Проведение лабораторных работ способствует развитию навыков взаимодействия с различным оборудованием, сбору и анализу данных, а также умению проводить эксперименты и делать умозаключения. В процессе выполнения таких работ ученики наблюдают проявления физических законов на практике, вникают в суть изучаемых явлений и их влияния на реальный мир. Но далеко не все школы оснащены необходимыми оборудованием и помещениями для проведения экспериментов по физике и химии. Ученые ПНИПУ создают виртуальную лабораторию, которая позволит решить эту проблему. С помощью разработки станет возможным проводить физические эксперименты на компьютере или смартфоне без затрат на дополнительные человеческие и финансовые ресурсы.
Вирутальная лаборатория / © Павел Гладких, ПНИПУ
Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Дороговизна закупки и последующее обновление оборудования каждые несколько лет не позволяют учебным заведениям эффективно снабжать обучающихся необходимым инвентарем.
Ученые ПНИПУ для решения этих проблем предлагают программное обеспечение для персонального компьютера, которое представляет из себя симулятор проведения физических опытов в трехмерном пространстве. Симулятор позволяет проводить эксперименты в виртуальной реальности, тем самым расширяет возможности для обучения без дополнительных затрат на оборудование.
В то время как конкуренты используют двухмерное пространство, лишая эксперименты наглядности, подход политехников переносит учеников в 3D. В такой среде опыты станут реалистичными и обеспечат глубокий уровень погружения. Еще одно преимущество разработки – кроссплатформенность. С помощью движка Unity становится возможным перенести проект, например, с компьютера с Windows на мобильный телефон с Android. Приложение можно будет запускать без выхода в интернет.
На текущем этапе приложение запущено в тестовом режиме на русском языке: разработана компьютерная лаборатория, по которой можно «походить», также реализована установка – математический маятник. Ученик сможет собрать маятник, указать его длину, измерить период колебаний и проводить расчеты. Следующим этапом политехники планируют сделать работу по геометрической оптике на преломление луча при прохождении через линзы. По словам разработчиков, количество лабораторных работ в приложении будет постоянно увеличиваться.
«Помимо экспериментальных установок мы также планируем сделать две доски: на одной из них будут выведены основные формулы и задачи, которые требуют выполнения пользователем, а на второй – место для введения своих результатов и изложения выводов по лабораторной работе. Далее программа автоматически должна считывать написанное учеником, проверять и подводить итог: сдана работа или нет», – поделился руководитель проекта, магистрант кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ Павел Гладких.
«Для учеников Политехнической школы виртуальная лаборатория станет отличным помощником: приложение всегда под рукой, есть возможность повторять эксперименты и вникать в сущность явлений. Учащиеся смогут скачивать приложение, самостоятельно выбирать и проводить эксперименты в 3D пространстве, получать подробный разбор и анализ результатов с подведением итогов выполнения», – дополнила кандидат физико-математических наук, директор Политехнической школы ПНИПУ Татьяна Останина.
Разработка ученых Пермского Политеха позволит тратить минимум ресурсов на выполнение лабораторных работ и станет удобным тренажером для учащихся школ и вузов.
