«представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой. В первом случае мы имеем дело с так называемой лабораторной установкой с удаленным доступом, в состав которой входит реальная лаборатория, программно-аппаратное обеспечение для управления установкой и оцифровки полученных данных, а также средства коммуникации. Во втором случае все процессы моделируются при помощи компьютера»
Итак, под виртуальными лабораториями понимается два типа программно-аппаратных комплексов:
1)Лабораторная установка с удаленным доступом — назовем такие комплексы дистанционные лаборатории
2)Программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты — виртуальные лаборатории (в узком смысле)
1. Виртуальные лаборатории
В чём состоят преимущества виртуальных лабораторий перед реальными?
Основными преимуществами виртуальных лабораторий являются:
1)Отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования и реактивов. Из-за недостаточного финансирования во многих лабораториях установлено старое оборудование, которое может искажать результаты опытов и служить потенциальным источником опасности для обучающихся. Кроме того, в таких областях как, например, химия, кроме оборудования требуются также расходные материалы (реактивы), стоимость которых достаточно высока. Разумеется, компьютерное оборудование и программное обеспечение также стоит недешево, однако универсальность компьютерной техники и ее широкая распространенность компенсируют этот недостаток.
2)Возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях.
— Наглядная визуализация на экране компьютера. Современные компьютерные технологии позволят пронаблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники, например, из-за малых размеров наблюдаемых частиц.
3)Возможность проникновения в тонкости процессов и наблюдения происходящего в другом масштабе времени, что актуально для процессов, протекающих за доли секунды или, напротив, длящихся в течение нескольких лет.
Процесс сертификации программных продуктов
... сертификате. Процесс сертификации программного обеспечения включает в себя следующие этапы: подача заказчиком заявки на сертификацию; принятие решения по заявке на сертификацию, в том числе назначение экспертов на проведение основных работ по сертификации ...
4)Безопасность. Безопасность является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами.
5)В связи с тем, что управлением виртуального процесса занимается компьютер, появляется возможность быстрого проведения серии опытов с различными значениями входных параметров, что часто необходимо для определения зависимостей выходных параметров от входных.
6)Экономия времени и ресурсов для ввода результатов в электронный формат. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших массивов полученных цифровых данных, которые выполняются на компьютере после проведения серии экспериментов. Слабым местом в этой последовательности действий при использовании реальной лаборатории является ввод полученной информации в компьютер. В виртуальной лаборатории этот шаг отсутствует, так как данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок.
7)И, наконец, отдельное и важное преимущество заключается в возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность работы в лабораториях университета.
1.1. Примеры виртуальных лабораторий.
1.1.1. Виртуальные лаборатории STAR
STAR (Software Tools for Academics and Researchers) — программа Массачусетского технологического института (MIT) по разработке виртуальных лабораторий для исследований и обучения. Деятельность программы заключается в разработке обучающих и исследовательских приложений по общей биологии, биохимии, генетике, гидрологии, в области распределенных вычислений. Большинство приложений реализованы в java либо в html. Официальный сайт программы: star.mit.edu.
1)StarBiochem — 3D-визуализатор молекул белков. Имеет гибкую и подробную настройку. URL: star.mit.edu/biochem/index.html .
2)StarGenetics. — позволяет моделировать процессы скрещивания, изучать закономерности наследования моногенных признаков (т.н. законы Менделя).
URL: star.mit.edu/genetics/index.html .
3)StarORF. — позволяет научиться идентифицировать так называемые открытые рамки считывания (англ — ORF — Open Reading Frame) — единицы в составе цепи ДНК или РНК, способные кодировать белок. URL: star.mit.edu/orf/index.html .
4)StarMolSim — это серия инструментов, моделирующая процессы молекулярной динамики. Каждый из инструментов имеет широкий набор входных значений и, аналогично, широкий набор выходных значений для анализа и исследования. URL: star.mit.edu/molsim/index.html .
5)StarBiogene — Набор инструментов по генетике. URL: star.mit.edu/biogene/index.html .
6)StarHydro — программный инструмент для моделирования гидрологических процессов. (не удалось запустить!).
Виртуальная частная сеть (VPN), технология, принципы работы и использования
... Виртуальная Частная Сеть (VPN, Virtual Private Network). Цель и задача реферата: рассмотреть технологии, принципы работы и использования Виртуальной Частной Сети. 1. Технология и принципы работы виртуальной частной сети 1.1 Стандартные технологии функционирования VPN Виртуальная ...
URL: star.mit.edu/hydro/index.html .
7)StarCluster — Набор инструментов для создания, настройки и управления кластерами виртуальных машин на веб сервисе Amazon’s EC2 cloud. URL: star.mit.edu/cluster/index.html .
Дать оценку этим виртуальным лабораториям могут только соответствующие специалисты, однако можно с определенной долей уверенности утверждать, что они отличаются фундаментальностью, охватывают широкий круг задач в определенной сфере знаний, обладают богатым инструментарием.
1.1.2. Виртуальные лабаратории Vi rtuLab
VirtualLab — проект по разработке виртуальных лабораторных работ для учащихся по физике, химии, биологии, экологии. Виртуальные лабораторные работы реализованы при помощи технологии Flash. Отличаются узкой специализацией, в большинстве случаев линейностью опыта (вся последовательность действий и результаты опыта заданы заранее).
Продукты VirtualLab имеют познавательную ценность и решают задачу проведения лабораторных работ при отсутствии необходимого оборудования.
Сайт проекта VirtuLab: www.virtulab.net/
Примеры лабораторных работ:
1)Изучение взаимодействия частиц и ядерных реакций
2)Сравнение молярных теплоемкостей металлов
3)Изучение закона Ома для полной цепи — Изучение закона Ома для полной цепи — Этап 2
4)Знакомство с образцами металлов и сплавов
5)Идентификация неорганических соединений
6)Изучение внешнего строения и многообразия членистоногих. Внешнее строение речного рака. Внешнее строение насекомого.
7)Исследование изменений в экосистемах на биологических моделях (аквариум)
8)Модель хищник-жертва Лотки-Вольтерры
1.1.3. Algodoo
Algodoo — программа предназначенная для физических 2D симуляций. Имеет очень богатый инструментарий для создания различных объектов, механизмов и систем с целью моделирования их физического взаимодействия и свойств. Например можно создать модель работающих часов, модель планетохода или пневматической винтовки.
Программа способна симулировать не только механические процессы, но и оптические, а возможность программирования при помощи скриптового языка Thyme позволяет создавать объекты с оригинальными физическими свойствами, различные функции, эффекты и явления. Также имеется возможность загружать рисунки: рисунок становится объектом симуляции и ему можно задать любые физические свойства.
Программа бесплатна.
Электронная почта (2)
... абонентом компьютерной сети и получив адрес своего почтового ящика, пользователь может сообщить его друзьям, знакомым. Каждый абонент электронной почты может через свой компьютер и модем послать письмо ... для настройки релеинга (пересылки) почты через третьи серверы. Сторонний сервер (например, более надёжный, чем серверы пользователя) принимает почту для домена пользователя и пересылает его на ...
Имеется хранилище algobox, где пользователи могут обмениваться своими моделями.
1.1.4. PhET
PhET — проект. разработанный Университетом Колорадо. Проект включает большое множество виртуальных лабораторий, демонстрирующих различные явлений в области физики, биологии, химии, математики, наук о Земле.
Опыты имеют высокую познавательную ценность и при этом очень увлекательны.
Примеры:
1) Color vision phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision
2) Balancing Act phet.colorado.edu/en/simulation/balancing-act
3) John Travoltage phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage
4) Sound phet.colorado.edu/en/simulation/sound
5) Radioactive Dating Game phet.colorado.edu/en/simulation/radioactive-dating-game
6) Build an Atom phet.colorado.edu/en/simulation/build-an-atom
7) Circuit Construction Kit (AC+DC) phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab
8) My Solar System phet.colorado.edu/en/simulation/my-solar-system
9) Photoelectric Effect phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric
10) Radio Waves & Electromagnetic Fields phet.colorado.edu/en/simulation/radio-waves
11) Glaciers phet.colorado.edu/en/simulation/glaciers
1.1.5. Wolfram Demonstrations Project.
Цель проекта Wolfram Demonstrations Project — наглядная демонстрация концепций современной науки и техники. Wolfram претендует на роль единой платформы, позволяющей создать объединенный каталог онлайновых интерактивных лабораторий. Это, по мнению его разработчиков, позволит пользователям избежать проблем, связанных с применением разнородных обучающих ресурсов и платформ разработки.
На текущий момент (июль 2013 г.) Wolfram Demonstrations Project обладает внушительным каталогом — примерно 8900 интерактивных демонстраций.
Каталог проекта состоит из 11 основных разделов, относящихся к различным отраслям знания и человеческой деятельности. Здесь есть крупные физические, химические и математические разделы, а также посвященные технике, инженерному делу, социальным наукам.
Примеры:
1) RadialEngine demonstrations.wolfram.com/RadialEngine/
2) 3D Skeletal Anatomy of the Arm demonstrations.wolfram.com/3DSkeletalAnatomyOfTheArm/
3) Epidemic Spread and Transmission Network Dynamics demonstrations.wolfram.com/EpidemicSpreadAndTransmissionNetworkDynamics/
Горячая объемная штамповка металлов
... деталей и оптимизация технологического процесса. 1 Методы моделирования обработки металлов давлением объемный штамповка металл В последние годы все больше внимания уделяется моделированию различных ... технологического процесса и изготовления нескольких комплектов оснастки для проведения опытной штамповки, что дает возможность сократить время технологической подготовки производства, и расходы ...
4) Optimizing the Counterweight Trebuchet demonstrations.wolfram.com/OptimizingTheCounterweightTrebuchet/
5) A Special Case of the Sum of Two Cosines demonstrations.wolfram.com/ASpecialCaseOfTheSumOfTwoCosines/
6) Keynesian Cross Diagram demonstrations.wolfram.com/KeynesianCrossDiagram/
1.1.6. The ChemCollective
Проект The ChemCollective, посвящен изучению химии.
1) The Virtual Lab: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php. Отличительной особенностью лаборатории является то, что отсутствуют какие-либо задания, пользователю предоставлена свобода действий
Прочие продукты проекта представляют собой лабораторные проекты, посвященные определенным темам и касаются таких разделов химии как стехиометрия, термохимия, теория кислот и оснований, аналитическая химия и др. Примеры:
1) Identifying an Unknown Liquid from its Density chemcollective.org/activities/vlab/69
2) Predicting DNA Concentration chemcollective.org/vlab/81
3) Coffee Problem chemcollective.org/vlab/91
4) Cobalt Chloride and LeChatlier’s Principle chemcollective.org/vlab/85
5) Standardization of NaOH with a KHP solution: Acid Base Titration chemcollective.org/vlab/101
6) Creating a Buffer Solution chemcollective.org/vlab/104
1.1.7. Виртуальные лаборатории teachmen.ru
Проект teachmen.ru разработан специалистами Челябинского государственного университета и полностью посвящен физике. Помимо собственно лабораторных работ, здесь можно также найти лекции с наглядными интерактивными элементами.
Примеры лабораторных работ:
1) Закон сохранения и изменения импульса teachmen.ru/work/mech/momentum1.html
2) ТЕПЛОТА. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. РАБОТА teachmen.ru/work/molec/law1/index.html
3) Безопасная радиация teachmen.ru/work/r_safety/ecology.php
1.1.8. Late Nite Labs
Это серия платных виртуальных лабораторий по химии, биологии и микробиологии. Стоимость доступа — около 50$ на студента в семестр.
Виртуальная лаборатории оформлены в виде 3D мира. Адрес: Latenitelabs.com
Демонстрационные версии лабораторных работ:
1) Лабораторная работа по химии —
2) Лабораторная работа по биологии —
Аккредитация испытательной лаборатории
... требующего регулярного квалифицированного обслуживания), если для обеспечения области аккредитации требуется его регулярное использование; для уникального оборудования, которое используется лабораторией нерегулярно; при временной неисправности своего оборудования или ...
3) Лабораторная работа по микробиологии —
1.1.9. ChemLab
Программное обеспечение для моделирования лабораторных работ. Официальный сайт: modelscience.com
2.Дистанционные лаборатории
The Labshare Institute (LBI)
Адрес проекта: www.labshare.edu.au
Labshare — консорциум, созданный по инициативе министерства образования, занятости и трудовых отношений Австралии и включающий в себя 5 технических ВУЗов Австралии. Цель проекта — создание национальной сети удаленных лабораторий.
Примеры установок:
1) Coupled Tanks — Generation II www.labshare.edu.au/catalogue/rigtypedetail/?id=1&version=2
2) Engineering Geology www.labshare.edu.au/catalogue/rigtypedetail/?id=20&version=1
3) iRobot www.labshare.edu.au/catalogue/rigtypedetail/?id=15&version=1.1 4) Loaded Beam www.labshare.edu.au/catalogue/rigtypedetail/?id=8&version=1
2.2. MIT iCampus iLabs
icampus.mit.edu/projects/ilabs/
</<font face=»Times New Roman, serif»>Мы рассмотрели виды виртуальных лабораторий и выяснили положительные и отрицательные стороны каждой лаборатории. Цели поставленные в начала рефераты были достигнуты.
1 А.В. Трухин. «Об использовании виртуальных лабораторий в образовании» // Открытое и дистанционное образование. — 2002. — № 4 (8) .
15
