«Виртуальные лаборатории»(11 класс)

Реферат

« 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

2)Программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты –

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

4) Безопасность . Безопасность является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями или химическими веществами.

5 стр., 2053 слов

Виртуальная реальность (2)

... мог, причем достаточно легко, попасть в мир виртуальной реальности, например, погружаясь в созерцание картины, кинофильма или просто, ... компьютера, можно рассматривать и как реализацию механизма психологической защиты «Я». Этот механизм защиты обеспечивает ... проблем и тенденций, с которыми человечество не сталкивалось ранее и которые не могут быть оставлены без внимания. 1. Виртуальная реальность ...

5)В связи с тем, что управлением виртуального процесса занимается компьютер, появляется

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

1.1. Примеры виртуальных лабораторий.

1.1.1. Виртуальные лаборатории STAR

STAR

1) StarBiochem — 3D-визуализатор молекул белков. Имеет гибкую и подробную настройку. URL: http://star.mit.edu/biochem/index.html .

2) StarGenetics. — позволяет моделировать процессы скрещивания, изучать закономерности наследования моногенных признаков (т.н. законы Менделя).

URL: http://star.mit.edu/genetics/index.html .

3) StarORF . — позволяет научиться идентифицировать так называемые открытые рамки считывания (англ — ORF O pen R eading F rame) – единицы в составе цепи ДНК или РНК, способные кодировать белок. URL: http://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: http://star.mit.edu/molsim/index.html .

5) StarBiogene — Набор инструментов по генетике. URL: http://star.mit.edu/biogene/index.html .

6) StarHydro — программный инструмент для моделирования гидрологических процессов. ( не удалось запустить! ).

43 стр., 21421 слов

«Защита прав соотечественников за рубежом: состояние законодательства ...

... российских регионов». Будучи отражением нового направления миграционной политики, программа привлечения соотечественников получила широчайший ряд откликов, аналитических замечаний, прогнозов и оценок; на ее основании в ... работы здесь, переселенцы могут пополнить московский рынок труда и т. п.). В ходе осуществления дипломного исследования ... учета мнений самих мигрантов. Руководствуясь этим принципом, ...

URL: http://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: http://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

Сайт проекта VirtuLab: http://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 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.

Имеется хранилище

Официальный сайт: http://www.algodoo.com/

1.1.4. PhET

PhET

Опыты имеют высокую познавательную ценность и при этом очень увлекательны.

Примеры

1) Color vision http://phet.colorado.edu/en/simulation/color-vision

2) Balancing Act http://phet.colorado.edu/en/simulation/balancing-act

3) John Travoltage http://phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage

4 стр., 1803 слов

Ковалевский Никита Алексеевич

... прикладное программное обеспечение разрабатывается несколькими американскими университетами. Актуальность исследований беспроводных сенсорных сетей очевидна. Уже сейчас во многих отраслях их начинают использовать. ... которые в состоянии осуществлять самые разнообразные измерения условий окружающей среды. Беспроводные сенсорные сети – это новая перспективная технология, и все связанные с ней ...

4) Sound http://phet.colorado.edu/en/simulation/sound

5) Radioactive Dating Game http://phet.colorado.edu/en/simulation/radioactive-dating-game

6) Build an Atom http://phet.colorado.edu/en/simulation/build-an-atom

7) Circuit Construction Kit (AC+DC) http://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab

8) My Solar System http://phet.colorado.edu/en/simulation/my-solar-system

9) Photoelectric Effect http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

10) Radio Waves & Electromagnetic Fields http://phet.colorado.edu/en/simulation/radio-waves

11) Glaciers http://phet.colorado.edu/en/simulation/glaciers

1.1.5. Wolfram Demonstrations Project.

Цель

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 http://demonstrations.wolfram.com/RadialEngine/

2) 3D Skeletal Anatomy of the Arm http://demonstrations.wolfram.com/3DSkeletalAnatomyOfTheArm/

3) Epidemic Spread and Transmission Network Dynamics http://demonstrations.wolfram.com/EpidemicSpreadAndTransmissionNetworkDynamics/

4) Optimizing the Counterweight Trebuchet http://demonstrations.wolfram.com/OptimizingTheCounterweightTrebuchet/

5) A Special Case of the Sum of Two Cosines http://demonstrations.wolfram.com/ASpecialCaseOfTheSumOfTwoCosines/

6) Keynesian Cross Diagram http://demonstrations.wolfram.com/KeynesianCrossDiagram/

1.1.6. The ChemCollective

Проект

1) The Virtual Lab: http://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 http://chemcollective.org/activities/vlab/69

2) Predicting DNA Concentration http://chemcollective.org/vlab/81

9 стр., 4146 слов

Концепция математического моделирования и структурирование информации ...

... реально существующих вещей. Математическая модель является приближенным, выраженным в математических терминах, представлением объектов, концепций, систем или процессов. В математическую модель входят следующие элементы: переменные ... или практический, метод научного познания. Однако, из-за невозможности полной адекватности модели объекту-оригиналу знание, полученное в результате изучения аналогий не ...

3) Coffee Problem http://chemcollective.org/vlab/91

4) Cobalt Chloride and LeChatlier’s Principle http://chemcollective.org/vlab/85

5) Standardization of NaOH with a KHP solution: Acid Base Titration http://chemcollective.org/vlab/101

6) Creating a Buffer Solution http://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

2) ТЕПЛОТА. ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ. РАБОТА http://teachmen.ru/work/molec/law1/index.html

3) Безопасная радиация

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:

Демонстрационные версии лабораторных работ:

1) Лабораторная работа по химии

2) Лабораторная работа по биологии —

3) Лабораторная работа по микробиологии —

1.1.9. ChemLab

Программное обеспечение для моделирования лабораторных работ. Официальный сайт: http://modelscience.com

2.Дистанционные лаборатории

The Labshare Institute (LBI)

Адрес

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

2) Engineering Geology

3) iRobot 4) Loaded Beam

2.2. MIT iCampus iLabs

http://icampus.mit.edu/projects/ilabs/

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) .

2 стр., 951 слов

Лабораторная диагностика анемий

... на основании лабораторных данных провести дифференциальную диагностику анемий у пациентов в биохимической лаборатории. Задачи исследования: 1)представить теоретические основы развития анемий; 2)рассмотреть современные методы и ... С.И.Овчаренко, Н.Н.Семенков и др. Поставленные цели и задачи в работе определяют структуру работы: введение, 2-х глав — теоретической и экспериментальной, выводами после ...