للمختبرات التعليمية أهمية بالغة في ترجمة النظريات والقوانين إلى واقع ملموس، فهي تعد من أهم مقومات التقنيات التربوية على اعتبار أنها من الوسائل التي لا غنى عنها في تدريس العلوم.
حيث تعتبر المختبرات العلمية بمثابة البيئة التي ينمو فيها المتعلم؛ لأنها تساعده على توفير خبرات حسية متعددة ومتنوعة تعتبر أساسا لفهم الكثير من الحقائق والمعلومات والمفاهيم والظواهر الموجودة في بيئته ومنها المختبرات الافتراضية (Virtual Lab).
تعريف المختبرات الافتراضية
هي أحد تطبيقات الواقع الافتراضي (Virtual Lab) والذي يعد بيئة تعليم مصطنعة أو خيالية بديلة عن الواقع الحقيقي وتحاكيه، فالمتعلم يعسش في بيئة تخيلية تفاعلية يتفاعل معها من خلال حواسه وبمساعدة جهاز الحاسوب وبعض الأجهزة المساعدة.
وهي مختبرات مبرمجة تحاكي المختبرات الحقيقية، من خلالها يتمكن المتعلم من إجراء التجارب العملية عن بُعد لأي عدد ممكن من المرات.
ويُعرف المختبر الافتراضي بأنه محيط تعلم وتعليم افتراضي لتنمية الأداء العملي لدى المتعلمين، ويقع محيطها على أحد مواقع الشبكة العنكبوتية التي لديها عدد من الأيقونات المرتبطة بالتجارب العملية، والأنشطة لإنجازها وتقويمها.
وينظر إلى المختبرات الافتراضية على أنها بيئة تعليمية تحاكي المختبرات الحقيقية في إجراء التجارب العملية بصورة أكثر تفاعلية وأكثر أمان للمتعلم.
مميزات المختبرات الافتراضية
- إمكانية إجراء التجارب أكثر من مرة.
- تعوض غياب الأجهزة والمعدات والأدوات المخبرية.
- تعزيز المفاهيم العلمية لدى المتعلمين.
- إكساب المتعلمين مبادئ ومهارات الاستقصاء العلمي.
- إكساب المتعلمين المهارات الأدائية في تنفيذ التجارب العملية.
- تسهيل التواصل بين المعلم والمتعلم.
- إيجاد بيئة تعليمية تفاعلية من خلال المؤثرات المصاحبة لإجراء التجارب.
مكونات المختبرات الافتراضية
- الأجهزة والمعدات المخبرية: وتصمم تبعا لطبيعة التجربة ونوع المختبر.
- أجهزة الحاسوب: المتصلة بالإنترنت أو الشبكة المحلية، بالإضافة إلى برامج تصفح الشبكة، وبرامج المحاكاة.
- شبكة الاتصالات والاجهزة الخاصة بها: لربط جميع المستفيدين، ويتم الاتصال عن طريق التراسل الرقمي.
- البرامج الخاصة بالمختبر الافتراضي: وتنقسم إلى نوعين: الأول خاص بأداء التجارب وما تتطلبه التجربة، والثاني خاص ببرامج المحاكاة المصممة من قبل المختصين والخبراء في المجال.
- برامج المشارمة والإدارة: وتختص بإدارة المختبر والعاملين في أداء التجارب من حيث التسجيل، وأنواع حقوق الوصول الواجب توفرها لكل طالب أو معلم في التجارب المختلفة.
أنواع المختبرات الافتراضية
أولًا / مختبرات المحاكاة: وهي تلك المختبرات التي تحاكي وتماثل المختبرات الاعتيادية، ويستطيع المتعلم من خلالها إجراء التجارب في بيئة افتراضية.
ثانيًا / المختبرات الاعتيادية المستخدمة عن بُعد: ويستطيع المتعلم من خلالها الاتصال بالمختبرالحقيقي من المنزل مستخدما ادوات التحكم ونظم التواجد الافتراضي عن بُعد لتنفيذ التجارب، ويشاهد المتعلم ما يحدث صوتًا وصورة، وكذلك تظهر نتائج التجارب على الحاسوب المتصل.
كما يوجود تصنيف مختلف للمختبرات الافتراضية، حيث يعتبر أن المختبرات الافتراضية لها نوعان متكاملان مع بعضهما البعض، وهما:
- المختبر الافتراضي الاستقصائي: وهو بيئة تعلم استقصائية تتيح للمتعلمين الحرية في تصميم التجارب، واختيار أدواتها وابتكار إجراءاتها حتى يتواصلوا للنتائج بأنفسهم، مع إمكانية المحاولة والتكرار.
- المختبر الافتراضي التوضيحي: وهوبيئة افتراضية يزود فيها المتعلمون بنماذج وأمثلة للتجارب التي يمكن لهم محاكاتها بإتباع الخطوات الموضحة وبإستخدام الأدوات حتى يتم التوصل إلى النتائج
مختبرات كروكدايل الافتراضية
ويمتاز مختبر كروكدايل بمحاكاته للمختبر الحقيقي بشكل واقعي جدا، والبرنامج مزود بعدد كبير من التجارب الجاهزة كنماذج تساعد المستخدم على إمكانيات المختبر، كما يمتاز بالسهولة والمرونة في تنفيذ التجارب العملية.
- مختبر الكيمياء (Crocodile Chemistry).
- مختبر الفيزياء (Crocodile Physics).
- مختبر الرياضيات (Crocodile Mathematics).
- مختبر التكنولوجيا (Crocodile ICT).
- وجود تعليمات تمكن المستخدم من التعرف على جميع أجزاء ومكونات البرنامج.
- تمتاز بأنها مختبرات متنقلة.
- يستطيع الطالب تنفيذ التجربة العملية تزامنا مع المعلم، بدلا من أن يجريها المعلم في المختبر الحقيقي كتجارب عرض يشاهدها الطلبة فقط دون أن ينفذوها.
- يمكن للمستخدم التحكم في سرعة أداء التجربة.
- يمكن للمستخدم من فهم مجريات التجربة وتحليل نتائجها عن طريق متابعة الرسم البياني لعدد من المتغيرات.
- يمكن للمستخدم رؤية شكل محتويات وعاء التفاعل (ذرات أو جزئيات أو أيونات)، ومقارنة أعدادها وأحجامها، وهذا يصعب رؤيته بالعين المجردة.
- تمتاز بخاصية التوقف المؤقت للتجربة التي تمكن المستخدم من مقارنة وتحليل النتائج.
- يمكن استخدام خصائص تشغيل الحاسوب من ( قص ولصق وخذف وترتيب ...)، التي تجعل التحكم في مكونات التجربة أسهل .
- تتميز بإمكانية حفظ التجارب في مجلدات وتصنيفها حسب الموضوعات.
مختبرات فيت التفاعلية
يقدم موقع فيت (PHET) التفاعلي تقنيات لمحاكاة طرائق تدريس وتعليم مواد الفيزياء والكيمياء والأحياء وعلوم الأرض والرياضيات، وتمكن المتعلم من الربط بين الظواهر في الحياة الواقعية والعلوم التي تفسر هذه الظواهر.
ويوفر النماذج البصرية التي تشمل تمثيل متعدد مثل: حركة الكائن، الرسوم البيانية والأرقام، ومنح المستخدمين التوجيه الضمني في استشكاف المنتج.
ويتميز هذا الموقع بأنه مجاني لا يلزم إلا التسجيل فقط بالموقع، وسهولة استخدامه، ويوفر للمستخدم اختيار اللغة، ومن بينها اللغة العربية.