Инструментарий цифровой дидактики: виртуальные лаборатории МЭШ

Виртуальные лаборатории МЭШ – это интерактивные онлайн-симуляторы опытов и экспериментов для детей и взрослых. Лаборатории представляют собой модель рабочего пространства, имитирующего свойства окружающей среды и физические законы, коллекции виртуальных объектов, инструментов, приборов и принадлежностей для виртуальных экспериментов, моделирования, создания прототипов проектных идей и решения головоломок. Цифровое пространство может стать местом для виртуальных соревнований, а лаборатория – сделать занятие более увлекательным и эффективным.

Лаборатории МЭШ делятся по предметным областям и их разделам на математические – «Планиметрия», «Стереометрия», «Графики функций»; физические – «Механика», «Молекулярная физика и термодинамика», «Электродинамика», «Оптика»; технологические – «Моделирование роботов», «Логитариум», «Использование микроконтроллеров», «Построение логических схем».

Каждая лаборатория обладает уникальными возможностями в соответствующих предметных областях, о которых мы расскажем подробнее.

Лаборатория «Построение логических схем» ориентирована на школьников, изучающих современную электронную технику и схемотехнику на начальном этапе. Ученики могут познакомиться с логическими элементами и устройствами, исследовать их работу с помощью таблиц истинности и матриц Карно. Лаборатория идеально подходит для проектной и исследовательской деятельности учеников инженерных и IT-классов. Для педагогов она может послужить инструментом визуализации при погружении школьников в вопросы дискретной математики, алгебры логики и цифровой электроники.

Работая с лабораторией «Моделирование роботов», ребенок сможет сконструировать собственное робототехническое устройство на базе мобильной гусеничной или колесной платформы, оснащенной манипуляторами. Разве это не увлекательно? Также школьники могут спроектировать испытательные полигоны из набора интерьерных и конструктивных элементов, настроить освещенность, температуру и влажность окружающей робота среды. Коллекция датчиков и возможности свободного программирования позволят пользователям научить своего робота ориентироваться на полигоне, реагировать на окружающие объекты и физические свойства среды или попробовать свои силы в роли оператора, управляющего роботом в дистанционном режиме.

Лаборатория «Использование микроконтроллеров» предназначена для изучения принципов построения электронных схем для электроники и робототехники. Дети смогут освоить базовые принципы программирования микроконтроллера, сформировать навыки реализации алгоритмов работы датчиков и исполнительных элементов на его базе, подготовиться к чемпионатам профессионального мастерства и олимпиаде кружкового движения НТИ.

Лаборатория «Логитариум» помогает детям развивать механическую понятливость, техническую смекалку, открывает способы воплощения оригинальных идей при создании машин Голдберга и технических головоломок на их основе. Лаборатория позволяет педагогам создавать интерактивные модели для объяснения и демонстрации устройств из мира техники и механики, интерактивных головоломок по аналогии с тестами Беннета. Также на базе этой платформы можно проводить интеллектуальные конкурсы.

Виртуальная лаборатория «Оптика» создана для проведения уникальных экспериментов по геометрической и волновой оптике, что уже понятно из названия. С ее помощью педагоги и школьники могут воссоздать классические эксперименты по определению оптических свойств линз и зеркал, измерению длины волны света в спектре видимого диапазона или лазера, визуализировать оптические схемы наблюдения интерференции и дифракции световых волн.

Если учитель и ученик хотят воссоздать и повторить в виртуальном пространстве эксперименты по статике и гидростатике, кинематике, динамике, законам сохранения, они могут воспользоваться лабораторией «Механика». Ее инструментарий предоставляет возможность настройки параметров объектов для экспериментов, самостоятельного выбора измерительных приборов и вспомогательных устройств.

Виртуальный мир, в котором можно моделировать параметры окружающей среды и проводить эксперименты по изучению тепловых явлений, – это лаборатория «Молекулярная физика и термодинамика». Возможность управления временем моделирования процессов позволит педагогам и ученикам реализовать эксперименты в удобном временном масштабе.

Лаборатория «Электродинамика» содержит разнообразный виртуальный инструментарий, который позволяет подготовиться к ОГЭ и ЕГЭ по физике и к Всероссийской олимпиаде школьников путем создания электрических схем, проведения лабораторных работ и практикумов любого уровня сложности. Одна из важных особенностей лаборатории – опция создания экспериментальных задач («черных ящиков») на основе сборки электрической цепи, скрытой от пользователя. Расшифровка «черного ящика», подбор школьником оборудования, реализация эксперимента и интерпретация его результата – отличный вариант для проверочной работы (диагностики знаний).

«Планиметрия», «Стереометрия», «Графики функций» – математические лаборатории, которые помогут школьникам изучить основные геометрические объекты и их свойства. Дети научатся создавать интерактивные чертежи, строить графики функций, выполнять различные измерения. Педагоги смогут набрать богатый иллюстративный материал для уроков, чтобы эффективнее вовлекать учеников в предмет. В пространстве лабораторий школьники сами могут создавать динамические математические модели, проводить разнообразные эксперименты и заниматься проектной деятельностью.

Инструментарий лабораторий проектировался, исходя из необходимости реализации нескольких сценариев при их использования учеником и учителем. Приведем пару примеров.

Сценарий первый: подготовка к лабораторной работе
Самое ценное в этом процессе – усвоение порядка действий при проведении лабораторного исследования. Сюда входят и верная последовательность сборки установки, и ход проведения измерений и наблюдений, и получение ожидаемого результата. Все это составляет содержание подготовки к лабораторной работе с использованием виртуальной лаборатории.

Сценарий второй: наглядность решения
Ответ к задаче начинается не с поиска формул, а с создания динамической модели, чертежа, построения динамического графика функции, уравнения или системы уравнений, электрической цепи, оптической схемы. Такой формат работы позволяет создать условия для комфортной самостоятельной работы школьника с задачной ситуацией, обнаружить функциональные связи между ее элементами.

Минимизируем риски
При реализации описанных выше сценариев возникают определенные риски. Давайте разберемся, как их минимизировать.

1. Виртуальные лаборатории могут выступать только как инструмент моделирования исследуемого процесса в идеализированных условиях и не должны заменять чувственное познание мира, несмотря на реалистичность эксперимента.
2. Важно не допустить у школьников мысли о том, что виртуальный эксперимент позволяет установить физические и иные закономерности природы: он протекает на основе математических соотношений, заложенных в программу или же в соответствии с физическими законами.
3. В работе только с виртуальными лабораториями у школьника нет возможности увидеть влияние факторов или эффектов, не заложенных в модель: чтобы избежать этого, необходимо дополнительно проводить соотнесение результатов, полученных в виртуальном и реальном экспериментах.
4. Важно осознавать, что виртуальные лаборатории всего лишь инструмент в умелых руках педагога: ключевую роль в образовательном процессе, невзирая на достижения технического прогресса, по-прежнему играет учитель.

Доступ к виртуальным лабораториям весьма прост: необходимо зайти в библиотеку МЭШ под своей учетной записью и на стартовом экране перейти во вкладку «Каталог». Здесь найти виртуальные лаборатории помогут удобные фильтры, достаточно задать параметр «Лаборатории». После этого останется лишь выбрать нужную. Желаем удачи в использовании ультрасовременных инструментов цифровой дидактики.