ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНТЕГРАЦИИ ВИРТУАЛЬНЫХ И РЕАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ В ИНЖЕНЕРНОМ ОБРАЗОВАНИИ
Ключевые слова:
лабораторное обучение, виртуальная лаборатория, реальная лаборатория, обучение через опыт, модельно-ориентированное обучение, когнитивная нагрузка, дидактические условия, инженерное образование.Аннотация
В статье анализируются теоретические основы и дидактические условия
интеграции виртуальных и реальных лабораторий в инженерном образовании.
Исследование основано на аналитическом обзоре эмпирических работ,
посвящённых влиянию различных типов лабораторий на результаты обучения, а
также теорий обучения через опыт, модельно-ориентированного обучения и
когнитивной нагрузки. Проведено сравнение возможностей достижения целей
лабораторного обучения в рамках традиционных и интегрированных занятий.
Виртуально-реальная интеграция рассматривается как организационно-
методический подход, применяемый в рамках различных методов обучения и
направленный на установление взаимосвязи между моделями и результатами
экспериментов. Предложены четыре дидактических условия организации
интеграции: понятность модели, обязательное сопоставление модели с
результатами эксперимента, поэтапное сокращение методической поддержки, а
также методическая и техническая подготовленность преподавателя.
Отмечается необходимость дальнейшей эмпирической проверки эффективности
предложенных условий.
Библиографические ссылки
1. Feisel L. D., Rosa A. J. The Role of the Laboratory in Undergraduate Engineering Education // Journal of Engineering
Education. – 2005. – Vol. 94, № 1. – P. 121–130. – DOI: 10.1002/j.2168-9830.2005.tb00833.x.
2. Lasi H., Fettke P., Kemper H.-G. et al. Industry 4.0 // Business & Information Systems Engineering. – 2014. – Vol. 6,
№ 4. – P. 239–242. – DOI: 10.1007/s12599-014-0334-4.
3. Hernandez-de-Menendez M., Morales-Menendez R., Escobar C. A., McGovern M. Competencies for Industry 4.0 //
International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM). – 2020. – Vol. 14, № 4. – P. 1511–1524. – DOI:
10.1007/s12008-020-00716-2.
4. O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2019-yil 8-oktabrdagi PF-5847-sonli «O‘zbekiston Respublikasi oliy
ta’lim tizimini 2030-yilgacha rivojlantirish konsepsiyasini tasdiqlash to‘g‘risida»gi Farmoni // Qonun hujjatlari
ma’lumotlari milliy bazasi. – 2019. – URL: https://lex.uz/docs/4545884.
5. O‘zbekiston Respublikasi Prezidentining 2020-yil 5-oktabrdagi PF-6079-sonli «Raqamli O‘zbekiston – 2030»
strategiyasini tasdiqlash va uni samarali amalga oshirish chora-tadbirlari to‘g‘risida»gi Farmoni // Qonun hujjatlari
ma’lumotlari milliy bazasi. – 2020. – URL: https://lex.uz/docs/5031048.
6. Hofstein A., Lunetta V. N. The Laboratory in Science Education: Foundations for the Twenty-First Century //
Science Education. – 2004. – Vol. 88, № 1. – P. 28–54. – DOI: 10.1002/sce.10106.
7. Domin D. S. A Review of Laboratory Instruction Styles // Journal of Chemical Education. – 1999. – Vol. 76, № 4. –
P. 543–547. – DOI: 10.1021/ed076p543.
8. Wieman C. E., Adams W. K., Perkins K. K. PhET: Simulations That Enhance Learning // Science. – 2008. – Vol. 322, № 5902. – P. 682–683. – DOI: 10.1126/science.1161948.
9. Ma J., Nickerson J. V. Hands-On, Simulated, and Remote Laboratories: A Comparative Literature Review // ACM
Computing Surveys. – 2006. – Vol. 38, № 3. – Art. 7. – DOI: 10.1145/1132960.1132961.
10. Lindsay E. D., Good M. C. Effects of Laboratory Access Modes upon Learning Outcomes // IEEE Transactions on
Education. – 2005. – Vol. 48, № 4. – P. 619–631. – DOI: 10.1109/TE.2005.852591.
11. Corter J. E., Nickerson J. V., Esche S. K. et al. Constructing Reality: A Study of Remote, Hands-On, and Simulated
Laboratories // ACM Transactions on Computer-Human Interaction. – 2007. – Vol. 14, № 2. – Art. 7. – DOI:
10.1145/1275511.1275513.
12. Brinson J. R. Learning Outcome Achievement in Non-Traditional (Virtual and Remote) versus Traditional (Hands-
On) Laboratories: A Review of the Empirical Research // Computers & Education. – 2015. – Vol. 87. – P. 218–237. – DOI:
10.1016/j.compedu.2015.07.003.
13. Zacharia Z. C. Comparing and Combining Real and Virtual Experimentation: An Effort to Enhance Students'
Conceptual Understanding of Electric Circuits // Journal of Computer Assisted Learning. – 2007. – Vol. 23, № 2. – P. 120–
132. – DOI: 10.1111/j.1365-2729.2006.00215.x.
14. Olympiou G., Zacharia Z. C. Blending Physical and Virtual Manipulatives: An Effort to Improve Students'
Conceptual Understanding through Science Laboratory Experimentation // Science Education. – 2012. – Vol. 96, № 1. – P.
21–47. – DOI: 10.1002/sce.20463.
15. de Jong T., Linn M. C., Zacharia Z. C. Physical and Virtual Laboratories in Science and Engineering Education //
Science. – 2013. – Vol. 340, № 6130. – P. 305–308. – DOI: 10.1126/science.1230579.
16. Gomes L., Bogosyan S. Current Trends in Remote Laboratories // IEEE Transactions on Industrial Electronics. –
2009. – Vol. 56, № 12. – P. 4744–4756. – DOI: 10.1109/TIE.2009.2033293.
17. Kolb D. A. Experiential Learning: Experience as the Source of Learning and Development. – Englewood Cliffs, NJ:
Prentice Hall, 1984.
18. Abdulwahed M., Nagy Z. K. Applying Kolb's Experiential Learning Cycle for Laboratory Education // Journal of
Engineering Education. – 2009. – Vol. 98, № 3. – P. 283–294.
19. Abdulwahed M., Nagy Z. K. The TriLab, a Novel ICT-Based Triple Access Mode Laboratory Education Model //
Computers & Education. – 2011. – Vol. 56, № 1. – P. 262–274. – DOI: 10.1016/j.compedu.2010.07.023.
20. Hestenes D. Toward a Modeling Theory of Physics Instruction // American Journal of Physics. – 1987. – Vol. 55,
№ 5. – P. 440–454. – DOI: 10.1119/1.15129.
21. Clement J. Model-Based Learning as a Key Research Area for Science Education // International Journal of Science
Education. – 2000. – Vol. 22, № 9. – P. 1041–1053.
22. Sweller J. Cognitive Load during Problem Solving: Effects on Learning // Cognitive Science. – 1988. – Vol. 12, №
2. – P. 257–285. – DOI: 10.1207/s15516709cog1202_4.
23. Kirschner P. A., Sweller J., Clark R. E. Why Minimal Guidance during Instruction Does Not Work: An Analysis of
the Failure of Constructivist, Discovery, Problem-Based, Experiential, and Inquiry-Based Teaching // Educational
Psychologist. – 2006. – Vol. 41, № 2. – P. 75–86. – DOI: 10.1207/s15326985ep4102_1.
24. Sánchez J., Dormido S., Pastor R., Morilla F. A Java/Matlab-Based Environment for Remote Control System
Laboratories: Illustrated with an Inverted Pendulum // IEEE Transactions on Education. – 2004. – Vol. 47, № 3. – P. 321–
329. – DOI: 10.1109/TE.2004.825525.
25. Mayer R. E. Multimedia Learning. – 2nd ed. – New York: Cambridge University Press, 2009.
26. Shulman L. S. Those Who Understand: Knowledge Growth in Teaching // Educational Researcher. – 1986. – Vol.
15, № 2. – P. 4–14. – DOI: 10.3102/0013189X015002004.
27. Kritzinger W., Karner M., Traar G. et al. Digital Twin in Manufacturing: A Categorical Literature Review and
Classification // IFAC-PapersOnLine. – 2018. – Vol. 51, № 11. – P. 1016–1022. – DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.08.474.