Опыт использования виртуальных лабораторных комплексов в обучении студентов медицинского вуза

№54-2,

Педагогические науки

В статье проанализирован опыт применения виртуальных лабораторных комплексов при проведении практических занятий по дисциплине "физика, математика" для студентов медицинского вуза. На основании сравнения результатов тестирования студентов по отдельным разделам дисциплины обоснованы преимущества применения данного инструмента в образовательном процессе.

Похожие материалы

Виртуальные программные средства позволяют наглядно показать все физические явления и некоторые эксперименты, которые нельзя воспроизвести в реальной жизни, показать все тонкости процесса, которые на первый взгляд не заметны при выполнении лабораторной работы в реальной жизни. Использование компьютерных моделей и виртуальных лабораторий предоставляется как уникальная возможность визуализации упрощенной модели реального явления [1,2]. Рассмотрим особенности использования и проведения виртуальных лабораторных работ в учебном процессе медицинского вуза при обучении студентов первого курса дисциплине «физика, математика».

В соответствии с учебным планом, студенты лечебного, медико-профилактического и стоматологического факультетов на первом курсе обучения выполняют лабораторно-практические работы по разделам дисциплины «физика, математика»:

  • теория вероятностей и статистическая обработка медико-биологических данных, вычисление абсолютной и относительной погрешностей вычислений;
  • исследование слухового ощущения, аудиометрия и построение аудиограмм;
  • определение вязкости водных растворов жидкостей с использованием вискозиметра, определение коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва кольца и методом счета капель;
  • физические основы гемодинамики (определение давления крови различными методами);
  • пассивные электрические свойства живых тканей по отношению к переменному току (определение дисперсии импеданса биологической ткани);
  • определение амплитудных и временных характеристик электрокардиограммы;
  • опытная проверка закона Бугера и др.

Наибольший интерес для настоящего исследования представляют отдельные лабораторные работы, проведение которых требует использования специального физического оборудования, которое может быть представлено в объеме, не достаточном для эффективного проведения соответствующих занятий со студентами. По-нашему мнению, примерами таких лабораторных работ являются: работа по определению дисперсии импеданса биологической ткани, определению временных и амплитудных характеристик электрокардиограмм, а также построению аудиограмм. Следует отметить, что такие лабораторно-практические занятия традиционно проводятся в медицинских вузах с использованием имеющего оборудования или вообще без него (по известным результатам измерений). Другие же лабораторные работы реализованы в специальных программных средах, например, работа по определению вязкости и поверхностного натяжения.

В целях определения эффективности использования виртуальных лабораторных комплексов было проведено сравнительное исследование результатов освоения студентами отдельных тем учебного плана (акустика, гидродинамика, физические процессы в тканях при воздействии током и электромагнитными полями) при использовании традиционных и виртуальных лабораторных работ. В начале проводимого исследования была сформулирована гипотеза о том, что занятия, проводимые с использованием обучающих компьютерных программ или компьютерного моделирования, позволяют повысить эффективность изучения дисциплин естественнонаучного цикла на 30% [3]. В целях проверки данной гипотезы рассмотрим результаты тестирования студентов по данным разделам дисциплины «физика, математика» после прослушивания лекции по указанным темам и проведения лабораторно-практических занятий с использованием традиционных образовательных технологий, и виртуальных лабораторных комплексов.

Предварительное тестирование по результатам прослушивания лекции и самостоятельной подготовки к лабораторно-практическим занятиям по трем темам учебного плана (акустика, гидродинамика, физические процессы в тканях при воздействии током и электромагнитными полями) прошли 476 студентов первого курса, которые позднее провели лабораторно-практические работы с использованием виртуального лабораторного комплекса. Поэтому рассмотрим на рис. 1 и 2 результаты предварительного тестирования (назовем его «входное») и тестирования студентов после виртуальных лабораторных работ.

Результаты входного тестирования студентов первого курса (по данным собственных исследований)
Рисунок 1. Результаты входного тестирования студентов первого курса (по данным собственных исследований)

Согласно представленным на рисунке данным, средняя оценка по результатам входного тестирования, полученная студентами составила 55,7% правильных ответов из 100, при этом максимальный балл составил 80%, а минимальный – 0. Среди 476 протестированных студентов 61 человек (12,8%) набрали 70-80 % правильных ответов, что соответствует установленному порогу успешного прохождения теста. Также необходимо отметить, что 86% студентов (более 410 человек) ответили верно не более чем в 66% случаев: 137 человек – 66%, 179 человек – 58%, 44 человека – 49%, 30 человек – 41% и т.д. То есть распределение оценок протестированных студентов представляется неравномерным, и может быть вызвано различием уровня самостоятельной подготовленности к тесту.

Результаты тестирования студентов после проведения виртуальных лабораторных работ (по данным собственных исследований)
Рисунок 2. Результаты тестирования студентов после проведения виртуальных лабораторных работ (по данным собственных исследований)

По данным рисунка 2, оценки студентов распределены более равномерно. 226 студентов прошли тестирование с оценкой «зачтено», то есть набрали более 70% верных ответов. Максимальный балл составил 100% (22 человека), минимальный – 26,52%. По-нашему мнению, полученные результаты тестирования свидетельствуют о более полной подготовленности студентов к тестовому контролю.

Таким образом, использование виртуальных лабораторных комплексов при обучении студентов отдельным разделам дисциплины «физика, математика» позволяет системно использовать различные учебные средства, в том числе различные компьютерные программы учебного назначения: компьютерные пособия, программы-тренажеры, контрольные программы, электронные справочники и базы данных учебного назначения, лабораторные практикумы и т.д. Грамотно разработанный комплекс позволяет преподавателю вводить необходимую для студентов информацию, формировать оптимальный сценарий для проведения занятий, а также фиксировать данные об учебных успехах студентов. В свою очередь, будущие специалисты получают возможность самостоятельно работать с подготовленными учебными и методическими материалами для достижения поставленной образовательной цели, а также своевременно получать информацию о результатах своей работы.

В заключение необходимо отметить, что использование на занятиях естественнонаучных дисциплин виртуальных лабораторных комплексов, в которых учтены специфические особенности преподавания этих дисциплин, позволяет значительно повысить качество усвоения студентами учебного материала. Также, использование виртуальных лабораторных комплексов решает такие задачи, как обеспечение самостоятельной подготовки студентов; повышение мотивации к освоению нового материала; изучение особенностей работы оборудования; получение навыков работы с использованием автоматизированного рабочего места. То есть преимущества используемых виртуальных лабораторных работ заключается в возможности эффективно использовать самостоятельные виртуальные стенды для различных форм обучения и обеспечить такие составляющие процесса обучение как активизация знаний для выполнения исследования и контроль знаний после.

Данная статья подготовлена в рамках научного исследования на тему «Разработка виртуального лабораторного комплекса для проведения медико-биологических измерений», выполняемого за счет средств субсидии молодым ученым вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга.

Список литературы

  1. Винокуров А.Ю. Использование технологий виртуализации в учебном процессе. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: tm.ifmo.ru/tm2007/db/doc/get_thes.php?id=244
  2. Путков К.А., Курбанбаева Д.Ф., Шматко А.Д. К вопросу о совершенствовании преподавания фундаментальных дисциплин в медицинском вузе [Электронный ресурс] // Электронный научный журнал Нова Инфо. – 2016. - №51. URL: http://novainfo.ru/article/7786
  3. Троицкий Д.И. Виртуальные лабораторные работы в инженерном образовании [Электронный ресурс] // Интерактивные электронные технические руководства. – 2008. – № 2. – С. 69 – 73. – Режим доступа к журн.: http://www.qualityjournal.ru/data/article/375/files/Binder13.pdf.