Б. Крук - Избранные главы теории и практики дистанционного обучения Страница 4

Причины появления в учебных заведениях виртуальных лабораторий вполне ясны и понятны:

– невозможность в большинстве случаев приобрести дорогостоящее реальное оборудование (такое, как например, ядерные ускорители, телекоммуникационные станции, мощные лазерные установки и т.п.);

– трудность постановки натурного или физического эксперимента в широком диапазоне значений исходных параметров на реальной установке;

– сложность в обеспечении безопасности эксперимента (например, исследование ртутных дифманометров связано с риском для жизни при авариях в водопроводной системе);

– отсутствие или дороговизна современных приборов для измерения параметров процесса.

Возможности современных компьютеров таковы, что позволяют не только моделировать реальные экспериментальные исследования, но и, в дополнение к этому, наглядно увидеть происходящие физические процессы, построить «экспериментальные» кривые и обработать результаты измерений. Словом, возможности учащихся приобрести навыки, близкие к тем, что получает экспериментатор при измерении и обработке результатов реального опыта, не только не сужаются, а наоборот, неизмеримо увеличиваются.

Виртуальную лабораторию можно организовать на Web-сервере учебного заведения или кафедры, в этом случае нужно обеспечить доступ к ней с удаленного компьютера и возможность обмена данными между сервером и удаленным компьютером. Но можно «передать» такую лабораторию обучаемому по сети, а от него потребовать после выполнения работ переслать оформленные должным образом отчеты с результатами измерений, обработкой результатов измерений и выводами.

Виртуальные лабораторные работы могут быть разработаны на основе стандартных программ компьютерного моделирования. Таких программ существует довольно много, например, Electronics WorkBench, Pispice, LabView, LabCard, MathCard, OrCard и другие. На кафедрах многих вузов эти программы активно используются при выполнении лабораторных работ студентами дневной и заочной форм обучения. Объясняется это высокой степенью наглядности компьютерного моделирования, когда каждый студент может легко и быстро сделать теоретический расчет, собрать требуемую схему, подключить необходимые виртуальные измерительные приборы, увидеть на экране монитора параметры и характеристики элементов и устройств, сравнить их с расчетными или провести их анализ. Адекватность реального и виртуального экспериментов достаточно высока, достоинством же последнего является тот факт, что при выполнении компьютерных лабораторных работ студент работает хотя и с виртуальными, но современными цифровыми приборами, а не с морально устаревшим оборудованием, которое используется в наших не самых современных по оснащению лабораториях. Кроме того, у студента появляется возможность активно участвовать в эксперименте, поскольку не представляет никакой сложности произвести любое изменение параметров исследуемых устройств и осуществить наблюдение за изменениями, происходящими с их характеристиками. Все это позволяет сделать выполнение студентом лабораторной работы самостоятельным творческим процессом.

Применение компьютерных лабораторных работ с использованием указанных выше стандартных программ в системе Интернет-обучения наталкивается на определенные трудности. Как показывает анализ состояния компьютерного лабораторного практикума в любом учебном заведении, разные его кафедры, создавая свои собственные электронные учебные комплексы, предлагают студентам выполнять лабораторные работы с применением не менее десяти стандартных программ. Это означает, что студент для того, чтобы приступить к выполнению лабораторных работ по разным дисциплинам, должен прежде научиться работать с достаточно большим количеством компьютерных программ. Помимо этого, на разных кафедрах используются разные версии программного продукта одного и того же наименования, существенно отличающиеся друг от друга, что еще больше увеличивает число используемых в учебном процессе компьютерных программ, на освоение которых в учебном плане не отведено времени. Большинство из стандартных программ выполнено на английском языке, что требует создания более подробных инструкций для студентов дистанционного обучения, имеющих ограниченные возможности общения с преподавателями и другими студентами. Наконец, очень часто на разных кафедрах используются одни и те же программы, но каждая кафедра при этом разрабатывает собственные инструкции по освоению этих компьютерных программ.

На рис.1.3 приведен пример интерфейса виртуальной лабораторной работы по измерению ослабления корректора с применением программы Electronics Workbench. Студенты сами собирают виртуальную схему корректора, подключают измерительный прибор и видят на его экране график зависимости ослабления корректора от частоты.

Рис. 1. 3. Интерфейс виртуальной лабораторной работы

с использованием программы Electronics Workbench

Несмотря на несомненные удобства использования стандартных компьютерных программ в лабораторном практикуме, у них есть определенные недостатки. Один из них заключается в том, что эти программы являются лицензированными разработками. Поскольку дистанционное обучение требует тиражирования этих программ, то это повлечет за собой рост стоимости обучения, особенно если предполагается использовать несколько стандартных программ. Кроме того, не все обучающиеся имеют самые современные компьютеры, которые нужны для таких мощных программных продуктов, какими являются стандартные универсальные программы. И, наконец, все эти программы не являются учебными по своей структуре, т. к. в них отсутствует важный компонент любого учебного процесса – контроль полученных навыков. Многие преподаватели считают, что студент, как бы самостоятельно он не выполнял компьютерные лабораторные работы, должен обязательно пройти так называемую процедуру их защиты. Такую процедуру можно выполнить с помощью тестирования, но это потребует разработки дополнительной программы компьютерного контроля, которую можно было бы использовать в режимах on-line или off-line и которая отсутствует в стандартной моделирующей программе.

Перечисленными недостатками стандартных моделирующих компьютерных программ объясняется тот факт, что многие учебные заведения создают виртуальные лаборатории на базе компьютерных программ собственной разработки. Эти программы не так универсальны, как стандартные исследовательские программы, но обычно в них есть все необходимое для целей изучения конкретной дисциплины, включая программы контроля знаний как на этапе допуска студента к выполнению лабораторной работы, так и на этапе защиты выполненной работы.

Лаборатории с удаленным доступом. Организация удаленного доступа от компьютера учащегося через сеть Интернет к реальному оборудованию дает возможность решать целый комплекс качественно новых учебных задач: осуществлять оперативный многоканальный мониторинг динамических процессов в сложных системах; проводить диагностику технического состояния исследуемых объектов; реализовать многоканальное и функционально сложное управление объектами и обеспечить, тем самым, их качественное функционирование. Для выполнения лабораторных работ с удаленным доступом нужно иметь экспериментальный стенд, оснащенный современным оборудованием и управляемый компьютером через сеть Интернет. Этот стенд может находиться в учебной лаборатории университета, в научно-исследовательском институте или на предприятии, что позволяет изучать самые современные устройства, системы и сети, доступ к которым ограничен даже при очной форме обучения.

Возможны два режима удаленного доступа. Первый – это удаленный доступ к результатам, полученным при выполнении эксперимента, и второй – удаленный доступ непосредственно к проведению эксперимента.

При работе в режиме удаленного доступа к результатам эксперимента студент не работает с экспериментальной установкой, он только наблюдает за экспериментом. Все полученные результаты эксперимента отображаются на лабораторном сервере и становятся доступными для студента, который перегружает их на свой персональный компьютер. Задача студента – обработать результаты эксперимента по предлагаемой в лабораторной работе методике, оформить и прислать на проверку электронный отчет, содержащий таблицы, графики, диаграммы, а также основные выводы по результатам анализа экспериментальных данных, и защитить работу, выполнив тест. Такие лабораторные работы организуются для обработки результатов статистических испытаний и результатов экспериментальных исследований многопараметрических или быстроизменяющихся во времени процессов.