کار مجازی در شیمی. آزمایشگاه های مجازی برای آموزش از راه دور، دانشگاه ها و مدارس

تجسم یکی از مؤثرترین روش‌های آموزشی است که به درک آسان‌تر و عمیق‌تر ماهیت پدیده‌های مختلف کمک می‌کند؛ بی‌دلیل نیست که از زمان‌های قدیم از ابزارهای بصری استفاده می‌شده است. تجسم و مدل‌سازی به‌ویژه هنگام مطالعه اشیاء و پدیده‌های پویا و متغیر با زمان مفید است که درک آنها با نگاه کردن به یک تصویر ثابت ساده در یک کتاب درسی معمولی دشوار است. کار آزمایشگاهی و آزمایش های آموزشی نه تنها مفید است، بلکه بسیار جالب است - البته با سازماندهی مناسب.

همه آزمایش‌های آموزشی نمی‌توانند یا نباید در حالت «واقعی» انجام شوند. جای تعجب نیست که فناوری های مدل سازی کامپیوتری به سرعت به این منطقه آمدند. در حال حاضر تعدادی بسته نرم افزاری در بازار وجود دارد که برای انجام آزمایش های آموزشی مجازی طراحی شده اند. این بررسی جنبه نسبتا جدیدی از چنین راه حل هایی را بررسی می کند: آزمایشگاه های آنلاین مجازی. با کمک آنها می توانید آزمایش های کامپیوتری را بدون خرید برنامه های اضافی انجام دهید و در هر زمان مناسب به اینترنت دسترسی داشته باشید.

در حال حاضر چندین روند در توسعه پروژه های شبکه مدرن از این نوع مشاهده می شود. اولین مورد پراکندگی در مقدار قابل توجهی از منابع است. در کنار پروژه های بزرگی که حجم قابل توجهی از محتوا را جمع آوری می کنند، سایت های زیادی وجود دارند که حاوی تعداد کمی آزمایشگاه هستند. گرایش دوم، حضور پروژه‌های چندصنعتی ارائه‌دهنده آزمایشگاه‌های حوزه‌های مختلف دانش و پروژه‌های تخصصی موضوعی است. در نهایت، لازم به ذکر است که آزمایشگاه های اختصاص یافته به علوم طبیعی به بهترین وجه به صورت آنلاین ارائه می شوند. در واقع: آزمایش‌های فیزیکی به طور کلی می‌تواند کاری بسیار گران باشد، اما یک آزمایشگاه کامپیوتری به شما امکان می‌دهد به پشت صحنه فرآیندهای پیچیده نگاه کنید. شیمی همچنین مزایایی دارد: نیازی به خرید معرف های واقعی، تجهیزات آزمایشگاهی نیست و ترس از خراب شدن چیزی در صورت بروز خطا وجود ندارد. یک زمینه به همان اندازه حاصلخیز برای کارگاه های آزمایشگاهی مجازی، زیست شناسی و اکولوژی است. بر کسی پوشیده نیست که مطالعه دقیق یک شی بیولوژیکی اغلب به مرگ آن ختم می شود. سیستم‌های اکولوژیکی بزرگ و پیچیده هستند، بنابراین استفاده از مدل‌های مجازی این امکان را فراهم می‌کند که درک آنها را ساده‌تر کند.

بررسی ما شامل چندین مورد از جالب ترین پروژه های آنلاین، هم چند رشته ای و هم موضوعی است. تمام منابع وب در این بررسی سایت هایی با دسترسی آزاد و باز هستند.

VirtuLab

منبع VirtuLab بزرگترین مجموعه تجربیات مجازی در رشته های مختلف دانشگاهی در RuNet مدرن است. واحد اصلی مجموعه یک آزمایش مجازی است. از نقطه نظر فنی، این یک ویدیوی تعاملی است که با استفاده از Adobe Flash ساخته شده است. برخی از آزمایشگاه ها به صورت گرافیک سه بعدی ساخته می شوند. برای کار با آنها باید Adobe Shockwave Player را با افزونه Havok Physics Scene نصب کنید. می توانید این افزونه را در direct-online.com پیدا کنید. باید آرشیو به دست آمده را در پوشه Xtras Adobe Shockwave Player خود که در فهرست سیستم ویندوز قرار دارد، باز کنید.

منبع VirtuLab بزرگترین مجموعه مجازی آنلاین است
آزمایشگاه هادر روسی

هر ویدیو به شما امکان می دهد آزمایشی را انجام دهید که هدف آموزشی و وظیفه ای روشن دارد. تمام ابزارها و اشیاء لازم برای به دست آوردن نتیجه به کاربر ارائه می شود. وظایف و نکات به صورت پیامک نمایش داده می شود. ویدیوهای VirtuLab جنبه آموزشی قوی دارند، به عنوان مثال، اگر کاربر اشتباه کند، تا زمانی که خطا اصلاح نشود، سیستم به او اجازه نمی دهد.

مجموعه آزمایشات VirtuLab بسیار گسترده و متنوع است. VirtuLab موتور جستجوی داخلی خود را ندارد، بنابراین برای یافتن آزمایش مورد نیاز خود، فقط باید در بخش های کاتالوگ پیمایش کنید. آرشیو به چهار بلوک اصلی تقسیم شده است: "فیزیک"، "شیمی"، "زیست شناسی" و "اکولوژی". در درون آنها بخش های موضوعی باریک تری وجود دارد. به ویژه، برای فیزیک، اینها بخش هایی از این رشته هستند. آزمایش هایی برای آشنایی با مکانیک، اثرات الکتریکی و نوری وجود دارد. تعدادی از آزمایشگاه ها در گرافیک سه بعدی طراحی شده اند که به نشان دادن انواع آزمایش ها کمک می کند: از آزمایش با دینامومتر گرفته تا شکست و سایر اثرات نوری.

در "زیست شناسی" اساس تقسیم بندی کلاس های برنامه درسی مدرسه بود. محتوای وظایف در اینجا می تواند بسیار متفاوت باشد. بنابراین، وظایفی برای مطالعه ویژگی های ساختاری موجودات زنده مختلف (به عنوان مثال، مجموعه ای برای جمع آوری انواع موجودات از "قطعات" پیشنهادی) و کارهایی وجود دارد که کار با میکروسکوپ و آماده سازی بافت های مختلف را شبیه سازی می کند.

وب سایت PhET مجموعه ای چند رشته ای از اپلت های جاوا است،
که می توانید هم به صورت آنلاین و هم در رایانه محلی خود با آن کار کنید

به طور جداگانه، در بخش Cutting Edge Research، نسخه‌های نمایشی اختصاص داده شده به آخرین تحقیقات برجسته شده‌اند. موارد جدید به طور مرتب در آرشیو ظاهر می شوند؛ بخش New Sims به آنها اختصاص داده شده است.

به قسمت Translated Sims توجه کنید. این صفحه شامل فهرستی از تمام زبان هایی است که آزمایشگاه های مجازی ارائه شده به آنها ترجمه شده اند. یک روسی نیز در میان آنها وجود دارد - امروز دقیقاً پنجاه آزمایش از این دست وجود دارد. عجیب است که تعداد تظاهرات به زبان های انگلیسی، صربی و مجارستانی تقریباً برابر است. در صورت تمایل می توانید در تظاهرات ترجمه شرکت کنید. برای این منظور یک اپلیکیشن ویژه به نام PhET Translation Utility ارائه شده است.

نمایش PhET چیست و چه کسی می تواند از آنها بهره مند شود؟ آنها بر اساس فناوری جاوا ساخته شده اند. این به شما امکان می‌دهد آزمایش‌ها را به صورت آنلاین اجرا کنید، اپلت‌ها را در رایانه محلی خود بارگیری کنید و آنها را در سایر صفحات وب به عنوان ویجت جاسازی کنید. همه این گزینه ها در هر صفحه نمایشی PhET ارائه شده است.

تمام آزمایشات PhET تعاملی هستند. آنها شامل یک یا چند کار و همچنین مجموعه ای از تمام عناصر لازم برای حل آنها هستند. از آنجایی که راه حل معمولاً با جزئیات کافی در یادداشت های متنی توضیح داده می شود، هدف اصلی از نمایش ها تجسم و توضیح جلوه ها است و نه آزمایش دانش و مهارت های کاربر. بنابراین، یکی از نمایش‌های بخش شیمیایی ساخت مولکول‌هایی از اتم‌های پیشنهادی و مشاهده یک تجسم سه بعدی از نتیجه را پیشنهاد می‌کند. در بخش بیولوژیکی یک ماشین حساب برای تعادل کالری مصرفی فرد در طول روز وجود دارد: می توانید انواع و مقادیر غذای مصرف شده و همچنین میزان ورزش بدنی را مشخص کنید. سپس تنها چیزی که باقی می ماند مشاهده تغییرات در "مرد کوچک" آزمایشی در یک سن، قد و وزن اولیه است. بخش ریاضیات دارای ابزارهای بسیار مفیدی برای ترسیم توابع مختلف، بازی های حسابی و دیگر برنامه های کاربردی جالب است. بخش فیزیک طیف وسیعی از "آزمایشگاه ها" را ارائه می دهد که انواع پدیده ها را نشان می دهد - از حرکت ساده تا برهم کنش های کوانتومی.

PhET
مقطع تحصیلی: 4
زبان رابط:انگلیسی، روسی موجود است
توسعه دهنده:دانشگاه کلرادو
سایت اینترنتی: phet.colorado.edu

پروژه تظاهرات ولفرام

یک منبع بسیار ارزشمند از آزمایشگاه‌های آنلاین، پروژه چند رشته‌ای Wolfram Demonstrations است. هدف این پروژه نشان دادن واضح مفاهیم علم و فناوری مدرن است. Wolfram ادعا می کند که یک پلت فرم واحد برای ایجاد یک کاتالوگ یکپارچه از آزمایشگاه های تعاملی آنلاین است. به گفته توسعه دهندگان، این به کاربران امکان می دهد از مشکلات مرتبط با استفاده از منابع یادگیری ناهمگن و پلت فرم های توسعه اجتناب کنند.

کاتالوگ پروژه تظاهرات Wolfram شامل بیش از 7 هزار است.
آزمایشگاه های مجازی

این سایت بخشی از یک پروژه اینترنتی بزرگ به نام Wolfram است. پروژه تظاهرات Wolfram در حال حاضر دارای یک کاتالوگ چشمگیر از بیش از 7000 دمو تعاملی است.

اساس فناوری برای ایجاد آزمایشگاه ها و نمایش ها بسته Wolfram Mathematica است. برای مشاهده دموها، باید Player ویژه Wolfram CDF را دانلود و نصب کنید که حجم آن کمی بیش از 150 مگابایت است.

کاتالوگ پروژه شامل 11 بخش اصلی مرتبط با شاخه های مختلف دانش و فعالیت های انسانی است. بخش‌های بزرگ فیزیکی، شیمیایی و ریاضی و همچنین بخش‌های اختصاص داده شده به فناوری و مهندسی وجود دارد. علوم زیستی به خوبی نشان داده شده است. سطوح پیچیدگی مدل ها و همچنین سطوح ارائه بسیار متفاوت است. این کاتالوگ شامل نمایش های کاملاً پیچیده با هدف آموزش عالی است؛ بسیاری از آزمایشگاه ها به نشان دادن آخرین دستاوردهای علمی اختصاص داده شده اند. در عین حال، سایت دارای بخش هایی برای کودکان است. مانع زبان ممکن است ناراحتی خاصی باشد: پروژه Wolfram در حال حاضر صرفاً به زبان انگلیسی است. با این حال، متن کمی در دموها و آزمایشگاه‌ها وجود دارد، ابزارهای کنترلی بسیار ساده هستند و درک آنها بدون درخواست آسان است.

هیچ کار یا کنترل خاصی بر اجرای آنها وجود ندارد. با این حال، محتوا را نمی توان به سادگی ارائه یا ویدیو نامید. در دموهای Wolfram مقدار زیادی تعامل وجود دارد. تقریباً همه آنها ابزارهایی دارند که به تغییر پارامترهای اشیاء نمایش داده شده کمک می کند و در نتیجه آزمایش های مجازی روی آنها انجام می شود. این به درک عمیق تر از فرآیندها و پدیده های نشان داده شده کمک می کند.

پروژه تظاهرات ولفرام
مقطع تحصیلی: 4
زبان رابط: انگلیسی
توسعه دهنده:پروژه تظاهرات Wolfram و مشارکت کنندگان
سایت اینترنتی: demonstrations.wolfram.com

آزمایشگاه شیمی ایریدیوم

علاوه بر پروژه های "چند صنعتی" در وب مدرن، آزمایشگاه های آنلاین تخصصی زیادی وجود دارد که به برخی از علوم اختصاص یافته است. بیایید با The ChemCollective شروع کنیم، پروژه ای که به مطالعه شیمی اختصاص دارد. این شامل بسیاری از مطالب موضوعی به زبان انگلیسی است. یکی از جالب ترین بخش های آن، آزمایشگاه مجازی خود به نام آزمایشگاه شیمی IrYdium است. ساختار آن به طور قابل توجهی با تمام پروژه های مورد بحث در بالا متفاوت است. واقعیت این است که هیچ آزمایش خاص و خاصی با وظایف خود در اینجا ارائه نشده است. در عوض، به کاربر آزادی عمل تقریبا کامل داده می شود.

آزمایشگاه شیمی آنلاین IrYdium متفاوت است
انعطاف پذیری بالا در راه اندازی و بهره برداری

این آزمایشگاه در قالب یک اپلت جاوا ایجاد شد. به هر حال، می توان آن را بارگیری کرد و در رایانه محلی خود اجرا کرد - لینک دانلود مربوطه در صفحه اصلی پروژه قرار دارد.

رابط اپلت به چندین منطقه تقسیم می شود. در وسط یک فضای کاری وجود دارد که پیشرفت آزمایش در آن نمایش داده می شود. ستون سمت راست نوعی "داشبورد" است - اطلاعاتی را در مورد واکنش هایی که در حال وقوع هستند نشان می دهد: دما، اسیدیته، مولاریته و سایر داده های کمکی. در سمت چپ اپلت به اصطلاح "Reagent Warehouse" وجود دارد. این مجموعه ای از انواع معرف های مجازی است که به شکل یک درخت سلسله مراتبی ساخته شده است. در اینجا می توانید اسیدها، بازها، مواد شاخص و هر چیز دیگری را که یک شیمیدان تجربی به آن نیاز دارد بیابید. برای کار با آنها، مجموعه خوبی از ظروف شیشه ای مختلف آزمایشگاهی، مشعل، ترازو و سایر تجهیزات ارائه می شود. در نتیجه، کاربر یک آزمایشگاه مجهز با قابلیت آزمایش بسیار محدود در اختیار دارد.

از آنجایی که در اینجا کار خاصی وجود ندارد، آزمایش ها به روشی انجام می شود که برای کاربر ضروری و جالب باشد. تنها چیزی که باقی می ماند این است که مواد لازم را انتخاب کنید، یک راه اندازی آزمایشی با استفاده از تجهیزات مجازی پیشنهادی ایجاد کنید و واکنش را شروع کنید. بسیار راحت است که ماده حاصل را می توان به مجموعه معرف ها برای استفاده در آزمایش های بعدی اضافه کرد.

به طور کلی، معلوم شد که منبع جالب و مفیدی است که با انعطاف پذیری بالا در استفاده مشخص می شود. اگر وجود ترجمه تقریباً کامل روسی برنامه را در نظر بگیریم، آزمایشگاه شیمی IrYdium می تواند به ابزار بسیار مفیدی برای تسلط بر دانش پایه شیمی تبدیل شود.

آزمایشگاه شیمی ایریدیوم
مقطع تحصیلی: 5
زبان رابط:روسی انگلیسی
توسعه دهنده: ChemCollective
سایت اینترنتی: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

"آزمایشگاه مجازی" teachmen.ru

این دومین پروژه روسی در بررسی ما است. این منبع در پدیده های فیزیکی تخصص دارد. دامنه آزمایشگاه های مجازی فقط به برنامه درسی مدرسه محدود نمی شود. تجربیات آنلاین ارائه شده توسط متخصصان دانشگاه دولتی چلیابینسک، نه تنها برای دانش‌آموزان، بلکه برای دانش‌آموزان نیز مناسب است. از نقطه نظر فنی، این منبع ترکیبی از فلش و جاوا است، بنابراین باید از قبل به‌روزرسانی‌های ماشین مجازی جاوا را در رایانه خود بررسی کنید.

وظایف پروژه "آزمایشگاه مجازی" متفاوت است
دشواری بالاتر

طراحی آزمایشگاه ها در اینجا شماتیک و دقیق است. به نظر می رسد که تصاویر متحرک عجیب و غریب از یک کتاب درسی ظاهر می شود. این با در دسترس بودن مواد در نظر گرفته شده برای همراهی جلسات آموزشی تاکید می شود. تاکید اصلی در چنین آزمایشاتی بر انجام وظایف خاص و آزمایش دانش کاربر است.

کاتالوگ پروژه شامل دوازده بخش موضوعی اصلی - از مکانیک گرفته تا فیزیک اتمی و هسته ای است. هر یک از آنها حاوی حداکثر ده آزمایشگاه مجازی تعاملی مربوطه است. یادداشت‌های سخنرانی مصور نیز ارائه می‌شوند، برخی با آزمایش‌های مجازی خودشان.

محیط کاری آزمایشگر در اینجا با دقت کامل بازتولید شده است. دستگاه ها در قالب نمودار نشان داده شده اند، پیشنهاد می شود نمودارها ساخته شوند و پاسخ ها از گزینه های موجود انتخاب شوند. آزمایش‌ها در "آزمایشگاه مجازی" پیچیده‌تر از VirtuLab هستند. مجموعه منابع شامل آزمایش‌هایی در فیزیک اتمی و هسته‌ای، فیزیک لیزر، و همچنین یک «سازنده اتم» است که پیشنهاد می‌کند یک اتم را از ذرات بنیادی مختلف جمع‌آوری کند. آزمایش‌هایی برای یافتن و خنثی‌سازی منبع تشعشع و بررسی خواص لیزرها وجود دارد. علاوه بر این، آزمایشگاه های "مکانیکی" نیز وجود دارد که عمدتاً دانش آموزان مدرسه را هدف قرار می دهند.

آزمایشگاه های آنلاین در

علاوه بر منابع بزرگ با ده‌ها و صدها سایت آزمایشی مجازی در اینترنت، سایت‌های کوچک بسیاری وجود دارند که آزمایش‌های جالبی را در مورد یک موضوع خاص و معمولاً محدود ارائه می‌دهند.

یک نقطه شروع خوب در هنگام جستجوی مجازی کوچک
آزمایشگاه هاقادر به تبدیل شدن به یک پروژه آزمایشگاه آنلاین در

در چنین شرایطی، برای یافتن نمایش‌های لازم، پروژه‌های کاتالوگی که پیوندهای این گونه سایت‌ها را جمع‌آوری و نظام‌مند می‌کنند، مطمئنا مفید خواهند بود. آزمایشگاه های آنلاین در دایرکتوری (onlinelabs.in) می تواند نقطه شروع خوبی باشد. این منبع پیوندهایی را به پروژه‌هایی که آزمایش‌ها و آزمایشگاه‌های آنلاین با دسترسی آزاد را در شاخه‌های مختلف علوم ارائه می‌دهند، جمع‌آوری و نظام‌بندی می‌کند. برای هر علم یک بخش مربوطه وجود دارد. زمینه های مورد علاقه این پروژه در درجه اول فیزیک، شیمی و زیست شناسی است. این بخش ها بزرگترین و به روزترین هستند. علاوه بر این، موارد اختصاص یافته به آناتومی، نجوم، زمین شناسی و ریاضیات به تدریج تکمیل می شوند. هر بخش حاوی پیوندهایی به منابع اینترنتی مرتبط با خلاصه ای کوتاه به زبان انگلیسی است که هدف یک آزمایشگاه خاص را توصیف می کند.

"آزمایشگاه مجازی" teachmen.ru
مقطع تحصیلی: 3
زبان:روسی
توسعه دهنده:دانشگاه دولتی چلیابینسک
سایت اینترنتی:

آموزش جهانی و روند علمی در سال های اخیر به وضوح تغییر کرده است، اما به دلایلی کمتر در مورد نوآوری های موفقیت آمیز و فرصت هایی که ایجاد می کنند و بیشتر در مورد رسوایی های امتحانات محلی صحبت می کنند. در همین حال، ماهیت فرآیند آموزشی با ضرب المثل انگلیسی "شما می توانید اسب را به آب هدایت کنید، اما نمی توانید آن را بنوشید" به زیبایی منعکس شده است.

آموزش مدرن اساساً زندگی دوگانه ای دارد. در زندگی رسمی او یک برنامه، مقررات، امتحانات، یک نبرد "بی معنی و بی رحم" بر سر ترکیب موضوعات در دوره مدرسه، بردار موقعیت رسمی و کیفیت آموزش وجود دارد. و در زندگی واقعی او، به عنوان یک قاعده، همه چیزهایی که آموزش مدرن نشان می دهد متمرکز است: دیجیتالی شدن، آموزش الکترونیکی، آموزش موبایلی، آموزش از طریق Coursera، UoPeople و سایر موسسات آنلاین، وبینارها، آزمایشگاه های مجازی، و غیره. همه اینها در حال حاضر بخشی نشده است. از پارادایم آموزشی پذیرفته شده جهانی است، اما به صورت محلی دیجیتالی کردن کار آموزشی و پژوهشی در حال حاضر در حال انجام است.

آموزش MOOC (دوره های آنلاین آزاد گسترده، سخنرانی های انبوه از منابع باز) برای انتقال ایده ها، فرمول ها و سایر دانش های نظری در درس ها و سخنرانی ها عالی است. اما برای تسلط کامل بر بسیاری از رشته ها، آموزش عملی نیز مورد نیاز است - یادگیری دیجیتال این نیاز تکاملی را "احساس" کرد و "شکل جدیدی از زندگی" ایجاد کرد - آزمایشگاه های مجازی، خودشون برای آموزش مدرسه و دانشگاه.

مشکل شناخته شده آموزش الکترونیکی: بیشتر موضوعات نظری تدریس می شود. شاید مرحله بعدی در توسعه آموزش آنلاین پوشش حوزه های عملی باشد. و این در دو جهت اتفاق خواهد افتاد: اولی تفویض قراردادی عمل به دانشگاه‌های موجود (مثلاً در مورد پزشکی) و دوم توسعه آزمایشگاه‌های مجازی به زبان‌های مختلف.

چرا به آزمایشگاه های مجازی یا آزمایشگاه های مجازی نیاز داریم؟

• برای آماده شدن برای کارهای آزمایشگاهی واقعی.
• برای کلاس های مدرسه، در صورت عدم وجود شرایط مناسب، مواد، معرف ها و تجهیزات.
• برای آموزش از راه دور.
• برای مطالعه مستقل رشته ها در بزرگسالی یا همراه با کودکان، زیرا بسیاری از بزرگسالان، به دلایلی یا دیگری، نیاز دارند آنچه را که هرگز در مدرسه آموخته یا درک نشده اند، "به خاطر بسپارند".
• برای کار علمی
• برای آموزش عالی با یک جزء عملی مهم.

انواع آزمایشگاه های مجازی. آزمایشگاه های مجازی می توانند دو بعدی یا سه بعدی باشند. ساده ترین برای دانش آموزان مدارس ابتدایی و پیچیده، کاربردی برای دانش آموزان، دانش آموزان و معلمان راهنمایی و دبیرستان. آزمایشگاه های مجازی خودشان برای رشته های مختلف توسعه یافته اند. اغلب اینها فیزیک و شیمی هستند، اما موارد کاملاً اصلی نیز وجود دارد، به عنوان مثال، آزمایشگاه مجازی برای بوم شناسان.

دانشگاه های به ویژه جدی آزمایشگاه های مجازی خود را دارند، به عنوان مثال، دانشگاه هوافضای دولتی سامارا به نام آکادمیسین S.P. Korolev و موسسه ماکس پلانک برلین برای تاریخ علم (MPIWG). بیاد داشته باشیم که ماکس پلانک یک فیزیکدان نظری آلمانی و بنیانگذار فیزیک کوانتومی است. آزمایشگاه مجازی مؤسسه حتی یک وب سایت رسمی نیز دارد. با استفاده از این لینک می توانید این ارائه را تماشا کنید آزمایشگاه مجازی: ابزارهایی برای تحقیق در مورد تاریخچه تجربی.آزمایشگاه آنلاین بستری است که مورخان تحقیقات خود را در مورد موضوع آزمایش در زمینه های مختلف علوم (از فیزیک گرفته تا پزشکی)، هنر، معماری، رسانه و فناوری منتشر می کنند و به بحث می پردازند. همچنین حاوی تصاویر و متون در مورد جنبه های مختلف فعالیت های تجربی است: ابزار، پیشرفت آزمایش ها، فیلم ها، عکس های دانشمندان و غیره. دانش آموزان می توانند حساب کاربری خود را در این آزمایشگاه مجازی ایجاد کنند و آثار علمی را برای بحث اضافه کنند.

آزمایشگاه مجازی موسسه ماکس پلانک برای تاریخ علم

پورتال Virtulab

متأسفانه، انتخاب آزمایشگاه‌های مجازی روسی زبان هنوز کوچک است، اما موضوع زمان است. گسترش آموزش الکترونیکی در بین دانش آموزان و دانشجویان، نفوذ گسترده دیجیتالی شدن به مؤسسات آموزشی به هر نحوی تقاضا ایجاد می کند و سپس آنها شروع به توسعه گسترده آزمایشگاه های مجازی مدرن زیبا در رشته های مختلف خواهند کرد. خوشبختانه، در حال حاضر یک پورتال تخصصی نسبتا توسعه یافته اختصاص داده شده به آزمایشگاه های مجازی وجود دارد - Virtulab.Net. راه حل های بسیار خوبی ارائه می دهد و چهار رشته را پوشش می دهد: فیزیک، شیمی، زیست شناسی و اکولوژی.

آزمایشگاه مجازی سه بعدی برای فیزیک Virtulab .Net

تمرین مهندسی مجازی

Virtulab.Net هنوز مهندسی را در میان تخصص های خود فهرست نکرده است، اما گزارش می دهد که آزمایشگاه های مجازی فیزیک که در آنجا میزبانی می شوند نیز می توانند در آموزش مهندسی از راه دور مفید باشند. از این گذشته، برای مثال، برای ساخت مدل‌های ریاضی، درک عمیق ماهیت فیزیکی اشیاء مدل‌سازی ضروری است. به طور کلی، آزمایشگاه های مجازی مهندسی پتانسیل بسیار بالایی دارند. آموزش مهندسی تا حد زیادی تمرین محور است، اما چنین آزمایشگاه های مجازی هنوز به ندرت در دانشگاه ها استفاده می شوند، زیرا بازار آموزش دیجیتال در زمینه مهندسی توسعه نیافته است.

مجتمع های آموزشی مسئله محور سیستم CADIS (SSAU). برای تقویت آموزش متخصصان فنی، دانشگاه هوافضای سامارا به نام کورولف آزمایشگاه مجازی مهندسی خود را توسعه داده است. مرکز فناوری‌های اطلاعات جدید (CNIT) SSAU «مجتمع‌های آموزشی مشکل‌محور سیستم CADIS» را ایجاد کرده است. مخفف CADIS مخفف «سیستم مجموعه‌های ابزار خودکار آموزشی» است. این کلاس‌ها کلاس‌های ویژه‌ای هستند که در آن کارگاه‌های آزمایشگاهی مجازی در مورد مقاومت مصالح، مکانیک سازه، روش‌های بهینه‌سازی و مدل‌سازی هندسی، طراحی هواپیما، علم مواد و عملیات حرارتی و سایر رشته‌های فنی برگزار می‌شود. برخی از این کارگاه ها به صورت رایگان در سرور مؤسسه تحقیقات علمی مرکزی SSAU در دسترس هستند. کلاس های مجازی شامل توضیحاتی از اشیاء فنی با عکس ها، نمودارها، لینک ها، نقاشی ها، فیلم، صدا و انیمیشن های فلش با ذره بین برای بررسی جزئیات کوچک یک واحد مجازی است. امکان خود نظارتی و آموزش نیز وجود دارد. این همان چیزی است که مجتمع های سیستم مجازی CADIS عبارتند از:

• تیر - مجموعه ای برای تجزیه و تحلیل و ساخت نمودارهای تیرها در طول مقاومت مصالح (مهندسی مکانیک، ساخت و ساز).
• ساختار - مجموعه ای از روش ها برای طراحی مدارهای قدرت سازه های مکانیکی (مهندسی مکانیک، ساخت و ساز).
• بهینه سازی - مجموعه ای در مورد روش های ریاضی بهینه سازی (دوره های آموزشی CAD در مهندسی مکانیک، ساخت و ساز).
• Spline مجموعه ای از روش های درون یابی و تقریب در مدل سازی هندسی (دوره های CAD) است.
• I-beam - مجموعه ای برای مطالعه الگوهای نیروی کار سازه های دیوار نازک (مهندسی مکانیک، ساخت و ساز).

• شیمیدان - مجموعه ای از مجتمع های شیمی (برای دبیرستان، دبیرستان های تخصصی، دوره های مقدماتی برای دانشگاه ها).
• آلی - مجتمع های شیمی آلی (برای دانشگاه ها).
• پلیمر - مجتمع های شیمی ترکیبات مولکولی بالا (برای دانشگاه ها).
• سازنده مولکول ها - برنامه شبیه ساز "سازنده مولکول ها".
• ریاضیات - مجموعه ای از ریاضیات ابتدایی (برای متقاضیان دانشگاه).
• تربیت بدنی مجموعه ای برای پشتیبانی از دوره های نظری تربیت بدنی است.
• متالورژیست - مجموعه ای از متالورژی و عملیات حرارتی (برای دانشگاه ها و دانشکده های فنی).
• Zubrol - مجموعه ای در مورد تئوری مکانیسم ها و قطعات ماشین (برای دانشگاه ها و دانشکده های فنی).

سازهای مجازی در Zapisnyh.Narod.Ru. وب سایت Zapisnyh.Narod.Ru در آموزش مهندسی بسیار مفید خواهد بود، جایی که می توانید ابزارهای مجازی را بر روی کارت صدا به صورت رایگان بارگیری کنید، که فرصت های گسترده ای را برای ایجاد تجهیزات باز می کند. آنها مطمئناً مورد توجه معلمان خواهند بود و در سخنرانی ها، در کارهای علمی و در کارگاه های آزمایشگاهی در رشته های طبیعی و فنی مفید خواهند بود. طیف ابزارهای مجازی ارسال شده در سایت چشمگیر است:

• ژنراتور ترکیبی فرکانس پایین؛
• ژنراتور فرکانس پایین دو فاز؛
• ضبط کننده اسیلوسکوپ;
• اسیلوسکوپ؛
• فرکانس متر؛
• کاراکتر AC;
• تکنوگراف؛
• کنتور برق؛
• R، C، L متر؛
• نوار قلب خانگی;
• برآورد خازن و ESR؛
• سیستم های کروماتوگرافی KhromProtsessor-7-7M-8;
• دستگاه بررسی و عیب یابی ساعت های کوارتز و غیره

یکی از ابزارهای مهندسی مجازی از سایت Zapisnyh.Narod.Ru

آزمایشگاه های مجازی فیزیک

آزمایشگاه مجازی زیست محیطی در Virtulab.Net.آزمایشگاه محیطی پورتال به مسائل کلی توسعه زمین و قوانین فردی می پردازد.

1

روشی برای ایجاد کار آزمایشگاهی در شیمی با استفاده از آزمایشگاه های مجازی شرح داده شده است. ایجاد یک کار آزمایشگاهی مجازی شامل مراحل تعیین اهداف کار آزمایشگاهی، انتخاب آزمایشگاه مجازی، شناسایی قابلیت های شبیه ساز مجازی، تنظیم اهداف، تعیین محتوا و وظایف آموزشی، ترسیم فیلمنامه، آزمایش، تصحیح اسکریپت، ارزیابی و تحلیل قابلیت اطمینان فرآیند و نتیجه آزمایش مجازی در مقایسه با مقیاس کامل، ترسیم توصیه های روش شناختی. مدلی از روش ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی ارائه شده است. دستگاه مفهومی و اصطلاحی در زمینه تحقیق مشخص شده است: تعاریف کار آزمایشگاه مجازی در شیمی، آزمایشگاه شیمی مجازی و آزمایش شیمیایی مجازی ارائه شده است. روش های استفاده از کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی هنگام تحصیل در دانشگاه نشان داده شده است: هنگام مطالعه مطالب جدید، هنگام تجمیع دانش، هنگام آماده شدن برای کار آزمایشگاهی در مقیاس کامل هم در کلاس درس و هم در فعالیت های مستقل فوق برنامه.

آموزش شیمی

آزمایشگاه های مجازی

آزمایش مجازی

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. وسایل الکترونیکی آموزش شیمی. توسعه و روش های استفاده – Minsk: Aversev, 2012. – 206 p.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. کار آزمایشگاهی مجازی در آموزش تعاملی شیمی فیزیک // اخبار دانشگاه دولتی آموزشی روسیه. A.I. هرزن. – 1393. – شماره 168. – ص.79–84.

3. GOST 15971-90. سیستم های پردازش اطلاعات اصطلاحات و تعاریف. - به جای GOST 15971-84؛ ورودی 1992/01/01. - م.: انتشارات استاندارد، 1370. – 12 ص.

4. موروزوف، M. N. توسعه یک آزمایشگاه شیمیایی مجازی برای آموزش مدرسه // فناوری های آموزشی و جامعه. – 2004. – ت 7، شماره 3. – ص 155-164.

5. Pak, M. S. نظریه و روش شناسی تدریس شیمی: کتاب درسی برای دانشگاه ها. – سن پترزبورگ: انتشارات دانشگاه دولتی پداگوژیک روسیه به نام. A.I. هرزن، 2015. – 306 ص.

6. استاندارد آموزشی ایالتی فدرال آموزش عالی حرفه ای در زمینه آموزش 050100 آموزش آموزشی (مدرک تحصیلی (مدرک تحصیلی) "لیسانس") (مصوب با دستور وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه در 22 دسامبر 2009 شماره 788). ) (در تاریخ 31 مه 2011 اصلاح شده است.) [منبع الکترونیکی]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (تاریخ دسترسی: 10/03/15).

7. آزمایشگاه مجازی / ChemCollective. منابع آنلاین آموزش و یادگیری شیمی [منبع الکترونیکی]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (تاریخ دسترسی: 10/03/15).

آزمایشگاه‌های مجازی شیمی، آزمایش مجازی، کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی حوزه‌های امیدوارکننده‌ای در آموزش شیمی هستند که طبیعتاً توجه دانش‌آموزان و معلمان را به خود جلب می‌کنند. ارتباط معرفی آزمایشگاه های مجازی به عمل آموزشی، اولاً با چالش های اطلاعاتی زمان و ثانیاً توسط الزامات نظارتی برای سازماندهی آموزش، یعنی استانداردهای آموزشی تعیین می شود. به منظور اجرای رویکرد مبتنی بر شایستگی، استانداردهای آموزشی فعلی فدرال ایالتی آموزش عالی استفاده گسترده در فرآیند آموزشی از اشکال فعال و تعاملی برگزاری کلاس ها، از جمله شبیه سازی های کامپیوتری، در ترکیب با کار فوق برنامه به منظور شکل گیری را فراهم می کند. و مهارت های حرفه ای دانش آموزان را توسعه دهد.

در این زمینه، از نظر شیوع و تقاضا، رهبر "شیمی 8-11 کلاس - آزمایشگاه مجازی" MarSTU است که برای دانش آموزان و متقاضیان در نظر گرفته شده است. کارها و آزمایش های عملی تعاملی در شیمی VirtuLab (http://www.virtulab.net/) نیز به خوبی شناخته شده است. در سطح آموزش عالی، منابع روسی زبان در بازار آموزشی شامل آزمایشگاه های شیمیایی مجازی ENK، پیشرفت های خود دانشگاه ها (و به عنوان یک قاعده بسته) و تعدادی از منابع به زبان های خارجی است. توضیحاتی در مورد آزمایشگاه های مجازی موجود در شیمی بیش از یک بار ارائه شده است و مطمئناً لیست آنها گسترش خواهد یافت. آزمایشگاه های مجازی با اطمینان در تمرین شیمی و رشته های شیمی جای خود را می گیرند، در عین حال، مبانی نظری و روش شناختی استفاده از آنها و ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی بر اساس آنها تازه در حال شکل گیری است. حتی اصطلاح "کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی" هنوز تعریف مستدلی دریافت نکرده است که به طور دقیق ارتباط با مفاهیم دیگر از جمله مفهوم آزمایشگاه مجازی در آموزش شیمی و آزمایش شیمیایی مجازی را نشان دهد.

برای روشن شدن دستگاه مفهومی و اصطلاحی، ما از اصطلاح "آزمایش شیمیایی" به عنوان نقطه شروع استفاده می کنیم که در زمینه علمی تئوری و روش های تدریس استفاده می شود. آزمایش شیمی وسیله ای خاص برای آموزش شیمی است که به عنوان منبع و مهمترین روش دانش عمل می کند و دانش آموزان را نه تنها با اشیاء و پدیده ها، بلکه با روش های علوم شیمی نیز آشنا می کند. در فرآیند یک آزمایش شیمیایی، دانش‌آموزان توانایی مشاهده، تجزیه و تحلیل، نتیجه‌گیری و مدیریت تجهیزات و معرف‌ها را به دست می‌آورند. عبارتند از: نمایش و آزمایش دانش آموز/دانش آموز. آزمایشات (کمک به مطالعه جنبه های فردی یک شی شیمیایی)، کار آزمایشگاهی (مجموعه ای از آزمایشات آزمایشگاهی به فرد امکان می دهد بسیاری از جنبه های اشیاء و فرآیندهای شیمیایی را مطالعه کند)، تمرین های عملی، کارگاه آزمایشگاهی. آزمایش خانگی، آزمایش تحقیقاتی و ... یک آزمایش شیمیایی می تواند در مقیاس کامل، ذهنی و مجازی باشد. "مجازی" به معنای "امکان بدون تجسم فیزیکی" است. واقعیت مجازی - تقلید از یک موقعیت واقعی با استفاده از دستگاه های کامپیوتری؛ در درجه اول برای اهداف آموزشی استفاده می شود. در این راستا، آزمایش مجازی را گاهی شبیه سازی یا آزمایش کامپیوتری می نامند. بر اساس GOST فعلی، "مجازی" تعریفی است که یک فرآیند یا دستگاه را در یک سیستم پردازش اطلاعات مشخص می کند که به نظر می رسد واقعاً وجود دارد، زیرا تمام عملکردهای آن با وسایل دیگری اجرا می شوند. به طور گسترده در ارتباط با استفاده از مخابرات استفاده می شود. بنابراین، آزمایش شیمیایی مجازی نوعی آزمایش آموزشی در شیمی است. تفاوت اصلی آن با مقیاس کامل در این واقعیت است که ابزار نشان دادن یا مدل‌سازی فرآیندها و پدیده‌های شیمیایی، فناوری رایانه است؛ دانش‌آموز هنگام اجرای آن، با تصاویری از مواد و اجزای تجهیزاتی که ظاهر و عملکرد اشیاء واقعی را بازتولید می‌کند، عمل می‌کند. یعنی از آزمایشگاه مجازی استفاده می کند. ما یک آزمایشگاه مجازی در آموزش شیمی را به عنوان شبیه سازی کامپیوتری یک آزمایشگاه شیمی آموزشی می فهمیم که عملکرد اصلی آن - انجام آزمایش شیمیایی برای اهداف آموزشی - را اجرا می کند. از نظر فنی، عملکرد آزمایشگاه مجازی توسط سخت‌افزار و نرم‌افزار رایانه تضمین می‌شود، یک سیستم توجیهی آموزشی - ماهوی و روش‌شناختی از مفروضات در مورد روند فرآیند شیمیایی مورد مطالعه یا تظاهرات ویژگی‌های یک جسم شیمیایی، بر اساس که یکی از گزینه های ممکن برای پاسخ آزمایشگاه مجازی به اقدامات کاربر توسعه یافته است. آزمایشگاه مجازی به عنوان عنصری از یک محیط آموزشی اطلاعاتی با تکنولوژی بالا عمل می کند و وسیله ای برای ایجاد و انجام یک آزمایش مجازی است. کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی یک آزمایش شیمیایی مجازی در قالب مجموعه ای از آزمایشات است که با هدف مشترک مطالعه یک شی یا فرآیند شیمیایی متحد شده است.

بیایید روش ایجاد یک کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی را در نظر بگیریم (مدل آن در شکل 1 نشان داده شده است) با استفاده از یک مثال خاص از کار آزمایشگاهی در موضوع "راه حل".

برنج. 1. مدل روش ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی

ایجاد یک کار آزمایشگاهی مجازی شامل مراحل تعیین اهداف کار آزمایشگاهی، انتخاب آزمایشگاه مجازی، شناسایی قابلیت های شبیه ساز مجازی، تنظیم اهداف، تعریف وظایف معنادار و آموزشی، ترسیم سناریو، آزمایش، ارزیابی و تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان فرآیند و نتیجه آزمایش مجازی در مقایسه با واقعی، سناریوی تصحیح و تهیه توصیه های روش شناختی.

مرحله تعیین هدف شامل فرآیند انتخاب اهداف کار آزمایشگاهی برنامه ریزی شده با تعیین حدود انحرافات مجاز برای دستیابی به نتیجه آموزشی با مؤثرترین و قابل قبول ترین ابزارها با در نظر گرفتن منابع مادی، فنی، زمان، منابع انسانی و ... همچنین ویژگی های فردی و سنی دانش آموزان. در مثال ما، هدف تهیه راه حل ها و مطالعه خواص آنها بود. این کار برای فعالیت های آموزشی مستقل دانش آموزان طراحی شده است. مبحث راه حل ها در اکثر دروس شیمی دانشگاه مطرح می شود؛ علاوه بر این، مهارت های آماده سازی و کار با محلول ها در زندگی روزمره و تقریباً در هر فعالیت حرفه ای مورد تقاضا است. بنابراین، اهداف کار شامل: تلفیق مهارت برای محاسبه غلظت مولی و درصد یک محلول، مقدار ماده و حلال مورد نیاز برای تهیه محلول با غلظت معین. توسعه الگوریتم و تکنیک عملیات برای تهیه محلول ها (توزین مواد، اندازه گیری حجم و غیره)؛ مطالعه پدیده هایی که در حین انحلال رخ می دهند - انتشار یا جذب گرما، تفکیک، تغییر در هدایت الکتریکی، تغییر pH محیط و غیره.

مرحله انتخاب آزمایشگاه مجازی. انتخاب یک آزمایشگاه مجازی بر اساس تعدادی از شرایط تعیین می شود: نحوه دسترسی به منبع، شرایط مالی برای استفاده از آن، زبان و پیچیدگی رابط، و البته، محتوا، یعنی قابلیت هایی که این آزمایشگاه برای دستیابی به اهداف کار آزمایشگاهی برنامه ریزی شده در اختیار کاربر قرار می دهد یا نمی دهد. ما بر روی آزمایشگاه‌هایی با دسترسی آزاد آزاد تمرکز کردیم، برای کارهایی که مهارت‌های رایانه‌ای در سطح کاربر با آن‌ها کافی بود، در ابتدا آزمایشگاه‌هایی را با درجه تعامل پایین رها کردیم، یعنی تنها گزینه‌هایی را برای مشاهده غیرفعال تجربیات شیمیایی در نظر گرفتیم. پس از مطالعه چندین پروژه، هم چند رشته ای و هم موضوعی، به این نتیجه رسیدیم که هیچ یک از آزمایشگاه های شناخته شده برای ما به طور کامل الزامات را برآورده نمی کند، یعنی: به دانش آموز اجازه می دهد با استفاده از مقادیر از پیش محاسبه شده املاح و حلال، محلولی با غلظت معین تهیه کند. با انجام عملیات توزین، اندازه گیری حجم، انحلال، اطمینان از صحت آماده سازی و همچنین مشاهده فرآیندهای همراه انحلال. با این وجود، ما در آزمایشگاه مجازی IrYdiumChemistryLab مستقر شدیم که مزیت آن توانایی مداخله در برنامه و طراحی آزمایش مجازی خود است.

شناسایی قابلیت های شبیه ساز مجازی آزمایشگاه منتخب موارد زیر را نشان داد. با توجه به مجموعه معرف ها، محلول هایی با غلظت های مختلف (19 MNaOH، 15 MHClO4 و موارد دیگر)، آب به عنوان مهمترین حلال وجود دارد، اما عملاً هیچ جامد وجود ندارد. با این حال، برنامه Authoring Tool به شما امکان می دهد با استفاده از ویژگی های ترمودینامیکی مواد، معرف های اضافی را به آزمایشگاه وارد کنید. این تجهیزات شامل مجموعه ای از ظروف شیشه ای با درجات مختلف دقت (سیلندر، پیپت، بورت)، تعادل تحلیلی، PH متر، سنسور دما، عنصر گرمایش و همچنین یک اپلت که غلظت ذرات را در محلول نشان می دهد، می باشد. توانایی مطالعه چنین ویژگی های محلول مانند هدایت الکتریکی، ویسکوزیته و کشش سطحی ارائه نشده است. فرآیندها در یک آزمایشگاه مجازی در زمان بسیار کوتاهی انجام می شود که مطالعه سرعت فرآیندهای شیمیایی را محدود می کند. بر اساس قابلیت های شبیه ساز مجازی، اهداف تصحیح شد؛ به ویژه مطالعه رسانایی الکتریکی محلول ها حذف شد، اما مطالعه تأثیر دما بر حلالیت مواد اضافه شد. هنگام تعیین اهداف کار آزمایشگاهی، از نتایج مورد انتظار نتیجه گرفتیم: دانش آموزان باید مهارت های عملی در تهیه راه حل ها، از جمله تسلط بر الگوریتم های عملیات فردی را توسعه دهند، آنها باید در مورد تغییر تعداد ذرات در یک محلول در طول دوره به نتیجه گیری برسند. تفکیک الکترولیت های قوی و ضعیف، در مورد نسبت تعداد آنیون ها و کاتیون ها در مورد انحلال الکترولیت های نامتقارن، در مورد علل اثرات حرارتی در طول انحلال.

ما مرحله تعیین وظایف کار آزمایشگاهی در حال ایجاد را به عنوان یک عنصر مهم از فرآیند طراحی فعالیت های دانش آموزان برجسته می کنیم؛ در اینجا لازم است برنامه ریزی کنیم که دانش آموزان باید چه دستکاری هایی را در چارچوب این کار آزمایشگاهی انجام دهند و چه کارهایی باید انجام دهند. مشاهده کنید (وظایف معنی دار)، و پس از اتمام آن چه نتیجه گیری و بر چه اساسی باید به دست آید (وظایف آموزشی)، چه مهارت هایی را باید کسب کرد. به عنوان مثال، هنگام تهیه حجم معینی از محلول از یک بخش وزن شده، بر الگوریتم اقدامات مسلط شوید: جرم ماده را محاسبه کنید، آن را وزن کنید، حجم مایع را اندازه بگیرید / آن را به حجم مورد نیاز برسانید. تسلط بر تکنیک های کار با ترازوهای تحلیلی و ظروف اندازه گیری. مشاهده کنید که چگونه غلظت ذرات (مولکول‌ها، یون‌ها) در محلول با انحلال الکترولیت‌ها و غیرالکترولیت‌ها، الکترولیت‌های متقارن و نامتقارن، الکترولیت‌های قوی و ضعیف مرتبط است، در مورد حلالیت، اثرات حرارتی در حین انحلال و غیره نتیجه‌گیری کنید.

گام بعدی در ایجاد کار آزمایشگاهی، ایجاد یک سناریو است، یعنی شرح دقیق هر تجربه به طور جداگانه و تعیین مکان و نقش این تجربه در کارهای آزمایشگاهی، با در نظر گرفتن اینکه چه مشکلاتی به وجود خواهد آمد و چگونه باید کار کرد. دستیابی به اهداف کار آزمایشگاهی به عنوان یک کل. در عمل، تهیه پیش نویس یک سناریو همزمان با آزمایش انجام می شود، یعنی اجرای آزمایشی آزمایش هایی که به روشن شدن و جزئیات سناریو کمک می کند. این سناریو منعکس کننده هر اقدام و واکنش آزمایشگاه مجازی به آن است. این سناریو بر اساس کارهایی مانند "تهیه 49 گرم از محلول CuSO4 0.4٪" یا "تهیه 35 میلی لیتر از محلول CuSO4 0.1 mol/l از هیدرات کریستالی آن (CuSO4∙5H2O) است. هنگام ترسیم یک کار، در دسترس بودن معرف ها و تجهیزات مناسب در آزمایشگاه مجازی و امکان فنی تکمیل چنین کاری در نظر گرفته می شود. در مثال ما، سناریو، علاوه بر سمت محاسبات، شامل تعدادی از اقدامات و تکنیک هایی است که آماده سازی یک محلول را در یک آزمایشگاه واقعی شبیه سازی می کند. مثلاً هنگام توزین، ماده خشک را نباید مستقیماً روی ظرف توزین قرار داد، بلکه باید از ظرف مخصوص استفاده کرد. از تابع تاره استفاده کنید. همانطور که در واقعیت، این ماده باید در بخش‌های کوچک به ترازو اضافه شود؛ بیش از حد تصادفی احتمالی جرم محاسبه‌شده منجر به شروع مجدد عملیات می‌شود. انتخاب ظروف شیشه‌ای شیمیایی با حجم مناسب، اندازه‌گیری دقیق حجم مایع «در امتداد منیسک پایین» و استفاده از تکنیک‌های خاص دیگر ارائه شده است. پس از آماده سازی، خواص محلول حاصل (غلظت مولی یون ها، pH) در اپلت های آزمایشگاه مجازی منعکس می شود که به شما امکان می دهد صحت کار را بررسی کنید. با انجام یک سری آزمایش، دانش‌آموزان داده‌هایی را دریافت خواهند کرد که بر اساس آن‌ها می‌توانند درباره غلظت یون‌ها در محلول‌های الکترولیت‌های قوی و ضعیف، pH محلول‌های هیدرولیز شده یا وابستگی حرارتی نتیجه‌گیری کنند. تأثیر انحلال بر مقدار حلال و ماهیت ماده و غیره

به عنوان مثال، مطالعه اثرات حرارتی در طول انحلال مواد را در نظر بگیرید. این سناریو شامل آزمایش‌هایی بر روی انحلال نمک‌های خشک (NaCl، KCl، NaNO 3، CuSO4، K2Cr2O7، KClO3، Ce2 (SO4)3) است. بر اساس تغییر دمای محلول، دانش آموزان باید احتمال وجود هر دو اثر گرماگیر و گرمازا انحلال را استنباط کنند. فرمول وظایف در هر مورد ممکن است متفاوت باشد و به نوع آزمایش - تحقیقی یا گویا بستگی دارد. به عنوان مثال، می توانید خود را به نتیجه گیری در مورد وجود چنین اثراتی محدود کنید یا در سناریو تهیه محلول های نمک با جرم های مختلف املاح با همان جرم حلال را در سناریو قرار دهید (محلول هایی حاوی 50 گرم از ماده آماده کنید. در 100 گرم آب، 10 گرم از ماده در 100 گرم آب) و بالعکس، آزمایش با مقدار ثابتی از املاح و جرم متغیر حلال. تهیه محلول از نمک های بی آب و هیدرات های کریستالی آنها و نظارت بر تغییرات دما در طول انحلال آنها. هنگام انجام چنین آزمایش‌هایی، دانش‌آموزان باید به این سؤال پاسخ دهند: «وقتی مقادیر مساوی نمک‌های بی آب و هیدرات‌های کریستالی آن‌ها حل می‌شوند، تغییرات دما چگونه متفاوت است؟ چرا انحلال نمک های بی آب با آزاد شدن گرمای بیشتری نسبت به هیدرات های کریستالی رخ می دهد؟ و در مورد اینکه چه چیزی بر نشانه اثر حرارتی انحلال تأثیر می گذارد، نتیجه گیری کنید. بسته به اهداف و اهداف کار، سناریو شامل چندین آزمایش یا چندین سری آزمایش خواهد بود، باید در نظر داشت که در فضای مجازی همه چیز بسیار سریعتر از یک آزمایشگاه واقعی انجام می شود و زمان زیادی نمی برد. زمانی که ممکن است در نگاه اول به نظر برسد.

در طول فرآیند آزمایش، لازم است قابلیت اطمینان فرآیند و نتیجه آزمایش مجازی در مقایسه با واقعی مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد، یعنی اطمینان حاصل شود که مدل سازی و نتایج تولید شده آزمایش مجازی با واقعیت مغایرت نداشته باشد. یعنی کاربر را گمراه نخواهند کرد.

توصیه‌های روش‌شناختی مبتنی بر سناریویی تدوین‌شده و آزمایش‌شده است، اما نباید فراموش کرد که مخاطب آن‌ها دانش‌آموزان است و علاوه بر دستورالعمل‌ها و تکالیف روشن، باید حاوی توصیفی از نتایج مورد انتظار مرتبط با اهداف باشد، دارای ارجاعات نظری باشد. مواد و مثال ها

نتیجه ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی، اجرای آن در فرآیند یادگیری است که منجر به افزایش کیفیت کسب دانش و تسلط بر شایستگی های مربوطه می شود. روش‌های مختلفی برای «قرار دادن» کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی در فرآیند آموزشی دانشگاه وجود دارد که به نظر ما هنگام مطالعه مطالب جدید برای درک بهتر و تسلط بر آن، توصیه می‌شود برای به‌روزرسانی دانش یا به‌روزرسانی، کار آزمایشگاهی مجازی کوتاهی انجام دهیم. پدیده های مورد مطالعه را نشان می دهد، که شرایط عینی را برای اجرای اشکال فعال و تعاملی یادگیری، که توسط استاندارد آموزشی فعلی مورد نیاز است، ایجاد می کند. در این مورد، کار آزمایشگاه مجازی می تواند جایگزین یک آزمایش نمایشی سنتی شود. علاوه بر این، ما در حال بررسی امکان استفاده از کار آزمایشگاهی مجازی برای تجمیع دانش و مهارت‌ها هم در کلاس و هم در فعالیت‌های مستقل غیردرسی هستیم. یکی دیگر از گزینه های استفاده از کار آزمایشگاهی مجازی در فرآیند آموزش شیمی، آماده سازی دانش آموزان برای انجام کارهای آزمایشگاهی در مقیاس کامل است. دانش‌آموزان با اجرای صحیح کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی، اولاً مهارت‌های حل مسائل محاسباتی را در این موضوع تمرین می‌کنند، ثانیاً الگوریتم و تکنیک انجام آزمایش شیمیایی را تلفیق می‌کنند، ثالثاً الگوهای فرآیندهای شیمیایی را با مشارکت فعال می‌آموزند. آموزش فرآیند

روش پیشنهادی برای ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی معلمان را با ابزارهای مبتنی بر علمی برای برگزاری کلاس‌های شیمی و رشته‌های شیمی به صورت تعاملی در ترکیب با کارهای فوق برنامه به منظور شکل‌گیری و توسعه مهارت‌های حرفه‌ای دانش‌آموزان مجهز می‌کند.

داوران:

Rogovaya O. G.، دکترای علوم تربیتی، پروفسور، رئیس گروه آموزش شیمی و محیط زیست دانشگاه دولتی آموزشی روسیه به نام A.I. هرزن، سن پترزبورگ;

Piotrovskaya K.R.، دکترای علوم تربیتی، پروفسور، استاد گروه روش های تدریس ریاضیات و انفورماتیک دانشگاه دولتی آموزشی روسیه به نام A.I. هرزن، سنت پترزبورگ.

پیوند کتابشناختی

Gavronskaya Yu.Yu.، Oksenchuk V.V. روشی برای ایجاد آثار آزمایشگاهی مجازی در شیمی // مشکلات مدرن علم و آموزش. – 2015. – شماره 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (تاریخ دسترسی: 02/01/2020). مجلات منتشر شده توسط انتشارات "آکادمی علوم طبیعی" را مورد توجه شما قرار می دهیم.

مطابق با استانداردهای آموزشی دولتی فدرال آموزش عالی حرفه ای در زمینه های تحصیلی اجرا شده در دانشکده شیمی دانشگاه دولتی آموزشی روسیه به نام. A.I. هرزن، سازماندهی فرآیند آموزشی باید شامل استفاده از اشکال فعال و تعاملی برگزاری کلاس ها، از جمله شبیه سازی کامپیوتری باشد. کلاس هایی که در این فرم ها برگزار می شوند باید حداقل 30 درصد از زمان کلاس را تشکیل دهند.

با تفسیر شکل‌های فعال و تعاملی برگزاری کلاس‌ها از نظر گنجاندن دانش‌آموزان در تعامل آموزشی فشرده، مستقیم یا غیرمستقیم، باید اذعان داشت که برنامه‌های آموزشی رایانه‌ای مبتنی بر اصول فن‌آوری، نوآوری، فردی‌سازی، تمایز، یکپارچگی فرصت‌های جدیدی را در سازماندهی سازمان‌دهی می‌کند. تعامل موضوعات یادگیری، محتوا و ماهیت فعالیت های آنها. به ویژه، در آموزش شیمی، چنین رویکردی به افزایش سطح جذب دانش اطلاعات شیمیایی و توانایی به کارگیری آن، توسعه توانایی های دانش آموزان برای تفکر یکپارچه و خلاق و شکل گیری مهارت های تعمیم یافته برای حل موقعیت های مشکل کمک می کند. .

بهبود ابزارهای یادگیری الکترونیکی منجر به نوسازی فرآیند آموزشی به طور کلی شده است: سخنرانی ها در حالت ارائه برگزار می شود، روش های تعاملی ارائه مطالب آموزشی برای برگزاری کلاس های عملی و سمینار استفاده می شود، آزمون ها و امتحانات با استفاده از کنترل ماشین گرفته می شود.

هنگام تدریس شیمی، محافظه کارانه ترین بخش فرآیند آموزشی، کارگاه آزمایشگاهی است، امکان انتقال کامل آن به حالت آموزش الکترونیکی هنوز کاملاً مشخص نیست. با این حال، فرصت های ویژه ای برای اجرای یادگیری تعاملی در اینجا توسط نوع جدیدی از آزمایش شیمیایی آموزشی - یک آزمایشگاه مجازی ایجاد می شود.

آزمایشگاه مجازی به عنوان یک برنامه رایانه ای درک می شود که به شما امکان می دهد یک فرآیند شیمیایی را در رایانه شبیه سازی کنید، شرایط و پارامترهای اجرای آن را تغییر دهید. هنگام انجام کار آزمایشگاهی مجازی، دانش‌آموز با نمونه‌هایی از مواد و اجزای تجهیزاتی کار می‌کند که ظاهر و عملکرد اشیاء واقعی را بازتولید می‌کند.

از یک طرف، جنبه های مثبت یک آزمایشگاه مجازی آشکار است - فن آوری های کامپیوتری مدرن در برخی موارد امکان دور شدن از انجام واقعی فرآیندهای شیمیایی را بدون از دست دادن کیفیت اطلاعات دریافتی فراهم می کند. نیاز ویژه برای انجام کارهای آزمایشگاهی مجازی، اول از همه، در هنگام مکاتبه و آموزش از راه دور، و همچنین زمانی که دانش آموزان در حال کار کردن در کلاس های از دست رفته، کمبود تجهیزات پیچیده و معرف های گران قیمت یا غیر قابل دسترس هستند، ایجاد می شود. علاوه بر این، برای برخی از کارها، امکانات کار عملی آزمایشگاهی کامپیوتری بیشتر از کارهای سنتی است. بنابراین، دانش آموزان این فرصت را دارند که واکنش های مواد ممنوعه برای استفاده در فرآیند آموزشی را مطالعه کنند، محدودیت زمانی وجود ندارد، دانش آموز می تواند کار را خارج از وقت کلاس انجام دهد (یا برای آن آماده شود و آن را بارها تکرار کند.

با وجود مزایا و نیاز آشکار به تمرین آموزشی در آزمایشگاه‌های مجازی، تعداد و تجربه استفاده از آنها در آموزش تعاملی و از راه دور در رشته‌های شیمی، به عنوان مثال شیمی فیزیک، در عمل خارجی و داخلی چندان زیاد نیست. آزمایشگاه‌های شیمی مجازی عمدتاً برای آموزش عمومی متوسطه ایجاد می‌شوند ("آزمایشگاه شیمی مجازی برای کلاس های ISO 8-11"). در مورد آموزش عالی، تعداد محدودی آزمایشگاه شیمی مجازی عمدتاً در شیمی معدنی، عمومی و شیمی آلی برای مناطق غیرشیمیایی/پروفیل های آموزشی، تقریباً همه به زبان انگلیسی وجود دارد، در برخی موارد ثبت نام و پرداخت برای استفاده از نسخه کامل الزامی است: Chemlab، Crocodile Chemistry 605، و محصول آموزشی "Yenka"، اقتباس شده برای مدارس روسیه، ایجاد شده بر اساس آن، آزمایشگاه شیمی مجازی، Dartmouth ChemLab - یک راهنمای تعاملی برای انجام کارهای آزمایشگاهی در شیمی عمومی، که در واقع یک آزمایشگاه مجازی نیست) ، مجموعه ای از تجسم ها و شبیه سازی های کامپیوتری Chemistry Experiment Simulations و Virtlab: A Virtual Laboratory و چندین مورد دیگر.

آزمایشگاه های مجازی ویژه شیمی فیزیک به هیچ وجه در بازار محصولات آموزشی حضور ندارند. البته، دانشگاه ها، تا حد امکان، کار آزمایشگاهی مجازی در شیمی فیزیک را با در نظر گرفتن ویژگی های خود ایجاد می کنند، اغلب برای کار با دانشجویان خود. به عنوان مثال، محصول نرم افزاری "Module of Applied Chemistry" (MPH)، که در بخش IU-6 MSTU توسعه یافته است. N.E. باومن. مطابق با برنامه درسی رشته "شیمی فیزیک"، انتظار می رود تعدادی کار آزمایشگاهی از جمله در موضوعات "ترموشیمی"، "تعادل فاز"، "پدیده های سطحی" انجام شود.

به لطف MPH، امکان انجام کارهای آزمایشگاهی روی این موضوعات به صورت بلادرنگ (Real Time) با اجرای یک مدل ترکیبی از آموزش از راه دور فراهم شده است. مثال دیگر، کار آزمایشگاهی مجازی در موسسه فناوری های غذایی کمروو است.

سطح چنین پیشرفت هایی از نظر فنی و روش شناختی بسیار متنوع است و استفاده از آنها محدود است. طراحی و اجرای مستقل یک محیط آموزشی اطلاعاتی با موضوع محدود یک کار بسیار پیچیده است که به پایگاه عملیاتی ویژه، تیمی از برنامه نویسان، معلمان و شیمیدانان و هزینه های زمانی و مالی زیادی نیاز دارد. ما بر این باوریم که مناسب‌تر است که در آزمایشگاه مجازی موجود، کار آزمایشگاه مجازی خود را که با ویژگی‌های این OOP و برنامه رشته مطابقت دارد، تطبیق یا ایجاد کنیم. به طور خاص، ما از آزمایشگاه مجازی پروژه ChemCollective برای ایجاد آثار آزمایشگاهی مجازی خود در شیمی فیزیک استفاده کردیم.

IrYdium Chemistry Lab، که از مزایای آن مجموعه ای رضایت بخش از معرف های مجازی و ابزارهای فیزیکی و شیمیایی، یک رابط کاربرپسند نیمه روسی شده، یک برنامه توسعه کار داخلی، و استفاده رایگان مجاز توسط توسعه دهندگان بود.

توسط ما بر اساس آزمایشگاه شیمی IrYdium ایجاد شده و در یک کارگاه آزمایشگاهی شیمی فیزیک در دانشگاه دولتی آموزشی روسیه به نام آزمایش شده است. A.I. کارهای آزمایشگاه مجازی هرزن شبیه سازی کارهای تجربی یک کارگاه آزمایشگاهی واقعی با موضوع "ترموشیمی" است: "تعیین گرمای انحلال نمک"، "تعیین اثر حرارتی تشکیل هیدرات کریستالی از نمک و آب بی آب" ، "تعیین گرمای خنثی سازی اسید قوی توسط یک باز قوی" که اجرای آن برنامه های کاری رشته دانشگاهی "شیمی فیزیک" ارائه شده است. هر اثر شامل طیف گسترده ای از وظایف (مواد تحت مطالعه، جرم / حجم آنها) است و با دستورالعمل های روش شناختی برای دانش آموزان و معلمان ارائه شده است. پیشرفت کار آزمایشگاه مجازی تا حد امکان به انجام یک آزمایش شیمیایی واقعی نزدیک است. با استفاده از یک برنامه کامپیوتری، دانش آموز اقدامات خاصی را انجام می دهد که مطابق با یک کار خاص فکر کرده است: معرف ها را انتخاب می کند، وزن می کند، حجم ها را اندازه می گیرد، تغییرات دما را ثبت می کند، مشاهدات (در قالب تصاویر مجازی)، پردازش، خلاصه و تجزیه و تحلیل می کند. نتایج تجربی در یک گزارش

علیرغم مزیت های توصیف شده، با توسعه فناوری های آموزشی رایانه، مسئله لزوم ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی و انتقال جزئی یا کامل کارگاه ها از آزمایشگاه ها به کلاس های رایانه بیش از پیش مورد بحث قرار می گیرد.

در عین حال، برخی از نویسندگان نیاز به چنین انتقالی را با هزینه بالای تجهیزات آزمایشگاهی، برخی دیگر با کمبود منابع زمانی یا یکسان سازی برنامه های آموزشی مطابق با اعلامیه بولونیا و غیره توضیح می دهند. با این حال، عیب اصلی آزمایشگاه مجازی عدم ارتباط مستقیم دانشجو با موضوع تحقیق، ابزار و تجهیزات است.

مانند بسیاری از همکارانمان، ما معتقدیم که موضوع مطالعه شیمی ماده ای است که دارای مجموعه ای از ویژگی ها و خواص است که حتی پیشرفته ترین مدل کامپیوتری نیز نمی تواند آن را بازتولید کند. رویکرد به مشکل ایجاد کار آزمایشگاهی مجازی و اجرای آنها در فرآیند آموزشی باید ویژگی های رشته شیمی را در نظر بگیرد تا از تولید ارتشی از متخصصان "مجازی" که تجربه کار با مدل های ایده آل را دارند جلوگیری شود. و نه با اشیاء و پدیده های واقعی، در حالی که سطح مسئولیت آنها در هنگام کار در تولید آنقدر زیاد است که نه تنها ایمنی محیطی، بلکه وجود دنیای اطراف را نیز تعیین می کند.

تجربه استفاده از کار آزمایشگاهی مجازی در کارگاه شیمی نشان داده است که ترکیبی از یک آزمایش مجازی و یک آزمایش واقعی ترجیح داده می شود، که در آن یک مدل کامپیوتری از فرآیند مورد مطالعه عملکرد کمکی آماده سازی دانش آموز برای اعمال با اشیاء واقعی را دارد. یک آزمایشگاه مجازی به شما امکان می دهد روشی برای مطالعه یک فرآیند واقعی ایجاد کنید، خطاهای احتمالی را در تنظیم و انجام آزمایش پیش بینی کنید، پردازش ریاضی و تفسیر داده های به دست آمده را سرعت بخشید و یک گزارش تهیه کنید. معلم یک فرصت واقعی دارد تا دانش آموزان را برای تعیین شرایط بهینه آزمایش تعیین کند. راه حل این مشکل را می توان پس از مطالعه ویژگی های مدل در یک آزمایش شیمیایی مجازی پیاده سازی کرد که به دانش آموزان اجازه می دهد تا شرایط انجام یک آزمایش واقعی را به طور منطقی توجیه کنند. این امر به ویژه در مورد کار با اشیاء شیمیایی خطرناک (مثلا اسیدها و قلیاهای غلیظ، مواد قابل اشتعال یا سمی) صادق است، در این صورت باید در مراحل اول از آزمایشگاه های مجازی استفاده کرد و تنها پس از کسب مهارت های مورد نیاز، اقدام کرد، در صورتی که برای کار با اشیاء واقعی ضروری است.

شکی نیست که کار آزمایشگاه مجازی و سایر شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای که ما ارائه می‌دهیم نمی‌توانند و نباید جایگزین یک آزمایش شیمیایی واقعی شوند، با این حال، تعدادی از موقعیت‌ها وجود دارد که استفاده از آزمایشگاه مجازی ترجیح یا تنها راه ممکن یادگیری است. اول از همه، این آموزش از راه دور است، زمانی که دانشجو از نظر فیزیکی در آزمایشگاه حضور نداشته باشد، مثلاً در زمان آموزش از راه دور یا تمام وقت به دلیل بیماری یا به دلیل کارآموزی خارجی. علاوه بر این، نیاز به جبران کلاس های از دست رفته، نیاز به آمادگی / آموزش قبل از انجام کارهای واقعی آزمایشگاهی و غیره وجود دارد. با فرم‌های تعاملی برگزاری کلاس‌ها، کار آزمایشگاهی مجازی امکان شبیه‌سازی رایانه‌ای بصری و قابل‌اعتماد از یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی را فراهم می‌کند، که باعث ایجاد و مشاهده پاسخ سیستم به تأثیرات خارجی، از جمله حداکثر تعداد دانش‌آموزان در کلاس درس در تعامل آموزشی سازنده می‌شود.

بنابراین، از دیدگاه ما، اشکال فعال و تعاملی کلاس های شیمی باید شامل آزمایش های واقعی بر روی تجهیزات مدرن و کار آزمایشگاهی مجازی در مورد مطالعه فرآیندهای شیمیایی در یک نسبت بهینه و مبتنی بر علمی باشد که امکان توسعه پویا را فراهم می کند. ساختار و روش شناسی تدریس شیمی بر اساس مدرن ترین دستاوردهای علم، فناوری و روش های دانش. آموزش همکاری مجازی حمله