Виртуальная лаборатория

Виртуальная лаборатория представляет собой интерактивный программный симулятор, предназначенный для проведения экспериментов и опытов в цифровой среде. Она способствует углублению знаний, развитию практических умений, исследованию характеристик веществ и природных явлений, а также созданию пользовательских объектов.

Данное понятие неразрывно связано с концепцией виртуального эксперимента, который определяется как моделирование процессов с применением мультимедийных технологий, эмуляции, виртуализации и виртуальной реальности. Такой эксперимент способен полностью или частично замещать традиционные натурные исследования.

1. Классификация и терминология

Альтернативное определение описывает виртуальную лабораторию как программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий проведение экспериментов без прямого взаимодействия с физической установкой либо при её полном отсутствии. В первом варианте реализована лабораторная установка с удалённым доступом, включающая реальное оборудование, специализированное программное обеспечение для управления и оцифровки данных, а также коммуникационные средства. Во втором случае все процессы полностью моделируются компьютерными системами.

С точки зрения технической реализации виртуальные лаборатории подразделяются на программно-аппаратные и чисто программные решения. Они рассматриваются как разновидность виртуальных симуляторов. В контексте образовательного процесса под виртуальными лабораториями понимаются программы, основной целью которых является получение знаний и формирование навыков, а не развлекательный контент в лабораторном антураже.

К 2025 году сформировались три технологических направления виртуальных лабораторий: 1. Приложения для устройств с плоским экраном: персональные компьютеры, ноутбуки, планшеты, интерактивные доски 2. Программы для наголовных дисплеев виртуальной реальности 3. Специализированные аппаратные комплексы, частично имитирующие лабораторное оборудование (например, тренажёры для пилотов)

С виртуальными лабораториями концептуально связаны цифровые двойники, однако эти понятия не являются тождественными.

1. Использование в образовании

Виртуальные лаборатории нашли широкое применение в обучении дисциплинам STEM-цикла: физике, химии, биологии. Они также используются в профессиональной подготовке, где приближаются к специализированным тренажёрам. Примером может служить точное моделирование лаборатории для отработки процедур работы с опасными патогенами.

Современные интернет-технологии преобразовали лабораторные практики в науке и инженерном деле, способствуя развитию обучения через виртуальную реальность и цифровые системы. Виртуальные эксперименты дополняют физические исследования, позволяя учащимся изучать научные явления, устанавливать связи между наблюдаемыми и ненаблюдаемыми процессами, выделять ключевую информацию, проводить множество опытов за короткое время и получать оперативную обратную связь. Студенты получают возможность применять теоретические знания в практических экспериментах соответствующего уровня сложности.

По сравнению с традиционными лабораториями виртуальные аналоги предлагают снижение затрат, повышенную доступность, экономию времени, безопасную среду и гибкость самостоятельной работы. Многие исследователи признают виртуальные лаборатории эффективной альтернативой традиционным методам в части формирования практических навыков и положительного влияния на образовательные процессы.

Особую значимость виртуальные лаборатории приобрели в высшем образовании во время пандемии COVID-19. Данные Google Analytics показали рост использования онлайн-лабораторий как новой методики обучения, что подтверждается увеличением числа пользователей, количества просматриваемых страниц за сеанс и времени работы с контентом.

В научной литературе представлены многочисленные исследования виртуальных лабораторий. Российские авторы generally придерживаются мнения о взаимодополняющем характере виртуального и натурного эксперимента.

Ключевые характеристики образовательных виртуальных лабораторий: - Максимальная эффективность достигается при работе с преподавателем, а не при самостоятельном изучении - Научная корректность: экспериментальные данные должны подтверждаться математическими моделями - Допустимость элементов геймификации при доминировании образовательного содержания - Наличие методических материалов для интеграции виртуального и натурного эксперимента - Качественные пользовательские интерфейсы, соответствующие инструкциям производителей и национальным стандартам для разных возрастных групп

1. Современное состояние в России

К 2025 году в России проходит этап пилотирования и внедрения ряда виртуальных лабораторий, разработанных коммерческими компаниями и государственными организациями.

Первое масштабное тестирование контента для VR-шлемов было начато в 2020 году Дальневосточным федеральным университетом. Другая апробация с участием профильных государственных структур и институтов развития проводилась в 2024-2025 годах и касалась одной из рыночных виртуальных лабораторий.

Многие высшие учебные заведения заявили о собственных разработках виртуальных лабораторий. Эти решения охватывают как школьную программу, так и решают узкоспециализированные задачи вузов-разработчиков, включая компенсацию дефицита дорогостоящего научного оборудования.

По подходам к внедрению виртуальные лаборатории делятся на две категории: - Готовые решения с заранее созданным контентом - Конструкторы сцен со специализированным движком для разработки пользовательского контента

Согласно информации от СМИ и образовательных организаций, виртуальные лаборатории в России применяются в дополнительном образовании, внеурочной деятельности, проектной работе и на уроках для решения конкретных учебных задач вузов.

1. 1. Нормативное регулирование

На 2025 год в России действует ряд нормативных документов, регулирующих использование виртуальных лабораторий в образовательных целях.

1. 1. 1. Национальные стандарты

- ГОСТ Р 55751-2013 "Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Электронные учебно-методические комплексы. Требования и характеристики" - ГОСТ Р 57721-2017 "Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Эксперимент виртуальный. Общие положения" - ГОСТ Р 72027.1-2025 (ISO/IEC TR 23842-1:2020) "Информационные технологии в обучении, образовании и подготовке. Руководящие указания по контенту виртуальной реальности с учетом человеческого фактора. Часть 1. Рекомендации по использованию контента виртуальной реальности" - ГОСТ Р 72027.2-2025 (ISO/IEC TR 23842-2:2020) "Информационные технологии в обучении, образовании и подготовке. Руководящие указания по контенту виртуальной реальности с учетом человеческого фактора. Часть 2. Рекомендации по разработке контента виртуальной реальности" - ГОСТ Р 71345-2024 "Средства обучения. Устройства учебные электронные для детей. Общие требования" (распространяется на шлемы виртуальной реальности как средства обучения)

1. 1. 1. Методические рекомендации

- Распоряжение Минпросвещения России от 18.05.2020 № Р-44 "Об утверждении методических рекомендаций для внедрения в основные общеобразовательные программы современных цифровых технологий" - Письмо Министерства просвещения РФ от 31 января 2022 г. N ДГ-245/06 "О направлении методических рекомендаций" по реализации дополнительных общеобразовательных программ с применением электронного обучения - Письмо Минобрнауки России от 12.01.2023 № МН-7/102 "О направлении методических рекомендаций" по разработке программ развития образовательных организаций высшего образования

1. 1. 1. Федеральные рабочие программы

Приказ Министерства просвещения РФ от 18 мая 2023 г. N 371 "Об утверждении федеральной образовательной программы среднего общего образования" (с изменениями и дополнениями)

1. Примечания

Ссылки[править | править код]