Преимущества использования виртуальных лабораторных комплексов в обучении студентов медицинских вузов

№54-2,

Педагогические науки

В статье рассматриваются вопросы применения виртуальных лабораторных комплексов для совершенствования образовательного процесса в медицинском вузе при обучении студентов физике и математике. Проанализированы психолого-педагогические аспекты ведения лабораторно-практических занятий. Обоснованы наиболее значимые преимущества и недостатки использования виртуальных лабораторных комплексов.

Похожие материалы

Как показывает практика, традиционный метод проведения лабораторных занятий с готовыми методическими указаниями приводит к тому, что студент, работая по единому шаблону, строго соблюдая инструкции, выполняет работу до конца, но так и не понимает сути проведенного эксперимента. При этом у него не формируются исследовательские умения и не развиваются творческие способности.

Анализ психолого-педагогической литературы, посвященной организации лабораторных практикумов показывает, что на данный момент разработаны различные методики его проведения. Ученые стремятся создать образовательную технологию, которая в отличие от традиционного способа проведения занятия позволила бы исключить формализм в исполнении работ, способствовала более полному пониманию теоретического материала и помогала развить творческий потенциал студентов.

Одной из них является использование на лабораторных занятиях по физике возможностей современных информационных технологий. Ряд публикаций [1-3] свидетельствуют о том, что использование компьютерных технологий делает учебный процесс более динамичным, гибким и компактным. К тому же, положительную роль играет незаурядная заинтересованность и приверженность современных подростков к компьютерам и всего, что с ними связано.

Многими авторами отмечалось, что занятия, проводимые с использованием обучающих компьютерных программ или компьютерного моделирования и даже обычных компьютерных презентаций, вызывают значительно больший интерес и отклик у студентов, чем традиционные лекции, семинары и лабораторные работы, что, по оценкам экспертов, позволяют повысить эффективность изучения дисциплин естественнонаучного цикла на 30% [4].

Среди преимуществ компьютерных лабораторных работ по сравнению с традиционными стоит выделить [3]:

  • виртуальные эксперименты способны воспроизводить даже те физические явления, которые невозможно реализовать в обычном физическом эксперименте;
  • компьютерное моделирование дает возможность изменять в широком диапазоне начальных условий эксперимента, а также включать в эксперимент дополнительные факторы;
  • компьютерные опыты можно останавливать в любой момент времени, замедлять или ускорять ход событий, способствует более глубокому пониманию физических явлений, которые изучаются;
  • виртуальные эксперименты дают значительную экономию времени и средств по сравнению со стоимостью обычных экспериментальных установок;
  • во время компьютерного эксперимента развивается алгоритмическое, логическое и абстрактное мышление студентов.

К наиболее распространенным программным продуктам, используемым для создания виртуальных лабораторных комплексов, принадлежит среда графического программирования LabView, предназначенная для систем сбора и обработки данных, управления и контроля [5]. Использование LabView для разработки демонстрационных экспериментов, лабораторных работ и моделирования процессов и явлений помогает повысить уровень и результативность научных разработок в контексте требований современного мира.

Так как уровень внедрения передовых технологий в учебную и научную деятельность определяет уровень подготовки специалистов в современных условиях, выделим основные этапы «классического» лабораторного занятия:

I этап - предусматривает самостоятельную домашнюю подготовку к занятию. Используя методические рекомендации, курсант должен ознакомиться с темой, целью и методикой выполнения роботы, а также в достаточном объеме овладеть теоретическим материалом по теме работы.

II этап - допуск к лабораторной работе, во время которого студент должен уметь четко формулировать цели и задачи; знать, какие приборы, материалы, установки, необходимые для выполнения работы, а также какие измерения, каким образом, и в какой последовательности следует осуществлять.

III этап - выполнение работы и фиксирование результатов измерения.

IV этап - оформление результатов измерений, включающее вычисления результатов измерений, создание графиков и формулирование выводов.

V этап - защита лабораторной работы в беседе с преподавателем, что является подтверждением понимания темы, теоретических положений, физических терминов.

При таком построении учебного процесса преподаватель сталкивается с целым рядом проблем:

  • слабое оснащение приборами лаборатории физики: имеющееся оборудование в основном морально устаревшее и в недостаточном количестве, а приобретение нового требует значительных материальных затрат;
  • во время самостоятельной подготовки к лабораторному занятию большинство студентов не усваивают теоретический материал поскольку в достаточной мере не владеют навыками самостоятельной работы, что приводит к снижению качества подготовки к занятию и интереса к предмету в целом;
  • несогласованность по времени проведения лекционных, практических и лабораторных занятий.

Как отмечают В.В. Светозаров и Ю.В. Светозаров «Лабораторный практикум по физике оторван от изучения курса еще и по тематической последовательности. Выполняя в начале семестра работу по теме конца семестра, студент тратит время на нажатие кнопок, и плохо понимает содеянное. В результате роль практикума в изучении физики незначительная, остается только получение некоторых экспериментальных навыков» [6].

Наряду с существенными преимуществами виртуальный лабораторный практикум имеет и свои недостатки. Они заключаются в следующем. Во-первых, виртуальная модель как правило, считает реальные элементы (катушки индуктивности, конденсаторы, резисторы), приборы (амперметры, вольтметры, ваттметры и т.п.), которые входят в состав сложного устройства или круга, идеальными. Она не учитывает их другие свойства (паразитные параметры): внутреннее сопротивление источника, собственную индуктивность и емкость реального резистора, влияние скинефекта на сопротивление проводников, потери энергии в катушках индуктивности и конденсаторах. Во-вторых, иногда невозможно определить допустимость использования той или иной модели для получения необходимой точности. Например, при исследовании характеристик и определении параметров электрических машин. В исследованиях, измерениях, как правило, используют идеальные приборы, не имеющие погрешностей.

Отсутствуют такие понятия, как номинальные параметры источников питания и нагрузки, трансформаторов, электрических машин и т. В-третьих, отсутствуют ограничения, например, в выборе параметров электрического круга, чего никогда не бывает на практике [7].

Таким образом, лабораторный практикум в настоящее время не желательно полностью переводить на виртуальный характер.

Следует также отметить, что для облегчения работы преподавателя и помощи студентам при подготовке к занятиям, преподавателями разрабатываются электронные учебно-методические комплексы по физике для вузов [8]. С целью поддержки лабораторных работ по физике в комплексе предусмотрен соответствующий блок «Практикум», который содержит материалы для проведения практических занятий и лабораторных работ по физики.

Следует отметить, что лабораторные работы, которые выполняют студенты, обязательно предусматривают творческие задачи, для реализации которых они должны хорошо владеть теоретическим материалом из предыдущих курсов и навыками постановки экспериментов. Частично такая возможность существует за счет того, что графические пакеты легко осваиваются не только программистами-профессионалами, но и пользователями, не имеющими значительный опыт программирования. С одной стороны, современные графические системы позволяют создавать программы, практически не уступают по эффективности программам, написанным с использованием текстовых пакетов. С другой стороны, в большинстве случаев графические программы более наглядными, их легче модифицировать и настраивать. Неоспоримым преимуществом графических систем программирования является то, что разработчиками приложений могут быть люди, что сами ставят задачи, а именно, инженеры и ученые.

Использование в учебном процессе виртуальных лабораторных работ позволяет обеспечить:

  • индивидуальное обучение без перерывов;
  • возможность модульного разделения лабораторной работы;
  • возможность параллельного использования на лекционных, практических и лабораторных занятиях;
  • поэтапное изучение технологических процессов;
  • возможность анализа экспериментальных данных одновременно с экспериментом;
  • возможность модификации и усовершенствования, внесения корректив в существующую модели.

Преимущества использования виртуальных лабораторных работ, нивелируют такие недостатки, как необходимость для разработки специального программного обеспечения, просмотр запрограммированных технологических процессов, отсутствие студента у технологического объекта во время экспериментов.

Таким образом, использование виртуальных лабораторных работ в учебном процессе высшего учебного заведения позволяет, с одной стороны, получить практические навыки проведения экспериментов, ознакомиться подробно с компьютерной моделью современного оборудования, исследовать опасные процессы и явления, не опасаясь за возможные последствия. С другой стороны, есть возможность организовать взаимодействие виртуального лабораторного комплекса с реально действующим оборудованием пищевых предприятий для сбора экспериментальных данных, что обеспечит соответствующий уровень развития научных разработок и технологического управления процессом.

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. Грицик В.А. Виртуальный лабораторный комплекс на базе программных эмуляторов в профессиональной подготовке специалистов в области информационной безопасности: дис. … канд. пед. наук: 13.00.09. – Ставрополь, 2005. – 139 с.
  2. Евсикова Н.Ю., Камалова Н.С. Роль физического практикума в техническом ВУЗе // Совещание заведующих кафедрами физики технических ВУЗов России: тез. докл. конф., Москва, 26-28 июня 2006 г. – М.: АВИАИЗДАТ, 2006. – 320 с.
  3. Кириллова Н. М. Использование компьютера на уроках физики при выполнении лабораторных работ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ito.edu.ru/2009/Tomsk/II/II-0-39.html.
  4. 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.
  5. 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
  6. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании. – М.: Издательский центр «Академия», 2003.
  7. Жиркова О.Н. НИТ на уроках физики в СамЛИТе. – Компьютерная страна, 2001. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cnit.ssau.ru/graph/samlit/fi les/zhirkova/index.htm.
  8. Бутырин П. А., Васьковская Т. А., Каратаева В. В., Материкин С. В. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 264 с.