Віртуальний лабораторний практикум

Важливим етапом ефективного освітнього процесу є фізичний експеримент, що стимулює активну пізнавальну діяльність і творчий підхід до одержання знань. При традиційних формах освітнього процесу така можливість реалізується в ході виконання необхідного комплексу лабораторних робіт чи практичних занять. Однак при дистанційному навчанні подібна активізація творчої діяльності обмежена очевидними технічними складностями. Одним зі шляхів вирішення даної проблеми може стати можливість активного дистанційного експерименту в єдиній інформаційно-комунікаційній навчальній сфері. Іншим фактором, що зумовлює актуальність проблеми активного дистанційного експерименту є обмежена можливість доступу слухачів до найбільш цікавого й унікального устаткування, технічним об'єктам, науковим і технологічним експериментам, що часом становлять найбільший інтерес і стимулюють надбання знань. Навіть у межах одного навчального закладу масовий доступ до унікального навчального устаткування часом представляє визначену проблему. У той же час важко переоцінити можливість будь-якого учня чи студента «доторкнутися» до кращих чи й просто унікальних стендів, промислових об'єктів, наукових експериментів.

Ключовою особливістю, що відрізняє фізичний експеримент від інших способів одержання знань, є процес одержання й обробки експериментальних даних — кількісних характеристик реальних фізичних величин, що визначають поведінку досліджуваного об'єкта, чи процесу явища, що підтверджують чи спростовують сформульовані цільові функції проведення експерименту. Як різновид фізичного експерименту можна виділити навчальний фізичний експеримент, що ставить метою відпрацьовування основних прийомів і технологій планування і проведення експерименту, включаючи його основні етапи: формулювання мети і завдань дослідження, визначення способів і методів досягнення мети, використовуване устаткування і технології. В умовах дистанційного навчання традиційні форми лабораторного практикуму доповнюються віртуальною лабораторією, що використовує технологію імітаційного математичного моделювання фізичного експерименту з залученням апаратно-програмних (технічних) засобів візуалізації, комп’ютерної графіки й анімації для досягнення ефективної інтерактивної взаємодії користувача (того, якого навчають, експериментатора) із середовищем моделювання.

Складовою частиною поняття «віртульна лабораторія» є поширене технічне поняття віртуального інструменту — набору апаратних і програмних засобів, доданих до звичайного комп’ютера таким чином, що користувач одержує можливість взаємодіяти з комп’ютером як зі спеціально розробленим для нього звичайним електронним приладом. Істотна частина віртуального інструменту і віртуальної лабораторії - ефективний графічний інтерфейс користувача, тобто програмний інструментарій з розвинутою системою графічного меню у виді наочних графічних образів звичної для користувача предметної області, що забезпечує зручний інтерактивний режим його взаємодії з комп’ютером. Працюючи з віртуальним інструментом через графічний інтерфейс, користувач на екрані монітора бачить звичну передню панель, що імітує реальну панель управління потрібного приладу. За допомогою «миші» можна імітувати вплив на зрозумілі «органи управління» — кнопки, перемикачі, регулятори і т.д., «намальовані» на екрані монітора у виді передньої панелі приладу, який імітується. Велика бібліотека віртуальних інструментів імітує дію будь-якого потрібного вимірювального чи приладу системи, максимально пристосованих для рішення конкретної поставленої задачі. Передня панель чи ієрархія передніх панелей дозволяє оптимально планувати управління експериментом. Обмеженнями у виборі архітектури і функціональних можливостей стають лише характеристики комп’ютера, існуюча бібліотека математичних функцій і фантазія розробника. Навчальна віртуальна лабораторія — закінчений програмний продукт, характерною рисою якого є використання сучасних концепцій проектування великих програмних систем, орієнтованих на підвищення ефективності автоматизованого проектування. Одним з найбільш наочних і представницьких прикладів реалізації концепції віртуального інструменту є згадуваний вище пакет LabVIEW.

Отже, віртуальну лабораторію можна розглядати як апаратно-програмний інструментарій, що застосовується у якості об'єктно-орієнтованого інформаційного середовища для ефективної інтерактивної взаємодії користувача із сферою моделювання. Це дозволяє слухачеві, який можу бути на будь-якій відстані від об'єкта, в інтерактивному режимі оперативно конструювати в операційному середовищі комп’ютера зображення передньої панелі потрібного інструмента чи групи інструментів — іспитову лабораторію для виконання необхідної задачі. Нарешті, важливою перевагою віртуальної лабораторії є можливість наочної імітації реального фізичного експерименту шляхом використання, поряд зі звичними зображеннями приладів, не тільки імітаційних моделей реальних сигналів, але також і отриманих раніше реальних експериментальних даних, що зберігаються у відповідних файлах даних.