثناء الذوبان.

نسلط الضوء على مرحلة تحديد مهام العمل المختبري الذي يتم إنشاؤه كعنصر مهم في عملية تصميم أنشطة الطلاب؛ وهنا من الضروري تخطيط ما هي التلاعبات التي سيتعين على الطلاب القيام بها في إطار هذا العمل المختبري وما يجب القيام به مراقبة (المهام الهادفة)، وما هي الاستنتاجات وعلى أي أساس يجب أن تأتي بعد الانتهاء منها (المهام التعليمية)، وما هي المهارات التي يجب اكتسابها. على سبيل المثال، إتقان خوارزمية الإجراءات عند تحضير حجم معين من المحلول من جزء موزون: حساب كتلة المادة، ووزنها، وقياس حجم السائل / إحضاره إلى الحجم المطلوب؛ إتقان تقنيات العمل مع الموازين التحليلية وأدوات القياس. لاحظ كيف ترتبط تركيزات الجزيئات (الجزيئات والأيونات) في المحلول بذوبان الإلكتروليتات وغير الإلكتروليتات، والإلكتروليتات المتناظرة وغير المتناظرة، والإلكتروليتات القوية والضعيفة، واستخلاص استنتاجات حول الذوبان، والتأثيرات الحرارية أثناء الذوبان، وما إلى ذلك.

الخطوة التالية في إنشاء العمل المختبري هي إنشاء السيناريو، أي وصف تفصيلي لكل تجربة على حدة وتحديد مكان ودور هذه التجربة في العمل المختبري، مع الأخذ في الاعتبار ما هي المشاكل التي ستساهم فيها، وكيفية العمل عليها تحقيق أهداف العمل المخبري ككل. من الناحية العملية، تتم صياغة السيناريو بالتزامن مع الاختبار، أي التنفيذ التجريبي للتجارب التي تساعد في توضيح السيناريو وتفصيله. يعكس السيناريو كل فعل ورد فعل للمختبر الافتراضي تجاهه. يعتمد السيناريو على مهام مثل "تحضير 49 جم من محلول 0.4% CuSO4" أو "تحضير 35 مل من محلول CuSO4 0.1 مول/لتر من هيدراته البلورية (CuSO4∙5H2O)." عند إعداد المهمة، يؤخذ في الاعتبار توفر الكواشف والمعدات المناسبة في المختبر الافتراضي والجدوى الفنية لإكمال هذه المهمة. في مثالنا، يتضمن السيناريو أيضًا، بالإضافة إلى الجانب الحسابي، عددًا من الإجراءات والتقنيات التي تحاكي تحضير محلول في مختبر حقيقي. على سبيل المثال، عند الوزن، يجب عدم وضع المادة الجافة مباشرة على كفة الوزن، بل يجب استخدام حاوية خاصة؛ استخدم وظيفة الفارغة. كما هو الحال في الواقع، يجب إضافة المادة إلى الميزان بأجزاء صغيرة؛ أي زيادة عرضية محتملة في الكتلة المحسوبة ستؤدي إلى بدء العملية مرة أخرى. يتم توفير اختيار الأواني الزجاجية الكيميائية ذات الحجم المناسب والقياس الدقيق لحجم السائل "على طول الغضروف المفصلي السفلي" واستخدام تقنيات محددة أخرى. بعد التحضير، تنعكس خصائص المحلول الناتج (التركيز المولي للأيونات، درجة الحموضة) في تطبيقات المختبر الافتراضي، مما يسمح لك بالتحقق من صحة المهمة. من خلال إجراء سلسلة من التجارب، سيحصل الطلاب على بيانات يمكنهم على أساسها استخلاص استنتاجات حول تركيز الأيونات في محاليل الإلكتروليتات القوية والضعيفة، أو الرقم الهيدروجيني لمحاليل المواد المتحللة، أو الاعتماد على الحرارة تأثير الذوبان على كمية المذيب وطبيعة المادة وغيرها.

على سبيل المثال، النظر في دراسة التأثيرات الحرارية أثناء إذابة المواد. يتضمن السيناريو تجارب على إذابة الأملاح الجافة (NaCl، KCl، NaNO 3، CuSO 4، K 2 Cr 2 O 7، KClO 3، Ce 2 (SO 4) 3). بناءً على التغير في درجة حرارة المحلول، يجب على الطلاب استنتاج إمكانية حدوث تأثيرات ماصة للحرارة وطاردة للحرارة للذوبان. قد تختلف صياغة المهام في كل حالة وتعتمد على نوع التجربة - بحثية أو توضيحية. على سبيل المثال، يمكنك قصر نفسك على الاستنتاج حول وجود مثل هذه التأثيرات، أو تضمين السيناريو تحضير محاليل الأملاح ذات كتل مختلفة من المذاب بنفس كتلة المذيب (تحضير محاليل تحتوي على 50 جم من المادة) في 100 جرام من الماء، 10 جرام من المادة في 100 جرام من الماء)، وبالعكس، تجارب مع كمية ثابتة من المذاب وكتلة متفاوتة من المذيب؛ تحضير المحاليل من الأملاح اللامائية وهيدراتها البلورية ومراقبة التغيرات في درجات الحرارة أثناء ذوبانها. عند إجراء مثل هذه التجارب، يجب على الطلاب الإجابة على الأسئلة "كيف تختلف التغيرات في درجات الحرارة عند إذابة كميات متساوية من الأملاح اللامائية وهيدراتها البلورية؟" لماذا يحدث ذوبان الأملاح اللامائية مع إطلاق حرارة أكثر مما يحدث في حالة الهيدرات البلورية؟ واستخلاص استنتاج حول ما يؤثر على علامة التأثير الحراري للانحلال. اعتمادًا على أهداف وغايات العمل، سيتضمن السيناريو العديد من التجارب أو عدة سلاسل من التجارب، ويجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كل شيء في الفضاء الافتراضي يتم بشكل أسرع بكثير مما هو عليه في المختبر الحقيقي، ولا يستغرق الكثير من الوقت. الوقت كما قد يبدو للوهلة الأولى.

أثناء عملية الاختبار، من الضروري تقييم وتحليل موثوقية العملية ونتيجة التجربة الافتراضية مقارنة بالتجربة الحقيقية، أي التأكد من أن النمذجة والنتائج الناتجة عن التجربة الافتراضية لا تتعارض مع الواقع، أي أنها لن تضلل المستخدم.

تعتمد التوصيات المنهجية على سيناريو تم تجميعه واختباره، ولكن لا ينبغي أن ننسى أنها موجهة للطلاب، وبالإضافة إلى التعليمات والمهام الواضحة، يجب أن تحتوي على وصف للنتائج المتوقعة المرتبطة بالأهداف، ولها إشارات إلى النظرية المواد والأمثلة.

نتيجة إنشاء العمل المختبري الافتراضي هو تنفيذه في عملية التعلم، مما يؤدي إلى زيادة جودة اكتساب المعرفة وإتقان الكفاءات ذات الصلة. هناك عدة طرق "لدمج" العمل المعملي الافتراضي في الكيمياء في العملية التعليمية بالجامعة. في رأينا، عند دراسة مادة جديدة لفهمها وإتقانها بشكل أفضل، فمن المستحسن إجراء عمل معمل افتراضي قصير لتحديث المعرفة أو لتحديثها. إظهار الظواهر التي تتم دراستها، مما يخلق ظروفًا موضوعية لتنفيذ أشكال التعلم النشطة والتفاعلية، وهو ما يتطلبه المعيار التعليمي الحالي. في هذه الحالة، يمكن أن يحل العمل المعملي الافتراضي محل التجربة التوضيحية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، نحن ندرس إمكانيات استخدام العمل المعملي الافتراضي لتعزيز المعرفة والمهارات سواء في الفصل أو في الأنشطة المستقلة اللامنهجية. هناك خيار آخر لاستخدام العمل المختبري الافتراضي في عملية تدريس الكيمياء وهو إعداد الطلاب لأداء العمل المختبري واسع النطاق. من خلال أداء العمل المختبري الافتراضي المكون بشكل صحيح في الكيمياء، يقوم الطلاب، أولاً، بممارسة مهارات حل المشكلات الحسابية حول هذا الموضوع، ثانيًا، توحيد الخوارزمية والتقنية لإجراء تجربة كيميائية، ثالثًا، تعلم قوانين تدفق العمليات الكيميائية باستخدام المشاركة النشطة في عملية التدريب.

المنهجية المقترحة لإنشاء عمل مختبري افتراضي في الكيمياء تزود المعلمين بأدوات قائمة على أساس علمي لإجراء دروس في الكيمياء والتخصصات الكيميائية في شكل تفاعلي بالاشتراك مع العمل اللامنهجي من أجل تكوين وتطوير المهارات المهنية للطلاب.

المراجعون:

Rogovaya O. G.، دكتوراه في العلوم التربوية، أستاذ، رئيس قسم التعليم الكيميائي والبيئي في الجامعة التربوية الحكومية الروسية التي تحمل اسم A.I. هيرزن، سانت بطرسبرغ؛

بيوتروفسكايا ك.ر.، دكتوراه في العلوم التربوية، أستاذ، أستاذ قسم طرق تدريس الرياضيات والمعلوماتية في الجامعة التربوية الحكومية الروسية التي سميت باسم أ. هيرزن، سانت بطرسبرغ.

الرابط الببليوغرافي

جافرونسكايا يو.يو.، أوكسينتشوك ف.ف. منهجية إنشاء أعمال المختبرات الافتراضية في الكيمياء // المشاكل الحديثة للعلوم والتعليم. – 2015. – رقم 2-2.;
عنوان URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (تاريخ الوصول: 01/02/2020). نلفت انتباهكم إلى المجلات التي تصدرها دار النشر "أكاديمية العلوم الطبيعية"

وفقًا للمعايير التعليمية الحكومية الفيدرالية للتعليم المهني العالي في مجالات الدراسة المطبقة في كلية الكيمياء بالجامعة التربوية الحكومية الروسية التي سميت باسمها. منظمة العفو الدولية. هيرزن، يجب أن يتضمن تنظيم العملية التعليمية استخدام الأشكال النشطة والتفاعلية لإجراء الفصول الدراسية، بما في ذلك المحاكاة الحاسوبية. يجب أن تمثل الفصول الدراسية التي يتم إجراؤها بهذه النماذج 30 بالمائة على الأقل من وقت الفصل الدراسي.

تفسير الأشكال النشطة والتفاعلية لإجراء الفصول الدراسية من حيث إشراك الطلاب في التفاعل التعليمي المكثف المباشر أو غير المباشر، يجب الاعتراف بأن برامج التدريب على الكمبيوتر القائمة على مبادئ التكنولوجيا والابتكار والتفرد والتمايز والتكامل تفتح فرصًا جديدة في تنظيم التعليم. تفاعل موضوعات التعلم والمحتوى وطبيعة أنشطتها. على وجه الخصوص، في تدريس الكيمياء، يساعد هذا النهج على زيادة مستوى استيعاب المعرفة بالمعلومات الكيميائية والقدرة على تطبيقها، وتنمية قدرات الطلاب على التفكير التكاملي والإبداعي، وتكوين المهارات المعممة لحل مواقف المشكلات. .

أدى تحسين أدوات التعلم الإلكتروني إلى تحديث العملية التعليمية ككل: يتم عقد المحاضرات في وضع العرض، ويتم استخدام الأساليب التفاعلية لعرض المواد التعليمية لإجراء الفصول العملية والندوات، ويتم إجراء الاختبارات والامتحانات باستخدام التحكم الآلي.

عند تدريس الكيمياء، يظل الجزء الأكثر تحفظًا من العملية التعليمية هو ورشة العمل المخبرية، ولم تتضح بعد إمكانية نقلها بالكامل إلى وضع التعلم الإلكتروني. ومع ذلك، يتم إنشاء فرص خاصة لتنفيذ التعلم التفاعلي هنا من خلال نوع جديد من التجارب الكيميائية التعليمية - مختبر افتراضي.

يُفهم المختبر الافتراضي على أنه برنامج كمبيوتر يسمح لك بمحاكاة عملية كيميائية على جهاز كمبيوتر وتغيير شروط ومعايير تنفيذها. عند أداء العمل في المختبر الافتراضي، يعمل الطالب مع عينات من المواد ومكونات المعدات التي تحاكي مظهر ووظائف الأشياء الحقيقية.

من ناحية، فإن الجوانب الإيجابية للمختبر الافتراضي واضحة - حيث تتيح تقنيات الكمبيوتر الحديثة في بعض الحالات الابتعاد عن السلوك الفعلي للعمليات الكيميائية دون فقدان جودة المعلومات الواردة. تنشأ حاجة خاصة لإجراء العمل المختبري الافتراضي، في المقام الأول، أثناء المراسلات والتعلم عن بعد، وكذلك عندما يعمل الطلاب خارج الفصول الدراسية المفقودة، ونقص المعدات المعقدة والكواشف باهظة الثمن أو التي لا يمكن الوصول إليها. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة لبعض الأعمال، تكون إمكانيات العمل العملي المختبري المحوسب أوسع من الإمكانات التقليدية. وبذلك تتاح للطلاب فرصة دراسة التفاعلات مع المواد المحظورة استخدامها في العملية التعليمية، ولا توجد قيود زمنية، يستطيع الطالب أداء العمل (أو الاستعداد له) خارج وقت الفصل، وتكراره عدة مرات.

على الرغم من المزايا والحاجة الواضحة للممارسة التعليمية في المختبرات الافتراضية، إلا أن عددها وخبرة استخدامها في التعلم التفاعلي والتعلم عن بعد في التخصصات الكيميائية، على سبيل المثال، الكيمياء الفيزيائية، في الممارسة الأجنبية والمحلية ليست كبيرة جدًا. تم إنشاء مختبرات الكيمياء الافتراضية بشكل أساسي للتعليم الثانوي العام ("مختبر الكيمياء الافتراضي للصفوف 8-11"). أما بالنسبة للتعليم العالي، فهناك عدد محدود من المختبرات الكيميائية الافتراضية بشكل رئيسي في الكيمياء غير العضوية والعامة والعضوية للمجالات غير الكيميائية/ملفات التدريب، وجميعها تقريبًا باللغة الإنجليزية، وفي بعض الحالات يلزم التسجيل والدفع مقابل استخدام النسخة الكاملة: Chemlab، Crocodile Chemistry 605، والمنتج التعليمي "Yenka"، المكيف للمدارس الروسية، والذي تم إنشاؤه على أساسه مختبر الكيمياء الافتراضي، Dartmouth ChemLab - دليل تفاعلي لأداء العمل المخبري في الكيمياء العامة، وهو ليس في الواقع مختبرًا افتراضيًا) ومجموعات من التصورات والمحاكاة الحاسوبية ومحاكاة تجارب الكيمياء وVirtlab: مختبر افتراضي والعديد من الآخرين.

المعامل الافتراضية الخاصة بالكيمياء الفيزيائية غير موجودة على الإطلاق في سوق المنتجات التعليمية. بالطبع، تقوم الجامعات، كلما أمكن ذلك، بإنشاء مختبر افتراضي في الكيمياء الفيزيائية، مع مراعاة تفاصيلها، في أغلب الأحيان للعمل مع طلابها. على سبيل المثال، تم تطوير منتج البرنامج "وحدة الكيمياء التطبيقية" (MPH) في قسم IU-6 MSTU. ن. بومان. وفقًا لمنهج تخصص "الكيمياء الفيزيائية"، من المتوقع إجراء عدد من الأعمال المخبرية، بما في ذلك موضوعات "الكيمياء الحرارية"، "توازنات الطور"، "الظواهر السطحية".

بفضل MPH، أصبح من الممكن إجراء العمل المختبري حول هذه المواضيع في الوقت الحقيقي (Real Time)، وتنفيذ نموذج مختلط للتعلم عن بعد. مثال آخر هو العمل المختبري الافتراضي في معهد كيميروفو لتقنيات الأغذية.

إن مستوى هذه التطورات متنوع للغاية من الناحيتين التقنية والمنهجية، كما أن استخدامها محدود. يعد التصميم والتنفيذ المستقل لبيئة تعليمية معلوماتية ضيقة النطاق مهمة معقدة للغاية، وتتطلب قاعدة تشغيل خاصة، وفريقًا من المبرمجين والمدرسين والكيميائيين، وتكاليف مالية ووقتًا كبيرًا. نعتقد أنه سيكون من الأنسب تكييف أو إنشاء عمل معمل افتراضي خاص بنا، داخل المختبر الافتراضي الحالي، والذي يلبي تفاصيل برنامج OOP هذا وبرنامج الانضباط. وعلى وجه الخصوص، استخدمنا المختبر الافتراضي لمشروع ChemCollective لإنشاء أعمال المختبر الافتراضي الخاصة بنا في الكيمياء الفيزيائية.

مختبر الكيمياء IrYdium، الذي كانت مزاياه عبارة عن مجموعة مُرضية من الكواشف الافتراضية والأدوات الفيزيائية والكيميائية، وواجهة سهلة الاستخدام متأثرة بالسكان الذين ينالون الجنسية الروسية جزئيًا، وبرنامج تطوير المهام المدمج، والاستخدام المجاني المسموح به من قبل المطورين.

تم إنشاؤه بواسطتنا على أساس مختبر الكيمياء IrYdium وتم اختباره في ورشة عمل معملية للكيمياء الفيزيائية في الجامعة التربوية الحكومية الروسية التي سميت باسمها. منظمة العفو الدولية. أعمال مختبر هيرزن الافتراضي هي محاكاة للعمل التجريبي لورشة عمل معملية حقيقية حول موضوع "الكيمياء الحرارية": "تحديد حرارة ذوبان الملح"، "تحديد التأثير الحراري لتكوين الهيدرات البلورية من الملح والماء اللامائي" "تحديد حرارة تحييد حمض قوي بقاعدة قوية" ، والتي يتم تنفيذها من خلال برامج عمل التخصص الأكاديمي "الكيمياء الفيزيائية". يتضمن كل عمل مجموعة واسعة من المهام (المواد قيد الدراسة وكتلتها/حجمها) ويتم تزويده بتعليمات منهجية للطلاب والمعلمين. إن تقدم العمل في المختبر الافتراضي هو أقرب ما يكون إلى إجراء تجربة كيميائية حقيقية؛ باستخدام برنامج كمبيوتر، يقوم الطالب بتنفيذ إجراءات معينة فكر فيها وفقًا لمهمة محددة: اختيار الكواشف، والوزن، وقياس الأحجام، وتسجيل التغيرات في درجات الحرارة، وإبداء الملاحظات (على شكل صور افتراضية)، والعمليات، والتلخيص والتحليل النتائج التجريبية في التقرير.

على الرغم من المزايا الموصوفة، مع تطور تقنيات تدريس الكمبيوتر، تتم مناقشة مسألة الحاجة إلى إنشاء عمل مختبري افتراضي والنقل الجزئي أو الكامل لورش العمل من المختبرات إلى فصول الكمبيوتر بشكل متزايد.

في الوقت نفسه، يفسر بعض المؤلفين الحاجة إلى مثل هذا التحول بسبب ارتفاع تكلفة معدات المختبرات، والبعض الآخر بسبب قلة الموارد الزمنية أو توحيد البرامج التعليمية وفقًا لإعلان بولونيا، وما إلى ذلك. ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي المختبر الافتراضي هو عدم وجود اتصال مباشر بين الطالب وموضوع البحث والأدوات والمعدات.

مثل معظم زملائنا، نعتقد أن موضوع دراسة الكيمياء هو مادة لها مجموعة من الخصائص والخصائص التي لا يمكن حتى لنموذج الكمبيوتر الأكثر تقدمًا إعادة إنتاجها. يجب أن يأخذ النهج المتبع في مشكلة إنشاء العمل المختبري الافتراضي وتنفيذها في العملية التعليمية في الاعتبار تفاصيل النظام الكيميائي من أجل منع إنتاج جيش من المتخصصين "الافتراضيين" الذين لديهم خبرة في العمل فقط مع النماذج المثالية، وليس بالأشياء والظواهر الحقيقية، في حين أن مستوى مسؤوليتهم عند العمل في الإنتاج كبير جدًا لدرجة أنه لا يحدد السلامة البيئية فحسب، بل يحدد أيضًا وجود العالم المحيط ذاته.

أظهرت تجربة استخدام العمل المختبري الافتراضي في ورشة عمل الكيمياء أنه من الأفضل الجمع بين التجربة الافتراضية والحقيقية، حيث يكون لنموذج الكمبيوتر للعملية قيد الدراسة وظيفة مساعدة تتمثل في إعداد الطالب للعمل باستخدام أشياء حقيقية. يتيح لك المختبر الافتراضي وضع منهجية لدراسة عملية حقيقية، وتوقع الأخطاء المحتملة في إعداد التجربة وإجرائها، وتسريع المعالجة الرياضية وتفسير البيانات التي تم الحصول عليها، وإعداد تقرير. لدى المعلم فرصة حقيقية لتكليف الطلاب بمهمة تحديد الظروف المثلى للتجربة. يمكن تنفيذ حل هذه المشكلة في تجربة كيميائية افتراضية بعد دراسة خصائص النموذج، مما يسمح للطلاب بتبرير شروط إجراء تجربة حقيقية بشكل معقول. وينطبق هذا بشكل خاص في حالة العمل مع الأجسام الكيميائية الخطرة (على سبيل المثال، الأحماض والقلويات المركزة، والمواد القابلة للاشتعال أو السامة)، فيجب استخدام المعامل الافتراضية في المراحل الأولى، ولا يتم المضي قدمًا إلا بعد الحصول على المهارات المطلوبة، إذا اللازمة للعمل مع الأشياء الحقيقية.

ليس هناك شك في أن العمل المختبري الافتراضي وعمليات المحاكاة الحاسوبية الأخرى التي نقدمها لا يمكن ولا ينبغي أن تحل محل تجربة كيميائية حقيقية، ومع ذلك، هناك عدد من المواقف التي يكون فيها استخدام المختبر الافتراضي هو الطريقة المفضلة أو الوحيدة الممكنة للتعلم. بادئ ذي بدء، هذا هو التعلم عن بعد، عندما لا يكون الطالب موجودًا فعليًا في المختبر، على سبيل المثال، أثناء التعلم عن بعد أو بدوام كامل بسبب المرض أو بسبب التدريب في الخارج. بالإضافة إلى ذلك، هناك حاجة لتعويض الفصول الدراسية المفقودة، والحاجة إلى الإعداد/التدريب قبل أداء العمل المختبري الفعلي، وما إلى ذلك. من خلال الأشكال التفاعلية لإجراء الفصول الدراسية، يسمح العمل المعملي الافتراضي بمحاكاة حاسوبية مرئية وموثوقة للعملية الفيزيائية والكيميائية، وتسبب ومراقبة استجابة النظام للتأثيرات الخارجية، بما في ذلك الحد الأقصى لعدد الطلاب في الفصل الدراسي في التفاعل التعليمي المثمر.

وبالتالي، من وجهة نظرنا، يجب أن تحتوي الأشكال النشطة والتفاعلية لفصول الكيمياء على تجارب حقيقية على المعدات الحديثة وأعمال مختبرية افتراضية لدراسة العمليات الكيميائية بنسبة مثالية وقائمة على أسس علمية، مما سيسمح بالتطور الديناميكي للكيمياء. هيكل ومنهجية تدريس الكيمياء على أساس أحدث إنجازات العلوم والتكنولوجيا وأساليب المعرفة. التعاون التدريب الاعتداء الظاهري