1. Виртуальный лабораторный практикум в инженерном образовании

В учебных планах Казахской Академии транспорта и коммуникаций им. Тынышпаева (КазАТК) время, отводимое под лабораторный практикум, составляет 15-25% от общего объема аудиторных занятий. Примерно такой же по количеству часов (15-27%) лабораторный практикум предусмотрен и в учебных планах Алматинского энергетического. Данные цифры свидетельствуют, что в инженерном образовании лабораторный практикум является важным элементом, без которого немыслима подготовка полноценного специалиста.

Развитие информационных технологий привело к появлению понятия "виртуальный лабораторный практикум" (ВЛП), в основе которого лежит имитационное компьютерное моделирование. Основные способы использования ВЛП в учебном процессе:

в качестве компьютерного "тренажера" для подготовки к выполнению практикума в реальной лаборатории (при этом программы компьютерного и физического экспериментов, как правило, одинаковы);

как дополнение к реальному практикуму, предусматривающее такие компьютерные эксперименты, которые по различным причинам (техническим, финансовым, организационным и т.п.) не могут быть реализованы на физическом оборудовании.

Использование ВЛП в качестве компьютерного "тренажера" позволяет обучающемуся лучше подготовиться к проведению физического эксперимента, глубже уяснить исследуемые эффекты, приобрести навыки работы с измерительными приборами (в случае, если виртуальный практикум включает компьютерные модели измерительных приборов, близкие по своим свойствам к свойствам реальных приборов). Обычно такой подход можно рекомендовать для студентов заочно-дистанционной формы обучения, поскольку он не только способствует лучшему усвоению изучаемого материала, но и позволяет сократить продолжительность выполнения практикума в реальной лаборатории в период пребывания в стенах учебного заведения.

Если ВЛП используется как дополнение к реальному практикуму, то он должен быть ориентирован на проведение исследований повышенного уровня сложности или исследований, требующих дорогостоящего оборудования, которым не располагает университет.

По технологиям создания ВЛП можно выделить следующие основные варианты.

1. ВЛП на основе универсальных пакетов программ, обеспечивающих возможность применения в широком спектре предметных областей. Примером может служить система LabVIEW фирмы National Instruments. Универсальные пакеты содержат обширные библиотеки элементов, предназначенных для разработки виртуальных интерфейсов физических приборов и лабораторных установок.

2. ВЛП на основе специализированных предметно-ориентированных пакетов программ, предназначенных для сравнительно ограниченного набора предметных областей. В качестве примера отметим систему Multisim фирмы Electronics Workbench, созданную для моделирования электронных схем, систему ChemOffice фирмы CambridgeSoft, предназначенную для моделирования и анализа химических процессов и т.п. Так же как и в предыдущем случае, программное обеспечение данного класса представляет собой универсальную среду, предназначенную для решения прикладных задач пользователя.

3. ВЛП на основе Java-апплетов. В отличие от предыдущих случаев, где пользователь (преподаватель) обычно работает в режиме графического программирования, процесс создания Java-апплетов является гораздо более трудоемким и требует программирования в кодах. Тем не менее, данная технология имеет и определенные достоинства, особенно когда речь заходит о ВЛП, предназначенном для сетевого применения. Так, например, приложения, создаваемые в системе LabVIEW, занимают примерно 2,5-3 Мбайт памяти, а типичный размер виртуальной лабораторной работы на основе Java-апплета - десятки-сотни килобайт.

Развитие сетевых компьютерных технологий привело к появлению лабораторного практикума, реализуемого в режиме удаленного доступа к реальному оборудованию. Учитывая, что реализация удаленного доступа к реальному оборудованию связана с решением ряда проблем (необходимостью сопряжения лабораторного макета с ПК, обеспечением надежной защиты оборудования от возникновения аварийных режимов, низкой эффективностью использования оборудования из-за невозможности в ряде случаев реализовать коллективный доступ и т.д.), данная технология имеет достаточно много оппонентов. Тем не менее, она тоже имеет свое право на существование, а в ряде случаев имеет очевидные преимущества перед ВЛП.

Важным является вопрос, не является ли ВЛП альтернативой реальному лабораторному практикуму. С одной стороны, современные компьютерные технологии имитационного моделирования позволяют создавать виртуальные интерфейсы реального лабораторного оборудования, воспроизводящие и внешний вид, и его параметры с очень высокой точностью. С другой стороны, поддержание в рабочем состоянии и своевременное обновление лабораторного оборудования, включая и измерительные приборы, требует немалых финансовых средств.

Тем не менее, любой, даже сколь угодно высококлассный ВЛП, в большинстве случаев не заменит по своему обучающему воздействию, оказываемому на студента, работу с реальным оборудованием.

Это осознают и сами студенты, что подтверждается результатами анкетирования, проводившегося на кафедре АТС КазАТК в рамках педагогического эксперимента по апробации ВЛП по дисциплине "Схемотехника аналоговых электронных устройств". В целом, дав положительную оценку новому ВЛП (84% опрошенных), 54% студентов, участвовавших в опросе, ответили, что считают работу с реальным лабораторным оборудованием более полезной по сравнению с виртуальными лабораторными работами.