Віртуальні лабораторії в біологічній освіті: моделювання експериментальних досліджень
Дослідження можливостей моделювання експериментальних досліджень та застосування віртуальних лабораторій під час підготовки спеціалістів з біологічних дисциплін. Їх функціональні особливості. Переваги, які формуються завдяки їх активному використанню.
| Рубрика | Педагогика |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 30.10.2023 |
| Размер файла | 481,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Віртуальні лабораторії в біологічній освіті: моделювання експериментальних досліджень
Гнатюк Віталій Васильович, кандидат біологічних наук, доцент кафедри біології, здоров'я людини та фізичної реабілітації, факультет фізичної культури, спорту та здоров'я людини, Бердянський державний педагогічний університет; Упатова Ірина Петрівна, доктор педагогічних наук, професор, в. о. завідувача кафедри; Дехтярьова Олена Олександрівна, кандидат біологічних наук, доцент кафедри природничих дисциплін, психолого-педагогічний факультет, Комунальний заклад "Харківська гуманітарно-педагогічна академія"; Куруц Наталія Василівна, кандидат біологічних наук, доцент кафедри зоології, біологічний факультет, Державний вищий навчальний заклад "Ужгородський національний університет"
Анотація
Сучасна цифровізація має відчутний вплив на навчання освітніх компонентів біологічного спрямування. Зокрема, застосування інноваційних технологій дало змогу оптимізувати практичне навчання. Мета статті полягає в тому, щоби дослідити можливості моделювання експериментальних досліджень та застосування віртуальних лабораторій під час підготовки спеціалістів з біологічних дисциплін. Використання віртуальних лабораторій у навчальному процесі і моделювання експериментальних досліджень є дієвим інноваційним інструментом, який значно підвищує можливості підготовки та навчання здобувачів вищої освіти у галузі біологічних наук. Завдяки цифровізації освітнього простору набули поширення такі поняття, як «біологія онлайн», «онлайн-лабораторії», «віртуальна лабораторія», «онлайн-експеримент» та «віртуальний лабораторний практикум».
Використання цих педагогічних форм і методів навчання свідчить про широке розповсюдження інноваційних цифрових технологій у освітніх середовищах. Деякі програми, як-от VirtualLab, LabInApp Virtual Labs, BioDigital Human, Labster тощо, активно застосовуються в європейських освітніх закладах для підготовки фахівців. Використання віртуальних лабораторій у біологічному навчанні сприяє поліпшенню розуміння біологічних концепцій і їх глибокому засвоєнню, розвитку практичних навичок та забезпечує доступне й активне навчання і допомагає створити стимулююче та безпечне освітнє середовище. Більшість віртуальних лабораторій надають можливість вивчати різні біологічні концепції через інтерактивні симуляції, а також ґрунтовно опановувати екологію, анатомію, зоологію, фізіологію, біологію клітини та гістологію, основ генетики та селекції, та інші біологічні дисципліни. Використання віртуальних лабораторій у біологічному навчанні має значні практичні переваги: проведення експериментів та досліджень без реальних ризиків для здоров'я, відсутність потреби у фізичних матеріалах та лабораторних приміщеннях, уникнення страху зробити помилку або пошкодити дорогі прилади. Універсальність такого підходу приведе до поширення використання віртуальних лабораторій у майбутньому, особливо з урахуванням прогресуючого впливу цифровізації на освіту загалом.
Ключові слова: цифровізація, навчальні платформи, освітній процес, експеримент, симуляції.
Annotation
Virtual laboratories in biological education: simulation of experimental studies
Modern digitization has a tangible impact on the teaching of biology. In particular, the use of innovative technologies made it possible to optimize parts of practical training. The purpose of the article is to investigate the possibilities of modeling experimental studies and the use of virtual laboratories during the training of specialists in biological disciplines. The use of virtual laboratories in the educational process and simulation of experimental research is an effective innovative tool that significantly increases the possibilities of training and education of students in the field of biological sciences. Due to the digitization of the educational space, the use of such terms as "biology-online", “online laboratories”, “virtual laboratory”, “online experiment” and “virtual practical laboratory practicum” is widespread. The use of these pedagogic forms and teaching methods indicates the widespread use of innovative digital technologies in educational environments. Some programs, such as VirtualLab, LabInApp Virtual Labs, BioDigital Human, Labster and others, are actively used in European educational institutions for training specialists.
The use of virtual laboratories in biological education allows improving the understanding of biological concepts, developing practical skills and provides an accessible and active form of learning. In addition, the use of virtual laboratories helps to create a stimulating and safe learning environment, improves understanding of material, develops practical skills and promotes deep learning of scientific concepts. Most virtual labs provide the opportunity to explore various biological concepts through interactive simulations, as well as to learn in detail ecology, anatomy, physiology, and other biological disciplines. The use of virtual laboratories in biological education has significant practical advantages: conducting experiments and research without real health risks, no need for physical materials and laboratory premises, no fear of making a mistake or damaging expensive devices. The versatility of this approach will lead to the widespread use of virtual laboratories in the future, especially given the progressive impact of digitization on education in general.
Keywords: digitization, educational platforms, educational process, experiment, simulations.
Вступ
Постановка проблеми в загальному вигляді. Сучасне комп'ютерне моделювання є одним із досить перспективних шляхів розвитку освітньої галузі. Особливе значення це має для природничих наук, тому що навчальні комп'ютерні моделі дають змогу оперативно унаочнити досліджуваний об'єкт, показати повний спектр його характеристик, що водночас сприяє поглибленому вивченню навчального матеріалу. Викладання дисциплін природничого циклу за сучасних обставин в Україні утруднюється через низку причин, насамперед - через брак відповідних фінансових ресурсів, зокрема на дороге обладнання для лабораторій і реактиви, інші необхідні витрати, а також через ризики, які пов'язані з функціонуванням лабораторного осередку загалом. Водночас віртуалізація лабораторної активності повністю не здатна замінити роботу в реальних дослідницьких умовах (принаймні, не на сучасному етапі розвитку технологій). Щоправда, звернення до цифрових технологій значно зменшує вартість процесу навчання, адже закупівля реальних реактивів та іншого обладнання, утримання спеціальних приміщень тощо можна замінити роботою зі спеціальним інформаційно-цифровим середовищем, що потребує значно менших капіталовкладень.
Відповідно, комп'ютерно-віртуальні технології можуть бути використані в освітніх компонентах біологічного спрямування не лише як засіб для автоматизації освітнього процесу та оцінки знань, а й як інструмент для впровадження нових дидактичних підходів, спрямованих на активізацію дослідницької діяльності здобувачів вищої освіти. Використання комп'ютерних технологій дає змогу розширити світогляд і розвивати корисні практичні навички завдяки включенню засобів і методів інформаційно-комунікаційних технологій у процес навчання біологічних дисциплін.
Варто визнати, що віртуалізація освітнього процесу в лабораторному середовищі також сприятиме гуманізації досліджень, оскільки дасть змогу замінити живих експериментальних тварин їхніми комп'ютерними моделями в ході експерименту, що цілком відповідає сучасним парадигмам гуманного поводження з тваринами та співіснування з ними. З цієї причини використання віртуальних лабораторій також заслуговує на увагу як важливий елемент світоглядних змін, що відбулися в сучасному суспільстві, зокрема й через поширення цифровізаційних процесів.
віртуальний лабораторія біологічний
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Дослідники неодноразово зверталися до проблематики організації навчання з використанням віртуальних лабораторій. Зокрема, В. Перерва охарактеризувала суть та важливість використання віртуальних лабораторій. Дослідниця акцентувала на тому, що головні переваги такого методу навчання - заощадження коштів, можливість моделювання складних дослідницьких ситуацій, безпека, керованість процесів та доступність повторюваності, а також спостереження в інших масштабах часу. Ю. Солона визначила, що запровадження інформаційної підтримки в процес підготовки майбутніх біологів, зумовлено особливостями мислення сучасних студентів [1; 2]. Експериментальні дослідження, проведені нею, підтверджують наявність мозаїчного типу мислення у здобувачів вищої освіти в галузі біології. Цей феномен вимагає суттєвої перебудови змісту освіти. Один із шляхів модернізації вищої школи відповідно до потреб сьогодення полягає у впровадженні адаптивного навчання через проєктування навчально-дослідницької діяльності. Складниками реалізації такого плану є віртуальні біологічні лабораторії, практикуми, хмарне навчання, авторські навчальні сайти, які є допоміжними інформаційними ресурсами для дистанційного навчання та організації самостійної роботи студентів [1].
Н. Ількевич дійшов висновку, що використання віртуальних лабораторій дає змогу значно підвищити якість навчання [3]. Дослідник звернувся до STAR (Software Tools for Academics and Researchers) - програми Массачусетського технологічного інституту, Wolfram Demonstrations Project, The ChemCollective та Virtual Labs. На основі проведених замірів знань було визначено, що віртуальні лабораторії загалом мають достатній набір матеріалів, актуальної інформації для підготовки доповідей, презентацій, самостійної та дистанційної роботи, а також для осмислення складних біохімічних процесів і явищ [3]. Н. Ворон підкреслив, що тенденції застосування інформаційних технологій (ІТ) стають все більш практичними і вигідними в навчанні майбутніх спеціалістів [4]. Інформаційно-комунікаційні технології охоплюють методи, виробничі процеси та програмно-технічні засоби, які інтегровані з метою збору, обробки, зберігання та поширення інформації, отриманої у користувачів. Це, на думку Н. Ворона, створює сприятливі умови для розвитку науки та застосування ІТ [3].
Важливими також є дослідження Г. Білецької [5], О. Семініхіної та В. Шамоня [6], А. Шкуропата і О. Гасюка [7], А. Юрченка та Ю. Хворостіної [8], у яких простежено особливості функціонування віртуальних лабораторій, наголошено на позитивних моментах та проблемах у їх використанні під час навчання спеціалістів з біології.
Серед іноземних дослідників потрібно відзначити роботи Б. Шамбаре і К. Симуї, які здійснили системний огляд наукової літератури щодо застосування віртуальних лабораторій з навчальною метою, зосередилися на визначенні теоретичних аспектів використання цифрових інструментів у викладанні та проведенні науково-практичних експериментів [9]. Так само актуальними є думки авторського колективу на чолі із Т. Дельгадо [10]. Дослідники підкреслили, що внаслідок пандемії COVID-19 створили курс віртуальної лабораторії клітинної біології, у якому детально розглянули методи молекулярної та клітинної біології, які можна використовувати для вивчення клітин. Вони опублікували звіт із описами лабораторії, показали, як креативні онлайн- лабораторії дають змогу здобувачам освіти отримувати цінний науковий досвід, особливо в умовах дистанційного навчання. Також важливі результати А. Геррареза, який визначив та надав цінні вказівки для вибору, проєктування та впровадження методик використання віртуальних лабораторій та інших симуляцій експериментальних середовищ і методів [11].
Мета статті - аналіз можливостей моделювання експериментальних досліджень із використанням віртуальних лабораторій під час вивчення освітніх компонентів біологічного спрямування.
Завдання статті полягають у тому, щоби проаналізувати сучасні можливості віртуальних лабораторій, визначити переваги, які формуються завдяки їх активному використанню.
Матеріали та методи
У дослідженні використано системний аналіз з метою визначення основних функціональних можливостей програм, які забезпечують використання віртуальних лабораторій в освітньому процесі. Під час системного аналізу здійснюється декомпозиція системи на окремі елементи та досліджується взаємодія цих складників для досягнення основної мети - ефективного вивчення біології. Також у дослідженні використано аналіз, індукцію та дедукцію.
Основними матеріалами дослідження слугували сайти платформ, що забезпечують використання віртуальних лабораторій під час вивчення вивчення біологічних дисциплін: LablnApp Virtual, Human BioDigital, Labster, Visible Body тощо. На основі використання цих програм визначено основні їхні функціональні особливості (зокрема і щодо моделювання лабораторного середовища) та ключові аспекти застосування віртуальних лабораторій під час вивчення освітніх компонентів біологічного спрямування.
Результати
Інформаційно-технологічні аспекти розвитку інноваційного навчання в Європі тісно пов'язані з інформатизацією та цифровізацією, які нині дуже важливі і для України [12, с. 147]. Цифрові технології, що проникають в усі галузі діяльності людини, трансформують і освітню галузь. Виконання лабораторних робіт - важлива частина вивчення біологічних дисциплін. Вони допомагають здобувачам вищої освіти отримати практичні навички, водночас їх використання сприяє також якіснішому вивченню певних концепцій завдяки ілюструванню теоретичного матеріалу. Окрім цього, доведено, що практичні та лабораторні роботи підвищують рівень зацікавленості та допитливості у студентів, впливають на їхню мотивацію, формують позитивне ставлення до біологічної науки [8, с. 281-283].
Активна цифровізація освіти вплинула на трансформацію низки традиційних підходів у навчанні. Зокрема, крім залучення різноманітних технічних інновацій, застосування можливостей інтернет-простору, запровадження різних інтерактивних технологій, дослідники почали приділяти велику увагу особливостям застосування спеціалізованих програмних інструментів та форм проведення й демонстрації різних біологічних наукових об'єктів та явищ. Відповідно, в освітньому просторі стали активно використовуватися такі поняття, як «біологія-онлайн», «онлайн-лабораторії», «віртуальна лабораторія», «онлайн-експеримент», «віртуальний лабораторний практикум». Використання зазначених педагогічних форм та методів навчання біології свідчить про широке залучення інноваційних цифрових технологій у біологічний освітній процес [13, с. 405].
Однією з форм застосування цифрових інноваційних технологій у навчальних лабораторних та практичних роботах освітніх компонентів біологічного спрямування, є поєднання реальної лабораторії з віртуальною.
Сучасні науковці по-різному трактують поняття «віртуальна лабораторія». Зокрема, В. Перерва вважає, що віртуальна лабораторія - це своєрідне віртуальне освітнє середовище, яке допомагає моделювати поведінку об'єктів реального світу в цифровому комп'ютерному просторі та сприяє оволодінню здобувачів вищої освіти новими знаннями та вміннями [13, с. 401-405]. З іншого боку, Г. Білецька наголошує на тому, що віртуальна лабораторія є своєрідною комп'ютерною програмою, що сприяє реалізації моделювання на комп'ютерні процеси [5]. Отож, вважаємо, що віртуальна лабораторія в біології - це комп'ютерна програма або платформа, яка надає можливість віртуального моделювання та виконання експериментів у біологічних науках. Вона дає змогу здобувачам вищої освіти, науковцям та іншим зацікавленим особам експериментувати, вивчати і спостерігати явища, які зазвичай відбуваються у реальних лабораторіях. Важливу роль у віртуальному лабораторному навчанні відіграє мультимедійний програмно-методичний комплекс, особливості конструкції та функціонування якого допомагає адаптувати використання віртуальних лабораторних робіт для фахової підготовки біологів. Загалом програмно-методичний комплекс має модульну структуру та функціонує на основі принципу «клієнт - сервер» (рис. 1).
Рис. 1. Схематична модель програмно-методичного комплексу віртуальних лабораторій: [2].
Віртуальні лабораторії використовують різні технології, як-от комп'ютерна симуляція, віртуальна реальність (VR) та розширена реальність (AR), для створення імітації реальних біологічних експериментів (табл. 1). За допомогою цих технологій користувачі можуть взаємодіяти з віртуальними об'єктами, зразками, організмами або системами та вивчати їхні властивості та поведінку [15, с. 10].
Таблиця 1 Основні технології реалізації віртуальних лабораторних робіт
|
Технологія |
Характеристика |
|
|
Комп'ютерні програми та симулятори |
Мовиться про спеціалізовані програми та симулятори, які дають змогу моделювати біологічні процеси та експерименти. Вони можуть охоплювати графічні інтерфейси, інтерактивні елементи та реалістичні моделі для відтворення різних біологічних систем [6, с. 344]. Такі програми часто надають користувачам можливість взаємодіяти з віртуальними об'єктами, виконувати експерименти та спостерігати їх результати |
|
|
Спеціальні веб- платформи |
Важливими є онлайн-платформи, які надають доступ до віртуальних лабораторій у біології через веб-браузер. Вони містять набір вбудованих інструментів, симуляторів та віртуальних експериментів, які користувачі можуть використовувати для вивчення біологічних концепцій та проведення практичних робіт |
|
|
Віртуальна реальність (VR) та доповнена реальність (AR) |
Технології VR та AR дають змогу створювати іммерсивні віртуальні середовища, де користувачі можуть взаємодіяти з віртуальними об'єктами та сценаріями [3, с. 22]. Використання VR або AR допомагає студентам відчути більш реалістичне середовище лабораторії та виконувати віртуальні експерименти, що наближує їх до реальних лабораторій |
|
|
Віртуальні лабораторії з біологічними даними |
Деякі спеціалізовані ресурси біологічного спрямування надають доступ до реальних біологічних даних, які можна використовувати для аналізу та віртуальних досліджень. Це біоінформатичні бази даних, геномні послідовності, медичні зображення або інші дані, які можуть бути використані для навчання та досліджень у віртуальній лабораторії. |
Розглянуті ресурси надають змогу здобувачам вищої освіти, науковцям та іншим зацікавленим особам вивчати дисципліни біологічного спрямування та проводити експерименти у віртуальному середовищі, що допомагає вдосконалити їхні навички та розширити знання в цій галузі. Крім цього, віртуальні лабораторії в біологічному навчанні використовуються для проведення досліджень та випробувань, моделювання біологічних процесів та систем, а також для спільної роботи та обміну знаннями між науковими групами (табл. 2).
Таблиця 2 Основні цілі використання віртуальних лабораторій у біологічному навчанні
|
Ціль |
Пояснення |
|
|
Покращення розуміння складного теоретичного матеріалу, певних теорій та концепцій |
Віртуальні лабораторії дають змогу здобувачам вищої освіти вивчати освітні компоненти біологічного спрямування. на практиці. Вони можуть проводити віртуальні експерименти, спостерігати результати та взаємодіяти з біологічними процесами [1, с. 49]. Це допомагає їм покращити розуміння ключових концепцій та механізмів у біологічній науці |
|
|
Розвиток практичних навичок |
Віртуальні лабораторії допомагають студентам отримувати практичний досвід та розвивати навички, які потрібні для роботи в лабораторіях [4, с. 101-102]. Вони можуть виконувати експерименти, аналізувати дані, проводити спостереження та розв'язувати проблеми, що виникають під час виконання завдань. Це розвиває в них необхідні навички виконання лабораторної роботи, такі як точність, систематичність та аналітичність [12, с. 145] |
|
|
Забезпечення безпеки та деяких етичних аспектів |
Ідеться про те, що віртуальні лабораторії дають змогу здобувачам вищої освіти вивчати та проводити експерименти без реального використання матеріалів, речовин або живих організмів, як це відбувається в реальних лабораторіях |
|
|
Реалізація активного навчання |
Віртуальні лабораторії сприяють активному навчанню. Студенти можуть активно експериментувати, розв'язувати проблеми та проводити дослідження самостійно, що формує та підтримує їхню активну роль у власному освітньому процесі |
|
|
5. Розширення доступу до навчання |
Мовиться про те, що віртуальні лабораторії можуть бути доступними в будь-який час та з будь-якого місця з використанням комп'ютера або Інтернету [10, с. 33]. Це розширює доступ до біологічного навчання для студентів з усього світу, незалежно від їх місця проживання або доступу до фізичних лабораторій. |
Отже, застосування віртуальних лабораторій у біологічному навчанні дає змогу покращити зрозуміння певних біологічних концепцій, розвиває практичні навички та сприяє здійсненню активного та доступного навчання [6, с. 342]. Нині існує декілька видів віртуальних лабораторій, які використовуються для експериментів у біології (рис. 2).
Загалом усі групи віртуальних лабораторій представлені в Інтернеті на різних освітніх порталах [9, с. 407-408]. Вони широко використовуються під час підготовки спеціалістів у європейських закладах освіти (рис. 3).
Переважно процес проектування освітнього інтерфейсу в таких віртуальних лабораторіях відбувається за допомогою натискання кнопок чи анімаційних аналогів, а також за допомогою застосування технології drag&drop, яка дає змогу оперувати інтерфейсом [11, с. 197]. Зокрема, віртуальні лабораторії на ресурсі VirtualLab передбачають використання послідовності дій у дослідах, результати яких встановлені наперед. Водночас варіанти правильних відповідей можна дібрати за допомогою перезапуску експерименту. Застосування цієї платформи вимагає наявності на персональному комп'ютері спеціального програмного забезпечення Adobe Flashplayer.
Рис. 2. Основні групи віртуальних лабораторій
Рис. 3. Поширені програми віртуальних лабораторій для реалізації інноваційного біологічного навчання
З іншого боку, LablnApp Virtual Labs - це набір програмних продуктів для віртуального навчання, які надають віртуальні лабораторні середовища для вивчення різних наукових дисциплін, освітні компоненти біологічного спрямування. Лабораторії на сайті LablnApp пропонують використання в навчальному процесі спеціальних демонстраційних відеороликів або виконання віртуальних експериментів з окремих предметів природничого циклу. Велике значення на сайті надається проведенню експериментів із біології та хімії. Зауважимо, що на порталі вони представлені в 3D- форматі, керувати процесом можна за допомогою комп'ютерної миші. Ця платформа дає змогу студентам експериментувати та навчатися за допомогою інтерактивних симуляцій та віртуальних моделей (табл. 3).
Таблиця 3 Ключові аспекти використання LablnApp Virtual Labs у навчанні біологічних дисциплін
|
Характерні риси програми |
Пояснення |
|
|
Проведення практичних лабораторних робіт |
Надає доступ до віртуальних лабораторій, де здобувачі освіти можуть виконувати експерименти в безпечному та контрольованому середовищі |
|
|
Інтерактивні симуляції |
Програма містить різноманітні інтерактивні симуляції, які дають змогу студентам досліджувати біологічні явища та концепції. Учасники навчального процесу можуть змінювати параметри, спостерігати результати та аналізувати дані, що допомагає їм глибше зрозуміти матеріал |
|
|
Віртуальні моделі та демонстрації |
Платформа надає доступ до віртуальних моделей та демонстраційних матеріалів, які допомагають візуалізувати складні концепції та процеси в біології. Вони можуть використовуватися для пояснення та ілюстрації різних аспектів навчального предмета |
|
|
Інтерактивні завдання та тести |
LablnApp містить набір інтерактивних завдань і тестів, які дають змогу студентам перевірити свої знання та розуміння. Це допомагає в засвоєнні матеріалу та підвищує активність здобувачів вищої освіти під час навчання. |
Водночас програма BioDigital Human дає змогу вивчати людське тіло в ЗБ-форматі, розглядаючи його органи, системи та структури. Вона надає можливість досліджувати різні фізіологічні процеси та хвороби, а також активно взаємодіяти з моделями органів у віртуальній реальності (табл. 4).
Таблиця 4 Ключові аспекти використання BioDigital Human під час реалізації віртуальних експериментів із біологічних дисциплін
|
Характерні риси програми |
Пояснення |
|
|
Присутність 3Б-моделей органів та систем |
Програма містить детальні ЗБ-моделі органів та систем тіла, як-от серце, легені, нирки, нервова система, м'язи та багато інших. Відповідно, здобувачі вищої освіти можуть досліджувати їхню структуру, функції та взаємодію між ними |
|
|
Взаємодія з моделями. Маніпуляція |
Здобувачі вищої освіти можуть обертати та масштабувати 3Б-моделі, розглядаючи їх з різних кутів та детально вивчаючи їхню структуру. Вони також можуть взаємодіяти з моделями, активувати анімацію функцій та спостерігати за змінами під час різних фізіологічних процесів |
|
|
Дослідження медичних станів |
BioDigital Human демонструє вплив хвороб на органи та системи крізь призму вивчення механізмів захворювань та їх лікування |
|
|
Доступ до додаткових ресурсів |
Програма надає доступ до додаткових навчальних ресурсів - інтерактивних уроків, тестових завдань та детальних пояснень процесів та концепцій. |
Отже, BioDigital Human можна використовувати під час вивчення анатомії та фізіологічних процесів (кровообіг, дихання, травлення тощо) за допомогою інтерактивних анімацій і симуляцій. Загалом застосування цієї програми допомагає здобувачам вищої освіти поліпшити візуальне та інтерактивне розуміння людського тіла, його функцій та процесів. Вона може сприяти покращенню засвоєння матеріалу та забезпечити більш практичний підхід до навчання біологічних дисциплін. Водночас програма Visible Body дає змогу вивчати людське тіло та його анатомію з використанням інтерактивних ЗБ-моделей. Це надає можливість вивчати різні органи та системи, а також спостерігати за різними фізіологічними процесами, не ставлячи під загрозу життя людей.
Важливу роль у реалізації віртуальних лабораторних робіт із освітніх компонентів біологічного спрямування відіграє програма Labster. Вона пропонує віртуальні лабораторні симуляції для вивчення різних біологічних процесів і методів. Ця програма надає можливість виконувати експерименти, аналізувати дані та взаємодіяти з віртуальними лабораторними пристроями (табл. 5).
Таблиця 5. Ключові аспекти використання програми Labster у проведенні віртуальних лабораторних робіт із біологічних дисциплін
|
Характерні риси програми |
Пояснення |
|
|
Проведення практичних експериментів |
Виконання різноманітних біологічних експериментів. Здобувачі вищої освіти мають змогу маніпулювати з реагентами, проводити аналізи, збирати дані та спостерігати за результатами своїх досліджень |
|
|
Використання симуляцій |
Демонстрація якісних 3Б-симуляцій, які детально передають реальність лабораторного середовища. Усі учасники навчального процесу можуть взаємодіяти з різними інструментами та об'єктами, проводити дослідження |
|
|
Реалізація лабораторних із різних тем |
Програма містить різноманітні теми з біології: від молекулярної біології та генетики до екології та фізіології. Це дає змогу здобувачам освіти детально вивчати теми: від генетичних досліджень до фотосинтезу за допомогою віртуальних експериментів |
|
|
Миттєвий зв'язок |
Labster надає студентам миттєвий зворотний зв'язок під час виконання лабораторних експериментів |
|
|
Реалізація колективного навчання |
Здобувачі вищої освіти можуть працювати разом у віртуальних лабораторіях, спільно реалізовувати різноманітні експерименти |
Ще одна програма - PhET Interactive Simulations - містить різні віртуальні симуляції, розроблені університетом Колорадо. Вона дає можливість досліджувати різні біологічні концепції через інтерактивні симуляції. Програма охоплює такі теми, як екологія, еволюція, генетика та багато інших (рис. 3).
Отже, PhET дає змогу реалізовувати різноманітні інтерактивні експерименти, де здобувачі вищої освіти можуть досліджувати різні параметри, змінювати їх та аналізувати дані. Узагальнюючи, можна сказати, що використання віртуальних лабораторій у біології допомагає студентам вивчати складні концепції та біологічні процеси завдяки інтерактивним та візуальним засобам [10, с. 35]. Це сприяє більш активному навчанню, розвитку критичного мислення та кращому засвоєнню матеріалу.
Загалом використання віртуальних лабораторій у біологічному навчанні має деякі важливі переваги, які сприяють збагаченню навчального досвіду як викладачів, так і здобувачів вищої освіти. По-перше, вони дають змогу виконувати експерименти та дослідження без реальних ризиків для здоров'я [7, с. 63].
Рис. 4. Ключові можливості PhET Interactive Simulations у вивченні біологічних дисциплін
По-друге, використання віртуальних лабораторій уможливлює проведення експериментів без необхідності у фізичних матеріалах та лабораторних приміщеннях. Це у свою чергу допомагає заощадити час і кошти. По-третє, у віртуальних лабораторіях студенти можуть експериментувати та виконувати дослідження без страху зробити помилку або пошкодити дорогі прилади. І по-четверте, вони можуть кілька разів повторювати той чи інший експеримент, як у закладі освіти, так і вдома, реалізовуючи в такий спосіб самостійне навчання. Насамкінець зауважмо, що віртуальні лабораторії забезпечують інтерактивність та можливість маніпулювати з об'єктами та параметрами, що сприяє формуванню у здобувачів вищої освіти кращої мотивації до навчання.
Висновки
Отже, використання віртуальних лабораторій в освітньому процесі, моделювання експериментальних досліджень варто визнати дієвим інноваційним інструментом, який значно розширює можливості підготовки і навчання здобувачів вищої освіти в галузі біологічних наук. Внаслідок цифровізації в освітньому просторі стали активно використовуватися такі поняття, як «біологія-онлайн», «онлайн-лабораторії», «віртуальна лабораторія», «онлайн-експеримент» та «віртуальний лабораторний практикум». Використання цих педагогічних форм і методів навчання свідчить про значне поширення інноваційних цифрових технологій в освітніх середовищах. Розглянуті програми (VirtualLab, LablnApp Virtual Labs, BioDigital Human, Labster та інші) активно застосовуються під час підготовки спеціалістів у європейських закладах освіти.
Їхні особливості дають можливість застосовувати віртуальні лабораторії в біологічному навчанні, покращувати розуміння певних біологічних концепцій у середовищі здобувачів вищої освіти, розвивати практичні навички, здійснювати активне й доступне навчання. Також варто зазначити, що використання віртуальних лабораторій у навчанні освітніх компонентів біологічного спрямування допомагає створити більш стимулююче та безпечне середовище для здобувачів вищої освіти, забезпечує краще розуміння матеріалу, покращує практичні навички та сприяє більш глибокому засвоєнню наукових концепцій. Більшість із віртуальних лабораторій дають змогу вивчати різні біологічні концепції через інтерактивні симуляції, ґрунтовно опановувати екологію, анатомію, зоологію, фізіологію, біологію клітини та гістологію, основи генетики та селекції та інші біологічні дисципліни. Така універсальність зможе забезпечити в майбутньому дедалі більше поширення практики їх використання, особливо беручи до уваги прогресуючий вплив цифровізації на освіту загалом.
Список використаних джерел
1. Солона Ю.О. Властивості «кліпового мислення» бакалаврів з біології. Роль і місце психології і педагогіки у формуванні сучасної особистості : матеріали міжнародної науково-практичної конференції (м. Харків, 11-12 січня 2019 р.). Харків, 2019. С. 48-50.
2. Солона Ю. Застосування інформаційної підтримки під час дослідницької майбутніх учителі біології в умовах адаптивного навчання. Науковий часопис НПУ імені М.П. Драгоманова. 2019. № 69. С. 228-237.
3. Ількевич Н.С. Використання віртуальних лабораторій під час вивчення біохімії студентами природничого факультету. Інформаційні технології в освіті. 2021. № 48 (3). С. 15-23.
4. Ворон Н.М. Використання віртуальних лабораторій при підготовці майбутніх вчителів біології. Дидаскал. 2018. № 18. С. 101-102.
5. Білецька Г.А. Використання віртуальних лабораторних робіт у підготовці фахівців-екологів. Інформаційні технології в освіті. 2012. № 12. С. 44-49.
6. Семеніхіна О.В., Шамоня В.Г. Віртуальні лабораторії як інструмент навчальної та наукової діяльності. Педагогічні науки: теорія, історія, інноваційні технології: науковий журнал. 2011. № 1 (11). С. 341-346
7. Шкуропат А.В., Гасюк О.М. Ефективність віртуальних лабораторних практикумів з фізіології людини і тварин у структурі підготовки фахівця-біолога. Інформаційні технології в освіті. 2018. № 1 (34). С. 62-70.
8. Юрченко А., Хворостіна Ю. Віртуальна лабораторія як складова сучасного експерименту. Науковий вісник Ужгородського національного університету. Серія: «Педагогіка. Соціальна робота». 2016. № 2 (39). С. 281-283.
9. Shambare B., Simuja C. A critical review of teaching with virtual lab: a panacea to challenges of conducting practical experiments in science subjects beyond the COVID-19 pandemic in rural schools in South Africa. Journal of Educational Technology Systems. 2022. Vol. 50, № 3. P. 393-408.
10. Delgado T., Bhark S.-J., Donahue J. Pandemic teaching: creating and teaching cell biology labs online during COVID-19. Biochemistry and Molecular Biology Education. 2021. Vol. 49, № 1. P. 32-37.
11. Herraez A. Virtual laboratories as a tool to support learning. Turkish Journal of Biochemistry. 2022. Vol. 47, № 2. P. 195-200.
12. Рябченко С. В. Концептуальні засади формування професійної компетентності майбутнього вчителя біології в інноваційному середовищі. Педагогіка та психологія. 2015. № 47. С. 144-154.
13. Перерва В. Віртуальна біологічна лабораторія як перспективний напрям фахової підготовки майбутнього вчителя. Науковий вісник Льотної академії. Серія: Педагогічні науки. 2019. № 5. С. 401-406.
14. Byukusenge C., Nsanganwimana F., Tarmo A. Effectiveness of virtual laboratories in teaching and learning biology: a review of literature International journal of learning, teaching and educational research. 2022. Vol. 21, № 6. P. 1-17.
15. Ткачук Г.В. Особливості впровадження мобільного навчання: перспективи, переваги та недоліки. Інформаційні технології і засоби навчання. 2018. Т. 64, № 2. С. 13-22.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Метод як інструмент для пізнання об’єктивних законів науки, його використання для наукових досліджень. Загальнонаукові методи досліджень. Використання аналітичних методів та методик експериментальних досліджень. Наукові принципи організації експерименту.
реферат [186,6 K], добавлен 18.12.2010Методологічна парадигма та особливості розвитку гендерних досліджень. Перспективи впровадження гендерної освіти в Україні. Дослідження впливу гендерних стереотипів на процес соціалізації дитини. Висвітлення проблем спільного та роздільного навчання.
дипломная работа [117,2 K], добавлен 30.10.2013Розгляд задачі як невід'ємного елемента навчального процесу з фізики. Поняття моделювання при вирішенні задач в учбово-методичній літературі. Методико-математичні основи застосування моделювання. Особливості загальних алгоритмів розв’язування задач.
курсовая работа [50,4 K], добавлен 18.05.2013Аналіз моделі експериментальної роботи вчителя щодо застосування методів педагогічних досліджень. Сутність інструментів, за допомогою яких розв’язуються ті чи інші проблеми педагогіки. Класифікація та етапи проведення методів педагогічних досліджень.
курсовая работа [37,8 K], добавлен 11.04.2015Дослідження значення впровадження 3D технологій в освітній процес для розвитку сучасного інформаційного суспільства. Аналіз можливостей використання 3D технологій в освітній діяльності при побудові моделі деталі з розрізом у процесі 3D моделювання.
статья [669,3 K], добавлен 24.04.2018Аналіз наукових досліджень європейських науковців, присвячених проблемі професійної підготовки дошкільних педагогів. Положення "європейського підходу" до дошкільної освіти, які стосуються професійної підготовки педагогічних працівників дошкільної галузі.
статья [52,1 K], добавлен 24.11.2017Етапи творчої розробки технічного художньо-конструкторського проекту. Ескізування, предметне моделювання або макетування в навчальному процесі. Функції проектних досліджень у дизайні. Ціль інформації в процесі художньо-конструкторської діяльності.
реферат [21,4 K], добавлен 18.10.2010Основні завдання вивчення спеціального курсу "Основи наукових досліджень", структура та елементи програми, її значення в подальшій науковій діяльності студентів. Загальні питання наукових досліджень. Теми та зміст лабораторних занять, контрольні питання.
методичка [14,6 K], добавлен 15.07.2009Поняття та методика побудування лекції, її призначення та функціональні особливості. Види лекцій з управлінського обліку та їх відмінні особливості. Методика підготовки, проведення та аналізу лекції. Критерії професійної підготовки викладача до лекції.
лекция [47,9 K], добавлен 20.11.2010Сутність структурно-логічної схеми реалізації професійної спрямованості вивчення хіміко-біологічних дисциплін майбутніми медичними сестрами. Вивчення навчальних планів та програм з хіміко-біологічних дисциплін з метою виявлення міжпредметних зв’язків.
статья [112,0 K], добавлен 31.08.2017Аналіз процесу формування пізнавальних інтересів учнів в практиці роботи сучасної початкової школи. Дидактичні умови розвитку пізнавальних інтересів в учнів 4 класу на уроках природознавства. Аналіз психолого-педагогічних експериментальних досліджень.
дипломная работа [700,8 K], добавлен 22.09.2009Етапи математичного моделювання. Роль і місце моделювання та наочності у формуванні евристичної діяльності учнів. Текстові задачі виробничого, фізичного змісту та методи їх розв'язування. Методи розв'язування екстремальних завдань в курсі геометрії.
курсовая работа [219,7 K], добавлен 13.04.2012Елементи прикладної математики у курсі шкільної алгебри, основи компетентнісного підходу до навчання. Роль моделювання у розв’язуванні задач та у пізнанні навколишнього світу. Розробка уроків на теми "Відсоткові розрахунки" та "Математичне моделювання".
курсовая работа [111,6 K], добавлен 08.07.2012Загальні положення інформаційного забезпечення наукових досліджень. Визначення, властивості та види інформації. Документальні джерела інформації та їх використання у наукових дослідженнях. Методика роботи над друкованими літературними джерелами.
реферат [27,3 K], добавлен 28.01.2011Особливості пам'яті у дітей дошкільного віку, чинники і умови, що сприяють її розвитку. Навчання довільному запам'ятовуванню. Доцільність розвитку пам'яті саме в середньому дошкільному віці. Аналіз теоретичних і експериментальних результатів дослідження.
курсовая работа [67,1 K], добавлен 20.05.2009Форми, методи і засоби реалізації вивчення геометричної оптики за допомогою комп’ютерного моделювання. Розробка системи уроків вивчення геометричної оптики, використовуючи засоби комп’ютерного моделювання, обґрунтування необхідності їх використання.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 26.04.2010Проблема дисертаційного дослідження. Розкриття задач, інтерпретація даних, синтез результатів дослідження. Правила та наукова етика цитування. Практична значимість дисертації та актуальність її теми. Академічний стиль та особливості мови дисертації.
реферат [148,4 K], добавлен 25.02.2015Суть поняття "моделювання педагогічних ситуацій". Компоненти моделювання у вищих навчальних закладах: цільовий, змістовий, технологічно-процесуальний та контрольно-оцінний. Розкриття соціального сенсу учительської професії та формування професіоналізму.
статья [34,6 K], добавлен 06.09.2017Елементи прикладної математики. Прикладні задачі як засіб математичних компетентностей учнів. Математичне моделювання як метод дослідження і навчального пізнання. Абсолютна і відносна похибка наближеного значення числа. Перші відомості про статистику.
курсовая работа [125,4 K], добавлен 16.05.2012- Проектування технологій навчання за темою "конструювання боді" курсу "конструювання швейних виробів"
Дослідження розробки бінарних дій викладача і учнів на уроці "Прийоми конструктивного моделювання першого виду". Вивчення системи навчання майбутніх фахівців роботі закрійника. Аналіз виготовлення лекал, розкрою матеріалу при пошитті чи ремонті одягу.
курсовая работа [65,2 K], добавлен 25.06.2011
