Ключовою особливістю, що відрізняє фізичний експеримент від інших способів одержання знань, є процес одержання й обробки експериментальних даних - кількісних характеристик реальних фізичних величин, що визначають поведінку досліджуваного об'єкта, чи процесу явища, що підтверджують чи спростовують сформульовані цільові функції проведення експерименту. Як різновид фізичного експерименту можна виділити навчальний фізичний експеримент, що ставить метою відпрацьовування основних прийомів і технологій планування і проведення експерименту, включаючи його основні етапи: формулювання мети і завдань дослідження, визначення способів і методів досягнення мети, використовуване устаткування і технології. В умовах дистанційного навчання традиційні форми лабораторного практикуму доповнюються віртуальною лабораторією, що використовує технологію імітаційного математичного моделювання фізичного експерименту з залученням апаратно-програмних (технічних) засобів візуалізації, комп'ютерної графіки й анімації для досягнення ефективної інтерактивної взаємодії користувача (того, якого навчають, експериментатора) із середовищем моделювання.
Складовою частиною поняття “віртульна лабораторія” є поширене технічне поняття віртуального інструменту – набору апаратних і програмних засобів, доданих до звичайного комп'ютера таким чином, що користувач одержує можливість взаємодіяти з комп'ютером як зі спеціально розробленим для нього звичайним електронним приладом. Істотна частина віртуального інструменту і віртуальної лабораторії – ефективний графічний інтерфейс користувача, тобто програмний інструментарій з розвинутою системою графічного меню у виді наочних графічних образів звичної для користувача предметної області, що забезпечує зручний інтерактивний режим його взаємодії з комп'ютером. Працюючи з віртуальним інструментом через графічний інтерфейс, користувач на екрані монітора бачить звичну передню панель, що імітує реальну панель управління потрібного приладу. За допомогою “миші” можна імітувати вплив на зрозумілі “органи управління” - кнопки, перемикачі, регулятори і т.д., “намальовані” на екрані монітора у виді передньої панелі приладу, який імітується. Велика бібліотека віртуальних інструментів імітує дію будь-якого потрібного вимірювального чи приладу системи, максимально пристосованих для рішення конкретної поставленої задачі. Передня панель чи ієрархія передніх панелей дозволяє оптимально планувати управління експериментом. Обмеженнями у виборі архітектури і функціональних можливостей стають лише характеристики комп'ютера, існуюча бібліотека математичних функцій і фантазія розробника. Навчальна віртуальна лабораторія - закінчений програмний продукт, характерною рисою якого є використання сучасних концепцій проектування великих програмних систем, орієнтованих на підвищення ефективності автоматизованого проектування. Одним з найбільш наочних і представницьких прикладів реалізації концепції віртуального інструменту є згадуваний вище пакет LabVIEW.
Отже, віртуальну лабораторію можна розглядати як апаратно-програмний інструментарій, що застосовується у якості об’єктно-орієнтованого інформаційного середовища для ефективної інтерактивної взаємодії користувача із сферою моделювання. Це дозволяє слухачеві, який можу бути на будь-якій відстані від об'єкта, в інтерактивному режимі оперативно конструювати в операційному середовищі комп'ютера зображення передньої панелі потрібного інструмента чи групи інструментів – іспитову лабораторію для виконання необхідної задачі. Нарешті, важливою перевагою віртуальної лабораторії є можливість наочної імітації реального фізичного експерименту шляхом використання, поряд зі звичними зображеннями приладів, не тільки імітаційних моделей реальних сигналів, але також і отриманих раніше реальних експериментальних даних, що зберігаються у відповідних файлах даних.
Система тестування
Специфіка педагогічної технології полягає в тому, що в ній навчальний процес повинен гарантувати досягнення поставлених цілей. Основою гарантії результату навчання є оперативний зворотний зв'язок, що охоплює весь навчальний процес. У ході вивчення навчального матеріалу необхідна оцінка поточних результатів і корекція навчання, спрямована на досягнення поставлених цілей. При цьому мети навчання формулюються через результати навчання, виражені в діях учнів, причому таких, котрі викладач, тьютор чи який-небудь інший експерт (у тому числі і комп'ютерній програмі) можуть надійно пізнати. А для цього, у свою чергу, необхідний аналіз змістовної інформації, пропонованої слухачам для засвоєння, тобто кількісний вимір і якісний опис змісту навчального матеріалу. Ця проблема зважується двома основними шляхами:
· побудовою чіткої системи цілей, усередині якого виділені їхні категорії і послідовні рівні (ієрархія);- такі системи одержали назву педагогічних таксономій (від грецького taxis - розташування один по одному і nomos - закон)
· створенням максимально ясної, конкретної мови для опису цілей навчання, на який викладач може перевести недостатньо ясні формулювання.
Таксономія позначає таку класифікацію і систематизацію об'єктів, що побудована на основі їхнього природного взаємозв'язку і використовує для опису об'єктів категорії, розташовані послідовно, по наростаючій складності, тобто по ієрархії. Розглянемо основні категорії навчальних цілей і приклади узагальнених типів навчальної діяльності, виражених через діяльність тих, яких навчають.
Дізнавання і розрізнення (той, якого навчають, відтворює уживані терміни, пам'ятає конкретні факти, пам'ятає методи і процедури, відтворює основні поняття, відтворює правила і принципи). Ця категорія позначає запам'ятовування і відтворення вивченого матеріалу. Мова може йти про різні види змісту - від конкретних фактів до цілісних теорій. Загальна риса цієї категорії - пригадування відповідних зведень.
Розуміння (той, якого навчають, розуміє факти, правила і принципи, інтерпретує словесний матеріал, інтерпретує схеми, графіки, діаграми, перетворить словесний матеріал у математичні вираження, приблизно описує майбутні наслідки, що випливають з наявних даних ). Показником здатності розуміти значення вивченого може служити перетворення (трансляція) матеріалу з однієї форми вираження в іншу, “переклад” його з одного “мови” на іншій (наприклад, зі словесної форми - у математичну). Як показник розуміння може також виступати інтерпретація матеріалу учнем (пояснення, короткий виклад) чи ж припущення про подальший хід явищ, подій (пророкування наслідків, результатів). Такі навчальні результати перевершують просте запам'ятовування матеріалу.
Застосування (той, якого навчають, використовує поняття і принципи в нових ситуаціях, застосовує закони. теорії в конкретних практичних ситуаціях, демонструє правильне застосування чи методу процедури).Ця категорія позначає уміння використовувати вивчений матеріал у конкретних умовах і нових ситуаціях. Сюди входить застосування прийомів, методів, понять, законів, принципів, теорій. Відповідні результати навчання вимагають більш високого рівня володіння матеріалом, чим розуміння.
Аналіз (той, якого навчають, виділяє сховані, неявні припущення, бачить помилки і недогляди в логіку міркування, проводить розходження між фактами і наслідками, оцінює значимість даних). Ця категорія позначає уміння розбити матеріал на складові так, щоб ясно виступала його структура. Сюди відносяться вичленовування частин цілого, виявлення взаємозв'язків між ними, усвідомлення принципів організації цілого. Навчальні результати характеризуються при цьому більш високим інтелектуальним рівнем, чим розуміння і застосування, оскільки вимагають усвідомлення як змісту навчального матеріалу, так і його внутрішньої будівлі.
Синтез (той, якого навчають, пише невеликий творчий твір, пропонує план проведення експерименту, використовує знання з різних областей, що6ы скласти план рішення тієї чи іншої проблеми). Ця категорія позначає уміння комбінувати елементи, щоб одержати ціле, що володіє новизною. Таким новим продуктом може бути повідомлення (виступ, доповідь), план чи дій сукупність узагальнених зв'язків (схеми для упорядкування наявних зведень). Відповідні навчальні результати припускають діяльність творчого характеру з акцентом на створення нових схем і структур.
Оцінка (той, якого навчають, оцінює логіку побудови матеріалу у виді письмового тексту, оцінює відповідність висновку наявним даним, оцінює значимість того чи іншого продукту діяльності, виходячи з внутрішніх критеріїв, оцінює значимість того чи іншого продукту діяльності, виходячи з зовнішні критеріїв). Ця категорія позначає уміння оцінювати значення того чи іншого матеріалу (твердження, художнього твору, дослідницьких даних) для конкретної мети. Судження того, якого навчають, повинні ґрунтуватися на чітких критеріях. Критерії можуть бути як внутрішніми (структурними, логічними), так і зовнішніми (відповідність наміченої мети). Критерії можуть визначатися самим тим, якого навчають, чи ж задаватися йому ззовні (наприклад, викладачем). Дана категорія припускає досягнення навчальних результатів за усіма попередніми категоріями плюс оціночні судження, що базуються на визначених критеріях. Оцінка знань - систематичний процес, що полягає у визначенні ступеня відповідності наявних знань, умінь, навичок, попередньо планованим. Як випливає з визначення, перша необхідна умова оцінки - планування освітніх цілей, без цього не можна судити про досягнуті результати. Інша умова - установлення фактичного рівня знань і співставлення його з заданим.
Процес оцінки знань містить у собі такі компоненти: