ما هي استخدامات المختبر الافتراضي؟ | اكتشف مجموعة واسعة من التطبيقات والميزات الخاصة به

 

فقط تخيل أنه يمكنك إجراء التجارب الصعبة عن بعد من منزلك أو فصلك الدراسي، دون الشعور بالضغط ولا حاجة للذهاب إلى المختبر الحقيقي و أيضًا توفير المواد والمعدات باهظة الثمن. بفضل التطور التكنولوجي، أصبح هذا ممكنا الآن من خلال تقنية المختبرات الافتراضية.

 في هذا المقال سنكتشف عالم المختبرات الافتراضية ونعرف المزيد عن “ما هي استخدامات المختبر الافتراضي؟” مع التركيز على الاستخدامات والفوائد العديدة التي تقدمها، سنكتشف أيضا تأثير المختبر الافتراضي على أداء الطلاب وأهمية المعامل الافتراضية والتحديات والمزيد.

 انضم إلينا ونحن نكتشف الفرص الكثيرة  التي تجلبها المختبرات الافتراضية إلى التعليم وتدريس العلوم.

 

ما هو المختبر الافتراضي؟

تعد المحاكاة المعملية الافتراضية الآن واحدة من أهم تقنيات التعلم الإلكتروني وأكثرها انتشارًا. فالمختبر الافتراضي يعتبر محاكاة غامرة ثلاثية الابعاد في العلوم، التي تمكن الطلاب من إجراء التجارب العلمية عبر الإنترنت ، ومن حواسيبهم الشخصية في أي وقت وفي أي مكان.

تستخدم المختبرات الافتراضية لتمكين كل من المعلمين والطلاب من تحقيق الأهداف التعليمية التي يريدونها من خلال تسهيل تطبيق الجانب العملي من المنهج وتدريس المبادئ والتقنيات العلمية المختلفة وتوضيح خطوات التجارب.

ما هي استخدامات المختبر الافتراضي؟

تتمتع المختبرات الافتراضية بمجموعة واسعة من الاستخدامات والفوائد في العديد من المجالات مثل مختبرات العلوم / الطب / التعليم / محاكاة القتال الجوي / تصور البيانات / علاج الأمراض العقلية / الألعاب والمزيد. سوف نتناول بعض هذه الاستخدامات الآن:

 

الأغراض التعليمية (المعمل الافتراضي في تدريس العلوم)

يعد التعليم أحد أهم وأكبر استخدامات المختبر الافتراضي. يساعد المعلمين والطلاب على إجراء التجارب بسهولة وزيادة معرفتهم العملية باستخدام المحاكاة التفاعلية والغامرة ثلاثية الابعاد التي تحاكي مختبر العلوم الحقيقي. يغطي المختبر الافتراضي مجموعة واسعة من الموضوعات في مجال الكيمياء والفيزياء والبيولوجيا. وتضمن المختبرات الافتراضية سلامة الطلاب أثناء استكشاف المفاهيم العلمية وإجراء التجارب الافتراضية و تسجيل الملاحظات.

بديل فعال من حيث التكلفة

الأهمية الكبيرة للمختبر الافتراضي هي انه يعمل على خفض التكلفة من خلال القضاء على الحاجة إلى المواد والأدوات والمعدات والموارد المادية الأخرى التي تتطلب تكاليف عالية. يُمكن المؤسسات التعليمية الوصول إلى مجموعة واسعة من المحاكاة الافتراضية العلمية 3D دون العبء المالي لشراء وصيانة معدات المختبرات.

إمكانية الوصول والمرونة

 يوفر المختبر الافتراضي إمكانية الوصول للطلاب والمعلمين الذين قد لا يستطيعون الوصول إلى المختبرات التقليدية لأسباب مختلفة مثل التعلم عن بعد أو الموارد المادية غير المتاحة، وتعتبر المختبرات الافتراضية الحل الأمثل حيث يمكن الوصول إليها من أي مكان وفي اي وقت للسماح للمتعلمين بإجراء التجارب بالسرعة التي تناسبهم.

بيئة خالية من المخاطر

في المختبرات الحقيقية في الكليات والجامعات، غالبا ما يتم إلغاء التجارب الخطيرة ويكتفى بدراستها نظريا فقط لضمان سلامة الطلاب.

يوفر المختبر الافتراضي بيئة آمنة للغاية، مما يمكن الطلاب من إجراء تجارب خطيرة في بيئة خالية من المخاطر.  يمكنهم إجراء وفهم التجارب المعقدة دون القلق من التعامل مع المواد الكيميائية الضارة أو أي مخاطر أخرى.

تحليل البيانات والتصور

 غالبا ما يتضمن المختبر الافتراضي أدوات لتحليل البيانات يمكن أن تفيد كل من الطلاب والمعلمين من خلال مساعدتهم على جمع وتحليل وتفسير البيانات الناتجة عن التجارب الافتراضية وهذا يعمل على زيادة نتائج التعلم الخاصة بهم ويعلمهم أيضا تقنيات مهمة لتحليل البيانات.

أيضا ، تساعد مصادر التصور مثل دليل المختبر ومقاطع الفيديو التفصيلية والشروح التعليمية والمزيد من ملحقات المعامل الافتراضية بقوة في هذه النقطة.

نركز في هذا المقال على أهمية المعامل الافتراضية في تدريس العلوم وفي التعليم ككل

 

أهمية المعامل الافتراضية  في التعليم

تلعب المختبرات الافتراضية دورا حيويا في التعليم والبيئات التعليمية ، لا سيما في مجالات العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات (STEM).

يمكن للمختبرات الافتراضية تعزيز فهم المفاهيم والبروتوكولات العلمية ، خاصة على المستوى المجهري من خلال زيادة التأثير البصري والسماح للطلاب بتصور وتخيل كل خطوة في التجارب. كما أنها تساعد في تطوير مهارات الملاحظة لدى المعلمين.

 تعد المختبرات الافتراضية أيضا مهمة جدا لأنظمة التعلم عن بعد والتعلم عن بعد، خاصة في وقت انتشارالأوبئة؛ فهي تمكن الطلاب من الوصول إلى عمليات المحاكاة العملية التي قد يكون من الصعب توفيرها. علاوة على ذلك، يمكن استخدام محاكاة المختبر الافتراضي ثلاثي الابعاد كمواد أو أنشطة تعليمية تكميلية لإعداد الطلاب للعمل والتعامل مع المختبر الحقيقي من خلال جعلهم يفهمون آليات وبروتوكولات ومبادئ التجارب بشكل اوضح قبل اجراءها في المختبر الحقيقي. تلعب المختبرات الافتراضية دورا حيويا في تعزيز وتقوية مشاركة الطلاب وفهمهم واكتساب خبرات التعلم العملية مما يجعلها أدوات فعالة في التعليم.

 

أهمية المعامل الافتراضية في تدريس العلوم

تعتبر المختبرات الافتراضية طريقة مهمة جدًا لتدريس العلوم. يمكن للطلاب إجراء التجارب بسهولة في أي وقت وفي أي مكان باستخدام المحاكاة في بيئة تفاعلية بدون أدوات معملية حقيقية. وهي تزود المعلمين بالأدوات والمواد والتقنيات الموضوعة على أجهزة الكمبيوتر لإجراء التجارب أو على مواقع الويب. يعمل هذا على تحسين نتائج تعلم الطالب من خلال خلق تجربة تعليمية غامرة أكثرللطلاب وتعزيز مشاركتهم.

 

يمكن للمؤسسات التعليمية الاستفادة من قوة المختبر الافتراضي في تدريس العلوم من خلال دمجه مع بيئات المختبرات الرقمية الغامرة التي تدعم تعليم العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. باستخدام المختبرات الافتراضية ، يمكن القيام بالمهام التي تتطلب كثير من الوقت مثل عملية التصحيح ومراقبة تقدم الطلاب تلقائيا وهذا سيجعل المعلمين يقضون وقتا أطول في التفاعل مع الطلاب والتركيز على احتياجاتهم التعليمية الفردية.

 

باستخدام المختبرات الافتراضية ، يمكن للطلاب والمعلمين إجراء التجربة أكثر من مرة (عدد لا حصر له من المرات). تحمي المختبرات الافتراضية الطلاب والمعلمين من المخاطر مثل الكهرباء والاتصال المباشر بالمواد السامة والأجهزة المتفجرة والمواد الكيميائية المشعة.

أيضًا للمختبر الافتراضي في تدريس العلوم والتعليم له فوائد مثل التخصيص ، وتحديد الدرجات ، وجمع الاراء حول جودة الدورة ، والدروس الشروحية ، والتقييمات الهادفة والفورية للطلاب.

 

توفر مختبرات براكسيلابس الافتراضية للطلاب والمؤسسات التعليمية كتالوجًا كبيرا من محاكاة التجارب الافتراضية لطلاب الجامعات. تغطي تجاربنا موضوعات في علم الأحياء والكيمياء والفيزياء. بدون مخاطر أو تكاليف عالية ، يمكن للمتعلمين تعلم وفهم المفاهيم والتقنيات العلمية من خلال مختبراتنا الافتراضية.

قم بزيارة مدونتنا للتعرف على “أهم تجارب الكيمياء و كيفية تنفيذها في المعامل الافتراضية“

مميزات المعامل الافتراضية

تقدم محاكاة المختبر الافتراضي العديد من المزايا المهمة للمعلمين والتي تجعلها طريقة قيمة في مختلف المجالات التعليمية والبحثية. فيما يلي بعض مميزات المعامل الافتراضية:

 

تفاعل غامر وتجارب افتراضية ثلاثية الأبعاد

توفر المختبرات الافتراضية محاكاة تفاعلية وغامرة للتجارب العلمية الافتراضية لمختبر واقعي للمعلمين والمتعلمين مع إدارة أفضل للوقت والمهارات والمعرفة لزيادة نتائج التعلم.

الفعالية من حيث التكلفة

قد يكون إجراء بعض التجارب في المختبرات الحقيقية مكلفا للغاية. تلغي المختبرات الافتراضية الحاجة إلى الأدوات والمعدات والمواد والصيانة باهظة الثمن لإجراء التجارب ، لذلك يمكن للمؤسسات التعليمية الاستثمار في المختبرات الافتراضية لتزويد طلابها بعدد أكبر من التجارب وكذلك توفير المزيد من المال.

 

توفر معامل براكسيلابس الافتراضية تجربة رائعة تشبه الألعاب في العلوم دون أي حدود. مع مساعد مختبر رائع “اوكسي”، التلميحات، دليل المختبر وأكثر من ذلك بكثير .. انشئ حساب مجاني واجعل تعلم العلوم لطلابك بديهيًا وشخصيًا!

تعزيز السلامة

إجراء التجارب باستخدام المختبر الافتراضي يحمي الطلاب من أي مخاطر قد يواجهونها أثناء إجراء التجارب الخطرة في المختبرات الحقيقية. إنها طريقة فعالة لمنع حوادث المختبرات من خلال القضاء على التعامل مع المواد السامة أو المواد الكيميائية المشعة وغيرها من المخاطر مثل الكهرباء ومسببات الأمراض. لذلك، توفر المختبرات الافتراضية بيئة آمنة للمعلمين والطلاب وتضمن سلامتهم أثناء استكشاف المفاهيم والبروتوكولات العلمية المختلفة.

كفاءة الوقت

باستخدام المعامل الافتراضية، يمكنك توفير المزيد من الوقت والجهد؛ لأنها تلغي الحاجة إلى التنقل بين المختبرات المختلفة. يمكن للطلاب توفير الوقت من خلال الوصول إلى التجارب ومصادر التعلم دون الحاجة إلى الإعداد أو التنظيف مما يمكنهم من التركيز أكثر على أهداف التعلم الأساسية.

كما أنه لا يمكن لجميع الكليات العلمية أن تمنح طلابها الفرصة لإجراء جميع التجارب التي يتم تدريسها لهم وخاصة الطويلة منها والصعبة التي تتطلب العديد من الإجراءات.

على سبيل المثال، تجربة (إنتاج الأجسام المضادة وحيدة النسيلة – الورم الهجين)، والتي تعتبر واحدة من أهم وأطول التجارب في علم المناعة. حيث يتطلب اجرائها عدة أشهر والعديد من المعدات والتقنيات مما يجعل تنفيذه في المختبرات الحقيقية أمرًا صعبًا.

 

لذلك، تقدم مختبرات براكسيلابس الافتراضية محاكاة ثلاثية الابعاد لهذه التجربة التي تمكنك من إجرائها في وقت قصير جدًا ومن أي مكان. كما يوفر لك الفرصة للتدرب على تكرار الخطوات دون الحاجة إلى دخول المختبر الحقيقي أكثر من مرة.

 

متوفر في أي وقت وفي أي مكان ولعدة مرات

توفر المختبرات الافتراضية بيئة تعليمية تهدف إلى تطوير المهارات العملية للطلاب وتحسين مخرجات التعلم أيضًا. وبما أنها متاحة من خلال الإنترنت ، يمكن للمتعلمين إجراء العديد من التجارب المختلفة دون التقيد بأماكن محددة أو أوقات محددة كما هو الحال في حالة استخدام مختبرات حقيقية. يمكن للمعلمين إجراء تجاربهم مع إمكانية وصول غير محدودة 24/7.

أيضًا، باستخدام المختبرات الافتراضية يمكن للباحثين تكرار تجاربهم الافتراضية عدة مرات، حتى يستوعبوا ويفهموا جميع المعلومات.

 

عيوب المعامل الافتراضية

 المختبرات الافتراضية لها بعض العيوب مثل أنها تتطلب أجهزة كمبيوتر بمواصفات عالية.

من أكبر تحديات وعيوب المعامل الافتراضية أنها تؤثر على التفاعل المباشر بين كل من الطلاب أو المربين وبعضهم البعض بشكل سيء، كما أن التفاعل بين الطلاب والمعلمين لأن التواصل بينهم إلكترونيا وليس مباشرا في معظم الأوقات.

يمكن تكرار المحاكاة الافتراضية للتجارب في المختبر الافتراضي عدة مرات حسب الضرورة، ونتيجة لذلك، قد يصبح الطلاب غير حساسين للأخطاء والخطر في الوضع الحقيقي والمختبرات المادية بسبب القدرة على تكرار التجارب عدة مرات في المختبرات الافتراضية. وأيضا في المختبرات الحقيقية، يمكن للطلاب التعرف على الروائح والضوضاء والأخطاء العشوائية والمزيد.

تأثير المختبر الافتراضي على أداء الطلاب

من خلال العديد من الدراسات، يمكن للباحثين التحقق من الأداء الأكاديمي للطلاب والمتعلمين في المواد العلمية (على سبيل المثال: الفيزياء والكيمياء والبيولوجيا) اذا كان يتحسن أكثر عند استخدامهم للمختبرات الافتراضية ام لا.

لنأخذ بعض الأمثلة على دراسات “تأثير المختبرات الافتراضية على أداء الطلاب”

 

فحصت إحدى الدراسات تأثير مختبر الكيمياء الافتراضي (VCL) على تحصيل الطلاب بين 90 طالبا من ثلاثة فصول دراسية مختلفة للصف التاسع (مجموعة تجريبية ومجموعتان ضابطتان). تم جمع بيانات الدراسة مع اختبار إنجاز وحدة التغيرات الكيميائية (CCUA) قبل وبعد ، واختبار معدات المختبرات (LET) ، والملاحظات غير المنظمة. تم تحليل البيانات التي تم جمعها باستخدام SPSS (الإصدار 16.0). وأجريت مقارنات داخل المجموعات وفيما بينها. 

تم التوصل إلى أن برنامج مختبر الكيمياء الافتراضي المطور فعال على الأقل مثل المختبر الحقيقي، سواء من حيث تحصيل الطلاب في الوحدة أو قدرة الطلاب على التعرف على معدات المختبر.

المصدر

 

في مجال التعليم السريري، استكشف مشروع بحثي تأثير المختبرات الافتراضية على التعليم السريري للطلاب خلال جائحة كورونا. كان الغرض من هذا البحث هو التحقق من ثقة الطلاب وإعدادهم وأدائهم السريري بناء على اختيارهم للانغماس الافتراضي أو الشخصي في المختبر. قارن التحليل الثانوي نتائج مجموعة 2020 مع المجموعة السابقة في عام 2019 (ما قبل الجائحة). تمت مراجعة دراسة اكتساب المهارات الافتراضية مع دعم الفعالية في اكتساب المهارات التعليمية والحركية. تشير النتائج إلى عدم وجود فرق ذي دلالة إحصائية للمختبر الافتراضي مقابل المختبر الشخصي ولا يوجد فرق مقارنة بمجموعة 2019. ولكن أعدت التعليمات الافتراضية الطلاب بشكل فعال لتجاربهم السريرية في جميع الإعدادات. 

 

. على الرغم من أنه قد يكون من المفضل تجربة معملية شخصية ، إلا أنه من الممكن تقديم تجارب فعالة في بيئة افتراضية دون المساس بأداء الطلاب. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتأكيد النتائج.

المصدر

 

تدرس ورقة بحثية أخرى تأثير التعلم التعاوني على تصور الطلاب وقبول الحوسبة الافتراضية كوسيلة للتعلم. 

الحوسبة الافتراضية هي تقنية جديدة نسبيًا ويمكن أن تكون مخيفة للطلاب في بعض الأحيان مع خلفية محدودة في تكنولوجيا المعلومات. يمكن للطلاب أن يشعروا بالإرهاق لأنهم يتابعون أنشطة تكنولوجيا المعلومات الضخمة والمملة خطوة بخطوة والتي ليست مألوفة لهم. يمكن أن يساعد التعلم التعاوني في التخفيف من هذه المشكلات وتعزيز تجربة الطالب في استخدام مختبر كمبيوتر افتراضي بطرق مختلفة.

 للتحقيق في تأثير العمل التعاوني على تجربة الطلاب في مختبرات الكمبيوتر الافتراضية وقبولهم لهذه التكنولوجيا الجديدة ، أجروا دراسات تجريبية حيث قامت مجموعتان من الطلاب (ذوي الخلفيات التكنولوجية وغير التكنولوجية) بنوعين من الأنشطة العملية. كانت هذه الأنواع فردية وتعاونية بطبيعتها وأجريت في مختبر كمبيوتر افتراضي. ثم قارنوا تجارب المجموعتين عبر أنواع التمارين العملية. تظهر النتائج الأولية أن الطلاب المبتدئين استفادوا أكثر من التعلم التعاوني عند مقارنتهم بالطلاب الأكثر خبرة ، وربما الأكثر كفاءة من الناحية التكنولوجية.

المصدر

 

لاحظ أن التحليل والبيانات الإحصائية التي تدرس تأثير المختبرات الافتراضية على أداء الطلاب قد تختلف من دراسة لاخرى ولمزيد من الفهم، نوصيك بقراءة المزيد من الأوراق البحثية والمنشورات الفردية.

 

 توفر براكسيلابس المختبر الافتراضي ثلاثي الابعاد  للطلاب إمكانية الوصول إلى مختبرات البيولوجيا والكيمياء والفيزياء الواقعية ويثري فهمهم بمجموعة متنوعة من المحتوى المعلوماتي والتعليمي. اختر أفضل خطة لك الآن!