В настоящее время накопленный потенциал современных информационных технологий, в первую очередь – технологий математического и компьютерного моделирования, способствует решению одной из важнейших задач модернизации системы образования. Задача состоит в реализации принципов сознательности, активности и переносе центра тяжести обучения на самостоятельную работу школьников, на развитие механизмов их самообразования и формирование новой информационной культуры. На практике для решения этой задачи требуется развитие одного из перспективных направлений – разработка виртуальной среды обучения, содержащая в себе интерактивность [1].
Для повышения эффективности учебного процесса в целом, используя электронные средства обучения, особое значение приобретают методы визуализации, адекватные зрительному восприятию и удобные для однозначного толкования полученных результатов. Образовательной виртуальной средой с насыщенным мутимедийным контентом являются виртуальные лаборатории, которые предоставляют возможность просмотра объектов и процессов реального времени не всегда доступных для школьной лаборатории.
Учителя при использовании электронно-образовательных ресурсов получают возможность приобретения квалификационных компетенций, направленных на реализацию ФГОС нового поколения, повышение эффективности педагогической деятельности с целью достижения новых образовательных результатов, использование новых видов контроля и коммуникаций в педагогическом процессе, повышение познавательной деятельности обучающихся [2].
Программное обеспечение для разработки виртуальных лабораторий основано на моделировании и высокой интерактивности. Для создания электронно-образовательного ресурса, отвечающего соответствующим требованиям виртуальных лабораторий, должны быть использованы следующие программные средства:
- программы для создания графики;
- программы для создания анимации;
- программы для создания гипертекста;
- программы для обработки звуковой информации;
- средства для реализации интерактивности;
- среды программирования [5].
После анализа программных средств был сделан вывод о том, что программа Macromedia Flash содержит в себе все функции перечисленных программных средств, а именно содержит средства и методы работы с векторной графикой, позволяет создать анимацию различных видов, имеет возможность работы со звуком, а возможность создания интерактивной кнопки реализует функцию гиперссылки. Особое значение имеет то, что Macromedia Flash имеет встроенный объектно-ориентированный язык программирования ActionScript, который позволяет не только программно управлять клипом, но и программно рисовать, используя метод скриптов, обеспечивающий максимальную гибкость при разработке мультимедиа продуктов.
Обобщая результат [2–5], была разработана технология разработки виртуальных лабораторий средствами Macromedia Flash:
1) анализ предметной области и в соответствии с этим определение системы опытов;
2) разработка модели предметов и оборудования лаборатории;
3) разработка дизайна сцен и схемы переходов между ними;
4) разработка анимации и интерактивности;
5) наполнение проекта методическим контентом;
6) апробация результатов работы.
Рис. 1. Схема виртуальной лаборатории
Рис. 2. Главная страница приложения
Согласно разработанной технологии, была создана виртуальная биологическая лаборатория по разделу «Цитология», который изучается в профильных классах средней образовательной школы. Данная виртуальная лаборатория состоит из одиннадцати проектов, пять из которых являются управленческими, а оставшиеся шесть содержат виртуальные лабораторные установки. Схема структуры виртуальной лаборатории выглядит следующим образом (рис. 1).
На главной странице приложения (рис. 2) расположены три кнопки перехода к каждому из разделов, которые содержат в себе лабораторные установки.
Первый раздел – «Опыты по проведению каталитической активности ферментов» содержит пять лабораторных установок:
1. Виртуальная лабораторная установка «Реакция взаимодействия вареного мяса и пероксида водорода (Н2О2)» предназначена для изучения данной реакции и выявлении денатурации ферментов. Цель демонстрационного опыта: наглядно показать отсутствие расщепления пероксида водорода (Н2О2) ферментом каталазой, содержащимся в мясе и потерявшим свои свойства при обработке высокими температурами.
2. Виртуальная лабораторная установка «Реакция взаимодействия сырого мяса и пероксида водорода (Н2О2)» (рис. 3) предназначена для изучения данной реакции и выявлении действия ферментов. Цель демонстрационного опыта: наглядно показать расщепление пероксида водорода (Н2О2) ферментом каталазой, содержащимся в мясе, с выделением кислорода (Н2).
Рис. 3. Лабораторная установка «Реакция взаимодействия сырого мяса и пероксида водорода (Н2О2)»
3. Виртуальная лабораторная установка «Реакция взаимодействия вареного картофеля и пероксида водорода (Н2О2)» предназначена для изучения данной реакции и выявления денатурации ферментов. Цель демонстрационного опыта: наглядно показать отсутствие расщепления пероксида водорода (Н2О2) ферментом каталазой, содержащимся в картофеле и потерявшим свои свойства при обработке высокими температурами.
4. Виртуальная лабораторная установка «Реакция взаимодействия сырого картофеля и пероксида водорода (Н2О2)» предназначена для изучения данной реакции и выявления действия ферментов. Цель демонстрационного опыта: наглядно показать расщепление пероксида водорода (Н2О2) ферментом каталазой, содержащимся в картофеле, с выделением кислорода (Н2).
5. Виртуальная лабораторная установка «Реакция взаимодействия песка и пероксида водорода (Н2О2)» предназначена для изучения данной реакции и выявления отсутствия ферментов в искусственных материалах. Цель демонстрационного опыта: наглядно продемонстрировать отсутствие реакции взаимодействия песка и пероксида водорода (Н2О2).
Второй раздел – «Изучение фаз митоза в клетках корешка чеснока» – содержит одну виртуальную лабораторную установку, предназначенную для просмотра митотического деления клеток корешка чеснока под увеличением микроскопа (рис. 4). Цель работы: наглядно продемонстрировать и выявить отличительные особенности митотического деления.
Рис. 4. Просмотр препарата под микроскопом
Третий раздел – «Опыты по изучению плазмолиза и деплазмолиза в растительной клетке» – содержит две лабораторные установки:
1. Виртуальная лабораторная установка «Плазмолиз» предназначена для просмотра явления плазмолиза (рис. 5). Цель демонстрационного опыта: наглядно продемонстрировать и изучить фазы плазмолиза в клетках эпидермиса чешуйки лука, помещенных в восьмипроцентый раствор соли.
2. Виртуальная лабораторная установка «Деплазмолиз» предназначена для просмотра явления деплазмолиза. Цель работы: наглядно продемонстрировать деплазмолиз в клетках эпидермиса чешуйки лука, помещенных в воду.
Рис. 5. Просмотр явления плазмолиза
Таким образом, виртуальный лабораторный практикум представляет собой один из прогрессивно развивающихся видов проведения лабораторных занятий, суть которого заключается в замене реального лабораторного исследования, сокращении времени экспериментов, возможности самостоятельного изучения и активации учебного процесса.
Работа выполнена при поддержке гранта № В16-31 Стерлитамакского филиала БашГУ «Технологии разработки интерактивных информационно-образовательных ресурсов».
Библиографическая ссылка
Хасанова С.Л., Симонова И.А. КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ ВИРТУАЛЬНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ ПО РАЗДЕЛУ «ЦИТОЛОГИЯ» // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 9-1. – С. 89-92;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36183 (дата обращения: 17.08.2024).