М.Н. Морозов, А.І. Танака, А.В. Герасимов, Д.А. Бистров, В.Е. Цвирко, Марійський державний технічний університет, Йошкар-Ола, Росія
М.В. Дорофєєв, Московський інститут відкритої освіти, Москва, Росія
Частково сутність цієї невідповідності полягає в тому, що процес створення освітнього гіпертексту досить дешевий і простий. Навпаки, проектування і реалізація інформаційного освітнього середовища для активного навчання є складним завданням, що вимагає великих тимчасових і фінансових витрат.
Однак, взаємодія дитини з ЕОМ в навчальному процесі ефективно лише в тому випадку, якщо ППС відповідає критеріям високого рівня інтерактивності, який передбачає повноцінний, інтелектуальний діалог машини і користувача. Для того, щоб у дитини виник мимовільний інтерес до співпраці з комп'ютером і в процесі цього спільної творчості стійка пізнавальна мотивація до вирішення освітніх, дослідницьких завдань, необхідно створення таких умов, при яких дитина стає безпосереднім учасником подій, що розвиваються на екрані монітора, тобто умов для повноцінного діяльнісного підходу до досліджуваного явища.
Запорука успішного застосування ППС в освітньому процесі сучасної школи закладено в добре відомих принципах педагогіки співробітництва, які можна перефразувати наступним чином: "Не до комп'ютера за готовими знаннями, а разом з комп'ютером за новими знаннями».
2. Віртуальні експерименти у викладанні хімії
3. Методичні аспекти застосування віртуальної хімічної лабораторії при вивченні хімії в 8-11 класах
Мал. 1. Віртуальна хімічна лабораторія.
Мал. 2. Конструктор молекул.
«Конструктор молекул» дозволяє отримувати керовані динамічні тривимірні кольорові зображення штрихових, шаростержневих і масштабних моделей молекул. У «Конструкторі молекул» передбачена можливість візуалізації атомних орбіталей і електронних ефектів, що значно розширює сферу використання моделей молекул при навчанні хімії.
Можливе використання «Конструктора молекул» при фронтальному поясненні нового матеріалу, коли вчителю необхідно показати моделі молекул досліджуваних з'єднань, звернути увагу учнів на будову електронних орбіталей, їх гібридизацію, особливості їх перекривання при утворенні хімічного зв'язку. Разом з тим, як показала апробація даного ППС, висока педагогічна ефективність використання «Конструктора молекул» досягається при індивідуальної і групової роботи школярів на уроці. Особливий інтерес викликають творчі завдання, що носять дослідницький характер. Тривале стійка увага до досліджуваних об'єктів спостерігалося при виконанні завдань, які передбачають самостійну розробку моделей молекул сполук, що володіють заданими властивостями, або, навпаки, прогнозування властивостей з'єднання, модель молекули якого створена самим учнем.
4. Інтерфейс «Віртуальної хімічної лабораторії»
Створення ефективного призначеного для користувача інтерфейсу для віртуальної лабораторії є важким і відповідальним завданням. Важливо було передбачити можливість управління великою кількістю складових частин хімічних установок, забезпечити виконання основних лабораторних процедур способом, максимальним чином імітує реальні операції, а також передбачити для учнів зручні керуючі і навігаційні елементи. Було б цікаво побудувати користувальницький інтерфейс на основі єдиної метафори, розмістивши всі керуючі і навігаційні елементи в єдине тривимірний простір. Однак у віртуальній лабораторії під час проведення дослідів учням доводиться взаємодіяти з такою великою кількістю реактивів, хімічної скляного посуду і обладнання, що додавання сюди ж керуючих і навігаційних елементів призвело б до переповнення візуального простору екрана. Відповідно до цього обмеженням при розробці інтерфейсу нашої віртуальної лабораторії в тривимірному просторі були залишені тільки необхідні для проведення досвіду керуючі елементи (наприклад, віртуальний фотоапарат для збору спостережень). Всі ж інші навігаційні та керуючі елементи були перенесені в двовимірне простір і розміщені по краях екрану. Це дозволило нам збільшити ефект присутності для працюючих з віртуальною лабораторією учнів.
Мал. 3. Педагогічний агент.
Згідно з наведеними вище доводів, в інтерфейс віртуальної лабораторії був доданий педагогічний агент «Хімік» (рис. 3). Цей персонаж реалізований з допомогою синтезованої в реальному часі тривимірної анімації. «Хімік» здійснює контроль за всіма діями учня, надсилає його при помилкових діях, допомагає йому при виникненні проблем. Іноді педагогічний агент сам бере участь в проведенні дослідів, що робить виконувані процедури більше цікавими.
5. Розробка віртуальної лабораторії
Яким чином вдалося скоротити час і витрати на створення освітнього середовища, що складається більш ніж з 150 високо-інтерактивних експериментів, великого кількості складних тривимірних об'єктів (хімічна скляний посуд, хімічні розчини і різне устаткування), а також містить анімованого в реальному масштабі часу педагогічного агента? Щоб домогтися цього, при розробці віртуальної лабораторії були використані два сучасних походу до створення багатофункціональних мультимедіа насичених додатків.
Мал. 4. Ієрархія мультимедіа об'єктів в NML.
Опис мультимедіа презентації в сценарії на мові NML ведеться в наступному порядку. На початку сценарію визначаються константи, потім шаблони мультимедіа об'єктів, композицій і сцен, далі описуються самі сцени. Для кожної сцени задається її ім'я, описуються її мультимедіа об'єкти, композиції і обробники подій. В Таблиці 1 представлений перелік базових мультимедіа об'єктів, що використовуються в мові MNL.
Таблиця 1. Мультимедіа об'єкти в мові NML.
Презентаційна програмна оболонка функціонує наступним чином. Менеджер програми проводить ініціалізацію графічних бібліотек, створює основне вікно, проводить ініціалізацію інших менеджерів і передає управління менеджеру сцен. Менеджер сцен завантажує сценарій стартовою сцени, запускає потоки завантаження мультимедіа елементів і проводить їх ініціалізацію. Далі управління передається менеджеру виводу графіки, який запитує у менеджера сцен список видимих елементів, об'єднує їх і виводить на екран. У міру відтворення, графічні динамічні мультимедіа елементи передають менеджеру виводу графіки повідомлення про необхідність поновлення їх зображення. Той, в свою чергу, запитує у менеджера сцен список всіх графічних елементів, які перекриваються з даним елементом, з'єднує їх зображення і результат виводить на екран.
При команді переходу на іншу сцену менеджер сцен зупиняє роботу менеджера виводу графіки і менеджера звуку, а потім видаляє з пам'яті сценарій сцени і все її мультимедіа об'єкти. Після цього завантажується нова сцена і все її мультимедіа об'єкти, виконується їх ініціалізація і запускаються менеджер виводу графіки і менеджер звуку.
Для візуалізації різноманітних графічних елементів екранного простору був використаний багатошаровий підхід, коли різні двовимірні і тривимірні об'єкти розміщуються в декількох різних шарах, розташованих заданим способом (рис. 6). При формуванні зображення на екрані ці шари об'єктів з урахуванням прозорості накладаються один на одного, забезпечуючи необхідне динамічне представлення графічної інформації.
Мал. 6. "Сендвіч" з шарів презентації.
[Virtual chemistry] Virtual chemistry. www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/