Виртуальные лаборатории. На многих кафедрах высших учебных заведений работы студентов на реальном оборудовании заменяются работами на компьютерных установках, полностью имитирующих и реальное оборудование, и измерительные приборы. Это и называется виртуальной лабораторией. Примером может служить виртуальная лаборатория по общей физике, созданная в Томском государственном университете, в которой проводятся практические исследования в областях механики, молекулярной физики, электричества и магнетизма, оптики. В виртуальной лабораторной работе «Изучение фотоэффекта» виртуальные приборы (расположенные на экране компьютера и похожие по внешнему виду на реальные) дают правдивые показания, т.е. такие же, как и в реальном эксперименте.

Причины появления в учебных заведениях виртуальных лабораторий вполне ясны и понятны:

– невозможность в большинстве случаев приобрести дорогостоящее реальное оборудование (такое, как например, ядерные ускорители, телекоммуникационные станции, мощные лазерные установки и т.п.);

– трудность постановки натурного или физического эксперимента в широком диапазоне значений исходных параметров на реальной установке;

– сложность в обеспечении безопасности эксперимента (например, исследование ртутных дифманометров связано с риском для жизни при авариях в водопроводной системе);

– отсутствие или дороговизна современных приборов для измерения параметров процесса.

Возможности современных компьютеров таковы, что позволяют не только моделировать реальные экспериментальные исследования, но и, в дополнение к этому, наглядно увидеть происходящие физические процессы, построить «экспериментальные» кривые и обработать результаты измерений. Словом, возможности учащихся приобрести навыки, близкие к тем, что получает экспериментатор при измерении и обработке результатов реального опыта, не только не сужаются, а наоборот, неизмеримо увеличиваются.

Виртуальную лабораторию можно организовать на Web-сервере учебного заведения или кафедры, в этом случае нужно обеспечить доступ к ней с удаленного компьютера и возможность обмена данными между сервером и удаленным компьютером. Но можно «передать» такую лабораторию обучаемому по сети, а от него потребовать после выполнения работ переслать оформленные должным образом отчеты с результатами измерений, обработкой результатов измерений и выводами.

Виртуальные лабораторные работы могут быть разработаны на основе стандартных программ компьютерного моделирования. Таких программ существует довольно много, например, Electronics WorkBench, Pispice, LabView, LabCard, MathCard, OrCard и другие. На кафедрах многих вузов эти программы активно используются при выполнении лабораторных работ студентами дневной и заочной форм обучения. Объясняется это высокой степенью наглядности компьютерного моделирования, когда каждый студент может легко и быстро сделать теоретический расчет, собрать требуемую схему, подключить необходимые виртуальные измерительные приборы, увидеть на экране монитора параметры и характеристики элементов и устройств, сравнить их с расчетными или провести их анализ. Адекватность реального и виртуального экспериментов достаточно высока, достоинством же последнего является тот факт, что при выполнении компьютерных лабораторных работ студент работает хотя и с виртуальными, но современными цифровыми приборами, а не с морально устаревшим оборудованием, которое используется в наших не самых современных по оснащению лабораториях. Кроме того, у студента появляется возможность активно участвовать в эксперименте, поскольку не представляет никакой сложности произвести любое изменение параметров исследуемых устройств и осуществить наблюдение за изменениями, происходящими с их характеристиками. Все это позволяет сделать выполнение студентом лабораторной работы самостоятельным творческим процессом.